УМК - ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА / РАСЧЕТКИ / 1 - РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА выпрямителя. Расчет трансформатора для сварочного полуавтомата
Расчет трансформатора для сварочного полуавтомата, сварочного аппарата.
В этой статье попытаюсь вам рассказать, как рассчитать трансформатор для сварочного аппарата.
На самом деле ни чего сложного здесь нет. Этот расчет относится как к простым (П и Ш образным) так и к тороидальным трансформаторам.
Для начала определим габаритную мощность будущего сварочного трансформатора:
P габаритн = 1.9*Sc*So для торов (ОЛ).
P габаритн = 1.7*Sc*So для ПЛ,ШЛ.
P габаритн = 1.5*Sc*So для П,Ш.
Например у нас ОЛ сердечник (тор). Площадь сердечника Sс = 45 см.кв. Площадь окна сердечника So = 80 см.кв.Формула для тора (ОЛ):
P габаритн = 1.9*Sc*So
Где: P габаритн - габаритная мощность трансформатора в ваттах. Sc - площадь сердечника трансформатора в см.кв. So - площадь окна сердечника в см.кв.P = 1.9*45*80 = 6840 ватт.
Далее нужно рассчитать количество витков для первичной и вторичной обмотки. Для этого сначала рассчитаем необходимое количество витков на 1 вольт.
Для этого используем формулу:
K = 50/S
Где: K - количество витков на вольт. S - площадь сердечника в см.кв. Вместо 50 в формулу подставляем нужный коэффициент: для ОЛ (тор) = 35, для ПЛ,ШЛ = 40, для П и Ш = 50.Так как у нас ОЛ сердечник (тор), примем коэффициент равный 35.
К = 35/45 = 0.77 витка на 1 вольт.
Далее рассчитываем сколько нужно витков для первичной и вторичной обмоток.
Здесь у нас два пути расчета:
- если нам нужен трансформатор с единой первичной обмоткой, то есть мы не собираемся регулировать ток по первичной обмотке ступенями.
- если мы собираемся регулировать ток по первичной обмотке и нам нужно рассчитать ступени регулирования.
Регулировка ступенями по вторичной обмотке трансформатора экономически не выгодна, требует дорогостоящих коммутирующих элементов, также требует увеличение длины провода вторичной обмотки, тем самым утяжеляя конструкцию и поэтому здесь не рассматривается.
1. Рассчитаем количество витков для первичной и вторичной обмотки в варианте без регулирования по первичной обмотке ступенями.
Рассчитаем количество витков первичной обмотки по формуле:
W1 = U1*K
Где: W1 - количество витков первичной обмотки. U1 - напряжение первичной обмотки в вольтах. K - количество витков на вольт.W1 = 220*0.77 = 170 витков.
Далее..
Примем максимальное напряжение вторичной обмотки равным U2 = 35 вольт
Рассчитаем количество витков вторичной обмотки по формуле:
W2 = U2*K
Где: W2 - количество витков вторичной обмотки. U2 - напряжение вторичной обмотки в вольтах. K - количество витков на вольт.W2=35*0.77=27 витков
Далее рассчитываем площадь сечения провода первичной и вторичной обмоток. Для этого нам нужно знать, какой максимальный ток течет в данной обмотке.
Для этого мы воспользуемся формулой:
Для первичной обмотки.
I первич_max = P габаритн/U первич
Где: I первич_max - максимальный ток первичной обмотки. P габаритн - габаритная мощность трансформатора. U первич - напряжение сети.I первич_max = 6840/220 = 31 А
Для вторичной обмотки:
Сразу хочу сказать, что я не теоретик, но попытаюсь объяснить формирование величины сварочного тока в трансформаторе, как понимаю это я. 
Напряжение дуги для сварки проволокой в среде углекислого газа равно:
Uд = 14+0.05*Iсв
Где: Uд - напряжение дуги. Iсв - ток сварки.Iсв = (Uд – 14)/0.05
Далее рассчитаем для полуавтомата.
1. Принимаем напряжение дуги 25 вольт, получаем требуемую мощность трансформатора:Iвторич = (25-14)/0.05 = 220 ампер220*25 = 5500 вт.… Но у нас габаритная мощность трансформатора больше.
Считаем дальше..
2. Принимаем напряжение дуги равным 26 вольт, получаем требуемую мощность трансформатора:Iвторич = (26-14)/0.05 = 240 ампер240*26 = 6240 вт… Почти рядом.
Считаем дальше..
3. Принимаем напряжение дуги равным 27 вольт, получаем требуемую мощность трансформатора:Iвторич = (27-14)/0.05 = 260 ампер.260*27 = 7020вт… Требуемая габаритная мощность выше чем имеющаяся, это говорит о том, что при данном напряжении дуги не будет тока 260 ампер, так как не хватает габаритной мощности трансформатора.
Из выше перечислительных расчетов, можно сделать вывод, что при напряжении дуги в 26 вольт обеспечивается максимальный ток в 240 ампер при данной габаритной мощности трансформатора и именно этот ток вторички мы примем за максимальный:
Iвторич max = 240 ампер.
Для расчета максимального сварочного тока для сварки электродом, рассчитываем так же, только по другой формуле..
Uд = 20+0.04*Iсв
Где: Uд - напряжение дуги. Iсв - ток сварки.Выводим формулу тока вторички при конкретном напряжении дуги:
Iсв = (Uд – 20)/0.04 (считать не будем, я думаю понятно).
Далее…
Из справочных материалов нам известно, что плотность тока в меди равна 5 ампер на мм.кв, в алюминии 2 ампера на мм.кв.
Исходя из этих данных можно рассчитать площадь сечения обмоток трансформатора.
Сечения проводов для продолжительной работы трансформатора ПН = 80% и выше:
Для меди:
S первич медь = 31/5 = 6.2 мм.квS вторичн медь = 250/5 = 50 мм.кв.
Для алюминия:
S первич алюмин = 31/2 = 16 мм.кв.S вторичн алюмин = 250/2 = 125 мм.кв.
Итак мы имеем трансформатор с габаритной мощностью 6840 ватт. Сетевое напряжение 220 вольт. Напряжение вторичной обмотки 35 вольт.
Первичная обмотка содержит 170 витков провода площадью 6.2 мм.кв из меди или 16 мм.кв. из алюминия.
Вторичная обмотка содержит 27 витков провода площадью 50 мм.кв. из меди или 125 мм.кв. из алюминия.
Для ПН = 40% сечения первички и вторички можно уменьшить в 2 раза.
Для ПН = 20% сечения первички и вторички можно уменьшить в 3 раза.
Например ПН = 20% – это значит, что если взять за 100% 1 час работы трансформатора под нагрузкой, то 12 минут варим 48 минут отдыхаем, иначе трансформатор перегреется и перегорит (этот режим больше всего годится для не больших домашних дел). Я думаю тут понятно.
ПН – продолжительность нагрузки. ПВ – продолжительность включения. ПР – продолжительность работы.Все эти термины одно и тоже, измеряются в процентах.
2. Рассчитаем количество витков для первичной и вторичной обмотки в варианте с регулированием ступенями по первичной обмотке.
Например, нам нужен трансформатор с регулированием сварочного тока 16 ступенями например используемого в этой схеме сварочного полуавтомата.
Выбираем номинальное напряжение вторичной обмотки.
Uномин = Uмакс – Uмакс*10/100
Где: Uномин - напряжение номинальной обмотки (на это напряжение будем рассчитывать вторичку). Uмакс - максимальное напряжение вторички для конкретного типа расчета.Рассчитываем, Uмакс = 35 вольт
Uномин = 35 – 35*10/100 = 32 вольт. Рассчитаем количество витков для вторичной обмотки номинальным напряжением 32 вольт, тип сердечника ОЛ (тор).
K = 35/S
К = 35/45 = 0.77 витка на 1 вольт.
W2 =U2*K = 32*0.77 = 25 витков
Теперь рассчитаем ступени первичной обмотки.
W1_ст = (220*W2)/Uст2
Где: Uст2 - нужное выходное напряжение на вторичной обмотке. W2 - количество витков вторички. W1_ст - количество витков первичной обмотки.Как мы рассчитали ранее количество витков обмотки W2 = 25 витков.
Рассчитаем количество витков первички для напряжения на вторичке равное 35 вольт.W1_ст1 = (220*25)/35 = 157 витков.. Форсированный режим
Далее рассчитываем на 34 вольт (шаг 1 вольт на вторичке)W1_ст2 = (220*25)/34 = 161 виток.. Форсированный режим
Далее рассчитываем на 33 вольтW1_ст3 = (220*25)/33 = 166 витков.. Форсированный режим
Далее рассчитываем на 32 вольтW1_ст4 = (220*25)/32 = 172 витка.. Номинальная обмотка
Далее рассчитываем на 31 вольтW1_ст5 = (220*25)/31 = 177 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 30 вольт ..W1_ст6 = (220*25)/30 = 183 витка.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 29 вольтW1_ст7 = (220*25)/29 = 190 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 28 вольтW1_ст8 = (220*25)/28 = 196 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 27 вольтW1_ст9 = (220*25)/27 = 204 витка.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 26 вольтW1_ст10 = (220*25)/26 = 211 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 25 вольтW1_ст11 = (220*25)/25 = 220 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 24 вольтW1_ст12 = (220*25)/24 = 229 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 23 вольтW1_ст13 = (220*25)/23 = 239 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 22 вольтW1_ст14 = (220*25)/22 = 250 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 21 вольтW1_ст15 = (220*25)/21 = 261 виток.. Пассивный режим
И последняя ступень на 20 вольтW1_ст16 = (220*25)/20 = 275 витков.. Пассивный режим
Мотаем первичную обмотку трансформатора до 157 витка, делаем отвод, он будет соответствовать 35 вольтам на вторичке.Далее мотаем 4 витка до 161 витка и делаем отвод, он будет соответствовать напряжению на вторичке 34 вольт.Далее мотаем 5 витков и делаем отвод на 166 витке, он будет соответствовать напряжению на вторичке 33 вольт и т.д. согласно выше приведенному расчету.Заканчиваем намотку первичной обмотки на 275 витке, он будет соответствовать напряжению на вторичке 20 вольт.
В итоге у нас получился трансформатор габаритной мощностью в 6840 ватт, первичной обмоткой с 16 ступенями регулирования.
Сечение обмоток такие же, как в первом варианте расчета.
На данном этапе мы заканчиваем расчет трансформатора.
Как сделать трансформатор смотрите здесь Делаем тороидальный сварочный трансформатор
Таким образом было рассчитано много трансформаторов и они прекрасно работают в сварочных полуавтоматах и сварочных аппаратах.
Не нужно боятся форсированного режима работы трансформатора (это такой режим, когда к обмотке трансформатора рассчитанного например на 190 вольт приложено напряжение 220 вольт), трансформатор прекрасно работает в таком режиме. Имея маломощный трансформатор, можно вытянуть из него все возможности используя форсированный режим для комфортного процесса сварки с помощью сварочного полуавтомата.
Ссылка для статьи на сайте Рассчет трансформатора для сварочного полуавтомата, сварочного аппарата.
Автор замысловатых расчетов: Svapka.Ru
Ответ на комментарий.
Как наматывать на П-образный сердечник:
Первичная обмотка.
Мотаем две одинаковые обмотки в одну сторону и соединяем их начала. Концы этих обмоток используем для подключения к сети 220 вольт.
Вторичная обмотка.
Мотаем две одинаковые обмотки в одну сторону и соединяем их концы. Начала этих обмоток используем для сварки.
Расчет площади сердечника и площади окна сердечника Sc и So.
svapka.ru
Расчет сварочного трансформатора для любого сердечника
Всевозможных схем сварочных агрегатов от простейших и до инверторов существует превеликое множество. Для создания самодельного сварочного аппарата лучше выбрать простую и высоконадежную схему, которая не содержит сложной и дорогой электроники. Но в любом случае, кроме схемы, потребуется предварительный расчет сварочного трансформатора. Только после этого можно приступать к его практическому изготовлению.
Схема сварочного трансформатора.
Специфика расчета таких трансформаторов заключается в том, что параметры их компонентов в большинстве случаев подбираются в соответствии с уже имеющимися деталями — чаще всего с данными магнитопровода. Поэтому стандартные методы расчета, которые разработаны для промышленного трансформатора, для самодельного сварочника не всегда применимы. Особенно ярко это проявляется при выходе того или иного параметра за стандартные границы.
Основные характеристики и структура сварочного трансформатора
Выбор максимального значения сварочного тока
Таблица 1. Характеристики сварочных трансформаторов.
Прежде всего, следует определиться, на какое максимальное значение сварочного тока будет рассчитываться трансформатор. Взаимосвязь между толщиной свариваемых металлов, диаметром электродов и сварочным током показана в таблице 1. Учитывая, что используя однофазный трансформатор, получить ток более 200 А практически нереально, домашнему мастеру приходится ограничиваться электродами диаметром не более 4 мм. Чаще всего 3 мм.
Следует установить наиболее подходящий верхний предел сварочного тока и наматывать обмотки под соответствующую ему мощность. При этом следует ясно понимать, что с ее ростом возрастают вес сердечника, сечение и стоимость провода. Кроме того, более мощный трансформатор сильнее греется и быстрее изнашивается. Да и не каждая сеть выдержит такую нагрузку. Золотая середина — аппарат с выходным током 110-120 А.
Прочие рабочие характеристики
Трёхфазный стержневой трансформатор.
Максимальная величина выходного тока — главная характеристика любого сварочника, но наряду с нею следует определиться и с другими важными параметрами:
- Диапазон регулирования величины выходного тока. В самодельных аппаратах обычно создается ряд ступеней — от 50 А до верхнего предела.
- Напряжение холостого хода. Чем оно выше, тем легче зажечь дугу. Из соображений безопасности не должно превышать 80 В.
- Номинальное выходное напряжение, которое необходимо для устойчивого горения дуги. Для сварки тонких металлов это напряжение должно быть более низким и наоборот.
- Мощность — потребляемая и выходная. Чем меньше их разность, тем выше КПД изготовленного трансформатора, тем он лучше.
- Номинальный рабочий режим характеризует продолжительность непрерывной работы. Для сварочного трансформатора собственного изготовления он не превышает 20-30%. Номинальный режим 20% означает, что из 10 минут рабочего времени можно варить 2 минуты, а остальные 8 трансформатор должен охлаждаться на холостом ходу.
Устройство сердечника трансформатора
В зависимости от формы магнитопровода различают следующие разновидности трансформаторов:
- стержневые;
- броневые;
- тороидальные.
Основные понятия и классификация трансформаторов.
На стержневом трансформаторе обмотки окружают стержни сердечника. На броневом, напротив, магнитопровод частично обхватывает обмотки. В тороидальном обмотки распределяются по магнитопроводу равномерно.
Броневые и стержневые сердечники изготовляются из отдельных тонких, изолированных друг от друга пластин. Материал — трансформаторная сталь. Тороидальные наматываются в виде рулона из ленты, изготовленной из той же трансформаторной стали.
Важнейшей характеристикой любого сердечника является площадь его поперечного сечения. Именно от нее в очень большой степени зависит мощность трансформатора. У стержневого магнитопровода под площадью его поперечного сечения понимают площадь любого из стержней, а у тороидального — тора. У броневого — это площадь сечения его среднего стержня.
КПД трансформаторов стержневого типа выше, чем броневых. Кроме того, у них лучше условия охлаждения обмоток и, следовательно, допустимые плотности тока в обмотках. Поэтому сварочные трансформаторы, как правило, бывают стержневыми. Но все чаще для его изготовления стараются применить тороидальный сердечник. Дело в том, что масса и габариты такого сварочника почти в полтора раза меньше, чем стержневого при прочих равных параметрах. Но здесь возникают трудности с его намоткой.
Расчет сварочного трансформатора
Схема намотки сварочного трансформатора.
Поскольку при самостоятельном изготовлении сварочника приходится довольствоваться имеющимися в распоряжении магнитопроводами, производить строгий расчет не имеет смысла. Чаще всего достоверно неизвестны магнитные свойства и другие характеристики трансформаторной стали. Одной магнитной проницаемости, которую нетрудно определить экспериментально, для точного расчета недостаточно. Поэтому рациональнее ограничиться приблизительным расчетом.
Сначала производится оценка потребной электрической мощности. Основное мерило здесь — максимальная величина сварочного тока, которая, в свою очередь, определяется наибольшим диаметром электрода (см. таблицу 1). Электрическая мощность сварочника:
Р = Uд * Iм,
где Uд — напряжение горения дуги (обычно берется значение 25 В), Iм — максимальный сварочный ток. Например, для трансформатора, рассчитанного на ток до 150 А, электрическая мощность должна составлять:
Р = 25 В * 150 А = 3750 Вт.
Габаритная мощность трансформатора, зависящая от параметров магнитопровода, должна быть обязательно больше электрической. Именно габаритную мощность способен «потянуть» сердечник. При расчетах в качестве исходной чаще всего используется следующая формула, связывающая габаритную мощность с размерами сердечника:
Sо* Sс = 100 * Рг /(2,22 * Вс * j * f * kо* kc) (см4),
Схема трансформатора с первичной и вторичной обмоткой.
где Sо — площадь окна сердечника, Sс — площадь его поперечного сечения, Рг — габаритная мощность, Вс — магнитная индукция поля в сердечнике, j — плотность тока в проводах обмоток, f — частота переменного тока, kо— коэффициент заполнения окна, kc— коэффициент заполнения сердечника.
Sо и Sс находят прямыми измерениями габаритов сердечника. Например, для стержневого магнитопровода (см. рис. 2) Sо= h * l, Sс= а * b. С достаточной для практического расчета точностью можно считать, что:
- Вс = 1,42 Тл;
- kо= 0,33 для провода круглого и 0,4 — прямоугольного сечения;
- kc = 0,95;
- частота переменного тока в сети — 50 Гц;
- для самодельного трансформатора с номинальным рабочим режимом 20%, допустимая плотность тока в медных обмотках — 8 А/мм2,в алюминиевых — 5 А/мм2,в комбинированных медно-алюминиевых — 6,5 А/мм2.
Если подставить в формулу все эти значения, получается формула, связывающая между собой Sо, Sс и Рг:
Рг = k * Sо* Sс,
где k — коэффициент, значение которого зависит от формы сердечника и материала обмоток. Выглядит она следующим образом:
- если обе обмотки медные — для тороидального трансформатора k = 2,76, для стержневого — 2,47;
- если медно-алюминиевые — для тороидального k = 2,24, для стержневого — 2;
- если обе алюминиевые — для тороидального k = 1,72, для стержневого — 1,54.
Пользуясь последней формулой, можно легко оценить «потянет» ли имеющийся сердечник заданные параметры. Если да, остается рассчитать число витков в каждой из обмоток. Для первичной адаптированная формула выглядит следующим образом:
N1 = 40 * U1 / Sс,
где U1 — напряжение на ней (В).
Тороидальный трансформатор.
Для вторичной катушки с учетом КПД трансформатора формула приобретет следующий вид:
N2 = 42 * U2 / Sс,
где U2 — напряжение вторичной обмотки (В). Число витков во вторичной обмотке можно найти и экспериментально — намотать поверх первичной обмотки несколько (лучше 10) витков, измерить на них напряжение, а затем пересчитать — сколько витков нужно для обеспечения необходимого выходного напряжения.
Площадь поперечного сечения провода в обмотках можно рассчитать по формуле:
S = I / j,
где I — значение силы тока в обмотке, j — допустимая плотность тока в ней.
Пример расчета сварочного трансформатора
В качестве примера рассмотрим расчет и изготовление сварочника, изготовленного из статора асинхронного трехфазного электродвигателя. Удалив провода обмоток из пазов статора и вынув его из корпуса электродвигателя, получаем неплохой тороидальный сердечник — основу будущего сварочного трансформатора.
Выступы пазов иногда срубают острым зубилом, что позволяет уменьшить вес сердечника. Но на электрические параметры трансформатора они практически не влияют, поэтому в большинстве случаев их не трогают. Вид на сердечник с торца показан на рис. 3а, сбоку — на 3б, намотанный трансформатор — на 3в.
Схема расчета сварочного трансформатора.
Зададимся целью изготовить трансформатор, рассчитанный на максимальный сварочный ток 150 А и напряжение 60 В. Его электрическая мощность равна:
Р = 150 А * 60 В = 9000 Вт.
Произведем оценку габаритной мощности магнитопровода. Диаметр окна равен 12 см (см. рис. 3а), а его площадь:
Sо= π * d2/ 4 = 3,14 * 144 / 4 (см2) ≈ 113 см2.
Площадь поперечного сечения сердечника:
Sс=h * Н = 1,74 см * 20 см ≈ 35 см2
Габаритная мощность сердечника:
Рг = 2,76 * 113 * 35 (Вт) ≈ 10916 Вт.
Поскольку Рг > Р — магнитопровод подходит для изготовления трансформатора с требуемыми параметрами.
Переходим к расчету обмоток. Начинаем с числа витков. Для первичной обмотки оно равно:
N1 = 40 * 220 / 35 = 251 виток.
Количество витков для вторичной обмотки:
N2 = 42 * 60 / 35 = 72 витка.
Максимальный ток во вторичной обмотке 150 А. Тогда площадь поперечного сечения проводника, которым она наматывается, должна быть равна:
S2 = 150 А /(8 А/мм2) ≈ 19 мм2.
Из определения коэффициента трансформации ток в первичной обмотке:
I1= I2 * N2 / N1 = 150 А * 72 / 251 (А) ≈ 43 А.
Площадь поперечного сечения провода, которым она намотана:
S1 = 43 А /(8 А/мм2) ≈ 5,4 мм2.
Таким образом, можно утверждать, что предлагаемая методика расчета сварочного трансформатора, позволяет осуществить его практически для любого сердечника, оказавшегося в распоряжении домашнего мастера.
moyasvarka.ru
1 - РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА выпрямителя
Расчетно-графическая работа №1
РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА СВАРОЧНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ
ДЛЯ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ СВАРКИ
Цель работы: Освоить методику расчета источников питания сварочной дуги для механизированных способов сварки в защитных газах.
Общие сведения
Источники сварочного тока для механизированной сварки в среде защитных газов (рисунок 1) содержит автоматический выключатель QF, пакетный переключатель SA1, трансформатор Т1, вентили VD1, VD2, дроссель L и сварочную горелку. Первичная обмотка W1 имеет дополнительные секции W12, W13 которые последовательно подключаются к сети с помощью переключателя SA1, это позволяет регулировать напряжение холостого хода на вторичной обмотке трансформатора Т1. Напряжение с вторичной обмотки W2 выпрямляется вентилями VD1, VD2 и прикладывается между сварочной горелкой и свариваемой деталью. Дроссель L сглаживает импульсные возмущения сварочного тока, стабилизируя течение сварочного процесса.
Механизированные виды сварки требуют от источника наличие пологопадающих внешних характеристик, которые обеспечиваются использованием сварочных трансформаторов с нормальным рассеянием. Наименьшие потоки рассеяния имеют трансформаторы на тороидальных сердечниках. Регулирование параметров сварочного процесса производится изменением напряжения холостого хода, и скорости подачи электродной проволоки.
Рисунок 1 – Схема сварочного полуавтомата
Расчет трансформатора
Исходными величинами для расчета являются диапазон сварочного тока ,, напряжение питающей сети, и продолжительность включения источника. Расчет параметров трансформатора и выпрямителя производится по основным коэффициентам схемы выпрямления, характеризующие соотношения токов и напряжений на элементах схемы выпрямления по отношению к выпрямленному напряжению и току, таблица 1.
Таблица 1 – Основные коэффициенты схемы выпрямления
| Вентили | Трансформатор | ||||||
| 3,14 | 1,0 | 0,71 | 0,5 | 1,11 | 0,71 | 1,11 | 1,34 |
1 Напряжение сварочной дуги для механизированной сварки, В
(1)
(2)
где – ток сварочной дуги, А.
2 Напряжение холостого хода источника, В
(3)
(4)
где – жесткость внешней характеристики сварочного выпрямителя, согласно [1].
3 Напряжение холостого хода трансформатора, В
(5)
(6)
4 Расчётная мощность трансформатора для двух режимов,
(7)
(8)
где – продолжительность включения нагрузки, (см. задание), %.
Дальнейший расчет производим для наибольшей мощности.
5 Определяем значение э.д.с. витка для большей мощности, В
(9)
где – большее значение мощности из выражений (7), (8),.
6 Число витков обмоток при максимальном выходном напряжении
(10)
где – напряжение питающей сети, (см. задание), В.
7 Коэффициент трансформации
(11)
8 Количество витков первичной обмотки для режима минимального выходного напряжения.
(12)
9 Количество витков дополнительных первичных обмоток
(13)
10 Расчетные сечения проводов обмоток без изоляции,
(14)
где – коэффициенты использования обмоток трансформатора по току, таблица 1,,;
–плотность тока, ,большие значения выбираются при наличии принудительной вентиляции;
–значение длительно допустимого выпрямленного тока, А.
при (15)
при (16)
Выбираем обмоточные провода из стандартного ряда, таблица А.1 приложения и заполняем таблицу 2
11 Сечение стержня магнитопровода,
(17)
где – коэффициент заполнения магнитопровода сталью,;
–частота тока питающей сети, ;
–амплитуда магнитной индукции, Тл, (таблица Б.1, Б.2).
Используем в качестве магнитопровода тороидальный сердечник.
Таблица 2 − Параметры обмоточных проводов
| Параметр | Обмотка | Обмотка | |
| Сечение голого проводника, | |||
| Диаметр голого проводника, | |||
| Диаметр проводника в изоляции, | |||
| Сечение проводника в изоляции, |
12 Ширина магнитопровода,
(18)
где – толщина магнитопровода,.
13 Площадь окна магнитопровода,
(19)
где – коэффициент заполнения сечения окна,.
14 Внутренний диаметр сердечника,
(20)
15 Внешний диаметр сердечника,
(21)
16 Обратное напряжение вентилей выпрямителя, В
(22)
17 Максимальное значение тока вентилей, А
(23)
18 Вес тороидального сердечника, кг
(24)
где – удельный вес стали,;
–средняя длинна магнитной линии, .
19 Вес обмоток трансформатора, кг
(25)
где – удельный вес меди,;
–номер обмотки;
–средняя длинна витка обмотки, ;
–суммарное сечение обмотки, .
(26)
20 Количество слоев и витков в слое для первичной обмотки
(27)
(28)
где – толщина каркаса,.
21 Количество слоев и витков в слое для вторичной обмотки
(29)
где – ширина вентиляционных каналов,.
(30)
22 Длина внутренних витков первичной обмотки, мм
(31)
23 Длина внешних витков первичной обмотки, мм
(32)
Рисунок 2 – Эскиз обмоток силового трансформатора
24 Средняя длина витка первичной обмотки, мм
(33)
25 Длина внутренних витков вторичной обмотки, мм
(34)
26 Длина внешних витков вторичной обмотки, мм
(35)
27 Средняя длина витка вторичной обмотки, мм
(36)
28 Суммарная масса обмоток трансформатора, кг
(37)
29 Активное сопротивление первичной обмотки трансформатора, Ом
(38)
(39)
где – удельное сопротивление меди при температуре,;
30 Активное сопротивление вторичной обмотки трансформатора, Ом
(40)
31 Активное сопротивление короткого замыкания, Ом
(41)
(42)
32 Напряжение сварочной дуги, В
(43)
(44)
Выполнение условий иобеспечит быстрое зажигание и устойчивое горение электрической дуги в противном случае необходимо уточнить расчёт сопротивлений трансформатора.
33 Потери в обмотках трансформатора, Вт
(45)
(46)
34 Активные потери в магнитопроводе трансформатора, Вт
(47)
где – удельные потери в сердечнике,,
–фактическое значение магнитной индукции ,
–нормированное значение магнитной индукции, ,
35 Коэффициент полезного действия трансформатора
(48)
36 Ток холостого хода трансформатора, А
(49)
37 Активная составляющая тока холостого хода, А
(50)
38 Реактивная составляющая тока холостого хода, А
(51)
где – напряженность поля в магнитном материале сердечника при индукции,,
39 Относительная величина тока холостого хода
(52)
Для сварочных трансформаторов значение тока холостого хода должно находится в пределах . В случае меньшего значения наблюдается неэффективное использование первичной обмотки трансформатора, а в случае большего значения возможен перегрев сердечника трансформатора за счет потерь холостого хода.
ПРИЛОЖЕНИЕ А
(справочное)
Таблица А.1 – Параметры круглых обмоточных проводов
| Сечение голого провода | Диаметр голого провода | Диаметр провода в изоляции, | |||
|
|
| ПЭЛ, ПЭТ | ПЭВ-2, ПЭТВ | ПБД | ПБ |
| 0,785 | 1,00 | 1,070 | 1,11 | 1,27 | 1,30 |
| 0,850 | 1,04 | 1,115 | 1,15 | 1,31 | 1,34 |
| 0,916 | 1,08 | 1,155 | 1,19 | 1,35 | 1,38 |
| 0,985 | 1,12 | 1,195 | 1,23 | 1,39 | 1,42 |
| 1,057 | 1,16 | 1,235 | 1,27 | 1,43 | 1,46 |
| 1,130 | 1,20 | 1,280 | 1,31 | 1,47 | 1,50 |
| 1,210 | 1,25 | 1,330 | 1,36 | 1,52 | 1,55 |
| 1,330 | 1,30 | 1,380 | 1,41 | 1,57 | 1,60 |
| 1,430 | 1,35 | 1,430 | 1,46 | 1,62 | 1,65 |
| 1,540 | 1,40 | 1,480 | 1,51 | 1,67 | 1,70 |
| 1,650 | 1,45 | 1,530 | 1,56 | 1,72 | 1,75 |
| 1,770 | 1,50 | 1,580 | 1,61 | 1,77 | 1,80 |
| 1,910 | 1,56 | 1,640 | 1,67 | 1,83 | 1,86 |
| 2,060 | 1,62 | 1,700 | 1,73 | 1,89 | 1.92 |
| 2,210 | 1,68 | 1,760 | 1,79 | 1,95 | 1,98 |
| 2,370 | 1,74 | 1,820 | 1,85 | 2,01 | 2,04 |
| 2,570 | 1,81 | 1,890 | 1,93 | 2,08 | 2,11 |
| 2,770 | 1,88 | 1,960 | 2,00 | 2,15 | 2,18 |
| 2,990 | 1,95 | 2,030 | 2,07 | 2,22 | 2,25 |
| 3,200 | 2,02 | 2,100 | 2,14 | 2,29 | 2,32 |
| 3,460 | 2,10 | 2,180 | 2,23 | 2,37 | 2,40 |
| 4,020 | 2,26 | 2,340 | 2,39 | 2,53 | 2,56 |
| 4,650 | 2,44 | 2,520 | 2,57 | 2,71 | 2,74 |
| 5,480 | 2,63 | – | – | – | 2,93 |
| 6,290 | 2,83 | – | – | – | 3,13 |
| 7,310 | 3,05 | – | – | – | 3,35 |
| 8,410 | 3,28 | – | – | – | 3,58 |
| 9,690 | 3,58 | – | – | – | 3,88 |
| 11,34 | 3,80 | – | – | – | 4,10 |
| 13,20 | 4,10 | – | – | – | 4,40 |
| 15,90 | 4,50 | – | – | – | 4,80 |
| 18,09 | 4,80 | – | – | – | 5,10 |
| 19,63 | 5,00 | – | – | – | 5,30 |
| 21,22 | 5,20 | – | – | – | 5,50 |
studfiles.net
Формулы для расчета сварочного трансформатора
Сварочный трансформатор в быту – вещь распространенная, и не всегда он бывает заводского изготовления. Многие умельцы предпочитают собрать трансформатор самостоятельно – так и дешевле, и интересней. Перед началом работ необходимо провести правильный расчет сварочного трансформатора, и желательно, чтобы его параметры были близки к промышленным образцам. При таком подходе можно будет воспользоваться ст
андартными формулами.
Формулы, приведенные ниже, обеспечивают оптимальные характеристики и правильное подключение сварочного трансформатора, параметры обмоток, а также геометрические размеры аппарата. Но нужно иметь в виду, что эффективно эти формулы будут работать только при соблюдении всех стандартных параметров, требуемых от сварочного трансформатора.
Требования, которые предъявляются к электрическому аппарату, очень узкопрофильные и соблюсти их в реальном устройстве достаточно сложно. Да и не у всех радиолюбителей есть широкие возможности обеспечить хорошую материальную базу. Поэтому приходится искать такую конструкцию магнитопровода, которая легко воплощалась бы в жизнь, и все необходимые материалы для нее можно было легко купить. Но все эти требования служат только одному — технические и эксплуатационные параметры собранного устройства должны удовлетворять требованиям конструктора.
Формулы для расчета стандартного аппарата
Как рассчитать сварочный трансформатор, работающий от переменного напряжения 220 В с частотой 50 Гц с максимальным током сварочной дуги IМ = 150 А? Правильный расчет потребует следующей исходной информации:
- Входное Uраб на первичной обмотке трансформатора U1 (вольт).
- Uраб на вторичной обмотке U2 (вольт).
- Номинальная и максимальная сила тока на вторичной обмотке I (ампер).
- Площадь магнитного сердечника Sс (см2).
- Площадь окна трансформатора So (см2).
- J — плотность тока в проводе (A/мм2).
Максимальное Uраб дуги, которое соответствовало бы максимальному току дуги, рассчитывается по следующей формуле:
Udm= 20 + 0,04 x 150 = 26 В
При этом принимается, что на обмотке II сварочного трансформатора напряжение холостого хода (обозначается Uхх) должно на 200%-220% быть больше максимально допустимого напряжения рабочей дуги, и определяться по формуле:
Uxx = Udm x (1,8…2,5) = 26 x (1,8…2,5) = 47…65 В
Чем больше (в пределах допустимого) напряжения Uхх трансформатора, тем лучше устойчивость дуги и момент ее розжига. Действующим ГОСТ-ом 95-77Е максимальное напряжение на II обмотке Uхх ограничивается 80 вольтами. Оптимальное Uхх необходимо выбрать 65 вольт, которое обеспечивает качество горения электрода и соответствует ГОСТ 95-77Е.
Дальнейшие расчеты проводятся, отталкиваясь от справочного значения индукции магнитопровода. Средняя индукция — Вт = 1,42 Тл. Также необходимо рассчитать мощность сварочного трансформатора Рг (габаритная мощность):
Pr = Im x Uxx = 65 x 150 = 9750 Вт
Стандартная формула площади окна сварочного трансформатора:
SoSc = 100 x Pr/2,22 x Bm x J X Frx Ko x Kc см4, где:
- J — плотность сварочного тока в I и II обмотках для медных(Cu) обмоток — 8 А/мм2, для алюминиевых (Al) обмоток — 5 А/мм2 и 6,5 А/мм2 для обмоток комбинированного типа (CuAl).
- F – частота напряжения в электросети, Гц.
- Кo — коэффициент заполнения пустого окна сварочного трансформатора (расстояние между набором магнитопровода) — 0,33-0,4.
- Кс — коэффициент заполнения полос стали (зависит от плотности сборки железа) — 0,95.
Если первичную (I) обмотку наматывать медным проводом, а вторичную (II) — алюминиевым, то площадь будет равна:
SoSc = 100 x 9750/2,22 x 1,42 x 6,5 x 50 x 0,33 x 0,95 = 3035 см4
Самодельный сварочный трансформатор стержневого типа имеет такие соотношения в габаритах:
- X = 1,6
- Y = 2
- Z = 2,5…5
Где X = c/a, Y = b/a, Z = h/a
При значении Z = 4 результат SoSc = a4 x 12,8
Рассчитав все эти параметры, можно вычислить габариты «a» сердечника магнитопровода:
a = 4√ SoSc/12,8 = 4√3035/12,8 = 3,9 см
При значении а = 4 см можно рассчитать остальные значения габаритов — c, b, h:
- c = a x X = 4 X 1,6 = 6,4 см
- B = a x Y = 4 x 2 = 8 см
- H = a x Z = 4 x 4 = 16 см
ЭДС для одного витка любой обмотки необходимо узнать, чтобы дальше вычислить количество витков и Imax для I и II обмоток устройства:
Eb = 4,44 x 10-4 x Bm x F X Sc x Kc = 4,44 x 10-4 x Bm x F X a x b x Kc = 4,44 x 10-4 x 1/42 x 50 x 32 x 0,95 = 0,958 В/виток
Вторичная обмотка будет иметь:
W2 = Uxx/Eb = 65/0,958 = 68 витков при сечении провода II обмотки из алюминия:
S2 = Im/JAI = 150/5 = 30 мм2 (допускается вместо провода круглого сечения использование квадратной алюминиевой шины сечением 5×6 мм2).
Первичная обмотка будет иметь:
W1 = U1/Eb = 220/0,958 = 230 витков при максимальном токе: I1m = Im x W2/W1 = 150 X 68/230 = 44,35 A
При расчете медного провода для I обмотки его сечение рассчитывается по следующей формуле:
S1 = I1m/JCu = 44,35/8 = 5,54 мм2
Стержневой трансформатор имеет первичная и вторичную обмотки, которые располагаются на отдельных катушках, поэтому при параллельном их включении катушки будут иметь по 230 витков влагостойкого эмалевого провода ПЭВ-2 Ø 1,9 миллиметров (2,827 мм2), а при последовательном – по 115 витков влагостойкого провода ПЭВ-2 Ø 2,7 миллиметров (5,7 мм2). Самодельный бытовой сварочный трансформатор рассчитан на ток 160-200 ампер. Такие параметры выбираются, исходя из оптимальной массы аппарата для бытового пользования.
Диаметр электродов
Для сварочного трансформатора при работе используют так называемые наплавляемые электроды разных диаметров. Для правильного выбора электрода необходимо знать напряжение сварочного тока конкретного трансформатора и толщину детали, на которой будут проводиться работы. В таблице приведены значения диаметров электродов в зависимости от номинального тока и толщины детали.
| Толщина металла, в миллиметрах | Диаметр электрода, в миллиметрах | Сварочный ток, А |
| 1 — 2 | 1,6 | 25 — 50 |
| 2 — 3 | 2 | 40 — 80 |
| 2 — 3 | 2,5 | 60 — 100 |
| 3 — 4 | 3 | 80 — 160 |
| 4 — 6 | 4 | 120 — 200 |
| 6 — 8 | 5 | 180 — 250 |
| 8 — 24 | 5 — 6 | 220 — 320 |
| 30 — 60 | 6 — 8 | 300 — 400 |
Для того чтобы была возможность проводить работы одним устройством на деталях разной толщины, аппарат необходимо дополнить механическим или электронным регулятором силы тока.
Бытовое назначение сварочного агрегата очевидно — работа с металлом разной толщины, при этом желательно, чтобы можно было использовать электроды разных диаметров. Но при слишком большой силе сварочного тока металл может прогореть, а при небольшом значении он просто не расплавится. Встроенный регулятор, который понижает сварочный ток до требуемого значения, помогает решить эту проблему. Регулятор обеспечивает плавную или ступенчатую регулировку силы тока в диапазоне 50-200 А.
На сегодняшний день разработано много всевозможных электрических схем агрегатов, которые работают и по классическим схемам, и с использованием выпрямителей или инверторов. Но, чтобы сделать сварочный трансформатор своими силами, специалисты рекомендуют выбрать простую и проверенную схему, которая будет работать надежнее.
К тому же в ней не будет использоваться электроника, что также повышает степень надежности аппарата. Это может быть тороидальный сварочный трансформатор или дроссельный сварочный трансформатор с мощным диодным мостом. Но для создания надежного устройства необходимы предварительные расчеты, подтверждающие заявленные рабочие характеристики аппарата. Зачастую трансформатор сварочный изготавливается по расчетам, произведенным для магнитопровода, который имеется в наличии. При таких расчетах может меняться последовательность вычислений, но сами формулы и значения характеристик меняться не могут.
Похожие статьиgoodsvarka.ru
Мотаем первичку Svapka.Ru Vol 3.0
Сердечник для нашего трансформатора готов. Теперь пришло время рассчитать количество витков для первичной обмотки. Так как в схеме у нас 16 каналов для коммутации, то рассчитывать первичку будем соответственно на 16 ступеней.
Расчет:
Выбираем диапазон напряжений вторички от 19 до 35 вольт. Будем варить проволокой от 0,8 до 1,2 мм.
Загоним наш трансформатор в форсированный режим. Для этого рассчитаем напряжение номинальной обмотки вторички.
Uномин = Uмакс – Uмакс*10/100
Uномин = 35 – 35*10/100 = 32 вольт
Рассчитаем количество витков для вторичной обмотки номинальным напряжением 32 вольт, тип сердечника ОЛ (тор).
Размер тора D=18 см, d=11 см, h =12,4 см. (первое фото в галерее).
Площадь сердечника равна:
18-11 = 7 … 7/2 = 3,5 см.
Sc = 3,5*12,4 = 43,4 см.кв.
K = 35/S
К = 35/43,4 = 0.806 витка на 1 вольт.
W2 =U2*K = 32*0.806 = 25 витков
Теперь рассчитаем ступени первичной обмотки.
W1_ст = (220*W2)/Uст2
Шаг на вторичке примем 1 вольт.
Рассчитаем количество витков первички для напряжения на вторичке равное 35 вольт.W1_ст1 = (220*25)/35 = 157 витков.. Форсированный режим
Далее рассчитываем на 33 вольтW1_ст2 = (220*25)/33 = 166 витков.. Форсированный режим
Далее рассчитываем на 32 вольтW1_ст3 = (220*25)/32 = 172 витка.. Номинальная обмотка
Далее рассчитываем на 31 вольтW1_ст4 = (220*25)/31 = 177 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 30 вольтW1_ст5 = (220*25)/30 = 183 витка.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 29 вольт ..W1_ст6 = (220*25)/29 = 190 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 28 вольтW1_ст7 = (220*25)/28 = 196 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 27 вольтW1_ст8 = (220*25)/27 = 204 витка.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 26 вольтW1_ст9 = (220*25)/26 = 211 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 25 вольтW1_ст10 = (220*25)/25 = 220 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 24 вольтW1_ст11 = (220*25)/24 = 229 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 23 вольтW1_ст12 = (220*25)/23 = 239 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 22 вольтW1_ст13 = (220*25)/22 = 250 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 21 вольтW1_ст14 = (220*25)/21 = 261 виток.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 20 вольтW1_ст15 = (220*25)/20 = 275 витков.. Пассивный режим
И последняя ступень на 19 вольтW1_ст16 = (220*25)/19 = 290 витков.. Пассивный режим
Расчет окончен. Пора приступать к намотке. В качестве первички использовалось несколько скрученных медных проводов общей площадью сечения 3 мм.кв.
Далее процесс намотки первички представлен в виде фото галереи. Наведите мышкой на нужное изображение и увидите комментарий к изображению.
Поехали:
Для мотора вторичка была намотана из нескольких скрученных проводов, общей площадью сечения 1 мм.кв. 24 витка. Можно конечно было за питать от силовой вторички, но сделал отдельно.
Если возникнут вопросы, задавайте их в комментариях.
Продолжение смотрите тут Сварочный полуавтомат Svapka.Ru Vol 3.0 от А до Я
Автор статьи и фото: Admin Svapka.ru
svapka.ru
