Все о сварке

Расчет сварочного трансформатора


Проведение расчета сварочного трансформатора

Расчет сварочного трансформатора в быту производится в том случае, когда требуется самостоятельно его изготовить. Такая необходимость возникает обычно тогда, когда стандартный сварочный аппарат не отвечает требованиям проведения сварочных работ или же когда нужно сэкономить денежные средства при его покупке.

Для самостоятельного изготовления сварочного аппарата требуется произвести расчет его трансформатора.

Расчет самодельных сварочных трансформаторов имеет свои тонкости. Дело в том, что подобный аппарат обычно не отвечает рекомендованным стандартизированным методам, и для него неприменимы распространенные методы, используемые для расчета трансформаторов, применяемых в промышленности. Подобные устройства изготовляются из разного рода подручных материалов далеко не лучшего качества. В результате они могут перегреваться, вибрировать, что сопровождается выделением большого количества тепловой энергии.

Расчет сварочного трансформатора зависит от места его эксплуатации и выполняемых функций.

Кроме того, рассчитывая трансформатор самостоятельно можно применять стандартные методы, но они в обязательном порядке должны корректироваться с учетом нестандартных параметров устройства и требований по его эксплуатации.

Расчет сварочного трансформатора в быту стоит начинать с определения его функций. Так, например, сварочный аппарат, эксплуатируемый в снт, не будет испытывать серьезных нагрузок. Поэтому его можно спроектировать с трансформатором небольшой мощности. А вот если мастеру понадобиться прибор для работы в малом бизнесе, имеет смысл заложить в него дополнительную мощность и помехозащищенность.

Виды и типы трансформаторов для сварки

Трансформаторы для сварочных аппаратов бывают следующих видов:

Данное разделение устройств основывается на форме сердечника прибора. При этом стержневые трансформаторы имеют значительно более высокий коэффициент полезного действия, чем броневые. При этом они допускают повышенные уровни плотности токов в обмотках, что увеличивает КПД прибора.

Классификация сварочных трансформаторов.

Трансформаторы различаются в зависимости от вида используемой в них обмотки. На сегодня известны следующие виды таких приборов:

В приборах с цилиндрическим видом обмотки одна обмотка наматывается на другую. В результате магнитный поток первичной обмотки зацепляется с витками вторичной обмотки. Подобный аппарат характеризуется жестко установленной вольтамперной характеристикой и не рекомендуется для использования при производстве ручной сварки. Кроме того, для его корректной работы необходимо наличие балластного реостата или дросселя.

Для дисковых электротрансформаторов характерно высокоразвитое рассеяние электромагнитного поля. В результате точный расчет их индуктивности рассеяния магнитного потока невозможен. Приходится в этом случае использовать метод последовательных приближений с поправкой на данные, полученные с примерного образца.

Конструкция трансформаторного прибора с подвижными обмотками более гибкая и позволяет «подстроить» прибор под определенные условия эксплуатации. Однако подобные устройства теряют много мощности, соответственно, могут дать заниженные показатели тока.

Выбор мощности сварочного трансформатора

Если первичная (1) и вторичная (2) обмотки трансформатора разнесены на разные плечи, то трансформатор теряет много мощности и может не дать ожидаемый ток.

Мощность трансформатора — один из основных его показателей. Именно от этого показателя зависят характеристики устройства, условия эксплуатации и качество проводимых сварных работ. Перед тем, как приступать к расчету данного показателя, необходимо определится, при какой величине сварочного тока планируется эксплуатировать самодельный сварной аппарат.

Данный параметр можно получить, зная вид электродов для сварки. Так обычно в быту применяют электроды стандартным диаметром 2, 3 и 4 миллиметра. Трехмиллиметровые электроды более всего распространены в быту. Именно на них и стоит ориентироваться при изготовлении сварочного аппарата самостоятельно. Работают электроды-«тройки» на токе мощностью 110-120А. «Двойки» используют 70 ампер, а «четверки» 140-150А.

Используя данные значения, можно рассчитать мощность трансформатора для сварочного аппарата достаточно легко. Для этого может быть использована программа для упрощенного расчета. С ее помощью можно произвести расчет, даже не имея особых познаний в электротехники.

Если человек хорошо разбирается в электротехнике, то ему будет под силу произвести расчет самостоятельно. Для этого ему потребуется формула: P = Uх.х. × Iсв. × cos(φ) / η. В ней Uх.х. — напряжение холостого хода, Iсв. — ток сварки, φ — угол сдвига фаз между током и уровнем напряжения.

Производя подобные расчеты, нужно помнить о том, что КПД сварочного преобразователя тока в норме составляет 0,7. Таким образом, не стоит проектировать большую нагрузку на него и превышать названный показатель, так как в этом случае устройство начнет интенсивно греться и быстро выйдет из строя.

Применяемые методики расчета мощности оборудования

График зависимости тока в первичной обмотке трансформатора от питающего напряжения, в режиме холостого хода.

Стандартизированная методика расчета сварного трансформатора ориентирована на приборы, созданные с применением П-образного магнитопровода. У него первичная и вторичная обмотки, смонтированные из пары равновеликих частей, размещенных на противоположных сторонах магнитного провода. Данные половинки обмоток соединяются между собой последовательным способом. Используя стандартную методику расчета, можно получить количество витков обмотки катушки, конструктивные габариты трансформатора, высоту магнитопровода. Кроме того, на основании данных расчетов подбирается вид провода по диаметру сечения, а также материалу, из которого он изготовлен.

Сама методика расчета трансформатора приведена в специальной литературе, однако в том случае, когда человек не является профессиональным электротехником, то ему следует использовать упрощенную схему расчета.

Проведение упрощенного расчета

Выбирая сечение магнитопровода, необходимо учитывать размер окна, рассчитанное количество витков могут не поместиться в него.

Расчитать сварочный трансформатор по упрощенной схеме имеет смысл потому, что в подавляющем количестве случаев для определения конкретной мощности данного аппарата стандартные методики формируют единые и общие значения основных параметров, не учитывающие индивидуальные особенности того или иного аппарата. К ним относят:

Именно эти показания являются основными при расчете. В самодельном же трансформаторе их весьма сложно предсказать по стандартной методике, так как используемые при сборе такого устройства материалы и запасные части зачастую бывают далеко не лучшего качества. В результате расчет нельзя сделать стандартными методами и приходится его проводить исключительно под конкретные условия эксплуатации того или иного аппарата.

Расчет сварочного трансформатора должен учитывать параметры и характеристики такой важной детали этого устройства как магнитопровод.

Дело в том, что рассчитанное сечение магнитопровода для электротока равного 160А равно 28 кв. см, в реальности этот параметр может составлять 25-60 кв.см.

Если ваш трансформатор будет работать при напряжении электросети 220-240В, стоит воспользоваться формулами расчета, дающими положительные результаты для токов 120-180А.

2 самых распространенных варианта расчета:

  1. Для преобразователя электротока с обмотками на одном плече: N1 = 7440 × U1/(Sиз × I2).
  2. Для электротрансформаторов с разнесенными обмотками: N1 = 4960 × U1/(Sиз × I2).

Здесь N1 — это примерная величина количества витков первичной обмотки, Sиз — определенное сечение магнитопровода (кв. см), I2 — заданный постоянный ток для вторичной обмотки (А), U1 — постоянное напряжение сети.

Подбор сечения магнитопровода

Выбор сечения магнитопровода лучше всего производить, наоборот, по общераспространенной методике на 160А, 26 кв. см. При этом стоит помнить о том, что трансформатор одинаковой мощности может иметь названный показатель, отличающийся на 2 порядка, например, он может составлять 30-60 кв. см.

Стоит при выборе сечения представлять и размеры стандартного окна магнитопровода. Так, если количество витков чрезмерно большое, они просто могут не поместиться в него, в результате придется уменьшать их количество и применять тонкий провод.

Не следует забывать и экономическую составляющую. Лишние витки утяжеляют конструкцию трансформатора и повышают его стоимость. Обмоточный провод — дефицитный материал.

Оцените статью:

(Нет голосов) Загрузка...

masterinstrumenta.ru

Расчет сварочного трансформатора

индустрия » Электротехника » Сварочные аппараты » Сварочный трансформатор

При выборе сварочного агрегата расчет сварочного трансформатора не требуется. Достаточно определиться с диаметром электродов планируемых для

сварки стальных деталей. В технических характеристиках любого сварочного трансформатора указано, для каких диаметров электродов он предназначен. С необходимостью выполнения полного расчета элементов трансформатора сталкиваются умельцы, желающие собрать сварочник собственными руками.

Приведем расчет сварочного трансформатора для дуговой сварки.

Исходными параметрами для расчета являются: входное напряжение 220в, частота 50Гц, максимальный ток сварки 100А. Таким образом, рассчитаны все элементы сварочного трансформатора. Очень часто расчет производится исходя из наличия готового магнитопровода. Тогда изменяется последовательность расчетов, но формулы и зависимости не меняются.

industrika.ru

Самодельный аппарат для ручной сварки — это просто

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:

  1. Входное Uраб на первичной обмотке трансформатора U1 (вольт).
  2. Uраб на вторичной обмотке U2 (вольт).
  3. Номинальная и максимальная сила тока на вторичной обмотке I (ампер).
  4. Площадь магнитного сердечника Sс (см2).
  5. Площадь окна трансформатора So (см2).
  6. 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:

  1. 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).
  2. F – частота напряжения в электросети, Гц.
  3. Кo — коэффициент заполнения пустого окна сварочного трансформатора (расстояние между набором магнитопровода) — 0,33-0,4.
  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:

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:

  1. c = a x X = 4 X 1,6 = 6,4 см
  2. B = a x Y = 4 x 2 = 8 см
  3. 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 статьи

goodsvarka.ru

Расчет сварочного трансформатора

Расчет сварочного трансформатора, особенно собственноручного изготовления, обладает выраженной спецификой, так как обычно они не соответствуют стандартным схемам и к ним не подходят стандартные методики расчета от промышленных сварочных трансформаторов.

Специфика заключается в том, что при изготовлении самодельного сварочного трансформатора параметры  подстраиваются под уже  известный магнитопровод. Зачастую трансформаторы собираются не из самого лучшего магнитопровода, мотаются не подходящим проводом, часто греются и вибрируют.

Методика расчета сварочного трансформатора

Величина тока сварочного трансформатора связана с мощностью следующей зависимостью:

Р = U×I×cosφ

где φ-  угол сдвига фаз между током и напряжением.

Так как сам трансформатор является индуктивной нагрузкой, то угол сдвига фаз всегда существует. В случае расчета потребляемой мощности cos(ФИ) можно принять равным 0,8.

Сварочный ток рассчитываем из формулы:

I = (20 + 6d)×d

Или по упрощенной зависимости: I = K×d (А), где d - диаметр электрода; К - коэффициент, принимается 25...50 А/мм.

Как уже было сказано, наиболее ответственной задачей при самостоятельном изготовлении сварочного трансформатора является расчет его технических параметров и свойств, мощность и тока вторичной катушки, КПД, качества выходных характеристик.

Если сварочный трансформатор собран на основе П-образного магнитопровода . Его первичная и вторичная обмотки собраны из двух равных частей, которые располагаются на противоположных плечах магнитопровода и соединяются между собой последовательно.

Известными данными при расчете сварочного трансформатора можно считать требуемую мощность трансформатора, коэффициент продолжительности работы, номинальный ток, напряжение холостого хода и тепловой режим работы. Для расчета числа витков обмоток трансформатора необходимо использовать эмпирическую зависимость параметра Е в вольтах на виток:

E = 0,55 + 0,095 Pдл

Эта зависимость подойдет широкого диапазона мощностей, однако наилучших характеристик можно добиться в диапазоне 5...30 кВа. Параметр мощности, влияющий на продолжительность работы трансформатора можно рассчитать по формуле:

Pдл = U2 ×I2 (ПР/100)1/2 ×10-3

где I2 - сварочный ток, A; U2 - напряжение ХХ вторичной обмотки; ПР - коэффициент продолжительности работы, %. Для самодельных сварочных трансформаторов при методиках расчета ПР устанавливается равным 15...20%.

Число витков первичной и вторичной обмоток находятся соответственно:

N1 = U1/E; N2 = U2/E ,

где U1 - напряжение сети, В. Номинальный ток первичной обмотки в амперах:

I1 = I2×km/n,

где km = 1,05... 1,1 - коэффициент, учитывающий намагничивающий ток трансформатора; K = N1/ N2 - коэффициент трансформации.

Сечение стали сердечника сварочного трансформатора  находится по формуле:

S = U2х104/(4,44хFхN2хBm),

где F = 50 Гц - промышленная частота тока; Вт - индукция магнитного поля в сердечнике, Тл. Для трансформаторной стали индукция может быть принята Вт = 1,5...1,7 Тл.

Конструктивные размеры трансформатора рассмотрены для стержневых конструкций магнитопровода. Линейные размеры представлены в миллиметрах:

ширина пластины стали из пакета магнитопровода находится с помощью выражения

a = (Sх100/(p1хkc))1/2;

толщина пакета пластин плеча магнитопровода

ширина окна магнитопровода c = b/p2, где p1 = 1,8...2,2; p2 = 1,0...1,2; kc = 0,95...0,97 - коэффициент заполнения стали. Измеряемая по линейным размерам сторон собранного трансформатора площадь сечения магнитопровода будет несколько больше рассчитанного значения, надо учитывать неизбежные зазоры между пластинами в наборе железа, и равняется:

Sиз = S/kc.

Высота магнитопровода этой методикой строго не задается и выбирается исходя из реальных размеров катушек с проводом  крепежных габаритов, а также учитывает расстояние между катушками, которое необходимо установить при подстройке тока сварочного трансформатора. Размеры катушек задаются сечением провода, количеством витков и способом намотки.

www.texnic.ru


Смотрите также