Для дуговой сварки используют как переменный, так и постоянный сварочный ток. В качестве источника переменного сварочного тока применяют сварочные трансформаторы, а постоянного – сварочные выпрямители и сварочные преобразователи.

Сварочный трансформатор служит для понижения напряжения сети с 220 или 380 В до безопасного, но достаточного для легкого зажигания и устойчивого горения электрической дуги (не более 80 В), а также для регулировки силы сварочного тока.

Трансформатор (рис.10). имеет стальной сердечник (магнитопровод) и две изолированные обмотки. Обмотка, подключенная к сети, называется первичной, а обмотка, подключенная к электрододержателю и свариваемому изделию, – вторичной. Для надежного зажигания дуги вторичное напряжение сварочных трансформаторов должно быть не менее 60–65 В; напряжение при ручной сварке обычно не превышает 20 – 30 В.

Рис.10 Сварочный трансформатор

В нижней части сердечника находится первичная обмотка, состоящая из двух катушек, расположенных на двух стержнях. Катушки первичной обмотки закреплены неподвижно. Вторичная обмотка, также состоящая из двух катушек, расположена на значительном расстоянии от первичной. Катушки как первичной, так и вторичной обмоток, соединены параллельно. Вторичная обмотка – подвижная и может перемещаться по сердечнику при помощи винта, с которым она связана, и рукоятки, находящейся на крышке кожуха трансформатора.

Регулирование сварочного тока производится изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками . При вращении рукоятки по часовой стрелке вторичная обмотка приближается к первичной, магнитный поток рассеяния и индуктивное сопротивление уменьшаются, сварочный ток возрастает. При вращении рукоятки против часовой стрелки вторичная обмотка удаляется от первичной, магнитный поток рассеяния растет(индуктивное сопротивление увеличивается) и сварочный ток уменьшается. Пределы регулирования сварочного тока – 65 – 460 А. Последовательное соединение катушек первичной и вторичной обмоток позволяет получать малые сварочные токи с пределами регулирования 40 – 180 А. Диапазоны тока переключают выведенной на крышку рукояткой.

Свойства источника питания определяются его внешней характеристикой, представляющей кривую зависимости между током (I) в цепи и напряжением (U) на зажимах источника питания.

Источник питания может иметь внешнюю характеристику:

возрастающую, жесткую, падающую

Источник питания для ручной дуговой сварки имеет падающую вольт – амперную характеристику.

Напряжение холостого хода источника питания – напряжение на выходных клеммах при разомкнутой варочной цепи.

Номинальный сварочный ток и напряжение – ток и напряжение, на которые рассчитан нормально работающий источник.

Источник питания сварочной дуги-сварочный трансформатор обозначается следующим образом: ТДМ – 317

Т – трансформатор

Д – для дуговой сварки

М – механическое регулирование

31 – номинальный ток 310 А

С появлением электричества появилась возможность соединять металлические элементы с помощью сварки. Для этого применяются специальные сварочные трансформаторы, работающие от трёхфазного и однофазного напряжения. Однофазные модели предназначены для включения в стандартную бытовую сеть 220 Вольт. А трехфазный сварочный аппарат, чаще всего, применяется в производственных целях, он обладает большой мощностью, габаритами и продолжительной эксплуатацией без перерыва. Однако есть на рынке данной техники и универсальные устройства, которые могут работать и от 220 В, и от 380В. Разумеется, что для разных материалов существует свой индивидуальный процесс сварки, поэтому каждый сварочный агрегат оборудован системой регулировки и точной настройки.

Принцип действия сварочного трансформатора

По принципу действия он не отличается от другого обычного понижающего трансформатора, только вот токи вторичной обмотке уж очень высокие, так как он работает в режиме короткого замыкания. Если закоротить вторичную обмотку обычного трансформатора, то в таком режиме он проработает недолго, так как она быстро перегреется и выйдет из строя. Вторичная обмотка сварочного рассчитана на большие токи, поэтому и выполнена медным проводом большого сечения. Напряжение U2 (на выводах вторичной обмотки) напрямую зависит от количества витков в ней.

Конечно же, мало только уменьшить выходное напряжение, нужно ещё и изменять силу тока. Для этого трансформаторы оборудуются механизмом, раздвигающим обмотки на большее расстояние, тем самым снижая магнитный поток, который, в свою очередь, уменьшает ток во вторичной обмотке.

Устройство и классификация трансформаторов, применяемых в сварочных аппаратах

Любой трансформатор для сваривания металлических различных элементов состоит из:

1. Магнитопровода;
2. Изолированную первичную обмотку;
3. Вторичная обмотка;
4. Вентилятор, для охлаждения.

В зависимости от сварочных работ происходит и управление процессом сварки,все сварочные агрегаты делятся аппараты переменного и постоянного тока. Конечно же, сам трансформатор не может работать на постоянном токе поэтому сам процесс выпрямления осуществляется после понижения напряжения. Для этого применяются:

• управляемые тиристоры, которые непросто дают постоянный ток для сварки элементов, но осуществляют изменение силы тока во время этого процесс;
• неуправляемые вентили диоды, вместе с дросселем.

Назначение сварочного трансформатора

Сварочный понижающий трансформатор является ключевым элементом, создающим дугу во время сварки металлических деталей. Напряжение на выходе этого понижающего устройства, работающего в режиме короткого замыкания, допускается не более 80 Вольт. Для процесса ручной дуговой сварки обязательно нужны электроды. Бытовые трансформаторы для дома выполнены по однофазной схеме обладают небольшими токами при сваривании. Главное, в бытовых условиях также стоит следить и за наличием хорошего контакта в розетке, так как токи в первичной обмотке для квартир и домов тоже очень существенны и не каждая розетка их выдержит.

Сварочные трансформаторы переменного тока

Такая конструкция считается самой не дорогой, но в то же время обладающей неплохими характеристиками сварки чёрных металлов. Для того чтобы регулировать ток и соответственно дугу во время этого процесса сварочный агрегат оборудован раздвижной системой, увеличивающей расстояние между катушками, а также площадь сердечника. Они из-за своей ценовой категории очень распространены на производстве, особенно в цехах с устаревшим оборудованием. Обладают довольно крупными размерами и зачастую устанавливаются стационарно.

И также как регулятор тока для сварочного аппарата, применяются отдельно расположенные дросселя, который добавляет индуктивности в цепь. Самый простой способ, но самый эффективный, регулировки напряжения и силы тока во время выполнения сварочных работ - это вывод нескольких контактных точек со вторичной обмотки. Кончено же, плавности изменения силы дуги в таком аппарате не получится добиться.

Сварочные трансформаторы постоянного тока

Такие приборы более эффективны для сваривания различных материалов обладают меньшими габаритами и плавным регулированием силы тока. Любой трансформатор не может работать на постоянном токе, это факт.

На рисунке показана простейшая схема такого агрегата, которую можно сделать и своими руками. Она гарантирует стабильные выходные характеристики сварочного тока и дуги, которая является ключевым аспектом любой сварки.

Сварщики знают, что при работе от положительного зажима выделяется больше тепла, чем от отрицательного. Следовательно для разной толщины металла стоит вырабатывать свою методику.

Существуют и новые разработки в этой отрасли так называемые сварочные аппараты инверторного типа. Трансформатор здесь работает на повышенных частотах, что даёт возможность снизить и габариты устройства, его вес, и токи первичной обмотки без последствий для создания качественной дуги.

Сварочный трансформатор ВДМ

Аппараты ВДМ производственного сварочного многопостового выпрямителя, устанавливается зачастую стационарно и предназначен для сварочных постов дуговой электросварки с помощью металлического электрода. Очень часто ВДМ подключаются к трёхфазной сети 380 Вольт. Во взрывоопасной среде, насыщенной пылью разной фракции, или же содержащей едкие газовые пары, разрушающие сталь и изоляцию, эксплуатация строго запрещена. Конструктивно в ВДМ есть возможность регулировать величину тока реостатом и дросселем.

Как рассчитать сварочный трансформатор

Изготовление трансформатора для сварочных работ, который должен быть близок по своим характеристикам к промышленному образцу, нужно проводить стандартными методиками подсчёта. Данная методика подойдет больше бытовому устройству, она содержит оптимальные значения обмоток и минимальные габаритные размеры сердечника.

Существует два вида сердечника:

1. броневой;
2. стержневой;
3. тороидальный (круглый).

При этом стержневые имеют немного большие показания КПД (коэффициента полезного действия) нежели броневые.

Прежде чем приступить непосредственно к расчету сварочного понижающего трансформатора, необходимо определить его мощность, которая зависит от того какая величина тока нужна для его эксплуатации. Наиболее распространенные варианты от 70 до 150 А. Разумно будет брать максимально допустимые токи вторичной обмотки немного выше порядка 180–200 А.

Мощность сварочного трансформатора переменного тока, и аппарата в целом, будет равна:

P = U2 × I2 × cos (φ) / η

где, U2 — напряжение холостого хода сварочного трансформатора рекомендуется от 30 до 60 Вольт, I2 - ток сварки, cos (φ) угол сдвига фаз между током и напряжением. В случае расчета потребляемой мощности cos (φ) можно взять равным 0,8; η- КПД, для данного устройства примерно можно принять равным 0,7.

А также стоит учесть при этом и продолжительность эксплуатации трансформатора, так как, скорее всего, ему пройдется работать не один час.

Плотность тока в обмотках берётся из справочника для медного провода J = 2,5 А/мм2. Для сварочного аппарата постоянного тока ВДМ агрегат оборудуется тремя первичными и тремя вторичными обмотками, поэтому расчёт производится инженерами и без квалификации его проблематично соорудить.

Улучшение сварочного трансформатора

Для улучшения нужно сократить слишком большую вторичную обмотку в 3–4 раза, уменьшив в ней напряжение холостого хода до 22–25 вольт, а вот для стабильного и уверенного зажигания дуги, прибавить небольшую слаботочную обмотку с напряжением 80–110 вольт. Переменный ток каждой из обмоток проходит выпрямление на диодных мостах, после чего обмотки подключаются параллельно друг другу.

Но также для усовершенствования и улучшения длительной работы сварочного трансформатора особенно в летнюю жаркую погоду необходимо использовать приточную или же вытяжную вентиляцию.

Исходными данными для такого расчета являются: Р ном - номиналь­ная кратковременная мощность трансформатора, ПВ ном - номинальная продолжительность включения, U 1 - напряжение в сети, питающей ма­шину, Е 2 - э. д. с. вторичной обмотки, а также пределы и число сту­пеней регулирования. Р ном и Е 2 обычно задаются для случая включения трансформатора на предпоследней ступени, что при включении на послед­ней, самой высокой ступени (Е 2 имеет максимальное значение) обеспе­чивает некоторый резерв мощности.

Расчет сварочного трансформатора начинается с определения разме­ров сердечника. Сечение сердечника (в см 2) определяется по формуле

где E 2 - расчетная э. д. с. вторичной обмотки трансформатора в В

f -частота переменного тока (обычно 50 гц)

w 2 - число витков вторичной обмотки (один, реже два);

В - максимальная допустимая индукция в гауссах (гс)

k - коэффициент, учитывающий наличие между тонкими стальными листами, из которых собирается сердечник, изоляции и воз­душных зазоров.

Допустимая индукция В зависит от марки стали. При использова­нии легированной трансформаторной стали в трансформаторах для кон­тактной сварки максимальная индукция обычно лежит в пределах 14000 - 16000 гс.

При хорошем стягивании сердечника из листов толщиной 0,5 мм изолированных лаком, k - 1,08; при бумажной изоляции k может повы­ситься до 1,12.

В броневом трансформаторе, имеющем разветвленную магнитную цепь, расчетное сечение, полученное по формуле, относится к центральному стержню, пропускающему полный магнитный поток. Сечение остальных участков магнитопровода, пропускающих поло­винный поток, уменьшается в 2 раза.

Сечение каждого стержня трансформатора обычно представляет собой прямоугольник с отношением сторон от 1:1 до 1:3.

Число витков первичной обмотки зависит от пределов регулирования вторичного напряжения трансформатора. Это регулирование в большин­стве случаев достигается изменением коэффициента трансформации путем включения большего или меньшего числа витков первичной обмотки. Например, при первичном напряжении 220 в и максималь­ном значении Е 2 = 5 в коэффициент трансформации равен 44 и при одном витке вторичной обмотки первичная обмотка должна иметь 44 витка; при необходимости в понижении Е 2 (в процессе регулирования мощности трансформатора) до 4 в коэффициент трансформации растет до 55, для чего требуется 55 витков первичной обмотки. Обычно пределы регули­рования контактных машин (отношение E 2 max / E 2 min) изменяются от 1,5 до 2 (в отдельных случаях эти пределы еще шире). Чем шире пределы регу­лирования трансформатора (чем меньше E 2 min при неизменном значе­нии Е 2 max), тем больше витков должна иметь его первичная обмотка и тем соответственно больше расход меди для изготовления трансформа­тора. В связи с этим более широкие пределы регулирования применяются в машинах универсального типа (это расширяет возможность их исполь­зования на производстве) и более узкие - в специализированных маши­нах, предназначенных для выполнения какой-либо определенной свароч­ной операции.

Зная величину Е 2 для номинальной ступени и пределы регулирования, легко подсчитать полное число витков первичной обмотки по формуле

При двух витках вторичной обмотки полученное значение w l удваи­вается.

Число ступеней регулирования мощности трансформатора для кон­тактной сварки обычно лежит в пределах 6-8 (иногда оно увеличи­вается до 16 и даже 64). Число витков, включаемых на каждой ступени регулирования, подбирается таким образом, чтобы отношение между э. д. с. для любых двух смежных ступеней было примерно одинаковым.

Сечение провода первичной обмотки рассчитывается по продолжи­тельному току на номинальной ступени I l пр. Предварительно опреде­ляется кратковременный номинальный ток по формуле

Продолжительный ток вычисляют по номинальному значению ПВ%, пользуясь формулой или графиком на фиг, 128. Сечение провода вычисляется по формуле

где j lnp - допустимая продолжительная плотность тока в первичной обмотке. Для медных проводов первичной обмотки с естественным (воз­душным) охлаждением j lnp = 1,4 - 1,8 а/мм 2 . При плотном прилегании первичной обмотки к элементам вторичного витка, имеющим интенсив­ное водяное охлаждение, плотность тока в первичной обмотке может быть существенно повышена (до 2,5 - 3,5 а/мм 2) за счет лучшего их охлаждения. Как указывалось выше, сечение витков первичной обмотки, включаемых только на низких ступенях регулирования (при относительно малом токе), может быть уменьшено по сравнению с сечением витков, пропускающих максимальный ток, при включении на последней ступени. Необходимое сечение вторичного витка определяется продолжительным током I 2пр во вторичной цепи машины. Приближенно I 2пр = n * I 1пр,

где n - коэффициент трансформации на номинальной ступени включения трансформатора. Сечение вторичного витка равно

В зависимости от конструкции и способа охлаждения в медном вто­ричном витке могут быть допущены следующие плотности тока: в не­охлаждаемом гибком витке, набранном из медной фольги,- 2,2 а/мм 2 ; в витке с водяным охлаждением - 3,5 а/мм 2 ; в неохлаждаемом жестком витке- 1,4-1,8 а/мм 2 . С увеличением плотности тока уменьшается вес меди, но растут потери в ней и понижается к. п. д. трансформатора.

Число витков первичной и вторичной обмоток трансформатора и их сечения (с учетом размещения изоляции) определяют размеры и форму окна в сердечнике трансформатора, в котором должны разме­ститься элементы обмоток. Это окно обычно проектируется с отноше­нием сторон от 1:1,5 до 1:3. Вытянутая форма окна позволяет разместить обмотки, не прибегая к большой высоте катушек, ведущей к увеличению расхода меди в связи с заметным удлинением наружных витков обмотки. Размеры окна и ранее найденные сечения стержней сердечника полностью опре­деляют форму последнего.

Следующим этапом в расчете трансформатора является определение его тока холостого хода. Для этого предварительно подсчитывается вес сердечника и определяются активные потери энергии в нем Р ж. Далее активная составляющая тока холостого хода вычисляется по формуле

А его реактивная составляющая (намагничивающий ток) - по фор­муле . Суммарный ток холостого хода определяется как длина гипотенузы в прямоугольном треугольнике

для качественной сварки обычно требуются специальные электроды для переменного тока, обладающие повышенными стабилизирующими свойствами;

низкая стабильность горения дуги (при отсутствии встроенного стабилизатора горения дуги);

в простых трансформаторах – зависимость от колебаний сетевого напряжения.

Сварочные трансформаторы

Сварочные трансформаторы предназначены для создания устойчивой электрической дуги, поэтому они должны иметь требуемую внешнюю характеристику. Как правило, это падающая характеристика, так как сварочные трансформаторы используются для ручной дуговой сварки и сварки под флюсом.

Промышленный переменный ток на территории России имеет частоту 50 периодов в секунду (50 Гц). Сварочные трансформаторы служат для преобразования высокого напряжения электрической сети (220 или 380 В) в низкое напряжение вторичной электрической цепи до требуемого для сварки уровня, определяемого условиями для возбуждения и стабильного горения сварочной дуги. Вторичное напряжение сварочного трансформатора при холостом ходе (без нагрузки в сварочной цепи) составляет 60-75 В. При сварке на малых токах (60-100 А) для устойчивого горения дуги желательно иметь напряжение холостого хода 70 - 80 В.

Трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием. На рис. 1 приводится принципиальная схема трансформатора с отдельным дросселем. Комплект источников питания состоит из понижающего трансформатора и дросселя (регулятора реактивной катушки).

Рис. 1. Принципиальная схема трансформатора с отдельным дросселем (сварочный ток регулируется изменением воздушного зазора)

Понижающий трансформатор, основой которого является магнитопровод 3 (сердечник), изготовлен из большого количества тонких пластин (толщиной 0,5 мм) трансформаторной стали, стянутых между собой шпильками. На магнитопроводе 3 имеются первичная 1 и вторичная 2 (понижающая) обмотки из медного или алюминиевого провода.

Дроссель состоит из магнитопровода 4, набранного из листов трансформаторной стали, на котором расположены витки медного или алюминиевого провода 5, рассчитанного на

прохождение сварочного тока максимальной величины. На магнитопроводе 4 имеется подвижная часть б, которую можно перемещать с помощью винта, вращаемого рукояткой 7.

Первичная обмотка 1 трансформатора подключается в сеть переменного тока напряжением 220 или 380 В. Переменный ток высокого напряжения, проходя по обмотке 1, создаст действующее вдоль магнитопровода переменное магнитное поле, под действием которого во вторичной обмотке 2 индуктируется переменный ток низкого напряжения. Обмотку дросселя 5 включают в сварочную цепь последовательно со вторичной обмоткой трансформатора.

Величину сварочного тока регулируют путем изменения воздушного зазора а между подвижной и неподвижной частями магнитопровода 4 (рис. 1). При увеличении воздушного зазора а магнитное сопротивление магнитопровода увеличивается, магнитный поток соответственно уменьшается, а следовательно, уменьшается индуктивное сопротивление катушки и увеличивается сварочный ток. При полном отсутствии воздушного зазора а дроссель можно рассматривать как катушку на железном сердечнике; в этом случае величина тока будет минимальной. Следовательно, для получения большей величины тока воздушный зазор нужно увеличить (рукоятку на дросселе вращать по часовой стрелке), а для получения меньшей величины тока - зазор уменьшить (рукоятку вращать против часовой стрелки). Регулирование сварочного тока рассмотренным способом позволяет настраивать режим сварки плавно и с достаточной точностью.

Современные сварочные трансформаторы типа ТД, ТС, ТСК, СТШ и другие выпускаются в однокорпусном исполнении.

Рис. 2. Принципиальная электрическая и конструктивная схема трансформатора типа СТН в однокорпусном исполнении (а) и его магнитная схема (б). 1 - первичная обмотка; 2 - вторичная обмотка; 3 - реактивная обмотка; 4 - подвижной пакет магнитопровода; 5 - винтовой механизм с рукояткой; 6 - магнитопровод регулятора; 7 - магнитопровод трансформатора; 8 - электродержатель; 9 - свариваемое изделие

В 1924 г. академиком В. П. Никитиным была предложена система сварочных трансформаторов типа СТН, состоящих из трансформатора и встроенного дросселя. Принципиальная электрическая и конструктивная схема трансформаторов типа СТН в однокорпусном исполнении, а также магнитная система показаны на рис. 2. Сердечник такого трансформатора, изготовленный из тонколистовой трансформаторной стали, состоит из двух, связанных общим ярмом сердечников,- основного и вспомогательного. Обмотки трансформатора изготовлены в виде двух катушек, каждая из которых состоит из двух слоев первичной обмотки 1, выполненных из изолированного провода, и двух наружных слоев вторичной обмотки 2, выполненных из неизолированной шинной меди. Катушки дросселя пропитаны теплостойким лаком и имеют асбестовые прокладки.

Обмотки трансформаторов типа СТН изготовляют из медного или алюминиевого проводов с выводами, армированными медью. Величину сварочного тока регулируют с помощью подвижного пакета магнитопровода 4, путем изменения воздушного зазора а винтовым механизмом с рукояткой 5. Увеличение воздушного зазора при вращении рукоятки 5 по часовой стрелке вызывает, как и в трансформаторах типа СТЭ с отдельным дросселем, уменьшение магнитного потока в магнитопроводе 6 и увеличение сварочного тока. При уменьшении воздушного зазора повышается индуктивное сопротивление реактивной обмотки дросселя, а величина сварочного тока уменьшается.

ВНИИЭСО разработаны трансформаторы этой системы СТН-500-П и СТН-700-И с алюминиевыми обмотками. Кроме того, на базе этих трансформаторов разработаны трансформаторы ТСОК-500 и ТСОК-700 со встроенными конденсаторами, подключенными к первичной обмотке трансформатора. Конденсаторы компенсируют реактивную мощность и обеспечивают повышение коэффициента мощности сварочного трансформатора до 0,87.

Однокорпусные трансформаторы СТН более компактны, масса их меньше, чем у трансформаторов типа СТЭ с отдельным дросселем, а мощность одинакова.

Трансформаторы с подвижными обмотками с увеличенным магнитным рассеянием. Трансформаторы с подвижными обмотками (к ним относятся сварочные трансформаторы типа ТС, ТСК и ТД) получили в настоящее время широкое применение при ручной дуговой сварке. Они имеют повышенную индуктивность рассеяния и выполняются однофазными, стержневого типа, в однокорпусном исполнении.

Катушки первичной обмотки такого трансформатора неподвижные и закреплены у нижнего ярма, катушки вторичной обмотки подвижные. Величину сварочного тока регулируют изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками. Наибольшая величина сварочного тока достигается при сближении катушек, наименьшая - при удалении. С ходовым винтом 5 связан указатель примерной величины сварочного тока. Точность показаний шкалы составляет 7,5 % от значения максимального тока. Отклонения величины тока зависят от подводимого напряжения и длины сварочной дуги. Для более точного замера сварочного тока должен применяться амперметр.

Рис. 3. Сварочные трансформаторы: а - конструктивная схема трансформатора ТСК-500; б - электрическая схема трансформатора ТСК-500: 1 - сетевые зажимы для проводов; 2 - сердечник (магнитопровод); 3 - рукоятка регулирования тока; 4 - зажимы для подсоединения сварочных проводов; 5 - ходовой винт; 6 - катушка вторичной обмотки; 7 - катушка первичной обмотки; 8 - компенсирующий конденсатор; в - параллельное; г - последовательное соединение обмоток трансформатора ТД-500; ОП - первичная обмотка; ОВ - вторичная обмотка; ПД - переключатель диапазона токов; С - защитный фильтр от радиопомех.

Рис.4 Портативный сварочный аппарат

На рис. 3-а,б показаны принципиальная электрическая и конструктивная схемы трансформатора ТСК-500. При повороте рукоятки 3 трансформатора по часовой стрелке катушки обмоток 6 и 7 сближаются, вследствие чего магнитное рассеяние и вызываемое им индуктивное сопротивление обмоток уменьшаются, а величина сварочного тока увеличивается. При повороте рукоятки против часовой стрелки катушки вторичной обмотки удаляются от катушек первичной обмотки, магнитное рассеяние увеличивается и величина сварочного тока уменьшается.

Трансформаторы снабжены емкостными фильтрами, предназначенными для снижения помех радиоприему, создаваемых при сварке. Трансформаторы типа ТСК отличаются от ТС наличием компенсирующих конденсаторов 8, обеспечивающих повышение коэффициента мощности (соs φ). На рис. 3, в показана принципиальная электрическая схема трансформатора ТД-500.

ТД-500 представляет собой понижающий трансформатор с повышенной индуктивностью рассеяния. Сварочный ток регулируют изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками. Обмотки имеют по две катушки, расположенные попарно на общих стержнях магнитопровода. Трансформатор работает на двух диапазонах: попарное параллельное соединение катушек обмоток дает диапазон больших токов, а последовательное - диапазон малых токов.

Последовательное соединение обмоток за счет отключения части витков первичной обмотки позволяет повысить напряжение холостого хода, что благоприятно отражается на горении дуги при сварке на малых токах.

При сближении обмоток уменьшается индуктивность рассеяния, что приводит к увеличению сварочного тока; при. увеличении расстояния между обмотками увеличивается индуктивность рассеяния, а ток соответственно уменьшается. Трансформатор ТД-500 имеет однокорпусное исполнение с естественной вентиляцией, дает падающие внешние характеристики и изготавливается только на одно напряжение сети - 220 или 380 В.

Трансформатор ТД-500 ~ однофазный стержневого типа состоит из следующих основных узлов: магнитопровода - сердечника, обмоток (первичной и вторичной), регулятора тока, переключателя диапазонов токов, токоуказательного механизма и кожуха.

Алюминиевые обмотки имеют по две катушки, расположенные попарно на общих стержнях магнитопровода. Катушки первичной обмотки неподвижно закреплены у нижнего ярма, а вторичной обмотки - подвижные. Переключение диапазонов тока производят переключателем барабанного типа, рукоятка которого выведена на крышку трансформатора. Величину отсчета тока производят по шкале, отградуированной соответственно на два диапазона токов при номинальном напряжении питающей сети.

Емкостной фильтр, состоящий из двух конденсаторов, служит для снижения помех радиоприемным устройствам.

Правила техники безопасности при эксплуатации сварочных трансформаторов. В процессе работы электросварщик постоянно обращается с электрическим током, поэтому все токоведущие части сварочной цепи должны быть надежно изолированы. Ток величиной 0,1 А и выше опасен для жизни и может привести к трагическому исходу. Опасность поражения электрическим током зависит от многих факторов и в первую очередь от сопротивления цепи, состояния организма человека, влажности и температуры окружающей атмосферы, напряжения между точками соприкосновения и от материала пола, на котором стоит человек.

Сварщик должен помнить, что первичная обмотка трансформатора соединена с силовой сетью высокого напряжения, поэтому в случае пробоя изоляции это напряжение может быть и во вторичной цепи трансформатора, т. е. на электрододержателе.

Напряжение считается безопасным: в сухих помещениях до 36 В и в сырых до 12 В.

При сварке в закрытых сосудах, где повышается опасность поражения электрическим током, необходимо применять ограничители холостого хода трансформатора, специальную обувь, резиновые подстилки; сварка в таких случаях ведется под непрерывным контролем специального дежурного. Для снижения напряжения холостого хода существуют различные специальные устройства - ограничители холостого хода.

Сварочные трансформаторы промышленного использования, как правило, подключают к трехфазной сети 380 В, что в бытовых условиях не всегда удобно. Как правило, подключение индивидуального участка к трехфазной сети хлопотно и дорого, и без особой нужды это не делают. Для таких потребителей промышленность выпускает сварочные трансформаторы, рассчитанные на работу от однофазной сети с напряжением 220 - 240 В. Пример такого портативного сварочного аппарата приведен на рис.4. Этот аппарат, обеспечивающий разогрев дуги до 4000°С, уменьшает обычное сетевое напряжение, одновременно повышая сварочный ток. Ток в установленном диапазоне регулируется с помощью ручки, смонтированной на передней панели аппарата. В комплект аппарата входит сетевой кабель и два сварочных провода, один из которых соединен с электрододержателем, а второй - с заземляющим зажимом.

Обычно для домашних работ вполне подходят аппараты, вырабатывающие сварочный ток в 140 ампер при 20-процентном рабочем цикле. При выборе аппарата следует обращать внимание на то, чтобы регулировка сварочного тока была плавной.

Сварочные выпрямители.

3.1. Назначение, устройство и классификация выпрямителей.

Выпрямители для ручной дуговой сварки должны иметь крутопадающие внешние характеристики. По сварочным свойствам требования к выпрямителям и трансформаторам для ручной сварки аналогичны. Выпрямители применяют тогда, когда по условиям сварки необходим постоянный (выпрямленный) ток. Они предназначены для эксплуатации в помещениях (3 и 4 категории размещения согласно ГОСТ 15150-69).

Для механизированной сварки в среде углекислого газа открытой дугой при постоянной скорости подачи проволоки применяют выпрямители с пологопадающей внешней характеристикой. Сварка в углекислом газе при малых токах и напряжениях протекает с частыми короткими замыканиями (до 10-100 в сек.). В этих условиях пологопадающая характеристика обеспечивает надежное зажигание дуги, повышает ее саморегулирование и стабильность процесса сварки на стадиях зажигания, горения дуги и короткого замыкания. Для уменьшения разбрызгивания расплавленного металла используют дроссель, включенный в цепь выпрямленного тока. Дроссель замедляет нарастание тока в первичной фазе короткого замыкания, что позволяет капле расплавленного металла на торце электродной проволоки слиться с ванной расплавленного металла на изделии с образованием жидкой перемычки. При правильном подборе индуктивности дросселя разбрызгивание металла при механизированной сварке в СО2 значительно снижается.

Иногда выпрямители входят в состав сварочных полуавтоматов. Малогабаритные сварочные полуавтоматы имеют однокорпусное исполнение с выпрямителями. Обычно такой выпрямитель состоит из однофазного трансформатора, однофазной мостовой или двухполупериодной схемы выпрямления и дросселя в цепи выпрямленного тока.

Универсальные выпрямители имеют как крутопадающие, так и пологопадающие внешние характеристики, переключаемые при настройке режима сварки. Они могут быть использованы как для ручной, так и для механизированной сварки. Выпрямители могут быть также универсальными по роду тока, т.е. обеспечивать сварку и постоянным и переменным током.

Силовые трансформаторы выпрямителей могут быть трехфазными или однофазными. Трансформатор применяют для понижения сетевого напряжения до рабочего, для формирования внешней характеристики, для ступенчатого и плавного регулирования напряжения и тока дуги.

Применяют однофазные мостовые, двуполупериодные со средней точкой, трехфазные и шестифазные схемы выпрямления.

Выпрямительный тиристорный блок кроме выпрямления тока, применяют для формирования внешней характеристики и регулирования сварочного тока. Дроссель служит для сглаживания пульсаций выпрямленного тока и для создания необходимых динамический свойств.

Сварочные выпрямители делятся по назначению:

1) Для ручной сварки;

2) Для сварки в защитных газах;

3) Универсальные;

4) Многопостовые.

В сварочных выпрямителях используют неуправляемые(диоды), полууправляемые (тиристоры) и управляемые (транзисторы) вентили. Силовые кремниевые вентили могут быть штыревого и таблеточного исполнения. У штыревых вентилей один силовой вывод (анод или катод) выполнен в виде шпильки с резьбой для присоединения к охладителю. Второй вывод

может быть гибким или жестким. У таблеточных вентилей плоские поверхности являются катодным и анодным выводами и присоединяются к охладителю. Диод пропускает ток в прямом направлении в одном полупериоде и почти не пропускает ток в обратном направлении в другом полупериоде (рис. 3.1.а). По дуге Rн идет ток одного направления – прерывистый выпрямленный ток дуги. Тиристор тоже пропускает ток в одном направлении. Однако для отпирания тиристора нужны два условия: потенциал его анода должен быть выше потенциала катода, т.е. тиристор должен быть включен в прямом направлении, и на его управляющий электрод УЭ необходимо подать положительный относительно катода импульс напряжения. Поэтому в положительном полупериоде тиристор отопрется с задержкой на электрический градус, определяемый временем подачи импульса управления на УЭ. Среднее значение выпрямленного тока, пропорциональное заштрихованной зоне, у тиристора меньше, чем у диода. Величиной выпрямленного тока можно управлять, меняя угол отпирания тиристора. Чем больше угол отпирания, тем меньше ток дуги.

Тиристор выключается самопроизвольно в конце полупериода при снижении напряжения до нуля. Поэтому тиристор называют полууправляемым вентилем. В течение отрицательного полупериода тиристор заперт. Тиристоры используются для выпрямления и регулирования тока и формирования внешних характеристик источника (рис.3.1.б).

Рис. 3.1. Осциллограммы работы диода (а), тиристора (б) в цепи переменного тока.

Прямой ток коллектора К транзистора прямо пропорционален току базы Б. В положительном полупериоде, пока на базу Б не подан ток, практически отсутствует ток коллектора и, следовательно, ток в дуге. При подаче на базу достаточно большого тока управления транзистор в момент 1 сразу начинает пропускать прямой ток коллектора, ограниченный только сопротивлением нагрузки Rн. При снятии тока базы в момент 2, резко снижается прямой ток. Транзистор тоже пропускает ток в одном направлении.

Рассмотрим работу схем выпрямления, применяемых в малогабаритных сварочных выпрямителях.

Однофазная мостовая схема (рис.3.2.а) работает следующим образом. В первом полупериоде ток пропускает VD1и VD2, во втором - вентили VD3 VD4. Таким образом, вентили работают попарно пропуская через дугу обе полуволны переменного тока. Выпрямленное напряжение представляет собой однополярные полуволны переменного напряжения трансформатора Т. В результате ток дуги остается постоянным по направлению. Форма кривой выпрямленного напряжения – пульсирующая от нуля до амплитудного значения – не совсем пригодна для сварки. Поэтому в цепь выпрямленного тока устанавливается дроссель, который сглаживает кривую выпрямленного напряжения, делает ее более пригодной для сварки.

Однофазная двухполупериодная схема со средней точкой представлена на рис. 3.2.б. Схема двухфазная, т.к. вторичная обмотка силового трансформатора обеспечивает переменные напряжения, смещенные относительно друг друга на 180°.

Рис. 3.2. Работа однофазной мостовой (а) и однофазной двухполупериодной со средней точкой (б) схем выпрямления.

В интервале времени 0-П верхний конец вторичной обмотки положителен по отношению к средней точке. Анод вентиля VD1 положителен по отношению к катоду и, следовательно, пропускает ток. Вентиль VD2 в интервале 0-П, напротив выключен. В следующем интервале работы схемы П-2П полярность напряжения на обмотках трансформатора сменится и вентили поменяются ролями. Переход тока с вентиля VD1 на вентиль VD2 произойдет в момент 0=П, когда напряжение на вторичной обмотке трансформатора сменит знак.

Кривая выпрямленного напряжения состоит из однополярных полуволн фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора. Кривая выпрямленного тока в точности повторяет кривую выпрямленного напряжения.

С точки зрения использования трансформатора однофазная мостовая схема более выгодна, чем однофазная двухполупериодная схема со средней точкой. Использование вентилей по напряжению в мостовой схеме лучше, но мостовая схема требует в 2 раза большего числа вентилей. Поэтому для выпрямителей для сварки в СО2, где обратное напряжение на вентиле мало, выгоднее использовать однофазную двухполупериодную схему.

Однофазные схемы выпрямления имеют недостатки: неэффективное использование трансформатора, большие пульсации выпрямленного напряжения и тока, прерывистый ток. Этих недостатков не имеет трехфазная схема выпрямления. Выпрямитель состоит из трехфазного трансформатора и шести вентилей, соединенных по мостовой схеме. Вентили V1, V3, V5 образовывают катодную группу, их общий вывод – положительный полюс для внешней цепи. Вентили V2, V4, V6 образовывают анодную группу, общая точка соединения анодов – отрицательный полюс для сварочной цепи. В катодной группе в течении каждой трети периода работает вентиль с наиболее высоким потенциалом анода. В анодной группе в данную часть периода работает тот вентиль, катод которого имеет наиболее отрицательный потенциал по

отношению к общей точке анодов. Вентили катодной группы открываются в момент пересечения положительных отрезков синусоид, а вентили анодной группы – в момент пересечения отрицательных отрезков синусоид. Каждый из вентилей работает на протяжении трети периода. Ток в каждый момент времени проводят два вентиля – один в катодной, другой в анодной группе. Ток в нагрузке все время проходит в одном направлении. Выпрямленная дуга UД и ток IД отличаются малыми импульсами. Такой выпрямитель обеспечивает равномерное нагружение фаз питания, эффективное использование трансформатора и вентилей. Трехфазная мостовая схема широко используется в сварочных выпрямителях.

Трехфазная мостовая схема получила применение в выпрямителях на номинальные токи до 300-400 А. Шестифазная схема с уравнительным реактором применяется в тиристорных выпрямителях на токи 500-600 А. Шестифазная кольцевая схема выпрямителя – в выпрямителях на токи 1250-1500 А.

По конструкции выпрямители отличаются способом регулирования режима. Уравнение внешней характеристики выпрямителя с пологопадающей внешней характеристикой имеет вид (при UД > 0,7 UXX):

Уравнение крутопадающей внешней характеристики (при UД < 0,7 UXX):

где ХТ – индуктивное сопротивление фазы трансформатора ХТ = Х1 + Х2

Сварочные выпрямители

Сварочный выпрямитель – это аппарат, преобразующий переменный ток сети в постоянный ток для сварки.

Рисунок. Устройство сварочного выпрямителя (с трансформатором с подвижными обмотками)

Сварочный выпрямитель для дуговой сварки, как правило, состоит из силового трансформатора, выпрямительного блока, пускорегулирующей, измерительной и защитной аппаратуры.

Рисунок. Типовая функциональная блок-схема выпрямителя для сварки плавящимся электродом

Силовой трансформатор преобразует энергию силовой сети в энергию, необходимую для сварки, а также согласует значения напряжений сети с выходным напряжением. В однопостовых выпрямителях используют преимущественно трехфазные трансформаторы, поскольку однофазные одно- и двухполупериодные схемы выпрямления приводят к существенным пульсациям выходного напряжения, которые ухудшают качество сварных соединений.

Регуляторы тока (или регуляторы напряжения) используются для формирования жесткой или падающей внешней характеристики. Они позволяют установить режим сварки и соответствующее значение сварочного тока.

Выпрямительный блок в основном собирают по трехфазной мостовой схеме, реже – по однофазной мостовой двухполупериодного выпрямления. При трехфазной мостовой схеме обеспечивается более равномерная загрузка трехфазной силовой сети и достигаются высокие технико-экономические показатели. В качестве полупроводников применяются селеновые или кремниевые вентили.

Виды сварочных выпрямителей

В зависимости от конструкции силовой части сварочные выпрямители подразделяют на следующие виды:

регулируемые трансформатором;

с дросселем насыщения;

тиристорные;

с транзисторным регулятором;

инверторные.

Сварочные выпрямители также классифицируют по типу формируемых вольт-амперных характеристик.

При механизированной сварке под флюсом или в защитном газе в сварочных аппаратах с саморегулированием дуги используют однопостовые выпрямители с жесткими внешними характеристиками. Обычно в таких выпрямителях применяется трансформатор с нормальным магнитным рассеянием. Возможные способы регулирования сварочного напряжения:

витковое регулирование – в сварочном выпрямителе с трансформатором с секционированными обмотками;

магнитное регулирование – в выпрямителе с трансформатором с магнитной коммутацией или дросселем насыщения;

фазовое регулирование – в тиристорном выпрямителе;

импульсное регулирование – широтное, частотное и амплитудное регулирование в выпрямителе с транзисторным регулятором и инверторном выпрямителе.

Наиболее известные выпрямители с жесткими (естественно пологопадающими) внешними характеристиками для механизированной дуговой сварки:

серий ВС (ВС-200, ВС-300, ВС-400, ВС-500, ВС-600, ВС-632), ВДГ (ВДГ-301, ВДГ-302, ВДГ-303, ВДГ-603) и ВСЖ (ВСЖ-303);

а также сварочные выпрямители ВС-1000 и ВС-1000-2 для механизированной сварки в аргоне, гелии, углекислом газе, под флюсом.

При ручной дуговой сварке применяют выпрямители с падающими внешними характеристиками. В конструкциях российских аппаратов используют следующие способы формирования характеристик:

повышение сопротивления трансформатора – в сварочном выпрямителе с трансформатором с подвижными обмотками, с магнитным шунтом либо с разнесенными обмотками;

применение обратной связи по току – в тиристорном, транзисторном или инверторном выпрямителях.

Наиболее распространенные выпрямители для ручной дуговой сварки: серии ВД (ВД-101, ВД-102, ВД-201, ВД-301, ВД-302, ВД-303, ВД-306, ВД-401), типов ВСС-120-4, ВСС-300-3, а также аппараты ВД-502 и ВКС-500, предназначенные для автоматической сварки под флюсом.

Весьма популярны и универсальные сварочные выпрямители, формирующие как падающие, так и жесткие характеристики. Наиболее известные типы:

серии ВСК (ВСК-150, ВСК-300, ВСК-500) для ручной дуговой сварки покрытыми электродами, полуавтоматической и автоматической сварки в защитных газах;

серий ВСУ (ВСУ-300, ВСУ-500) и ВДУ (ВДУ-504, ВДУ-305, ВДУ-1201, ВДУ-1601) для ручной сварки покрытыми электродами, механизированной сварки плавящейся электродной проволокой под флюсом, в защитных газах, порошковой проволокой.

Занимаясь поисками подходящего сварочного трансформатора, многие отказываются от заводских моделей в пользу самодельных. Причины такого решения могут быть самые разнообразные, начиная от неприемлемых цен и заканчивая желанием сделать сварочный трансформатор самостоятельно. По сути особых сложностей в том, как сделать сварочный трансформатор, нет, к тому же, самодельный сварочный трансформатор может по праву считаться предметом гордости любого хозяина. Но при его создании невозможно обойтись без знаний об устройстве и схеме трансформатора, его характеристиках и расчетах по ним.

Любой электроинструмент обладает определенными рабочими характеристиками и сварочный трансформатор не исключение. Но кроме привычных, таких как мощность, количество фаз и требуемое для работы напряжение в сети, сварочный трансформатор имеет целый набор уникальных характеристик, каждая из которых позволит безошибочно подобрать в магазине аппарат под определенный вид работ. Для тех же, кто собирается изготовить сварочный трансформатор своими руками, знание этих характеристик потребуется для выполнения расчетов.

Но прежде чем перейти к детальному описанию каждой характеристики, необходимо разобраться, что собой представляет базовый принцип работы сварочного трансформатора. Он довольно прост и заключается в преобразовании входящего напряжения, а именно его понижении. Понижающая вольтамперная характеристика сварочного трансформатора имеет следующую зависимость - при понижении напряжения (Вольт) возрастает сила тока сварки (Ампер), что и позволяет плавить и сваривать металл. На основе этого принципа и построена вся работа сварочного трансформатора, а также связанные с ней другие рабочие характеристики.

Напряжение сети и количество фаз

С этой характеристикой все довольно просто. Она указывает на требуемое для работы сварочного трансформатора напряжение. Это может быть 220 В или 380 В. На практике напряжение в сети может немного колебаться в пределах +/- 10 В, что может сказаться на стабильной работе трансформатора. При расчетах для сварочного трансформатора напряжение в сети является основополагающей характеристикой для расчетов. К тому же, от напряжения в сети зависит количество фаз. Для 220 В - это две фазы, для 380 В - три. В расчетах это не учитывается, но для подключения сварочного аппарата и его работы это важный момент. Также есть отдельная категория трансформаторов, которые могут работать как от 220 В, так и от 380 В.

Номинальный сварочный ток трансформатора

Это основная рабочая характеристика любого сварочного трансформатора. От величины силы сварочного тока зависит возможность резки и сварки металла. Во всех сварочных трансформаторах это значение указывается максимальным, так как именно столько способен выдать трансформатор на пределе возможностей. Конечно, номинальный сварочный ток можно регулировать для возможности работы электродами различного диаметра, и для этого в трансформаторах предусмотрен специальный регулятор. Необходимо отметить, что для бытовых сварочных трансформаторов, созданных своими руками, сварочный ток не превышает 160 - 200 А. Это связано в первую очередь с весом самого трансформатора. Ведь чем больше сила сварочного тока, тем больше требуется витков медного провода, а это лишние неподъемные килограммы. В дополнение на сварочный трансформатор цена зависит от металла для проводов обмоток, и чем больше провода было потрачено, тем дороже обойдется сам аппарат.

В работе со сварочным трансформатором для сварки металла используются наплавляемые электроды различного диаметра. При этом возможность использовать электрод определенного диаметра зависит от двух факторов. Первый - номинальный сварочный ток трансформатора. Второй - толщина металла. В приведенной ниже таблице указаны диаметры электродов в зависимости от толщины металла и сварочного тока самого трансформатора.

Как видно из этой таблицы, использование 2 мм электрода будет просто бессмысленным при силе тока в 200 А. Или наоборот, 4 мм электрод бесполезен при силе тока в 100 А. Но довольно часто приходится выполнять сварку металла различной толщины одним и тем же аппаратом и для этого сварочные трансформаторы оборудуются регуляторами силы тока.

Пределы регулирования сварочного тока

Для сварки металла различной толщины используются электроды различного диаметра. Но если сила сварочного тока будет слишком большой, то металл при сварке прогорит, а если слишком маленькой, то не удастся его расплавить. Потому в сварочных трансформаторах для этих целей встраивается специальный регулятор, позволяющий понижать номинальный сварочный ток до определенного значения. Обычно в самодельных сварочных трансформаторах создается несколько ступеней регулировки, начиная от 50 А и заканчивая 200 А.

Номинальное рабочее напряжение

Как уже отмечалось, сварочный трансформатор преобразует входящее напряжение до более низкого значения, составляющего 30 - 60 В. Это и есть номинальное рабочее напряжение, которое необходимо для поддержания стабильного горения дуги. Также от этого параметра зависит возможность сварки металла определенной толщины. Так для сварки тонколистового металла требуется низкое напряжение, а для более толстого - высокое. При расчетах этот показатель весьма важен.

Номинальный режим работы

Одной из ключевых рабочих характеристик сварочного трансформатора является его номинальный режим работы. Он указывает на период беспрерывной работы. Этот показатель для заводских сварочных трансформаторов обычно составляет около 40%, а вот для самодельных он может быть не выше 20 - 30%. Это значит, что из 10 минут работы можно беспрерывно варить 3 минуты, а 7 давать отдохнуть.

Мощность потребления и выходная

Как и любой другой электроинструмент, сварочный трансформатор потребляет электроэнергию. При расчетах и создании трансформатора показатель потребляемой мощности играет важную роль. Что касается выходной мощности, то её также следует учитывать, так как коэффициент полезного действия сварочного трансформатора напрямую зависит от разницы между этими двумя показателями. И чем меньше эта разница, тем лучше.

Напряжение холостого хода

Одной из важных рабочих характеристик является напряжение холостого хода сварочного трансформатора. Эта характеристика отвечает за легкость появления сварочной дуги, и чем выше будет напряжение, тем легче появится дуга. Но есть один важный момент. Для обеспечения безопасности человека, работающего с аппаратом, напряжение ограничивается 80 В.

Схема сварочного трансформатора

Как уже отмечалось, принцип работы сварочного трансформатора заключается в понижении напряжения и повышении силы тока. В большинстве случаев устройство сварочного трансформатора довольно простое. Он состоит из металлического сердечника, двух обмоток - первичной и вторичной. На представленном ниже фото изображено устройство сварочного трансформатора.

С развитием электротехники принципиальная схема сварочного трансформатора совершенствовалась, и сегодня производятся сварочные аппараты, в схеме которых используются дроссели, диодный мост и регуляторы силы тока. На представленной схеме видно, как диодный мост интегрирован в сварочный трансформатор (фото ниже).

Одним из самых популярных самодельных сварочных трансформаторов является трансформатор с тороидальным сердечником, в силу его малого веса и прекрасных рабочих характеристик. Схема такого трансформатора представлена ниже.

Сегодня существует множество различных схем сварочных трансформаторов, начиная от классических и заканчивая схемами инверторов и выпрямителей. Но для создания сварочного трансформатора своими руками лучше выбирать более простую и надежную схему, не требующую использования дорогой электроники. Как, например, сварочный тороидальный трансформатор или трансформатор с дросселем и диодным мостом. В любом случае для создания сварочного трансформатора, кроме схемы, придется выполнить определенные расчеты, чтобы получить требуемые рабочие характеристики.

При создании сварочного трансформатора под конкретные цели приходится определять его рабочие характеристики заранее. Кроме этого, расчет сварочного трансформатора выполняется для определения количества витков первичной и вторичной обмоток, площади сечения сердечника и его окна, мощности трансформатора, напряжения дуги и прочего.

Для выполнения расчетов потребуются следующие исходные данные :

• входящее напряжение первичной обмотки (В) U1;
• номинальное напряжение вторичной обмотки (В) U2;
• номинальная сила тока вторичной обмотки (А) I;
• площадь сердечника (см2) Sс;
• площадь окна (см2)So;
• плотность тока в обмотке (A/мм2).

Рассмотрим на примере расчета для тороидального трансформатора со следующими параметрами: входящее напряжение U1=220 В, номинальное напряжение вторичной обмотки U2=70 В, номинальная сила тока вторичной обмотки 200 А, площадь сердечника Sс=45 см2, площадь окна So=80 см2, плотность тока в обмотке составляет 3 A/мм2.

Вначале рассчитываем мощность тороидального трансформатора по формуле:

P габаритн = 1,9*Sc*So . В результате получим 6840 Вт или упрощенно 6,8 кВт.

Важно! Данная формула применима только для тороидальных трансформаторов. Для трансформаторов с сердечником типа ПЛ, ШЛ используется коэффициент 1,7. Для трансформаторов с сердечником типа П, Ш - 1,5.

Следующим шагом будет расчет количества витков для первичной и вторичной обмоток. Чтобы это сделать, вначале придется вычислить необходимое количество витков на 1 В. Для этого используем следующую формулу: K = 35/S . В результате получим 0,77 витка на 1 В потребляемого напряжения.

Важно! Как и в первой формуле, коэффициент 35 применим только для тороидальных трансформаторов. Для трансформаторов с сердечником типа ПЛ, ШЛ используется коэффициент 40. Для трансформаторов с сердечником типа П, Ш - 50.

Далее рассчитываем максимальный ток первичной обмотки по формуле: Imax = P/U . В результате получим ток для первичной обмотки 6480/220=31 А. Для вторичной обмотки силу тока берем за константу в 200 А, так как возможно придется варить электродами с диаметром от 2 до 3 мм металл различной толщины. Конечно, на практике 200 А - это предельная сила тока, но запас в пару десятков ампер позволит аппарату работать более надежно.

Теперь на основании полученных данных рассчитываем количество витков для первичной и вторичной обмоток в трансформаторе со ступенчатым регулированием в первичной обмотке. Расчет для вторичной обмотки выполняем по следующей формуле W2 =U2*K , в результате получим 54 витка. Далее переходим к расчету ступеней первичной обмотки. Для этого используем формулу W1ст = (220*W2)/Uст .

Uст - необходимое выходное напряжение вторичной обмотки.

W2 - количество витков вторичной обмотки.

W1ст - количество витков первичной обмотки определенной ступени.

Но прежде чем приступить к расчету витков ступеней первичной обмотки, необходимо определить напряжение для каждого. Сделать это можно по формуле U=P/I , где:

P - мощность (Вт).

U - напряжение (В).

I - ток (А).

Например, нам требуется сделать четыре ступени со следующими показателями номинальной силы тока на вторичной обмотке: 160 А, 130 А, 100 А и 90 А. Такой разброс понадобится для использования электродов различного диаметра и сварки металла различной толщины. В результате получим Uст = 40,5 В для первой ступени, 50 В для второй ступени, 65 В для третьей ступени и 72 В для четвертой. Подставив полученные данные в формулу W1ст = (220*W2)/Uст , рассчитываем количество витков для каждой ступени. W1ст1 = 293 витка, W1ст2 = 238 витков, W1ст3 = 182 витка, W1ст4 = 165 витков. В процессе намотки провода на каждом из этих витков делается отвод для регулятора.

Осталось рассчитать сечение провода для первичной и вторичной обмоток. Для этого используем показатель плотности тока в проводе, который равен 3 A/мм2. Формула довольно проста - необходимо максимальный ток каждой из обмоток разделить на плотность тока в проводке. В результате получим для первичной обмотки сечение провода Sперв = 10 мм2. Для вторичной обмотки сечение провода Sвтор = 66 мм2.

Создавая сварочный трансформатор своими руками, необходимо выполнить все вышеперечисленные расчеты. Это поможет правильно подобрать все необходимые детали и затем собрать из них аппарат. Для новичка выполнение расчетов может показаться весьма запутанным занятием, но если вникнуть в суть выполняемых действий, все окажется не таким уж и сложным.

Рейтинги