Устройство и расчет сварочного трансформатора для дома и хозяйства

Расчет сварочного трансформатора выполняется по специфическим формулам. Это происходит вследствие того, что типовые схемы трансформаторов, равно как и методы расчета, нельзя использовать для сварочного инструмента. При изготовлении сварки необходимо отталкиваться от того, что имеется в наличии. Самое главное – это железо. Какое есть, такое и ставят обычно, весь расчет идет именно для конкретного магнитопровода. Конечно же, не всегда он хороший, поэтому возникают нагрев и вибрации. Хорошо, если у вас в наличии имеется железо, параметры которого очень близки к промышленному. Тогда можно смело использовать методики для расчета типовых устройств. Чтобы изготовить сварочный аппарат, потребуется знать его основные параметры и устройство.

Схема устройства сварочного трансформатора.

Мощность трансформатора для сварочного аппарата

Перед тем как начинать расчет, тем более изготовление, нужно выяснить для себя то, каким должен быть сварочный ток.Так как в быту чаще всего применяют электроды, диаметр которых 3-4 мм, стоит опираться в расчетах на них. Трехмиллиметровых вполне достаточно для работы по дому и хозяйству. Даже кузовные работы в автомобиле можно проводить, не опасаясь за некачественные швы, которые может сделать сварка. Значит, если пал выбор на тройку, нужно выбирать ток около 115 А. Именно при таком токе идеально работают эти электроды. Если же вы решили использовать двойку, ток на выходе аппарата должен быть около 70 А, а для четверки – вдвое больше.

Схема трансформатора с первичной и вторичной обмоткой.

Учтите, что у сварочного трансформатора мощность не должна быть очень большой. Ток потребления – максимум 200 А. Да и то в таком случае будет чрезмерный нагрев не только проводов обмотки, но и кабелей питания. Следовательно, нагрузка на сеть возрастает, и электрические предохранители могут не выдерживать. Так что, если решили использовать электроды толщиной в 3 мм, отталкивайтесь от тока не более 130 А. Для того чтобы вычислить у сварочного трансформатора мощность, вам потребуется произведение тока во вторичной обмотке при воспламенении дуги, угла сдвига фаз, напряжения в режиме покоя разделить на коэффициент полезного действия. В данном случае его можно считать величиной постоянной, она равна 0,7.

Мнение эксперта:

Сварочный трансформатор для дома и хозяйства – это важное устройство, которое требует особого внимания при выборе и расчете. По мнению экспертов, при выборе сварочного трансформатора необходимо учитывать его мощность, тип сварочных работ, а также качество используемых материалов. Расчет сварочного трансформатора должен проводиться с учетом потребностей конкретного хозяйства или домашней мастерской, чтобы обеспечить эффективное и безопасное использование. Кроме того, эксперты рекомендуют обращать внимание на надежность производителя и наличие гарантийных обязательств, чтобы избежать непредвиденных проблем в процессе эксплуатации.

Конструктивные особенности сварочных аппаратов

Устройство трансформатора для сварки

Самое главное в сердечниках – это форма. Она может быть стержневого (П-образный) или броневого типа (Ш-образный). Если сравнивать их, то окажется, что КПД выше у первого типа устройств для сварки. Плотность намотки тоже может быть достаточно высокой. Конечно же, они чаще всего применяются для изготовления электрической сварки. У самодельного аппарата для сварки металла могут быть обмотки следующих типов:

• цилиндрические (вторичная обмотка наматывается поверх сетевой);
• дисковые (обе обмотки располагаются на некотором расстоянии друг от друга).

Цилиндрические обмотки: а – однослойная, б – двухслойная, в – многослойная из круглого провода, 1 – витки из прямоугольного провода, 2 – разрезные выравнивающие кольца, 3 – бумажно-бакелитовый цилиндр, 4 – конец первого слоя обмотки, 5 – вертикальные рейки, 6 – внутренние ответвления обмотки.

Стоит подробнее рассмотреть каждый тип обмоток. Что касается цилиндрической намотки, то она имеет очень жесткие вольт-амперные характеристики. Но он не будет пригоден для применения в ручных сварочных аппаратах. Можно выйти из положения, применив в конструкции аппарата дроссели и реостаты. Но они только усложняют всю схему, что нецелесообразно в большей части случаев.

При использовании дискового типа намотки сетевая отдалена на некоторое расстояние от вторичной. Большая часть возникающего в устройстве магнитного потока (а если точнее, то он возникает в сетевой обмотке) никак не может быть связана (даже индуктивно) с вторичной обмоткой. Такой тип намотки лучше всего использовать в тех случаях, когда имеется необходимость в частой регулировке тока сварки. Внешняя характеристика у таких устройств имеется в необходимом количестве. А от расположения сетевой обмотки относительно вторичной напрямую зависит индуктивность рассеяния сварочного трансформатора. Но она еще зависит и от типа магнитопровода, даже от того, есть ли рядом со сварочным аппаратом металлические предметы. Вычислить точное значение индуктивности не представляется возможным. При расчете применяются приблизительные вычисления.

Ток, необходимый для работы сварки, регулируется путем изменения зазора между первичной и вторичной обмотками. Их, конечно же, следует делать так, чтобы можно было без труда перемещать по магнитопроводу. Вот только в условиях домашнего изготовления такое сделать довольно сложно, но можно сделать определенное число фиксированных значений тока сварки. При использовании сварки в дальнейшем, если потребуется немного уменьшить ток, нужно укладывать кольцами кабель. Учтите только, что он от этого будет греться.

Обмотки трансформатора разнесенные на разные плечи: 1 – первичная, 2 – вторичная.

Очень сильное рассеивание будет у сварочных аппаратов, которые оборудованы сердечниками П-образной формы. Причем у них сетевая обмотка обязательно должна располагаться на одном плече, а вторичная – на втором. Это вследствие того, что расстояние от одной обмотки до другой достаточно большое. Основной показатель сварочного трансформатора – это коэффициент трансформации. Он может быть вычислен путем деления числа витков вторичной обмотки на число витков первичной. Такое же значение вы получите, разделив выходной ток или напряжение на соответствующую входную характеристику (ток или напряжение).

Интересные факты

1. Сварочный трансформатор для дома и хозяйства может быть изготовлен из различных материалов, включая медь, алюминий и сталь. Медные трансформаторы являются наиболее эффективными и долговечными, но также и самыми дорогими. Алюминиевые трансформаторы более легкие и менее дорогие, но менее эффективны и долговечны. Стальные трансформаторы самые тяжелые и наименее эффективные, но также и самые дешевые.

2. Сварочный трансформатор для дома и хозяйства может иметь различные типы охлаждения, включая воздушное, масляное и водяное. Воздушное охлаждение является наиболее распространенным и наименее дорогим, но также и наименее эффективным. Масляное охлаждение более эффективно, но также и более дорогое. Водяное охлаждение является наиболее эффективным, но также и самым дорогим.

3. Сварочный трансформатор для дома и хозяйства может иметь различные типы регулировки сварочного тока, включая ступенчатую, плавную и автоматическую. Ступенчатая регулировка является наиболее простой и наименее дорогой, но также и наименее точной. Плавная регулировка более точная, но также и более дорогая. Автоматическая регулировка является наиболее точной и удобной, но также и самой дорогой.

Как рассчитать и намотать тороидальный трансформатор не заморачиваясь на формулах, + советы и нюансы

Стандартный расчет сварочного трансформатора

Следующая методика применяется исключительно при проведении расчетов преобразующих устройств с использованием магнитопроводов только лишь П-образной формы. Обе обмотки намотаны на одинаковых каркасах, располагаются на разных плечах. Следует учитывать, что необходимо половины обеих обмоток соединять последовательно между собой. Например, производится расчет преобразователя для работы с электродами 4 мм. Для этого необходим ток во вторичной обмотке примерно 160 А. Напряжение на выходе должно составить 50 В. В это же время сетевое (питающее) напряжение принимать следует 220 или 240 В. Пусть продолжительность работы будет 20%.

Для расчета необходимо вводить параметр мощности, учитывающий продолжительность работы. Эта мощность будет равна: Рдл = I2 x U2 x (ПР/100)1/2 х 0,001.

Для параметров сварочного аппарата, которые были взяты за отправную точку, значение мощности равно 3,58 кВт. Теперь необходимо вычислить число витков обмоток. Для этого: E = 0,55 + 0,095 × Pдл.

Расположение обмоток на стержнях в трансформаторах: 1 — стержень, 2 — обмотка ВН, 3 – обмотка НН, 4,5- группы катушек.

В этой формуле Е – это электродвижущая сила одного витка. Для рассчитываемого устройства это значение будет равно 0,89 Вольт/виток. То есть с каждого витка преобразователя можно снять 0,89 В. Следовательно, отношение 220/0,89 – это число витков первичной обмотки. А отношение 50/0,89 – это число витков вторичной обмотки сварочного трансформатора.

В первичной обмотке будет ток, равный отношению произведения тока вторичной обмотки и коэффициента k=1,1 к коэффициенту трансформации. В примере получится ток, равный 40 А. Для определения сечения сердечника сварочного трансформатора нужно использовать формулу: S = U2 × 10000/(4.44×f×N2×Bm).

Для расчета в примере площадь будет равна 27 см². При этом f принимается равным 50 Герц, а Bm – это индукция поля (магнитного) в сердечнике устройства. Ее значение принимается равным 1,5 Тесла.

Для сварочного трансформатора, который будет работать с электродами толщиной в 4 мм, получены такие характеристики, как:

Типы магнитных сердечников: а – броневой, б – стержневой.

• ток сварки – 160 А;
• площадь сечения сердечника – 28,5 см²;
• первичная обмотка содержит 250 витков.

Но данные характеристики справедливы для сварочного трансформатора. Только при изготовлении его использовалась схема, в которой применено увеличенное значение магнитного рассеивания. Воспроизвести в домашних условиях такое устройство вряд ли получится, поэтому окажется проще изготовить трансформатор с намоткой вторичной обмотки непосредственно поверх сетевой. Даже если принять во внимание условие того, что неизбежны применение дросселей, ухудшение характеристик, то магнитный поток такого нехитрого устройства будет сконцентрирован в определенной точке и вокруг нее. А вся энергия в ней способна передаваться рационально.

Опыт других людей

Устройство и расчет сварочного трансформатора для дома и хозяйства вызывают интерес у многих людей. Многие отмечают, что правильно подобранный сварочный трансформатор позволяет выполнять различные сварочные работы с высоким качеством. Люди отмечают, что удобство использования и надежность такого оборудования делают его незаменимым помощником как в домашних условиях, так и на хозяйстве. Важно правильно рассчитать мощность трансформатора, и многие высказывают благодарность специалистам, которые помогли им с выбором оптимальной модели. В целом, отзывы о сварочных трансформаторах для дома и хозяйства положительные, и многие рекомендуют приобретать такое оборудование для выполнения различных сварочных работ.

Принцип работы трансформатора

Простой расчет трансформатора для сварки

Стандартные методы расчета трансформаторов неприемлемы в большинстве случаев, так как применяется и железо нестандартных форм, и провод с неизвестным сечением, вычисленным приблизительно. При расчете были получены такие характеристики сварочного трансформатора, как площадь сечения магнитопровода и количество витков. Стоит заметить, что при увеличении площади сечения вдвое характеристики самого трансформатора не ухудшатся. Придется только изменить число витков первичной обмотки, чтобы добиться требуемой мощности.

Чем больше у магнитопровода сечение, тем меньше витков придется наматывать. Используйте такое качество, если испытываете затруднения с обмоточным проводом. Для расчета числа витков первичной обмотки можно воспользоваться простыми формулами:

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

• N1 = 7440×U1/(Sиз×I2);
• N1 = 4960×U1/(Sиз×I2).

Первая применяется при расчете сварочных аппаратов, у которых обе обмотки располагаются на одном и том же плече. Для разнесенных обмоток применяться должна вторая формула. В этих формулах Sиз – это сечение магнитопровода, измеренное перед проведением расчетов. Учтите, что при разнесении обмоток на разные плечи вы не получите на выходе сварочного аппарата ток свыше 140 А. А для любого типа устройств принимать в расчет значение тока, которое больше 200 А, тоже нельзя. И не забывайте о том, что у вас есть множество неизвестных:

• сорт трансформаторного железа;
• напряжение в сети и его изменение;
• сопротивление в линии электропередач.

Чтобы исключить возможность влияния таких второстепенных факторов на работу сварочного трансформатора, необходимо через каждые 40 витков делать отвод. Вы сможете в любой момент изменить режим работы трансформатора, подав напряжение питания на меньшее или большее число витков.

Сечение магнитопровода и подбор витков трансформатора

Пакет трансформаторного железа (магнитопровод).

Зная сечение магнитопровода, можно найти количество витков обмоток сварочного трансформатора. Главное, что вам придется решить, это то, каким конкретно должно быть сечение. В идеале было получено значение, равное 28 см². Но оно не всегда может быть применено в сварочном трансформаторе, если посмотреть на конструктивные и экономические составляющие. Необходимо тщательнейшим образом обдумать, как вы будете мотать провод. Для одной мощности можно выбрать две схемы:

• 30 см² и 250 витков;
• 60 см² и 125 витков.

Возможно также использование промежуточного варианта. Если окно маленькое, лучше просто увеличить площадь сечения. Но тогда увеличится и масса сварочного трансформатора. Поэтому свободно передвигать его можно только на специальной тележке.

Бывают случаи, когда приходится судить о полезной мощности трансформатора для сварочного аппарата лучше всего по току, который замеряется в первичной обмотке устройства в режиме холостого хода. А если быть точнее, то приходится вести разговор скорее не о значении мощности во время образования дуги, а только лишь о регулировке сварочного трансформатора на самую большую мощность. Выжимаете из вашей конструкции максимум. И главное в процессе расчета трансформатора – это не допустить недостаточного числа витков первичной обмотки. Необходимо наличие следующих приборов:

• ЛАТР (линейный автотрансформатор);
• амперметр;
• вольтметр.

Даже у однотипных трансформаторов различным может оказаться ток. Поэтому по нему судить о мощности электросварки нельзя. Но зависимость в первичной обмотке тока способна рассказать о многом. Можно выявить некоторые особенные свойства сварочного трансформатора. Чтобы сделать это, необходимо с выхода ЛАТРа подавать напряжение на первичную обмотку сварки. Благодаря линейному автотрансформатору вы сможете изменять значение напряжения от 0 до 240 В. Параллельно обмотке включается вольтметр, а в разрыв одного провода – амперметр.

Сперва происходит линейное увеличение тока, которое принимает небольшое значение.

После скорость увеличения становится больше, ток возрастает быстро и стремительно. При недостаточном числе витков в первичной кривая тока будет стремиться к бесконечному значению до достижения порога в 240 В. Поэтому нужно добавить некоторое количество витков к обмотке сварочного аппарата. Причем не забудьте учесть тот факт, что при включении в сеть без ЛАТРа ваше устройство начнет потреблять из нее как минимум на треть большее количество тока. Вот так не просто теоретически рассчитать сварочный трансформатор, на практике же все обстоит намного проще.

Частые вопросы

Каковы основные принципы работы сварочного трансформатора?

Сварочный трансформатор работает на принципе электромагнитной индукции, где переменный ток в первичной обмотке создает переменное магнитное поле, которое индуцирует переменное напряжение во вторичной обмотке. Это напряжение затем используется для создания дуги сварки.

Какие факторы следует учитывать при расчете сварочного трансформатора для домашнего использования?

При расчете сварочного трансформатора для домашнего использования следует учитывать необходимую мощность для выполнения запланированных сварочных работ, тип сварочного электрода, длительность сварочного цикла, а также выбор подходящего типа трансформатора (например, сетевой или инверторный).

Какие преимущества и недостатки сварочных трансформаторов для домашнего использования?

Среди преимуществ сварочных трансформаторов для домашнего использования можно выделить их относительную простоту конструкции, надежность, возможность работы от обычной сети переменного тока. Однако, недостатками могут быть большие габариты и вес, а также более ограниченные возможности по регулировке сварочных параметров по сравнению с инверторными сварочными аппаратами.

Полезные советы

СОВЕТ №1

Перед началом работы по устройству сварочного трансформатора тщательно изучите все технические требования и стандарты безопасности, чтобы избежать возможных аварий и травм.

СОВЕТ №2

При расчете сварочного трансформатора учтите не только ток и напряжение, но и другие параметры, такие как длительность нагрузки и эффективность преобразования энергии, чтобы обеспечить оптимальную работу устройства.

СОВЕТ №3

При выборе материалов для изготовления сварочного трансформатора уделите внимание качеству и надежности компонентов, чтобы обеспечить долговечность и безопасность работы устройства.