Расчет сварочного трансформатора

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:

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:

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:

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:

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:

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

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

Сечение стали сердечника сварочного трансформатора  находится по формуле:

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

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:

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.