Расчет сварочного трансформатора: Формулы для расчета сварочного трансформатора

Формулы для расчета сварочного трансформатора

Сварочный трансформатор в быту – вещь распространенная, и не всегда он бывает заводского изготовления. Многие умельцы предпочитают собрать трансформатор самостоятельно – так и дешевле, и интересней. Перед началом работ необходимо провести правильный расчет сварочного трансформатора, и желательно, чтобы его параметры были близки к промышленным образцам. При таком подходе можно будет воспользоваться ст

андартными формулами.

Формулы, приведенные ниже, обеспечивают оптимальные характеристики и правильное подключение сварочного трансформатора, параметры обмоток, а также геометрические размеры аппарата. Но нужно иметь в виду, что эффективно эти формулы будут работать только при соблюдении всех стандартных параметров, требуемых от сварочного трансформатора.

Требования, которые предъявляются к электрическому аппарату, очень узкопрофильные и соблюсти их в реальном устройстве достаточно сложно. Да и не у всех радиолюбителей есть широкие возможности обеспечить хорошую материальную базу. Поэтому приходится искать такую конструкцию магнитопровода, которая легко воплощалась бы в жизнь, и все необходимые материалы для нее можно было легко купить. Но все эти требования служат только одному — технические и эксплуатационные параметры собранного устройства должны удовлетворять требованиям конструктора.

Формулы для расчета стандартного аппарата

Как рассчитать сварочный трансформатор, работающий от переменного напряжения 220 В с частотой 50 Гц с максимальным током сварочной дуги IМ = 150 А? Правильный расчет потребует следующей исходной информации:

  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:

  1. X = 1,6
  2. Y = 2
  3. Z = 2,5…5

Где X = c/a, Y = b/a, Z = h/a

При значении Z = 4 результат SoSc = a4 x 12,8

Рассчитав все эти параметры, можно вычислить габариты «a» сердечника магнитопровода:

a = 4√ SoSc/12,8 = 4√3035/12,8 = 3,9 см

При значении а = 4 см можно рассчитать остальные значения габаритов — c, b, h:

  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 миллиметрахДиаметр электрода, в миллиметрахСварочный ток, А

1 — 2

1,625 — 50

2 — 3

2

40 — 80

2 — 3

2,5

60 — 100

3 — 4

3

80 — 160

4 — 6

4

120 — 200

6 — 85

180 — 250

8 — 245 — 6220 — 320
30 — 606 — 8300 — 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

  • Трансформатор для сварки: тонкости собственноручного производства
  • Трансформатор для контактной сварки проводов в том числе и медных своими руками
  • Сварочный аппарат переменного тока: в чем его преимущества и польза?
  • Сварка в доме – нужна ли она

Расчет сварочного трансформатора

Дизельные генераторыВилочные погрузчикиСварочные трансформаторы
Автомойки

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.
Исходными параметрами для расчета являются: входное напряжение 220в, частота 50Гц, максимальный ток сварки 100А.

  • Напряжение дуги (максимальное) в соответствии с током сварки: Uдм = 20 + (0,04 х Iм) = 20 + (0,04 х 200) = 28в.

  • Напряжение выходное без нагрузки (холостого хода) должно быть выше значения напряжения работы дуги до 2,5 раз: Uхх = (2…2,5) Uдм = 56 – 70в.

  • Расчет, как правило, ведется по максимальному значению напряжения холостого хода, что улучшает параметры зажигания сварочной дуги и устойчивость горения. По нормам техники электробезопасности максимальное значение напряжения холостого хода составляет 80в.

  • Мощность (габаритная) рассчитываемого трансформатора составит: Рг = Im x Uхх = 70 x 100 = 7000 ВА.

  • При максимальной индукции магнитопровода Bm = 1,40, произведение площади сечения железного магнитопровода на площадь воздушного просвета (окна) составит: So Sc = Рг / [1,11 × Вm × J × F × Ко × Кс]

  • J – плотность тока, для меди 8А/мм2, для алюминиевого материала 5, для комбинированной системы 6,5 А/мм2;

  • F = 50, частота;

  • Ко = 0,35-0,4, степень заполнения окна;

  • Кс = коэфиц. заполнения стали.

  • Принимаем для первичной обмотки медную, а для вторичной алюминиевую проволоку.
    So Sc = 7000 / [1.11 х 1.4 х 6.5 х 0.35 х 0.95] = ~ 2100 см4.

  • Для двух стержневых устройств трансформатора соотношения рекомендованы: c / a = 1,6; b / a = 2 и h /a = 4. Отсюда So х Sc = а4 х 12,8.

  • Тогда размер сердечника «а» в см: а = 4√ So х Sc / 12,8 = 4√ 2100/12,8 = 3,58 см, округляем до 4 см.

  • c = 1,6а = 1,6 х4 = 6,4см;

  • h = 4а = 4 х 4 = 16см.

  • b = 2а = 2 х 4 = 8см;

  • ЭДС (электродвижущая сила) одного витка: Eв = [4,44 × 10] – [4 × Вm × F × Sc × Кc] = [4,44 × 10] – [4 × 1,42 × 50 × 32 × 0,95] = 0,958в.

  • Сумма витков для вторичной обмотки: W2 = Uхх / Eв = 70 / 0,958 = 67.

  • Сумма витков для первичной обмотки: W1 = U1 / Eв = 220 / 0,958 = 230.

  • Площадь сечения провода из алюминия на вторичной обмотке: S2 = [ Iм / Jal ] = 100 / 5 = 20 мм2.

  • Возможный ток в первичной обмотке: I1м = Iм × W2 / W1 = 100 × 67 / 230 = 29А.

  • Площадь сечения провода из меди первичной обмотки: S1 = Iм / Jal= 29 / 8 = 3,63 мм2.


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.

Самое интересное

Инверторный дизельный генератор

Для чего используется дизельные генераторы, . ..


Трехфазные дизельные генераторы

Наиболее мощные дизельные генераторы всегда …


Главная страница          
О сайте          
Написать нам          
Реклама на сайте

© 2012 INDUSTRIKA.RU «индустрия, промышленность, инструменты, оборудование»
Использование материалов сайта в других изданиях возможно только с письменного разрешения владельца сайта. Все материалы на сайте защищены законом (Гл. 70 ч. 4 ГК РФ). (с) industrika.ru.

Уравнения и расчеты, относящиеся к контактной сварке

Это некоторые из основных расчетов, с которыми вам следует ознакомиться, если вы покупаете оборудование или изучаете процесс контактной сварки.

Расчеты времени

Циклы сварки

Первые аппараты для контактной сварки были привязаны к частоте электроснабжения машины. По этой причине вы по-прежнему довольно часто будете встречать Weld Cycles в документации по контактной сварке. В Северной Америке частота сети составляет 60 Гц. Во многих других частях мира частота сети составляет 50 Гц.

Карта мира, показывающая частоту сети общего пользования по странам. Не во всех окрашенных областях имеется сетевое питание. Япония использует как 50 Гц, так и 60 Гц.

Однофазные машины переменного тока по-прежнему подсчитывают количество циклов сетевой частоты для контроля времени сварки. Инверторы (иногда называемые сварочными аппаратами постоянного тока средней частоты [MFDC]) часто работают на частоте 1000 Гц, что упрощает расчет времени.

Время сварки (в миллисекундах) = количество циклов сварки / рабочая частота

В Северной Америке при частоте 60 Гц:
Время сварки (в миллисекундах) = количество циклов / 60
Пример
15 циклов времени сварки мс])

В Англии и Европе, Китае и большинстве других мест в мире с частотой 50 Гц:
Время сварки (в миллисекундах) = количество циклов / 50
пример
15 циклов времени сварки
Время сварки (в миллисекунды) = 15/50 = 0,300 секунды (или 300 миллисекунд [мс])

 

Рабочий цикл

Рабочий цикл используется для математического снижения номинальных характеристик сварочного трансформатора. Сварочные аппараты для контактной сварки очень редко работают со 100% рабочим циклом (что равносильно постоянному включению, как лампочка). Они часто включаются только на короткие промежутки времени. Если бы все сварочные аппараты сопротивления были рассчитаны на 100% рабочий цикл, все они были бы огромными и очень дорогими. Таким образом, рабочий цикл можно использовать, чтобы сделать оборудование более подходящим для повседневной «нормальной» работы.

При покупке сварочного аппарата следует соблюдать осторожность, так как расчеты рабочего цикла могут быть изменены таким образом, чтобы машины звучали более мощно, чем другое оборудование. См. диаграммы ниже в разделе «KVA как функция рабочего цикла». «50 кВА» — это не всегда сравнение яблок с яблоками.

В Северной Америке общепринято оценивать сварочные трансформаторы на уровне 50 %. На некотором импортном оборудовании вы увидите рейтинг рабочего цикла, равный 20%. Можно найти трансформаторы с рейтингом всего 4%. (Трансформатор, рассчитанный на 0%, означает, что вы никогда не сможете его использовать. )

Рабочий цикл = (время сварки) / (прошедшее время)
прошедшее время часто рассчитывается с использованием 2 секунд, но также может быть рассчитано в течение одной минуты

пример (1 минута) время сварки 15 циклов (250 мс) в Северной Америке
Рабочий цикл = (4 сварки X 0,250 с) / 60 с = 0,01667 = 1,67% рабочего цикла

пример (2 секунды) время сварки 15 циклов (250 мс) в Северной Америке
Рабочий цикл = (1 сварка X 0,250 с) / 2 с = 0,125 = 12,5% рабочего цикла / 1000

S (кВА) = полная мощность в кВА
I (A) = ток в амперах
В (СКЗ) = действующее напряжение

пример
I (А) = 153 А
В (СКЗ) = 460 В
S (кВА) = 70 кВА

Расчет трехфазного тока в кВА

S (кВА) = sqrt(3) x I (A) x V (RMS) / 1000

S (кВА) = полная мощность в кВА
I (A) = ток в амперах
В (СКЗ) = действующее напряжение

пример
I (А) = 153 А
В (СКЗ) = 460 В
S (кВА) = 122 кВА

КВА как функция рабочего цикла

Px = Pmax X sqrt(Dc)

Px = KVA(x%Duty)
Pmax = KVA(100%Duty)
Dc = Duty Цикл (пример: 30%=0,30)

пример
Dc= 0,5
Pmax= 100 кВА
Px = 70,7 кВА

пример
Dc= 0,5
Px = 100 кВА
Pmax= 141,4 кВА

 

Коэффициент витков

Коэффициент витков представляет собой просто отношение входного напряжения к силе тока на выходе.

Мощность на входе трансформатора должна быть примерно такой же, как на выходе. Следовательно:
Мощность (вход) = Мощность (выход)
и
Мощность (Ватт) = Вольты X Ампер
Вольт (вход) X Ампер (вход) = Вольт (выход) X Ампер (выход)
Вольт (вход) / Ампер (выход) = Вольт (выход) / Ампер (вход)

Производство: лазер с ЧПУ, гидроабразивная резка, плазма, сварка | Как рассчитать количество витков, необходимых для сварочного трансформатора? | Практик-механик

РадиумПринс
Пластик