1. 1 На чому базується розрахунок зварювального трансформатора?
2. 2 Розрахунок для зварювального трансформатора за формулами і онлайн
3. 3 Як зробити розрахунок саморобного тороїдального зварювального трансформатора?

З'єднання металевих деталей електричною дугою відомо вже більше 120 років, але мало хто знає всі тонкощі цього процесу, що дуже важливо для того, щоб зробити розрахунок зварювального трансформатора для найпростішого апарату і напівавтомата.

1 На чому базується розрахунок зварювального трансформатора?

Перш, ніж розбиратися в формулах, давайте розглянемо принцип дії найпростішого апарату для дугового зварювання . Основою такого агрегату є понижуючий трансформатор, що дозволяє змінити вхідна напруга, відповідне в побуті 220 В, на більш низьке, до 60 В для так званого холостого ходу або, інакше, стану спокою. Те, які види електродів можна буде використовувати з пристроєм, залежить від сили струму, яка повинна бути в межах 120-130 А для найбільш популярного трьохміліметрового діаметра витратного матеріалу.

І ось тут якраз потрібні розрахунки, оскільки, якщо стрижень електрода плавиться при певній силі струму, отже, вона буде в тій же мірі нагрівати і сердечник трансформатора, а також дріт обмотки. Отже, для того, щоб дізнатися оптимальну потужність трансформатора, нам потрібно спочатку вирахувати робоча напруга, орієнтуючись на робочу силу струму. Для цього існує формула U2 = 20 + 0,04I2, де U 2 - напруга на вторинній обмотці, а I 2 - видається апаратом максимальний зварювальний струм.

пропонуємо Вам ознайомитися

Тепер повернемося до сердечника, який не дарма так називається, оскільки є серцем трансформатора, як самого простого, так і напівавтомата. Він складається з металевих пластин, які здатні витримати певне навантаження по потужності струму. Це допустиме значення залежить від розмірів сердечника і називається габаритної потужністю, яку можна знайти, знаючи значення напруги холостого ходу. Останнє вираховується за формулою U хх = U 2 S, де S - площа перетину дроту вторинної обмотки. Залежність цієї площі від діаметра провідника визначаємо за формулою S = πd2 / 4, або за такими таблицями:

1.

Допустимі струмові навантаження на дроти з мідними жилами

Площа перетину струмопровідної жили, мм2Діаметр проводу,ммДопустима сила струму, Аплоща перетину струмопровідноїжили, мм2Діаметр проводу,ммДопустима сила струму, А

0.5 0.78 11 35 6,7 170 0,75 0.98 15 50 8,0 215 1, 0 1,13 17 70 9.5 270 1,5 1,4 23 95. 11.0 330 2,5 1,8 30 120 12,4 385 4,0 2,26 41 150 13.8 440 6.0 2,8 50 185 15,4 510 10 3,56 80 240 17,5 605 16 4,5 100 300 19,5 695 25 5,6 140 400 22,5 830

2.

Допустимі струмові навантаження на дроти з алюмінієвими жилами

Площа перетину струмопровідної жили, мм2Діаметр проводу,ммДопустима сила струму, Аплоща перетину струмопровідноїжили, мм2Діаметр проводу,ммДопустима сила струму, А

2 1,6 21 35 6,7 130 2,5 1,78 24 50 8, 0 165 3 1,95 27 70 9.5 210 4 2,26 32 95. 11.0 255 5 2,52 36 120 12,4 295 6 2,76 39 150 13.8 340 8 3,19 46 185 15,4 390 10 3, 56 60 240 17,5 465 16 4,5 75 300 19,5 535 25 5,6 105 400 22,5 645

2 Розрахунок для зварювального трансформатора за формулами і онлайн

Отже, у нас є всі необхідні параметри для того, щоб обчислити габаритну потужність сердечника. Далі працюємо за формулою P габ = U хх I 2 cos (φ) / η, де φ - кут зсуву фаз між напругою і струмом (можна прийняти величину 0.8), а η - ККД (приймаємо 0.7). Залишається знайти допустиму потужність, яку витримає апарат при тривалій роботі. При цьому враховуємо, що коефіцієнт тривалості роботи (позначимо його ПР) становить близько 20% від часу підключення трансформатора до мережі.

Тому вважаємо такий спосіб: Pдл = U2I2 (ПР / 100) 0.50.001, або, інакше Pдл = U2I2 (20/100) 0.50.001, що відповідає Pдл = U2I20.00045. В цілому тривалість роботи і сила зварювального струму практично не пов'язані. Більшою мірою на час дугового режиму впливає перетин дроту обмотки і якість ізоляції, а також те, наскільки щільно і, головне, рівно, укладені витки. Отже, тепер ми можемо дізнатися електрорушійну силу одного витка в вольтах, використовуючи формулу E = Pдл0.095 + 0.55.

Далі, отримавши результат емпіричної залежності по останній формулі, вираховуємо оптимальну кількість витків для обмотки, як первинної, так і вторинної. Для того й іншого використовуємо дві формули, відповідно N 1 = U1 / E, де U 1 - вхідна напруга мережі, а N 2 = U2 / E. Сила зварювального струму регулюється збільшенням або зменшенням відстані між первинною і вторинною обмотками: чим воно більше, тим нижча потужність на виході. Тим, хто робить наведений розрахунок з метою самостійного складання трансформатора, а не для придбання готового зварювального напівавтомата, знадобиться ще й обчислення габаритів сердечника.

Площа перетину металу визначається за формулою S = U210000 / (4.44fN2Bm), де f - промислова частота струму (приймаємо за 50 Гц), B m - індукція магнітного поля (приймаємо за 1.5 Тл). Тепер можна дізнатися ширину сталевої пластини в пакеті трансформатора: a = (100S /(p1kc))0.5, де за p 1 приймаємо діапазон значень 1.8-2.2 (рекомендується середнє), k з - коефіцієнт заповнення стали (відповідає 0.95-0.97).

Виходячи із значення ширини пластини, з'ясовуємо товщину пакета пластин плеча, для чого використовуємо формулу b = ap1, а потім і ширину вікна муздрамтеатру c = b / p2, де p 2 має діапазон значень 1-1.2 (рекомендується максимальне). До слова, якщо вже ми взялися вимірювати габарити, згадаємо про коефіцієнт заповнення стали, який позначає проміжки між пластинами. З урахуванням цього показника площа перетину сердечника буде дещо іншою, тому назвемо її вимірюваноївеличиною і визначимо заново. Формула для цього буде потрібно наступна: Sіз = S / kc. У більшості випадків ці розрахунки не потрібні при наявності онлайн-калькулятора.

3 Як зробити розрахунок саморобного тороїдального зварювального трансформатора?

По суті, тор - це об'ємне геометричне тіло, хоча в математиці існує поняття "поверхня". Тобто це навіть не фігура, а замкнута поверхня, що має одну загальну для будь-якої розміщеної на ній точки сторону. Але, якщо не вдаватися в нетрі термінології, тор - це бублик, або коло, що обертається навколо якоїсь не перетинає її осі, з якої розташовується в одній площині. Саме в формі такого бублика може бути виконаний трансформатор-тороид.

Основна його характеристика - високий ККД при невеликих, в порівнянні з іншими типами сердечників, розмірах. Що і є основним критерієм для переваги даної форми саморобних трансформаторів. Основна відмінність тороїдального трансформатора від інших - прокладка тільки межобмоточной ізоляції поряд із зовнішньою. Межслоевой не робиться по тій простій причині, що витки проводу, проходячи крізь отвір тора, створюють додаткову товщину внутрішнього діаметра, що виключає використання зайвих шарів ізоляції.

Саме це значно ускладнює складання тороида, і тому він рідко встановлюється в корпусі напівавтомата, де частіше можна побачити стрижневі сердечники. Щоб не виникали пробивання, застосовуються дроти з підвищеною міцністю ізоляційного покриву. Як прокладки можна взяти лавсан або стрічку ФУМ (фторопластову).

Для визначення габаритної потужності сердечника, виконаного у вигляді тора, нам досить дізнатися дві площі: вікна і перетину.

Першу обчислюємо за формулою Sокна = 3.14 (d2 / 4), де d - внутрішній діаметр тора. Друга формула виглядає наступним чином: Sсеч = h ((Dd) / 2), тут D - зовнішній діаметр "бублика". Далі залишається тільки розрахувати габаритну потужність трансформатора, для чого використовуємо найпростіший спосіб множення двох одержані раніше результатів. Іншими словами, Pгаб [Вт] = Sокна [кв.см] * Sсеч [кв.см]. Подальші обчислення орієнтуємо згідно з таблицею:

До 10 41 / S 38 / S 4.5 0.8 10-30 36 / S 32 / S 4 0.9 30-50 33.3 / S 29 / S 3.5 0.92 50-120 32 / S 28 / S 3 0.95

Тут P габ - габаритна потужність трансформатора, ω 1 - число витків на вольт (для сталі Е310, Е320, Е330), ω 2 - число витків на вольт (для стали Е340, Е350, Е360), Δ допустимая щільність струму в обмотках, ŋ - ККД трансформатора.

Визначивши кількість витків на кожний вольт для сердечника з тієї чи іншої сталі, можемо дізнатися, скільки витків за все потрібно буде виконати при виготовленні трансформатора. Для цього використовуються дві формули, для первинної та вторинної обмотки відповідно: N 1 = ω1 U 1 і N 2 = ω2 U 2. Далі слід врахувати деяке падіння напруги, що виникає через невеликого опору в обмотках, яке, втім, в тороіде досить незначне.

Для цього збільшуємо кількість витків вторинної обмотки на 3% (в інших типах сердечників знадобилося б більше): N 2_компенс = 1.03 N 2. Для того щоб дізнатися діаметр дроту, використовуємо формулу для першої обмотки d 1 = 1.13 (I 1 /Δ)0.5 і для другої: d 2 = 1.13 (I 2 /Δ)0.5. При цьому результати округляємо в більшу сторону і вибираємо найближчі доступні дроти.