Устройство понижения нагрузки холостого хода сварочного трансформатора. Все о сварочном трансформаторе. Покупной трансформатор для сварки

Ответ:

Среди характеристик сварочных инверторов есть несколько важных показателей. Это напряжение питающей электросети (220 или 380 Вольт), диапазон выдаваемого тока (от 10 до 600 Ампер), имеющиеся функции, вес и габариты аппарата, а также напряжение холостого хода.

Эта характеристика показывает нам, с каким напряжением ток выходит на электрод после того, как пройдет все стадии преобразования после электросети. Напомним, что из электросети по питающему кабелю ток поступает на первый преобразователь, оттуда он выходит уже постоянным и идет на фильтр, а затем на второй преобразователь. В итоге мы снова получаем переменный ток с частотой не 50 Гц, а 20-50 кГц. Затем следует понижение входного напряжения с одновременным повышением силы тока. В итоге мы получаем выходное напряжение 55-90 Вольт и силу, которую можно регулировать в заданном для каждой конкретной модели диапазоне.

Вот это выходное напряжение и является напряжением холостого хода. От него зависит два момента:
. Безопасность инструмента для владельца;
. Легкость поджигания сварочной дуги.

Чем выше будет напряжение холостого хода, тем легче будет зажечь сварочную дугу инвертора. Казалось бы, стоит тогда покупать инверторные аппараты с высоким показателем напряжения холостого хода. Но высокое напряжение достаточно опасно для человека в случае соприкосновения, поэтому его далеко не всегда делают высоким. Если же вы все-таки хотите, чтобы зажигать дугу было легко, то стоит выбрать сварочный инвертор с высоким напряжением, но с дополнительно установленной функцией защиты, которая автоматически снижает напряжение до безопасного для человека уровня в том случае, если существует риск для пользователя, а затем возвращает уровень назад.

Если Вы ещё не выбрали сварочный инвертор, то среди бытовых моделей обратите внимание на и , из полупрофессиональных моделей можно порекомендовать и

Расчет самодельных сварочных трансформаторов имеет выраженную специфику, так как в большинстве случаев они не соответствуют типовым схемам и для них, по большому счету, нельзя применить стандартные методики расчета, разработанные для промышленных трансформаторов. Специфика состоит в том, что при изготовлении самоделок параметры их компонентов подстраиваются под уже имеющиеся в наличии материалы - в основном под магнитопровод. Часто трансформаторы собираются не из самого лучшего трансформаторного железа, мотаются не самым подходящим проводом, усиленно греются и вибрируют.

При изготовлении трансформатора, близкого по конструкции промышленным образцам, можно пользоваться стандартными методиками расчета. Такие методики устанавливают наиболее оптимальные значения обмоточных и геометрических параметров трансформатора. Однако, с другой стороны, эта же оптимальность является недостатком стандартных методик. Так как они оказываются совершенно бессильными при выходе какого-либо параметра за рамки стандартных значений.

Трансформаторы стержневого типа, по сравнению с трансформаторами броневого типа, имеют более высокий КПД и допускают большие плотности токов в обмотках. Поэтому сварочные трансформаторы обычно, за редким исключением, бывают стержневого тика.

По характеру устройства обмоток различают трансформаторы с цилиндрическими и дисковыми обмотками.

Типы обмоток трансформаторов: а - цилиндрическая обмотка, б - дисковая обмотка. 1 - первичная обмотка, 2 - вторичная обмотка.

В трансформаторах с цилиндрическими обмотками одна обмотка намотана поверх другой. Так как обмотки находятся на минимальном расстоянии друг от друга, то практически весь магнитный поток первичной обмоткой сцепляется с витками вторичной обмотки. Только некоторая часть магнитного потока первичной обмотки, называемым потоком рассеяния, протекает в зазоре между обмотками и поэтому не связана со вторичной обмоткой. Такой трансформатор имеет жёсткую характеристику (про вольт-амперную характеристику сварочного аппарата читайте ). Трансформатор с такой характеристикой не годится для ручной сварки. Для получения падающей внешней характеристики сварочного аппарата, в этом случае, используют или балластный реостат или дроссель. Наличие этих элементов усложняет устройство сварочного аппарата.

В трансформаторах с дисковыми обмотками первичная и вторичная обмотки отдалены друг от друга. Поэтому значительная часть магнитного потока первичной обмотки не связана со вторичной обмоткой. Ещё говорят, что эти трансформаторы имеют развитое электромагнитное рассеяние. Такой трансформатор имеет, необходимую, падающую внешнюю характеристику. Индуктивность рассеяния трансформатора зависит от взаимного расположения обмоток, от их конфигурации, от материала магнитопровода и даже от близко расположенных к трансформатору металлических предметов. Поэтому точный расчёт индуктивности рассеяния практически невозможен. Обычно, на практике, расчёт ведётся методом последовательных приближений с последующим уточнением обмоточных и конструктивных данных на практическом образце.

Регулировка сварочного тока, обычно, достигается изменением расстояния между обмотками, которые выполняются подвижными. В бытовых условиях трудно выполнить трансформатор с подвижными обмотками. Выход может быть в изготовлении трансформатора на несколько фиксированных значений сварочного тока (на несколько значений напряжения холостого хода). Более тонкая регулировка сварочного тока, в сторону уменьшения, может осуществляется укладыванием сварочного кабеля в кольца (кабель будет сильно нагреваться).

Особенно сильным рассеиванием и, следовательно, крутопадающей характеристикой отличаются трансформаторы П-образной конфигурации у которых обмотки разнесены на разные плечи, так как расстояние между обмотками у них особенно велико.

Но они теряют много мощности и могут не дать ожидаемый ток.

Отношения числа витков первичной обмотки N 1 к числу витков вторичной обмотки N 2 называется коэффициентом трансформации трансформатора n, и если не учитывать различные потери, то справедливо выражение:

n = N 1 /N 2 = U 1 /U 2 = I 2 /I 1

где U 1 , U 2 - напряжение первичной и вторичной обмоток, В; I 1 , I 2 - ток первичной и вторичной обмоток, А.

Выбор мощности сварочного трансформатора

Приступая к сборке трансформатора, разумным будет установить для себя предел выходного тока, и мотать обмотки под выбранную мощность. Хотя здесь можно ориентироваться и на максимально возможную мощность для конкретного образца, учитывая, что от однофазной сети любой трансформатор вряд ли способен развить ток выше 200А. При этом необходимо четко осознавать, что с увеличением мощности растет степень нагрева и износа трансформатора, необходимы более толстые и дорогие провода, увеличивается вес, да и не каждая электросеть может выдержать аппетиты мощных сварочных аппаратов. Золотой серединой здесь может быть мощность трансформатора, достаточная для работы наиболее ходовым трехмиллиметровым электродом, с выходным током 120-130А.

Потребляемая мощность сварочного трансформатора, и аппарата в целом, будет равна:

P = U х.х. × I св. × cos(φ) / η

где U х.х. - напряжение холостого хода, I св. - ток сварки, 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(φ) можно принять равным 0,8. η - КПД. Для сварочного трансформатора КПД можно принять равным 0,7.

Стандартная методика расчета трансформатора

Для примера возьмемся рассчитать с помощью этой методики данные для сварочного трансформатора рассчитанного на рабочий ток вторичной катушки I 2 =160А, с выходным напряжением холостого хода U 2 =50В, сетевым напряжением U 1 =220В, значение ПР (продолжительность работы) примем, скажем, 20% (про ПР см. ниже).

Введем параметр мощности, учитывающий продолжительность работы трансформатора:

P дл = U 2 × I 2 × (ПР/100) 1/2 × 0.001
P дл = 50 × 160 (20/100) 1/2 × 0.001 = 3,58 кВт

где ПР - коэффициент продолжительности работы, %. Коэффициент продолжительности работы показывает, сколько времени (в процентах) трансформатор работает в дуговом режиме (нагревается), остальное время он находится в режиме холостого хода (остывает). Для самодельных трансформаторов ПР можно считать равным 20-30%. Сам ПР в общем-то не влияет на выходной ток трансформатора, впрочем, как и соотношения витков трансформатора не слишком-то сказываются на параметре ПР у готового изделия. ПР в большей степени зависит от других факторов: сечения провода и плотности тока, изоляции и способа укладки провода, вентиляции. Однако с точки зрения приведенной методики считается, что для различных ПР более оптимальными будут несколько отличные соотношения между количеством витков катушек и площадью сечения магнитопровода, хотя, в любом случае, выходная мощность остается неизменной, рассчитанная на заданный ток I 2 . Ничто не мешает принять ПР, скажем, 60% или все 100%, а эксплуатировать трансформатор на меньшем значении, как на практике обычно и происходит. Хотя, лучшее сочетание обмоточных данных и геометрии трансформатора обеспечивает выбор значения ПР пониже.

Для выбора числа витков обмоток трансформатора рекомендуется пользоваться эмпирической зависимостью электродвижущей силы одного витка E (в вольтах на виток):

E = 0,55 + 0,095 × P дл (P дл в кВт)
Е = 0,55 + 0,095 × 3,58 = 0,89 В/виток

Эта зависимость справедлива для широкого диапазона мощностей, однако наибольшую сходимость результатов дает в диапазоне 5-30 кВт.

Количество витков (сумма обеих половин) первичной и вторичной обмоток определяются соответственно:

N 1 = U 1 /E; N 2 = U 2 /E
N 1 = 220/0,89 = 247; N 2 = 50/0,89 = 56

Номинальный ток первичной обмотки в амперах:

I 1 = I 2 × k m /n

где k m =1.05-1.1 - коэффициент, учитывающий намагничивающий ток трансформатора; n = N 1 /N 2 - коэффициент трансформации.

n = 247/56 = 4,4
I 1 = 160 × 1,1/4,4 = 40 А

Сечение стали сердечника трансформатора (см 2) определяется по формуле:

S = U 2 × 10000/(4.44 × f × N 2 × B m)
S = 50 × 10000/(4.44 × 50 × 56 × 1,5) = 27 см 2

где f=50 Гц - промышленная частота тока; B m - индукция магнитного поля в сердечнике, Тл. Для трансформаторной стали индукция может быть принята B m =1.5-1.7 Тл, рекомендуется принимать ближе к меньшему значению.

Конструктивные размеры трансформатора приведены применительно к стержневой конструкции магнитопровода. Геометрические параметры магнитопровода в миллиметрах:

• Ширина пластины стали из пакета магнитопровода
  a=(S×100/(p 1 ×k c)) 1/2 =(27×100/(2×0,95)) 1/2 =37,7 мм .
• Толщина пакета пластин плеча магнитопровода
  b=a×p 1 =37,7×2=75,4 мм .
• Ширина окна магнитопровода
  c=b/p 2 =75,4×1,2=90 мм .

где p 1 =1.8-2.2; p 2 =1.0-1.2. 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:

S из = S/k c
S из = 27/0,95 = 28,4 см 2

где k c =0.95-0.97 - коэффициент заполнения стали.

Значение (a) подбирается ближайшее из сортамента трансформаторной стали, конечное значение (b) корректируется с учетом ранее выбранного (a), ориентируясь на полученные значения S и S из.

Высота магнитопровода методикой строго не устанавливается и выбирается исходя из размеров катушек с проводом, крепежных размеров, а также учитывается расстояние между катушками, которое выставляется при подстройке тока трансформатора. Размеры катушек определяются сечением провода, количеством витков и способом намотки.

Сварочный ток можно регулировать, перемещая секции первичной и вторичной обмоток относительно друг друга. Чем больше расстояние между первичной и вторичной обмотками, тем меньшим будет выходная мощность сварочного трансформатора.

Таким образом, для сварочного трансформатора со сварочным током 160А были получены значения основных параметров: суммарное количество витков первичных катушек N 1 =247 витков и измеряемая площадь сечения магнитопровода S из =28,4 см 2 . Расчет с теми же исходными данными, кроме ПР=100% даст несколько иные соотношения S из и N 1: 41,6 см 2 и 168 соответственно для того же тока 160А.

На что нужно обратить внимание, анализируя полученные результаты? Прежде всего, в этом случае соотношения между S и N для определенного тока действительны только для сварочного трансформатора, изготовленного по схеме с увеличенным магнитным рассеиванием. Если бы мы применили значения S и N, полученные для этого типа трансформатора, для другого трансформатора - построенного по схеме силового трансформатора (см. рисунок ниже), то выходной ток при тех же значениях S и N 1 значительно возрос бы, предположительно в 1,4-1,5 раза или пришлось бы примерно во столько же раз увеличить количество витков первичной катушки N 1 для сохранения заданной величины тока.

Сварочные трансформаторы, у которых секции вторичной катушки намотаны поверх первичной, получили значительное распространение при самостоятельном изготовлении сварочных аппаратов. Магнитный поток у них более сконцентрирован и энергия передается более рационально, хотя это приводит к ухудшению сварочных характеристик, которые однако, можно выправить дросселем или балластным сопротивлением.

Упрощенный расчет сварочного трансформатора

Самой важной частью сварочного трансформатора является магнитопровод. Во многих случаях для самоделок используются магнитопроводы от старого электрооборудования, которое до того ничего общего со сваркой не имело: всевозможные крупные трансформаторы, автотрансформаторы (ЛАТРы), электродвигатели. Часто эти магнитопроводы обладают весьма экзотической конфигурацией, а их геометрические параметры невозможно изменить. И сварочный трансформатор приходится рассчитывать под то, что есть, - нестандартный магнитопровод, используя нестандартную методику расчета.

Наиболее важными при расчете параметрами, от которых зависит мощность, являются площадь сечения магнитопровода, количество витков первичной обмотки и расположение на магнитопроводе первичной и вторичной обмоток трансформатора. Сечение магнитопровода в данном случае измеряется по наружным размерам сжатого пакета пластин, без учета потерь на зазоры между пластинами, и выражается в см 2 . При напряжении питания сети 220-240В, с незначительным сопротивлением в линии, можно рекомендовать следующие формулы приближенного расчета витков первичной обмотки, которые дают положительные результаты для токов 120-180А для многих типов сварочных трансформаторов. Ниже приведены формулы для двух крайних вариантов расположения обмоток.

Для трансформаторов с обмотками на одном плече (рисунок ниже, а):
N 1 = 7440 × U 1 /(S из × I 2)
Для трансформаторов с разнесенными обмотками (рисунок ниже, б):
N 1 = 4960 × U 1 /(S из × I 2)

где N 1 - примерное количество витков первичной обмотки, S из - измеренное сечение магнитопровода (см 2), I 2 - заданный сварочный ток вторичной обмотки (А), U 1 - сетевое напряжение.

При этом надо учитывать, что для трансформатора с разнесенными по разным плечам первичной и вторичной обмотками вряд ли удастся получить ток более 140А - сказывается сильное рассеивание магнитного поля. Нельзя также ориентироваться на ток выше 200А для остальных типов трансформаторов. Формулы носят весьма приближенный характер. Некоторые трансформаторы с особенно несовершенными магнитопроводами дают значительно более низкие показатели выходного тока. Кроме того, существует много таких параметров, которые нельзя определить и учесть в полной мере. Обычно неизвестно, из какого сорта железа изготовлен тот или иной, снятый со старого оборудования магнитопровод. Напряжение в электросети может сильно изменяться (190-250В). Еще хуже, если линия электропередачи обладает значительным собственным сопротивлением, составляя всего единицы Ома, оно практически не влияет на показания вольтметра, обладающего большим внутренним сопротивлением, но может сильно гасить мощность сварки. Учитывая все вышеизложенное, рекомендуется первичную обмотку трансформатора выполнять с несколькими отводами через 20-40 витков.

В этом случае всегда более точно можно будет подобрать мощность трансформатора или подрегулировать ее под напряжение конкретной сети. Количество витков вторичной обмотки определяется из соотношения (кроме "ушастика", например из двух ЛАТРов):

N 2 = 0,95 × N 1 × U 2 /U 1

где U 2 - желаемое напряжение холостого хода на выходе вторичной обмотки (45-60В), U 1 - напряжение сети.

Выбор сечения магнитопровода

Оптимальное значение сечения магнитопрвода для типичного сварочного трансформатора было получено в примере расчета по стандартной методике (160А, 26 см 2). Однако далеко не всегда оптимальные с точки зрения энергетических показателей значения являются таковыми, а то и возможными вообще, с точки зрения конструктивных и экономических соображений.

Например, трансформатор одной и той же мощности может иметь сечения магнитопровода с разницей в два раза: скажем 30-60 см 2 . При этом количество витков обмоток будет различаться тоже примерно в два раза: для 30 см 2 придется мотать в два раза больше провода, чем для 60 см 2 . Если у магнитопровода небольшое окно, то вы рискуете тем, что все витки попросту не влезут в его объем или придется использовать очень тонкий провод - в этом случае необходимо увеличить сечение магнитопровода с целью уменьшения количества витков провода (актуально для многих самодельных трансформаторов). Вторая причина - экономическая. Если обмоточный провод в дефиците, то, учитывая его немалую стоимость, этот материал придется экономить по максимуму, если есть возможность, наращиваем магнитопровод до большего сечения. Но, с другой стороны, магнитопровод - самая тяжелая часть трансформатора. Лишняя площадь сечения магнитопровода - лишний и притом, весьма ощутимый вес. Проблема прибавки веса особенно сказывается тогда, когда трансформатор намотан алюминиевым проводом, вес которого намного меньше стали, а тем более меди. При больших запасах провода и достаточных размерах окна магнитопровода этот элемент конструкции имеет смысл выбирать потоньше. В любом случае не рекомендуется опускаться ниже значения 25 см 2 , не желательны также сечения выше 60 см 2 .

Подбор витков трансформатора опытным путем

В общем случае по току холостого тока нельзя судить о мощности: ток может быть разным даже для одинаковых типов трансформаторов. Однако, исследовав зависимость тока в первичной обмотке в режиме холостого хода, можно более уверенно судить о свойствах трансформатора. Для этого первичную обмотку трансформатора надо подключить через ЛАТР, что позволит плавно менять напряжение на ней от 0 до 240В. В цепь также должен быть включен амперметр.

Постепенно увеличивая напряжение на обмотке, можно получить зависимость тока от питающего напряжения. Она будет иметь следующий вид.

Сначала кривая тока полого, почти линейно возрастает до небольшого значения, далее скорость возрастания увеличивается - кривая загибается вверх, после чего следует стремительное увеличение тока. В случае, когда устремление кривой к бесконечности происходит до напряжения 240В (кривая 1), то это значит, что первичная обмотка содержит мало витков и ее необходимо домотать. Надо учитывать, что трансформатор, включенный на то же напряжение без ЛАТРа, будет брать ток примерно на 30% больше. Если же точка рабочего напряжения лежит на изгибе кривой, то при сварке трансформатор будет выдавать свою максимальную мощность (кривая 2). В случае кривых 3, 4 трансформатор будет иметь ресурс мощности, которую можно увеличить путем уменьшения витков первичной обмотки, и незначительный ток холостого хода: большинство самоделок ориентированы на это положение. Реально токи холостого хода различны для разных типов трансформаторов, в большинстве случаев находясь в интервале 100-500 мА. Не рекомендуется устанавливать ток холостого хода более 2А.

При использовании содержания данного сайта, нужно ставить активные ссылки на этот сайт, видимые пользователями и поисковыми роботами.

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.

Для выполнения электродуговой сварки необходим определенный набор оборудования, в него входит сварочный трансформатор. На рынке существуют производственные и бытовые аппараты, они различаются техническими характеристиками.

Главная задача трансформатора –преобразование подаваемого электричества до требуемых параметров.

Взаимодействие компонентов входящих в состав сварочного трансформатора, в результате, приводит генерации сварной дуги, которая располагается между рабочим инструментом и заготовкой.

Устройство сварочного трансформатора и характеристики

Для возникновения дуги, обеспечивающей разогрев и расплавление кромок заготовки, требуется изменить характеристики электричества подаваемого из сети.
Сварочный трансформатор преобразует поступающее электричество следующим образом:

• напряжение снижает;
• силу тока поднимает.

В преобразовании электричества принимают участие следующие узлы:

• магнитопровод;
• первая обмотка, собираемая из изолированного кабеля;
• перемещающейся второй обмотки. Ее выполняют из провода без изоляции, это необходимо для повышения тепловой отдачи;
• винтовая пара;
• штурвал для управления винтовой парой;
• клеммники для сварных кабелей.

В состав сварочных агрегатов включают дополнительные компоненты, которые предназначены для совершенствования их работы.

Устройство пускового механизма

Пусковое устройство включает в свой состав – магнитопровод, две обмотки и клеммы. Переключатели изменяют напряжение и общее число обмоток подключаемых к выпрямителю. В первичную цепь устанавливают регулятор, собранный на основе полупроводников (тиристоров). Вторая обмотка, подключаемая к выпрямительному мосту, обеспечивает подачу двух уровней изменяемого напряжения.

Для работы пускового устройства требуется напряжение в 220 В. Ток лежит в диапазоне от 0 до 120 А, а напряжение достигает 70 В случае самостоятельного изготовления устройства, за основу принимают стержневой трансформатор, на его первой обмотке накручено 230 витков, на второй 32. Пульт управления полупроводниками монтируют над дросселем. Для охлаждения всей системы используют принудительную вентиляцию.

Устройство магнитопровода

Ключевыми деталями магнитопровода, являются пластинки или листы, произведенные из электромагнитной стали. К конструктивным деталям относят крепеж, корпус и пр. Магнитопроводы сварочных трансформаторов разделяют на стержневые и броневые. В устройствах стержневого типа все сегменты магнитной цепи обладают одинаковым сечением. В магнитопроводах броневого типа полным сечением обладает только средний стержень, на который устанавливают обмотки.

Сечения остальных участков магнитной цепи почти в два раза меньше. По ним происходит замыкание магнитного потока. На участках магнитопровода имеющего Т-образную форму, каждый имеет свое сечение. При этом его размер составляет в три раза меньший размер, чем собственно сам стержень. По каждому из участков происходит замыкание третьей части потока.
Пластины, входящие в пакеты покрывают специальным составом, который называют оксидной изоляцией.
Принцип работы сварочного трансформатора
Аппаратура для сварки работает по алгоритму:

1. Питание подается на первую обмотку. В ней генерируется магнитный поток, замыкающийся на сердечнике.
2. Затем питание направляется на вторую обмотку.
3. Магнитопровод, который собран из ферромагнитов, генерирует постоянное магнитное поле. Индуцирующий поток производит ЭДС.
4. Разность в числе витков допускает колебание тока с требуемыми для выполнения сварки параметрами. Эти же показатели учитывают при расчетах аппаратуры для сварки.

Существует связь числа витков на второй катушке и напряжением на выходе. То есть для повышения тока количество витков необходимо увеличить. Но так как, сварочный трансформатор – это понижающий тип, то число витков на второй обмотке будет ниже, чем на первой.
Устройство и принцип действия сварочного трансформатора обеспечивает настройку величины тока. Этого достигают уменьшая или увеличивая пространство между катушками.
Для этого в сварочном оборудовании установлены движущиеся компоненты. Расстояние между обмотками изменяет сопротивление и это дает возможность выбирать именно тот ток, который нужен для сварки.

Холостой ход

Аппаратура для сварки работает в двух режимах – рабочем и холостом. Во время сварки вторая обмотка замыкается между рабочим инструментом и деталью. Ток расплавляет кромки заготовок и в результате получается надежное соединение деталей. После того, как сварщик закончит работы, цепь прерывается и трансформатор переключается на холостой ход.
ЭДС в первой обмотке появляются из-за наличия:

• магнитного потока;
• его рассеивания.

Эти силы отпочковываются от направления потока в магнитопроводе и замыкаются между катушками в воздухе. Именно эти силы и являются основой работы в холостую.
Работа на холостом ходу не должна представлять опасность для рабочего — сварщика и окружающих людей. То есть оно не должно быть больше чем 46 В. Но отдельные модели сварочного оборудования, имеют большие значения, например, 60 – 70 В. В этом случае в конструкции сварочного устройства устанавливают ограничитель параметров холостого хода. Скорость его срабатывания не превышает одну секунду с момента разрыва цепи и окончания работы. В целях дополнительной защиты сварщика, корпус трансформатора необходимо заземлять.

Это позволяет напряжению, которое может появиться на корпусе в результате повреждения изоляции, уйти в землю, не нанеся ни какого вреда рабочему – сварщику.

Схема сварочного трансформатора и ее модификации

Аппаратура для сварки состоит из:

• трансформатора;
• приборы для изменения размера тока.

Для розжига и поддержания дуги необходимо обеспечить наличие индуктивного сопротивления второй обмотки.
Подъем индуктивного сопротивления ведет к тому, что изменяется наклон статистических параметров источника энергии. В результате приводит к постоянству всей системы «источник тока – дуга».

У сварочных аппаратов, работающих под нагрузкой, количество мощности в разы больше, чем потери, которые они несут при работе в холостую.

Настройка рассеивания магнитного поля осуществляется переменой геометрических параметров пространства между составными частями магнитопровода. В виду того, что магнитная проницаемость железа выше чем у воздуха то придвижении шунта изменяется сопротивление потока, который проходит по воздуху. Если шунт введен целиком, то индуктивное сопротивление определяется, зазорами между ним и элементами магнитопровода.

Трансформаторы этого типа изготавливают для решения производственных задач.

Сварочные трансформаторы с секционными обмотками

Такая аппаратура производилось в ХХ века для решения производственных и бытовых задач. В них реализовано несколько степеней настройки количества витков в обеих катушках.

Для настройки напряжения и тока применяют фазовый сдвиг тиристора. При этом происходит изменение среднего значения напряжения.

Для работы однофазной сети нужны два тиристора, включенных навстречу друг другу. Причем их настройка должно быть синхронной и симметричной. Трансформаторы на основании полупроводников (тиристоров) обладают жесткой статической характеристикой. Ее регулировка производится по напряжению при помощи тиристоров.

Тиристоры хороши для настойки напряжения и тока в электрических цепях переменного характера, дело в том, что закрытие происходит при изменении полярности.

В схемах с постоянным током для закрытия тиристоров применяют резонансные схемы. Но это сложно, дорого и накладывает определенные сложности на возможность регулирования.

В полупроводниковых трансформаторах тиристоры монтируют в первой обмотке, тому есть две причины:

1. Вторичные токи в сварочных источниках значительно больше, чем предельный ток тиристоров, он достигает 800 А.
2. Высокий КПД так как потери на падении напряжения в открытых вентилях в первой обмотке в отношении рабочего ниже в несколько раз.

В современных устройствах используют обмотки из алюминия, для повышения надежности конструкции к ним на концах приварены медные накладки.

Отличия и разновидности оборудования

На производстве применяют следующие виды сварочных аппаратов:

• трансформаторы;
• выпрямители;
• инверторы.

Ещё выделяют:

• полуавтоматы;
• генераторы — сварочные аппараты с бензиновым или дизельным электрогенератором;
• и прочие промышленные аппараты.

Сварочные трансформаторы

Так называют устройство, которое предназначено для преобразования переменного тока получаемого из сети в напряжение необходимо для выполнения электрической сварки.

Ключевым узлом этого устройства является трансформатор, который понижает сетевое напряжение до уровня холостого хода.

Достоинства и недостатки сварочных трансформаторов

К несомненным преимуществам этого оборудования относят довольной высокий КПД от 70 до 90%, простоту работы и высокую ремонтопригодность. Кроме этого аппараты этого класса отличает невысокая стоимость.
Вместе с тем, аппараты этого типа иногда не в состоянии обеспечить постоянство горения дуги. Это обусловлено характеристиками переменного тока. Для получения качественной сварки целесообразно применять электроды, адаптированные для работы с переменным током. Кроме того, на качестве сварки отрицательно сказываются и колебания напряжения на входе.

Аппараты этого типа нельзя применять для работы с нержавейкой и цветными металлами. Высокий вес аппарата и его габариты вызывают ряд сложностей при его транспортировке с места на место.
Но надо отметить, что сварочный трансформатор – это не плохой выбор для домашних нужд.

Аппаратура, которое преобразует переменное напряжение, поступающее из сети питания в постоянное, необходимое для выполнения электросварочных работ.
На практике применяют несколько схем выпрямителей, в которых реализованы разные методы получения выходных параметров напряжения и тока. Применяют разные способы регулировки параметров тока и вольт-амперной характеристики.

В эти способы входят:
Изменение настроек трансформатора, применение дросселя, настройка с помощью полупроводников (тиристоров и транзисторов). В самых простых аппаратах для регулирования тока применяют трансформатор, а для его выпрямления диодные схемы. В силовую часть такого оборудования входят трансформатор, выпрямитель, дроссель.

Достоинства и недостатки сварочных выпрямителей

Главное достоинство выпрямителей, если сравнивать их с трансформаторами, заключено в том что, для сварки применяют постоянный ток. Это обеспечивает качество розжига и поддержания параметров дуги и это соответственно приводит к качеству сварного шва. Применение выпрямителя позволяет сваривать не только обыкновенные стали, но обрабатывать нержавейку и цветные металлы. Кроме того, надо учесть и то, что сваривание с применением выпрямителя обеспечивает малое количество брызг.

По сути, описанные достоинства дают однозначный ответ на вопрос – какой аппарат выбрать трансформатор или выпрямитель, но разумеется нельзя забывать и стоимости этого оборудования.
Выпрямители имеют и отдельные недочеты – большой вес конструкции, потеря мощности, падение напряжения в сети во время проведения сварочных работ. Кстати, все сказанное в полной мере относится и к трансформаторам.

Сварочные инверторы

Аппаратура этого типа предназначено для преобразования постоянного тока в переменный. Инвертор работает следующим образом. Ток, с частотой в 50 Гц, попадает на выпрямитель. На нем он, пройдя, через фильтр сглаживается и преобразуется в переменный. Частота такого тока оставляет несколько килогерц. Современные схемы позволяют получать ток с частотой 100 Гц. Этот этап преобразования, является самым важным в работе инвертора и это позволяет добиться существенных преимуществ в сравнении с другими моделями сварочного оборудования.

После этого, полученное высокочастотное напряжение роняют до значения холостого хода. А ток вырастает до размеров достаточных для выполнения сварочных работ, то есть до величины 100 – 200 А.
Схема инвертора и комплектующие используемые в работе позволяют создавать сварочные аппараты с малым весом и высокими техническими характеристиками.
Предприятия – производители выпускают аппараты для выполнения сварки:

• в ручном режиме;
• неплавящимся электродом в аргонной среде;
• в полуавтоматическом режиме под защитой газов и многие другие.

К несомненным достоинствам этого класса оборудования можно отнести – малый вес и габариты. Это позволяет передвигать инвертор на строительной или производственной площадке без особых сложностей.
В составе инвертора нет трансформатора и это позволило избежать потерь на нагрев обмоток и перемагничивания сердечника и получить высокий КПД. При сварке электродом в диаметр 3 мм, от сети потребляется все 4 кВт мощности, показатель сварочного трансформатора или выпрямителя составляет 6 – 7 кВт.

Схемы применяемые в инверторах позволяют генерировать практически все параметры вольт-амперных характеристик – это говорит о том, что аппараты этого типа допустимы для применения во всех видах сварочных работ. Кроме того, инверторы обеспечивают работу с легированными, нержавеющими сталями и цветными металлами.

Инверторная схема не нуждается в частых и длительных перерывах в работе.

Конструкция инвертора позволяет выполнять плавную регулировку режимов сварки во всем диапазоне токов и напряжений, необходимых для выполнения сварочных работ. Инвертор обладает широким диапазоном токов от нескольких единиц до сотен тысяч. В быту применяют аппараты, которые позволяют варить металл относительно тонкими электродами до 3 мм. Применение аппаратов такого уровня позволяет формировать шов в различных положениях и обеспечить минимальное количество брызг расплавленного металла, возникающих при сварочных работах.

Инверторные сварочные аппараты, производимые в наши дни, по большей части имеют микропроцессорное управление. Оно позволяет:

• обеспечить рост тока при розжиге дуги;
• минимизировать залипание электрода и детали и еще ряд функций облегчающих работу сварщика.

После выполнения сварки с помощью трансформатора или выпрямителя, работа с инвертором может с полным основанием считаться праздником.
Между тем инверторы обладают рядом недостатков. В частности, ремонт инвертора может обойтись в копеечку. Кроме того, у аппаратов инверторного типа повышенные требования к условиям хранения. Это обусловлено тем что, в инверторах содержится много элементов микроэлектроники.

На что обращать внимание при выборе

Надо понимать, что выбор сварочного оборудования это непростая задача и решают ее в несколько этапов.

1. Необходимо знать марку свариваемых материалов и вид требуемого шва. Так, для обработки стали или нержавейки достаточно аппарата обеспечивающего ручную дуговую сварку. Для сварки обыкновенной стали можно использовать аппараты с переменным и постоянным током. Для работы с нержавеющей сталью необходимо использовать аппараты постоянного тока. Рабочие характеристики сварочного трансформатора позволяют работать с разными материалами.

1. В зависимости от размера тока, аппараты в 200 А, относят к бытовым, а в 300 к профессиональным.
2. В зависимости от типа работы – полуавтоматы, обладающие сложной конструкцией и довольно высокой стоимостью, показывают высокую производительность и простоту в управлении.
3. Инверторы обладают малыми габаритами и весом и широкой возможностью настроек.
4. Немаловажное значение имеет место выполнения работ, в частности, климатические условия.
5. Само собой, принимая решение о выборе аппарата необходимо обращать внимание на компанию – производителя.

Возможные неисправности и ремонт

Сварочная аппаратура, как и любое техническое устройство, всегда может выйти из строя. Существуют некоторые признаки, по которым можно определить возникшие неисправности.

Например, при проведении сварки, постоянно происходит залипание электрода. Это может быть вызвано низким напряжением, неправильной настройкой тока, неправильным выбором электрода и рядом других причин.
Отсутствие дуги может быть вызвано перебитым кабелем, перегревом сварочного оборудования и множеством других причин.

Для ремонта сварочного трансформатора необходимо обладать определенными знаниями, то есть необходимо умение читать принципиальные электрические схемы и навык выполнения электромонтажных работ. Именно поэтому имеет смысл при возникновении неисправностей обращаться в мастерскую по их ремонту и обслуживанию.

Как правильно смонтировать трансформатор

Сварочную аппаратуру необходимо надежно заземлить. Для облегчения жизни, на трансформаторов устанавливают специальные болтовые зажимы с сопроводительной надписью «ЗЕМЛЯ».
Классификация по различным признакам
Сварочная аппаратура классифицируется по следующим признакам – по фазам, по применяемости.
На практике применяют одно и трехфазные сварочные аппараты. Однофазные аппараты, по большей части применяют для выполнения сварочных работ переменным током. Трехфазные применяют на строительных и производственных.

К однофазным относятся аппараты марки ТД. По сути, это трансформаторы с хорошим магнитным рассеиванием и перемещающимися обмотками. Их снабжают механическими регуляторами, выполненными в виде винтовых.
Трехфазные аппараты применяют для сварки трехфазной дугой. Такой способ повышает производительность сварки, позволяет экономить электроэнергии, производит выравнивание нагрузки между фазами.

Трехфазные аппараты применяют для организации многопостовой сварки. В частности, использование такого оборудования позволяет использовать как минимум два электрода одновременно. В конструкцию аппарата вносят некритичные изменения. Такое применение аппаратуры позволяет поднять экономический эффект от сварочных работ.

Трансформатор ТДМ включает в свой состав следующие части:

• металлический корпус;
• клеммы для сварочных;
• штурвал для настройки аппарата;
• магнитопровод;
• первая обмотка;
• вторая обмотка;
• винтовую пару для перемещения частей обмоток.

Принцип работы трансформатора ТДМ

Как уже отмечалось в конструкцию аппарата ТДМ входит магнитопровод, представленный в виде набор стальных пластин и изолированных обмоток. Ток, подаваемый из сети электропитания, попадает на первичную обмотку. В это время вторая обмотка, которая является перемещаемой, должна быть подключена к сварочному электроду и обрабатываемой деталью.

Между обмотками существует зазор, который и определяет параметры сварочного тока и напряжения. Чем больше размер зазора, тем больше сварочный ток. Это достигается за счет рассеивания магнитного поля.

Сварочный трансформатор своими руками

Для изготовления сварочного аппарата своими руками надо понимать его базовые принципы работ. Первым делом необходимо определиться с параметром мощности тока. Для сварки массивных заготовок будет востребована высокая мощность генерируемого тока.

Кроме того, нельзя забывать и о том, что этот параметр жестко связан с тем, какие электроды будут использоваться во время работы. Для работы с металлом от 3 до 5 мм, необходимо использовать электроды 3 – 4 мм. Если толщина металла менее 2 мм, то вполне достаточно электродов 1,5 – 3 мм.

Другими словами, если планируется использование электродов толщиной 4 мм, то сила тока должна составлять 150 – 200 А, а электроды в 2 мм, сила тока должна составлять 50 – 70 А.
Дуга формируется за счет использования трансформатора, состоящего из обмоток и магнитопровода.

Расчет сварочного трансформатора

У каждого типа сварки свои требования к трансформационным устройствам. Базовый расчет выполняют на основании разности количества витков на первичной и вторичной обмотке. Для понижающего оборудования работает следующее правило – если существует необходимость снижения напряжения в 10 раз, то количество витков на вторичной обмотке должно быть в 10 раз меньше. Надо отметить, что это правило имеет обратную силу.

У каждого трансформатора имеется так называемый коэффициент трансформации. Он показывает размер масштаба силы тока при переходе с первичной обмотки на вторичную. Руководствуясь этим принципом можно выполнить расчет сварочного трансформатора пригодного для любого типа сварки.

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