Режим холостого хода трансформатора

Режим холостого хода трансформатора

Одно из наиболее используемых электротехнических устройств – трансформатор. Данное оборудование используется для изменения величины электрического напряжения. Рассмотрим особенности режима холостого хода трансформатора, с учётом правил определения характеристик для различных видов устройств.

Трансформатор состоит из первичной и вторичной обмоток, расположенных на сердечнике. При подаче напряжения на входную катушку, образуется магнитное поле, индуцирующее ток на выходной обмотке. Разница характеристик достигается, благодаря различному количеству витков в катушках входа и выхода.

Принцип работы трансформатора

Что такое режим холостого хода

Под режимом холостого хода понимают состояние устройства, при котором во время подачи переменного электротока на входную катушку выходная находится в разомкнутом состоянии. Данная ситуация характерна для агрегата, подключённого к электросети, при условии, что нагрузку к выходному контуру ещё не включили.

Режим короткого замыкания

В процессе эксперимента можно найти:

  • электроток холостого хода (замеряется амперметром) – обычно его значение невелико, не больше 0,1 от номинального показателя тока первой обмотки;
  • мощность, теряемую в магнитопроводе прибора(или другими словами потери в стали);
  • показатель трансформации напряжения – примерно равен значению в первичной цепи, деленному на таковое для вторичной (оба значения – данные вольтметров);
  • по результатам замеров силы тока, мощности и напряжения первичной электроцепи можно высчитать коэффициент мощности: мощность делят на произведение двух других величин.

Как проводится опыт холостого хода

При проведении опыта холостого хода появляется возможность определить следующие характеристики агрегата:

  • коэффициент трансформации;
  • мощность потерь в стали;
  • параметры намагничивающей ветви в замещающей схеме.

Для опыта на устройство подаётся номинальная нагрузка.

При проведении опыта холостого хода и расчёте характеристик на основе данной методики необходимо учитывать разновидность устройства.

В данном состоянии трансформатор обладает нулевой полезной мощностью по причине отсутствия на выходной катушке электротока. Поданная нагрузка преобразуется в потери тепла на входной катушке I02×r1 и магнитные потери сердечника Pm. По причине незначительности значения потерь тепла на входе, их в большинстве случае в расчёт не принимают. Поэтому общее значение потерь при холостом ходе определяется магнитной составляющей.

Далее приведены особенности расчёта характеристик для различных видов трансформаторов.

Для однофазного трансформатора

Опыт холостого хода для однофазного трансформатора проводится с подключением:

  • вольтметров на первичной и вторичной катушках;
  • ваттметра на первичной обмотке;
  • амперметра на входе.

Приборы подключаются по следующей схеме:

Для определения электротока холостого хода Iо используют показания амперметра. Его сравнивают со значением электротока по номинальным характеристикам с использованием следующей формулы, получая итог в процентах:

Iо% = I0×100/I10.

Чтобы определить коэффициент трансформации k, определяют величину номинального напряжения U1н по показаниям вольтметра V1, подключённого на входе. Затем по вольтметру V2 на выходе снимают значение номинального напряжения U2О.

Коэффициент рассчитывается по формуле:

K = w1/w2 = U1н/ U2О.

Величина потерь составляет сумму из электрической и магнитной составляющих:

P0 = I02×r1 + I02×r0.

Но, если пренебречь электрическими потерями, первую часть суммы можно из формулы исключить. Однако незначительная величина электрических потерь характерна только для оборудования небольшой мощности. Поэтому при расчёте характеристик мощных агрегатов данную часть формулы следует учитывать.

Потери холостого хода для трансформаторов мощностью 30-2500 кВА

Для трёхфазного трансформатора

Трёхфазные агрегаты испытываются по аналогичной схеме. Но напряжение подаётся отдельно по каждой фазе, с соответствующей установкой вольтметров. Их потребуется 6 единиц. Можно провести опыт с одним прибором, подключая его в необходимые точки поочерёдно.

При номинальном напряжении электротока обмотки более 6 кВ, для испытания подаётся 380 В. Высоковольтный режим для проведения опыта не позволит добиться необходимой точности для определения показателей. Кроме точности, низковольтный режим позволяет обеспечить безопасность.

Применяется следующая схема:

Работа аппарата в режиме холостого хода определяется его магнитной системой. Если речь идёт о типе прибора, сходного с однофазным трансформатором или бронестержневой системе, замыкание третьей гармонической составляющей по каждой из фаз будет происходить отдельно, с набором величины до 20 процентов активного магнитного потока.

В результате возникает дополнительная ЭДС с достаточно высоким показателем – до 60 процентов от главной. Создаётся опасность повреждения изолирующего слоя покрытия с вероятностью выхода из строя аппарата.

Предпочтительнее использовать трехстержневую систему, когда одна из составляющих будет проходить не по сердечнику, с замыканием по воздуху или другой среде (к примеру, масляной), с низкой магнитной проницаемостью. В такой ситуации не произойдёт развитие большой дополнительной ЭДС, приводящей к серьёзным искажениям.

Для сварочного трансформатора

Для сварочных трансформаторов холостой ход – один из режимов их постоянного использования в работе. В процессе выполнения сварки при рабочем режиме происходит замыкание второй обмотки между электродом и металлом детали. В результате расплавляются кромки и образуется неразъёмное соединение.

После окончания работы электроцепь разрывается, и агрегат переходит в режим холостого хода. Если вторичная цепь разомкнута, величина напряжения в ней соответствует значению ЭДС. Эта составляющая силового потока отделяется от главного и замыкается по воздушной среде.

Чтобы избежать опасности для человека при нахождении аппарата на холостом ходу, значение напряжения не должно превышать 46 В. Учитывая, что у отдельных моделей значение данных характеристик превышает указанное, достигая 70 В, сварочный агрегат выполняют со встроенным ограничителем характеристик для режима холостого хода.

Блокировка срабатывает за время, не превышающее 1 секунду с момента прерывания рабочего режима. Дополнительная защитная мера – устройство заземления корпуса сварочного агрегата.

Видео: измерение тока холостого хода

Меры по снижению тока холостого хода

Ток при нахождении трансформатора в режиме холостого хода возникает, благодаря конструктивным особенностям сердечника. Для ферромагнитного материала, попавшего в электрическое поле переменного тока, характерно наведение вихревых индуктивных токов Фуко, вызывающих нагревание данного элемента.

Чтобы снизить вихревые токи, сердечник изготавливают не в виде цельной детали, а набирают из пакета пластин небольшой толщины. Между собой пластины изолируются. Дополнительная мера – изменение свойств самого материала, позволяющее увеличить порог магнитного насыщения.

Чтобы не допустить разрыва магнитного потока с возникновением поля рассеивания, пластины тщательно подгоняют в процессе набора. Отдельные элементы шлифуют, с получением гладкой, идеально прилегающей поверхности.

Также потери снижаются за счёт более полного заполнения окна магнитопровода. Это позволяет обеспечить оптимальные показатели массы и габаритов агрегата.

Холостой ход трансформатора – режим, при котором можно рассчитать важные характеристики. Это проводится для оборудования, находящегося в эксплуатации и на стадии проектирования.

Источник:
http://ofaze.ru/teoriya/holostoj-hod-transformatora

Режим холостого хода трансформатора

Определение режима. Холостым ходом трансформатора называется такой режим его работы, при котором к первичной обмотке подведено синусоидальное напряжение u1, а вторичная обмотка разомкнута и ток в ней равен нулю. Принципиальная схема однофазного трансформатора при холостом ходе изображена на рис.7.6. В этом режиме трансформатор подобен дросселю с замкнутым ферромагнитным магнитопроводом.

Необходимость изучения данного режима заключается в том, что одновременно с определением основных параметров трансформатора (коэффициента трансформации, тока холостого хода, потерь в стали магнитопровода) возможно в сочетании с параметрами, полученными при другом крайнем режиме — коротком замыкании, охарактеризовать работу трансформатора под нагрузкой и наиболее точно определить коэффициент полезного действия.

Рисунок 7.6 — Схема трансформатора при холостом ходе

Принцип действия в режиме холостого хода. Под действием приложенного напряжения u1 в первичной обмотке трансформатора имеет место небольшой ток холостого хода i10 = i, обычно не превышающий (3-10%) от номинального тока в первичной обмотке, т.е. его действующее значение I£(0,03…0,1)I. Этот ток создает МДС первичной обмотки i×w1, которая обусловливает в замкнутом магнитопроводе переменный основной магнитный поток трансформатора Ф и небольшой переменный поток рассеяния первичной обмотки ФS1, замыкающийся вокруг первичной обмотки по воздуху.

Основной поток Ф наводит в первичной обмотке трансформатора ЭДС самоиндукции e1, а во вторичной обмотке — ЭДС взаимоиндукции e2. Поток рассеяния создает в первичной обмотке ЭДС eS1, называемую электродвижущей силой рассеяния. Так как основной поток Ф замыкается по магнитопроводу, а поток рассеяния ФS1 в основном по воздуху, то основной поток будет во много раз больше потока рассеяния (Ф>>ФS1), следовательно, и ЭДС, наводимые этими потоками в первичной обмотке, будут тоже существенно различаться по величине (E1>>ES1).

При синусоидальном напряжении u1 ЭДС e1 и e2 тоже синусоидальны, а следовательно, и поток Ф, создающий их, синусоидален. Однако вследствии магнитного насыщения магнитный поток трансформатора непропорционален намагничивающему току. Поэтому при синусоидальном потоке Ф намагничивающий ток i является несинусоидальным. При исследовании процессов в трансформаторе действительную кривую намагничивающего тока заменяют либо эквивалентной синусоидой с тем же, что и у действительной кривой, действующим значением, либо его первой гармоникой.

Читайте также  Ремонт двигателя мотоблока своими руками: частые неисправности, фото и видео

Действующие значения индуктированных ЭДС в обмотках трансформатора при холостом ходе определяются по формулам, известным из электротехники:

где w1 и w2 — числа витков первичной и вторичной обмоток;

f — частота ЭДС и тока, Гц;

Разделив E1 на E2, получим коэффициент трансформации трансформатора:

(7.7)

В двухобмоточных трансформаторах согласно ГОСТ 16110-80 при определении коэффициента трансформации берется отношение высшего напряжения к низшему и поэтому значение «n» всегда больше единицы.

Коэффициент трансформации n, как уже отмечено, приближенно определяется из опыта холостого хода трансформатора по отношению напряжений на зажимах обмоток

Контур намагничивания. Трансформатор фактически представляет собой две электрические цепи (первичная и вторичная обмотки), связанные магнитным полем, что усложняет расчет самого трансформатора и анализ его работы. По этой причине в теории и инженерной практике исходную схему трансформатора (рис. 7.6) заменяют схемой электрической цепи без взаимоиндукции (рис. 7.7).

В такой эквивалентной схеме электрической цепи математическое описание процессов чаще всего ведут с использованием алгебраических уравнений, записываемых для комплексных действующих напряжений и токов.

Рисунок 7.7 — Эквивалентная электрическая схема замещения трансформатора в режиме холостого хода.

Действие противо-ЭДС E 1 можно представить в виде падения напряжения от тока I10 = I на некотором полном сопротивлении Z m:

где — параметр, характеризующий магнитную цепь трансформатора и называемый полным сопротивлением контура намагничивания;

rm— активное сопротивление контура намагничивания, определяемое потерями в стали трансформатора;

хm — индуктивное сопротивление контура намагничивания, определяемое потокосцеплением основного потока с первичной и вторичной обмотками при токе в первичной обмотке, равном I (при отсутствии тока во вторичной обмотке).

Таким образом, сопротивление Zm обусловлено потерями в стали магнитопровода и намагничивающей МДС холостого хода (I×w1) первичной обмотки трансформатора.

Поток рассеяния ФS1 замыкается в основном по воздуху и, следовательно, практически не создает никаких потерь в стали. Значит, ЭДС рассеяния ES1 можно заменить падением напряжения только на индуктивном сопротивлении первичной обмотки x1, обусловленном потокосцеплением рассеяния YS1 первичной обмотки с её витками при соответствующем токе в обмотке

(7.9)

Величину x1 называют индуктивным сопротивлением рассеяния первичной обмотки.

Замена ЭДС рассеяния ES1 падением напряжения US1 от тока I на сопротивлении x1 делает более наглядной роль потока рассеяния: он создает индуктивное падение напряжения в первичной обмотке трансформатора, не участвуя в передаче энергии из одной обмотки в другую.

Уравнения равновесия напряжений. Эти уравнения удобно записать для комплексной схемы замещения трансформатора, работающего в режиме холостого хода (рис. 7.8)

Источник:
http://studopedia.ru/10_275362_transformatora.html

Описание сварочного трансформатора

Для электродуговой сварки требуется набор инструментов, в который входит сварочный трансформатор. Существуют промышленные и бытовые разновидности средств, отличающиеся техническими характеристиками и габаритами.

Описание оборудования

Трансформаторы — аппараты, используемые для соединения деталей из стали и некоторых других металлов. Устройство принимает ток от сети, преобразует его до получения требуемых параметров. Формирующаяся при этом электрическая дуга расплавляет края свариваемых заготовок и расходный материал, образуя прочный шов.

Отличия от инверторного аппарата

Такое оборудование отличается от трансформаторного следующими характеристиками:

  1. Небольшой вес. Если масса трансформатора составляет около 35 кг, то у инвертора она не превышает 15 кг. Это помогает легко перемещать аппарат во время работы.
  2. Отсутствие трансформатора в конструкции. Это исключает расход энергии на нагрев обмоток и перемагничивание магнитопровода. Коэффициент полезного действия увеличивается. При использовании электрода диаметром 3 мм расход энергии не превышает 4 кВт. При тех же условиях этот параметр у трансформатора составляет 7 кВт.
  3. Возможность получения тока с любыми вольт-амперными показателями. Аппараты инверторного типа применяют при сварке всех металлов. Они работают с нержавеющей, легированной сталью, медью, алюминием.
  4. Режимы функционирования. Инвертор не требует частых перерывов, необходимых для охлаждения.
  5. Возможность тонкой настройки. Сварщик выбирает показатели силы тока и напряжения в широком диапазоне. С помощью инвертора можно варить в разных пространственных положениях. При этом образуется наименьшее количество брызг расплавленного металла.

Конструкция сварочного трансформатора

Такой аппарат включает несколько узлов, которые создают электрическую дугу, способную расплавлять сталь. Компоненты изменяют параметры токов, поступающих от сети.

Агрегат понижает напряжение, увеличивая ампераж.

Сварка металлов становится возможной благодаря узлам, входящим в конструкцию аппарата:

  • магнитопроводу;
  • первичной обмотке из изолированного кабеля;
  • винту;
  • подвижной вторичной обмотке из неизолированного провода;
  • ходовой гайке;
  • рукоятке, вращающей винт;
  • зажимам для фиксации кабелей;
  • охлаждающей системе.

Магнитопровод не влияет на параметры тока, он лишь формирует магнитное поле. Для этого применяется набор стальных пластин, покрытых оксидным составом. Некоторые трансформаторы включают дополнительные компоненты, улучшающие работу оборудования.

Разновидности и классификация устройств

Классификация сварочных агрегатов осуществляется по следующим характеристикам:

  1. Размерам и весу. Приборы бывают компактными переносными или стационарными, перемещаемыми с помощью колес или тельфера (подвесного грузоподъемного устройства).
  2. Напряжению холостого хода сварочного трансформатора. В разных моделях приборов этот параметр составляет от 48 до 70 В.
  3. Максимальной силе тока. У промышленных моделей этот параметр достигает 1000 А, у бытовых — 50-400 А.
  4. Напряжению потребляемого тока, числу фаз. Выделяют одно- или трехфазные виды.
  5. Характеру подачи. Аппарат может вырабатывать ток непрерывно или импульсно.
  6. Диаметру подключаемых электродов.

Принцип работы с характеристиками

Приборы для трансформаторной сварки функционируют следующим образом:

  1. Ток из электрической сети попадает на первичную обмотку. Здесь появляется магнитный поток, направляющийся в сторону сердечника.
  2. Напряжение передается на вторичную обмотку.
  3. Ферромагнитный сердечник генерируют магнитное поле. В 2 обмотках образуются электродвижущие силы переменного характера.
  4. Разница в числе витков катушек помогает менять параметры тока на необходимые для сварки вольт-амперные показатели. По этим значениям выполняют расчет характеристик трансформаторного агрегата.

Число витков обмотки напрямую связано с выдаваемым напряжением. Намотанная в большем количестве вторичная катушка повышает силу тока. Трансформаторный сварочный аппарат относится к приборам понижающего вида. Число витков первичной обмотки в нем больше, чем вторичной. Регулировать силу выходного тока можно, меняя величину зазора между катушками.

Холостой ход

Принцип работы сварочного трансформатора включает 2 режима: холостой и с нагрузкой. Во время сварки вторичная катушка создает замыкание между деталью и электродом. Мощная дуга плавит материал, образуя шов. После завершения сварки вторичная цепь разрывается. Аппарат начинает работать на холостом ходу.

Такой режим функционирования должен быть безопасным для пользователя. Максимальная величина напряжения — 48 В. Если показатель превышает допустимые значения, срабатывает автоматический ограничитель. Заземление корпуса агрегата обеспечивает дополнительную защиту сварщика от поражения током.

Стандартная схема сварочного трансформатора

Классические аппараты состоят из магнитопровода и преобразователей. Для розжига дуги электрическая схема предусматривает присутствие индуктивного сопротивления вторичной катушки. У аппаратов, функционирующих в режиме сварки, мощность многократно превышает потери, возникающие при работе на холостом ходу.

Схемы модификаций

В конструкцию стандартного аппарата нередко вносят изменения, помогающие улучшить эксплуатационные характеристики.

Рассеиванию магнитного поля способствует смена пространственного положения компонентов магнитопровода.

При смещении стальных элементов повышается сопротивление потока, идущего по воздуху.

При полном введении шунта параметр начинает зависеть от расстояния между деталью и компонентами магнитопровода. Аппараты, имеющие такой принцип действия, предназначены для использования в промышленных условиях.

С обмоткой по секциям

Такая схема сварочного аппарата считается устаревшей. Ранее это оборудование использовалось в бытовых и промышленных условиях. Имеется несколько вариантов выбора числа витков в первичной и вторичной обмотках.

Тиристорные аппараты

Для изменения напряжения и силы тока применяется фазовый сдвиг тиристоров. При сборке однофазного аппарата используют 2 детали, устанавливаемые друг напротив друга. Тиристоры настраивают симметрично и синхронно.

В полупроводниковых трансформаторах эти элементы размещают на первичной обмотке, что объясняется следующими причинами:

  1. Сила вторичного тока в таких устройствах выше, чем в тиристорах.
  2. При установке последних на первичной катушке повышается КПД. Это объясняется снижением потерь напряжения.

Плюсы и минусы

К положительным качествам трансформаторного оборудования относятся:

  1. Высокий коэффициент полезного действия, простота эксплуатации и обслуживания. Ремонт устройства не сопряжен с большими тратами, что позволяет использовать его в домашних условиях.
  2. Низкая стоимость.

Из недостатков выделяют:

  1. Нестабильность дуги. Это связано с параметрами переменного тока. Для работы с такими аппаратами используются специализированные электроды.
  2. Перепады выходного напряжения, негативно отражающиеся на качестве сварного шва.
  3. Невозможность применения для соединения деталей из цветных металлов или нержавеющей стали.
  4. Габариты и большой вес, вызывающие трудности при перемещении.
Читайте также  Особенности технологического процесса производства корпусной мебели — Производство мебели

Особенности выбора сварочного трансформатора

Решая, какой аппарат купить, учитывают следующие критерии:

  1. Типы свариваемых металлов, параметры будущих швов. Для работы со сталью достаточно ручного оборудования с постоянным или переменным током. Эксплуатационные качества трансформатора позволяют варить изделия из любых черных металлов.
  2. Силу тока. В бытовых условиях достаточно агрегата, выдающего 200 А.
  3. Принцип действия. Полуавтоматические приборы надежны и просты в применении, однако отличаются высокой стоимостью. При использовании ручных агрегатов сварщику придется самостоятельно контролировать все параметры.
  4. Надежность фирмы-производителя.

Какие неисправности могут быть

При работе со сварочным трансформатором нередко возникают следующие проблемы:

  1. Отсутствие электрической дуги, отказ запуска охлаждающего вентилятора. Главная причина — нарушение целостности питающего кабеля. Реже обнаруживается повреждение других компонентов оборудования или активация защиты от перегрева.
  2. Отсутствие сварочной дуги при работающем вентиляторе. Наблюдается при нарушении связи между внутренними компонентами системы.
  3. Отсутствие электрической дуги при работающей сигнальной лампе. Такая проблема возникает при срабатывании защитного режима.
  4. Образование большого количества брызг. Качество шва сохраняется на низком уровне. Стоит проверить правильность подключения проводов, изменить полярность.

Как самому смонтировать аппарат

Главная часть самодельного агрегата — сердечник. Его изготавливают из трансформаторной стали, купить которую достаточно сложно. Полученная конструкция имеет вид прямоугольника с сечением более 55 см². При формировании первичной и вторичной катушек устанавливают регулирующий винт. С его помощью перемещают подвижную обмотку.

Сечение провода первой катушки должно составлять более 5 мм². Для сборки трансформатора используют кабели с жаропрочной изоляцией.

Вторичная обмотка формируется из медного проводника сечением 30 мм². На последнем этапе собирают текстолитовый корпус, который служит защитой сварщика от поражения током.

Источник:
http://svarkaved.ru/oborudovanie/opisanie-svarochnogo-transformatora

Холостой ход трансформатора

Холостым х одом трансформатора называется такой режим, когда первичная обмотка его подключена к питающей сети, а вторичная разомкнута и тока в ней нет. На рис. 9 -1 и 9-6 это будет, если рубильник р1 включен, а p2 выключен.

Подведенное к обмотке АХ первичное напряжение U1 изменяется синусоидально 1 — U1M sin ωt) и под его действием проходит переменный ток холостого хода I. Если бы не было стального сердечника, то ток холостого хода был бы реактивным Iр х и, совпадая по фазе с потоком Ф, отставал бы на 90° от напряжения U1 что показано на векторной диаграмме на рис. 9-7. Практически при холостом ходе ваттметр в цепи первичной обмотки показывает некоторую мощность РХ, являющуюся мощно стью потерь в стали сердечника. Потери мощности на нагревание обмотки при холостом ходе ничтожно малы по сравнению с потерями в стали и ими пренебрегают.

Таким образом, ток холостого хода I1x = √(I 2 a.x + I 2 p.x), где Ia.xPx — активная составляющая тока в первичной обмотке.

Рис. 9-6. Схема включения трансформатора.

Благодаря высокому качеству стал Ia.x много меньше Ip.x и ток I1x отстает от напряжения U1 на угол, близкий к 90° , а cos φx составляет около 0,1. Ток холостого хода составляет 4 — 10% номинального тока первичной обмотки.

Произведение тока I1x и числа витков первичной обмотки ɯ1 называется намагничивающей силой трансформатора — F1x = I1xɯ1. Ею создается магнитный поток трансформатора, большая часть которого Фм замыкается по стали (рис, 9-1). Этот поток сцеплен с обеими обмотками и называется полезным или рабочим. Он наводит в обмотках э. д. с действующие значения которых:

здесь Фм — максимальное значение потока, a ɯ1 и ɯ2 числа витков обмоток. Обе э . д. с. E1, и E2 отстают от потока на угол 90° и совпадают на фазе (рис. 9-7).

Рис. 9-7. Векторная диаграмма трансформатора при холостом ходе.

Незначительное число магнитных линий замыкается по

воздуху, как показано на рис. 9-1. Эти линии образуют поток рассеяния Ф, который пронизывает только витки первичной обмотки и создает в ней э. д. с. рассеяния:

где x1 называется индуктивным сопротивлением рассеяния первичной обмотки и обусловлено потоком рассеяния. Чем больше насыщение стали и чем хуже собран магнитопровод, тем больше рассеяние и x 1 , а значит и падение напряжения в первичной обмотке. Обычно индукция в стали трансформаторов берется 1,0—1,45 и до 1,65 тл. Меньшие значения ее принимаются для трансформаторов меньшей мощности.

Падение напряжения в первичной обмотке при холостом ходе I1x √(r 2 1 + x 2 1) ничтожно мало и тогда, по второму правилу Кирхгофа, мгновенные значения u т. е. эти величины равны и сдвинуты по фазе на 180°. Так как

Следовательно, действующие значения

равны и сдвинуты по фазе на 180° (см. рис. 9-7).

При холостом ходе ток во вторичной обмотке I2, а значит и падение напряжения равны нулю. Поэтому мгновенные значения э. д. с, и напряжения равны

называется коэффициентом трансформац и и.

При холостом ходе

При ɯ1/ɯ2 > 1 трансформатор работает как понижающий.

Источник:
http://znaesh-kak.com/e/e/%D1%85%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%BE%D0%B9-%D1%85%D0%BE%D0%B4-%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%81%D1%84%D0%BE%D1%80%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%B0

Инструменты

Занимаясь поисками подходящего сварочного трансформатора, многие отказываются от заводских моделей в пользу самодельных. Причины такого решения могут быть самые разнообразные, начиная от неприемлемых цен и заканчивая желанием сделать сварочный трансформатор самостоятельно. По сути особых сложностей в том, как сделать сварочный трансформатор, нет, к тому же, самодельный сварочный трансформатор может по праву считаться предметом гордости любого хозяина. Но при его создании невозможно обойтись без знаний об устройстве и схеме трансформатора, его характеристиках и расчетах по ним.

Рабочие характеристики сварочного трансформатора

Любой электроинструмент обладает определенными рабочими характеристиками и сварочный трансформатор не исключение. Но кроме привычных, таких как мощность, количество фаз и требуемое для работы напряжение в сети, сварочный трансформатор имеет целый набор уникальных характеристик, каждая из которых позволит безошибочно подобрать в магазине аппарат под определенный вид работ. Для тех же, кто собирается изготовить сварочный трансформатор своими руками, знание этих характеристик потребуется для выполнения расчетов.

Но прежде чем перейти к детальному описанию каждой характеристики, необходимо разобраться, что собой представляет базовый принцип работы сварочного трансформатора. Он довольно прост и заключается в преобразовании входящего напряжения, а именно его понижении. Понижающая вольтамперная характеристика сварочного трансформатора имеет следующую зависимость – при понижении напряжения (Вольт) возрастает сила тока сварки (Ампер), что и позволяет плавить и сваривать металл. На основе этого принципа и построена вся работа сварочного трансформатора, а также связанные с ней другие рабочие характеристики.

Напряжение сети и количество фаз

С этой характеристикой все довольно просто. Она указывает на требуемое для работы сварочного трансформатора напряжение. Это может быть 220 В или 380 В. На практике напряжение в сети может немного колебаться в пределах +/- 10 В, что может сказаться на стабильной работе трансформатора. При расчетах для сварочного трансформатора напряжение в сети является основополагающей характеристикой для расчетов. К тому же, от напряжения в сети зависит количество фаз. Для 220 В – это две фазы, для 380 В – три. В расчетах это не учитывается, но для подключения сварочного аппарата и его работы это важный момент. Также есть отдельная категория трансформаторов, которые могут работать как от 220 В, так и от 380 В.

Номинальный сварочный ток трансформатора

Это основная рабочая характеристика любого сварочного трансформатора. От величины силы сварочного тока зависит возможность резки и сварки металла. Во всех сварочных трансформаторах это значение указывается максимальным, так как именно столько способен выдать трансформатор на пределе возможностей. Конечно, номинальный сварочный ток можно регулировать для возможности работы электродами различного диаметра, и для этого в трансформаторах предусмотрен специальный регулятор. Необходимо отметить, что для бытовых сварочных трансформаторов, созданных своими руками, сварочный ток не превышает 160 – 200 А. Это связано в первую очередь с весом самого трансформатора. Ведь чем больше сила сварочного тока, тем больше требуется витков медного провода, а это лишние неподъемные килограммы. В дополнение на сварочный трансформатор цена зависит от металла для проводов обмоток, и чем больше провода было потрачено, тем дороже обойдется сам аппарат.

Диаметр электрода

В работе со сварочным трансформатором для сварки металла используются наплавляемые электроды различного диаметра. При этом возможность использовать электрод определенного диаметра зависит от двух факторов. Первый – номинальный сварочный ток трансформатора. Второй – толщина металла. В приведенной ниже таблице указаны диаметры электродов в зависимости от толщины металла и сварочного тока самого трансформатора.

Читайте также  Что такое сварочный инвертор: конструкция, принцип работы, преимущества

Как видно из этой таблицы, использование 2 мм электрода будет просто бессмысленным при силе тока в 200 А. Или наоборот, 4 мм электрод бесполезен при силе тока в 100 А. Но довольно часто приходится выполнять сварку металла различной толщины одним и тем же аппаратом и для этого сварочные трансформаторы оборудуются регуляторами силы тока.

Пределы регулирования сварочного тока

Для сварки металла различной толщины используются электроды различного диаметра. Но если сила сварочного тока будет слишком большой, то металл при сварке прогорит, а если слишком маленькой, то не удастся его расплавить. Потому в сварочных трансформаторах для этих целей встраивается специальный регулятор, позволяющий понижать номинальный сварочный ток до определенного значения. Обычно в самодельных сварочных трансформаторах создается несколько ступеней регулировки, начиная от 50 А и заканчивая 200 А.

Номинальное рабочее напряжение

Как уже отмечалось, сварочный трансформатор преобразует входящее напряжение до более низкого значения, составляющего 30 – 60 В. Это и есть номинальное рабочее напряжение, которое необходимо для поддержания стабильного горения дуги. Также от этого параметра зависит возможность сварки металла определенной толщины. Так для сварки тонколистового металла требуется низкое напряжение, а для более толстого – высокое. При расчетах этот показатель весьма важен.

Номинальный режим работы

Одной из ключевых рабочих характеристик сварочного трансформатора является его номинальный режим работы. Он указывает на период беспрерывной работы. Этот показатель для заводских сварочных трансформаторов обычно составляет около 40%, а вот для самодельных он может быть не выше 20 – 30%. Это значит, что из 10 минут работы можно беспрерывно варить 3 минуты, а 7 давать отдохнуть.

Мощность потребления и выходная

Как и любой другой электроинструмент, сварочный трансформатор потребляет электроэнергию. При расчетах и создании трансформатора показатель потребляемой мощности играет важную роль. Что касается выходной мощности, то её также следует учитывать, так как коэффициент полезного действия сварочного трансформатора напрямую зависит от разницы между этими двумя показателями. И чем меньше эта разница, тем лучше.

Напряжение холостого хода

Одной из важных рабочих характеристик является напряжение холостого хода сварочного трансформатора. Эта характеристика отвечает за легкость появления сварочной дуги, и чем выше будет напряжение, тем легче появится дуга. Но есть один важный момент. Для обеспечения безопасности человека, работающего с аппаратом, напряжение ограничивается 80 В.

Схема сварочного трансформатора

Как уже отмечалось, принцип работы сварочного трансформатора заключается в понижении напряжения и повышении силы тока. В большинстве случаев устройство сварочного трансформатора довольно простое. Он состоит из металлического сердечника, двух обмоток – первичной и вторичной. На представленном ниже фото изображено устройство сварочного трансформатора.

С развитием электротехники принципиальная схема сварочного трансформатора совершенствовалась, и сегодня производятся сварочные аппараты, в схеме которых используются дроссели, диодный мост и регуляторы силы тока. На представленной схеме видно, как диодный мост интегрирован в сварочный трансформатор (фото ниже).

Одним из самых популярных самодельных сварочных трансформаторов является трансформатор с тороидальным сердечником, в силу его малого веса и прекрасных рабочих характеристик. Схема такого трансформатора представлена ниже.

Сегодня существует множество различных схем сварочных трансформаторов, начиная от классических и заканчивая схемами инверторов и выпрямителей. Но для создания сварочного трансформатора своими руками лучше выбирать более простую и надежную схему, не требующую использования дорогой электроники. Как, например, сварочный тороидальный трансформатор или трансформатор с дросселем и диодным мостом. В любом случае для создания сварочного трансформатора, кроме схемы, придется выполнить определенные расчеты, чтобы получить требуемые рабочие характеристики.

Расчет сварочного трансформатора

При создании сварочного трансформатора под конкретные цели приходится определять его рабочие характеристики заранее. Кроме этого, расчет сварочного трансформатора выполняется для определения количества витков первичной и вторичной обмоток, площади сечения сердечника и его окна, мощности трансформатора, напряжения дуги и прочего.

Для выполнения расчетов потребуются следующие исходные данные:

  • входящее напряжение первичной обмотки (В) U1;
  • номинальное напряжение вторичной обмотки (В) U2;
  • номинальная сила тока вторичной обмотки (А) I;
  • площадь сердечника (см2) Sс;
  • площадь окна (см2)So;
  • плотность тока в обмотке (A/мм2).

Рассмотрим на примере расчета для тороидального трансформатора со следующими параметрами: входящее напряжение U1=220 В, номинальное напряжение вторичной обмотки U2=70 В, номинальная сила тока вторичной обмотки 200 А, площадь сердечника Sс=45 см2, площадь окна So=80 см2, плотность тока в обмотке составляет 3 A/мм2.

Вначале рассчитываем мощность тороидального трансформатора по формуле:

P габаритн = 1,9*Sc*So. В результате получим 6840 Вт или упрощенно 6,8 кВт.

Важно! Данная формула применима только для тороидальных трансформаторов. Для трансформаторов с сердечником типа ПЛ, ШЛ используется коэффициент 1,7. Для трансформаторов с сердечником типа П, Ш – 1,5.

Следующим шагом будет расчет количества витков для первичной и вторичной обмоток. Чтобы это сделать, вначале придется вычислить необходимое количество витков на 1 В. Для этого используем следующую формулу: K = 35/S. В результате получим 0,77 витка на 1 В потребляемого напряжения.

Важно! Как и в первой формуле, коэффициент 35 применим только для тороидальных трансформаторов. Для трансформаторов с сердечником типа ПЛ, ШЛ используется коэффициент 40. Для трансформаторов с сердечником типа П, Ш – 50.

Далее рассчитываем максимальный ток первичной обмотки по формуле: Imax = P/U. В результате получим ток для первичной обмотки 6480/220=31 А. Для вторичной обмотки силу тока берем за константу в 200 А, так как возможно придется варить электродами с диаметром от 2 до 3 мм металл различной толщины. Конечно, на практике 200 А – это предельная сила тока, но запас в пару десятков ампер позволит аппарату работать более надежно.

Теперь на основании полученных данных рассчитываем количество витков для первичной и вторичной обмоток в трансформаторе со ступенчатым регулированием в первичной обмотке. Расчет для вторичной обмотки выполняем по следующей формуле W2 =U2*K, в результате получим 54 витка. Далее переходим к расчету ступеней первичной обмотки. Для этого используем формулу W1ст = (220*W2)/Uст.

Uст – необходимое выходное напряжение вторичной обмотки.

W2 – количество витков вторичной обмотки.

W1ст – количество витков первичной обмотки определенной ступени.

Но прежде чем приступить к расчету витков ступеней первичной обмотки, необходимо определить напряжение для каждого. Сделать это можно по формуле U=P/I, где:

U – напряжение (В).

Например, нам требуется сделать четыре ступени со следующими показателями номинальной силы тока на вторичной обмотке: 160 А, 130 А, 100 А и 90 А. Такой разброс понадобится для использования электродов различного диаметра и сварки металла различной толщины. В результате получим Uст = 40,5 В для первой ступени, 50 В для второй ступени, 65 В для третьей ступени и 72 В для четвертой. Подставив полученные данные в формулу W1ст = (220*W2)/Uст, рассчитываем количество витков для каждой ступени. W1ст1 = 293 витка, W1ст2 = 238 витков, W1ст3 = 182 витка, W1ст4 = 165 витков. В процессе намотки провода на каждом из этих витков делается отвод для регулятора.

Осталось рассчитать сечение провода для первичной и вторичной обмоток. Для этого используем показатель плотности тока в проводе, который равен 3 A/мм2. Формула довольно проста – необходимо максимальный ток каждой из обмоток разделить на плотность тока в проводке. В результате получим для первичной обмотки сечение провода Sперв = 10 мм2. Для вторичной обмотки сечение провода Sвтор = 66 мм2.

Создавая сварочный трансформатор своими руками, необходимо выполнить все вышеперечисленные расчеты. Это поможет правильно подобрать все необходимые детали и затем собрать из них аппарат. Для новичка выполнение расчетов может показаться весьма запутанным занятием, но если вникнуть в суть выполняемых действий, все окажется не таким уж и сложным.

Источник:
http://strport.ru/instrumenty/kharakteristika-svarochnogo-transformatora