Расчет сварочного трансформатора

Рассчитаем маломощный сварочный трансформатор, предназначенный для работы от сети переменного тока 220 В, 50 Гц и обеспечивающий максимальный сварочный ток Iм = 150 А.

Расчет сварочного трансформатора

Максимальное напряжение дуги, соответствующее максимальному сварочному току, можно рассчитать по формуле:

Uдм = 20 + 0,04 × Iм = 20 + 0,04 × 150 = 26 В

Напряжение холостого хода Uхх (напряжение на вторичной обмотке ненагруженного трансформатора) должно быть в 1,8—2,5 больше максимального напряжения дуги, т.е.


Uхх = Uдм × (1,8…2,5) = 26 × (1,8…2,5) = 47…65 В.

При повышении Uхх улучшается устойчивость и начальное зажигание дуги. Однако ГОСТ95-77Е ограничивает максимальное действующее напряжение на уровне 80 В. Выберем напряжение холостого хода Uхх = 65 В, что обеспечит наилучшие условия горения дуги и не противоречит требованиям ГОСТ.

Для дальнейших расчетов, допустим, что наш магнитный материал имеет максимальную индукцию Вm = 1,42 Тл. Найдем габаритную мощность сварочного трансформатора Рг:


Рг = Iм × Uхх = 65 × 150 = 9750 ВА.

По общеизвестной формуле определяем:

SоSс = (100 × Рг)/(2,22 × Вm × J × F × Ко × Кс), см4,

где J — плотность тока в обмотках (8 А/мм² для меди (Cu), 5 А/мм² для алюминия (Al) и 6,5 А/мм² для комбинированной медно-алюминиевой (CuAl) обмотки);
F – частота сети, Гц;
Ко — коэффициент заполнения окна (0,33—0,4);
Кс — коэффициент заполнения стали (0,95).

Пусть первичная обмотка выполняется медным проводом, а вторичная — алюминиевым, тогда:

SоSс = (100 × 9750)/(2,22 × 1,42 × 6,5 × 50 × 0,33 × 0,95) = 3035 см4,

Для стержневых трансформаторов рекомендуются следующие соотношения размеров:

X = 1,6; Y = 2; Z = 2,5 – 5,

где X = c/a, Y = b/a, Z = h/a.
Если Z = 4, то SоSс = a4 × 12,8
Отсюда можно найти размер a сердечника, см:

a = root{4}{{S_o * S_c}/12.8} = root{4}{3035/12.8} = 3.9

Выбираем a = 4 см. Зная размер а, найдем размеры c, Ь, h:

с = a × X = 4 × 1,6 = 6,4 см;
b = a × Y = 4 × 2 = 8 см;
h = a × Z = 4 × 4 = 16 см.

Определим ЭДС одного витка трансформатора:

Eв = 4,44 × 10-4 × Вm × F × Sс × Кс =
= 4,44 × 10-4 × 1,42 × 50 × 32 × 0,95 = 0,958 В / вит.

Количество витков вторичной обмотки:

W2 = Uхх / Eв = 65 / 0,958 = 68 витков.

Сечение алюминиевого провода вторичной обмотки:

S2 = Iм / JAl= 150 / 5 = 30 мм² (можно использовать алюминиевую шину сечением 5×6 мм²).

Количество витков первичной обмотки:


W1 = U1 / Eв = 220 / 0,958 = 230 витков.

Найдем максимальный ток первичной обмотки:


I = Iм × W2 / W1 = 150 × 68 / 230 = 44,35 А.

Сечение медного провода первичной обмотки:

S1 = I / JCu = 44,35 / 8 = 5,54 мм².

    Так как трансформатор стержневой, то первичная (и вторичная) обмотка находится на двух катушках:
  • если катушки включаются параллельно, то они должны содержать по 230 витков провода ПЭВ-2 Ø 1,9 мм (2,827 мм²);
  • если катушки включаются последовательно, то они должны содержать по 115 витков провода ПЭВ-2 Ø 2,7 мм (5,7 мм²).

Источник: С. Л. Корякин-Черняк и др. Электротехнический справочник