Расчет сварочного трансформатора

Современные сварочные аппараты в рубрике сварочное оборудование.

Рассчитаем маломощный сварочный трансформатор, предназначенный для работы от сети переменного тока 220 В, 50 Гц и обеспечивающий максимальный сварочный ток I_м = 150 А.
Расчет сварочного трансформатора
Максимальное напряжение дуги, соответствующее максимальному сварочному току, можно рассчитать по формуле:

U_дм = 20 + 0,04 × I_м = 20 + 0,04 × 150 = 26 В

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

U_хх = U_дм × (1,8…2,5) = 26 × (1,8…2,5) = 47…65 В.

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

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

Р_г = I_м × U_хх = 65 × 150 = 9750 ВА.

По общеизвестной формуле определяем:

S_оS_с = (100 × Р_г)/(2,22 × В_m × J × F × К_о × К_с), 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;
К_о — коэффициент заполнения окна (0,33—0,4);
К_с — коэффициент заполнения стали (0,95).

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

S_оS_с = (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 S_оS_с = a⁴ × 12,8
Отсюда можно найти размер a сердечника, см:

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:

E_в = 4,44 × 10^-4 × В_m × F × S_с × К_с =
= 4,44 × 10^-4 × 1,42 × 50 × 32 × 0,95 = 0,958 В / вит.

Количество витков вторичной обмотки:

W₂ = U_хх / E_в = 65 / 0,958 = 68 витков.

Сечение алюминиевого провода вторичной обмотки:

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

Количество витков первичной обмотки:

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

Найдем максимальный ток первичной обмотки:

I_1м = I_м × W₂ / W₁ = 150 × 68 / 230 = 44,35 А.

Сечение медного провода первичной обмотки:

S₁ = I_1м / J_Cu = 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