Бесплатная техническая библиотека

Электросварка. Как рассчитать сварочный трансформатор. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Сварочное оборудование

 Комментарии к статье

Трансформатор - это самое первое статическое устройство, позволяющее преобразовывать электрическую энергию переменного тока.

Трансформатор используется:

• для преобразования напряжения и силы переменного тока;
• для согласования и гальванического разделения нагрузок.

Цель данного раздела - не выходя за пределы знаний, полученных в объеме курса физики для средней школы, предоставить методику расчета трансформатора.

Рассмотрим вариант трансформатора, содержащего две обмотки - первичную и вторичную.

Отношения числа витков W₁ первичной обмотки к числу витков W₂ вторичной обмотки называется коэффициентом трансформации трансформатора K_T:

где U₁, U₂ - напряжение первичной и вторичной обмоток, В; I₁, I₂ - ток первичной и вторичной обмоток, А.

Электродвижущая сила (ЭДС) одного витка обмотки прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока Ф, пронизывающего этот виток:

Так как обмотка трансформатора намотана на ферромагнитном сердечнике, имеющем магнитную проницаемость в тысячи раз большую, чем окружающее пространство, то практически весь поток сосредоточен в сердечнике сечением S_c.

Если при этом индукция в сердечнике меняется от -В_m до +В_m с частотой В_m, то среднее значение напряжения витка равно:

где К_ф- коэффициент формы, учитывающий отношение действующего и среднего значения напряжения, для синусоидального напряжения К_ф = 1,11; В_m - максимальная индукция в сердечнике, Тл; F - частота переменного напряжения, Гц; S_c - площадь сечения сердечника, см2; К_c - коэффициент заполнения сердечника.

Несмотря на возможно различное количество витков, обмотки трансформатора имеют одинаковую мощность, равную его мощности, и делят поровну между собой площадь окна сердечника:

где S_o - площадь окна сердечника, см2; К_o - коэффициент заполнения окна; J - плотность тока в обмотках трансформатора, А/мм2.

Используя (18.3) и (18.4), определим габаритную мощность трансформатора:

Из формулы (18.5) найдем габариты сердечника трансформатора:

Для выбора значений B, J, K_c, K_o можно использовать рекомендации для трансформаторов (табл. 18.5).

Для алюминиевого провода плотность тока следует уменьшить в 1,6 раза.

Таблица 18.5. Параметры сердечников

Несмотря на то, что наиболее распространенным типом трансформатора является двухобмоточный трансформатор, случается, что самодеятельный разработчик сталкивается с проблемой конструктивного расчета многообмоточного трансформатора.

Возможны, как минимум, два случая многообмоточного трансформатора:

Случай 1. Трансформатор имеет две основные обмотки, занимающие более 95 % площади окна сердечника, а также одну или несколько дополнительных маломощных обмоток, занимающих остальную площадь окна. Выбрав меньшее значение Ко из табл. 18.5, можно рассчитать трансформатор, как двухобмоточный. Скорей всего это допущение не вызовет проблем с размещением дополнительных обмоток.

Случай 2. Трансформатор имеет несколько обмоток, каждая из которых занимает более 5 % площади окна сердечника. Трансформатор уже следует рассчитывать как многообмоточный, иначе могут возникнуть проблемы с размещением обмоток в окне сердечника.

Количество обмоток не оказывают какого-то влияния на законы электромагнитной индукции и поэтому при расчете многообмоточного трансформатора достаточно разрешить проблему конструктивного размещения многих обмоток в окне сердечника.

Как мы заметили ранее (18.4), обмотки трансформатора занимают площадь окна, пропорциональную их мощности. В этом не трудно убедиться.

Допустим, что все обмотки трансформатора выполнены из аналогичного обмоточного материала и для них выбрана одинаковая плотность тока J, взятая из табл. 18.5. Так как все обмотки намотаны на одном сердечнике, то, следовательно, один виток любой обмотки генерирует аналогичное напряжение Е_в, которое можно определить по формуле (18.3).

Чтобы на выводах N-ой обмотки получить требуемое напряжение U_N, необходимо, чтобы эта обмотка содержала W_N = U_N / Е_B витков. Если через N-ю обмотку протекает ток I_N, то ее необходимо мотать проводом, который имеет сечение S_ПР =I_N / J. Зная сечение провода обмотки и количество витков, можно определить площадь, которую данная обмотка будет занимать в окне сердечника:

где - мощность обмотки

- параметрический коэффициент, связывающий сечение обмотки с ее мощностью.

Из выражения видно, что сечение обмотки равно произведению мощности обмотки на коэффициент К_EJ. В свою очередь, коэффициент К_EJ определяется параметрами сердечника трансформатора и имеет аналогичное значение для всех обмоток трансформатора, независимо от их количества и мощности. Следовательно, в окне сердечника можно разместить произвольное количество обмоток, при условии, что их суммарная мощность не превысит значения:

Разумеется, полученное выражение справедливо и для двухобмоточного трансформатора, что дает возможность выбора габаритов сердечника многообмоточного трансформатора по методике, применяемой для трансформатора двухобмоточного. Для этого необходимо лишь определить габаритную мощность многообмоточного трансформатора:

Пример 1. Рассчитаем трансформатор Т2 220/27 В габаритной мощностью 200 Вт.

Подобный трансформатор используется для питания подающего механизма и цепей управления сварочного полуавтомата.

Трансформатор будет наматываться на стандартном сердечнике типа ШЛ. Из табл. 18.5 для трансформатора мощностью 200 Вт, намотанном на сердечнике ШЛ, выберем значения В = 1,5 Тл, J = 2,5 А/мм2 и К_o = 0,32. Для ленточного сердечника примем значение K_c = 0,95.

Теперь найдем габаритные размеры сердечника трансформатора:

Выберем сердечник ШЛ25x40, имеющий S_c = 10 см2 и S_o = 16 см2. Определившись с сечением сердечника, по формуле (18.3) определим ЭДС одного витка трансформатора:

Найдем количество витков первичной обмотки трансформатора:

Найдем количество витков вторичной обмотки трансформатора:

Чтобы найти диаметр провода первичной и вторичной обмоток, нужно предварительно определить токи, текущие в этих обмотках:

Теперь, зная плотность тока в обмотках J = 2,5 А/мм2, можно определить диаметр обмоточного провода для первичной обмотки:

и вторичной обмотки:

Выберем ближайшие стандартные диаметры обмоточного провода:

• D1 = 0,69 мм;
• D2 = 1,95 мм.

Следовательно, трансформатор Т2 наматывается на стандартном Ш-образном ленточном сердечнике типа ШЛ25х40, первичная обмотка содержит 696 витков медного провода диаметром 0,69 мм, вторичная обмотка содержит 85 витков медного провода диаметром 1,95 мм.

Пример 2. Рассчитаем трехобмоточный трансформатор, который используется в источнике бесперебойного питания.

На первую обмотку с выхода транзисторного DC-АС преобразователя поступает синусоидальное переменное напряжение амплитудой 10 В и частотой 50 Гц. Максимальный действующий ток, который способен обеспечить преобразователь, равен

Так как амплитудное значение синусоидального напряжения в 1,414 раза больше действующего, то к первой обмотке трансформатора будет прикладываться действующее напряжение:

Для повышения напряжения до U₂ = 220 В служит вторая обмотка, которая рассчитана на ток I₂ = 1,36 А.

Для зарядки аккумулятора служит третья обмотка, имеющая напряжение U₃ = 20 В и рассчитанная на ток I₃ = 6 А.

По формуле (18.9) определим габаритную мощность трансформатора:

Допустим, как и в предыдущем случае, трансформатор будет мотаться на стандартный сердечник типа ШЛ. Из табл. 18.5 для трансформатора мощностью 360 Вт, намотанном на сердечнике ШЛ, выберем значения В = 1,47 Тл, J=2А/мм2 и К_o = 0,33. Для ленточного сердечника примем значение К_с = 0,95.

Теперь найдем габаритные размеры сердечника трансформатора:

Выберем сердечник ШЛ32х50, имеющий S_c=16 см2 и S_o=26 см2. Определившись с сечением сердечника, по формуле (18.3) определим ЭДС одного витка трансформатора:

Найдем количество витков первой обмотки трансформатора:

Найдем количество витков второй обмотки трансформатора:

Найдем количество витков третьей обмотки трансформатора:

Определим диаметр обмоточного провода для первой обмотки:

Скорей всего у будет достаточно проблематично найти обмоточный провод такого большого диаметра.

Поэтому первую обмотку лучше намотать медной прямоугольной шиной сечением:

Определим диаметр обмоточного провода для второй обмотки:

Определим диаметр обмоточного провода для третьей обмотки:

Выберем стандартные диаметры обмоточного провода для второй и третьей обмоток:

Автор: Корякин-Черняк С.Л.

Смотрите другие статьи раздела Сварочное оборудование.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Экраны влияют на детей неравномерно в разном возрасте 01.08.2026

Планшеты и смартфоны давно стали привычной частью повседневной жизни даже самых маленьких детей. Родители часто используют гаджеты, чтобы успокоить малыша или занять его на время, однако ученые все чаще задаются вопросом, как экранное время сказывается на развитии мозга и будущей способности к обучению. Новое исследование показывает, что значение имеет не только продолжительность просмотра, но и возраст, в котором ребенок проводит время перед экраном. Ученые наблюдали детей от рождения до 8 лет. Оказалось, что больше всего экраны влияют на мозг в два периода - в раннем младенческом возрасте и перед поступлением в школу. У детей, много времени проводивших перед экранами в эти возрастные точки, в 9 лет были несколько хуже успехи в обучении, а в 10,5 лет хуже работала рабочая память - способность удерживать и обрабатывать информацию здесь и сейчас. Исследователи из Франции и Сингапура проанализировали данные 502 детей и выделили два ключевых этапа. У младенцев мозг развивается очень ...>>

Умные жилеты, спасающие от жары 01.08.2026

Летняя жара в больших городах все чаще становится серьезным испытанием для людей, работающих на открытом воздухе. Мусорщики, строители и другие специалисты вынуждены проводить часы под палящим солнцем, рискуя перегревом. Китайские инженеры предложили практичное решение - специальные охлаждающие жилеты, которые помогают снизить ощущаемую температуру примерно на 10 градусов. Пока мир страдает от сильной жары, китайские инженеры разработали "умные" жилеты с климат-контролем. Жилеты с кондиционированием почти не отличаются от обычной рабочей одежды. Главное отличие - в системе охлаждения. В городе Нанкин в жилет вмонтированы два вентилятора, работающих от портативных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 3-4 часа непрерывной работы. В Чанчжоу решили разместить в карманах охлаждающие элементы с материалом, который при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, активно поглощая тепло. Это поддерживает комфортную температуру в течение 2,5-4 часов. Такие жилеты выглядят почти ...>>

Летающие ветротурбины 3 МВт вышли в серию 31.07.2026

Традиционные ветряные электростанции зависят от силы и стабильности ветра у поверхности земли, где воздушные потоки часто бывают слабыми и порывистыми. На больших высотах ветер обычно сильнее и постояннее, поэтому инженеры уже давно рассматривают возможность подъема турбин в воздух. Китайская компания сделала важный шаг в этом направлении, перейдя от испытаний к мелкосерийному производству. Компания Beijing Linyi Yunchuan Energy Technology запустила мелкосерийное производство летающей ветротурбины S2000, а в провинции Чжэцзян возводят отдельный завод по производству материалов для оболочки аппарата. У компании уже есть предварительные договоренности с прибрежными городами и горными регионами, которые рассматривают возможность использования этой технологии для удовлетворения собственных энергетических потребностей. Прототип, который полгода назад только что поднялся в небо над Сычуанем, теперь превращается в целую отрасль. Идея S2000 проста: вместо того чтобы устанавливать ветряну ...>>

Случайная новость из Архива Гибрид трамвая и автобуса 18.04.2011 Новое средство передвижения - гибрид между трамваем и автобусом, "Аутотрам", - разрабатывают инженеры из 33 немецких институтов. Электромоторы этого вида транспорта работают от батарей суперконденсаторов. Эти устройства, известные также под названиям "ионисторы", представляют собой конденсаторы очень большой емкости. В отличие от аккумуляторных батарей, в них при зарядке и разрядке не идут никакие химические процессы, поэтому суперконденсаторы способны принимать и отдавать энергию очень быстро и служат очень долго. Подзаряжается "Аутотрам" на каждой остановке за 30-60 секунд током в 1000 ампер при напряжении 700 вольт. На всякий случай на борту имеются также литиево-ионные аккумуляторы.

Другие интересные новости:

▪ Цифровое надгробье

▪ Быстрорастворимая кровь

▪ Шестицветный принтер Epson SureLab SL-D700

▪ DPP-3 - трехфазные источники питания TDK-Lambda на DIN-рейку

▪ Новые процессоры ATtiny 24/44/84

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Регуляторы тока, напряжения, мощности. Подборка статей

▪ статья Сюнь-цзы. Знаменитые афоризмы

▪ статья Что такое кварц? Подробный ответ

▪ статья Ромашка римская. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Передатчик 10 Вт на 27 МГц. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Вечный блок питания. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026