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:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Случайная новость из Архива 5G-антенны CableFree от Huawei 30.05.2020 Компания Huawei заявила о прорыве в сфере разработки 5G-антенн. Новая конструкция под названием CableFree улучшает возможности антенн базовой станции 5G. Этот стандарт связи предусматривает использование новых диапазонов и большего количества подключений антенн. И новая конструкция обеспечивает улучшение покрытия в высокочастотном диапазоне 5G. По словам компании, CableFree повышает эффективность излучения антенны примерно на 20. Для поддержки более высокой емкости и дополнительных подключений антенн, используемых для связи 5G, антенны должны быть способны работать с мощностью 1 кВт. Для связи предыдущего поколения было достаточно мощности 500-600 Вт. Конструкция CableFree увеличивает мощность антенны более чем на 80%, а также уменьшает вес антенн, облегчая их установку. Шестиполосная антенна на базе CableFree примерно на 10 кг легче аналогов, а вес многоканальных антенн уменьшается сразу на 50 кг. Таким образом, для их установки не требуется использовать кран, а это экономит время и деньги в процессе разворачивания сети. Вместе с тем, CableFree сокращает использование винтов и точек пайки на 80%, уменьшая вероятность пассивной интермодуляции или искажения сигнала и помех, вызванных крупными металлическими предметами. Это, в свою очередь, облегчает автоматизацию производства антенн, сохраняя при этом их качество неизменным.

Другие интересные новости:

▪ Перец и пчелы против слонов

▪ Водителям могут запретить тачскрины

▪ Модель протуберанца

▪ Вычислительная кластерная технология от Apple

▪ Мидии очистят море

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Детская научная лаборатория. Подборка статей

▪ статья Джефри Чосер. Знаменитые афоризмы

▪ статья Что такое атомная энергия? Подробный ответ

▪ статья Луговой кресс. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Инфракрасный порт для компьютера. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Двутональный многочастотный (DTMF) генератор на AVR. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025