Расчет сварочного трансформатора на тороидальном сердечнике

KOMITART — развлекательно-познавательный портал

Разделы сайта

DirectAdvert NEWS

Друзья сайта

Осциллографы

Мультиметры

Купить паяльник

Купить Микшер

Купить Караоке

Статистика

Как расчитать тороидальный трансформатор

Простой расчет тороидальных трансформаторов.

Тороидальные трансформаторы обладают рядом преимуществ по сравнению с трансформаторами на стержневых и броневых сердечниках из Ш-образных пластин. Тороиды обладают меньшими размерами, меньшим весом и при этом гораздо большим КПД. Но мы в этой статье не будем залазить в дебри, раз уж вы заинтересовались этой статьей, значит вас интересует вопрос: как по простому рассчитать тороидальный трансформатор. Вообще существует много литературы по этой теме, но, как правило, расчеты там настолько заумные и громоздкие, что желания разбираться в этих формулах большого не возникает. Хотя стоит отметить, что рассчитав тороид по полному расчету, вы получите наиболее точные данные, и в то же время упрощенного расчета в большинстве случаев для радиолюбителя оказывается вполне достаточно. Давайте рассмотрим упрощенную методику расчета тороидального трансформатора по таблице , этот метод расчета существует уже очень давно, и многие радиолюбители успешно им пользуются. По этой таблице можно легко рассчитать тор мощностью до 120 ватт. Трансформаторы, не вошедшие в таблицу, рассчитываются также как трансформаторы на Ш-образном железе.

Эту таблицу применяют для расчета трансформаторов с частотой сети 50 Гц, сердечники которых выполнены из:

● холоднокатаная сталь марок Э310, Э320, Э330, толщина ленты 0,35-0,5 мм;
● сталь марок Э340, Э350, Э360, толщина ленты 0,05- 0,1 мм.

Pг ……….габаритная мощность трансформатора;
ω1………число витков на вольт для стали Э310, Э320, Э330;
ω2………число витков на вольт для стали Э340, Э350, Э360;
S…………площадь сечения сердечника;
∆…………допустимая плотность тока в обмотках;
ŋ…………КПД трансформатора.

При намотке тороида допускается применение лишь межобмоточной и наружной изоляции: и хоть межслоевая изоляция и позволит добиваться наиболее ровной укладки провода обмоток, из-за разного наружного и внутреннего диаметров сердечника при ее применении неизбежно увеличится толщина намотки по внутреннему диаметру.

Для намотки тороида нужно применять обмоточные провода, имеющие повышенную механическую и электрическую прочность изоляции. Можно использовать провода ПЭЛШО, ПЭШО, ну и на крайний случай ПЭВ-2. Межобмоточная и наружная изоляции могут быть выполнены батистовой лентой, триацетатной пленкой, лакотканью ЛШСС (0,06-0,12 мм толщины) или фторопластовой пленкой ПЭТФВ 0,01-0,02 мм толщины.

Пример расчета трансформатора:

Дано:
● напряжение питающей сети Uc=220 В,
● выходное напряжение Uн=24 В,
● ток нагрузки Iн=1,8 А.

1. Определяем мощность вторичной обмотки:

2. Определяем габаритную мощность трансформатора:

Величину к.п.д. и другие необходимые для расчета данные выбираем по таблице из нужной графы ряда габаритных мощностей.

3. Находим площадь сечения сердечника:

4. Подбираем размеры сердечника Dc, dc и hc:

Ближайший стандартный тип сердечника — ОЛ50/80-40, площадь сечения которого равна S=6 см2 (не менее расчетной).

5. При определении внутреннего диаметра сердечника должно быть выполнено условие:

dc должно быть больше или равно dc`

6. Предположим, что выбран сердечник из стали Э320, тогда число витков на вольт определяем по формуле:

7. Находим расчетные числа витков первичной и вторичной обмоток :

Так как в тороидах магнитный поток рассеивания весьма мал, то падение напряжения в обмотках определяется практически лишь их активным сопротивлением, вследствие чего относительная величина падения напряжения в обмотках тороидального трансформатора значительно меньше, чем в трансформаторах стержневого и броневого типов. Поэтому для компенсации потерь на сопротивлении вторичной обмотки необходимо увеличить количество ее витков лишь на 3%.

8. Определяем диаметры проводов обмоток:

где I1 — ток первичной обмотки трансформатора, определяемый из формулы:

Выбираем ближайший диаметр провода в сторону увеличения (0,31 мм);

Трансформаторы, расчитанные с помощью приведенной выше таблицы, после изготовления подвергались испытаниям под постоянной максимальной нагрузкой в течение нескольких часов и показали отличные результаты.

При расчете транформатора часто возникает проблема с исходными данными. Давайте рассмотрим пример расчета, когда первичные данные отсутствуют.

Самый простой способ:

Подготавливаем сердечник для намотки первичной обмотки: обрабатываем острые края, накладываем изолирующие прокладки (в моем случае на тороидальный сердечник я сделал накладки из картона). Теперь наматываем 50 витков провода диаметром

0.5 мм. Для измерений нам понадобится амперметр с пределом измерения примерно до 2х ампер, вольтметр переменного напряжения и ЛАТР. Если нет ЛАТРа, то его можно заменить на генератор, умеющий выдавать частоту 50 Гц и усилитель мощности ЗЧ. Собираем схему как на рисунке:

Наша цель — снять зависимость тока холостого хода первичной обмотки от приложенного напряжения. Эта кривая вначале линейна, а затем начинает резко расти, когда сердечник входит в насыщение. Для этого подаем на обмотку трансформатора напряжение начиная от 0В с шагом 0.5В, записываем при этом показания амперметра. Затем с помощью MS Excel или на бумаге строим зависимость Ixx от приложенного напряжения U11. В результате получится вот такая зависимость:

Теперь определим конец линейного участка, в нашем случае это точка (14,5В; 260 мА).
Число витков на вольт нужно расчитать с запасом 20%:

Таким образом для первичной обмотки требуется :

Допустим требуемое напряжение вторичной обмотки = 35В. Число витков вторичной обмотки равно :

Далее по известным токам Ixx и Iвт.обмотки находим требуемый диаметр провода.

Примечание:
Этим методом можно расчитать любые виды сердечников, в том числе и ферритовые.

Сначала расчитаем площадь окна и площадь сечения тора:

Габаритная мощность определится как:

Расчитаем габаритную мощность для тора с размерами D=80 mm, d=50 mm, h=40 mm (ОЛ-50/80 — 40).

Sокна = 19,63 кв.см, Sсеч = 6 кв.см, Pгаб = 117,8 Вт.

Расчет сварочного трансформатора для самостоятельной сборки

Соединение металлических деталей электрической дугой известно уже более 120 лет, но немногие знают все тонкости этого процесса, что очень важно для того, чтобы сделать расчет сварочного трансформатора для простейшего аппарата и полуавтомата.

1 На чем базируется расчет сварочного трансформатора?

Прежде, чем разбираться в формулах, давайте рассмотрим принцип действия простейшего аппарата для дуговой сварки. Основой такого агрегата является понижающий трансформатор, позволяющий изменить входящее напряжение, соответствующее в быту 220 В, на более низкое, до 60 В для так называемого холостого хода или, иначе, состояния покоя. То, какие виды электродов можно будет использовать с устройством, зависит от силы тока, которая должна быть в пределах 120-130 А для наиболее популярного трехмиллиметрового диаметра расходного материала.

И вот здесь как раз требуются расчеты, поскольку, если стержень электрода плавится при определенной силе тока, значит, она будет в той же степени нагревать и сердечник трансформатора, а также проволоку обмотки. Следовательно, для того, чтобы узнать оптимальную мощность трансформатора, нам нужно сначала вычислить рабочее напряжение, ориентируясь на рабочую силу тока. Для этого существует формула U₂ = 20 + 0,04I₂, где U₂ – напряжение на вторичной обмотке, а I₂ – выдаваемый аппаратом максимальный сварочный ток.

Теперь вернемся к сердечнику, который не зря так называется, поскольку является сердцем трансформатора, как самого простого, так и полуавтомата. Он составляется из металлических пластин, которые способны выдержать определенную нагрузку по мощности тока. Это допустимое значение зависит от размеров сердечника и называется габаритной мощностью, которую можно найти, зная значение напряжения холостого хода. Последнее высчитывается по формуле U_хх = U₂S, где S – площадь сечения провода вторичной обмотки. Зависимость этой площади от диаметра проводника определяем по формуле S = πd 2 /4, или по следующим таблицам:

Допустимые токовые нагрузки на провода с медными жилами

Допустимые токовые нагрузки на провода с алюминиевыми жилами

2 Расчет для сварочного трансформатора по формулам и онлайн

Итак, у нас есть все необходимые параметры для того, чтобы вычислить габаритную мощность сердечника. Далее работаем по формуле P_габ = U_ххI₂cos(φ)/η, где φ – угол смещения фаз между напряжением и током (можно принять величину 0.8), а η – КПД (принимаем 0.7). Остается найти допустимую мощность, которую выдержит аппарат при длительной работе. При этом учитываем, что коэффициент продолжительности работы (обозначим его ПР) составляет около 20 % от времени подключения трансформатора к сети.

Поэтому считаем следующим образом: P_дл = U₂I₂(ПР/100) 0.5 0.001, или, иначе P_дл = U₂I₂(20/100) 0.5 0.001, что соответствует P_дл = U₂I₂0.00045. В целом продолжительность работы и сила сварочного тока практически не связаны. В большей степени на время дугового режима влияет сечение проволоки обмотки и качество изоляции, а также то, насколько плотно и, главное, ровно, уложены витки. Следовательно, теперь мы можем узнать электродвижущую силу одного витка в вольтах, используя формулу E = P_дл0.095 + 0.55.

Далее, получив результат эмпирической зависимости по последней формуле, высчитываем оптимальное количество витков для обмотки, как первичной, так и вторичной. Для той и другой используем две формулы, соответственно N₁ = U₁/E, где U1 – входящее напряжение сети, а N₂ = U₂/E. Сила сварочного тока регулируется увеличением или уменьшением расстояния между первичной и вторичной обмотками: чем оно больше, тем ниже мощность на выходе. Тем, кто делает приведенный расчет с целью самостоятельной сборки трансформатора, а не для приобретения готового сварочного полуавтомата, понадобится еще и вычисление габаритов сердечника.

Площадь сечения металла определяется по формуле S = U₂10000/(4.44fN₂B_m), где f – промышленная частота тока (принимаем за 50 Гц), B_m – индукция магнитного поля (принимаем за 1.5 Тл). Теперь можно узнать ширину стальной пластины в пакете трансформатора: a = (100S /(p₁k_c)) 0.5 , где за p₁ принимаем диапазон значений 1.8-2.2 (рекомендуется среднее), k_с – коэффициент заполнения стали (соответствует 0.95-0.97).

Исходя из значения ширины пластины, выясняем толщину пакета пластин плеча, для чего используем формулу b = ap₁, а затем и ширину окна магнитопровода c = b/p₂, где p₂ имеет диапазон значений 1–1.2 (рекомендуется максимальное). К слову, если уж мы взялись измерять габариты, вспомним про коэффициент заполнения стали, который обозначает промежутки между пластинами. С учетом этого показателя площадь сечения сердечника будет несколько иной, поэтому назовем ее измеряемой величиной и определим заново. Формула для этого потребуется следующая: S_из = S/k_c. В большинстве случаев эти расчеты не нужны при наличии онлайн-калькулятора.

3 Как сделать расчет самодельного тороидального сварочного трансформатора?

По сути, тор – это объемное геометрическое тело, хотя в математике бытует понятие «поверхность». То есть это даже не фигура, а замкнутая поверхность, имеющая одну общую для любой размещенной на ней точки сторону. Но, если не вдаваться в дебри терминологии, тор – это бублик, или окружность, вращающаяся вокруг некой не пересекающей ее оси, с которой располагается в одной плоскости. Именно в форме такого бублика может быть выполнен трансформатор-тороид.

Основная его характеристика – высокий КПД при небольших, в сравнении с другими типами сердечников, размерах. Что и является основополагающим критерием для предпочтения данной формы самодельных трансформаторов. Основное отличие тороидального трансформатора от прочих – прокладка только межобмоточной изоляции наряду с внешней. Межслоевая не делается по той простой причине, что витки провода, проходя сквозь отверстие тора, создают дополнительную толщину внутреннего диаметра, что исключает использование лишних слоев изоляции.

Именно это значительно усложняет сборку тороида, и потому он редко устанавливается в корпусе полуавтомата, где чаще можно увидеть стержневые сердечники. Чтобы не возникали пробивания, применяются провода с повышенной прочностью изоляционного покрова. В качестве прокладки можно взять лавсан или ленту ФУМ (фторопластовую).

Для определения габаритной мощности сердечника, выполненного в виде тора, нам достаточно узнать две площади: окна и сечения.

Первую вычисляем по формуле S_окна = 3.14(d 2 /4), где d – внутренний диаметр тора. Вторая формула выглядит следующим образом: S_сеч = h((D-d)/2), здесь D – внешний диаметр «бублика». Далее остается только рассчитать габаритную мощность трансформатора, для чего используем простейший способ умножения двух получившихся ранее результатов. Иными словами, P_габ[Вт] = S_окна[кв.см] * S_сеч[кв.см]. Дальнейшие вычисления ориентируем согласно таблице:

welder’s блог

Расчет Трансформаторов

Запись опубликована welder · 6 марта 2010

5 727 просмотров

Выкладываю свой метод расчета мощности трансформатора и расчета обмоток.

На рисунках ниже, указано где нужно замерять размеры железа

На рисунках а, б, в и г, нарисованы соответственно Ш, ШЛ, П и ПЛ-тип исполнения железа трансформаторов.

a — ширина керна на котором намотана обмотка,

c — толщина керна (набора пластин),

b — ширина окна,

h — высота окна.

Добавил рисунок для железа ОЛ-типа (тороиды).

a — ширина керна, a=(D-d)/2

D — Внешний диаметр,

d — Внутренний диаметр, окно трансформатора.

h — Высота железа

S — на рисунке, площадь железа.

Все размеры желательно записывать в миллиметрах, но при расчетах будут использоваться размеры в сантиметрах.

В зависимости от толщины пластин (для железа типа Ш и П) или ленты (для ШЛ, ПЛ и ОЛ) в расчет площади железа берется коэффициент заполнения сталью — Кст . Для пластин толщиной 0,2мм Кст =0,85; при 0,35мм Кст =0,9; при 0,5мм Кст =0,93. 0,95.

Витые сердечники имеют обычно толщину ленты 0,2мм и Кст=0,9. Коэффициент этот учитывает зазор между пластинами или лентой трансформатора, образующийся из-за окислов или специального изоляционного покрытия каждой пластины сердечника.

Для примера, возьму в расчет железо трансформатора ТС-270 с такими параметрами

a — 25мм, c — 45мм, b — 40мм, h — 100мм, конструкция сердечника П-образная, ленточная, т.е. тип-ПЛ.

Площадь железа определяется по формуле

S _c =a*c*Кст = 2,5*4,5*0,9=10,125см 2

Для тороидов, S _c =(D-d)h*К _ст /2 , и площадь окна S _o =3,14d 2 /4

Активная площадь железа найдена, теперь нужно узнать габаритную мощность,

Габаритную мощность можно определить по формуле:

P _габ =(S _c *B _m ) 2 ,

где B _m — это величина индукции в железе, Тл . Берется это значение исходя из свойств материала сердечника и его конструкции. Еще немного зависит от мощности трансформатора, от размеров железа.

Нужное значение B _m и другие необходимые параметры — можно найти из таблицы 1 ,

Таблица 1 . Некоторые поля пустые, потому что не нашел данных.

Но сразу возникает вопрос, как-же определить для какой мощности брать значение B _m если мощность еще не известна? Все просто, для грубой оценки нужно умножить площадь железа на 1,3 и возвести в квадрат, (10,125см 2 *1,3) 2 =173,25Вт, что близко к строке в таблице для 200 Вт.

По таблице находим величину B _m для сердечника типа ПЛ = 1,5 Тл. На практике, если пересчитать любой заводской трансформатор, эта величина берется немного больше, примерно на 10. 15%, для экономии железа. Можно так и поступить, просто прибавить к табличному значению еще 10%. В итоге величина индукции получается 1,5+10% = 1,65Тл

Габаритная мощность железа

(10,125*1,65) 2 = 279,1 Вт .

Число витков на вольт

W’=50/S _c *B _m , где S _c — площадь железа, с учетом коеффициента Кст , для данного трансформатора Кст =0,9.

Число витков на вольт, 50/10,125*1,65= 2,99 вит/в .

Теперь можно расчитать первичку на 220в, с запасом по напряжению как обычно до 250в. Чтобы железо не вошло в насыщение при напряжении 240. 250в.

Расчет чила витков первички

W ₁ =W’*U ₁ =250*2,99= 748 витков .

Трансформатор конструкции ПЛ, значит на каждую из двух катушек необходимо намотать половину витков, и затем соединить обмотки последовательно, соблюдая фазировку .

Расчет диаметра провода обмоток

Обычно берется в расчет медный провод. Значение плотности тока, J , А/мм 2 в таблице 1 , указано для обмоток из медного провода. Если предполагается мотать обмотки алюминиевым проводом, то плотность тока необходимо уменьшить на 38%, или что то-же самое — в 1,6 раза. Потому что у алюминия большее удельное сопротивление по сравнению с медью. Для алюминия удельное сопротивление 0,0283 Ом*мм 2 /м, для меди 0,0175 Ом*мм 2 /м (пишут по разному, в пределах 0,0172. 0,0178 Ом*мм 2 /м).

Таблица 2

Максимальный ток потребляемый первичной обмоткой

I ₁ =P _габ /U ₁ , 279,1/220 = 1,268 А . (Обмотка намотана на 250в, но в расчет берется ее рабочее напряжение, в данном случае 220в. Можно 230в, зависит от качества сети).

Теперь зная ток в обмотке, и материал провода обмотки, можно определить необходимый диаметр провода.

Диаметр провода обмоток определяется по формуле

Плотность тока в обмотке, J , найденная в таблице 1 , = 2,9 А/мм 2 . Диаметр медного провода — 0,747мм , без изоляции.

Можно уточнить по таблице 3 ближайший стандартный диаметр провода, узнать диаметр провода с изоляцией.

Таблица 3

По таблице 3 , уточняем диаметр провода с изоляцией до 0,74мм.

Длина провода первички

L ₁ =W ₁ [2(a+c)+3,14*b]10 -2 = 748[2(2,5+4,5)+3,14*4]10 -2 = 199м

Если трансформатор будет работать при полной нагрузке то желательно учесть падение напряжения в первичной обмотке из-за ее внутреннего сопротивления, в данном случае оно будет около 8 Ом.

Падение напряжения в первичной обмотке

U _{1 пад} =2,25*10 -2 *I ₁ *L ₁ /d 2 = 2,25*10 -2 *1,268*199/0,74 2 = 10,3в

Точное число витков первичной обмотки

W _{1 точн} =(U ₁ -U _{1 пад} )W’ = (220-10,3)*2,99= 627 вит

Если требуется минимальный ток холостого хода, когда трансформатор работает без нагрузки и в первичке практически нет просадки напряжения, можно не учитывать падение напряжения в первичке и мотать первичку на 748 вит.

Вес провода первички

По таблице 3 , найдем вес 100м провода 0,74мм (0,80мм с изол) = 390 грамм.

(199*390)10 -2 = 776 грамм

Теперь вторичка

Допустим напряжение вторички будет 15в.

Мощность вторички , учитывая КПД трансформатора, найденный по таблице 1 = 0,94

P ₂ =P _габ *кпд = 279,1*0,94= 262 Вт .

Ток вторички

I ₂ =P ₂ /U ₂ = 262/15= 17,5а

Сечение или диаметр провода вторички

S ₂ =I ₂ /J = 17,5/2,9= 6 мм 2 , в пересчете на диаметр — 2,77мм. Можно мотать сразу в несколько проводов, если мотать в 4 провода одновременно, то диаметр проводов нужен 1,38мм, ближайший по таблице диаметр — 1,4мм (1,48мм с изол).

Количество витков вторички

W ₂ =W _{1 точн} (U ₂ /U ₁ ) = 627(15/220) = 42,75вит. Можно округлить до 44 вит, чтобы на каждой из двух катушек трансформатора намотать по 22 витка.

Вес вторички (или всех вторичек) должен быть таким-же как и вес первички.

Проверяем размещение обмоток с учетом коэффициента Км приведенного в Таблице 1.

(все размеры в см)

где, Км — коэффициент заполнения окна медью, Q _o — площадь окна трансформатора в котором размещаются обмотки. Для Ш , ШЛ , П , ПЛ типов, находится простым перемножением ширины и высоты окна, Q _o =b*h , а для тороидов площадь окна считается по формуле S _o =3,14d 2 /4 .

Подставляя значения в формулу, диаметр провода первички и вторички 0,8мм и 3мм (с изоляцией), число витков 627вит и 44вит и площадь окна 40см 2 — находим значение Км=0,16.

На первый взгляд, результат намного меньше чем указано в Таблице 1 , но это получилось из-за больших размеров окна железа, расчитанного на алюминиевые обмотки. Поэтому медная обмотка будет свободно размещаться.

Если брать железо предназначенное для медных обмоток, то найденный коэффициент не должен превысить того что в таблице, чтобы расчитанная обмотка вся поместилась в окне трансформатора. При меньшем значении, можно увеличить диаметр проводов, как в этом случае (можно пересчитать диаметры на алюминий), или наоборот, уменьшить диаметры проводов при завышенном результате расчета Км.

В расчете я принял что во вторичке провод круглого сечения, из-за особенности формулы. Если мотать шиной того-же сечения — результат Км будет тот-же.

Диаметр провода в расчет желательно брать с изоляцией.

Для работы трансформатора при кратковременной перегрузке, нужно учитывать периодичность включения, ПВ %

Для зарядно-пусковых можно брать ПВ=10. 20%, для сварочников ПВ 40. 60%. Таким образом, можно применить железо на меньшую мощность по сравнению с мощностью нагрузки.

Величина перегрузки в зависимости от ПВ считается так:

квадратный корень из 100/ПВ %.

Если например, нужно во вторичке сварочника получить 3кВт, при ПВ 60% то понадобится трансформатор с габаритной мощностью 2,3кВт. Для зарадно пускового с ПВ 20%, при мощности на вторичке 1,5кВт, мощность трансформатора понадобится 0,7 кВт. Но учитывая повышенные потери в сопротивлении обмоток, при большем токе, то габаритная мощность железа, понадобится на 10% больше.

ПВ 20% — 1 минута под нагрузкой, 4 минуты х.х.

Еще по перегрузкам трансформаторов

Допускается перегрузка трансформатора 30% — 2 ч, 60% — 45 мин, 75% — 20 мин, 100% — 10,5 мин, 200% — 1 мин.

Кажется это пока все что я хотел рассказать

Радиолюбитель — это просто

А что еще нужно радиолюбителю, кроме хорошего паяльника и интересной схемы.

Расчет тороидальных трансформаторов

Тороидальные трансформаторы обладают рядом преимуществ по сравнению с трансформаторами на стержневых и броневых сердечниках из Ш-образных пластин. Тороиды обладают меньшими размерами, меньшим весом и при этом гораздо большим КПД. Но мы в этой статье не будем залазить в дебри, раз уж вы заинтересовались этой статьей, значит вас интересует вопрос: как по простому рассчитать тороидальный трансформатор. Вообще существует много литературы по этой теме, но, как правило, расчеты там настолько заумные и громоздкие, что желания разбираться в этих формулах большого не возникает. Хотя стоит отметить, что рассчитав тороид по полному расчету, вы получите наиболее точные данные, и в то же время упрощенного расчета в большинстве случаев для радиолюбителя оказывается вполне достаточно. Давайте рассмотрим упрощенную методику расчета тороидального трансформатора по таблице , этот метод расчета существует уже очень давно, и многие радиолюбители успешно им пользуются. По этой таблице можно легко рассчитать тор мощностью до 120 ватт. Трансформаторы, не вошедшие в таблицу, рассчитываются также как трансформаторы на Ш-образном железе.

Эту таблицу применяют для расчета трансформаторов с частотой сети 50 Гц, сердечники которых выполнены из:

● холоднокатаная сталь марок Э310, Э320, Э330, толщина ленты 0,35-0,5 мм;
● сталь марок Э340, Э350, Э360, толщина ленты 0,05- 0,1 мм.

Pг ……….габаритная мощность трансформатора;
ω1………число витков на вольт для стали Э310, Э320, Э330;
ω2………число витков на вольт для стали Э340, Э350, Э360;
S…………площадь сечения сердечника;
∆…………допустимая плотность тока в обмотках;
ŋ…………КПД трансформатора.

При намотке тороида допускается применение лишь межобмоточной и наружной изоляции: и хоть межслоевая изоляция и позволит добиваться наиболее ровной укладки провода обмоток, из-за разного наружного и внутреннего диаметров сердечника при ее применении неизбежно увеличится толщина намотки по внутреннему диаметру.

Для намотки тороида нужно применять обмоточные провода, имеющие повышенную механическую и электрическую прочность изоляции. Можно использовать провода ПЭЛШО, ПЭШО, ну и на крайний случай ПЭВ-2. Межобмоточная и наружная изоляции могут быть выполнены батистовой лентой, триацетатной пленкой, лакотканью ЛШСС (0,06-0,12 мм толщины) или фторопластовой пленкой ПЭТФВ 0,01-0,02 мм толщины.

Пример расчета трансформатора:

Дано:
● напряжение питающей сети Uc=220 В,
● выходное напряжение Uн=24 В,
● ток нагрузки Iн=1,8 А.

1. Определяем мощность вторичной обмотки:

P=Uн х Iн=24 х 1,8=43,2 Вт.

2. Определяем габаритную мощность трансформатора:

Величину к.п.д. и другие необходимые для расчета данные выбираем по таблице из нужной графы ряда габаритных мощностей.

3. Находим площадь сечения сердечника:

4. Подбираем размеры сердечника Dc, dc и hc:

Ближайший стандартный тип сердечника — ОЛ50/80-40, площадь сечения которого равна S=6 см2 (не менее расчетной).

5. При определении внутреннего диаметра сердечника должно быть выполнено условие:

dc должно быть больше или равно dc`

6. Предположим, что выбран сердечник из стали Э320, тогда число витков на вольт определяем по формуле:

7. Находим расчетные числа витков первичной и вторичной обмоток :

Так как в тороидах магнитный поток рассеивания весьма мал, то падение напряжения в обмотках определяется практически лишь их активным сопротивлением, вследствие чего относительная величина падения напряжения в обмотках тороидального трансформатора значительно меньше, чем в трансформаторах стержневого и броневого типов. Поэтому для компенсации потерь на сопротивлении вторичной обмотки необходимо увеличить количество ее витков лишь на 3%.

W1-2=133 х 1,03=137 витков.

8. Определяем диаметры проводов обмоток:

где I1 — ток первичной обмотки трансформатора, определяемый из формулы:

I1=1,1 (P2/Uc)=1,1 (48/220)=0,24A, отсюда

Выбираем ближайший диаметр провода в сторону увеличения (0,31 мм);

Трансформаторы, расчитанные с помощью приведенной выше таблицы, после изготовления подвергались испытаниям под постоянной максимальной нагрузкой в течение нескольких часов и показали отличные результаты.

Расчет трансформаторов без исходных данных.

При расчете транформатора часто возникает проблема с исходными данными. Давайте рассмотрим пример расчета, когда первичные данные отсутствуют.

Самый простой способ:

Подготавливаем сердечник для намотки первичной обмотки: обрабатываем острые края, накладываем изолирующие прокладки (в моем случае на тороидальный сердечник я сделал накладки из картона). Теперь наматываем 50 витков провода диаметром

0.5 мм. Для измерений нам понадобится амперметр с пределом измерения примерно до 2х ампер, вольтметр переменного напряжения и ЛАТР. Если нет ЛАТРа, то его можно заменить на генератор, умеющий выдавать частоту 50 Гц и усилитель мощности ЗЧ. Собираем схему как на рисунке:

Наша цель — снять зависимость тока холостого хода первичной обмотки от приложенного напряжения. Эта кривая вначале линейна, а затем начинает резко расти, когда сердечник входит в насыщение. Для этого подаем на обмотку трансформатора напряжение начиная от 0В с шагом 0.5В, записываем при этом показания амперметра. Затем с помощью MS Excel или на бумаге строим зависимость Ixx от приложенного напряжения U11. В результате получится вот такая зависимость:

Теперь определим конец линейного участка, в нашем случае это точка (14,5В; 260 мА).
Число витков на вольт нужно расчитать с запасом 20%:

N/V= 50/((14,5-14,5*0.2) = 4,31 витков на вольт.

Таким образом для первичной обмотки требуется :

220*4,31 = 950 витков.

Допустим требуемое напряжение вторичной обмотки = 35В. Число витков вторичной обмотки равно :

950*35/220 = 151 виток.

Далее по известным токам Ixx и Iвт.обмотки находим требуемый диаметр провода.

Примечание:
Этим методом можно расчитать любые виды сердечников, в том числе и ферритовые.

Примерный расчет габаритной мощности тороидального трансформатора:

Сначала расчитаем площадь окна и площадь сечения тора:

Габаритная мощность определится как:

Pгаб[Вт] = Sокна[кв.см] * Sсеч[кв.см]

Расчитаем габаритную мощность для тора с размерами D=80 mm, d=50 mm, h=40 mm (ОЛ-50/80 — 40).

Sокна = 19,63 кв.см, Sсеч = 6 кв.см, Pгаб = 117,8 Вт.

Изготовление тороидального трансформатора своими руками

Многие домашние мастера задумываются об изготовлении тороидального трансформатора своими руками. Объясняется это тем, что его эксплуатационные характеристики значительно лучше, чем у трансформаторов с сердечниками другой формы. Например, при тех же электрических характеристиках, его вес может быть до полутора раз меньше. К тому же и КПД такого трансформатора заметно выше.

Устройство тороидального сварочного трансформатора.

Основных причин, по которым изготовление тороида не всегда удается, две:

1. Трудно найти подходящий сердечник.
2. Трудоемкость изготовления, особенно сложна намотка трансформатора.

Что такое плазморез и как он устроен.

Об аргонно-дуговой сварке читайте здесь.

Расчет тороидального трансформатора

Схема сварочного полуавтомата.

Для упрощенного расчета трансформатора на тороидальном магнитопроводе необходимо знать следующие исходные данные:

1. Подаваемое на первичную обмотку входное напряжение U₁.
2. Наружный диаметр D сердечника.
3. Его внутренний диаметр – d.
4. Толщина магнитопровода – H.

Площадь поперечного сечения магнитопровода S_c определяет мощность трансформатора и, соответственно, надежность работы будущего сварочного аппарата. Оптимальными считаются значения 45-55 см 2 . Рассчитать ее значение можно по формуле:

Важной характеристикой сердечника является площадь его окна S, поскольку этот параметр определяет не только удобство намотки обмоточных проводов и интенсивность отвода избытков тепла, но и оказывает влияние на характер магнитного рассеяния. Оптимальные значения этого параметра 80-110 см 2 . Вычислить его значение позволяет формула:

Броневой тип трёхфазных трансформаторов.

Зная эти значения, можно рассчитать ориентировочную мощность трансформатора:

P = 1,9 * S_c * S, где S_c и S берутся в квадратных сантиметрах, а P получается в ваттах.

Далее можно найти число витков на вольт:

Зная значение k, можно рассчитать количество витков во вторичной обмотке:

Количество витков в первичной обмотке лучше рассчитать, используя в качестве исходного данного напряжение на вторичной обмотке:

W₁ = (U₁ * w₂) / U₂, где U₁ – напряжение, подводимое к первичной обмотке, а U₂ – снимаемое со вторичной.

Дело в том, что регулировать сварочный ток лучше изменением числа витков первичной обмотки, поскольку величина тока в ней меньше, чем во вторичной. Пусть, например, нужно получить три значения выходного тока 60 А, 80 А и 100 А при мощности трансформатора 5000 Вт.

Этим значениям сварочного тока будут соответствовать следующие значения напряжений на вторичной обмотке:

U₂₁ = P / I₂₁ = 5000 Вт / 60 А = 83,3 В;

U₂₂ = P / I₂₂ = 5000 Вт / 80 А = 62,5 В;

Классификационная схема трансформаторов.

U₂₃ = P / I₂₃ = 5000 Вт / 100 А = 50 В.

Пусть вторичная обмотка содержит w₂ = 70 витков. Теперь можно рассчитать число витков в соответствующих ступенях первичной обмотки для напряжения в сети U₁ = 220 В:

W₁₁ = (U₁ * w₂) / U₂₁ = 220 В * 70 / 83,3 В ≈ 185 витков;

W₁₂ = (U₁ * w₂) / U₂₂ = 220 В * 70 / 62,5 В ≈ 246 витков;

W₁₃ = (U₁ * w₂) / U₂₃ = 220 В * 70 / 50 В = 308 витков.

Последнее значение следует увеличить на 5%:

W₁₃ = 308 * 1,05 ≈ 323 витка – это и будет их необходимое число в первичной обмотке, а отводы следует сделать от 185-го и 246-го витка.

Для самодельных трансформаторов для сварки допустимая плотность тока в обмотках j = 3 А/мм 2 . Зная ее, можно найти площадь поперечного сечения проводов обмоток. В приведенном ранее примере максимальный ток в первичной обмотке:

Сечение этого провода должно составлять:

S₁ = I_1m / j = 23 А / 3 А/мм 2 ≈ 8 мм 2 .

Во вторичной обмотке следует применить провод с площадью поперечного сечения:

S₂ = I₂₃ / j = 100 А / 3 А/мм 2 ≈ 33 мм 2 .

Вам может быть интересно: Сайт о сантехнике.

Подбор и изготовление тороидального сердечника

Наилучшим материалом для изготовления тороидального магнитопровода является ленточная трансформаторная сталь. Для изготовления сердечника эта лента сворачивается в рулон, имеющий форму тора прямоугольного сечения. Если имеется такая лента или сердечник из нее, то особых проблем при изготовлении магнитопровода для тороидального трансформатора не будет.

Характеристики сварочных трансформаторов.

При малом значении внутреннего диаметра d можно часть ленты с внутренней стороны тора отмотать, а затем намотать ее на наружную поверхность сердечника. В результате возрастут оба диаметра, а площадь внутренней части магнитопровода увеличится. Правда, несколько уменьшится площадь поперечного сечения сердечника S. При необходимости можно добавить ленту с другого магнитопровода.

Хороший готовый тороидальный сердечник можно взять от рассчитанного на ток 9 А лабораторного автотрансформатора ЛАТР 1М. Нужно только перемотать его обмотки. Бывает, что для изготовления тороидального сердечника для трансформатора используется магнитопровод статора подходящего электродвигателя.

Еще один способ изготовления тороидального сердечника – использование в качестве материала пластин от неисправного мощного промышленного или силового трансформатора, питавшего в свое время ламповый цветной телевизор. Сначала из этих пластин с помощью заклепок изготовляется обруч, имеющий диаметр около 26 см. Затем внутрь этого обруча начинают вставлять одну за другой пластины встык, придерживая их рукой от разматывания.

После набора нужного сечения S магнитопровод готов. Для увеличения S можно изготовить два тороида одинаковых размеров, а затем соединить их вместе. Края тороидов следует слегка закруглить с помощью напильника. Из электроизоляционного картона следует изготовить два кольца, имеющих внутренний диаметр d и внешний D, а также две полоски на внутреннюю и наружную сторону тора. После наложения их на тороид, сердечник обматывается поверх картонных прокладок киперной или тканой изоляционной лентой. Магнитопровод готов, и можно начинать наматывать обмотки.

Намотка трансформатора

Основные части обмотки трансформатора.

Как уже говорилось, мотать обмотки на любой тороидальный трансформатор, в том числе и сварочный, непросто. Самый простой способ – это использование для этой цели челнока, на который предварительно наматывается провод нужной длины, а затем, пропуская челнок через внутреннее окно сердечника, виток за витком формируется соответствующая обмотка.

Челнок обычно изготовляют из дерева или выпиливают из оргстекла. Его толщина 5-6 мм, ширина сантиметра 3-4, а длина порядка 40 см. В его торцах делаются полукруглые вырезы для провода. Для оценки длины провода, который нужно намотать на челнок, производится оценка средней длины одного витка наматываемой обмотки, ее значение умножается на число витков, и на всякий случай делается запас в 15-20%.

Удобнее производить намотку с помощью так называемого кругового челнока. В качестве заготовок для изготовления кругового челнока могут служить согнутые в кольцо пластмассовые трубы или гимнастический обруч со спиленной наружной частью, обод от велосипедного колеса и т. д.

Обруч или колесо распиливаются в одном месте, продеваются сквозь внутреннее окно сердечника, а затем место распила фиксируется любым удобным способом. Намотанный на челнок провод можно в нескольких местах зафиксировать изолентой, но удобнее резиновая лента по длине челнока, натянутая поверх провода. Она не дает проводу рассыпаться, но не препятствует его вытаскиванию сбоку.

Из описания ясно, что хотя изготовление тороидального сварочного трансформатора не такое уж простое дело, но оно вполне выполнимо.

Были бы только нужные материалы, а самое главное – желание.