Здравствуйте. Мне очень нужна ваша помощь с расчетом силового трансформатора. Трансформатор будет использоваться в двух режимах:
1) Силовой трансформатор с «жесткой» характеристикой;
2) Сварочный трансформатор с «мягкой» характеристикой для сварки и электродуговой пайки.
Теперь подробней про расчет и имеющиеся материалы.
Есть торроидальный магнитопровод с внутренним диаметром 100 мм и наружным диаметром 180 мм, высота магнитопровода 95 мм (точнее я думаю сделать такой из двух магнитопроводов от ЛАТРа). Для начала рассчитаем «жесткий» трансформатор. Я пользовался «Правильным расчетом силового трансформатора».
Ссылка: http://www.radiostation.ru/home/expexch1.html
Статья прилагается.
Для начала рассчитаем габаритную мощность трансформатора:

Где:
η = 0,95 - КПД трансформатора;
Sc и So - площади поперечного сечения сердечника и окна, соответственно [кв. см];
Извиняюсь, что без формулы, не получилось вставить. Смотрите эти формулы в прилагаемой статье.
Sc = (18-10)х9,5/2 = 38 см кв.
So = (3,14х10^2)/4 = 78,5 см кв.
f - нижняя рабочая частота трансформатора [Гц] = 50;
B = 1,2 - магнитная индукция [T];
j - плотность тока в проводе обмоток [A/кв.мм]=3,2;
Km - коэффициент заполнения окна сердечника медью = 0,35;
Kc = 0,96 - коэффициент заполнения сечения сердечника сталью.

P = (0,95х38х78,5х4,44х50х1,2х3,2х0,35х0,96)/((1+0,95)х100) = 4162,6 Вт = 4162 Вт.
P габ.=4162 Вт.

Теперь рассчитаем количество витков первичной (сетевой) обмотки по формуле:

Где:
U1, U2, U3, ... - напряжения обмоток в вольтах, а n1, n2, n3, ... - число витков обмоток.

n = (220х10^4)/(4,44х50х1,2х38х0,96) = 226 витков
Число витков первичной обмотки = 226.

Автор вышеупомянутой статьи плотность тока берет равную 3,2 А/мм кв. (для медной жилы) для избегания нагрева провода.
В моем трансформаторе в первичной обмотке будет использоваться монтажный провод (ПВХ изоляция) сечением 2,5 мм кв (другого просто нет). Максимальный ток будет равен 8 А. Максимальная мощность в первичной обмотке будет равна: 220 х 8 = 1760 Вт. КПД трансформатора примем 0,95. Следовательно, мощность, отдаваемая во вторичную обмотку, будет равна: 1760 х 0,95 = 1672 Вт.
Во вторичной цепи будет применена медная жила сечением 8 мм кв. в стеклотканевой изоляции. Максимальная сила тока (при плотности тока 3,2 А/мм кв.) равна:
8 х 3,2 = 25,6 А.
Напряжение вторичной обмотки любое, то, что будет нужно, например, 60 В. Тогда число витков будет равно 62.
В результате вот что мы имеем «для жесткого» трансформатора:
- Габаритная мощность трансформатора: 4162 Вт;
- Напряжение сети: 220 В;
- число витков сетевой обмотки: 226;
- сечение провода сетевой обмотки: 2,5 А/мм кв;
- максимальный ток сетевой обмотки: 8 А;
- КПД: 0,95;
- напряжение вторичной обмотки: 60 В;
- сечение провода вторичной обмотки: 8 А/мм кв;
- максимальный ток вторичной обмотки: 25,6 А;

На этом расчет «жесткого» трансформатора закончен.
Я думаю, при плотности тока 3,2 А/мм кв, провода в ПВХ изоляции греться сильно не будут.

А теперь самое интересное. Из этого трансформатора нужно сделать сварочный трансформатор малой мощности для сварки электродом ф2 или максимум ф3. Работать в режиме СТ он будет недолго. Для ф2: 1 – 5 электродов, затем перерыв минут на 15 – 20. Для ф3: 1 – 3 электрода, затем перерыв минут на 20 – 30. Обдув вентилятором будет обязательно.
Расчет сварочного трансформатора взят из книжки «Домашняя электросварка 1999», Кияница В.
Напряжение холостого хода = 60 В.
Просчитаем для электрода ф 2 мм.
Сила тока для «2» нужна 60 – 70 А.
Мощность трансформатора тогда равна: Pтр = 25 х Iсв = 25 х 70 = 1750 Вт,
где Iсв – сварочный ток, А.
Исходя из этой мощности выбираем сечение магнитопровода: S > 0,015 х Р тр
S > 0,015 х 1750
S > 26,25 см кв. ( в трансформаторе S=38 см кв.)
Так как габаритная мощность трансформатора равна 4162 Вт, а для электрода ф 2 нужно 26,25 см кв., то есть необходимый запас по мощности.
Число витков сетевой обмотки считаем так. Сначала найдем количество витков на 1 В:
W = 40/S,
где W - количество витков на 1 В;
S – сечение магнитопровода, см кв.
W = 40/38 = 1.0526
Тогда число витков ( n ) сетевой обмотки будет равно: n = 220 х 1,0526 = 232
Число витков вторичной обмотки равно: 63
Плотность тока во вторичной обмотке будет равна: 70/8 = 8,75 А/мм кв.
Мощность в первичной обмотке с учетом КПД равна: 1750/0,95 = 1842 Вт
Сила тока в первичной обмотке: 1842/220 = 8,37 А
Плотность тока: 3,35 А/мм кв.
Перегрев первички практически будет отсутствовать.

Просчитаем для электрода ф 3 мм.
Сила тока для «3» нужна 90 – 120 А. Я буду использовать 90А ( 100 А – это мах.)
Мощность трансформатора тогда равна: Pтр = 25 х Iсв = 25 х 100 = 2500 Вт,
Исходя из этой мощности выбираем сечение магнитопровода: S > 0,015 х Р тр
S > 0,015 х 2500
S > 37,5 см кв. ( в трансформаторе S=38 см кв.)
Так как габаритная мощность трансформатора равна 4162 Вт, а для электрода ф 3 нужно 2500 см кв., то есть необходимый запас по мощности. По сечению хоть и на пределе, но все же должно подойти.

Мощность в первичной обмотке с учетом КПД равна: 2500/0,95 = 2632 Вт
Сила тока в первичной обмотке: 2632/220 = 12 А
Плотность тока: 4,8 А/мм кв.
Перегрев первички будет незначительный.


Трансформатор я хочу сделать универсальным, т. е. переключаться тумблером между режимами «жесткий» и «мягкий» меняя при этом количество витков первички ( от вторички будут соответствующие отводы для сварки-пайки ). Но количество витков первичной обмотки для «жесткого» и «мягкого» трансформатора практически одинаковые. Какой расчет правильный? В чем ошибка? Как можно превратить «жесткий» трансформатор в «мягкий»?

И еще, если два магнитопровода с одинаковыми габаритами но с разной толщиной железа (0,4 и 0,5 мм), из них можно сделать один магнитопровод для вышеупомянутых расчетов.

Мягкий жесткий слишком мудрено выражаетесь,режим работы либо есть нагрузка либо нет, используете оба тора расчет ведете на всё железо, будет меньше витков, что даст возможность увеличить сечение провода как первички так и вторички . Делаете отводы по вторичке и грузите как хотите в пределах заданной мощности трансформатора.

Как раз в нагрузке вся загвоздка. Две ситуации: 1) подключаем ко вторичной обмотке с напряжением 60 В нагрузку и напряжение проседает до, например, 55 В, а надо именно 60 В. Это есть "мягкий трансформатор". В этой ситуации он не пригоден, а в ситуации №2, когда подключаем нагрузку в виде дуги сварочной, наоборот напряжение должно упасть с 60 до 25 В, а если оно остается равным 60 В, то это плохо. Это "жесткий трансформатор". Так что в разных ситуациях нужен как 1-й вариант так и 2-й.

Почему не использовать балластный резистор в ситуации №2?

Тоесть, я мотаю "жесткий" трансформатор по вышеупомянутым расчетам, а для использования трансформатора в режиме сварки во вторичную цепь последовательно включаю баластное сопротивление. Это должно "смягчить" вольтамперную характеристику.
Какой примерно величины должно быть это сопротивление?

Для ручной сварки применима только крутопадающая характеристика, жесткая и пологопадающая применяются при автоматической электросварке.Крутопадающей характеристики можно достичь и при помощи балластного резистора.Мощность и сопротивление такого резистора зависят от рабочего тока апарата и составляют обычно от 0.1 до 0.5 Ома.В Вашем случае придётся подбирать экспериментально.

Дорогой автор!
Не всё так однозначно в вашем желании.
Делов том, что силовой ("жёсткий") трансформатор и транс для сварочника, должны обладать в некоторых моментах разными, а порой почти взаимоисключающими параметрами.
Как Вы думаете, почему обычные низкочастотные сварочные трансформаторы промышленной часторы имеют низкий КПД (кос.фи до 0,4 доходит)?
И почему обмотки располагают даже не на одном сердечнике (одного железа конечно), а на разных (или разнесены)? Можно, но не нужно! Вернее можно дополнить падение характеристики подобным образом.
Думаете уже много-много лет прошло, а только сейчас додумались характеристику получать балластом, да?
Вот корректировать ток сварки им действительно можно и я бы сказал, что даже желательно!
Для "правильной" универсальности, автору нужно иметь 2 вторичные обмотки, но расположенные по-разному - одна для "жёсткой" характеристики, другая для падающей.
Вкратце примерно так!....
О прочих мелочах не говорю. Например первичка в ПВХ изоляции?????? А как же с охлаждением, с изменением расчётных коэфициетов при этом?
Ну это не главное, для конкретного вопроса автора......

А программой Trans50Hz(3100) (программа расчета сетевого трансформатора) кто нибудь пользовался, результаты программы соответствуют действительности?

Я согласен, ПВХ - не лучший вариант, но я нигде не могу достать нормальный провод. Плотность тока всеже будет 3,2 А/мм кв, и я надеюсь , нагрев провода и всего трансформатора вцелом, будет не выше 60 - 70 град. Время работы трансформатра не более 1 - 2 часов. В режиме "сварка" тоже не должен успеть нагреться ( 2 - 3 электрода ф 2 мм и перерыв минут 20 ). Поправте меня, если я неправ.