Практика сварочного обмана

Практика сварочного обмана. Как не проколоться при выборе аппарата. Часть 2

Работа при пониженном напряжении в питающей сети

Данная особенность аппарата, в условиях отечественных электросетей – безусловно важна. Если инвертор не справляется с просадкой в сети до 190В – грош ему цена. Работа в гараже или на даче, в местах, где сети не могут похвастать стабильностью, — будет просто невозможна. Даже если в вашей розетке стабильно 220В, то при использовании удлинителей в 30, 50 или 100 метров — просадок всё равно не избежать.

Обман, как и в случае с дополнительными функциями, вызван страхом производителей проиграть в конкурентной борьбе. Если все продавцы техники обещают, что их инверторы работают при 160 В в розетке, почему бы не заявить, что наш «Дуб» не может работать и при 120 В, не теряя при этом в качестве шва.

Простейший способ проверки работоспособности инвертора при пониженном напряжении – использовать устройство под названием ЛАТР. Лабораторный АвтоТрансформатор позволяет настроить нужные параметры напряжения и посмотреть, как сварочный аппарат, подключенный через прибор, будет справляться со сваркой. Как вы понимаете, данное оборудование найдётся далеко не в каждом гараже. В лаборатории Aurora данное устройство имеется, и тесты на работу при низком напряжении в сети мы обязательно будем проводить. Так что следите за обновлениями видео на канале Aurora Online Channel.

Другая крайность – обещание продавцов сварочной техники, что при 100-110В в питающей сети аппарат будет выдавать такой же результат сварки, что и при номинальном напряжении. Это, безусловно, не правда. Сварочный ток аппарата снижается пропорционально напряжению в сети. Вопрос только при каком напряжении в розетке качество шва при работе с данным диаметром электрода станет неприемлемым. Для некоторых аппаратов это 180 В, для других 160 В.

Ещё раз повторим, работа с питающим напряжением в 220 В является гарантией идеального сплавления кромок свариваемого металла, снижение напряжения – является нештатной ситуацией и ожидать высокого качества сварочного шва в таких условиях нельзя.

Судя по рекламе – сварка при сверхнизком напряжении в питающей сети является чуть ли не главным требованием к аппарату. Между тем, хотим обратить внимание покупателей, что сварка процесс многосоставной. Кроме собственно сплавления кромок металла, нужно провести значительный объём подготовительных работ. Разрезать заготовки, зачистить место сварки, в конце концов осветить рабочее место сварщика. А падении напряжения до 140-160В ни болгарка, ни даже освещение работать не будут.

Пределы регулирования сварочного тока

Эта характеристика позволяет понять, как сварочный аппарат справится с работой с разными диаметрами электродов. Чем тоньше свариваемый металл, тем меньше должен быть сварочный ток, и соответственно, диаметр выбранного электрода. Учитывая, что минимальный диаметр электродов в свободной продаже составляет 1.6 мм, ток для них должен быть в районе 40-50А. Для работы с большими толщинами заготовок, ток, напротив, должен быть высоким, для электрода 4мм, — 140-200А.

Стоит напомнить, что ток сварки подбирается в зависимости от диаметра электрода. Для приближённых расчётов используется формула:

Значения коэффициента k – можно узнать из таблицы:

Кратность регулирования сварочного тока вычисляется делением максимального сварочного тока на минимальный.

Iсв. max/Iсв. Min.

Для простейших бытовых ММА аппаратов данное соотношение должно быть не менее 2, для профессиональной техники и производственного оборудования — от 3 до 8.

Обман в данном случае может сводиться к преувеличению диапазона регулировок. Если аппарат выдаёт ток от 80 до 120А – работать с электродами тоньше 2.5 и толще 4 мм – будет сложно.

Устойчивость и стабильность процесса сварки

Любитель, который сталкивается со сваркой впервые, думает, что раз электрод «искрит» – значит аппарат работает. Это неверно. Если аппарат зажигает дугу, это совсем не значит, что процесс сплавления кромок свариваемого металла идёт так, как нужно.

Бывает, что аппарат даже выдаёт заявленные токовые характеристики, а сварка всё равно не идёт. И тут стоит обратить внимание на ещё один принципиальный момент – устойчивость системы: «Источник питания-Дуга». Для того чтобы процесс сварки был стабильным должны выполняться следующие условия:

U (напряжение) дуги = U источника
I (ток) дуги = I источника.

Графически эти равенства определяются точкой пересечения статической Вольт-амперной характеристики дуги (СВАХ дуги) и статической внешней характеристики источника питания (Внешняя характеристика ИП).

Все эти ВАХ и СВАХ для обывателя – тёмный лес. А значит жулики будут этим беззастенчиво пользоваться. К примеру, есть два аппарата с одинаковыми токовыми характеристиками: EWM PICO 162 и наш, уже знаменитый «Дуб». Допустим оба аппарата выдают заявленный номинальный ток в 150А, при этом сварка PICO – просто песня. Аппарат не варит а шепчет. В то время как у владельца «ДУБа» — проблема… очень много брызг, дуга не стабильна и то обрывается, то прожигает дыры в заготовках. В чём может быть дело? Да как раз, в форме внешней характеристики источника. Так что соберитесь, и постарайтесь вникнуть в детали, о которых пойдёт речь далее:

СВАХ дуги представляет собой зависимость напряжения дуги от её тока, т.е. U дуги= ʄ (I дуги) (Напряжение дуги – есть функция от тока дуги).

Т.к. дуга является нелинейным элементом электрической цепи, то и СВАХ дуги будет иметь криволинейный характер и состоять из 3-х характерных участков: падающего, жёсткого и возрастающего.

При разных способах сварки СВАХ дуги реализуется только на некоторых участках. Для ММА сварки это падающий и жёсткий:

Положение СВАХ дуги зависит от длинны дуги

Удаляя электрод от детали сварщик удлиняет дугу напряжение при этом растёт (L1), приближая электрод к поверхности дуга уменьшается, а вместе с ней падает и напряжение (L3).

Внешняя характеристика источника питания

Внешняя характеристика источника питания представляет собой зависимость напряжения на внешних зажимах от тока, т.е. U источника = ʄ (I дуги). (Напряжение на внешних зажимах источника есть функция от тока дуги)

Внешняя характеристика может быть падающей (1), Жёсткой (2), или возрастающей (3).

Для каждого способа сварки, для того, чтобы добиться устойчивости процесса – необходим источник питания с определённой внешней характеристикой. Для ММА сварки источник питания в общем виде должен иметь падающую или круто падающую внешнюю характеристику:

Сварщик не может удержать дуговой промежуток неизменным. Длинна дуги во время сварки то увеличивается, то уменьшается, соответственно меняется и сила тока. При падающей внешней характеристике изменение длинны дуги сопровождается незначительными изменениями сварочного тока. Это значит, что размер сварочной ванны и геометрические параметры шва остаются постоянными. Чем круче падение графика внешней характеристики источника питания — тем меньше изменения тока. Сварщик может удлинять дугу не опасаясь её обрыва, или укорачивать её без опасения прожечь заготовку.

Давайте остановимся на падающей внешней характеристике подробнее, почему важна именно такая форма графика, и чем чреват обман? Предположим, что мы решили использовать для сварки аппарат с полого падающей внешней характеристикой, которой, кстати, часто грешат производители бюджетного сварочного оборудования. Некоторые производители в погоне за высокими токами, вместо номинального сварочного тока указывают ток короткого замыкания. При разработке дешёвого аппарата инженеры не мудрят, а создают источник с такой вот внешней характеристикой:

Ток короткого замыкания здесь, допустим, 200А, которые, недобросовестные продавцы обозначают как номинальный сварочный ток. Однако из данного графика видно, напряжение дуги при токе в 200А – равно нулю, а значит сварочный процесс будет невозможен. Для нормального сплавления кромок металла, напряжение 200-амперного источника должно быть в районе 28 В (откуда появилось это значение мы расскажем чуть позже, когда будем говорить об условной рабочей нагрузке), а значит максимальный сварочный ток приведённого на графике инвертора будет значительно ниже заявленного производителем значения.

Чем ещё плоха данная внешняя характеристика для аппаратов ММА?

При изменении длинны дуги – будет серьёзно меняться и выдаваемый ток аппарата. Как видите диапазон изменения тока при полого падающей характеристике – очень велик, а значит о стабильности сварочного процесса говорить не приходится: аппарат с пологой ВАХ будет то прожигать металл, то не проваривать его в зависимости от положения электрода относительно сварочной ванны. Так же можно сказать, что для сварки покрытым электродом не подходят аппараты с жёсткой или возрастающей внешней характеристикой. Добиться стабильного процесса сварки при таких условиях будет невозможно.

В случае с крутопадающей внешней характеристикой Источника питания диапазон изменения тока будет незначителен, а значит процесс сплавления металла – гораздо стабильнее:

Именно поэтому, для ММА сварки так принципиальна крутизна падения графика. Чем круче – тем стабильнее процесс.

У современных источников питания для ММА сварки внешняя характеристика может быть комбинированной и состоять из 4-х участков:

Такая характеристика обеспечивает соответствие инвертора специфическим требованиям к каждой стадии сварочного процесса.

1 участок – Высоковольтной подпитки

Формируется специальной цепью с напряжением холостого хода 80-100В и Током короткого замыкания 10-50А, для обеспечения стабильности сварочного процесса при работе на малых токах.

2 участок — пологопадающий или жёсткий

Формируется основной силовой цепью с напряжением холостого хода 40-60В, с наклоном 0-0.05 В/А.

Эти параметры выбирают на основе компромисса:

• Требования экономичности (чем ниже напряжение холостого хода, тем дешевле источник питания)
• Получение удовлетворительных сварочных свойств: чем выше напряжение холостого хода, тем выше надёжность зажигания и эластичность дуги.

3 участок — крутопадающий (рабочий режим)

Обеспечивает поддержание устойчивого дугового разряда при установленном значении сварочного тока. Наклон участка можно изменять при проектировании источника – чем он круче, тем выше стабильность тока при изменении длинны дуги. Именно падающая форма данного участка, как уже было сказано, — гарантирует постоянство глубины проплавления и эластичность дуги.

4 участок – Форсирование дуги

О данном отрезке мы говорили выше, когда разбирались с функцией Arc Force. Некоторые источники имеют регулировку форсажа, что позволяет изменять жёсткость дуги. Уменьшение форсирования снижает разбрызгивание, увеличение – позволяет добиться увеличения глубины проплавления и снижение возможности залипания электрода.

Вы можете посмотреть данную статью в видео-ролике:

Длина кабеля сварочного аппарата: какой она должна быть?

Сразу стоит отметить, что четких стандартов не существует. Производители оборудования также не дают никаких рекомендаций на этот счет. Как правило, все модели комплектуются наборами проводов для инвертора, длина которых не превышает 2–3 метров. Но далеко не всегда работать с такими комплектующими удобно. Связано это с тем, что специалисту в процессе работы нередко приходится передвигаться по площадке и, соответственно, переносить и аппарат. При достаточно длине кабелей делать это просто не нужно.

При удлинении провода для сварочных работ ни в коем случае нельзя забывать об одном крайне важном нюансе. Связан он с сопротивлением и напряжением. Чем больше длина используемого изделия, тем выше становится первый параметр и ниже второй. Неверный подбор принадлежностей приведет в лучшем случае к невозможности работать, в худшем — к поломке аппарата.

Так что же делать? У этой проблемы есть два решения. Первый — полная замена кабеля на тот, который длиннее и при этом имеет большее сечение. Но это далеко не всегда возможно и выгодно. Второй — расчет допустимой максимальной длины провода. Этот вариант идеально подходит для тех, кто хочет быстро и без лишних проблем удлинить провод и продолжить работать.

Как провести расчет? Достаточно просто. Для этого необходимо только знать сечение имеющегося кабеля и специальный коэффициент. Диаметр изделия, которое используется в процессе работы, знает каждый специалист. А вот коэффициент можно достаточно просто посчитать. Если вы варите на больших токах от 200 до 500 А, то он будет равен 2. Если ток меньше, то его величину делят на 100.

Разберем все на примере. Предположим, вы работаете с инвертором, максимальный ток которого 180 А. Соответственно, сечение вашего кабеля скорее всего не превышает 16 мм2. Начнем расчет.

Найдем коэффициент: k=180/100=1.8. Считаем длину: Lmax=16/1.8=8.88 м. Удлинять такой кабель сильнее без риска потери напряжения не стоит. Если провод нужен еще более длинный, то придется произвести полную замену, отдав предпочтение сечению 25 мм2.

Напряжение дуги

Зависимость между напряжением сварочной дуги и ее длиной имеет прямой характер. Напряжение дуги при ручной сварки варьируется в пределах 15-30 В, однако в момент замены электрода значение способно вырасти до 70 В. С ростом дуги ширина шва увеличивается, а глубина провара уменьшается.

Оптимальной считается дуга, длина которой равна диаметру электрода. Величина допустимых отклонений не превышает 0,5 мм. В процессе выполнения шва величина дуги не должна меняться.

Возбуждение сварочной дуги осуществляется двумя способами – чирканьем или касанием.

Марки сварочного кабеля и их характеристики

Прежде всего, следует понимать, что сварочный кабель испытывает нагрузки не только от инвертора, но и со стороны внешних условий. Трение о поверхность (в том числе асфальт, бетон и и.п.), высокие и низкие температуры, падение предметов – это привычные и неотвратимые неблагоприятные факторы. Поэтому при выборе кабеля необходимо учитывать рабочие параметры оборудования и условия его эксплуатации. Для начала нужно определиться, какие существуют кабели и чем они отличаются.

Гибкий сварочный кабель КГ

Одна из наиболее распространенных марок кабеля. Расшифровывается очень просто – кабель гибкий. Хорошо показал себя в работе с постоянным током до 1000В или переменным до 600В и частотой до 400 Гц. Провод предназначен для коммутации сварочного оборудования к сети 220 или 380 вольт, подключения к массе или держателю.

Сварочный провод КОГ1

От предыдущего аналога данный кабель отличается меньшим диаметром жил. Из-за этого он получился более гибким и характеризуется меньшим радиусом поворота. Такая особенность востребована для работы в труднодоступных местах или в случаях, когда нужно поднести электрод под непривычным – слишком острым или, наоборот, развернутым углом. Также гибкий кабель практичен во время работ на высоте, при потолочной сварке, когда шнур специалист наматывает на руку, чтобы облегчить его удержание. Проводка рассчитана для работы от сети 220 воль с частотой тока 50 Гц.

Буква «Н» в аббревиатуре несет информацию о том, что изоляционная оболочка кабеля негорючая. Она изготовлена из специального материала с повышенными показателями жаропрочности и выдерживает температуру свыше 200 градусов по Цельсию. Это проводник можно использовать даже в условиях возгорания, когда срочно требуется выполнить электросварочные работы.

Выдерживая экстремальные температурные условия, кабель востребован бригадами МЧС, пожарной охраны, ремонтниками на морских судах и т.п. В промышленности и быту провод востребован при работе на больших объектах, когда сварщику приходится прокладывать магистраль энергоснабжения через только что проваренные участки металла. Изоляция, соприкасаясь с горячим металлом, не плавится.

Сварочный кабель КГ-ХЛ

Индекс «ХЛ» информирует о том, что кабель отлично переносит холод. В его составе есть специальный каучук, снижающий вероятность растрескивания изоляции на морозе при изгибе. Он остается достаточно гибким даже при температуре в -60 градусов Цельсия. Поэтому востребован специалистами, работающими в условиях крайнего Севера. Поэтому практикующим специалистам, которым приходится часто работать на морозе, стоит обратить внимание на данный продукт.

В кабеле место центральной жилы установлена спиралеобразная трубка. Такая конструкция способна пропускать внутри проволоку, которая замкнет цепь и инициирует электрическую дугу. Проволока может быть как цельной, так и полой с флюсом внутри. Предназначен кабель для полуавтоматической сварки, а его цена зависит от диаметра. Из-за особенностей устройства, в частности, из-за полой конструкции кабель служит недолго – примерно 1,5 года. Может работать при температурах до -10 градусов Цельсия и рассчитан на прохождение переменного или постоянного электрического тока напряжением 42/48 вольт.

Маркировка обозначает, что в изоляции присутствует полихлорвинил. Благодаря этому оболочка более вынослива к истиранию и отлично подходит для работ, требующих мобильности сварщика. Перемещаясь по площадке, он может смело тащить кабель по основанию, даже если оно из бетона. Кабель рассчитан на передачу электропотока напряжением 127-220В и работу в широком температурном режиме: от 40 градусов мороза до 40 градусов тепла. Недостаток такого кабеля – очень слабая гибкость. Он не подходит для проводника к электродержателю. Чаще всего он востребован в качестве проводника от электрической сети до сварочного аппарата.

Проводник выдерживает высокие температуры, вплоть до 80 градусов Цельсия. Изоляция не только при годна для использования в жарких условиях, но и отлично противостоит размножению плесени или грибка. Поэтому его приобретают для работы в условиях повышенной влажности.

Варианты выбора.

Если вам нужен неприхотливый аппарат, который можно долгое время использовать в любых климатических условиях, вы имеете возможность подключиться к мощной электросети и при этом вам неважна чистота шва или вы собираетесь варить только алюминиевые сплавы – выбирайте сварочный трансформатор. Он обойдется вам в 5000-17500 рублей.

Если, при сохранении требований к неприхотливости и надежности, вы желаете приобрести аппарат, которым без большого опыта и особых усилий можно делать чистые и ровные швы, обратите внимание на сварочные выпрямители. Такие представлены в ценовом диапазоне от 13000 до 19000 рублей.

Если вы желаете приобрести легкий и компактный сварочный аппарат, который можно использовать как в квартире, так и на даче, ваш выбор – инвертор. Следует только определиться с бюджетом: если вы планируете использовать аппарат «от случая к случаю» для разнообразных работ по дому – вам подойдет базовая модель с ценой в диапазоне от 5000 до 9000 рублей. Если же аппарат планируется использовать часто и подолгу, лучше обратить внимание на более «продвинутые» модели ценой от 9000 до 13000 рублей.

Если вы профессионально занимаетесь кузовными работами или изготовлением металлоконструкций из тонкого цветного металла, вам пригодится полуавтомат, работающий по типу MIG/MAG. Они стоят от 12000 до 33000 рублей.

И наконец, если вы свариваете массивные конструкции из цветного металла или вам нужен универсальный аппарат, который может как варить тонкий алюминий, так и толстую сталь, обратите внимание на аппараты с типом сварки TIG. Кстати, большинство из них может работать и в режиме простой ручной сварки MMA. Цены на такие аппараты начинаются от 5000 рублей.

Длина кабеля сварочного аппарата

Еще одним важным критерием, который прямо влияет на производительность и качество сварочных работ, является длина проводника. Поскольку при увеличении протяженности сварочного кабеля происходит падение токовых характеристик, необходимо предельно точно просчитывать взаимосвязи данных параметров.

ПВ — продолжительность включения, одна из характеристик сварочного инвертора.

В таблице приведены примерные показатели сечения сварочных проводов для заданных значений силы тока и длины проводов. Важно учитывать рекомендации производителей агрегатов для сварки, которые могут прямо указывать предельные длины кабелей для каждой марки своих изделий, не рекомендуя или запрещая удлинение проводников.

Что влияет на потребление

Перед тем, как произвести расчет для инверторного сварочного аппарата, вам нужно узнать, что именно влияет на потребление. Ошибочно полагать, что одна лишь мощность аппарата позволит произвести правильные расчеты. Эта характеристика действительно важна, но она не единственная, которую нам нужно учесть. К тому же, для вычислений нам в любом случае понадобится несколько значений.

Итак, на потребление влияет мощность аппарата, диапазон входного напряжения, возможный сварочный ток (который способен выдать аппарат), значение напряжения дуги, КПД вашего аппарата (индивидуален для каждой отдельно взятой модели), время работы аппарата. Это основные факторы, влияющие на потребление.

Среди косвенных факторов можно упомянуть состояние вашей бытовой электросети, условия, в которых производит сварка, качество кабелей и прочее. Но эти факторы влияют в наименьшей степени.

Также учитывайте, что от бытовой электросети редко можно добиться заветных 220 Вольт. В лучшем случае, розетка выдаст 200 вольт или даже меньше. Поэтому при подключении сварочного инвертора уменьшается диапазон сварочного тока, с которым можно работать. Из-за этого порой сложно просчитать потребление. Особенно, если аппарат мощный. Если ваш аппарат рассчитан на работу от 150 до 250 Вольт, то расчеты будут более точными. Поскольку мощность аппарата в целом сопоставима с мощностью, бытовой электросети.

Выше вы узнали, что потребляемый токзависит от многих факторов. Среди них мы указали продолжительность работы аппарата. С этой характеристикой не все так просто. Она является одной из важнейших, поскольку показывает, сколько аппарат способен непрерывно работать. Зачастую, у инверторов равное время работы и отдыха. Т.е., время сварки примерно равно времени, необходимого для остывания аппарата. Например, сварка 3 минуты и отдых тоже 3 минуты.Запомните эту характеристику для вашего аппарата. Она вам понадобится при дальнейших расчетах.

Чем больше разница между работой и отдыхом в сторону работы, тем выше потребление. Это тоже нужно учитывать. Теперь давайте перейдем от слов к делу и рассчитаем потребляемую мощность сварочного аппарата.

Расчет мощности аппарата

Перед тем, как приступать к расчету мощности аппарата, необходимо знать следующие параметры:

• диапазон входного напряжения и сварочного тока;
• напряжение сварочной дуги;
• КПД конкретного прибора;
• продолжительность включения;
• коэффициент мощности.

Интервал сварочного тока показывает, при каких параметрах сети можно работать. Это связано с тем, что на самом деле в бытовых электросетях не наблюдается заявленных 220 вольт. Иногда напряжение может быть меньше 200 В, а иногда – существенно превышать 220 В.

При подключении сварочного аппарата к электросети может наблюдаться падение напряжения на 5-10 процентов от номинального значения.

Принципиальная схема регулятора тока.

В связи с этим целесообразно обратить внимание на модели, для которых заявлен рабочий интервал от 150-170 до 220-250 вольт. Именно такие устройства способны обеспечить лучшие показатели мощности.

Диапазон сварочного тока определяет его наибольшее и наименьшее значение. От данной характеристики напрямую зависит мощность инвертора. Для бытовых моделей минимальные значения могут варьироваться от 10 до 50 А, а максимальные – от 100 до 160 А.

[box type=”fact”]Напряжение выходного тока или напряжение сварочной дуги варьируется в интервале 20-30 В для дешевых моделей. КПД у приборов с максимальным током в 160 А обычно не превышает 0,85%.[/box]

Одной из важных характеристик инвертора является продолжительность включения. Данный параметр фактически свидетельствует о том, насколько качественно то или иное устройство. Смысл критерия сводится к соотношению времени работы к «отдыху».

Например, если данный показатель составляет 50%, то на каждые пять минут работы устройство должно охлаждаться такой же промежуток времени. Таким образом, чем ниже этот параметр, тем длиннее будут перерывы.

Высокий процент наоборот свидетельствует о том, что прибор можно использовать продолжительный период времени без перерывов.

Коэффициент мощности сварочного инвертора напрямую зависит от продолжительности включения. Расчет для определения данной характеристики определяется из соотношения времени непрерывной работы к общему времени.

Давайте рассмотрим все на простом примере. Рассчитаем мощность инверторного аппарата для сварки, проработавшего 4 минуты до срабатывания защиты. Затем ему необходимо было остывать две минуты, прежде чем он стал готовым к работе.

Итак, чтобы узнать какой коэффициент у данного устройства, необходимо три разделить на пять – общее время работы, и умножить на сто. Получаем искомую величину. Для бытового мини варианта и полупрофессионального оборудования коэффициент не превышает 0,6-0,7.

Допустим, имеется прибор, для которого необходимо электроснабжение 160-220 В, а его максимальный ток равен 160 ампер при напряжении дуги 23 вольта. Пусть коэффициент полезного действия такого прибора составляет 0,89, а ПВ 60%.

Перечисленных выше параметров вполне достаточно для расчета потребляемой мощности. Необходимо умножить ток на напряжение дуги и разделить все это на КПД. В результате получиться 4135 Ватт.

Данное значение показывает мощность, потребляемую непосредственно во время работы. Однако, как уже было сказано ранее, необходимо учитывать также и продолжительность включения. Чтобы это сделать, нужно 4135 умножить на 0,6. Получится 2481.

Данная величина является средней мощностью. Она считается наиболее актуальной и правильной при определении расхода электроэнергии.

Подобный подход наиболее приближен к действительности. Ведь очень редко можно встретить ситуацию, когда инвертор работал бы сутками напролет без перерывов. Паузы и задержки случаются всегда, без них просто не обойтись.

Стоит хотя бы учесть время, необходимое для смены электродов или для подготовки деталей к сварке.

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:

Здесь P_габ – габаритная мощность трансформатора, ω₁ – число витков на вольт (для стали Э310, Э320, Э330), ω₂ – число витков на вольт (для стали Э340, Э350, Э360), ∆–допустимая плотность тока в обмотках, ŋ – КПД трансформатора.

Определив количество витков на каждый вольт для сердечника из той или иной стали, можем узнать, сколько витков всего нужно будет выполнить при изготовлении трансформатора. Для этого используются две формулы, для первичной и вторичной обмотки соответственно: N₁ = ω₁U₁ и N₂ = ω₂U₂. Далее следует учесть некоторое падение напряжения, возникающее из-за небольшого сопротивления в обмотках, которое, впрочем, в тороиде довольно незначительное.

Для этого увеличиваем количество витков вторичной обмотки на 3 % (в других типах сердечников понадобилось бы больше): N_{2_компенс} = 1.03N₂. Для того чтобы узнать диаметр проволоки, используем формулу для первой обмотки d₁ = 1.13(I₁/∆) 0.5 и для второй: d₂ = 1.13(I₂/∆) 0.5 . При этом результаты округляем в большую сторону и выбираем ближайшие доступные провода.