В трансформаторах с дисковыми обмотками (рис. 37, в) первичная и вторичная обмотки тоже удалены друг от друга, но на меньшее расстояние, чем в предыдущем случае. Поэтому по величине индуктивности рассеяния трансформаторы с дисковыми обмотками занимают промежуточное положение. Они также имеют падающую внешнюю характеристику, но их рабочий ток составляет примерно 50 % от тока КЗ.

Для ступенчатой регулировки сварочного тока обмотки трансформатора можно делать с отводами и затем эти отводы переключать. Для плавной регулировки сварочного тока можно использовать регулируемый магнитный шунт, располагаемый в зазоре между обмотками, или, в случае трансформатора с дисковыми обмотками, изменять расстояния между обмотками, которые в этом случае выполняются подвижными.

В качестве магнитопровода самодельных СТ можно применить набор П– или Ш-образных пластин из трансформаторной стали, тороиды, намотанные из трансформаторной стальной ленты, статоры асинхронных двигателей и т. д. Оптимальными считаются характеристики двухстержневых магнитопроводов, собранных из пластин трансформаторной стали в форме прямоугольного «окна». Расположение половин первичной и вторичной обмоток на двух стержнях магнитопровода способствует крутопадающей характеристике сварочного тока. К тому же они наиболее технологичны в исполнении.

П-образный сердечник набирают из пластин электротехнической стали толщиной 0,27—0,55 мм, которые могут быть различной конфигурации (рис. 36, г – е). Пластины стягивают в пакет шпильками, которые должны быть изолированы от сердечника. При подборе сердечника необходимо учитывать площадь поперечного сечения сердечника (керна) (см²) и размеры окна, чтобы поместились обмотки сварочного аппарата.

Широкое распространение получили также любительские сварочные аппараты на сердечниках тороидального типа (рис. 36, в). Такие магнитопроводы обладают более высокими электротехническими характеристиками, чем у стержневого (примерно в 4–5 раз выше), и меньшими электропотерями. Однако трудозатраты на их изготовление выше. Это связано в первую очередь с размещением обмоток на торе и сложностью самой намотки. Сердечники изготовляют из ленточного трансформаторного железа, свернутого в рулон в форме тора. Примером может служить сердечник от мощного автотрансформатора ЛАТР.

Рис. 37. Виды обмоток стержневых трансформаторов:

а – цилиндрические; б – разнесенные; в – дисковые

Заслуживают внимания и любительские СА, изготовленные на базе статоров асинхронных трехфазных электродвигателей большой мощности (более 10 кВт). Выбор сердечника определяется площадью поперечного сечения статора S. Штампованные пластины статора не в полной мере соответствуют параметрам электротехнической трансформаторной стали, поэтому уменьшать сечение S менее 40–45 см нецелесообразно.

Эта методика применима для расчета распространенных в промышленности СТ с увеличенным магнитным рассеянием. Такой трансформатор изготовлен на основе П-образного магнитопровода. Его первичная и вторичная обмотки состоят из двух равных частей, размещенных на противоположных плечах магнитопровода и соединенных между собой последовательно.

Исходными данными при расчете сварочного трансформатора являются заданная мощность трансформатора, коэффициент продолжительности работы, номинальный ток, напряжение холостого хода и тепловой режим работы.

Величина тока сварочного трансформатора связана с мощностью следующей зависимостью:

P=U·I·cos φ.

где φ – угол сдвига фаз между током и напряжением.

Так как сам трансформатор является индуктивной нагрузкой, то угол сдвига фаз всегда существует. В случае расчета потребляемой мощности cosφ можно принять равным 0,8.

Однако для сварщика наиболее важной характеристикой является не мощность источника питания, а развиваемый им ток в дуговом режиме, так как именно на ток рассчитаны электроды соответствующих диаметров и марок.

Для электросварки в бытовых целях чаще всего используются покрытые электроды из низколегированной стали диаметром 2, 3 и 4 мм. Из них наибольшее распространение получили электроды ∅3 мм, подходящие для сваривания как относительно тонкой стали, так и металла значительной толщины.

Сварочный ток выбирают исходя из формулы:

I = (20 + 6d_э)d_э,

или же по упрощенной зависимости:

I = K · d_э (А),

где d_э – диаметр электрода; К – коэффициент, который может находиться в диапазоне 25–50 А/мм. Для большинства видов работ, в основном проводящихся в нижнем горизонтальном положении, берется коэффициент 35–40 А/мм. Таким образом, для сварки электродами ∅2 мм выбирают ток порядка 70 А; «тройка» чаще всего работает на токе 110–120 А; для «четверки» потребуется 140–150 А. Естественно, для сваривания особенно массивных изделий и для резки металла выбирают токи еще выше. Для сваривания тонкого металла и потолочных швов, напротив, ток необходимо уменьшать. Так как большинство СА не обладают средствами точного отображения сварочного тока, то сила тока обычно подбирается для конкретных работ опытным путем, так, чтобы сварочная дуга горела устойчиво, наплавление шло равномерно, но при этом не выделялось излишнее тепло.

Для выбора числа витков обмоток трансформатора рекомендуется пользоваться эмпирической зависимостью параметра Е (в вольтах на виток):

Е= 0,55 + 0,095Р_дл.

Эта зависимость справедлива для широкого диапазона мощностей, однако наибольшую сходимость результатов дает в диапазоне 5—30 кВА. Также вводится параметр мощности, учитывающий продолжительность работы трансформатора:

где I₂ – номинальный сварочный ток, A; U₂ – напряжение холостого хода вторичной обмотки; ПР – коэффициент продолжительности работы, %. Коэффициент продолжительности работы показывает, сколько времени (в %) трансформатор работает в дуговом режиме (нагревается), остальное время он находится в режиме холостого хода (остывает). Для самодельных конструкций и переносных промышленных трансформаторов минимальный ПР считают равным 15–20 %.

Следует отметить, что в любом случае выходная мощность СА остается неизменной, рассчитанной на заданный ток I₂. Ничто не мешает принять ПР равным, скажем, 60 % или даже 100 %, а эксплуатировать трансформатор на меньшем значении, как на практике обычно и происходит. Однако наилучшее сочетание обмоточных данных и геометрии трансформатора обеспечивает выбор значения низкого ПР.

Число витков (сумма обеих половин) первичной и вторичной обмоток определяют соответственно:

где U₁ – напряжение сети, В.

Номинальный ток первичной обмотки в амперах:

где k_m = 1,05—1,1 – коэффициент, учитывающий намагничивающий ток трансформатора;

Сечение стали сердечника трансформатора (см²) определяют по формуле: