Эти формулы имеют весьма приближенный вид. У трансформаторов с особо несовершенными магнитопроводами показатели выходного тока получаются значительно ниже. Кроме того, существует много параметров, которые нельзя определить и учесть в полной мере. Обычно неизвестно, из какого сорта железа изготовлен тот или иной магнитопровод. Напряжение в электросети может сильно изменяться (190–250 В). Еще хуже, если линия электропередачи обладает значительным собственным сопротивлением.

Составляя всего единицы Ом, оно практически не влияет на показания вольтметра, обладающего большим внутренним сопротивлением, но может сильно гасить мощность сварки. Учитывая всё вышеизложенное, рекомендуется первичную обмотку трансформатора выполнять с несколькими отводами через 20–40 витков (рис. 38). В этом случае всегда более точно можно будет подобрать мощность трансформатора или подрегулировать ее под напряжение конкретной сети.

Количество витков вторичной обмотки определяется из соотношения:

где U2 – желаемое напряжение холостого хода на выходе вторичной обмотки (42–70 В), U1 – напряжение сети.

Рис. 38. Электрическая схема СТ со ступенчатой регулировкой тока

Все вышеприведенные методики позволяют рассчитать требуемое сечение магнитопровода, но не дают ответа на вопрос, каким именно выбрать это сечение. Например, оптимальное значение сечения магнитопровода для типичного сварочного трансформатора мы получили ранее в примере расчета по стандартной методике (160 А, 26 см²). Однако далеко не всегда оптимальные с точки зрения энергетических показателей значения являются таковыми, а то и возможными вообще, с точки зрения конструктивных и экономических соображений.

Например, трансформатор одной и той же мощности может иметь сечения магнитопровода от 30 до 60 см². При этом количество витков обмоток будет различаться тоже примерно в два раза: для 30 см² придется мотать в два раза больше провода, чем для 60 см². Если у магнитопровода небольшое окно, вы рискуете тем, что все витки попросту не влезут в его объем или придется использовать очень тонкий провод. В этом случае необходимо увеличить сечение магнитопровода с целью уменьшения количества витков провода, что актуально для многих самодельных трансформаторов. Вторая причина – экономическая. Если обмоточный провод в дефиците, то, учитывая его немалую стоимость, этот материал придется максимально экономить и, если есть возможность, наращивать магнитопровод до большего сечения. Но, с другой стороны, магнитопровод – самая тяжелая часть трансформатора. Лишняя площадь его сечения – лишний и притом весьма ощутимый вес.

В любом случае сечение меньше чем 25–30 см² не рекомендуется, поскольку сварочный аппарат не будет обладать требуемым запасом мощности и качественную сварку получить будет трудно. Да и перегрев такого аппарата после непродолжительной работы также неизбежен. Нежелательны также сечения выше 60 см². Оптимальными считаются сечения сердечника S = 45–55 см². Такой агрегат несколько тяжеловат, зато не подведет.

При решении использовать в качестве сварочного трансформатор с неизвестными характеристиками последние приходится каким-то образом выяснить. В некоторых случаях о выходной мощности трансформатора можно судить по току первичной обмотки в режиме холостого хода. Вернее, здесь можно говорить не о количественной оценке мощности в режиме сварки, а о настройке трансформатора на максимальную мощность, на которую способна конкретная конструкция. Или же речь идет о контроле количества витков первичной обмотки, чтобы не допустить их недостатка в процессе изготовления. Для этого понадобится некоторое оборудование: ЛATP (лабораторный автотрансформатор), амперметр и вольтметр.

В общем случае по току холостого тока нельзя судить о мощности: ток может быть разным даже для одинаковых типов трансформаторов. Однако, исследовав зависимость тока по первичной обмотке в режиме холостого хода, можно более уверенно судить о свойствах трансформатора. Для этого первичную обмотку трансформатора надо подключить через ЛATP, что позволит плавно менять напряжение на ней от 0 до 250 В. В цепь также должен быть включен амперметр. Постепенно увеличивая напряжение на обмотке, можно получить зависимость тока от питающего напряжения. Она будет иметь вид, показанный на рис. 39.

Рис. 39. Исследование характеристик неизвестного трансформатора

Сначала кривая тока полого, почти линейно возрастает до небольшого значения, далее скорость возрастания увеличивается – кривая загибается вверх, после чего следует стремительное увеличение тока. В случае, когда устремление кривой к бесконечности происходит до точки рабочего напряжения 240 В (кривая 1), это значит, что первичная обмотка содержит мало витков и ее необходимо домотать. Учтите, что трансформатор, включенный на то же напряжение без ЛATPa, будет брать ток примерно на 30 % больше.

Если же точка рабочего напряжения лежит на изгибе кривой, то при сварке трансформатор будет выдавать свою максимальную мощность (кривая 2, ток сварки до 200 А).

В случае кривых 3, 4 трансформатор будет иметь ресурс мощности, которую можно увеличить путем уменьшения витков первичной обмотки, и незначительный ток холостого хода: большинство самоделок ориентированы на это положение. Реально токи холостого хода различны для разных типов трансформаторов, в большинстве случаев находясь в интервале 100–500 мА.

Как отмечалось выше, мощность сварочного трансформатора существенно зависит от расположения обмоток. У трансформаторов, первичная и вторичная обмотки которых размещены на плечах вместе, мощность значительно выше, чем в случае, когда обмотки разнесены на разные плечи. Например, сварочный трансформатор с П-образным магнитопроводом (N1 = 260 витков провода ∅2,4 мм, Sиз = 34,5 см², 15,4 × 18 см, 47 В) и разнесенными обмотками (рис. 37, б) развивает ток, достаточный для работы электрода ∅3 мм – около 100–110 А. Трансформатор, изготовленный на том же магнитопроводе, но с цилиндрическими обмотками, по половине которых располагаются на одном плече, станет в дуговом режиме выдавать ток порядка 160 А.

Расположение обмоток влияет не только на мощность, но и на некоторые другие характеристики трансформатора. Особенно сильно изменяется отношение тока сварки к току короткого замыкания. У сварочных трансформаторов с разнесенными обмотками это отношение очень низкое – не более чем 1,1–1,2, т. е. ток короткого замыкания мало отличается от рабочего сварочного тока. Дуга при работе с таким аппаратом горит очень мягко. С точки зрения промышленных технологий низкое отношение значений токов является очень хорошим показателем. Но при этом предполагается, что сварка ведется по ровной, тщательно подготовленной поверхности длинными швами при четко установленном токе и длине дуги. Невысокий ток короткого замыкания уменьшает риск прожечь металл, особенно при работе с электродами небольшого диаметра и изящными изделиями из тонкой стали. В быту же все обстоит несколько иначе: часто приходится варить ржавый грубый металл с рваными краями на предельном для электрода токе или резать металл. В таких режимах трансформаторы с малым отношением токов ведут себя неудовлетворительно. Дело в том, что при сварке очень короткой дугой на относительно небольшом токе расплавленный металл заливает дуговой промежуток и трансформатор переходит в режим короткого замыкания. При КЗ ток возрастает, выдувая расплавленный металл, и процесс горения дуги восстанавливается. Если же ток короткого замыкания низкий, то дуга гаснет и электрод залипает. Такое возможно при сварке пониженным током на рваной поверхности, когда отдельные выступы могут приближаться к концу электрода и замыкать его, а также при резке металла. Как показывает практика, особенно низким отношением характеризуются именно трансформаторы П-образной конфигурации c разнесенными обмотками, расстояние между которыми в данном случае особенно велико.