Трансформаторы, у которых обмотки разнесены по разным плечам, используют достаточно редко по причине низкого тока КЗ и значительной разницы в мощности[22].

Однако иногда бывает чрезвычайно целесообразен промежуточный вариант расположения обмоток, где часть вторичной обмотки намотана поверх первичной, а оставшаяся часть – на противоположном плече, где витков первичной нет. В таком случае достигается больший прирост тока КЗ по сравнению с разнесенной схемой, но меньшая мощность, чем в случае типичного трансформатора с цилиндрическими обмотками.

Подобная схема может понадобиться по следующим причинам. В бытовых условиях мощность трансформатора 180–200 А востребована крайне редко. Как правило, она не нужна и даже нежелательна, особенно если обмотки выполнены слабым проводом, а сеть не держит чересчур мощную нагрузку. Как известно, для уменьшения мощности следует увеличивать количество витков первичной обмотки, что влечет за собой увеличение числа витков и вторичной, – приходится больше мотать провода, который занимает место. В компактных магнитопроводах может оказаться, что места для лишних витков попросту нет. Тогда и придет на помощь комбинированная схема (рис. 44), когда уменьшение мощности ведется не за счет витков, а за счет иного расположения обмоток. При этом одна секция вторичной обмотки может содержать 30–60 % от полного числа вторичных витков. Чем большая часть витков вторичной обмотки расположена поверх первичной, тем большей будет выходная мощность при сварке.

Теперь рассмотрим практические моменты изготовления П-образного трансформатора. Как отмечалось ранее, выгодное отличие П-образного трансформатора в том, что катушки можно изготовить отдельно от магнитопровода. Подобной эффективностью при сборке отличаются далеко не все типы конструкций самодельных трансформаторов. Перед намоткой катушек сначала для них необходимо изготовить каркасы, куда и будет укладываться провод. В простейшем случае каркас может быть сделан из нескольких слоев толстого картона, свернутого в виде короба. Но лучше каркас сделать из более жесткого материала: ДВП, текстолита, фанеры и т. д. Внутренние размеры каркаса делают несколько бóльшими, чем сечение магнитопровода, хотя бы по бокам так, чтобы между ними оставались зазоры по несколько миллиметров. В зазоры потом забивают фиксирующие колышки.

Рис. 44. Комбинированная схема расположения обмоток на магнитопроводе

При укладке жесткого провода придется прилагать значительные усилия, и это может деформировать и испортить каркас. Поэтому внутрь полости каркаса необходимо временно поместить какой-нибудь жесткий материал, заполняющий весь его внутренний объем. Обычно для этого используют дерево, но ни в коем случае нельзя использовать один сплошной деревянный брус. Ведь если каркас под давлением провода сильно ужмется, то деревянную вставку потом невозможно будет извлечь без риска повреждения готовой обмотки. Лучше вставить 2–3 сложенные вместе доски. Одну из них всегда можно будет безболезненно удалить, после чего выйдут и остальные.

Боковые щечки на каркасах сварочных трансформаторов можно не делать, они будут только препятствовать оттоку тепла из внутренних слоев обмоток. Однако каждый слой провода необходимо надежно фиксировать. Для этого под слой провода в 3–4 местах с разных сторон поперек виткам кладут отрезки киперной ленты из ткани или грубые веревки. После завершения слоя лента стягивается и завязывается, надежно фиксируя витки.

Между слоями провода укладывают изоляцию – лакоткань, киперную или стеклотканевую ленту. В случаях, когда межслоевая изоляция занимает значительный объем и препятствует охлаждению трансформатора, что особенно актуально для компактных конструкций с ограниченным объемом магнитопровода, для межслоевой изоляции можно использовать несколько слоев крепкого и жесткого скотча.

Некоторые авторы рекомендуют пропитывать готовые обмотки специальным пропиточным лаком или же покрывать слои провода эмалевой краской. Но здесь нужно учитывать, что пропиточный лак по технологии сохнет только при высокой температуре, для чего используют сушильные шкафы. К тому же применение красок и лаков может привести к отрицательным последствиям в будущем, если предполагается перемотка катушек (а полностью такую возможность в самодельном трансформаторе исключить нельзя). Высохшая краска намертво склеит витки обмотки, и при их рассоединении будет содрана собственная изоляция провода, после чего последний придет в негодность.

Между слоями провода и между обмотками рекомендуется вставлять поперечные планки толщиной 7—10 мм. Это нужно прежде всего для образования внутри обмоток воздушных зазоров, через которые будет выходить теплый воздух. Это улучшит вентиляцию и температурный режим трансформатора. Кроме того, зазоры увеличивают объем катушек, а значит, и магнитное рассеивание трансформатора, что самым положительным образом сказывается на его сварочных характеристиках. Планки могут быть изготовлены из дерева или любого другого диэлектрика. Их ставят несколько штук по длине витка катушки с определенными интервалами. В компактных магнитопроводах с внутренней стороны планки не ставят, чтобы не занимать лишний объем окна. Имеет смысл устанавливать планки через каждые два слоя провода (кроме первого слоя), тогда каждый слой одной стороной будет выходить на воздушный зазор (рис. 45, а).

Рис. 45. Организация вентиляции обмотки СТ:

а – на прямоугольном каркасе; б – на цилиндрическом каркасе

В некоторых случаях, если размеры магнитопровода позволяют, легче изготовить каркас для обмоток круглого сечения, особенно если есть отрезки подходящей картонной или пластмассовой трубы. Мотать на круглом каркасе легче, тем более обеспечивается лучшая сохранность провода, так как отсутствуют прямые изгибы на углах. Увеличенные зазоры между каркасом и магнитопроводом заполняют деревянными кольями соответствующих размеров и формы (рис. 45, б).

На завершающей стадии сборки классического П-образного трансформатора готовые катушки надевают на уже сложенный П-образный фрагмент магнитопровода, после чего набивают пластины заключительного верхнего плеча. Потом магнитопровод плотно стягивают на краях с помощью пластин и шпилек, а в зазоры между каркасами катушек и железом забивают фиксирующие колышки. В некоторых случаях пластины имеют на краях отверстия, что дает возможность стягивать магнитопровод шпильками сквозь отверстия по его углам. В этом случае шпильки следует изолировать: натянуть кембрик, обмотать изолентой или просто покрасить. Также следует обязательно изолировать шпильки и гайки от стягивающих пакеты пластин, подложив в места сопряжения изолирующие шайбы. Если этого не сделать, то может возникнуть ситуация, аналогичная короткозамкнутому витку, и, как следствие, разогрев магнитопровода, падение мощности и ухудшение свойств трансформатора.

Иногда для изготовления П-образного трансформатора используют крупные Ш-образные пластины. В них зубилом вырубают средние сегменты, получая П-образные пластины (рис. 46). Недостаток такого решения в том, что намотанные катушки при сборке можно будет посадить лишь на короткие плечи, так как у большинства Ш-образных трансформаторов ширина пластины больше высоты. Если же наматывать обмотки на уже собранный магнитопровод, протягивая каждый виток через окно, трансформатор такого конструктивного типа покажет довольно высокие КПД и выходную мощность.

Рис. 46. Получение П-образных пластин из Ш-образных

Принципиальное значение имеет способ соединения между собой находящихся на разных плечах обмоток. Взаимное направление потоков в противоположных плечах должно быть направлено в разные стороны относительно их продольных осей. Это значит, что направление течения тока в витках катушек на разных плечах должно быть в разные стороны: в одной – по часовой стрелке; в другой – против часовой. Наматывать все катушки имеет смысл в одну сторону, а при сборке СТ устанавливать их таким образом, чтобы направление намотки совпадало на обоих стержнях. Тогда соединять обмотки между собой на разных плечах будет проще – началами, т. е. выводами изнутри катушек.