業余條件下點焊機變壓器的設計

摘 要 在業余條件下通過計算對鋰電池組裝時的焊接電流大小的確定，以及按照所得參數對點焊機變壓器的電氣參數的計算。

關鍵詞 點焊機 變壓器 設計

隨著科學的發展，社會的進步，電池在日常生活中扮演著越來越重要的地位。從隨身的數碼產品、到兒童玩具、出行代步的車輛，都能發現電池的身影。從生活中出現得最早的水銀干電池、堿性電池、鉛酸蓄電池、鎳鎘、鎳氫電池、磷酸鐵鋰電池到現在最為廣泛應用的鋰電池，從一次性到可充電式的反復使用。電池已經經歷過很“長”的發展歷史。尤其鋰電池的出現，使得電池的應用更為廣泛。從當初的小電流低電壓（單個電芯）到現在相對的大電流高電壓。

但無論是小電流低電壓還是大電流高電壓都離不開電池的組合：最基本的組合就是串、并聯，電芯串聯能夠翻倍輸出電壓，并聯能夠雙倍輸出的電流。連接兩個以上的電芯，一般人都會想到使用電烙鐵和銅導線焊接，但300℃以上的焊接溫度會使鋰電池的安全閥自動打開而報廢甚至使電池爆炸，所以就必須采取更為妥善的方法，工業上就是采用了碰觸焊，利用焊機輸出的電流將連接件和電池的電極的表面熔焊而連接的。但作為普通的業余愛好者或者DIYer，要實現碰觸焊就必需有用一部點焊機。工業用的點焊機功率比較大，體積大，能耗也大，經濟上的投入大，不適合個人業余使用和擁有。所以一臺相對功率小，體積小，能耗小，經濟投入小的小型點焊機更是眾多DIYer的夢寐以求之物。

一臺多大的功率焊機才合適業余使用呢？首先，先搞清楚焊接的對象。導體材料有銅、鋁、金、銀、鐵、不銹鋼、鎳等等，在這些金屬材料中，銅的電導率僅次于銀而位列第二，但是銅有個缺點，在空氣中容易氧化。實際上你看到的所謂“鎳片”只是鍍鎳的銅片而已，鍍鎳就是為了防止銅片氧化。但銅又有個缺點，作為電池負極極片時，長時間會受到腐蝕而損壞。電池當然可以用銅連接，銅的導電性能肯定是優于鎳的，但一般鋰電池PACK是一般采用0.15mm～0.4mm厚度的N6鎳合金帶焊接，鎳是一種銀白色的鐵磁性金屬，密度8.89g/mm3，熔點1435～1446 ℃，比熱容434.72 J/（Kg·K），20℃時的電阻率9.5 ·cm。鎳還具有良好的抗氧化性，在空氣中，鎳表面形成NiO薄膜，可阻止進一步氧化。那么需要多大的電流才能夠使鎳片熔焊呢？也就是焊接鎳片時需要多大的電流。

一、鎳片焊接電流的計算

假設厚度為0.4mm的N6鎳片焊接面積為1mm2，則該鎳片在2秒鐘內完成焊接的熔接電流可由下列式子計算得到。（密度8.89g/mm3，熔點1435～1446 ℃，比熱容455.838 J/（Kg·K），常溫20℃時的電阻率9.5 ·cm）。

1、焊點的質量

由密度公式： = 得： = = = 8.89g/mm3 €？mm2 €？0.4mm = 3.566g

式中：質量（g），體積（mm3）

2、焊接的能量

由比熱容公式： = 得： = = 455.838J/Kg·K €？3.556g €？10-3Kg/g €？（144620）K = 2311.489J

式中：溫度改變所需的熱量（J），：比熱容（J/Kg·K），m：質量，：物體溫升（K）

3、焊接的阻抗

由電阻率公式： = 得焊點的阻抗值：

= =

= 38 = 38 €？10-6

式中：阻抗（Ohm），：電阻率（Ohm·m），：長度（m），：為面積（m2）。

假設導線電阻、銅電極與鎳片的接觸電阻等的總和為：0.2 Ohm。

4、焊接的電流

由電熱公式： = 得：

= = = 74.229A取整75A

式中：焊接電流（A），：熔接所需熱量（J），：電極間的電阻（Ohm），：焊接時間（s）。

二、變壓器的計算

1、變壓器容量計算

變壓器副邊繞組可以是單個繞組，或是多個繞組，每個繞組的電壓、電流分別是、、、、、…則輸出功率為： = ++。

當然，只有一個輸出時： =

式中：二次側容量（VA），：二次側電壓（V），：二次側電流（A）。

輸入功率： =

式中：一次側輸入功率（VA），是變壓器的效率，一般取90%。

業余條件下，輸入電壓為220V 50Hz，而輸出電壓一般不超過10V～12V，設定只有一個輸出為5V，則：

= 5V €？75A = 375VA

= = = 471VA

2、鐵芯的計算： （下轉第98頁）（上接第95頁）

變壓器功率與鐵芯截面積的數值有以下關系（經驗公式）

= 得：截面 = = = 25.5cm2

疊厚的計算：

鐵芯材料采用了手中已有的控制變壓器IEB-105鐵芯以降低成本，該鐵芯硅鋼片舌寬為35mm，厚0.5mm

變壓器截面積 = €？得： = = = 7.287cm

硅鋼片數目 = = = 145.7pcs≈146pcs

圖1

3、漆包線的計算

每伏匝數：

根據經驗公式 = = = 2.157Turn/V

線圈匝數：

一次側： = €？ = 220V €？2.157Turn/V = 474.5Turn

二次側： = 1.05 €？ €？ = 1.05 €？5V €？2.157Turn/V = 11.34Turn

漆包線選用：

一次側電流： = = = 1.895A

根據求線徑的經驗公式：

= 0.8 = 0.8 €？ = 1.1mm

= 0.8 = 0.8 €？ = 6.9mm

導線的截面積：

= = = 0.95mm2

= = = 37.4mm2

經過結構計算和核算，導線可以飽滿地裝嵌在鐵心中，故設計合格。

經過嚴密的設計和工藝制作出來的變壓器，損耗小，溫升低，配合控制電路使用，適合在業余條件下作為鋰電池包組裝的焊接使用。

參考文獻：

[1]佚名.百度百科電阻率.http：//baike.baidu.com/view/42894.htm.

[2]佚名.豆丁文庫鎳片承載電流流測試匯總.http：//www.docin.com/p-262640531.html.

[3]佚名.百度百科比熱容.http：//baike.baidu.com/view/97115.htm.

[4]佚名.豆丁文庫EI鐵心電源變壓器典型計算.http：//www.docin.com/p-3937 38330.html.

[5]佚名.豆丁文庫EI 鐵芯電源變壓器計算步驟.http：//www.docin.com/p-665306 495.html.

（作者單位：廣東技術師范學院天河學院）