Так как на внутреннем сопротивлении бесполезно расходуется часть энергии источника, то разным оказывается и КПД данных источников:
— источник тока имеет коэффициент полезного действия 0 < КПД < 50 %;
— источник напряжения имеет коэффициент полезного действия 50 % < КПД < 100 %.
Все сварочные трансформаторы для ручной дуговой сварки должны работать в режиме источника тока, так как постоянство тока электрической дуги обеспечивает высокое качество сварного шва. С этой целью в сварочных трансформаторах принимают меры для увеличения их внутреннего сопротивления (увеличивают магнитное рассеяние, включают дроссели и т. д.). Платой за качество являются сравнительно низкий КПД (близкий к 50 %) и, как следствие, значительное потребление энергии.
Чтобы не быть голословным, покажем это на примере бытового сварочного аппарата, рекомендации по изготовлению которого были опубликованы в популярном научно-техническом журнале «Радио» (В. Володин. Сварочный трансформатор: расчет и изготовление. Радио, 2002 г., № 11, № 12). По расчетам самого автора его сварочный трансформатор в рабочем режиме будет потреблять мощность около 10 кВт. Можно ли его безопасно эксплуатировать в домашних условиях? Скорее всего, нет. Дело в том, что на такую мощность не рассчитана домашняя электропроводка. Сечение ее проводов имеет стандартные значения (S = 2,5–4 мм2) и, в лучшем случае, позволяет к ним подключать устройства мощностью 3–4 кВт (да и то с соблюдением мер предосторожности). Устройства мощностью в 10 кВт будут вызывать столь значительный разогрев подводящих проводов, что может привести к расплавлению изоляции, образованию коротких замыканий и даже пожару. Кроме того, мощные броски тока, достигающие в сети при работе трансформатора 45 А (а в режиме зажигания дуги до 90 А!), вызовут значительное падение напряжения на проводах электропроводки. Напряжение в осветительной сети станет меняться в диапазоне от 170 до 220 В. Это вызовет неустойчивую работу холодильников, электронасосов, стиральных машин и т. д. и может стать причиной их преждевременного выхода из строя не только у хозяина сварочного аппарата, но и у его ближайших соседей. В дальнейшем состоится неприятный контакт с инспектором Энергонадзора со всеми вытекающими отсюда последствиями.
Попытаемся показать, как, не ухудшая качества, можно снизить энергопотребление сварочного трансформатора до 3, 5–4 кВт, сделав его работу безопасной не только для себя, но и для окружающих.
Известно, что мощность, потребляемая сварочным трансформатором из сети, в основном определяется мощностью, передаваемой им во вторичную обмотку:
Р2 = U2хх∙I2р,
где Р2 — полная мощность вторичной обмотки, В∙А;
U2xx — напряжение холостого хода вторичной обмотки, В;
I2р — рабочий ток вторичной обмотки, А.
Величина I2р нормирована для каждого диаметра электрода и уменьшать ее не рекомендуется, так как это ухудшает качество сварного шва. Например, для электродов диаметром 3 мм, I2р = 100–120, для электродов диаметром 4 мм I2р = 180–200 А и т. д. Остается напряжение холостого хода U2xx. Для сварочных трансформаторов промышленного назначения его величина выбирается равной 65–70 В. И это вполне оправдано, если не обращать внимание на энергопотребление сварочного аппарата.