Электрическая часть контактных машин

 

В контактных машинах можно достаточно чётко разграничить электрическую и механическую части. Механическая часть контактных машин может быть весьма различной по своему устройству, и по этому признаку насчитывают десятки различных типов контактных машин, применяемых в промышленности. Электрическая часть контактных машин более однообразна и очень сходна у машин стыковых, точечных и шовных.

Современные контактные машины работают, как правило, на переменном токе. Необходимые очень большие сварочные токи от тысячи до ста тысяч и более ампер получаются трансформацией тока. В электрической части контактной машины можно выделить три основные части: трансформатор, прерыватель тока и переключатель ступеней, или регулятор.

Трансформатор контактной машины обычно встраивается в машину и конструктивно составляет с ней одно целое. Трансформатор однофазный сухой с первичной обмоткой, рассчитанной на напряжение питающей сети, чаще всего на 220 или 380 в.

Первичная обмотка нормально изготовляется секционированной со многими выводами для возможности изменения числа действующих витков и коэффициента трансформации. Вторичное напряжение трансформатора выбирается малым — в пределах от 1 до 12 в, соответственно чему число витков вторичной обмотки также берётся малым. Вторичная обмотка чаще всего состоит из одного витка, что является наиболее характерным признаком трансформаторов контактных машин. Реже применяются трансформаторы с двумя и более витками во вторичной обмотке.

Первичная обмотка трансформатора выполняется из обычного медного обмоточного провода, чаще прямоугольного сечения. Для первичной обмотки применяются две формы катушек — цилиндрическая и дисковая. Дисковая обмотка улучшает охлаждение и облегчает ремонт обмотки, так как при повреждении одна катушка может быть заменена другой без перемотки всей обмотки. Вторичный виток набирается из медных полос, иногда изготовляется из медной поковки, из трубок или же отливается из меди, бронзы или алюминия. Если вторичный виток не обладает достаточной гибкостью, то между концом витка и подвижным электродом контактной машины вставляется гибкий элемент, набираемый из тонкой медной фольги или особо гибких, многожильных проводников.

Магнитопровод трансформатора контактных машин набирается обычно не из трансформаторного, а из динамного железа, ввиду большей магнитной проницаемости последнего. Увеличение потерь в железе не имеет особого значения ввиду кратковременности цикла работы контактной машины и отсутствия режима холостого хода. Некоторые типы трансформаторов контактных машин схематически показаны на фиг. 154. Вторичный виток часто имеет охлаждение проточной водой.

Существенное значение для контактных машин имеет включение и выключение тока, которые производятся всегда в первичной цепи машины. Включение и выключение тока производятся весьма часто, например, в современной точечной машине за 1 час осуществляется несколько тысяч сварочных циклов. При этом выключение производится на максимальной мощности, когда сварка закончена, переходное сопротивление контакта исчезло и сварочный ток достигает максимума. Кроме того, включение и выключение тока во многих случаях должны быть очень точно синхронизированы с синусоидой напряжения питающей цепи. Подобным требованиям не могут удовлетворить нормальные выключатели электрического тока, рассчитанные на сравнительно редкие включения и выключения тока.

Для этой цели необходимы специальные более сложные устройства, называемые прерывателями тока. Таким образом, каждая контактная машина получает ток от сети, помимо обычного выключателя тока, которым присоединяют машину к сети и отсоединяют от сети в начале и конце рабочей смены, также через специальный прерыватель.

Прерыватели могут быть сравнительно простыми, механическими, асинхронными, встроенными в корпус машины, и более сложными механическими синхронизированными. В более трудных случаях приходится прибегать к сложным тиратронным и игнайтронным прерывателям, развивающимся в самостоятельное устройство, по размерам и стоимости сравнимое с самой контактной машиной. Регулирование сварочного тока обычно производят в первичной цепи контактной машины. Для этой цели могут быть использованы дроссельные катушки, потенциал — регуляторы или автотрансформаторы, включаемые в первичную цепь машины. Но к этим способам регулирования прибегают сравнительно редко, обычно пользуются изменением числа витков в первичной обмотке, для чего обмотка делается секционированной с выводами, которые идут к переключателю ступеней или регулятору машины,

Предел регулирования, т. е. отношение максимального числа включённых витков к минимальному, обычно выбирается от 1,5 до 2,5. При изменении числа включённых витков меняется коэффициент трансформации трансформатора и его вторичное напряжение, как это видно из формул

— коэффициент трансформации;

— число витков первичной обмотки;

— число витков вторичной обмотки;

— первичное напряжение;

— вторичное напряжение.

Мощность сварочной цепи меняется приблизительно пропорционально квадрату вторичного напряжения трансформатора, например, если напряжение машины изменяется в два раза, то её мощность меняется в четыре раза. Максимальные вторичное напряжение, сварочный ток и мощность сварочной цепи получаются при минимальном числе включённых витков первичной обмотки.

От вторичной обмотки трансформатора ток подводится к электродам контактной машины. Размеры и устройство соединительных частей между трансформатором и электродами имеют существенное значение для работы машины. В соединительной цепи должно быть наименьшее число контактов, которые должны быть хорошо сконструированы и выполнены, иначе резко возрастают потери в машине и её к. п. д. заметно снижается. Расстояние от трансформатора до электродов должно быть минимальным, равно как и площадь, охватываемая соединительными элементами вторичного контура, от этого зависит индуктивность вторичной цепи, индуктивное падение напряжения в ней, сила сварочного тока. Последняя определяется формулой

— омическое сопротивление вторичной цепи;

— омическое сопротивление объекта сварки;

— индуктивное сопротивление вторичной цепи;

— полное или кажущееся сопротивление вторичной цепи;

— сварочный ток.

У контактных машин индуктивное сопротивление вторичной цепи часто больше омического сопротивления, и сила сварочного тока определяется главным образом индуктивностью вторичного контура. Вследствие значительного индуктивного сопротивления контактные машины в большинстве случаев имеют достаточно круто падающую внешнюю характеристику и в этом отношении сходны с трансформаторами для дуговой сварки.

Соединительные элементы вторичного контура подводят ток от зажимов трансформатора к электродам контактной машины. Электроды подводят ток к изделию и, как правило, передают ему и значительное механическое давление. Электроды почти всегда имеют водяное охлаждение проточной водой.

Материал электродов должен обладать максимальной злектро-и теплопроводностью. Требования к механическим свойствам материала электродов разноречивы. С одной стороны, для обеспечения лучшего контакта между электродом и изделием материал электродов должен быть мягким, с другой, для уменьшения деформации при передаче давления и для уменьшения износа в работе материал электродов должен обладать достаточно высокой твёрдостью. Наиболее распространённым материалом для электродов контактных.машин является кованая или холоднокатаная чистая электролитическая медь марки Ml; другие, менее чистые по составу марки меди часто дают неудовлетворительные результаты. Во многих случаях медь не удовлетворяет требованиям, которые предъявляются к электродам мощных современных быстродействующих контактных машин. В таких случаях прибегают к специальным медным сплавам, обладающим при удовлетворительной электро - и теплопроводности высокой твёрдостью и механической прочностью. Эти сплавы можно разделить на две категории: низколегированные и высоколегированные. Низколегированные сплавы сохраняют цвет и внешний вид меди. Они легируются небольшим количеством присадок порядка 1—2%; сюда относится, например, меднохромоцинковый сплав ЭВ. Высоколегированные сплавы чаще всего легируются вольфрамом, они имеют светлосерый цвет, напоминающий сталь; примером может служить медновольфрамовый сплав кирит.