Внешняя характеристика машины.

Для однофазных машин пере­менного тока наряду с нагрузочными характеристиками используют и внешние характеристики — зависимости напряжения на электро­дах от сварочного тока, т. е. U% — f (/CB)> Для различных ступеней трансформатора.

Построим внешние характеристики для одной ступени машин:

1) однофазной переменного тока с параметрами: U2o = 5,1 В;
22к = 300 мкОм; Г2к = 5,1/300-10~6 = 17 кА; cos фк = 0,27; г2к =
= Z2K cos фк = 81 мкОм; хт — 288 мкОм. При этом уравнение
внешней характеристики

U2 = /5,Г2-288-10-'2/^в - 81 • 10-6/св;

2) с выпрямлением тока во вторичном контуре с параметрами:
[До = 2,28 В; г2к = 60 мкОм (х2к «0); Г2к = 2,28/60- 10"в = 38 кА.
При этом внешняя характеристика представляет собой прямую
линию:

Ц2 = и20 ~ г2к1св = 2,28 - 60- 10-6/св. На рис. 6.6, а представлены внешние характеристики / и 2 соот­ветственно машин / и 2, а также проведена прямая линия гт1съ = == (/ээ, представляющая собой падение напряжения на свариваемых деталях (/'ээ = 90 мкОм). Точка пересечения этой прямой с внешними характеристиками машин определяет сварочный ток (/св «яу 15,2 к А) для данных деталей (проекция на ось абсцисс) и падение напряжения на электродах Um «1,37 В (проекция на ось ординат). При сварке деталей с сопротивлением гээ = 90 мкОм на выбранных ступенях трансформаторов машин сварочный ток будет один и тот же (/св «15,2 кА).

Наклон внешних характеристик зависит от сопротивления 1Ш или г2к. Машины с пологопадающей НХ имеют крутопадающую внешнюю характеристику, и наоборот (см. рис. 6.5, а и рис. 6.6, а).

По внешним характеристикам, как и по нагрузочным, выбирают необходимую ступень трансформатора для сварки конкретных дета­лей. Так, к внешним характеристикам (рис. 6.6, б) машины МТ-1217 проведены две линии: линия 0Л, представляющая собой напряжение гээ/Св Для деталей минимальной (0,7 -f- 0,7 мм), и линия 0В — максимальной (1,5 -Ь 1,5 мм) толщины. Проекции точек пересечения внешних характеристик с линией АВ определяют значения свароч­ных токов для сварки деталей толщиной от 0,7 4- 0,7 мм до 1,5 -Ь + 1,5 мм. Зная значение сварочного тока, например, 12 кА, про­водят вертикально линию до пересечения с линией АВ и получают точку С, определяющую необходимую ступень трансформатора (У), а ее проекция на ось ординат (точка D) определяет падение напря­жения на свариваемых деталях (Um «1,5 В). Ток короткого замы­кания на V ступени трансформатора /2Н «14 кА; UM = 4,2 В.

 

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ОСНОВНЫХ ТИПОВ МАШИН КОНТАКТНОЙ СВАРКИ

Технологические возможности машины — сварка за­данных материалов и толщин — непосредственно связаны со схемой питания, которая должна обеспечивать необходимые значения и форму импульсов сварочного тока, а также его продолжительность.

По роду питания, преобразования или аккумулирования энер­гии машины классифицируют на группы (см. рис. 6.1). Так как ма­шины каждого типа — однофазные переменного тока, трехфазные низкочастотные, с выпрямлением тока во вторичном контуре и кон­денсаторные — имеют свои особенности, рассмотрим электрические цепи, технико-экономические показатели и рациональные области применения машин каждого типа в отдельности.

Однофазные машины переменного тока. На рис. 6.7, а дана элек­трическая схема машины. Сварочный трансформатор СТр включается в сеть контактором К- Вторичное напряжение сЛ20 трансформатора устанавливают переключателем ступеней ПС. Значение и форма импульса сварочного тока зависят от типа контактора К (электро­магнитный или вентильный) и настройки аппаратуры управления АУ контактором.

При использовании электромагнитного контактора падением на­пряжения А(/п в контакторе пренебрегают, и Um = Uvv (где Um — напряжение сети; U1T — напряжение, приложенное к первичной обмотке трансформатора).

 

 

АППАРАТУРА УПРАВЛЕНИЯ МАШИНАМИ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ

Назначение и структура аппаратуры управления. Аппа­ратура управления является важнейшей частью современного оборудования контактной сварки, за последнее время она очень усложни­лась. Стоимость этой аппаратуры составляет 20—60 % общей стои­мости машины.

Аппаратура управления выполняет: включение и выключение сварочного тока, регулирование его силы, продолжительности и формы импульса; регулирование последовательное! и отдельных этапов цикла сварки; стабилизацию параметров режима сварки; включение и регулирование усилия сжатия электродов; изменение скорости вращения роликов (шовные машины) или перемещения подвижной плиты (стыковые машины).

В специальных случаях устанавливают дополнительную аппара­туру для автоматического регулирования по одному или несколь­ким параметрам (параметры режима или физические величины). В сложных специализированных машинах с помощью аппаратуры уп­равления осуществляется программирование работы различных ме­ханизмов привода, загрузочных и разгрузочных устройств и свароч­ных циклов.

В производстве эксплуатируется электронная аппаратура не­скольких поколений. К первому поколению относится аппаратура, в которой широко используются релейно-контактные элементы, ра­диолампы и вакуумные вентили. Аппаратура второго поколения построена на тиристорах, транзисторах и типовых транзисторных элементах. Применение типовых элементов сокращает время разра­ботки аппаратуры и упрощает процесс ее промышленного изготовле­ния. Ремонт аппаратуры сводится к замене неисправного элемента исправным.

Начинается разработка и внедрение в производство аппаратуры третьего поколения с использованием интегральных микросхем, которые сохраняют преимущества аппаратуры второго поколения, так как она построена также на типовых элементах. Кроме того, эта аппаратура обладает большими возможностями регулирования, позволяет повысить точность и надежность отработки регулируемых параметров, более компактна и имеет меньшую стоимость.

 

На рис. 43 приведена типовая структурная схема аппаратуры управления однофазной коп так той машины, которая разбита на типовые блоки. Машина включается контактором К. Величина и форма импульсов, их продолжительность и повторяемость задаются блоком управления БУ, к который включают при необходимости узлы для плавною регулирования тока /, модулирования 2, стаби­лизации тока 3 и др. БУП обеспечивает перемещение электродов, создание усилия па них и его стабилизацию, вращение электродов, передвижение подвижного стола стыковой машины. Последователь­ность работы всех этих устройств обеспечивается узлами програм­мирования 4, которые имеются в блоках БУ и БУП. Связь между входными командами с блоков управления и различными исполни­тельными устройствами осуществляется через функциональную ап­паратуру (контакторы, клапаны, конечные и путевые выключатели и др.).

Машины для конденсаторной сварки, трехфазные низкочастот­ные машины и машины для сварки импульсом постоянного тока имеют дополнительную аппаратуру для формирования соответствующих импульсов сварочного тока.

 

Аппаратура для включения и регулирования сварочного тока. Сварочный трансформатор контактной машины включается контакто­ром со стороны первичной обмотки. Это облегчает его работу, так как уменьшается коммутированный ток и не протекает ток холостого хода вне сварки. От четкости работы контактора существенно зависит стабильность нагрева места сварки и качество сварного соединения.

Рис.43. Рис.44.

 

Рис. 43. Структурная схема аппаратуры управления однофазными машинами для контактной сварки:

F, p, U — соотвстсч пенно усилие сжатия, давление сжатого воздуха, напряжение электри­ческой сети; СТ — сварочный трансформатор; ПС — переключатель ступеней; К, — кон­тактор; БУ — блок управления; БУП - блок усилия перемещения (вращения) электродов? БВВ — блок включения и выключения аппаратуры: / — узел фазорегулирования; 2 -— узел модуляции;,7 — узел стабилизации; 4 — узел программирования

Рис. 44. Вентильные контакторы:

а — игнитронный; 6— тиристорный

 

Контакторы контактных машин работают в тяжелых условиях вследствие значительных коммутируемых токов, а в ряде случаев вследствие большой частоты включения (до 500 включений в ми­нуту).

В зависимости от мощности и назначения машин применяют ме­ханические, электромагнитные или вентильные (ионные, тиратронные или тиристорные) контакторы.

Механические контакторы ранее применяли только в маломощ­ных машинах. Они разрывали небольшие токи. Их контактная си­стема работала от механизма создания усилия на электродах через систему тяг, рычагов или кулачков. Они асинхронно включают сварочный ток. Их контактные системы быстро изнашиваются вслед­ствие возникающей электрической дуги при разрыве цепи.

Электромагнитные контакторы по конструкции напоминают обычные электромагнитные пускатели. Основа их — электромагнит, к которому притягивается якорь с укрепленными на нем подвижными контактами. Электромагнитные контакторы для контактных свароч­ных машин обычно однополосные, имеют улучшенную динамическую характеристику и устройства, облегчающие гашение возникающей электрической дуги на контактах при размыкании. Производитель­ность и надежность таких контакторов низкая, они не способны пропускать дозированное количество энергии при жестких режимах, поэтому их используют только в простейших точечных машинах ма­лой мощности и в некоторых типах стыковых машин.

В большинстве машин устанавливают вентильные (игнитронные или тиристорные) контакторы. В каждом контакторе два вентиля (рис. 44), включенных встречно-параллельно. Анод каждого вентиля соединен с катодом другого и вся эта группа включена последова­тельно с первичной обмоткой сварочного трансформатора. Если по­лярность полуволны переменного напряжения такова, что напряже­ние линии Л\ положительно относительно JI2, то проводить ток бу­дет левый вентиль. При обратной полярности проводящим окажется правый.

Наиболее распространены тиристорные контакторы. Основа этого контактора — тиристор — характеризуется долговечностью (до 12 000 ч), малыми размерами, высоким КПД (падение напряжения на тиристоре 0,5—1,5 В) и высокой надежностью в эксплуатации, его можно устанавливать в различных положениях в пространстве. Тиристор чувствителен к перенапряжению и требует соответствую­щей защиты.

Игнитронные контакторы используют преимущественно в мощ­ных машинах. Основа этого контактора — игнитрон — представляет собой трехэлектродный управляемый ионный прибор с ртутным ка­тодом. Игнитроны мало чувствительны к перегрузкам, однако дли­тельность их работы обычно ограничивается стойкостью поджигателя (третий электрод, включающий вентиль) и составляет 1000 ч и более. К недостаткам игнитронов относят их большие габариты, возмож­ность установки только в вертикальном положении, ненадежное под­жигание и низкий КПД.

 

 

Включение и выключение источника питания контактной ма­шины, представляющей собой активно-индуктивную нагрузку, имеет ряд особенностей. Установившийся ток i (рис. 45) отстает от напря­жения U по фазе на угол ф. Синхронное включение тока происходит при постоянном значении угла а (рис. 45, а), если же этот угол произ­волен, то такое включение называют асинхронным.

Выключение тока в механических и электромагнитных контакто­рах, если оно не совпадает с нулевым значением тока, происходит асинхронно, и ток коммутируется через возникающую дугу в тече­ние нескольких периодов (рис. 45, б). Вентильные контакторы всегда выключаются автоматически при нулевой силе тока. Возможная за­держка выключения тока с момента подачи команды для этих контакторов не превышает одного полупериода (рис. 45, в).

С увеличением угла включения вентилей (рис. 46) автоматически уменьшается их угол проводимости X и соответственно снижается действующий ток, проходящий через нагрузку. При а=ф проис­ходит полнофазное включение и ток сразу же принимает свое наи­большее значение. Это идеальный случай, при котором отсутствуют переходные процессы. При а > ф (рис. 46, а) ток в каждой полуволне равен разности значений установившегося и свободного ic токов. При этом максимальная амплитуда тока снизится, и появятся разрывы между его полуволнами. Действующий ток уменьшится и тем силь­нее, чем больше угол а. Включение с углом а < ф возможно при ра­боте механического или электромагнитного контактора либо при включении вентильного контактора с помощью реле, либо при не­правильной установке импульсов его управления, что приводит к начальной асимметрии полуволн тока, которая в дальнейшем лик­видируется (рис. 46, б). При включении вентильного контактора им­пульсами малой длительности при условии а < ф может возникнуть «полуволновый эффект». Включение одного из вентилей исключает включение другого вентиля в момент появления управляющего им­пульса, так как еще продолжается проводимость первого вентиля. Когда возникнет возможность включения второго вентиля, короткий импульс управления уже исчезнет. Вентильный контактор начнет работать как однополупериодный выпрямитель. Это наиболее тяже­лый случай асимметричной работы вентильного контактора, и ^и недопустим. Предупреждение этого эффекта возможно путем увели­чения длительности управляющих импульсов.

Действующий ток, регулируемый изменением угла включений, находится в сложной зависимости от а и ф.

Сварочный трансформатор при асинхронном включении работает в тяжелых условиях. Появление асимметрии тока, проявление полуволнового эффекта приводят к насыщению магнитной системы, нарастанию намагничивающего тока, что, в свою очередь, перегру­жает первичную сеть, к которой подключена сварочная машина. Возникают большие знакопеременные силы, которые расшатывают крепление обмоток сварочного трансформатора. Для работы с асинх­ронными контакторами необходимы трансформаторы с пониженной магнитной индукцией, малой остаточной намагниченностью и хо­рошо укрепленными обмотками.

При использовании синхронных контакторов переходные про­цессы проявляются значительно слабее, а причина их возникновения объясняется в основном некоторой асимметрией в характеристиках вентилей.

Синхронный контактор должен отсчитывать четное число импуль­сов, что также способствует отсутствию апериодической составляю­щей первичного тока.

Большинство однофазных контактных машин оснащают тиристорными контакторами. Это дает существенный технико-экономический эффект.

Тиристорный контактор простейшего типа имеет асинхронное включение (рис. 47), его устанавливают на некоторых машинах

Рис. 46. Временные диаграммы токов и напряжений при работе вентильного кон­тактора на активно-индуктивную нагрузку в режиме фазового регулирования для Случаев: а — а > ф; б — а < ф

Рис. 47. Принципиальная электрическая схема тиристорного контактора с асин­хронным включением:

VIN, V2N — силовые тиристоры; К1 — пусковой контакт реле; K2F — контакт гидрореле; R - сопротивление пусковой сети; СТ — сварочный трансформатор машины небольшой мощности.

 

Рис. 48. Кулачок электромеханического регулятора времени.

 

Такой контактор в установившемся режиме обеспечи­вает полнофазное включение тока, но не исключает появления начальной несимметричности тока. Его тиристоры подбираются с некоторым запасом по току, чтобы избежать их перегрузки и выхода из строя. Управление осу­ществляется с помощью контакта К1 реле, включенного между управляющими электродами обоих тиристоров. На большинство машин устанавливают тиристорные контакторы с им­пульсным управлением от регуляторов цикла сварки, оснащенных фазоимпульсными выходными устройствами. Тиристоры имеют незна­чительную теплоемкость и их обычно охлаждают водой, помещая в специальный радиатор. Расход воды контролируют с помощью струйного гидрореле, установленного па сливе системы охлажде­ния.