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; U2 = /5,Г2-288-10-'2/^в - 81 • 10-6/св; 2) с выпрямлением тока во вторичном контуре с параметрами: 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. 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.
|
Рис.43. 
Рис.44.
