§ 6.2. Режимы работы, основные энергетические параметры машин

Машины контактной сварки, как правило, работают |} режиме с постоянными чередованиями включения и выключения ^варочного тока, связанными с установкой деталей для сварки, Сваркой, выдержкой их под давлением после сварки, съемом деталей М другими операциями.

Г Такой режим работы электрической машины, при котором кратко­временная нагрузка (сварочный ток) чередуется с отключениями Мишины (пауза), называется повторно-кратковременным режимом. Повторно-кратковременный режим работы характеризуется относи-5рельной (в процентах) продолжительностью включения (ПВ), опре-•Целяемой по формуле

/7В=100/СВ//Ц==100/СВ/(*СВ + /П),

где /св — время сварки; tn — пауза (отсутствие тока) и tn —дли­тельность полного цикла сварки (рис. 6.2, б).

При продолжительной работе (ПВ = 100 %, рис. 6.2, а) темпе­ратура в любой токоведущей части машины плавно нарастает по экспоненциальному закону (кривая А, рис. 6.2, в) и достигает некоторого установившегося значения Ту. При прерывистом вклю­чении того же тока [Гкр = /дл, где /дл — длительный ток (ток при

224

225

Рис. 6.2. К определению режимов работы

машины:

а — ток при продолжительном режиме; б — токи

при повторно-кратковременном режиме; в — n.-i-

грев токопроводов при этих режимах

длительной работе) и /кр — кратко­временный ток (ток при повторно-кратковременной работе машины), рис. 6.2, а и б] температура изме­няется по кривой Б (рис. 6.2, в). Ее установившееся значение Ту<. Ту. Чтобы температура Т'у достигла зна­чения Ту (кривая В, рис. 6.2, в), ток /кр = /дл должен возрасти до /кр при данном значении ПВ.

ПВ зависит от назначения машины и обусловлено технологией изготовления изделий тем или иным видом контактной сварки (для точечных машин 20 %, шовных 50 %, стыковых 20—30 %, для трубосварочных станов 100 %).

Таким образом, одинаковый нагрев токоведущих элементов может быть получен при протекании различных по силе токов: чем меньше ПВ, тем больше должен быть кратковременный ток, чтобы нагреть элемент до той же установившейся температуры, полученной при протекании длительного тока.

ГОСТ 297—80 устанавливает номинальный длительный вторич­ный ток /2ДЛ. н» при протекании которого нагрев элементов вторич­ного контура и трансформатора не превышает допустимых темпера­тур: для элементов вторичного контура не более 100 °С; для обмоток сварочного трансформатора 60—140 °С в зависимости от условий охлаждения и класса изоляции. Сечение токоведущих элементов определяют исходя из этой силы тока. При выбранном ПВ номиналь­ный кратковременный (сварочный ток) также определяется то­ком /2дл.Н-

Соотношение между кратковременным и длительным токами выводят из равенства теплоты /дл^ц, выделяемой в токоведущем элементе с сопротивлением г за время tn при продолжительном ре­жиме работы (ПВ = 100 %), и теплоты /крг/св, выделяемой при протекании тока в повторно-кратковременном режиме (ПВ):

/к,

(6.1)

= /дл/100/ЯЛ

(6.2)

hi

:/ир/ЛВ/100.

Из соотношения (6.1) следует, что при малых ПВ можно полу­чить очень большой кратковременный ток во вторичном контуре. Это справедливо только с точки зрения нагрева элементов машины. Кратковременный ток не может быть больше максимального значе­ния тока короткого замыкания /2Ктах машины, зависящего от ма­ксимального вторичного напряжения сварочного трансформатора

*(в режиме холостого хода) £/30тах и полного сопротивления корот­кого замыкания Z2K машины:

*2к max == U20 тах/^2к-

Сварочный ток зависит от электрического сопротивления свари­ваемых деталей rm и вторичного напряжения (У20 трансформатора:

/ев = U20/Z2 = С/20 / /('ээ + '2k)2 + *2к. (6'3>

где г2к и хщ — активное и индуктивное сопротивление короткого вамыкания машины, приведенное к вторичному контуру; Z2 = «= -/(г99 + r2Kf + л|к — полное сопротивление машины и сва­риваемых деталей (рис. 6.3).

Г Соотношение между токами /S„//CB колеблется в широких пре­делах: от 1,1—1,2 до 3 и более в зависимости от соотношения rJZtK. Значения U20 и Z2k = jAL + 4к определяются схемой получения и регулирования сварочного тока и конструктивным исполнением машины. Для осуществления сварки за время Ць во вторичном кон­туре и через детали должен протекать заданный ток /св. Если элек- \ тросопротивление (в основном активное) свариваемых деталей равно ! г,», то активная (полезная) мощность, развиваемая на участке цепи \ между электродами,

Р — г Р — U I (6.4)

где иээ — падение напряжения на электродах,

Коэффициент полезного действия машины (КПД) где рг — активная мощность, потребляемая машиной из сети,

Рис. 6.3. Ориентировочное распределение затрат мощности при точечной сварке:

О — деталей из стали на однофазных машинах переменного тока; 6 — деталей из алюминие­вых сплавов на низкочастотных машинах; в — треугольники сопротивлений схемы замеще­ния машины

227

$,яв-А; у		А б В \
80 60 40 10	пА ■20 15 10 5	Щ3.0 cosf _,_^- им p»

1.

cosf

Рис. 6.4 Энергетические характеристи­ки однофазной машины переменного тока

При точечной и шовной сварке на однофазных машинах перемен­ного тока часто гээ < Z2K, поэтому ц = 0,1-1-0,3. При стыковой свар­ке оплавлением гээ > Z2K и ti > >0,9.

0 0, WO 200 300 № 500гзэ>мп0м

0 0,3 0,5

15 r„/z2„

Полезная мощность Рээ меньше активной мощности Ръ забирае­мой машиной из сети, вследствие потерь во вторичном контуре, трансформаторе и в вентильных контакторах (выпрямителях), особенно при сварке деталей из алю­миниевых сплавов (рис. 6.3, б).

Полная кратковременная мощность машины, необходимая для выполнения сварочной операции,

S = Z2/2b, (6.8)

а предельная (максимальная) при коротком замыкании электродов машины

*Ьк max — ^Чк'чк max-

Коэффициент мощности (cos ф) определяется из соотношений cos Ф = PjS = (гээ + r2„)/Z2, (6.9)

а при коротком замыкании электродов

cos фк = r2K/Z2Kt

причем cos фк всегда меньше cos ф (см. рис. 6.3, в).

С увеличением сопротивления г.гк машины cos ф увеличивается, а КПД ц уменьшается.

Степень полезного использования мощности машины характери­зуется коэффициентом

v = PjS = т] cos ф = rjZ2;

при сварке деталей из стали v = 0,1-^0,4; при сварке деталей из алюминиевых сплавов v = 0,025^-0,08.

В качестве примера на рис. 6.4 изображены характеристики /са=./ Ы; U» = f{r„); Рвв = /(',вв); Л =/('*,); S = f(rQa); cos ф =:/ (/■«,) и r\ = f (rm), рассчитанные по (6.3)—(6.9), для одно­фазной машины переменного тока с параметрами: Uw = 5,1 В; /2К =.17 кА; Z2K = 300 мкОм; cos <pK = 0,27. Электрическое сопро­тивление свариваемых деталей г,аэ принималось равным 0—500 мкОм. Например, для значения гээ — 90 мкОм полезная мощность Рю, развиваемая на участке между электродами, составляет V4 полезной мощности S, потребляемой из сети при cos ф = 0,51 и ц = 0,53. При гаэ = Z2K = 300 мкОм мощность Рээ достигает максимального значения.

228

,, С целью улучшения энергетических показателей (cos ф, т), v) машин контактной сварки стремятся снизить сопротивление корот­кого замыкания Z2K машины, уменьшая частоту питающего вторич­ный контур напряжения и размеры (где это возможно) вторичного контура машины (например, путем приближения сварочного транс­форматора к месту^сварки). Не рекомендуется использовать глубокое фазовое регулирование для уменьшения сварочного тока; в этом случае целесообразно уменьшить ступень регулирования вторич­ного напряжения трансформатора.