2. Описание лабораторной установки

Смонтированная на лабораторном стенде схема (рис. 18) служит для исследования параметров сварочного трансформатора со снижением напряжения холостого хода.

На лицевой панели стенда находятся:

– автомат пусковой АП;

– вольтметры V1, V2, V3;

– амперметры А1, А2;

– сигнальные лампы - «Сеть», «U > 12 В»;

– кнопка контроля функционирования схемы «Контроль» – S1;

– переключатель режима заземления: «испр», «неиспр»;

– защитное затемнённое стекло сварочной камеры.

На рис. 19 внутри сварочной камеры находится держатель электрода. Возвратный механизм держателя электрода находится в верхней части сварочной камеры и представляет собой прямоходовую подвижную систему, которая обеспечивает поступательное движение электрода во внутреннем пространстве сварочной камеры с помощью рычага 3. Рычаг 3 овит пружиной 4, верхний конец которой закреплён за винт 5, который крепит верхнюю крышку 6 изолятора 7 за верхнюю полку стенда. Изолятор 7 предотвращает электрическое соединение пружины с металлическим корпусом сварочной камеры и обеспечивает лёгкое скольжение пружины при поступательном движении рычага 3.

Рис. 18. Схема электрическая принципиальная

Рис. 19. Держатель электрода

Второй конец пружины 4 закреплён с помощью впресованной гайки 8 в тело второго изолятора 9. Гайка 8 прикрыта диэлектрической пластиной 10, предохраняющей от электрического контакта между рычагом 3 и металлическим основанием 11. Изолятор 9 прикреплён к металлическому основанию с помощью флянца 12, притянутого к основанию винтами 13. К основанию приварен электродержатель 1, в который вставляют электрод 2 и прижимают винтом 14.

Силовой провод «электрод» соединён с электродержателем медной гибкой шиной 15 с помощью винтового соединения.

Вся конструкция сварочной камеры обеспечивает безопасность ведения лабораторной работы и визуальное наблюдение дуги.

Конструктивная схема стенда состоит из следующих основных частей:

– сварочный трансформатор ТС;

– контактор КМ1;

– схема управления СУ;

– датчик сварочного тока – трансформатор тока ТА.

3. Принцип работы лабораторного стенда

На лицевой панели стенда выведен автомат подачи напряжения на стенд, который включает и подаёт напряжение на первичную обмотку сварочного трансформатора и на трансформатор, питающий схему управления. О подаче напряжения на первичную обмотку сварочного трансформатора и схему управления сигнализирует лампа «Сеть» красного цвета и показания вольтметра V1. На вторичной обмотке сварочного трансформатора вольтметром V2 снимается показание напряжения холостого хода U_хх.

Снижение напряжения холостого хода достигается путём отключения электродержателя от сварочного трансформатора и подачей на электрод сниженного напряжения постоянного тока от схемы управления. Это следует из показания вольтметра V3.

Элементом, осуществляющим коммутацию сварочной цепи, является контактор. Контактор замыкает силовую цепь, соединяя сварочный трансформатор с электродержателем, при кратковременном касании сварочным электродом изделия. Время срабатывания не превышает 0,04 с, что практически не мешает ведению сварочных работ. Напряжение между электродержателем и свариваемым изделием автоматически снижается через время (0,64 с) выдержки после обрыва дуги. При замыкании силовой цепи контактором загорается лампочка «U > 12 В», которая сигнализирует о наличии опасного напряжения на электродержателе, позволяющего зажечь дугу. При горении дуги так же снимаются показания с приборов А1 и А2, показывающих силу тока, протекающего в первичной и вторичной цепи сварочного трансформатора.

Кнопка «Контроль» служит для тестирования схемы стенда. При кратковременном (менее 1 с) нажатии кнопки имитируется контакт сварочного электрода с металлоконструкцией. Схема управления включает контактор КМ 1, а после отсчёта времени выдержки выключает его. Контроль о включенном состоянии контактора осуществляется по загоранию ламп «U > 12 В».

На лицевой панели имеется переключатель режима заземления: «испр», «не испр». Он служит для имитации неисправности заземления. При неисправном заземлении электродержатель обесточивается полностью и работа стенда не возможна. Работа без заземления вторичной обмотки сварочного трансформатора, свариваемого изделия и схемы управления не допустима!

Работа схемы при подаче на неё напряжения сети

При подаче напряжения (прил. 1) сети происходит заряд конденсатора С7, через имеющийся логический «нуль» на выводе «5» элемента ДД 3.2 триггер устанавливает последний в состояние, при котором на тиристор VS1 не подаются управляющие сигналы, катушка контактора КМ 1 не запитывается. На время заряда конденсатора С7 на выходе «4» элемента ДД 2.4 формируется сигнал логической «единицы», устанавливающий счётчики таймеров ДД 4 и ДД 5 в состояние «нуль». Элементы С6 R14 являются цепью, дифференцирующей выходной сигнал элемента ДД 2.4 и дающей возможность счёта счётчика резервного канала ДД 5 даже при выходе из строя какого-либо элемента схемы блока с подачей на верхнюю по схеме обкладку конденсатора С6 постоянного напряжения питания.

В исходном состоянии (при разомкнутой сварочной цепи) сварочный электрод находится под напряжением 8,5-12 В, которое подаётся от стабилизатора «15 В» через резистор R3, R1 на вход 5.6 ДД 1.1.

Счётчик резервного канала не производит счёт импульсов из-за шунтирования входа 1.2 ДД 6.1 на общий провод контакта КМ 1.3.

Работа схемы при замыкании электрода на изделие

При замыкании сварщиком сварочного электрода (прил. 1) на металлоконструкцию напряжение на входе «5», «6» компаратора ДД 1.1 снижается ниже порогового. На выходе компаратора появляется логическая «единица», которая инвертируется элементами ДД 2.1, ДД 2.2, ДД 2.3 и логический «нуль» поступает на вход «11», «12» элемента ДД 3.1 триггера. Триггер устанавливается в состояние, при котором на выходе «6» элемента ДД 3.2 появляется логический «нуль», а на выходе «10» элемента ДД 3.1 - логическая «единица». При этом открывается транзистор VT 2 и включается тиристор VS 1. При включении тиристоров VS 1 и VS 2 катушка контактора КМ 1 получает питание от обмотки 3-4 трансформатора Т1 через мост VД 7-VД 10. Контактор срабатывает и замыкает главный контакт КМ 1.1 контактора, вспомогательный контакт КМ 14 и размыкает контакты КМ 1.2 и КМ 1.3. На сварочный электрод подаётся напряжение со вторичной обмотки сварочного трансформатора. Через контакты КМ 1.4 замыкается цепь питания лампы HL 1 «U > 12 В», которая информирует о наличии сварочного напряжения на электроде. Контакты КМ 1.3, размыкаясь, снимают блокировку подачи счётных импульсов на счётчик ДД 5 резервного канала.

Импульсы формируются по амплитуде и форме, и с выхода «3» элемента ДД 1.4 отрицательные импульсы частотой 50 Гц поступают на вход «13» элемента ДД 2.2 схемы «ИЛИ». Будучи дважды проинвертированными элементами ДД 2.2 и ДД 2.3 импульсы поступают на входы «11», «12» элемента триггера, удерживая последний в состоянии, при котором открыт транзистор VТ 2 и соответственно тиристор VS 1.Одновременно импульсы с элемента ДД 2.3 поступают на элементы ДД 2.4 и далее на приоритетные R – входы счётчиков ДД 4 и ДД 5, удерживая последние в состояние «нуль», несмотря на поступление счётных импульсов на С – выходы.

Работа схемы при обрыве сварочной дуги

При обрыве сварочной дуги (прил. 2) исчезают импульсы на выходе трансформатора тока ТА 1, прекращается подача импульсов на установке R – входы счётчиков ДД 4 и ДД 5. С этого момента счётчики начинают счёт импульсов, поступающих на их С – входы. Счётные импульсы счётчика основного канала ДД 4 формируются из выпрямленного двухполупериодными выпрямителями – VД 12, VД 14 напряжения, их частота 100 Гц. Счётные импульсы счётчика резервного канала ДД 5 формируются из выпрямленного однополупериодным выпрямителем – VД 13 напряжения, их частоты 50 Гц через 0,64с с момента обрыва дуги на выходе «6» счётчика ДД 4 (выход 6) появляется «единица», которая инвертируется элементом ДД 3.3, и отрицательный импульс с его выхода «9» устанавливает триггер ДД 3.1, ДД 3.2 в состояние, при котором на выходе «6» элемента ДД 3.2 присутствует «единица». При этом закрываются транзистор VТ 2, тиристор VS 1 и прерывается цепь питания катушки контактора КМ 1, в результате чего силовые контакты КМ 1.1 контактора разрывают сварочную цепь. Логический «нуль» с выхода «10» элемента ДД 3.1 триггера блокирует элемент ДД 1.2 схемы формирования счётных импульсов счётчика основного канала. Вспомогательные контакты КМ 1.3, замыкаясь, блокируют элемент ДД 6.1 схемы формирования счётных импульсов счётчика резервного канала. Таким образом, схема возвращается в исходное состояние.

Канал резервной защиты схемы

Для повышения электробезопасности сварщика в схеме (прил. 1, 2) предусмотрен канал резервной защиты, обеспечивающий отключение катушки контактора КМ 1 от трансформатора Т 1 при отказе любого элемента схемы, приводящем к срабатыванию блока (замыканию цепи питания катушки контактора), кроме одновременного отказа VТ 2, VТ 3 или VS 1, VS 2. В случае включения контактора КМ 1 при отсутствии замыкания сварочного электрода на металлоконструкцию (например, при выходе из строя транзистора VT 2), размыкающиеся вспомогательные контакты КМ 1.3 снимают блокировку элемента ДД 6.1, и счётные импульсы начинают поступать на С – вход счётчика ДД 5. Через время 1,28 с с момента размыкания контактов КМ 1.3 на выходе «6» (выход 6) счётчика ДД 5 формируется логическая «единица», которая, поступая на вход усилителя на транзисторе VТ 3, закрывает последний. При этом закрывается тиристор VS 2 и разрывается цепь питания катушки контактора КМ 1. Логический «нуль» с выхода «3» элемента ДД 1.4 поступает на вход «13» компаратора ДД 2.2 и блокирует срабатывание схемы.

Назначение кнопки «Контроль»

Кнопка «Контроль» служит для тестирования схемы, в том числе его схемы резервной защиты.

При кратковременном (менее 1 с) нажатии кнопки резистор R 2 подключается между гнездом «Электрод» и общим проводом, имитируя контакт сварочного электрода с металлоконструкцией. Схема управления включает контактор КМ 1, а после отсчёта времени выдержки выключает его. Контроль включенного состояния контактора осуществляется по загоранию лампы НL 1 «U > 12 В». При нажатии кнопки «Контроль» более 1 с счётчик основного канала блокируется «нулём» на входах «1», «2» инвертора ДД 3.3; контактор должен выключаться схемой резервной защиты. При этом вход схемы должен блокироваться, т.е. повторные нажатия кнопки «Контроль» не должны приводить к срабатыванию схемы. Разблокировка схемы производится снятием на 3-5 с напряжения сети или нажатием кнопки «Готов», которая выведена на заднюю стенку стенда. При многократных кратковременных (менее 1 с) нажатиях кнопки «Контроль» с интервалами менее 1 с имитируется режим сварки.

В течение времени нажатий кнопки «Контроль» блок удерживается в рабочем состоянии. В случае неправильного подключения проводов к силовым клеммам «Электрод» и «Трансформатор» происходит самопроизвольное включение-отключение контактора КМ 1, об этом сигнализирует лампа НL 1 «U > 12 В». Во избежание выхода из строя схемы, недопустимо оставлять данные состояния более 10 с.