1350

с включением в каждую фазу по одному неуправляемому вентиль­

соответственно. Начиная с момента q потенциал фазы В становится выше потенциала фазы Л, и анод вентиля Т2 окажется под положи­ тельным напряжением относительно катода. Если в момент q на вентиль Т2 поступит отпирающий импульс, он включается, а вен­ тиль Т1 выключается (при мгновенной коммутации), так как к нему оказывается приложенным запирающее напряжение, и т. д.

Несмотря на униполярный характер первичных фаз токов (iABl iBC и *см)* магнитопровод трехфазного трансформатора перемагничивается за период напряжения сети. Это связано с тем, что измене­ ния магнитных потоков ФАВ Фвс и Фса в каждом стержне магнитопровода при работе «своей» фазы и поочередной работе двух других фаз противоположны по знаку. Благодаря соединению первичных обмоток в треугольник и наличию вентилей не только во вторичной, но и в первичной цепи, размагничивание, например стержня фазы А В, происходит магнитодвижущими силами обмоток, расположенных на двух других стержнях, ко времени очередного включения вен­ тиля 7 /.

сопротивление выпрямительных блоков), приведенное к вторичному контуру.

При включении выпрямителя сварочный ток нарастает от нуля до установившегося значения по экспоненциальному закону

где т = LB. к/(гаэ + г2к) — постоянная времени цепи; LB. н — индуктивность вторичного контура.

После выключения выпрямителя сварочный ток быстро спадает до нуля. При этом возможно повторное включение выпрямителя. В зависимости от паузы, а также угла управления вентилей импульсы тока имеют различную форму (рис. 6.11, г).

Уравнение (6.11) представляет собой нагрузочную характери­ стику (см. рис. 6.5, б). Действующее значение сварочного тока /св незначительно отличается от среднего значения 7CBd. Так, при вылете машины 1,5 м и сварке деталей из легких сплавов для уста­

а с учетом тока холостого хода полная мощность S = 1,05Р1в Факти­ ческий коэффициент мощности машины с выпрямлением тока во вторичном контуре приближенно равен 0,8.

Преимущества электрических машин с выпрямлением тока во вторичном контуре: равномерная загрузка фаз; возможность регу­ лирования формы и длительности импульса сварочного тока, а также получения многоимпульсного режима; по сравнению с однофазными машинами значительно меньшая потребляемая мощность, особенно при больших вылетах и при сварке изделий из легких сплавов; незначительное влияние вносимых во вторичный контур ферро­ магнитных масс на значение сварочного тока Недостатки этой схемы получения сварочного тока, наличие вентильного блока, через кото­ рый проходит большой сварочный ток, и падение напряжения на этом блоке, равное почти половине вторичного напряжения транс­ форматора.

Рациональная область их применения* для сварки деталей с раз­ мерами, требующими больших вылетов и растворов.

Машины с аккумулированием (накоплением) энергии. В этих машинах происходит медленное аккумулирование энергии с потреб­ лением небольшой мощности из сети и кратковременное использо­ вание ее во время сварки.

Эффективность использования аккумулятора энергии как сред­ ства снижения потребляемой мощности из сети может быть, напри­ мер, при конденсаторной сварке, оценена соотношением

P JP , = ^р/^з1!»

где /а и /р — время зарядки и разрядки конденсаторов; Р3 и Рр -— средние мощности при этих процессах; т] — КПД установки.

Отношение /р//3 обратно пропорционально отношению средних мощностей. Например, при вылете 1,5 м машина с аккумулирова­ нием энергии в электрическом поле конденсаторов позволяет свари­

графики токов короткого замыкания конденсаторной машины при изменении исходных пара­ метров С, U\с и к с

требляют мощность 300—400 кВ-А, а однофазные машины перемен­ ного тока — 1500 кВ *А.

Аккумулировать энергию, достаточную для получения необхо­ димых сварочных токов, можно в конденсаторах, магнитопроводах трансформаторов, во вращающихся массах, электрохимических ак­ кумуляторах и специальных униполярных электрических генера­ торах. В настоящее время нашла промышленное применение лишь схема с накоплением энергии в конденсаторах. Электрическая схема конденсаторной машины состоит из двух частей: зарядной, обеспе­ чивающей зарядку конденсаторной батареи до заданного уровня напряжения зарядки, и разрядной, обеспечивающей разрядку кон­ денсаторной батареи на свариваемое изделие с заданным сварочным током.

Одна из распространенных электрических схем конденсаторных машин приведена на рис. 6.12, а. В этой схеме батарея конденсато­ ров емкостью С заряжается от сети переменного тока через управля­ емый выпрямитель ВС (однофазный или трехфазный в зависимости от необходимой мощности) и зарядное сопротивление г3. При пере­ ключении переключателя П зарядка конденсаторов прекращается и они разряжаются через первичную обмотку сварочного трансфор­ матора^ СТр. Для предотвращения намагничивания сварочного трансформатора при сварке однополярными импульсами тока в схеме предусмотрен коммутатор полярности КП.

Сварка изделия осуществляется благодаря разряду конденсатор­ ной батареи. Импульс разрядного тока и, следовательно, импульс сварочного тока определяются параметрами машины, рабочим напря­ жением t/ю и емкостью С батареи конденсаторов, а также коэффи­

циентом трансформации Кс трансформатора СТр. Упрощенная схема замещения разрядной цепи конденсаторной машины дана на рис. 6.12, б. Процесс разряда описывается следующим линейным интегродифференциальным уравнением (относительно тока iCB :

Lo dicJdt -f- /*2^'св “(“ j* ^*св dt/C2 = О

где С2 = Кс2С — приведенная к вторичному контуру емкость батареи

разряд носит колебательный характер. Решением этого уравнения

= 6L2/r2. Для сварки используется лишь первый полупериод коле­ бательного разряда с временем Т = я /co', в течение которого кон­ центрированно отдается основная часть аккумулированной энергии. При этом в начале разрядки энергия Wc конденсаторов тратится на тепловыделение и аккумулирование энергии в магнитном поле сварочной машины. К моменту, когда ток станет максимальным (точка У рис. 6.12, в), конденсаторы разряжаются настолько, что не могут поддерживать ток /св во вторичном контуре, и в дальнейшем он уменьшается. Когда напряжение игС становится равным нулю, ток iCB поддерживается только за счет расходования магнитной энер­ гии (участок 2—3), причем часть этой энергии идет на перезарядку конденсаторов. Когда ток снизится до нуля (точка 3), напряжение

(рис. 6.12, а), который открывается при изменении знака напряже­ ния и2Су и переходный процесс имеет апериодический характер (штриховая линия 2—4\ рис. 6.12, в). Ток iCB поддерживается в цепи аккумулированной магнитной энергией, которая преобра­ зуется в тепловую во вторичном контуре и магнитопроводе транс­ форматора. Обратное напряжение на конденсаторах незначительно и равно падению напряжения ДU на вентиле Вш.

Значение сварочного тока и форма его импульса зависят как от соотношения параметров гг и L2 машины, так и от емкости С бата­ реи конденсаторов, зарядного напряжения на ней f/ic, коэффициента

Графики токов короткого замыкания машины, характеризую­ щие влияние изменения параметров С, UIC и Кс на форму им­ пульса сварочного тока, даны на рис. 6.12, г. При увеличении за­ рядного напряжения UIC в основном увеличивается / 2Ктах (про­ порционально Uxc)» незначительно возрастает общая длительность Т импульса и практически не изменяется длительность нарастания

увеличении емкости С увеличиваются максимальное значение тока,

ных цепей: с накопительной емкостью; с использованием сварочного трансформатора с выводом средней точки первичной обмотки и др.

Форма импульса тока в процессе сварки, как правило, не регу­ лируется. Относительно крутой фронт нарастания импульса свароч­ ного тока (/max = 0,004-^-0,05 с) иногда вызывает выплески металла. Во избежание выплесков применяют повышенные усилия сжатия дег талей, а также проводят более тщательную подготовку поверхностей деталей под сварку. При сварке ответственных, деталей в конденса­ торных машинах предусматривают возможность получения требуемых по технологическим соображениям форм импульсов сварочного тока. Для этой цели в разрядную цепь включают реактивную катушку со стальным магнитопроводом, имеющим небольшой зазор. Вначале, пока магнитопровод катушки не насыщен, скорость нарастания тока невелика. После насыщения магнитопровода влияние реактивной катушки на процесс разряда становится небольшим.

В другом случае в зарядную цепь включают несколько конденса­ торов, имеющих разную емкость и зарядное напряжение. Подключая их с определенным интервалом друг за другом, можно получить тре­ буемую форму импульса тока. Однако эти схемы не получили ши­ рокого распространения. В общем случае сварочный ток и форму импульса регулируют изменением параметров U1C С и Кс.

Емкость батареи и коэффициент трансформации — величины постоянные при данной настройке машины; напряжение батареи стабилизируется аппаратурой управления с высокой точностью. Поэтому импульсы сварочного тока отличаются высокой стабиль­ ностью, что при прочих равных условиях обусловливает стабиль­

сечение qt t-ro элемента.

Сопротивления контактов, зависящие от размеров, состояния поверхностей и усилия сжатия, принимают равными: для непод­ вижных постоянных 1—8 мкОм (чаще 1—2 мкОм); для неподвижных переменных 4—8 мкОм; для подвижных 8—20 мкОм.

ндуктивное сопротивление вторичного контура

Х в . к к ,

где LB K— индуктивность контура.

Величину LB. к определяют, используя метод расчета по площа­ дям и метод отдельных участков. На основании опытных данных по замерам индуктивностей контуров контактных машин установлена зависимость индуктивности контура от его площади при частоте 50 Гц

^По приведенной зависимости, а также по экспериментальной кри­ вой (рис. 6.13) можно определить индуктивное сопротивление контура

с точностью ± 25 %.

При расчете индуктивности методом отдельных участков вторич­ ный контур рассматривают как двухпроводную линию с перемычкой на конце; индуктивность на единицу длины вылета на участках, име­ ющих одинаковые поперечные сечения и одинаковые расстояния Друг от друга, постоянна. Исходя из этого, вторичный контур разоивают на участки, имеющие постоянные сечения; подсчитанные ин­ дуктивные сопротивления отдельных участков суммируют и нахо-

что при неизменной настройке машины приводит к уменьшению сварочного тока. Введение в контур ферромагнитных масс (деталей, приспособлений) также повышает величину хв, н (за счет изменения магнитной проницаемости контура) и величину гВшк (вследствие воз­ буждения в этих массах вихревых токов). При этом наибольшие из­ менения тока /св имеют место в однофазных машинах переменного

тока.

Сопротивление вторичного контура универсальных машин пере­ менного тока типа МТ, МШ и других находится в пределах гв, к = = 304-120 мкОм, а хВшн = (1,54-4) гв. к; активное сопротивление постоянному току вторичного контура со вторичной обмоткой сва­ рочного трансформатора низкочастотных, конденсаторных и машин с выпрямлением тока во вторичном контуре (без учета сопротивле­

встраивают в машину как элемент ее конструкции. Первичную обмотку трансформатора включают к источнику энергии, а к ко­ лодкам вторичного витка крепятся элементы вторичного контура, электрическое сопротивление которого обычно значительно больше полного сопротивления короткого замыкания трансформатора. Поэ­ тому многие энергетические параметры всей машины (КПД, cos фк и др.) определяются не столько параметрами трансформатора, сколько размерами вторичного контура и конструкцией включающих транс­ форматор в сеть устройств (контакторов, выпрямителей). Несмотря на это, непрерывно совершенствуют методы расчета и технологию изготовления сварочных трансформаторов, чтобы они имели высокие энергетические и экономические показатели.

Отличительная особенность сварочного трансформатора для ма­ шин контактной сварки — наличие одного (реже двух) вторичного витка, что достаточно для получения вторичной ЭДС Е2 = 14-12 В (до 25 В при двух витках), обеспечивающей необходимые сварочные токи (обычно 2—80 кА, иногда до 300 кА) при относительно неболь­ шом сопротивлении машины Z2K (от десятков до сотен микроом).

Сварочный трансформатор состоит из трех основных узлов: магнитопровода, первичной и вторичной обмоток. Применяют магнитопроводы трех типов (рис. 6.14): стержневые (а), броневые (б) и кольцевые (в). Магнитопровод стержневого типа прост в изготовлении, однако из-за больших потоков рассеяния и трудностей механического крепления обмоток они выходят из употребления. Наибольшее рас­ пространение получили броневые магнитопроводы, обеспечивающие некоторую экономию стали, уменьшение потоков рассеяния и, глав­ ное, обеспечивающие более надежное закрепление обмоток отно­ сительно магнитопровода.

Собирают магнитопроводы из отдельных Ш- или П-образных пластин. Крупные магнитопроводы трансформаторов для машин

3 2 f

Рис. 6.14. Основные типы сварочных трансформаторов и их элементы:

1 — магннтопровод; 2 — первичные обмотки; 3 — вторичный виток

мощностью 400—1000 кВ-А изготовляют из отдельных нарезанных полос, которые собирают внахлестку. Трансформаторы с кольцевым

Магнитопроводы трансформаторов выполняют из электротехни­ ческой стали (листовой горячекатаной) 1211, 1212, 1511 и 1512 тол­ щиной 0,5 мм. С обеих сторон листы покрывают лаком для уменьше­ ния потерь от вихревых токов. В отдельных случаях магнитопроводы изготовляют из листовой холоднокатаной рулонной стали 3412 и 3414 толщиной 0,5 мм, обладающей высокой магнитной проницае­ мостью и меньшими потерями на нагрев по сравнению с горячека­ таными сталями.

Магнитопроводы из холоднокатаной стали навивают из ленты, на поверхность которой наносят изоляционный состав. Навитые па­ кеты магнитопроводов помещают в специальную печь для их спека­ ния и отжига. Пакеты пропитывают клеем БФ-4, разрезают и торцы покрывают влагостойким покрытием. Магнитопроводы трансформа­ торов броневого типа составляют таким же образом, как в случае их изготовления из пластин П-образной формы.

Выбор марки стали магнитопровода определяется магнитной ин­ дукцией и потерями мощности (магнитными потерями при перемагнпчивании) при выбранном режиме (ПВ) машины. Так, в трансформа­ торах точечных машин, которые работают с малым ПВ, применяют сталь 1211 (у нее повышенные магнитные потери и индукция); в тран­ сформаторах шовных и стыковых машин с ПВ = 50 % и более применяют сталь 1511 с уменьшенными магнитными потерями и по­ ниженной индукцией.

Первичные обмотки выполняют двух типов: цилиндрические и Дисковые. Цилиндрическую обмотку (рис. 6.15, а), состоящую из °Дной или двух катушек, расположенных на стержнях магнитопро- в°да, применяют обычно в трансформаторах стержневого типа малых Мощностей (до 25 кВ - А включительно) с небольшим числом ступеней, а следовательно, выводов. Катушку наматывают из изолированного обмоточного провода, имеющего круглое или прямоугольное сечение,