книги из ГПНТБ / Глебов Л.В. Установка и эксплуатация машин контактной сварки

70

вторичный ток конденсаторных машин). Для этой цели применяются электронные осциллографы типов С1-19Б, С1-4, ЭНО-1 и другие с электроннолучевыми трубками, имеющими относительно длитель­ ное послесвечение, что позволяет наблюдать на экране исследуемую кривую в течение времени, достаточного для ее просмотра и даже измерения. Электронные осциллографы отличаются высокой чув­ ствительностью по напряжению, которая определяется отклонением светящегося следа электронного луча на экране трубки, измеряе­ мым в миллиметрах, приходящихся на единицу напряжения, пода­ ваемого на вход осциллографа. Обычно эта чувствительность соста­ вляет 0,3—0,5 мм/мв.

Электронные осциллографы имеют относительно высокое входное сопротивление (0,5—1,0 Мом), которое может быть увеличено у не­ которых типов (ЭНО-1, С1-4) до 5 Мом при помощи выносного делителя. Однако включение осциллографа даже с таким высоким входным сопротивлением может нарушать нормальную работу иссле­ дуемой схемы (изменять, например, постоянную времени разряда конденсатора).

При подключении входа осциллографа к цепям, имеющим по­ тенциал по отношению к земле (силовая электросеть), следует пом­ нить, что один из входных зажимов осциллографа связан электри­ чески с его корпусом, и, таким образом, последний оказывается под напряжением по отношению к земле, что представляет опасность для обслуживающего персонала.

Большие возможности для наладки машин открывает использо­ вание двухлучевого осциллографа, например, типа С1-18, позволя­ ющего наблюдать на экране одновременно две кривые электрических процессов, например изменение сварочного тока и усилия сжатия электродов. При использовании двухлучевого осциллографа следует соответствующим образом согласовать подключение его обоих вхо­ дов, так как они гальванически связаны между собой. Регистрация кривых, наблюдаемых на электронном осциллографе, производится путем фотографирования с экрана.

В магнитоэлектрическом осциллографе исследуемая электриче­ ская величина подается на вибратор (шлейф), представляющий собой зеркальный гальванометр, световой луч от которого падает'на фото­ пленку или фотобумагу, передвигающуюся с определенной скоростью. Под действием тока исследуемого сигнала, протекающего через виб­ ратор, световой луч регистрирует на пленке или бумаге кривую ис­ следуемого процесса во времени.

Магнитоэлектрические осциллографы обычно используются для регистрации электрических процессов, основная частота которых не превышает нескольких тысяч герц. Подбор вибраторов произво­ дится в первую очередь исходя из их чувствительности по току и ча­ стотных характеристик.

Широко распространены восьмиканальные осциллографы МПО-2 и Н-102, регистрирующие электрические процессы на 35-миллимет­ ровую фотопленку, а также двенадцатиканальные осциллографы Н-105 и Н-115, осуществляющие запись на фотобумагу. Большим

71

достоинством осциллографов Н-105 и Н-115 является возможность записи исследуемых процессов ультрафиолетовым лучом на специ­

ные самопишущие приборы типа Н-320, в которых регистрация про­ изводится с помощью капиллярной стрелки чернилами на бумаге. Эти приборы могут использоваться для записи низкочастотных элек­ трических сигналов, так как частота собственных колебаний подвиж­ ной части измерительного механизма составляет 20—40 гц.

4-3. Измерение и контроль величины и длительности протекания тока

Для наблюдения, измерения и контроля отдельных параметров машин с помощью преобразователей их преобразуют в электрический сигнал, который потом поступает на вход осциллографа или соот­ ветствующего измерительного устройства.

а)

Тороид

Рис. 4-2. Получе­ ние сигнала, про­ порционального току, с помощью ДС-контура: а —

электрическая схе­ ма; б — графики

напряжений

Для наблюдения импульсов тока машин различных типов на электронном осциллографе используется RC-контур, подключаемый к катушке-тороиду (рис. 4-2, а). Известно, что напряжение цх тороида, помещенного в магнитное поле, пропорционально diCBldt. Это напряжение, будучи подано на вход .RC-контура, интегрируется

72

им, и входное напряжение и2 будет пропорционально ісв. При под­ ключении Ж7-контура к электронному осциллографу на входе последнего должно быть максимальное сопротивление (0,5—1,0 Мом). Для использования і?С-контура на машинах переменного тока его

сигнала тороида иг и сигнала и2, пропорционального току ісв и по­ лученного с помощью интегрирования І?С-цепью для машин пере­ менного тока, низкочастотной и конденсаторной.

Для формирования сигнала, пропорционального мгновенным значениям £св, применяются приборы, использующие эффект Холла в полупроводниках. Эффект Холла заключается в возникновении поперечной э. д . с. на пластинке полупроводника, через которую

создает это поле, э. д. с. Холла представляет собой сигнал, пропор­ циональный ісв. Это позволяет использовать его для наблюдения и регистрации ісв на электронном и магнитоэлектрическом осцилло­ графах. В преобразователях Холла применяются пластинки полупро­ водников германия, арсенида индия и др., которые при помещении их в магнитное поле вторичного контура машин с током до 100 ка обеспечивают выходной сигнал до 0,3 — 0,4 в. При использовании преобразователей Холла для измерений тока следует иметь в виду, что выходной сигнал существенно зависит от температуры окружа­ ющей среды.

На рис. 4-3 приведена схема преобразователя Холла типа ДСТ-2М. Пластинка А выполнена из арсенида индия и при работе помещается в магнитное поле тока вторичного контура машины. Преобразователь питается от сухого элемента СЭ типа 373 (U = 1,5 е). Величина тока питания регулируется переменным сопротивлением R и контро­ лируется миллиамперметром тА. Величина тока питания устанавли­ вается до 300 ма в зависимости от требуемого масштаба записи кри­ вой, чувствительности осциллографа, величины £св и положения преобразователя относительно токоведущих элементов машины.

73

Следует отметить, что так как напряженность магнитного поля убывает по мере увеличения расстояния от оси токопровода, то для получения максимального выходного сигнала преобразователь сле­ дует устанавливать как можно ближе к оси токоведущего элемента машины, например электродержателя, а при измерении ісв — строго сохранять неизменным его положение.

При использовании прибора ДСТ-2М для измерения ісв необ­ ходимо знать масштаб записи. Масштаб определяется путем одно­ временной записи осциллограмм с выхода ДСТ-2М и калиброван­ ного шунта, применение которого описывается ниже. После опре­ деления масштаба положение пластинки преобразователя, ток пи­ тания и тип вибратора осциллографа должны быть неизменными.

Т р — трансформатор сварочный; С П У , П И Т , Ш Ш І — аппаратура управлсния машин

Наиболее простым способом наблюдения и записи тока магний контактной сварки на осциллографе является применение в качестве преобразователя калиброванных шунтов, устанавливаемых в пер­ вичной цепи машины (рис. 4-4). Первичный ток машин обычно не выходит за пределы 2000 а, поэтому могут быть использованы стан­ дартные шунты типа 75ШС-0,2 на токи 300—4000 а (в зависимости от максимального / х).

Первичный ток I хмашин из-за малой величины намагничивающего тока практически совпадает по форме с током вторичного контура / 2, поэтому, регистрируя и измеряя / х, можно определить / 2, а именно

/ 2 I-ji, (4-3)

где п — коэффициент трансформации, равный W X!W 2 (Wx и W 2 — соответственно числа витков первичной и вторичной обмоток свароч -

74

Еого трансформатора). Так как в данном случае ток холостого хода трансформатора не учитывается, то полученное значение / 2 несколь­ ко больше фактического / 2 (на 3—5%), что для практических целей вполне допустимо.

Для подбора вибратора магнитоэлектрического осциллографа вначале, зная максимальный ток І х, ориентировочно определяют максимальную величину сигнала, снимаемого с шунта Ш. Затем по паспортам выбирается тип вибратора. Всегда следует подбирать вибратор, который рассчитан на большой ток. Выводные провода от шунта рекомендуется сплетать во избежание влияния магнитного ноля машины и делать их короткими и с хорошей изоляцией.

Если вибратор не рассчитан на включение полного сигнала, то последовательно с ним включают дополнительное сопротивление, которое постепенно уменьшают (вводят) до такой величины, когда отклонения вибратора на экране осциллографа достигают желаемого значения. Если точная величина І х неизвестна, то необходимо обяза­ тельно устанавливать сопротивление R1 (рис. 4-4, а).

После снятия осциллограммы і х, не меняя величины сопротивле­ ния R1, снимают масштаб записи, для чего используют эталонный сигнал от источника постоянного тока СЭ (рис. 4-4, б), который по­ дается через сопротивление R2 на точки 1, 2 цепи, состоящей из R1 и вибратора осциллографа R. Масштаб записи определяется из соотношения

(4-4)

где Us —• эталонное напряжение в точках 1, 2, измеряемое милли­ вольтметром mV, мв; А — размер записи по ординате напряжения и э, мм; / ш, и ш — соответственно ток шунта и падение напряжения (обозначены на боковой грани шунта), а и мв.

тудное значение іх. Если осциллографируется переменный ток, то, зная амплитудное значение тока Ітв полупериоде, можно с достаточ­ ной точностью определить действующее значение первичного тока /д в полупериоде:

(4-5)

где Іх — размер записи тока по оси абсцисс в пределах полупериода, мм; 12 — длина участка, на котором ток равен нулю (при наличии фазового регулирования тока), мм.

Сигнал с шунта может быть подан на электронный осциллограф и измерен с помощью калибратора масштаба. В этом случае нельзя заземлять электронный осциллограф, так как он выйдет из строя.

Для непосредственного измерения вторичного тока машин при­ меняются специальные приборы, использующие элементы модели­ рующих установок аналоговых вычислительных машин.

75

Амплитудное значение тока конденсаторных, низкочастотных машин и машин постоянного тока может быть измерено прибором типа АСА-1 (рис. 4-5, а). Преобразователем прибора является ка- тушка-тороид, намотанная на немагнитном основании. Тороидаль­ ная форма катушки позволяет получить сигнал, величина которого

Рис. 4-5. Прибор АСА-1 для измерения амплитудного значения тока: а — функциональная схема; б — графики напряжений; в — установка преобразователя на машинах

не зависит от положения преобразователя на токоведущих элемен­ тах контура машины. Тороид располагается вокруг проводника с током так, чтобы магнитные силовые линии пересекали нормально плоскость витков. Для обеспечения требуемой точности измерения необходимо, чтобы магнитное поле в месте расположения тороида было однородным, т. е. чтобы вблизи отсутствовали большие ферро­

76

магнитные массы и резкие переходы от одного сечения проводника с током к другому. При измерении наименьшие погрешности полу­ чаются, если тороид располагается вокруг электрододержателя, а для роликовой машины, — как показано на рис. 4-5, в.

Для формирования сигнала, пропорционального мгновенному значению тока, необходимо выполнить операцию интегрирования. Применение для этих целей ДС-контура (см. рис. 4-2) невозможно, так как последний обеспечивает точное интегрирование лишь при условии, когда выходной сигнал во много раз меньше входного сигнала.

Вприборе АСА-1 интегрирование сигнала тороида производится

спомощью операционного усилителя, применение которого позво­ ляет повысить точность интегрирования (в сравнении с ЛС-конту- ром) и получить выходной сигнал требуемой величины.

Напряжение тороида иг, пропорциональное производной тока, интегрируется усилителем У1, и выходное напряжение и2 пропор­ ционально мгновенному значению измеряемого тока (рис. 4-5, а).

Для запоминания амплитуды тока конденсатор С заряжается через диод Д до напряжения и2 с усилителя У2. Диод Д выбран та­ ким, что его прямое внутреннее сопротивление и обратный ток пре­ дельно малы. Тогда потенциал и3 заряженного конденсатора С будет максимально близко соответствовать выходному напряжению иг интегрирующего усилителя У2, и при уменьшении иг конденсатор не сможет разрядиться.

Для измерения напряжения и3 необходимо устройство, практи­ чески не потребляющее тока, так как в противном случае конденса­ тор С будет разряжаться. Это условие выполняется с помощью усили­ теля мощности У2 с очень большим входным сопротивлением. На выход У2 подключен стрелочный магнитоэлектрический прибор, показания которого будут соответствовать амплитуде измеряемого тока.

Изменение диапазонов измерений прибора производится с по­ мощью переменного сопротивления R 1, изменяющего масштаб вход­ ных напряжений интегрирующего усилителя У1.

'Гак как в сварочных машинах (МТПТ, МШШИ, МТК) полярность тока меняется, а схема прибора предназначена для измерения монополярного импульса, на входе прибора имеется переключатель, изменяющий полярность сигнала тороида. Это, в частности, позво­ ляет устанавливать идентичность амплитуд импульсов тока машин МШП1Т, работающих с двумя группами силовых игнитронов.

Прибором АСА-1 ңожно измерять амплитуды импульсов тока от О до 200 ка, длительностью от 0,004 до 0,5 сек. Показания прибора не изменяются при колебании напряжения питающей сети в пределах ±10% от номинального значения (220 б).

Для измерения среднего действующего значения тока за время включения может быть использован прибор АСТ-2. Прибор АСТ-2 применяется, когда ток машин не изменяется по величине (сварка легких сплавов, короткое замыкание) и возможно многократпое повторение процесса, например, при роликовой сварке.

77

Преобразователем прибора является тороид, сигнал ил которого интегрируется простейшим ДС-контуром (рис. 4-6). Напряжение и2 с конденсатора С поступает на купроксные вентили Д2 с вольт-ам­ перной характеристикой, близкой к квадратичной. Ток через вен­ тили Д2 измеряется стрелочным прибором магнитоэлектрической системы. Известно, что показания такого прибора пропорциональны среднему значению тока, а следовательно, и квадрату действующего значения измеряемого тока.

Время успокоения подвижной системы стрелочного прибора значительно больше длительности протекания тока, измеряемого прибором АСТ-2. Поэтому в моменты времени, когда ток отсутст-

Тороид

t

Рис. 4-6. Прибор АСТ-2 для измерения среднего действующего значения тока: а — функциональная схема; б — графики на­

пряжений и тока

вует, на рамку стрелочного прибора подается постоянный ток от ста­ бильного источника U = const. Источник подключается размыка­ ющим контактом реле Р, которое срабатывает под действием напря­ жения тороида.

Изменяя масштаб преобразований с помощью сопротивления R , добиваются равенства отклонений стрелки прибора при измерении сигнала и3 и эталонного их. При достижении этого равенства поло­ жение движка сопротивления R будет зависеть только от величины действующего значения измеряемого тока і. Движок сопротивления совмещен с лимбом, который протарирован в единицах тока (ампе­ рах).

Прибор АСТ-2 измеряет токи однофазных машин переменного чока от 3,5 до 35 ка, длительностью 0,04 сек и более. Для измерения при точечной сварке требуется несколько включений тока.

Для измерения действующего значения тока в наибольшем полупериоде используется прибор АСД-1 (рис. 4-7). В ртличие от прибора АСТ-2 он измеряет одиночные импульсы переменного тока величиной

40 ка и длительностью 0,01 сек и более.

78

Прибор АСД-1 представляет собой электронную моделирующую установку, вычисляющую действующее значение тока в соответствии с известным выражением, определяющим / д [см. формулу (4-1)]. Напряжение и1 тороида через входное сопротивление R1 (изменение диапазонов измерений) поступает на усилитель У1, выполняющий интегрирование. Сигнал со входа усилителя и2, пропорциональный і, разделяется в соответствии со знаком полярности импульсов на два канала. Импульсы положительной полярности поступают на вход диодного квадратора ДК. По этим импульсам после соответст­ вующих преобразований и производится оценка действующего зна­ чения измеряемого тока. Импульсы отрицательной полярности ис-

Д1 R2

Рис. 4-7. Прибор АСД-1 для измерения действующего значения тока в наибольшем полуиериоде: а — функциональная схема; б — графики напряжений

пользуются для установки начальных (нулевых) условий вычисления на втором интегрирующем усилителе У2.

Выходное напряжение квадратора Д К , пропорциональное квад­ рату мгновенного значения тока і, поступает на вход усилителя У2 и интегрируется. Выходное напряжение и3 пропорционально квадрату действующего значения тока і.

Максимальное значение и3 запоминается конденсатором С, за­ ряжаемым через диод ДЗ. Конденсатор С по окончании протекания тока отключается от зарядной цепи переключателем П2 и подклю­ чается к цепи обратной связи усилителя У1 для измерения потен­ циала и3.

Показания стрелочного прибора на выходе У1 будут пропорцио­ нальны величине и3, а следовательно, и квадрату действующего значения измеряемого тока і. Извлечение корня производится путем соответствующей градуировки шкалы стрелочного прибора.

Переключатель полярности П1 на входе прибора позволяет изме­ рять действующее значение тока отдельно положительных и отрица­ тельных полупериодов. Это дает возможность контролировать так

7 3