книги / Сварка в машиностроении. 4

ванию. В момент окончания тактового импульса 1 сменится на 0 и на 5D4 по­ явится 1. Соответственно на 9D5 будет 0, который переводит триггеры счетчика в исходное положение и устанавливает на 5D2 0. Фазовращатель отключается, сварочный ток прекращается.

Следующим тактовым импульсом с 6D6 вновь установится 0 на 5D4 и 1 на 9D5. Счетчик начнет считать интервал «Пауза». После ее исполнения сработает схема совпадения (S3, S4, D15, D16), триггер D4 опять изменит свое состояние, а усилитель D5 вновь переведет триггеры счетчика в исходное положение. Даль­ нейшее прохождение цикла зависит от установленного режима. Если установлен точечный режим (1 положение 55), то опрокидывание триггера D4 не вызовет опрокидывания триггера D2, так как на его выходе 6 уже имеется 1. Поэтому счет­ чик будет вновь отсчитывать установленный интервал «Пауза», пока не разорвется цепь запуска. Если же установлен шовный режим, то переключатель 55 объеди­ няет входы 1, 2 триггера D2 и последний будет переключаться всякий раз после окончания интервалов «Импульс» и «Пауза»; тем самым будет включаться и вы­ ключаться сварочный ток.

Схема фазовращателя построена по принципу вертикального управления. На нелинейном элементе сравниваются переменное периодическое напряжение одной полярности с постоянным или медленно меняющимся во времени напря­ жением другой полярности. Конденсаторы С2 и СЗ заряжаются через диоды VI и V2 от соответствующих полуволн переменного напряжения Т В. Разряжаются они через диоды V3 и V4. В цепь разряда включены обмотки трансформатора блока питания с напряжением 50 В, а также переменные резисторы RI и R2. Благо­ даря тому, что напряжение на обмотках значительно выше зарядного напряже­ ния и диоды V3 и V4 заперты в течение всего интервала положительных полу­ волн, конденсаторы С2 и СЗ начинают разряжаться практически только с началом отрицательных полуволн напряжения. В связи с этим форма напряжений на С2 и СЗ носит характер трапецеидальных импульсов, сдвинутых по фазе на пол­ периода. Значительная часть этих напряжений в дальнейшем шунтируется в поло­ жительные полуволны сетевого напряжения транзисторами VE1 и VE2, а остав­ шаяся спадающая часть напряжения суммируется через диоды V5 и V6. В резуль­ тате на базу транзистора VE7 подается положительное пилообразное напряжение с крутонарастающим фронтом и пологим спадом, повторяющееся с частотой 100 Гц. В интервалах «Импульс*, когда диод V7 заперт напряжением с 5D2 на базу того же транзистора VE7 через эмиттерные повторители VE4, VE5 и VE6 поступает управ­ ляющее отрицательное напряжение, регулируемое потенциометром R4 «Нагрев». Когда сумма положительного пилообразного напряжения и отрицательного на­ пряжения управления достигнет определенного порога, транзистор VE7 вклю­ чится и останется в проводящем состоянии до прихода очередного импульса, ко­ торый своим начальным высоким положительным потенциалом запрет его. В сле­ дующем периоде картина повторится. Прямоугольные импульсы с коллектора VE7 через согласующий усилитель VE8 и дифференцирующую цепочку С4> V8 попадает на вход усилителя D12. Нагрузкой усилителя является импульоный трансформатор блока поджигания или тиристорного контактора.

Фазовое положение импульсов определяется управляющим напряжением; чем оно больше, тем раньше наступит порог срабатывания VE7, тем больше сме­ щаются импульсы управления влево и гем больше сварочный ток. Потенцио­ метр R3 «cos <р> ограничивает фазовое смещение импульсов влево сверх необходи­ мого для получения полиофазного тока. Включение S6 позволяет получить моду­ ляцию переднего фронта импульса сварочного тока. Управляющее напряжение на базе транзистора VE7 будет при этом нарастать плавно из-за заряда конден­ сатора С5, и импульсы управления также плавно будут сдвигаться из крайнего правого положения до установленного потенциометром «Нагрев» фазового поло­ жения. Крутизна модуляции определяется резистором R5.

Благодаря тому, что характер изменения пилообразного напряжения соответ­ ствует форме кривой фазового регулирования тока (см. рис. 40), фазовращатель автоматически обеспечивает стабилизацию тока при колебаниях напряжения

сети. Действительно, с ростом или падением напряжения сети увеличивается или уменьшается величина пилообразного напряжения. При постоянном управ­ ляющем напряжении это приводит к сдвигу импульсов управления соответственно вправо и влево, что стабилизирует установленный сварочный ток. Конструктивно блок регулирования выполнен в виде отдельного устройства размером 420 X X 166 X 332 мм и массой 16 кг.

Блок поджигания предназначен для управления игнитронами типа И2-70/0,8, И2-140/0,8, И2-350/0.8, включенными по схеме вентильного контактора; исполь­

зуют его в прерывателях типа ПСЛ-300 и ПСЛ-600 с управлением от блока регу­ лирования. Принципиальная электрическая схема блока поджигания приведена на рис. 47. В качестве управляющих элементов применяют тиристоры VEÎ и VE2 типа Т50-9 с естественным охлаждением. Тиристоры включены по схеме Зависимого поджигания игнитронов. Импульсы управления с частотой 100 Гц поступают от блока регулирования на первичные обмотки трансформаторов 77 и Т2. Включается тот тиристор и соответственно тот игнитрон, аноды которых в данный момент положительны. Схема обеспечивает необходимый уровень мгно­ венного тока поджигания 30 А и более. Основными элементами, ограничивающими ток поджигания, являются 25-ваттные резисторы R I, R2, R l l , R12 по 10 Ом каждый. После поджигания игнитронов ток через тиристоры VE1 и VE2 резко уменьшается. Диоды VI, V2, V6, V7 уменьшают влияние обратных полуволн на­ пряжения. Конденсаторы С1 и С2 ограничивают скорость нарастания напряжения на анодах тиристоров во время выключения игнитронов до величины не более 20 В/мкс, что исключает самопроизвольное включение тиристоров.

Для повышения помехоустойчивости схемы в первичную обмотку трансфор­ маторов 77 и Т2 включена интегрирующая цепочка, образованная конденсато­ ром С2 и резистором RIO.

Блок поджигания является унифицированным узлом и может быть установ­ лен непосредственно в сварочную машину. В этом случае он является бесконтакт­

ным исполнительным устройством синхронного регулятора времени, управляю­ щего последовательностью действий дайной машины. Размеры блока поджигания с кожухом 480 X 120 X 150 мм, масса 8 кг.

АППАРАТУРА КОНДЕНСАТОРНЫХ МАШИН

Принцип работы конденсаторной машины прост. Батареи конденсаторов заря­ жаются в перерывах между сварками от зарядного выпрямителя, а затем разря­ жаются на первичную обмотку сварочного трансформатора, создавая мощный импульс сварочного тока. Регулирование энергии, а соответственно и свароч­ ного тока осуществляется изменением емкости конденсаторов и величины их

Рис. 48. Типовая электрическая схема конденсаторной машины для сварки деталей малых толщин

зарядного напряжения. Емкость батареи большой современной конденсаторной машины достигает нескольких сотен тысяч микрофарад, а зарядное напряжение 400 В Такие большие емкости удается получать благодаря применению специаль­ ных импульсных электролитических конденсаторов, допускающих многократный полный разряд и частичный перезаряд напряжением обратной полярности, не­ избежно получающийся при разряде конденсаторов на индуктивную нагрузку. Наиболее ответственной частью конденсаторной машины является зарядное уст­ ройство, сложность которого возрастает по мере увеличения емкости батареи конденсаторов, уменьшения допустимого времени заряда и повышения требова­ ний к точности поддержания уровня зарядного напряжения. Типовая электри­ ческая схема конденсаторной машины для сварки деталей малых толщин изобра­ жена на рис. 48. От зарядного трансформатора через однофазный выпрямитель­ ный мостик заряжается батарея конденсаторов. Она составлена из отдельных групп конденсаторов разной емкости так, что переключателем S I можно регу­ лировать рабочую емкость малыми ступенями. Зарядное напряжение также можно регулировать переключателем S2 в заданных пределах. Зарядное напря­ жение контролируют вольтметром PV. Напряжение заряда поддерживается на выбранном уровне феррорезонансньш стабилизатором. Резистор R1 ограничивает пиковый ток заряда. На резистор R2 разряжается батарея после отключения на­ пряжения питания. При нажатии на кнопку S3 включается тиристор VM и кон­ денсаторы разряжаются на обмотку сварочного трансформатора. Одновременно отключается зарядная цепь. Обычно кнопка S3 соединена с педальным или пневма­ тическим приводом усилия для того, чтобы разряд конденсаторов осуществлялся всегда при наличии замкнутого контура.

Рассмотрим аппаратуру управления машины МТК-8004, которая обеспе­ чивает ток в импульсе до 80 кА, при этом потребляя из сети среднюю мощность за один цикл 70 кВА. Машина оснащена двумя конденсаторными шкафами типа ШК-11 и шкафом управления типа ШУ-259-2. Каждый шкаф ШК-11 содержит де­ вять блоков конденсаторов с переключателями ступеней и защитными элементами.

стотой 400 Гц, что позволяет не заботиться о фазовом по­ ложении импульсов управ­ ления. Как только напряже­ ние на батарее конденсаторов достигает установленного уровня, пороговое устройство прекращает подачу импуль­ сов управления на тиристор VE1. Одновременно форми­ руется импульс управления разрядным тиристором VE3, который, включаясь, разря­ жает батарею конденсаторов на сварочный трансформатор. В связи с тем, что зарядный тиристор VE1 пропускает всю полуволну питающего на­ пряжения, необходимо обес­ печить его отключение в мо­ мент достижения заданного уровня зарядного напряже­ ния. Для этого в момент разряда одновременно с ти­ ристором VE3 включается шунтирующий тиристор VE2t который замыкает выпрями­

тельный мостик на часть балластного сопротивления R1. Тиристор VE1 сразу выключается. Если напряжение заряда превысит допустимый предел, то сра­ ботает блокировка и реле отключит напряжение питания.

По циклу машина может работать с двумя импульсами тока, разделенными паузой, в течение которой происходит повторный заряд конденсаторной батареи, но уже до другого заранее установленного уровня напряжения. Выключение за­ рядного тиристора обеспечивает второе пороговое устройство.

В связи с тем, что управление машины выполнено на элементах «Логика-Т», схема имеет дополнительный сервис — контроль работы отдельных узлов машины. На вход схемы контроля подаются сигналы от контролируемых участков. По мере включения их в работу по циклу зажигается сигнальная лампа. Если контроли­ руемый узел не работает, то сигнальная лампочка не горит.

АППАРАТУРА МАШИН ДЛЯ СВАРКИ ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ

Большое индуктивно-активное сопротивление сварочного контура является причиной необходимости повышения мощности сварочных машин особенно для сварки крупногабаритных деталей и материалов с большой удельной тепло­ проводностью. По энергетическим соображениям считается нецелесообразным уве­ личение мощности однофазных машин свыше 400 кВА.

В выпускаемой отечественной промышленностью серии машин постоянного тока применена схема однополуперйодного выпрямления. Падение напряжения на вентиле соизмеримо с выпрямленным напряжением, и поэтому нецелесообразно применять выпрямители мостового типа с обязательным последовательным со­ единением вентилей. Большая индуктивность сварочного контура машин на­ столько существенно уменьшает глубину пульсаций сварочного тока, получае­ мого при однополупер йодном выпрямлении, что не создает технологических труд­ ностей при сварке.

В связи с применением на вторичной стороне трансформатора однополупер йод­ ного выпрямления, оказалось достаточным и на первичной стороне иметь только три вентиля. Применяют тиристоры типа ТВ-500-9 и ТВ-800-9, которые пооче­ редно включаются с интервалом 120°. Резисторы, шунтирующие обмотки тран­ сформатора, облегчают условия выключения тиристоров в процессе коммутации тока.

Силовые вентили, выпрямляющие сварочный ток, объединены в блоки, имею­ щие групповой охладитель в виде толстой медной шины, интенсивно охлаждае­ мой проточной водой. Разработаны блоки вентилей трех типоразмеров — на 10, 16 и 20 кА (ПВ = 100%) с параллельно включенными соответственно четырьмя, шестью или восьмью вентилями типа ВВ-1250. В каждую фазу выпрямителя парал­ лельно включается несколько блоков вентилей. Для одного блока вентили тща­ тельно подбирают по падению напряжения. Допускается разброс падения напря­ жения на разных вентилях не более чем в несколько десятков милливольт. Близ­ кими по падению напряжения подбирают блоки, устанавливаемые в одну фазу трансформатора, иначе неизбежно несимметричное распределение тока нагрузки, что приведет к выходу из строя наиболее нагруженных вентилей

Для управления описываемыми машинами выпускаются два шкафа управ­ ления: типа ШУ-255-2 и ШУ-278-1. Оба шкафа обеспечивают управление: тремя тиристорами на первичной стороне сварочного трансформатора, прохождением заданного цикла работы машины с точным отсчетом всех выдержек времени,

атакже быстродействующую защиту полупроводниковых вентилей от перегрузки по току.

Схемы обоих шкафов выполнены на элементах «Логика-Т», полностью унифицированы и отличаются только циклом работы. Шкаф ШУ-255-2 предназна­ чен для управления только точечными машинами. Он управляет четырьмя электропневматическими клапанами, обеспечивая сложные вариации цикла с пред­ варительным сварочным и ковочным усилиями разных уровней. Каждый цикл может состоять из одного или двух импульсов сварочного тока, самостоятельно регулируемых по времени и нагреву. Импульсы могут разделяться регулируемым интервалом, а могут сливаться в один, ступенчато изменяемый по величине. Дли­ тельность интервалов «Предварительное сжатие», «Сжатие», «Задержка на вклю­ чение тока», «Интервал» и «Пауза» может меняться дискретно от 0,02 до 8,0 с,

аинтервалов «Импульс I», «Импульс II», «Включение повышенного сварочного

усилия», «Включение ковочного усилия» и «Проковка» — в пределах 0,02— 16,0 с. В зависимости от установленного диапазона шаг дискретизации интервалов уста­ навливается равным 0,02, 0,04 или 0,08 с. Величина импульсов сварочного тока регулируется от 40 до 100% с помощью переключателей, тем самым обеспечивается хорошая повторяемость режимов сварки по «Нагреву». Обеспечивается стабили­ зация сварочного тока с точностью ±2,5% при колебаниях напряжения сети в пре­ делах + 5 % , — 10% от номинального значения.

Шкаф типа ШУ-278-1 предназначен для управления роликовыми машинами, хотя может работать и в точечном режимё. Его цикл по давлению несколько упро­ щен, но зато осуществляется управление электромагнитной муфтой, обеспечиваю­ щей вращение электродных роликов, в том числе и в шаговом режиме. Выдержка времени «Предварительное сжатие», «Сжатие», «Импульс I»,«Интервал», «Им­ пульс II», «Проковка» и «Пауза» регулируются дискретно в пределах 0,02—8,0 с тремя диапазонами. Возможность управления сварочным током такая же, как у шкафа ШУ-255-2. Оба шкафа имеют одинаковые габаритные размеры (ширину 432 мм, глубину 600 мм, высоту 1600 мм) и массу 160 кг. Конструктивно шкаф управления содержит четыре съемных блока, каждый из которых несет опре­ деленную функциональную нагрузку.

Рассмотрим работу схемы, пользуясь блок-схемой на рис. 51. На двухдекад­ ный двоично-десятичный счетчик от делителя частоты поступают импульсы, ча­ стота повторения которых равна 50, 25 или 12,5 Гц, в зависимости от выбранного диапазона задания времени интервалов цикла. Диодный дешифратор преобразует двоичный код в десятичный и подает его на схемы Я, число которых опреде-

Рис. 51. Блок-схема шкафа управления типа ШУ-278-1

ляется числом отрабатываемых интервалов. Время интервалов задается дискретно парами переключателей, входящих в состав узла задания времени. Каждая пара переключателей связана с соответствующей схемой И. Очередность включения схем И определяется распределителем каналов, работа которого, в свою очередь, зависит от положения переключателей узла задания программы цикла. После отсчета заданного интервала времени сигнал совпадения поступает в формирова­ тель тактового импульса, который переключает распределитель каналов на сле­ дующую операцию и через узел сброса устанавливает счетчик в исходное состоя­ ние, так что уже следующим импульсом с делителя частоты начинается отсчет времени следующей операции. Распределитель каналов через усилители включает исполнительные устройства: электропневматические клапаны ЭК, электромагнитные муфты ЭМ, узлы включения тока первого и второго им­ пульсов.

Для управления силовыми тиристорами схема имеет трехканальный форми­ рователь ФИ, который генерирует импульсы, повторяющиеся внутри каждого канала через 360° и отстоящие между каналами на 120° Формирователь состоит из трех одинаковых фазовращателей, работающих по принципу сравнения двух сигналов. На каждый фазовращатель подается переменное напряжение, синфазно с одним из линейных напряжений сети, и общее управляющее постоянное напря­ жение. Переменное напряжение преобразуется в пилообразное. В момент равен­ ства напряжения пилы и управляющего напряжения формируется импульс. Для

повышения крутизны его фронта схема формирования построена по принципу олокинг-генератора с положительной трансформаторной обратной связью. Фазо­ вое положение импульсов определяется уровнем управляющего напряжения, ко- •Ьрое поступает с регуляторов «Нагрев», и уровнем напряжения сети, от которого зависит работа схемы автоматической стабилизации сварочного тока. Чем больше напряжение сети, тем правее сдвигаются импульсы управления, пропорциональ­ но уменьшая возросший сварочный ток. Импульсы управления с ФИ поступают на трех канальный усилитель, входные трансформаторы которого непосредственно соединены с силовыми тиристорами первичных обмоток сварочного трансформа­ тора. Однако импульсы на тиристоры поступают только после команды с одного из узлов включения тока. Одновременно с командой на включение тока на ФИ по­ дается постоянный сигнал, соответствующий уровню нагрева первого или вто­ рого импульсов.

Схемой управления предусмотрен ряд блокировок. Прежде всего защита вен­ тилей от перегрузки по току. Сигнал о перегрузке поступает с трансформаторов тока, включенных в линейные провода питания сварочного трансформатора. Э случае превышения установленной нагрузки, вызванной, скорее всего, пробоем одного из вторичных вентилей, узел контроля тока блокирует управление вклю­ чением тиристоров и одновременно дает команду на отключение напряжения питания.

В схеме имеется также блок контроля времени протекания первого импульса тока. Если по каким-либо причинам длительность первого импульса затягивается сверх установленного задания, блок контроля запретит подачу импульсов управ­ ления, отключая тем самым сварочный ток. Так как одновременное включение сварочного тока сразу нескольких машин неблагоприятно сказывается на усло­ виях сварки, то схемой предусматривается искусственная задержка включения тока. При получении запрета с другой машины-подается сигнал на остановку счета, но не ранее начала операции «Сжатие». Записанная комбинация на счетчике при этом не нарушается. С окончанием запрета цикл сварки автоматически про­ должается. В свою очередь, с началом операций «Импульс I», а также на время «Интервал» и «Импульс II» подается сигнал запрета на включение тока других аналогичных машин.

Сервисный узел сигнализации с помощью сигнальных лампочек позволяет контролировать прохождение всех операций цикла, срабатывание исполнитель­ ных устройств, а также нарушение правильности работы схемы.

К устройствам контроля относится также модель силового выпрямителя, со­ стоящая из маломощных трансформатора, тиристоров и диодов, включенных ана­ логично силовым элементам. Модель работает непрерывно, независимо от работы машины, так как на ее тиристоры поступают импульсы от ФИ. Нагрузкой выпря­ мителя модели является резистор и вольтметр, по показаниям которого можно контролировать режим «Нагрева» и работу системы автоматической стабилизации тока.

Для этого с помощью специального трансформатора и переключателя ими­ тируют изменения напряжения сети и по вольтметру наблюдают, как схема отрабатывает это возмущение. Если выпрямленное напряжение модели изменяется больше нормы, то элементами подстройки корректируют работу автоматической системы стабилизации. После контроля и подстройки переключатель изменения напряжения устанавливают в исходное состояние.

3. Бокштейи О. Н., Канин А. М. Оборудование для контактной сварки постоян­ ным током. М., Энергия, 1976. 104 с.