5.3.4. Энергетический комплекс контактных машин

5.3.4.1. Назначение и основные электрические показатели

Электрическая часть машин должна развивать при сварке требуемую мощность с достаточно высоким КПД и без недопустимого нагрева ее элементов; иметь соответствующую нагрузочную характеристику и обеспечивать безопасность работы. При этом важным показателями машин является потребляемая мощность из сети при заданном сварочном токе, коэффициент мощности машины и другие параметры.

Основными параметрами электрической части машин контактной сварки установлены ГОСТ 297-80: максимальный ток короткого замыкания во вторичном контуре машины ; номинальный длительный вторичный ток и наибольшая длительность прохождения сварочного тока .

Машины контактной сварки, как правило, работают в режиме с постоянными чередованиями включения и выключения сварочного тока, связанными с установкой деталей для сварки, съемом деталей и другими операциями.

Такой режим работы электрической машины, при котором кратковременная нагрузка (сварочный ток) чередуется с отключениями машины (пауза), называется повторно-кратковременным режимом. Он характеризуется относительной (в процентах) продолжительностью включения (ПВ), определяемой по формуле:

, (5.1)

где - время сварки; - пауза (отсутствие тока) и - длительность полного цикла сварки

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%).

ГОСТ 297-80 устанавливает номинальный длительный вторичный ток , при протекании которого нагрев элементов вторичного контура и трансформатора не превышает допустимых температур: для элементов вторичного контура не более 100⁰ С; для обмоток сварочного трансформатора 60-140⁰ С в зависимости от условий охлаждения и класса изоляции.

Соотношение между кратковременным и длительным токами выводят из равенства теплоты, выделяемой в токоведущем элементе с сопротивлением r за время при продолжительном режиме работы (ПВ=100%), и теплоты, выделяемой при протекании тока в повторно-кратковременном режиме (ПВ):

(5.2)

или

(5.3)

Из соотношения следует, что при малых ПВ можно получить очень большой кратковременный ток во вторичном контуре. Кратковременный ток не может быть больше максимального значения тока короткого замыкания машины, зависящего от максимального вторичного напряжения сварочного трансформатора (в режиме холостого хода) и полного сопротивления короткого замыкания машины:

(5.4)

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

, (5.5)

где и - активное и индуктивное сопротивление короткого замыкания машины, приведенное ко вторичному контуру; - полное сопротивление машины и свариваемых деталей. Графическое изображение этих сопротивлений наглядно представлено в виде треугольника на рис.5.27.

Рис. 5.27. Треугольник сопротивлений

Соотношение между токами колеблется в широких пределах: от 1,1-1,2 до 3 и более в зависимости от соотношения . Значения и определяется схемой получения и регулирования сварочного тока и конструктивным исполнением машины. Для осуществления сварки за время во вторичном контуре и через детали должен протекать заданный ток . Если электросопротивление (в основном активное) свариваемых деталей равно , то активная (полезная) мощность, развиваемая на участке цепи между электродами равна:

, (5.6)

где - падение напряжения на электродах,

. (5.7)

Коэффициент полезного действия машины (КПД)

, (5.8)

где Р₁ – активная мощность, потребляемая машиной из сети,

. (5.9)

При точечной и шовной сварке на однофазных машинах переменного тока часто , поэтому h = 0,1¸0,3. При стыковой сварке оплавлением и h > 0,9.

Полезная мощность меньше активной мощности, забираемой из сети, вследствие потерь во вторичном контуре, трансформаторе и в контакторах, особенно при сварке деталей из алюминиевых сплавов.

Полная кратковременная мощность машины, необходимая для выполнения сварочной операции:

, (5.10)

а предельная (максимальная) при коротком замыкании электродов машины

. (5.11)

Коэффициент мощности определяется из соотношений

, (5.12)

а при коротком замыкании электродов , причем всегда меньше (см. рис.3.11).

С увеличением сопротивления машины увеличивается, КПД h уменьшается.

Степень полезного использования мощности машины характеризуется коэффициентом

, (5.13)

при сварке деталей из сталей v = 0,1¸0,4; при сварке деталей из алюминиевых сплавов v = 0,025¸0,08.

С целью улучшения энергетических показателей (cosj, h, v) контактных машин стремятся снизить сопротивление короткого замыкания машины, уменьшая частоту питающего вторичный контур напряжения и размеры вторичного контура.