Каждая машина для контактной сварки имеет электрическую силовую часть, в которой электрическая энергия сети преобразу­ется в требуемый вид (по силе, форме и продолжительности).

Породу питания, преобразования или аккумулирования энер­гии различают следующие основные типы машин: однофазные переменного тока, трехфазные низкочастотные, постоянного тока (с выпрямлением тока во вторичном контуре) и конденсаторные.

Необходимое значение и форму сварочного тока ics, проте­кающего через детали, получают путем преобразования или ак­кумулирования электрической энергии сети промышленной ча­стоты 50 Гц, напряжением 380 В (или 220 В в машинах с наи­большей мощностью короткого замыкания менее 60 кВА) с помощью сварочных трансформаторов, выпрямителей или ак­кумуляторов энергии. Для подвода сварочного тока к деталям служит вторичный контур.

Сварочный трансформатор, предназначенный для получения больших токов (до 300 А) при пониженном (0,2-25 В) напряже­нии, включается в сеть или к аккумулятору энергии контакто­ром; в низкочастотных машинах трансформатор подключается к трехфазному или шестифазному выпрямителю.

Вторичное напряжение (сварочный ток) регулируют путем изменения коэффициента трансформации трансформатора (сту­пенчатое регулирование) с помощью секционного переключате­ля ступеней, или путем фазового регулирования (плавное регу­лирование), или тем и другим (смешанное регулирование).

Фазовое регулирование сварочного тока осуществляется ап­паратурой управления. Этой же аппаратурой обеспечивается включение и выключение контактора или выпрямителей, задан­ная последовательность й продолжительность всех или части операций сварочного цикла и др.

Однофазные машины переменного тока. Электрическая схе­ма машины приведена на рис.3.14, а. Сварочный трансформа­тор СТр включается в сеть контактором. Вторичное напряже­ние U2Q трансформатора устанавливают переключателем сту­пеней ПС. Значение и форма импульса сварочного тока зависят от типа контактора К (электромагнитный или вентильный) и на­стройки аппаратуры управления^ У.

Мгновенное значение напряжениям, и тока /, = і’св (/’к —при­веденный строчный ток) в установившемся режиме имеют сину­соидальную форму (рис.3.14, б). Так как машина контактной свар­ки представляет собой для источника энергии активно-индуктив­ную нагрузку, ток ісв отстает от напряжения и, по фазе на угол ф.

Сила сварочного тока/св определяется по выражению (3.5).

Значение /с< можно изменять ступенчато переключателем ПС. При наличии в А Умашивы фазорегулирования обеспечи­вается плавное регулирование Ict за счет изменения угла а включения контактора К. Изменяя угол а при протекании сва­рочного тока, получают импульсы с плавным изменением амп­литуды (рис. 3.14, в).

машина

а) электрическая схема;

б) временные диаграм­мы напряжения й тока;

в) форма импульса сва­рочного тока при мо­дулировании

Преимущества данной схемы: простота преобразования энер­гии сети и широкие возможности регулирования длительности и значения сварочного тока. К недостаткам относят неравномер­ную загрузку фаз силовой сети, большие импульсы тока ирц включении машины большой мощности, низкий коэффициент мощности (cos ф).

Трехфазные низкочастотные машины. На рис.3 Л 5, а приве­дена электрическая схема низкочастотной машины, анарис.3.15, б ее упрощенная схема замещения. В этой схеме к свірочному трансформатору СТр подводится выпрямленное напряжение^ (рис.3.15, в) от трехфазного выпрямителя ВС, собранного по мостовой схеме.

Ток г, в цепи возрастает по экспоненциальному закону (рис.3,15, в). Максимальное значение первичного токаIlma за­висит от времени включения выпрямителя. Для этой схемы продолжительность включения выпрямителя ограничивают из — за насыщения стали магнитопровода и резкого увеличения пер­вичного тока.

Для размагничивания стали полярность напряжения ^чере­дуется коммутатором полярности КП (рис.3.15 ,а), который сра­батывает во время пауз между сварками. В мощных шовных ма­шинах, а также в точечной машине МТН-6301 полярность напря­жения изменяется поочередным включением двух отдельных выпрямителей, включенных на выходе встречно-параллельно.

Максимальная продолжительность гтах включения выпрями­теля ограничивают 0,2-0,4 с.

Практически токи г, и ісе есть токи переходного процесса, возникающие при включении и выключении выпрямителя, изме­няющиеся по экспоненциальному закону и имеющие плавное нарастание и спад. Для предотвращения переходных процессов между трансформатором и выпрямителем во время его выклю­чения служит вентиль Вш (рис.3.! 5, а), включенный таким обра­зом, что он открывается после изменения полярности напряже-. ния Ud, благодаря чему токи t, и its быстро спадают до нуля.

В некоторых случаях, например, в машине МТН-6301 и шов­ных машинах, ддя ускорения спада тока выпрямитель перево­дят в инверторный режим, при котором напряжение Vd па пер­вичной обмотке трансформатора изменяет свой знак, и энергия, накопленная в сварочной машине, частично возвращается в сеть.

Рис. 3.15. Трехфазная низкочастотная машина:

а) электрическая схема; б) упрощенная схема замещения; в) временные диаграммы напряжения Ud и токов /, и ia

Быстрый спад тока ісв необходим для сварки деталей большой толщины, осуществляемой несколькими (два-шесть) импульса­ми тока низкой частоты (1-2 Гіі). После окончания работы одно­го выпрямителя и регулируемого интервала tu (рис. 3.15, б) вклю­чается второй выпрямитель, затем после спада тока включается первый и т. д. Период изменения тока Т=0,3-1 с.

Значение /ш можно изменять ступенчато переключателем ПС и за счет изменения угла а включения контактора К.

Эта схема получения сварочного тока имеет ряд преиму­ществ, особенно важных при сварке легких сплавов: благопри­ятная технологическая форма импульса сварочного тока — его плавное нарастание и спад; равномерная загрузка трехфазной сети без пика в момент включения мощных машин (иногда до 1000 кВА). При относительно медленном нарастании тока, со­ответствующем частоте/= 1-2 Гц, индуктивное сопротивление

вторичного контура хе к = 2?ifLtrj< мало, где/.ая—индуктивность вторичного контура. Поэтому низкочастотные машины с боль­шим контуром, необходимым для сварки крупных узлов, имеют высокийсау и умеренную потребляемую из сети мощность (по сравнению с однофазными машинами переменного тока). К не-

достаткам этой схемы следует отнести большие размеры и массу сварочного трансформатора и ограниченное время включения выпрямителя.

Трехфазные машины постоянного тока (с выпрямлением тока во вторичном контуре). В машинах, выпускаемых в нашей стра­не, использована схема трехфазного нулевого выпрямителя с од­нотактным вентильным управлением па первичной стороне транс­форматора. Такие машины позволяют получить длительные (все­гда одной полярности) импульсы сварочного тока (практически постоянного тока). Однако понижающий трехфазньга трансфор­матор СТр (рис. 3.16, а) переменного тока рассчитан на частоту 50 Гц. Поэтому его размеры значительно меньше размеров транс­форматора низкочастотных машин той же мощности.

Первичная обмотка трехстержневого трансформатора соеди­нена треугольником с включением в каждую фазу по одному
управляемому вентилю (Т1-ТЗ). Вторичная обмотка соединена звездой включением в каждую фазу по одному неуправляемому вентильному блоку (D1-D2), содержащему кремниевые неуправ­ляемые вентили типа ВВ2-1250 с водяным охлаждением.

При включении управляемых вентилей в моменты временир, диг (рис. 3.16, в) к соответствующим фазам первичной обмотки подводятся полуволны линейных напряжений сети (иАВ, ивс и иСА), которые трансформируются во вторичные обмотки («с, к4и ис) и через неуправляемые вентили (Dl, D2 и D3) подводятся к вторичному контуру машины. В интервале/)—-д в проводящем состоянии находятся вентили 77 и D1, через которые проходят токи iAB и іа соответственно. Начиная с момента д, потенциал фазы 5 становится выше потенциала фазы А, и анод вентиля 72 оказывается под положительным напряжением относительно ка­тода. Если в моментдна вентиль 72 поступит отпирающий им­пульс, то он включается, а вентиль 77 выключается (при мгно­венной коммутации), так как к нему оказывается приложенным запирающее напряжение, и т. д.

Несмотря на униполярный характер первичных фаз токов (іАВ, іде и jC(J), магнитопровод трехфазного трансформатора пе — ремагничивается за период напряжения сети. Это связано с тем, что изменения 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 Л Д происходит магнитодви­жущими силами обмоток, расположенных на двух других стер­жнях, ко времени очередного включения вентиля 77.

Для обеспечения запирания управляемого вентиля раньше спада намагничивающего тока до нуля параллельно первичной обмотке каждой фазы включается шунтирующее сопротивление г (рис. 3.16, а).

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

После выключения выпрямителя сварочный ток быстро спа­дает до нуля. При этом возможно повторное включение выпря­мителя. В зависимости от паузы, атакже угла управления венти­лей импульсы тока имеют различную форму (рис.3.16, г).

Действующее значение сварочного тока 1а незначительно от­личается от среднего значения lad. Так, при вылете машины 1,5 м и сварке деталей из легких сплавов для установившегося тока /«//^=1.02.

Фактический 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 регулирования формы и длительности импульса сварочного тока, а также получения многоимпульсного режима; по сравни шло с однофазными машинами значительно меньшая потребляе­мая мощность, особенно при больших вылетах и при сварке из­делий из легких сплавов; незначительное влияние вносимых во вторичный контур ферромагнитных масс на значение сварочно­го тока. Недостатки этой схемы получения сварочного тока: наличие вентильного блока, через который проходит большой сварочный ток, и падение напряжения на этом блоке, равное почти половине вторичного напряжения трансформатора.

Рис. 3.17. Машина с накоплением энергии в конденсаторах:

а) электрическая схема; б) упрощенная схема замещения разрядной цепи, приведенной к вторичному контуру; в) графики тока и напря­жения при разряде конденсаторов; г) графики токов короткого за­мыкания конденсаторной машины при изменении исходных пара­метров С, U! С и Кс

Рациональная область их применения: для сварки деталей с размерами, требующими больших вылетов и растворов.

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

Аккумулировать энергию, достаточную дня получения необ­ходимых сварочных токов, можно в конденсаторах, магнито — проводах трансформаторов, во вращающихся массах, электро — хнмичсских. аккумуляторах и специальных униполярных элект­рических генераторах. В настоящее время нашла промышленное применение лишь схема с накоплением энергии в конденсато­рах. Электрическая схема конденсаторной машины состоит из двух частей: зарядной, обеспечивающей зарядку конденсатор­ной батареи до заданного уровня напряжения зарядки, и разряд­ной, обеспечивающей разрядку конденсаторной батареи насва — * риваемое изделие с заданным сварочным током.

Одна из распространенных электрических схем конденсатор­ных машин приведена на рис. 3.17, а. В этой схеме батарея кон­денсаторов емкостью С заряжается от сети переменного тока через управляемый выпрямитель ВС (однофазный или трехфаз­ный в зависимости от необходимой мощности) и зарядное сопро­тивление гу При переключении переключателя //зарядка кон­денсаторов прекращается, и о. ни разряжаются через первичную обмотку сварочного трансформатора СТр. Для предотвраще­ния намагничивания сварочного трансформатора при сварке однополярными импульсами тока в схеме предусмотрен комму­татор полярности КП.

Сварка изделия осуществляется благодаря разряду конден­саторной батареи. Импульс разрядного тока и, следовательно, импульс сварочного тока определяются параметрами машины, рабочим напряжением U1C и емкостью С батареи конденсато­ров, атакже коэффициентом трансформации ^трансформато­ра СТр. Упрощенная схема замещения разрядной цепи конден­саторной машины дана на рис.. 3.17, б.

В большинстве конденсаторных машин гг <2^Ь1Сг поэто­му разряд носит колебательный характер (С2■■= К^-С — при­веденная к вторичному контуру емкость батареи конденсато­ров; г г = r„ + r2kttL2—сопротивление и индуктивность разряд* нойцепи).

Для сварки используется лишь первый полупериод колеба­тельного разряда с временем, в течение которого концентриро­ванно 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 1, рис. 3.17, в), конденсаторы разряжаются настоль­ко, что не могут поддерживать ток ia во вторичном контуре, и в дальнейшем он уменьшается. Когда напряжение становится рав­ным нулю, ток iee поддерживается только за счет расходова­

ния магнитной энергии (участок 2-3), причем часть этой энер­гии идет на перезарядку конденсаторов. Когда ток снизится до нуля (точка 3), напряжение на конденсаторах достигнет вторич­ного максимума. Далее процесс повторится с той же частотой, но с меньшей амплитудой до полного затухания.

Для получения апериодического заряда (гг > 2^ЬгС2 ), бо­лее эффективного для сварки, в схему вводят шунтирующий вен­тиль Яя(рие. 3.17, а), который открывается при изменении знака напряжения и2С, и переходный процесс имеет апериодический характер (штриховая линия 2-4; рис. 3.17, в). Ток іа поддержи­вается в цепи аккумулированной магнитной энергией, которая — преобразуется в тепловую во вторичном контуре и магнитопро — воде трансформатора. Обратное напряжение на конденсаторах незначительно и равно падению напряжения &.Uна вентиле

Значение сварочного тока и форма его импульса зависят как от соотношения параметров г2 и 1^ машины, так и от емкости С батареи конденсаторов, зарядного напряжения на ней ию ко­эффициента трансформации/^.

Графики токов короткого замыкания машины, характеризу­ющие влияние изменения параметров С, UiC иА^на форму им­пульса сварочного тока, даны на рис. 3.17, г. При увеличении зарядного напряжения U[C в основном увеличивается/^,^ (про­порционально t/ic), незначительно возрастает общая длитель­ность Гимпульса, и практически не изменяется длительность на­растания тока /ЛШ1. При снижении коэффициента А’сувеличива — ется /а™. и снижаются t:nax ii Т. Изменение длительностей /^и ^происходит примерно пропорционально изменению коэффи­циента Кс. При увеличении емкости С увеличиваются макси­мальное значение тока, его длительности (пах и Т.

В отдельных случаях для повышения энергетических показа­телей машин применяют более сложные схемы зарядно-разряд­ных 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 регулируется. Относительно крутойфронт нарастания импульса сварочного тока (г№У = 0,004-0,05 с) иногда вызывает выплески металла. Во избежание выплесков применяют повышенные уси­лия сжатия деталей, а также проводят более тщательную подго­товку поверхностей деталей под сварку. При сварке ответствен­ных деталей в конденсаторных машинах предусматривают воз­можность получения требуемых по технологическим соображениям форм импульсов сварочного тока. Для этой цели в разрядную цепь включают реактивную катушку со стальным мапштопроводом, 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 кон­денсаторов, имеющих разную емкость и зарядное напряжение. Подключая их с определенным интервалом друг за другом, мож­но получить требуемую форму импульса тока. Однако эти схе­мы не получили широкого распространения. В общем случае сварочный ток и форму импульса регулируют изменением пара­метров Ї/1С, СпКс.

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 стабильностью, что при прочих равных условиях обусловливает стабильную повторяемость показателей качества свариваемых изделий.

Конденсаторные машины весьма широко используют для то­чечной и шовной сварки деталей малых толщин, для герметиза­ции контактной сваркой корпусов интегральных микросхем, по­лупроводниковых приборов и др., а также для сварки деталей из легких сплавов. Для сварки очень тонких деталей применяют машины, в которых разряд кондепсатороз осуществляется не­посредственно на свариваемые детали без сварочного трансфор­матора (бестрансформаторная конденсаторная сварка сопротив­лением) или сближающиеся детали (ударно-конденсаторная свар­ка встык и впритык проводов с диаметром до 2 мм).