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

Место сварки и вторичный (сварочный) контур мавшны имеют небольшое электрическое сопротивление, поэтому для создания сварочного тока большой силы (до 250 кА), необходимого для бы­строго нагрева места сварки, обычно требуется пониженное напря­жение (1—25 В). Электрическая часть машины всегда включает понижающий сварочный трансформатор с переключателем ступеней, с помощью которого регулируют ток путем изменения числа витков первичной обмотки, включаемых на напряжение сети.

Аппаратура управления обеспечивает включение и выключение сварочного тока, плавное регулирование вторичного напряжения, заданную последовательность и продолжительность всех или части операций сварочного цикла, а в некоторых случаях контролирует процесс по заданным параметрам.

В зависимости от способа получения сварочного тока контактные сварочные машины разделяюі на однофазные, переменного тока промышленной или повышенной частоты; трехфазные, низкочастот­ные, постоянного тока (с выпрямлением во вторичном контуре);

с накоплением энергии (в конденсаторах, электромагнитных систе­мах. вращающихся массах н аккумуляторах).

Однофазные машины переменного тока (рис. 26). В этих машинах сварочный ток появляется во вторичной обмотке однофазного сва­рочного трансформатора СТ после включения контактора — пре­рывателя Пр. Сила тока регулируется переключателем ступеней ПС. Время и форма импульса регулируется аппаратурой управления АУ. В простейшем случае этот импульс имеет синусоидальную (рис. 26, б) пли близкую к ней (рис. 26, е) форму. При необходимости можно получить импульс с постепенным нарастанием п спадом тока (рис. 26, г) или многонмпульспый ток с изменением формы импульса и силы тока (рис. 26, д).

Приведенная схема получила наибольшее распространение в ма­шинах для всех способов контактной сварки. Преимущества схемы: простота устройства для преобразования электрической энергии сети и возможность получения импульсов тока, различных по форме н продолжительности. К недостаткам относят неравномерную за­грузку фаз силовой сети, большие импульсы тока при включении машин значительной мощности, низкий коэффициент мощности (cos ф).

Потребляемая мощность из сети зависит в основном от полного сопротивления вторичного контура машины, которое определяется размерами контура, толщиной и физическими характеристиками свариваемого металла. Эта мощность повышается с увеличением площади контура, толщины и сечения свариваемого материала При сварке ферромагнитных металлов при размещении деіалп в контуре мощность существенно увеличивается. Коэффициент мощности таких машин 0,5—0,7, а машин с большими контурами 0,2—0,3. Металлы, имеющие меньшее удельное сопротивление, также свариваются при повышенной мощности.

Трехфазные низкочастотные машины (рис. 27, а). Ток промыш­ленной частоты в этих машинах преобразуется в импульсы часто-

той 5—10 Гц в силовом выпрямителе, собранном по трехфазной мостовой схеме (рис. 27, б). Выпрямитель подключен к первичной обмотке сварочного трансформатора СТ. Его включение осуществ­ляется кратковременными импульсами. Первичная обмотка СТ присоединяется к выпрямителю ИВ через два двухполюсных элек­тромагнитных контактора ПП. Контактор работает во время пауз между сварками и поочередно меняет полярность подаваемых им­пульсов тока. Это предотвращает насыщение магнитопровода сва­рочного трансформатора.

Коммутация тока в низкочастотной машине осуществляется так, что отдельные импульсы постоянного напряжения (рис. 27, в), подаваемые на первичную обмотку сварочного трансформатора, возбуждают в ней импульсы тока с постепенным нарастанием его амплитуды (но экспоненциальному закону) и по достижении макси­мума — спадом тока (рис. 27, г). Длительность импульса fcn огра­ничена для каждой ступени трансформатора, так как при ее чрез­мерном увеличении первичный ток начинает резко возрастать, а вто­ричный ток при этом падает вследствие снижения коэффициента связи между обмотками трансформатора.

Для каждой ступени трансформатора с вторичным напряже­нием U2 произведение U2tcв = Фм + Ф0 постоянно. Его магнитные потоки — предельный Фы и остаточный Ф0 — определяются разме­рами и материалом сердечника трансформатора.

Часть энергии накапливается в магнитном поле машины, поэтому при выключении тока он снижается до нуля постепенно. Шунти­рующий игнитрон ШИ, включаемый после изменения полярности напряжения иа первичной обмотке, предотвращает возникновение переходных процессов между сварочным трансформатором и выпря­мителем. Сила сварочного тока при этом быстрее снижается до нуля.

Частота тока зависит от параметров режима и может быть под­считана по формуле (рис. 27, г)

/= 1/Г = 1/[2(/св + /„)].

При уменьшении частоты тока во вторичном контуре существенно снижается индук­тивное сопротивление машины, в меньшей степени снижаются активнее сопротивление и мощ­ность машины.

Преимущества машин: рав­номерная загрузка фаз сети; высокий коэффициент мощно­сти, снижение установленной мощности (относительно одно­фазных машин); благоприят­ная форма импульса тока.

К недостаткам машин относят: большие размеры и массу сварочного трансформатора, сложную схему выпрямителя, недостаточную на­дежность машин, ограниченное время включения выпрямителя (не более 0,5 с), невозможность быстро менять форму импульса тока, что препятствует созданию аппаратуры автоматического управления по стабилизации силы тока.

В настоящее время машины этого типа не выпускаются отече­ственной промышленностью из-за их недостатков, хотя большое их число эксплуатируется в промышленности.

В последнее время возобновили разработку машин этого типа, но с силовыми выпрямителями па тиристорах. Надежность оборудования значительно повысилась, и достигнута существен­ная экономия меди по сравнению с машинами постоянного тока.

Трехфазные машины постоянного тока (с выпрямлением тока во вторичном контуре). В машинах этого типа трехфазный сварочный трансформатор, подсоединенный к сети переменного тока (рис. 28, о), имеет соединение первичных обмоток по схеме «треугольник», а вто­ричный по схеме «звезда» (рис. 28, б). В схемы обмоюк включены вентили. Последовательно с первичными обмотками включены управ­ляемые вентили (тиристоры), позволяющие плавно регулировать ток путем изменения их момента включения. Нагрузочные сопротивле­ния, включенные параллельно первичным обмоткам, улучшают работу вентилей. Последовательно со вторичными обмотками вклю­чены неуправляемые кремниевые вентили (диоды), позволяющие • :ропускагь импульсный ток 5—6 кА при прямом падении напря­жения 1,6—2 В и обратном 50 В.

Несмотря па униполярные протекания токов в первичных об­мотках, магнитные потоки в стержнях тре^фазпой магнитной си­стемы не имеют постоянных составляющих, так как алгебраическая 1'Умма магнитных потоков в трехстержиевой магнитной системе равна нулю и остаточного намагничивания не наблюдается. Источ­ник при этом работает нормально при любой продолжительности импульса. В зависимости от длительности паузы, а также угла вклю­чения тиристоров, включенных в первичную обмотку сварочного

трансформатора, импульсы тока будут иметь одну полярность и различную форму (рис. -28, в).

При включении выпрямителя значение вшрнчного (сварочного) тока

L = ((У,//?.,) (I — е"т),

где т — эквивалентная постоянная времени, т = L2IR., U2 — вы­прямленное вторичное напряжение; R.,, L., — активное сопротив­ление и индуктивность вторичной непи машины. Нарастание тока продолжается 0,12—0,14 с.

При выключении выпрямителя спад тока идет по экспоненте, форма которой также определяется значением т.

Преимущества машины постоянного тока: равномерная загрузка фаз сети; более высокий коэффициент мощности (по сравнению с однофазными машинами); благоприятная форма импульса юка с широкими возможностями регулирования; отсутствие влия­ния на сварочный ток ферромагнитных масс свариваемых детален.

Оборудование этого типа используюі для точечно"!, рельефной, шовной н стыковой сварки.

Конденсаторные машины. Энергия в этих машинах накапли­вается в батареи конденсаторов С (рис. 29), которая заряжается от сети через выпрямитель В и зарядное сопротивление R,„ а затем разряжается через первичную обмотку сварочного трансформа­тора СТ. При переключении контактора К наступает кратковре­менный импульс разряда, который возбуждает магнитный поток в Сердечнике и во вторичной об лотке проходит импульс сварочного тока.

Энергия (Дж), накапливаемая в конденсаторе:

Wc = CUil 2,

где Uc — напряжение заряда конденсаторов; С — емкость конден­саторов.

Время заряда конденсатора fa более длительное, чем время его разрядки tp. Соотношение tjtv находится в пределах (3—10) : 1. Это существенно не снижает производительность, так как зарядка происходит во время паузы.

В первый Момент ток заряда /З. н определяется сопротивле­нием R3:

h. и = U/R3,

так как напряжение на конденсаторе Uc = 0. Затем ток заряда определяется экспоненциальным законом, н в любой момент вре­мени / будет i'8=/s „е-'^3^. Полное время заряда конденсатора /, = 3 Я3С.

В зависимости от соотношения параметров_цепи разряд может быть апериодическим (рис. 30). если R > L/C, или колебатель­ным, затухающим при R < 2 У"L/C, где R и L—эквивалентные пара­метры сварочной машины, приведенные к первичной цени машины.

При колебательном разряде для нагрева используется лишь пер­вый полупериод Т, в течение которого отдается основная часіь на­копленной энергии.

Величину и форму импульса регулируют изменением зарядного напряжения Ur, коэффициента трансформации и емкости батареи кондснсаюров С. Из технологических соображений иногда регули­руют передний фронт импульса, делая его более плавным. Требуемую форму кривой тока в сварочной цепи получают путем включения в разрядную цепь дополнительной реактивной катушки с железным сердечником, имеющим небольшой зазор. Вначале, пока сердечник реактивной катушки не насыщен, скорость нарастания тока не­велика. После насыщения сердечника реактивная катушка мало влияет на переходный процесс. Аожно также включить несколько конденсаторов, имеющих разную емкость и зарядное напряжение. Подключая их с определенным интервалом друг за другом, можно получить требуемую форму импульса тока.

Зарядные цени мощных машин имеют трехфазное питание. Ком­мутация в разрядных цепях происходит с использованием электро­магнитного контактора (маломощные машины), однополупериодного вентиля и др.

Преимущества конденсаторных машин: равномерное потребление энергии из сети, высокий коэффициент мощности, возможность полу­чения кратковременного импульса. К недостаткам огносяг: относи­тельно крутой передний фронт нарастания сварочного импульса; невозможность изменения силы тока в процессе сварки (при авто­матическом управлении); громоздкость батареи конденсаторов в мощ­ных машинах.

Конденсаторные машины применяются широко для точечной н рельефной сварки деталей из черных и цветных металлов небольшой толщины (до 0,7 мм) и точечной сварки деталей из алюминиевых сплавов толщиной до 2,5 мм в машинах с большим вылетом.

Есть н другие способы накопления энергии: в электромагнитном поле сварочного трансформатора, в маховике мотор-генератора, питающего сварочный трансформатор, н в аккумуляторах. Однако вследствие сложности этих устройств, отсутствия надежных быстро­действующих контакторов и ряда других причин машины с такими источниками питання не применяют.