В составе каждой КМ, как и любой другой машины) контактной сварки, выделяют три основные части: си­ловую электрическую, механическую и аппаратуру управ*- ления.

Механические части КМ — корпуса, приводы сжатия электродов, пневматические устройства, системы охлажде­ния и т. д. — не отличаются принципиально от таких же - частей контактных машин других видов. Следует лишь от­метить, что в КМ применяются, как правило, приводы сжатия электродов с высокими динамическими качествами, обеспечивающие высокую подвижность электрода, что - обусловлено кратковременностью процесса фqpмиpoвaния. сварного соединения при сварке на КМ.

Аппаратура управления КМ отличается от аппаратуры: других контактных машин наличием системы управления - зарядным выпрямителем, обеспечивающей регулирование, стабилизацию и контроль рабочего напряжения на конден­саторах. Остальные цепи управления КМ аналогичны це­пям других контактных машин, причем регуляторы цикла в обычных КМ относятся к простейшим, так как не содер-

а

экат цепей управления сварочным током. В КМ задается лишь время операции «сварка», а значение, длительность и форма импульса сварочного тока определяются настрой­кой силовой электрической части машины. Исключением являются КМ с преобразованием разрядного тока, в кото­рых применяются системы управления током. КМ такого рода появились в последние годы и представлены пока только опытными образцами

Силовые электрические части КМ отличаются большим разнообразием как схемных, так и конструктивных реше­ний. Однако большинство узлов, входящих в состав каж­дой из них, являются общими. Рассмотрим для примера структурную схему мощной КМ с батареей электролитиче­ских конденсаторов (рис. 1.2). Одним из основных элемен­тов силовой электрической части КМ является батарея конденсаторов 10. Остальные элементы силовой части образуют зарядную и разрядную цепи КМ, предназначен­ные соответственно для передачи энергии из электросети в /батарею конденсаторов и от нее — в зону сварки. Бата­рея конденсаторов 10 состоит, как правило, из нескольких секций различной емкости, что позволяет ступенями регу­лировать емкость батареи. В зависимости от требуемой емкости число и сочетание включенных секций изменяют переключателем ступеней емкости 11. При этом отключен­ные секции шунтируются резистором 12 для предотвраще­ния возникновения напряжения на отключенных после разряда электролитических конденсаторах. Батареи кон­денсаторов сравнительно небольших размеров размеща­ются в корпусах станций управления или машин, батареи

мощных КМ— в отдельных конденсаторных шкафах. Конденсаторы батареи изолированы от корпуса шкафа в случае непосредственного подключения зарядного выпря­мителя к электросети и не изолированы от корпуса, если в КМ имеется зарядный трансформатор.

В состав зарядной цепи КМ входят: зарядный выпря­митель 9, токоограничительные резисторы 8 и включающие устройства 7. Во многих КМ применяются управляемые зарядные выпрямители, собранные по однофазной мосто­вой схеме с двумя диодами и двумя управляемыми венти­лями. В некоторых КМ малой мощности мостовой выпря­митель собран полностью на диодах и управление зарядом конденсаторов осуществляется с помощью управляемого вентиля, включенного в цепь выпрямленного тока. В наи­более мощных КМ используются схемы трехфазного вы­прямления тока, чаще всего однопол упериодного,. с тремя управляемыми вентилями. При относительно низких рабо­чих напряжениях, как в КМ с электролитическими кон­денсаторами на номинальное напряжение 400 В,, зарядные выпрямители могут подключаться непосредственно к элек­тросети напряжением 380 В. При повышенных напряжени­ях на батареях (500 В и более) и сетевых напряжениях менее 380 В выпрямители подключаются к сети через по­вышающие зарядные трансформаторы. Применение по­следних необходимо также в тех случаях, когда машина1 рассчитана на подключение к электросетям с различными - напряжениями или требуется повысить выпрямленное на­пряжение для ускорения заряда конденсаторов с целью» увеличения темпа работы КМ.

Ограничивающие зарядный ток резисторы 8 включа­ются в каждую фазу со стороны переменного тока выпря­мителя или в цепь выпрямленного тока. Первый вариант является более предпочтительным, так как здесь резисто­ры служат также для ограничения токов короткого замы­кания в случае пробоя фазы на корпус, или замыкания фаз между собой (например, в случае пробоя вентиля зарядного выпрямителя). Используется также вариант включения резисторов с обеих сторон выпрямителя 9, на­пример в КМ с шунтирующей цепью из последовательно соединенных диода и резистора, включенных параллельно первичной обмотке сварочного трансформатора. В этом слу­чае на конденсаторах после их разряда возникает обрат­ное напряжение, которое является прямым для зарядного» выпрямителя. При очередном включении последнего черег него происходит разряд конденсаторов. Резистор в цепи выпрямленного тока одновременно служит для ограниче -

иия этого разрядного тока и зарядного тока конденса­торов.

Применение резисторов в качестве токоограничитель­ных элементов ухудшает характеристики зарядного уст­ройства по сравнению с устройством, в котором использу­ются реактивные сопротивления: в первом случае более низкий КПД заряда, выше бросок тока в момент включе­ния выпрямителя и т. д. Однако при этом упрощается кон­струкция зарядного устройства и улучшаются условия ■фазового управления зарядным током, применяемого в современных системах автоматической стабилизации на­пряжения на конденсаторах.

Включающее устройство 7 содержит автоматический выключатель и электромагнитный пускатель, рассчитанные на мощность, потребляемую из электросети при заряде батареи конденсаторов. Первый служит для отключения КМ от сети при увеличении потребляемого тока выше нор­мы и при срабатывании некоторых блокировок. Второй позволяет отключать от сети только электрическую часть ■КМ, не отключая аппаратуру управления.

В состав разрядной цепи КМ входят: сварочный транс­форматор 19 с переключателем ступеней первичной обмот­ки 18, разрядный управляемый вентиль 14, шунтирующий. вентиль 15, переключатель полярности тока 16.

Сварочные трансформаторы КМ имеют шихтованные магнитопроводы броневого типа и дисковые первичную и вторичную обмотки (редко — цилиндрические). Секциони­рованная первичная обмотка выполнена из изолированно­го медного провода прямоугольного сечения и разделена па отдельные катушки — диски, чередующиеся с монолит­ными дисками вторичной обмотки. Последние вырезаны «а ще всего из толстых листов электротехнической меди и •соединены параллельно контактными колодками, образуя 'один виток. Вторичная обмотка охлаждается проточной водой, протекающей по клапанам внутри колодок и по трубкам, припаянным к дискам по внешним контурам. .Магнитопровод трансформатора набран вперехлест из пря­моугольных стальных пластин, и пакет магнитопровода плотно зажат между двумя массивными рамами, стянуты­ми проходящими через них и пакет шпильками. Пакет об­моток плотно зажат между изоляционными планками с помощью болтов, ввинчиваемых в полки рам

Сварочные трансформаторы КМ, не отличаясь от трансформаторов других машин контактной сварки по принципу устройства, имеют ряд конструктивных особен­ностей, обусловленных режимами их работы в КМ. Отно­сительно малые продолжительность включения тока и чис­ло циклов перемагничивания магнитопровода в КМ позво­ляют пренебречь потерями на вихревые токи и гистерезис и набирать магнитопровод из листов малоуглеродистой стали толщиной до 2 мм (вместо электротехнической стэли толщиной не более 0,5 мм).

Возможность уменьшения сравнительно дорогостоя­щей батареи конденсаторов за счет снижения активного сопротивления машины предопределяет увеличение, как правило, сечений обмоток трансформатора (и токоподво - дов сварочного контура) по сравнению с расчетными, вы­бранными по условиям допустимого нагрева. Наконец, осо­бенностью трансформаторов современных КМ можно счи­тать также малое число ступеней включения первичных обмоток: в специализированных КМ и машинах общего назначения последних выпусков оно, как правило, равно двум (последовательное и параллельное соединение поло­вин первичной обмотки). Это обусловлено тем, что в боль­шинстве случаев необходимое регулирование сварочного тока в КМ вполне обеспечивается изменением емкости и напряжения батареи конденсаторов при двух коэффициен­тах трансформации сварочного трансформатора.

В КМ применяются сварочные трансформаторы без за­зора и с воздушным зазором в магнитопроводе. Транс­форматор первого типа используется в КМ с двухполярны­ми импульсами тока, в которых изменение направления токов в обмотках трансформатора и, следовательно, пере- магничивание магнитопровода происходят в каждом цик­ле. Трансформаторы второго типа устанавливаются в КМ с однополярными импульсами тока. Воздушный зазор в магнитопроводе предотвращает магнитное насыщение последнего при отсутствии перемагничивания. Вследствие того что в этом случае значение допустимой индукции меньше, сечение магнитопровода на 30—40% больше се­чения магнитопровода без зазора (при прочих равных условиях). При этом возрастает также расход медных ма­териалов, так как увеличивается средняя длина витков обмоток. В результате размеры, масса и стоимость транс­форматора второго типа больше, чем первого. Наконец, в КМ с трансформатором второго типа возрастают потери запасаемой энергии вследствие относительного увеличения намагничивающей составляющей первичного (разрядного) тока, что требует запасания сравнительно большего коли­чества энергии. Однако применение трансформаторов с за­зорами в магнитопроводах оправдано в одном случае упро­щением схемы КМ, в другом — необходимостью обеспече­

ния постоянного направления импульсов сварочного тока при сварке некоторых пар разнородных материалов.

В качестве переключателей ступеней первичных обмо­ток 18 в КМ малой мощности применяются пакетные пе­реключатели, иногда — штепсельные, в более мощных КМ — чаще всего пластинчатые переключатели. Переклю­чение последних производится с помощью инструмента и требует большего времени, однако они выгодно отличают­ся простой конструкцией и высокой надежностью по срав­нению с переключателями других видов. Переключатель полярности тока 16 предназначен для изменения направле­ния токов в обмотках сварочного трансформатора 19. В КМ с двухполярными импульсами тока, в которых осу­ществляется в каждом цикле перемагничивание магнито - провода трансформатора 19, переключатель 16 состоит из двух электромеханических контакторов, работающих по очереди. В КМ с однополярными импульсами тока в каче­стве переключателя 16 применяется простейший механиче­ский переключатель пластинчатого типа. Он используется для изменения полярности импульсов сварочного тока на противоположную в тех случаях, когда эта полярность имеет значение при сварке и не может быть изменена за счет изменения положения свариваемых деталей относи­тельно электродов. При данной установке переключателя полярность импульсов сварочного тока остается неизмен­ной. В КМ с двухполярными импульсами тока, содержа­щей разрядный управляемый вентиль 14, переключатель 16 используется только для изменения направления токов, переключение же контакторов происходит в паузу между циклами. При отсутствии в КМ вентиля 14 контакторы переключателя 16 служат также для замыкания разрядной цепи батареи конденсаторов. При этом очередной контак­тор включается только на время разряда батареи, отклю­чаясь сразу после окончания операции «сварка». В этом случае первичную обмотку трансформатора 19 шунтируют резистором 17, чтобы предотвратить разрыв цепи обмотки после выключения контактора.

Вентиль 15 служит для шунтирования полуволны об­ратного напряжения, возникающей вследствие колебатель­ного характера процесса разряда батареи конденсаторов в КМ. Шунтирование предотвращает перезаряд конден­саторов, который нежелателен по двум причинам. Во-пер­вых, обратное напряжение может достигать значений, не­допустимых для электролитических конденсаторов, приме­няемых в мощных КМ. Во-вторых, заряд конденсаторов от отрицательного напряжения приводит к увеличению 14

зарядного тока и потребляемой мощности, к снижению КПД зарядного устройства. В результате возрастают по­тери энергии, увеличиваются стоимость и размеры элемен­тов зарядного устройства по сравнению с зарядом от ну­левого и тем более от положительного напряжения. Шунтирующий вентиль 15, предотвращая перезаряд кон­денсаторов, обеспечивает также замыкание цепи первич­ной обмотки сварочного трансформатора после отключения разрядного вентиля. При этом происходит замедление спа­да первичного и вторичного тока и может возникать искрение либо между контактами отключающихся под то­ком контакторов полярности, если отключение происходит до размыкания электродов, либо между размыкающимися электродами при замкнутых контактах контакторов поляр­ности. Первое сокращает срок службы контакторов, вто­рое может вызвать брак при сварке и повреждение элек­тродов. С целью сокращения спада первичного тока до нуля последовательно с шунтирующим вентилем включа­ют резистор. Сопротивление резистора выбирают таким образом, чтобы возникающий при этом перезаряд конден­саторов был ограниченным и обратное напряжение на них не превышало допустимого значения (100 В для электро­литических конденсаторов К50И-1, применяемых в мощ­ных КМ).

При отключении зарядного выпрямителя 9 от электро­сети, в том числе в результате срабатывания блокировок, батарея конденсаторов 10 разряжается на резистор 13. Цепь последнего замыкается в этот момент размыкающи­ми контактами пускателя, отключающего зарядный выпря­митель.

По функциональному назначению аппаратуру управле­ния КМ можно разделить на следующие системы и уст­ройства: пусковые и вспомогательные цепи 1, систему ре­гулирования и стабилизации напряжения на конденсато­рах 2, цепи управления разрядным вентилем и переклю­чателем полярности тока 3, регулятор цикла 4, цепи конт­роля, защиты и блокировки 5. Питание цепей управления осуществляется от источников питания 6 (рис. 1.2). Цепи 1 служат для задания вида цикла работы (наладка, свар­ка), включения устройств 7, первоначального запуска си­стемы 2 (или ручного управления ею), запуска регулято­ра 4. Система 2 предназначена для управления зарядным выпрямителем 9, обеспечивает регулирование напряжения на конденсаторах батареи 10 и автоматическое поддержа­ние заданного напряжения с необходимой точностью до момента іразряда. Цепи 3 обеспечивают включение разряд-

ного вентиля 14 и очередность срабатывания контакторов полярности 16, предотвращая одновременное включение последних. Регулятор 4 управляет работой КМ по циклу, определяя последовательность и длительность включения ее устройств, в том числе привода сжатия электродов 20. Цепи 5 контролируют взаимодействие важнейших уст­ройств КМ и состояние элементов защиты, обеспечивая нормальную работу машины по циклу и безопасность ее обслуживания, в частности контролируют окончание заря­да конденсаторов до заданного напряжения, зажатие сва­риваемых деталей между электродами, состояние блоки­ровок дверей и т. д.

Цикл работы КМ отличается от циклов других кон­тактных машин в основном наличием операций заряда и разряда конденсаторов. В большинстве КМ заряд конден­саторов осуществляется в течение времени операций «пау­за» и «сжатие», в некоторых КМ — в промежутке времени между операциями «сжатие» и «сварка» (см. § 1.3). Раз­ряд конденсаторов во всех КМ происходит в течение вре­мени «сварка». Однако в отличие от контактных машин, потребляющих мощность в процессе сварки, длительность операции «сварка» не определяет время сварки и всегда больше длительности импульса первичного (разрядного) тока. Длительность последнего, как и значение тока, зави­

сит только от установленных значений параметров раз­рядной цепи КМ (при прочих постоянных условиях).

При увеличении емкости накопительной батареи кон­денсаторов Сн (рис. 1.3) увеличиваются максимальное значение 1а, время нарастания Та и длительность им­пульса Тій первичного тока (здесь и далее при изменении одного из параметров разрядной цепи два других остают­ся неизменными). При увеличении напряжения Uс на ба­тарее конденсаторов пропорционально возрастает /іа и практически не изменяются Ти и Тін. При увеличении ко­эффициента трансформации сварочного трансформатора п уменьшается /іа и увеличиваются Ти и Тщ. Импульс вто­ричного (сварочного) тока подобен по форме импульсу первичного тока, имеет такое же время нарастания, и его значение изменяется пропорционально первичному току. Подобие импульсов тока нарушается при больших значе­ниях индукции В в магнитопроводе сварочного трансфор­матора, близких к максимально допустимому значению Вт и превышающих его, т. е. при состоянии магнитопрово - да, близком к насыщению.

Нормальная работа КМ по циклу обеспечивается с помощью различных блокировок. В КМ с автоматической стабилизацией С/с контролируется окончание заряда ба­тареи и разряд батареи (сварка) возможен только при заданном уровне Uc. Если заряд своевременно не закон­чился, то начало операции «сварка» автоматически задер­живается до момента достижения заданного Uc. Контроль максимального уровня Uc позволяет отключить зарядное устройство и разрядить батарею на шунтирующий рези­стор 13 (см. рис. 1.2) при неисправностях в цепях управ­ления, приводящих к потере управляемости зарядного устройства. Контроль работы контакторов переключателя 16 в КМ с двухполярными импульсами тока позволяет из­бежать одновременного срабатывания контакторов и ра­боты машины по циклу при включении только одного кон­тактора и, таким образом, предотвращает короткое замы­кание батареи конденсаторов и насыщение магнитопровода сварочного трансформатора. В большинстве КМ блокиру­ется включение зарядного устройства во время разряда батареи. Во многих КМ осуществляется контроль сжатия электродов, что делает невозможным, в частности, вклю­чение разряда батареи при разомкнутой вторичной обмот­ке сварочного трансформатора.