Вторичный контур включает в себя активное R и индуктивное У сопротивления. Знание этих параметров позволяет рассчитать тли подобрать сварочный трансформатор. Определение Ли А"про­изводится только после уточнения геометрических размеров вто­ричного контура, сообразуясь с габаритами детали, предназна­чен нюй для сварки в этом контуре, и выбора сечения всех его элементов по заданному длительному вторичному номинальному Т|ОК7 и способу их охлаждения (допустимой плотности тока).

Но вторичной контуре контактных машин теряется до 40 % ус - ановочной мощности. Для уменьшения этих потерь расчет конту­ра проводится с учетом следующих требований:

контур должен иметь минимальные вылет / и раствор А; ішощадь, охватываемая вторичным контуром, должна быть Миг имальна;

число элементов, составляющих вторичный контур, должно Зыть минималь то;

перегрев элементов вторичного контура не должен превышать

40 °С;

с иловые элементы, передающие усилие сжатия, должны обес - явать жесткость не более 1 мм на каждый килоньютон усилия гия;

( ьістроизнаїтиваемые электроды должны быть легкосменяе - и;

Колодки-электроды стыковых машин и токоведущие шины кны быть з< щишены от брызг расплавленного металла; і ЛЯ подвижи ых контактов шовных машин должны быть преду - грены устро яства для смазывания электропроводным составом; дечение всех элементов вторичного контура должно рассчиты - ся из услоіий продолжительности включения и допустимой гности тока (способа охлаждения).

При проектировании стремятся уменьшить не только длину ентов коні ура, их число, но и площадь, охватываемую кон - м, и число ючленений (рис. 5.15, 6). Сечения всех элементов ра, систел іа охлаждения, площадь сочленения друг с другом |кны быть ті ікими, чтобы при протекании номинального дли - ного втори1 [ного тока Іівл. п температура элементов контура не превышала 80 2.

Рис. 5.15. Примеры сложного (а) и простого (6) решения конструкции вторичных контуров: I — гибкие переходники; 2 — вторичный виток; 3 — медная колодка; 4 — жест­кий токоподвод; 5 — свеча; 6 — электроды

Расчет сварочного вторичного контура состоит в следующем.

1. Определяют исходные данные, к которым относятся расчет­ный сварочный ток, включая ожидаемые токи шунтирования; за­данное значение ПВМ (продолжительность включения машины); габаритные размеры и толщина свариваемых деталей; схема под­вода тока к свариваемым деталям (двухсторонняя, односторонняя или другая); способ охлаждения элементов вторичного контура (воздушный, водяной или смешанный); материал и форма эле­ментов вторичного контура; значения приведенных активного и индуктивного сопротивлений подобранного или виртуального трансформатора.

2. Конструктивно вычерчивают в масштабе схему сварочного вторичного контура, включая свариваемую деталь и все его эле­менты, а также вторичный виток, максимально приближая его к размерам детали, которая в этом случае полностью вводится в контур так, как необходимо ио условиям сварки (рис. 5.16).

3. По габаритам сварочного контура (простым замером по схеме) определяют / и А — условные стороны прямоугольника, вписан­ного в площадь, охватывающую вторичный контур (отрезок / пер­пендикулярен окну магнитопровода, отрезок Л — параллелен ему).

4. Определяют диаметр dT, мм, и dn, мм, силового жесткого элемента контура из условий допустимых плотностей токовых на­грузок и его механической прочности на изгиб. По ГОСТ 297—80 прогиб сварочных консолей в среднем не должен превышать 1 мм, допустимая плотность тока для медных массивных неохлаждаемых водой элементов вторичного контура принимается равной 3 А/мм2.

)тсюда

f — плотность тока, А/мм2; /ев. р — заданный расчетный сва - тый ток, А; Р„ ~ усилие привода сжатия, Н; Е — модуль пр| зольной упругости материала вторичного контура, для меди (1,1... 1,3) ■ 10s МПа;/п — допустимый прогиб элементов вто - юго контура, мм; /п — неподкрепленный вылет электродов, мм. Уточняют диаметр, мм, полученный по токовой нагрузке с учигом поверхностного эффекта:

1-2.

)кончательно выбирают максимально возможный для данной струкции диаметр жесткого силового элемента вторичного гура.

:сли вторичный контур не испытывает усилий на прогиб, на - мер при одностороннем подходе или стыковой сварке, расче - ia dn не проводят.

6.

Рассчитывают сечения основных элементов сварочного вто­ричного контура (£ = І, ..., п, где п — общее число сечений)

где ПВ — принятая при проектировании продолжительность вклю­чения (например, 20 %); j — допустимая плотность тока, А/мм2, для данного сечения 3 ...30 А/мм2.

7.

Определяют активное сопротивление, Ом, сварочного вто­ричного контура, включая вторичный виток сварочного транс­форматора:

где р — удельное электрическое сопротивление материала витков, Ом-м; /|, 12, ..., /„ — длина элементов вторичного контура, вклю­чая длину вторичного витка трансформатора, м; F, F2, ..., Fn — площадь сечения элементов, м2.

8. Определяют индуктивное сопротивление, Ом, сварочного вто­ричного контура, включая вторичный виток сварочного транс­форматора:

Х2 = 2 nfl = 2л//Т4Л,

где /— частота тока, Гц; L — индуктивность, Гн; /— вылет элек­тродов, м; h — раствор электродов, м.

Для простоты расчетов вылет и раствор электродов принима­ются как условные стороны прямоугольника, вписанного в пло­щадь, охватывающую вторичный контур.

9.

Рассчитывают полное сопротивление, Ом, сварочного вто­ричного контура

где Лэ_э = Яя + RK + 27?э_д — сопротивление деталей, зажатых меж­ду электродами; Rs — среднее сопротивление материала деталей в процессе сварки; Лд = p(2s/d~)[ RK — контактное сопротивление между деталями; RK = К/Рся (для стали К = 5 ■ 10"3 Ом-Н, для алюминия К = 10~3 Ом ■ Н), при стыковой сварке оплавлением принимают RK = 1 500 • 10~6 Ом; R3^ — сопротивление в контакте электрод—деталь, Дэ_д «0,5/їк; R2 — активное сопротивление вто­ричного контура; R” — активное сопротивление первичной об­мотки трансформатора (выбранного или виртуального), приве­денное ко вторичной обмотке (/ї]"= R(w2/w{f « 20...30 мкОм); Х2 — индуктивное сопротивление вторичного контура; w2, W] — число

ЇЙТКОВ вторичной и первичной обмоток; XI' — индуктивное со - ротивление первичной обмотки трансформатора, приведенное со вторичной (X," - Xiiwj/w^)1 ~ 20,,,30 мкОм при одном вторич - чдм витке и 40...50 мкОм при двух вторичных витках).

10. Определяют вторичное напряжение, В, трансформатора

К =

11. Опред|еляют потребную мощность, кВ-А, трансформатора

Р2 = u2l

полученными конечными результатами по вторично - йию и потребной мощности для обеспечения контакт - і анньїх деталей на данном (рассчитанном) вторичном 5.3) ать по методике З. А.Рыськовой [7].

ияние полного сопротивления сварочного о контура на тепловыделение при контактной потребляемую мощность контактных машин

л параметр (/СЕ = то при увеличении свароч-

авления ток сварки уменьшится, что хорошо видно ах характеристик контактных машин /св = /(Д. и) (см. так как ток в законе Джоуля—Ленца имеет квадра - симость, то увеличение Лев сложным образом отра­

у^ет из преобразованного выражения закона Джоу - 2 = Д. в( (7/ZCH)2ти, тепловыделение зависит от соот - и ZCh, т. е. от энергетических характеристик контак - ы.

Анализ фивых, представленных на рис. 5.17, позволяет сде - гііть нескол >ко выводов о характере тепловыделения (величины и стабильно сти) при контактной сварке деталей на одном и том же режиме, но на разных сварочных машинах, отличающихся друг от друга только величиной ZM

С ростом полного сопротивления сварочного вторичного кон­тора от 50 д) 500 мкОм тепловыделение в зоне сварки уменыпа - ег'ся по мер: падения ifcli в 5 раз. Недостаток теплоты компенси­руется увелі ічением мощности машины или увеличением време­на сварки.

Сварка н і контактных машинах с малым сопротивлением сва­рочного ко! тура (менее 50 мкОм) сопровождается интенсивным

Рис. 5.17. Влияние полного сопротивления (Z[ — ZA) сварочного вторич­ного контура на тепловыделение Q при контактной сварке: — сварочное сопротивление; s — толшина деталей

тепловыделением В Процессе увеличения ядра ТОЧКИ. При Д.„ = Zmax тепловыделение достигает максимума, а затем при R<.B < Zm3X — уменьшается (по достижении требуемого размера ядра). Таким образом, сварка на контактных машинах с малым сопротивлени­ем сварочного вторичного контура сопровождается нестационар­ным нагревом и нестабильным качеством соединения. Уменьшить этот недостаток можно надежным сжатием зачищенных деталей, обеспечивающим поддержание Д. в на минимальном уровне, либо поддерживанием высокого уровня ЛсВ за счет уменьшения сжатия деталей и коротко импульсного вложения энергии.

При сварке на машинах с большим сопротивлением сварочно­го вторичного контура (более 500 мкОм) колебания Д. в в процес­се всей сварки практически не влияют на стабильность тепловы­деления.

Нагрев остается стабильным, что характерно для сварки на под­весных контактных машинах. Изготовленные на них соединения обладают надежной прочностью.

Роль вторичного контура состоит не только в обеспечении стабиль­ности качества сварки. Размеры контура, площадь, охватываемая им, существенно влияют и на потребляемую мощность машины (рис. 5.18). Так, например, для точечной сварки деталей из стали 10 толщиной 1 + 1 мм (Д. в = 100 мкОм) при оптимальном токе сварки /св = 8 000 А достаточно активной сварочной мощности NC1S = /2ВДСВ = - 8 ООО2 • 100 • 10-6 = 6,4 кВт. Для сварки этих деталей при длине вторич­ного контура, равной 0,1 м, и его активном и индуктивном сопротив­лении соответственно R2 ~ 20мкОм, Х2~ 40 мкОм с использованием трансформатора типа К-8.02-3 (RT = 12 мкОм, Хт = 20 мкОм), при

Рис. 5,19. Сварочный трансформатор броневого типа: 1 — секция вторичного витка; 2 — дисковая первичная обмотка; 3 — колодка; 4 — магнитопровод; 5 — трубка для водяного охлаждения

1512 (Э42) или холоднокатаная рулонная сталь 3412 (Э320) и 3414 (ЭЗЗОА), где в скобках дано прежнее обозначение стали. Каждая пластина или лента покрыта с обеих сторон термостойким лаком или фосфатирована. Пакеты магнитопровода прочно стянуты между собой для обеспечения плотности соединения пластин магнито­провода в пределах 0,92...0,95 (рис. 5.20, а).

Рис. 5.20. Элементы сварочного трансформатора: а — магнитопровод; 6 — дисковая обмотка; е — вторичный виток, расчлененный на три секции; / — изоляция первичных обмоток; 2 — отпайка; 3 — витки первичной обмотки; 4 — штуцер для подачи охлаждающей воды; 5 — первая секция; 6 — трубка; 7 — колодка; F — сечение центрального стержня магнито­провода

виде дисковых катушек изготавливают ;вого провода прямоугольного сечения ют выводы (отпайки), которые подсое - ітупеней (рис. 5.20, б). Вторичные витки дного сплава с залитой внутрь медной (рис, 5.21) или листовой меди в сварном

один, его разбивают на секции, па­ут с другом. Между водоохлаждаемыми а размешают диски первичной обмот - в контакте от них путем теплоотдачи

ных машинах со сравнительно неболь - ааторы отличаются мощностью и вто - :ие трансформаторы имеют сравнитель - напряжение, так как их вторичный кон - :ены они близко к сварочным пистоле - фбенность — неразборная конструкция, но, имеет два вторичных витка и, еле - соединенных с двумя парами свароч - готовлены из листовой меди, к которой гм медная трубка охлаждения. Первич-

Я

Я

5

Ю

Я

Н

ная обмэтка дискового типа (см. рис. 5.20, б) изготовлена из мод­ной ленты. Трансформатор имеет только две дисковые катунпги, расположенные между вторичными витками. Если для трансфор­матора установлена допустимая температура нагрева до 65 “С, то достаточно эмалевой изоляции. При повышении температуры на­грева до 95 °С обмотку изготавливают из оголенного провода ЛММ с изоляцией между витками из стеклолакоткани АСК-0,12.

Завод «Электрик» также выпускает сварочные трансформато­ры нерїізборной конструкции с обмотками, представляющими собой единый моноблок, с броневым сердечником, набранням из П~образных штампованных пластин для многотрансформатор­ных многоточечных машин.

До 1990-х гг. трансформаторы разрабатывались применительно к конкр етной контактной машине (к ее вторичному сварочнс му контуру ) и являлис ь ее узлом. Но начиная с 1990-х гг. заводы «Элек­трик» (Санкт-Петербург), «ПЗТЭСО» (г. Псков), «Укрэлектроап - парат» (г. Хмельницкий) начали выпуск стандартизованных транс­форматоров как отдельного комплектующего изделия. Техниче­ские характерне™ си трансформаторов приведены в табл. 5.1. Пред - ставлен гые трансборматоры при соответствующем согласовании с сварочн ым вторич: шм контуром могут быть использованы при про­ектировании или доработке любой контактной машины. Это стало врзможзшм, так как предлагаемый ряд трансформаторов рассчи­тан и подобран на широкий диапазон мощностей (20... 180 кВ-А при ПВ „ = 50 %) и нагрузок сварочного контура (100... 1200 мкОм) при обеспечении минимального холостого хода самих трансфор­матора (10%).

Рассмотрим трансформаторы типовой конструкции для кон­тактной сварки. В се сварочные трансформаторы контактных ма­шин — двухобмоточные. Основные конструктивные элементы трансформатора •- магнитопровод, первичная и вторичная об­мотки. Вспомогательными элементами конструкции являются кре­пежные, стяжные и установочные детали, контактные плиты вто­ричного витка, выводы и отводы от катушек первичной обмотки.

Трансформато]), представленный на рис. 5.22, состоит из маг - нитопровода броневого типа. Вторичная одновитковая обмотка раз­бита на отдельные секции, вырезанные из толстолистовой э; ект - ротехнг ческой меди марки Ml толщиной 10 мм. Секции соедине­ны между собой параллельно путем приваривания к контактным плитам. Вторичный виток охлаждается водой, проходящей по труб­кам, припаянным по наружному периметру каждой секции. Ка­тушки первичной обмотки — дисковые, изготовлены из изолиро­ванного обмоточного провода марки ПСД прямоугольного сече­ния 3 х 10 мм. Me аду собой катушки соединены медными і ;ере- мычках и. Катушк и охлаждаются путем теплоотдачи секциям вто­ричного витка. Соединение катушек с переключателем ступеней

Рис, 5.22. Типовой трансформатор для мощных машин

производится с помощью отводов из гибкого медного провода с прорезиненной изоляцией с напаянными на оба конца наконеч­никами.

Магнитопровод трансформатора набран из пластин электро­технической холоднокатаной стали марки 3413 толщиной 0,5 мм. Катушки первичной обмотки вместе с секциями вторичного вит­ка залиты в единый моноблок эпоксидным компаундом. Моно­блок расположен на среднем стержне магнитопровода. Вся сборка надежно стянута рамками.

Обмотки мощных трансформаторов, имеющих большие габа­ритные размеры и массу (более 500 кг), и обмотки трансформато­ров, предназначенных для работы в условиях Севера, не залива­ются эпоксидным компаундом. В этом случае оіраничиваются изо­ляцией, состоящей из двух слоев. Внутренний слой изоляции вы­полняется из стеклоэскапоновой лакоткани ЛСЭ-0,17 и обеспе­чивает влагостойкость и термостойкость провода катушки. Наруж­ный слой изоляции из стеклянной ленты, предварительно про­питанной изоляционным лаком МЛ-92, обеспечивает механичес­кую прочность катушки. Дополнительно к этому все катушки вме­сте с наружной изоляцией пропитывают изоляционным лаком МЛ-92 и покрывают эмалью ГФ-92ГС. Секции вторичного витка по всей поверхности покрывают лаком ПФ-223. Рассмотренный тип трансформатора широко используется в большинстве одно­фазных универсальных и специализированных контактных машин.

На рис. 5.23 представлена конструкция трансформатора для многоточечных контактных машин типа ТК-301, -302, -401 (см. табл. 5.1). Такие трансформаторы разработаны в соответствии с требованиями международных стандартов качества серии ИСО 9000 и по показателям технического уровня соответствуют высшей кате­гории качества.

Трансформатор броневого типа; магнитопровод 2 набран из отдельных витых разрезных О-образных пакетов, изготовленных из холоднокатаной ленточной стали с термостойким покрытием ЭТ марки 3414 толщиной 0,35 мм и магнитной индукцией 1,8 Тл. Размеры окна магнитопровода 2 53 х 113 мм, ширина ленты 113 мм, толщина намотки 31 мм, суммарное сечение центрального стерж­ня 7 000 мм2, обмотки дисковые чередующиеся, залитые эпок­сидным компаундом 3. Изоляция обмоток и компаунда класса F. Катушки первичной обмотки 1 изготовлены из оголенного про­вода ЛММ с изоляцией между отдельными витками из стеклола - коткани АСК-0,12.

Переключатель напряжения четырехступенчатый. Вторичная об­мотка состоит из отдельных витков 4. Вторичные витки могут быть соединены параллельно или последовательно. Витки вторичной обмотки выполнены из медной трубки М1М диаметром 32 мм с толщиной стенки 5 мм. Труба сплющена до осевого размера 17 мм

Рис. 5.23. Типовой трансформатор для многоточечных машин: / — первичные обмотки; 2 — магнитопровод; 3 — эпоксидный компаунд; 4 — трубчатые секции вторичной обмотки

и радиального 39 мм. Между вторичными витками и дисками пер­вичной обмотки проложены изоляционные стеклотекстолитовые шайбы. Вторичные витки охлаждаются водой. Моноблок обмоток размещается на среднем стержне половинок магнитопровода, и после сочленения обеих половинок витого магнитопровода про­изводится стягивание половинок между двумя литыми силумино- выми рамами посредством стяжных шпилек и болтов. Выбранные обмоточные и изоляционные материалы в сочетании с интенсив­ным водяным охлаждением и удачной конструкцией магнитопро­вода позволили повысить плотность тока в обмотках до 10 А/мм2 и, следовательно, снизить их объем и массу в 1,5—2 раза и выве­сти эти трансформаторы на уровень мировых образцов.

Требования к схемам первичной обмотки. Несмотря на то, что почти все современные контактные машины снабжены регулято­рами контактной сварки с фазовращателем, способ регулирова­ния сварочного тока путем ступенчатого изменения коэффициента трансформации (или вторичного напряжения) является основным. При этом способе первичная обмотка секционируется таким об­разом, чтобы на каждой ступени в сеть включалось разное число

Ступень	Положение ножей	Wi	Vi
1	2
I		1	122	3,0
II		2	ПО	Ч
III	1	3	100	3,6
IV		4	91	4
V		1	76	4,8
VI		2	64	5,7
VII		3	54	Ч
VIII		4	45	и

й о	Положение ножей		Щ
£	переключателя	»1
.и	1	2	3	4
I	2				172	2,2
II	1	Z	2		164	2,3
III	2	1		156	2,4
IV	1		1	148	2,6
V	2	2		140	2,7
VI	]	1		132	2,9
VII	2	1		124	1Т
VIII	1			116	3,3
IX	2	2			112	3,4
X	1	2		104	3,6
XI	2	1		96	4,0
XII	1			88	4,3
XIII	2			А	80	4,8
XIV	1		1		72
XV	2	1		64	ТЕГ
XVI	1			56	5,8

Рис. 5.24. Примеры секционирования первичных обмоток трансформатора:

а — с подключением отдельных секций; 6 — смешанная схема; 1— 4 — положе-
ния ножей; I —XVI — ступени трансформатора; X — начало обмотки; цифры в
кружочках — число витков в обмотке

витков w5. Правильный выбор схемы секционирования первичной обмотки является трудной и важной частью расчета конструиро­вания трансформатора. Типовые схемы секционирования представ­лены на рис. 5.24. Секционирование по схеме рис. 5.24, а отличает­ся предельной простотой и возможностью обеспечения высокого соотношения нарастания вторичного напряжения от первой ступени к последней приблизительно 2,8. Недостаток схемы зак­лючается в том, что ее использование приводит к нерациональ­ному расходу меди на исполнительные витки обмоток трансфор­матора, отключаемые на высших ступенях. Схема, представлен­ная на рис. 5.24, 6, относится к более совершенной, смешанной схеме секционирования, у которой в дополнение к секциям с параллельно-последовательным подключением их отдельных час­тей в схему вводятся дополнительные витки, которые включают­ся на низших ступенях и отключаются на высших.

Схема первичной обмотки сварочного трансформатора не долж­на допускать, чтобы на любой ступени регулирования напряжение на концах обмотки превышало номинальное напряжение более чем на 50% (условие техники безопасности).

Требования к переключателям ступеней. Для удобства пользова­ния схемой в производственных условиях соответствующие кон­цы секционирования первичной обмотки подводятся к зажимам переключателей ступеней, с помощью которых включается в сеть то или иное число витков первичной обмотки. Конструкция пере­ключателей зависит прежде всего от схемы обмотки, а сечение токоведущих частей — и от мощности трансформатора. В зависи­мости от того, каким образом осуществляется контакт при вклю­чении отдельных секций первичной обмотки, переключатели под­разделяются на пластинчатые, барабанные и ножевые.

Регулирование сварочного тока фазной отсечкой. Регулирование сварочного тока только ручным ступенчатым изменением вторич­ного напряжения имеет единственное достоинство — способность сохранять неизменным cosq> контактной машины на любой ступе­ни. В то же время такой способ регулирования тока усложняет как конструкцию трансформатора, так и его подсоединение к пере­ключателю ступеней. Поэтому в практике широко применяют ком­бинированное регулирование сварочного тока (ступенчатое и плав­ное) за счет фазной отсечки сетевого напряжения. Рассмотрим принцип работы фазорегулятора. На рис. 5.25 приведены диаграм­мы токов і, iy, /с и напряжения и. Так как контактная машина — источник энергии с активно-индуктивной нагрузкой, установив­шийся ток iy отстает от напряжения по фазе на угол <р. Угол а (угол отсечки) — это момент включения (отпирания) тиристора. Син­хронное включение тока происходит при постоянном значении угла а. При произвольном а включение называют асинхронным. При а = ф происходит полнофазное включение, сварочный ток
принимает свое установившееся значение /у; это идеальный іі:, при котором отсутствуют переходные процессы (включе­ній іу = 0).

сраз; f случ ниє П ток устаї ние приб фазі Г никаї ный рями1 венгр МО конТ; равд печф кон BpeMt блою

л включении машины в момент, когда а > ф (рис. 5.25, а) т каждой полуволне становится равным разности значений ловившегося іу и свободного іс. При этом действующее значе - ге ка і уменьшается по мере увеличения угла отсечки а. Такой м изменения тока называется регулированием сварочного тока о і отсечкой.

л включении тока в момент, когда а < <р (рис. 5.25, б), воз - е г всплеск тока и наблюдается полуволновый эффект. Вентиль - контактор начинает работать как однопол упериодный вып - ель; это наиболее тяжелый случай асимметричной работы іьного контактора, и он недопустим. Такое включение воз - <> либо при работе механического или электромагнитного акторов, либо при неправильной установке импульсов уп - ения вентильного контактора. Для его предотвращения и обес - ия синхронного включения вентилей во время настройки ктора устанавливают минимальный угол а = ср + 5° и одно - енно увеличивают длительность управляющих импульсов в :е управления.

Фазное регулирование сварочного тока в пределах от полно­фазного до 50 % его значения осуществляется тумблером «Нагрев» регулятора цикла сварки. На практике фазная отсечка исполыует - ся только для плавной подстройки режима в пределах одной сту­пени. Недостатком этого способа регулирования сварочного тока является ухудшение коэффициента мощности cos(p контактной ма­шины.