ВНЕШНЯЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, COS Φ И ПОЛЕЗНАЯ МОЩНОСТЬ МАШИНЫ

При сварке во вторичной цепи машины протекает ток

где Е₂ — э. д. с. вторичной обмотки сварочного трансформатора;

R — сопротивление свариваемых деталей с учетом сопротивления шунта (если имеет место шунтирование сварочного тока) и активной составляющей сопротивления, связанной с введением в контур машины магнитной стали;

R'_вн – активное сопротивление вторичной цепи сварочной машины, включая сопротивление вторичной обмотки трансформатора;

X_L — индуктивное сопротивление сварочной цепи, связанное с вве­дением в контур магнитного материала;

X'_L.вн. — индуктивное сопротивление сварочного контура, включая индуктивную составляющую сопротивления вторичной обмотки трансформатора.

Полное сопротивление сварочной цепи в простейшем случае (при чисто активном сопротивлении свариваемых деталей) может быть пред­ставлено графически, как показано на фиг. 147. По оси абсцисс в не­котором масштабе отложено активное сопротивление, а по оси ординат, в том же масштабе - реактивное.

При коротком замыкании для сварочной цепи

Во время сварки для этой же цепи

Как следует из фиг. 147, cosφ_k (при коротком замыкании, т. е. при R = 0), всегда меньше, чем во время сварки φ_k> φ.

Зависимость между напряжением на электродах (или роликах) контактной машины и протекающим при этом напряжении свароч­ным током называется внешней характе­ристикой контактной машины. Внешняя характеристика (фиг. 148, а) пересекает ось абсцисс в точке I_2k, соответствующей корот­кому замыканию сварочной цепи (сопроти­вление свариваемых деталей R = 0 и U₂ = 0), и ось ординат в точке U₂=U_2.0, соответ­ствующей холостому ходу, т. е.

I₂ =0 и R= бесконечность.

При одном и том же значении U_2.0 значения тока I_2k могут отличаться: чем больше величина тока короткого замыкания I_2k, тем относительно положе внешняя характеристика.

Площадь прямоугольника ОABC (фиг, 148, а) представляет в неко­тором масштабе мощность Р_св потребляемую для непосредственного нагрева свариваемых деталей. Действительно эта площадь равна произ­ведению I₂* U₂, где U₂ — падение напряжения между электродами при сварке. Если в силу каких-либо причин изменится сопротивление сва­риваемых деталей, следствием чего явится соответствующее изменение I₂ и U₂, то полезная мощность Рсв определится новым прямоугольни­ком ОА'В'С', площадь которого в общем случае будет отличаться от площади ОAВС. При крутопадающей внешней характеристике незначи­тельное смещение точки В (в В') не вызовет существенного изменения площади прямоугольника (фиг. 148, а), т. е. при изменении условий сварки полезная мощность будет колебаться незначительно. При поло­гой внешней характеристике смещение точки В" в положение В’" вы­зовет заметное изменение Рсв. Поэтому при точечной и роликовой сварке, когда для получения устойчивого качества соединений, как правило, количество выделяемого в месте сварки тепла должно оставаться при­мерно постоянным, желательно применение машин с крутопадающей характеристикой. Наоборот, при стыковой сварке оплавлением пологая внешняя характеристика целесообразнее, так как при такой форме характеристики уменьшение сопротивления перемычки жидкого металла ведет к резкому увеличению сварочного тока, что облегчает нагрев и последующее ее разрушение — процесс оплавления идет устойчивее.

Если известно сопротивление свариваемых деталей и контактов между ними и задан необходимый для сварки ток, то, пользуясь внешней ха­рактеристикой, легко определить ступень включения трансформатора, на которой должна производиться сварка. Например, при R = 60 мком и I_2кр = 12 000 а напряжение U₂ = 0,72 в. Откладывая на диаграмме внешних характеристик, построенной предварительно для всех ступеней сварочной машины, полученные значения I₂ и U₂, видим, что соответ­ствующая им точка В (фиг. 148, б) лежит между внешними характери­стиками для II и III ступеней — сварка должна производиться на III сту­пени включения трансформатора.

Контактные машины имеют, как правило, относительно низкий коэффициент мощности (cos φ). Обычно при сварке на стационарных маши­нах cos φ = 0,4 – 0,7. У стыковых машин вследствие сравнительно небольшой площади сварочного контура cos φ имеет наибольшее значе­ние. В точечных машинах с большим вылетом (более 1000 мм) cos φ иногда падает ниже 0,3. В трубосварочных машинах с вращающимся трансформатором cos φ вследствие очень малых размеров контура дости­гает 0,9.

Кратковременная кажущаяся мощность, потребляемая во время сварки, Ркр = I₂ * U_2.0, Эта мощность тем больше, чем выше значение свароч­ного тока. Она достигает своего максимума при коротком замыкании I_k * U_2.0), когда полезная мощность, расходуемая на нагрев сваривае­мых деталей, становится равной нулю. Таким образом, при коротком

замыкании к. п. д. машины, т. е. отношение Р_св/Р_кр становится равным нулю. На фиг. 149 приведена диаграмма, показывающая зависимость полезной мощности Р_св и к. п. д. η_св от сопротивления свариваемых деталей, отложенного по оси абсцисс, Как видно из этой диаграммы, Рсв имеет максимум, а к. п. д. сначала быстро, а затем медленно растет от 0 (при R = 0, т. е при коротком замыкании) до 1,0 при холостом ходе (R=∞). Можно доказать, что максимальное значение Рсв соот­ветствует R = Z₀, где Z₀— полное сопротивление сварочной цепи ма­шины без сопротивления свариваемых деталей. Из рассматриваемой диаграммы следует, что при сварке деталей, сопротивление которых близко к Z₀, колебания в величине этого сопротивления почти не ока­зывают влияния на мощность Рсв, и создаются условия для получения сварных соединений стабильного качества. При точечной и роликовой сварке сопротивление свариваемых деталей обычно существенно ниже сопротивления машины (в особен­ности при сварке деталей из цветных металлов и сплавов). При сварке оплавлением сопротивление деталей (перемычек) и машины близки по величине. Поэтому при сварке оплавлением t_св ≈ 0,5, а при точечной (и роликовой) сварке t_св ≈ 0,2 - 0,4.

Основные электрические параметры машины для контактной сварки определяются двумя нормальными испытаниями: опытом холостого хода и опытом короткого замыкания.

При опыте холостого хода с помощью амперметра А, двух вольт­метров V₁ и V₂ и ваттметра W (фиг. 150, а) определяются ток холостого хода, напряжение в первичной цепи трансформатора, э. д. с. его вторичной обмотки и активная мощность, потребляемая при холостом ходе. Эти измерения повторяются для каждой ступени включения сварочного трансформатора. Так как при холостом ходе потери энергии в меди первичной обмотки малы, можно считать, что измеренная активная мощ­ность Р₀ соответствует активным потерям в стали сердечника Рж. Это предположение дает возможность определить активную составляющую тока холостого хода по формуле I_c = P_ж / U₁.