до лабораторної роботи №1

Міністерство освіти і науки України

Тернопільський державний технічний університет

Імені Івана Пулюя

Механіко-технологічний факультет

Кафедра “Технології і обладнання зварювального

виробництва”

М Е Т О Д И Ч Н І В К А З І В К И

до лабораторної роботи №1

:

на тему:

“ Дослідження електричних параметрів контактних машин для точкового, стикового та шовного зварювання ”

з дисципліни

“Зварювання тиском ”

для студентів напряму підготовки 6.050504 “Зварювання“

Тернопіль, 2008

Кафедра «Технології і обладнання зварювального виробництва»

Розробили: ст. викладач Береженко Б.М.

к.т.н., доц. Мастенко В.Ю.

Розглянуто і перезатверджено на засіданні кафедри

«Технології і обладнання зварювального виробництва»

Протокол № від “__” __________ 200_ р.

Зав. кафедри (М. І. Підгурський)

ТЕМА: “Дослідження електричних параметрів контактних машин для точкового, стикового та шовного зварювання“.

1 МЕТА І ЗАВДАННЯ

1.1 Мета роботи.

Вивчити основні електричні параметри контактної машини, які характеризують їх функціювання ; визначити основні електричні характеристики машини і дослідити їх взаємозв’язок.

1.2 Завдання роботи:

- вивчити основні електричні параметри контактної машини;

- навчитись знімати параметри і розрахувати значення похідних величини від параметрів машини;

- на основі результатів одержаних розрахунково – експериментальним шляхом побудувати зовнішню характеристику машини не менше, як на двох ступенях.

2 ОБЛАДНАННЯ, ПРИЛАДИ ТА ІНСТРУМЕНТИ

Обладнання:

1) контактна точкова машина марки МТР – 1201

Прилади:

1) універсальний вимірювальний прилад;

2) вольтметр на вимірювання напруги до 500 В;

3) амперметр;

4) трансформатор струму.

Інструмент:

1) набір навантажувальних опорів;

2) набір слюсарного інструменту;

3) проміжні мідні пластинки.

3 ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

3.1 Загальні положення

Електрична частина контактної машини (машини для точкового, рельєфного, шовного чи стикового зварювання) у процесі роботи повинна забезпечити необхідну потужність з досить великим коефіцієнтом корисної дії (ККД) при певній зовнішній характеристиці.

Основні електричні параметри, які характеризують контактну електрозварювальну машину однофазного струму:

- напруга мережі, яка живить машину U₁;

- напруга на клемах вторинної обмотки зварювального трансформатора U₂ (напруга зварювання)(В);

- струм холостого ходу машини І₀ (А);

- коефіцієнт трансформації К_кр;

- струм короткого замикання у вторинному контурі І_к (А);

- потужність, яка споживається з мережі на холостому ході N₀ (Вт);

- потужність, яка споживається з мережі в режимі короткого замикання N_к (ВА);

- потужність, яка споживається з мережі в робочому режимі N_р(ВА);

- потужність у вторинному контурі N₂(ВА);

- коефіцієнт потужності зварювальної машини у первинному колі cosφ;

- коефіцієнт потужності зварювальної машини у вторинному колі cosφ;

- коефіцієнт корисної дії машини ŋ₁ (%);

У контактних зварювальних машинах використовується трансформатори зниження первинної напруги (понижуючі трансформатори). Живляться трансформатори від мережі змінного струму напругою 380 В. Спрощена силова електрична схема машини показана на рисунку 3.1

1-зварювальний трансформатор; 2- зварювані деталі; І₁,U₁- струм і напруга первинної обмотки; І₂,U₂- струм і напруга вторинної обмотки: (струм і напруга при зварюванні); R_д –опір деталей.

Рисунок 3.1 – Спрощена силова електрична схема машини

Для здійснення зварювання у вторинному колі контактної машини повинен проходити певний струм зварювання І_2.

Корисна потужність N₂, яка затрачається машиною безпосередньо на зварювання визначається за формулою:

N₂= І₂² R_д (3.1)

Де: R_д –опір деталей, Ом.;

І₂ – зварювальний струм, А.

Повна потужність, яка споживається машиною визначається за формулою:

N_пов= (І₂² Z_к )/ ŋ , (3.2)

Де: І₂ – зварювальний струм, А;

ŋ – коефіцієнт корисної дії машини ;

Z_к - повний опір вторинного кола, Ом.

Слід відмітити, що N_пов значно більша за корисну потужність через втрати у вторинному колі і трансформаторі.

Номінальна потужність - це потужність, яка витрачається на зварювання деталей на номінальній (передостанній) ступені на номінальному ПВ% і визначається за формулою:

N_ном = U₁^ном І₁^ном, (3.3)

Де: U₁^ном- номінальна напруга в первинному колі при зварюванні на передостанній ступені, В;

І₁^ном – номінальний струм в первинному колі при зварювані на передостанній ступені, А.

Тривалу потужність при номінальній потужності і заданій періодичності включення (ПВ%) не дозволяється перевищувати. Така потужність визначається за формулою:

N_тр = N_ном (3.4)

Де: N_ном – номінальна потужність, яка виділяється при зварюванні на передостанній ступені трансформатора.

ПВ_ном – номінальна періодичність включення трансформатора при зварюванні.

Струм холостого ходу визначається як геометрична сума реактивної і активної складових струму І_1а і І_1р.

І₁₀ = (3.5)

Струм короткого замикання у вторинному контурі визначається за формулою:

І_2к=( І_1к- І₁₀)К_тр, (3.6)

Де: І_1к – струм короткого замикання у первинному колі, А;

І₁₀ - струм холостого ходу в первинній обмотці, А;

К_тр - коефіцієнт трансформації.

Зварювальний струм у вторинному контурі визначаємо за формулою:

І₂=( І₁- І₁₀)К_тр, (3.7)

Де: І₁ – струм, який проходить через первину обмотку під час зварювання, А.

При роботі на холостому ході споживається потужність, яка визначається за формулою:

N_10а= І₁₀ U₁ cosφ₁, (3.8)

Де: U₁- напруга мережі, В;

cosφ₁ - коефіцієнт потужності.

Повна потужність, яка витрачається при холостому ході буде:

N_10пов= І₁₀ U₁, (3.9)

Повна потужність, яка споживається з мережі у режимі короткого замикання або під час зварювання складає:

N_10пов=U₁ І_1н , (3.10)

Активна потужність визначається за формулою:

N_1а= U₁І_1н cosφ₁, (3.11)

Де: U₁- напруга мережі, В;

І_1н- струм, який проходить через первинний контур під час короткого замикання або зварювання, А;

cosφ₁ - коефіцієнт потужності.

Активна потужність вимірюється ватметром, повна – вольтметром та амперметром.

Коефіцієнт потужності машини у вторинному контурі визначається:

при короткому замиканні:

cosφ_2к= (3.12)

При зварюванні:

сosφ₂= (3.13)

де, І_2к, І₂- величина струму, яка проходить через вторинний контур під час короткого замикання і при зварюванні, А;

R_кон – опір вторинного контуру, Ом;

R_дет – опір зварювальних деталей Ом;

U₂₀- напруга на вторинному колі під час холостого ходу трансформатора, В.

3.2 Вимірювання струму і втрат при холостому ході трансформатора.

При знятті характеристик холостого ходу будують залежності:

І₀=f(U₁);

N₀= f(U₁);

Де: І₀ – струм холостого ходу в первинному колі, А;

U₁- напруга холостого ходу в первинному колі, В;

N₀ – активна потужність, яка споживається первинним колом при холостому ході, Вт.

При цьому також визначається коефіцієнт трансформації і cosφ₀ за формулами:

К_тр= U₁/ U₂₀; (3.14)

cosφ₀= N₀/U₁ І₀; (3.15)

де: U₂₀- напруга у вторинному колі при холостому ході, В.

Загальний вигляд залежностей І₀=f(U₁) і N₀= f(U₁) показаний на рисунку 3.2

Рисунок 3.2 – Характер зміни І₀ і N₀ в залежності від зміни U₁.

Схема підключення приладів для визначення U₁, І₀, N₀, U₂₀ показана на рисунку 3.3.

При необхідності обліку впливу фазового регулювання живлячої напруги на роботу трансформатора в режимі холостого ходу, контактор підключається до точок а і б і встановлюють за допомогою апаратури керування потрібний кут включення контактора. Подальші зняття характеристик проводиться зміною U₁ за допомогою автотрансформатора АТ.

1-електод; 2- вольтметр для заміру напруги у вторинному контурі; 3- зварювальний трансформатор; 4- вольтметр для заміру напруги у первинному контурі; 5- регулятор напруги у первинному колі (автотрансформатор); 7- амперметр; 7- вольтметр.

Рисунок 3.3 - Схема підключення приладів при знятті характеристик холостого ходу.

3.3 Зняття характеристик короткого замикання

Зняття характеристик короткого замикання. В зв’язку з тим, що зовнішній контур машини і вторинна обмотка трансформатора утворюють єдиний зварювальний контур, режим «нормального» короткого замикання звичайно виконується на електродах машини, виключаючи тільки зварювальні деталі, по схемі рис. 3.4

1-електроди; 2- мідні вставки довжиною L; 3- зварювальний трансформатор; 4-вольтметр; 5-регулятор напруги у первинному колі (автотрансформатор); 7-амперметр; 8-ватметр; Р - зусилля стиску електродів.

Рисунок 3.4 – Схема підключення приладів при знятті характеристик короткого замикання.

При замкнутих електродах до первинної обмотки трансформатора підводиться U_1к.з, при І_1к.з= І_1ном і І_2к.з= І_2ном. Режим КЗ здійснюється з метою визначення активного R_{м к.з}, індуктивного Х_{м к.з}, повного Z_{м к.з} опору обмоток трансформатора і елементів вторинного контуру машини та коефіцієнта потужності cosφ_к.з. Ці параметри можна визначити за формулами:

- коефіцієнт cosφ_к.з при короткому замикані:

cosφ_к.з= N_{1 к.з}/ U_1к.з І_1к.з (3.16)

- загальний опір машини приведений до первинного кола, Z_{м к.з} ,Ом.

Z_{м к.з}= U_1к.з /І²_1к.з (3.17)

- активний опір машини приведений до первинного кола,

R ¹_{м к.з}= N_{1 к.з}/ І_1к.з (3.18)

- індуктивний опір машини, приведений до первинного кола Х_мк.з,, Ом:

Х¹_{м к.з}= (3.19)

- повний опір обмоток трансформатора і вторинного контуру приведений до вторинного кола, Z_{м к.з},Ом:

Z_{м к.з}=( Z¹_{м к.з}/К²)*10^-6 (3.20)

- активний опір обмоток трансформатора і вторинного контуру приведений до вторинного кола, R_{м к.з}, Ом:

R_{м к.з}= (R ¹_{м к.з}/ К²)*10^-6 (3.21)

- індуктивний опір обмоток трансформатора і вторинного контуру приведений до вторинного кола, Х_{м к.з}, Ом:

Х_{м к.з}= (Х¹_{м к.з}/ К²)*10^-6 (3.22)

Де: К - коефіцієнт трансформації на конкретній ступені.

Ці параметри необхідні для корегування значення вторинної напруги зварювального трансформатора і будування зовнішніх характеристик машини.

Оскільки в контактних машинах основна доля повного опору падає на вторинний контур з трансформатором, то U_1к.з дуже велика і складає 75-80% від номінальної напруги. У відповідності з ГОСТ 297-80 коротке замикання для точкових і шовних машин здійснюється безпосереднім замиканням електродів найбільшим зусиллям Р, яке розвиває машина. Робочі поверхні електродів точкових машин повинні бути плоскими, а шовних – циліндричними. Діаметр робочої поверхні електродів точкових машин або ширина робочої поверхні електродів шовних машин d=(0,5±0,005), Р ≥2,5 мм.

Для рельєфних і стикових машин коротке замикання здійснюється шляхом затиску найбільшим зусиллям, яке розвиває машина Р між відповідними електродами мідної планки, переріз якої повинен бути достатнім, щоб попередити їх перегрівання. Довжина мідної планки між робочими плитами рельєфних машин L=0,012Р+75 мм, де Р- зусилля стискання електродів в даН. У випадку, якщо мінімальна відстань між плитами більше одержаної за розрахунками, то довжина планки повинна бути рівна мінімальній відстані плюс 5 мм.

Довжина планки між затискними губками стикових машин L=1,5S/B+2мм, де S – максимальний переріз компактного профілю, мм²; B – найбільша ширина губки, мм.

Рисунок 3.5 – Загальний вигляд залежностей І_1к.з =f(U_1к.з) і N_1к.з=f(U_1к.з);

Характеристики КЗ знімаються на всіх ступенях трансформатора переважно на кожній ступені в трьох точках. На основі даних отриманих дослідницьким шляхом будуються графіки І_1к.з =f(U_1к.з) і N_1к.з =f(U_1к.з), загальний вигляд який приведений на рисунку 3.5.

При необхідності обліку впливу фазової відсічки напруги мережі на параметри КЗ машини переривач підключаються до точок а і б і встановлюються в потрібне положення. Подальше зняття характеристик проводиться зміною U_1к.з за допомогою автотрансформатора. Потрібно мати на увазі, що із збільшенням глибини фазової відсічки числові значення параметрів Х_мк.з і Z_мк.з значно зростають, а величина cosφ_кз знижується. Характеристика КЗ трансформатора знімаються аналогічно характеристиці КЗ машини, при цьому замикаються контактні колодки трансформатора перемикачами. Щоб попереджувати їх перегрів та підвищити точність вимірювань, в деяких випадках використовують перемички з водяним охолодженням.

3.4 Побудова зовнішніх характеристик контактної машини.

Для побудови зовнішніх характеристик машини повинні бути відомі наступні величини:

- напруга холостого ходу вторинної обмотки трансформатора, яка відповідає певній ступені, U₂₀ (В);

- загальний опір, в тому числі активний, індуктивний і вторинного контуру, при короткому замикані R_к.з, Х_к.з і Z_{м к.з} (Ом);

- коефіцієнт потужності при короткому замиканні на тій же ступені cosφ_к.з;

Для побудови зовнішньої характеристики машини використаємо рівняння, яке характеризує режим навантаження машини:

U₂₀= І_2ном R_к.з+ј І_2ном Х_к.з+ І_2номR_ее, (3.23)

Де: І_2номR_ее- рівне падінню напруги на електродах.

Опір зони електрод – виріб – електрод (R_ее) може бути визначено розрахунковим, дослідницьким шляхом або для точкових, рельєфних і шовних машин взято з таблиць 3.1 чи 3.2.

Таблиця 3.1 – Характер зміни опору в залежності від товщини деталей і марки матеріалу

Таблиця 3.2 – Характер зміни опору R_ее маловуглецевої сталі в залежності від товщини деталей.

Із векторного рівняння можна записати:

І₂₀= (3.24)

Де: U₂ – вторинна напруга на електродах, В;

U₂₀ – вторинна напруга холостого ходу, В;

І₂ – величина зварювального струму на конкретній ступені, А;

Х_к.з – реактивний опір вторинного контуру , Ом;

R_к.з – активний опір вторинного контуру і деталей, Ом.

Розділимо праву і ліву частини рівняння (3.24) на U₂₀, і отримаємо залежність:

U₂/U₂₀= (3.25)

Позначимо: U₂/ U₂₀=α; І₂/ І_2к.з=β;

Х_к.з/ Z_к.з =sinφ_к.з; R_к.з/ Z_к.з= cosφ_к.з

Рівняння (3.25) можна записати у наступному вигляді:

а = (3.26)

де: α – напруга на електродах в долях вторинної напруги холостого ходу трансформатора;

β зварювальний струм в долях струму короткого замикання.

Залежність α= f(β) є зовнішньою характеристикою машини у відносних одиницях.

Побудова зовнішніх характеристик проводиться наступним чином. Задаючись деякими довільними значеннями β, визначаємо відповідні значення α, після чого переводимо напругу і струм в абсолютні значення за формулами:

U₂=α U₂₀, (3.27)

І₂=β І_2к.з , (3.28)

І_2к.з= U₂₀/ Z_{м к.з} (3.29)

Згідно цих даних будуємо зовнішню характеристику контактної машини.

4 МЕТОДИКА ВИКОНАННЯ РОБОТИ

4.1 Дослідження характеристик зварювального трансформатора на холостому ході.

Для отримання характеристик І₀=f(U₁); N₀=f(U₁); К_тр і cosφ₀ зварювального трансформатора на холостому ході складаємо схему приведену на рисунку 4.1 (рис. 3.4).

ТЗ – зварювальний трансформатор; V₁, V₂ - вольтметр; W - ватметр; А – амперметр.

Рисунок 4.1 – Схема підключення приладів при проведенні дослідів при холостому ході.

Дослідити проводяться на всіх ступенях зварювального трансформатора, при цьому вимірюється наступні електричні параметри:

- первинна напруга U₁ ;

- струм холостого ходу І₀;

- споживану активну потужність трансформатора на холостому ході N_а;

- електрорушійну силу (напругу холостого ходу U₂₀).

Результати дослідів заносяться в таблицю 4.1

Таблиця 4.1 – Результати досліду проведеного на холостому ході трансформатора

Змінюємо за допомогою регулятора напруги на кожній ступені напругу U₁ і визначаємо струм холостого ходу І₀. Ці дані заносимо в таблицю 4.2.

Таблиця 4.2 – Результати дослідів холостого ходу

За отриманими даними будуються залежності І₀=f(U₁); N₀=f(U₁);

4.2 Досліди при короткому замикані

Для постановки дослідів короткого замикання складаємо схему показану на рисунку 4.2

ТЗ – зварювальний трансформатор; V₁- вольтметр; W - ватметр; А – амперметр; Т_рст – трансформатор струму.

Рисунок 4.2 – Схема підключення приладів при проведені дослідів короткого замикання.

Досліди при короткому замиканні проводяться на кожній ступені. Коротке замикання створюється при затисканні між електродами машини мідної планки, площа перерізу якої має бути достатньою для запобігання її надмірного нагрівання. При короткому замиканні вимірюється наступні електричні параметри:

- первинна напруга U_1к.з;

- первинний струм І_1к.з;

- споживана потужність на первинній обмотці трансформатора N_к.

Вказані параметри вимірюються при здійснені короткого замикання на кожній ступені. Результати дослідів заноситься в таблицю 4.3. Згідно розрахованих і отриманих експериментально даних будуємо наступні залежності:

- зовнішню характеристику машини ( зміна струму в залежності від зміни напруги) І₂=f(U₂) для кожної ступені;

- зміни струму короткого замикання І_1к.з і активної потужності U_1к.з в залежності від зміни напруги зміни струму короткого замикання U_1к.з , тобто І_1к.з =f(U_1к.з); N_1к.з=f(U_1к.з);

- зміни вторинного струму І₂ в залежності від вторинної напруги U₂ І₂ =f(U₂) для кожної ступені ;

- зміна активної потужності вторинного кола N_зв в залежності від струму І₂ N_зв = f(І₂) для кожної ступені.

Крім того розраховуємо наступні параметри і заносимо в таблицю 4.3:

- опори приведені до первинного кола (3.18, 3.19);

- опори приведені до вторинного кола (3.21, 3.22);

- максимальний первинний струм при короткому замиканні за формулою:

І^max_1к.з= І_1к.з* U_1ном/ U_1к.з;

- максимальний вторинний струм при короткому замиканні за формулою:

І^max_2к.з=К І^max_1к.з;

- коефіцієнт короткого замикання:

К_к.з= І^max_1к.з/ І_1к.з

Для побудови зовнішньої характеристики машини треба задаватися значеннями коефіцієнта β (табл. 4.4).

Таблиця 4.3 – Результати дослідів проведених при короткому замиканні на конкретній ступені

Таблиця 4.4 – Значення коефіцієнта β

Залежність α=f(β) є зовнішньою характеристикою машини у відносних одиницях. Для отримання абсолютних значень необхідно зробити перерахунок згідно за формулами 3.27-3.29 і результати занести в таблицю 4.5

Таблиця 4.5 – Абсолютні значення електричних параметрів машини для побудови зовнішньої характеристики

Після проведення експериментів необхідно побудувати залежності, які описані вище. Типові залежності приведенні на рисунку 4.3

Рисунок 4.3 – Електричні характеристики контактних машин.

5 ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

5.1 Підготувати точкову машину до роботи та перевірити її роботу на холостому ході:

- відкрити вентилі підводу води та повітря;

- увімкнути автоматичний вимикач;

- встановити перший ступінь регулювання;

- встановити на регуляторі циклу зварювання максимальний час операції « Зварювання» та мінімальний час всіх інших операції;

- перемикач роду робіт поставити в положення «Зварювання»;

- підключити прилади Ц- 4341 (режим роботи – вимірювання змінної напруги в діапазонні 0 -12В ) до електродів машини;

- натиснути на педаль і звуковим сигналом «клацання» в електропневмоклапані впевнитись в його справності та на приладі визначити наявність вторинної напруги.

5.2 Скласти електричну схему (рис. 3.1).

5.3 Виміряти основні електричні параметри в режимі холостого ходу:

- встановити першу ступінь регулювання;

- увімкнути машину в мережу автоматом;

- зняти показники приладів;

- вимкнути точкову машину з мережі;

5.4 Пункт 5.3 повторити для кожної ступені.

5.5 Отримані показники приладів при проведені замірів на кожній ступені занести в таблицю.

5.6 Скласти електричну схему у відповідності з рис. 3.2.

5.7 Провести вимірювання електричних параметрів при навантажені, при цьому виконати наступне:

- встановити максимальне зусилля стиску;

- встановити першу ступінь регулювання:

- увімкнути автоматичний вимикач;

- встановити перший опір між електродами (встановити деталь заданої товщини);

- провести процес зварювання протягом 1-2 циклів;

- зняти показники приладів.

5.8 Отримані показники приладів занести в таблицю.

5.9 Провести вимірювання електричних параметрів при навантаженні на першій ступені при різних опорах між електродами.

5.10 Виміряти основні електричні параметри при короткому замиканні (використовуючи схему підключення приладів показану на рисунку 3.2);

- встановити максимальне зусилля стиску з часом його дії 0,06с;

- встановити першу ступінь регулювання;

- робочі поверхні електродів зачистити шліфувальним папером;

- увімкнути автоматичний вимикач;

- увімкнути машину на зварювання протягом 1-2 циклів;

- зняти показники приладів.

5.11 Отриманні показники приладів занести в таблицю.

5.12 Провести необхідні розрахунки і їх результати занести у відповідні таблиці.

5.13 За отриманими і розрахунковими даними побудувати залежності.

5.14 Зробити аналіз результатів експериментів і записати висновки

6. КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

6.1 Основні електричні параметри, які характеризують контактні машини.

6.2 Як визначити струм холостого ходу і що він характеризує.

6.3 Що впливає на опір первинного і вторинного кіл машини.

6.4 Суть ККД машини і як його визначити.

6.5 Що таке зовнішня характеристика контактної машини.

7. ЗМІСТ ЗВІТУ

7.1 Тема та мета виконання.

7.2 Методика виконання.

7.3 Схема дослідів і порядок виконання.

7.4 Експериментальні та розрахункові дані.

7.5 Аналіз результатів, висновки.

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА

1. Орлов Б.Д. Технология и оборудование контактной сварки. М.: Машиностроение, 1975, 536с

2. Глебов Л.В. и др. Расчет и конструирование машин контактной сварки. – Л.: Энергия, 1975,

3. Рыськова З.А., Федоров П.Д., Жимерева В.И. Трансформаторы для электрической контактной сварки. – Л.: Энергоатомиздат, 1990. 423 с.

ЗМІСТ

Поиск по сайту: