Т.Ф. Малахова Исследование сварочного трансформатора со снижением напряжения холостого хода

10

котором на тиристор VS1 не подаются управляющие сигналы, катушка контактора КМ 1 не запитывается. На время заряда конденсатора С7 на выходе «4» элемента ДД 2.4 формируется сигнал логической «единицы», устанавливающий счётчики таймеров ДД 4 и ДД 5 в состояние «нуль». Элементы С6 R14 являются цепью, дифференцирующей выходной сигнал элемента ДД 2.4 и дающей возможность счёта счётчика резервного канала ДД 5 даже при выходе из строя ка- кого-либо элемента схемы блока с подачей на верхнюю по схеме обкладку конденсатора С6 постоянного напряжения питания.

В исходном состоянии (при разомкнутой сварочной цепи) сварочный электрод находится под напряжением 8,5 - 12 В, которое подаётся от стабилизатора «15 В» через резистор R3, R1 на вход 5.6

ДД 1.1.

Счётчик резервного канала не производит счёт импульсов из-за шунтирования входа 1.2 ДД 6.1 на общий провод контакта КМ 1.3.

3.3. Работа схемы при замыкании электрода на изделие

При замыкании сварщиком сварочного электрода (прил. 1) на металлоконструкцию напряжение на входе «5», «6» компаратора ДД

1.1снижается ниже порогового. На выходе компаратора появляется логическая «единица», которая инвертируется элементами ДД 2.1, ДД 2.2, ДД 2.3 и логический «нуль» поступает на вход «11», «12» элемента ДД 3.1 триггера. Триггер устанавливается в состояние, при котором на выходе «6» элемента ДД 3.2 появляется логический «нуль»,

ана выходе «10» элемента ДД 3.1 - логическая «единица». При этом открывается транзистор VT 2 и включается тиристор VS 1. При включении тиристоров VS 1 и VS 2 катушка контактора КМ 1 получает питание от обмотки 3-4 трансформатора Т1 через мост VД 7 - VД 10. Контактор срабатывает и замыкает главный контакт КМ 1.1 контактора, вспомогательный контакт КМ 14 и размыкает контакты КМ 1.2 и КМ 1.3. На сварочный электрод подаётся напряжение со вторичной обмотки сварочного трансформатора. Через контакты КМ

1.4замыкается цепь питания лампы HL 1 «U > 12 В», которая информирует о наличии сварочного напряжения на электроде. Контакты КМ 1.3, размыкаясь, снимают блокировку подачи счётных импульсов на счётчик ДД 5 резервного канала.

Импульсы формируются по амплитуде и форме, и с выхода «3» элемента ДД 1.4 отрицательные импульсы частотой 50 Гц поступают

11

на вход «13» элемента ДД 2.2 схемы «ИЛИ». Будучи дважды проинвертированными элементами ДД 2.2 и ДД 2.3 импульсы поступают на входы «11», «12» элемента триггера, удерживая последний в состоянии, при котором открыт транзистор VТ 2 и соответственно тиристор VS 1.Одновременно импульсы с элемента ДД 2.3 поступают на элементы ДД 2.4 и далее на приоритетные R - входы счётчиков ДД 4 и ДД 5, удерживая последние в состояние «нуль», несмотря на поступление счётных импульсов на С - выходы.

3.4. Работа схемы при обрыве сварочной дуги

При обрыве сварочной дуги (прил. 2) исчезают импульсы на выходе трансформатора тока ТА 1, прекращается подача импульсов на установке R - входы счётчиков ДД 4 и ДД 5. С этого момента счётчики начинают счёт импульсов, поступающих на их С - входы. Счётные импульсы счётчика основного канала ДД 4 формируются из выпрямленного двухполупериодными выпрямителями - VД 12, VД 14 напряжения, их частота 100 Гц. Счётные импульсы счётчика резервного канала ДД 5 формируются из выпрямленного однополупериодным выпрямителем - VД 13 напряжения, их частоты 50 Гц через 0,64с с момента обрыва дуги на выходе «6» счётчика ДД 4 (выход 6) появляется «единица», которая инвертируется элементом ДД 3.3, и отрицательный импульс с его выхода «9» устанавливает триггер ДД 3.1,

ДД 3.2 в состояние, при котором на выходе «6» элемента ДД 3.2 присутствует «единица». При этом закрываются транзистор VТ 2, тиристор VS 1 и прерывается цепь питания катушки контактора КМ 1, в результате чего силовые контакты КМ 1.1 контактора разрывают сварочную цепь. Логический «нуль» с выхода «10» элемента ДД 3.1 триггера блокирует элемент ДД 1.2 схемы формирования счётных импульсов счётчика основного канала. Вспомогательные контакты КМ 1.3, замыкаясь, блокируют элемент ДД 6.1 схемы формирования счётных импульсов счётчика резервного канала. Таким образом, схема возвращается в исходное состояние.

3.5. Канал резервной защиты схемы

Для повышения электробезопасности сварщика в схеме (прил.1, 2) предусмотрен канал резервной защиты, обеспечивающий отключение катушки контактора КМ 1 от трансформатора Т 1 при от-

12

казе любого элемента схемы, приводящем к срабатыванию блока (замыканию цепи питания катушки контактора), кроме одновременного отказа VТ 2, VТ 3 или VS 1, VS 2. В случае включения контактора КМ 1 при отсутствии замыкания сварочного электрода на металлоконструкцию (например, при выходе из строя транзистора VT 2), размыкающиеся вспомогательные контакты КМ 1.3 снимают блокировку элемента ДД 6.1, и счётные импульсы начинают поступать на С

– вход счётчика ДД 5. Через время 1,28 с с момента размыкания контактов КМ 1.3 на выходе «6» (выход 6) счётчика ДД 5 формируется логическая «единица», которая, поступая на вход усилителя на транзисторе VТ 3, закрывает последний. При этом закрывается тиристор VS 2 и разрывается цепь питания катушки контактора КМ 1. Логический «нуль» с выхода «3» элемента ДД 1.4 поступает на вход «13» компаратора ДД 2.2 и блокирует срабатывание схемы.

3.6. Назначение кнопки «Контроль»

Кнопка «Контроль» служит для тестирования схемы, в том числе его схемы резервной защиты.

При кратковременном (менее 1 с) нажатии кнопки резистор R 2 подключается между гнездом «Электрод» и общим проводом, имитируя контакт сварочного электрода с металлоконструкцией. Схема управления включает контактор КМ 1, а после отсчёта времени выдержки выключает его. Контроль включенного состояния контактора осуществляется по загоранию лампы НL 1 «U > 12 В». При нажатии кнопки «Контроль» более 1 с счётчик основного канала блокируется «нулём» на входах «1», «2» инвертора ДД 3.3; контактор должен выключаться схемой резервной защиты. При этом вход схемы должен блокироваться, т.е. повторные нажатия кнопки «Контроль» не должны приводить к срабатыванию схемы. Разблокировка схемы производится снятием на 3 – 5 с напряжения сети или нажатием кнопки «Готов», которая выведена на заднюю стенку стенда. При многократных кратковременных (менее 1 с) нажатиях кнопки «Контроль» с интервалами менее 1 с имитируется режим сварки.

В течение времени нажатий кнопки «Контроль» блок удерживается в рабочем состоянии. В случае неправильного подключения проводов к силовым клеммам «Электрод» и «Трансформатор» происходит самопроизвольное включение-отключение контактора КМ 1, об

13

этом сигнализирует лампа НL 1 «U > 12 В». Во избежание выхода из строя схемы, недопустимо оставлять данные состояния более 10 с.

3.7. Порядок выполнения лабораторной работы

Лабораторная работа по исследованию сварочного трансформатора со снижением напряжения холостого хода выполняется в следующем порядке.

1.Ознакомиться с конструкцией и описанием лабораторного стенда, теорией ведения сварочных работ и теорией переходных процессов в сварочной дуге.

2.Подготовить стенд к проведению лабораторной работы:

-вставить новый электрод в электродержатель и закрепить его с помощью винта 14 (электрод < 3 мм);

-плотно закрыть смотровое окно;

-включить АП посредством нажатия белой кнопки.

3.Для лучшего и более точного выполнения лабораторной работы рекомендуется выполнять её группой из 3 – 4 человек, распределённых следующим образом: 1 человек – для ведения сварки, контроля, управления и визуального наблюдения за дугой; 1 – 2 человека – для снятия показаний с приборов, 1 человек заносит показания приборов в таблицу.

4.Снять показания приборов в дежурном режиме:

-снять исходные параметры приборов;

-снять показания приборов при нажатии кнопки «Контроль». Произвести тестирование схемы этой же кнопкой, как указано выше в

(3.1; 3.6).

5.Снять показания приборов в рабочем режиме:

-снять показания приборов при КЗ без дуги, соблюдая все правила безопасности;

-снять показания приборов в начале горения дуги (длина дуги ≈

3 - 5 мм);

-снять показания приборов в середине горения дуги (длина ду-

ги ≈ 5 - 12 мм); - снять показания приборов в конце, перед обрывом дуги (длина

дуги ≈ 15 - 20 мм).

Особенность этого процесса состоит в том, что студент или лаборант, производящий манипуляции с рычагом электродержателя, должен руководить процессом отметки показаний приборов, путём

14

подачи речевых команд о том, на какой стадии горения находится дуга. Другие участники эксперимента должны снять показания с приборов и занести их в табл. 1.

По результатам таблицы построить графики вольт-амперных характеристик источника питания и дуги.

После выполнения лабораторной работы снять напряжение со стенда, убрать рабочее место и составить отчёт.

4.ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

4.1.Общие положения

При выполнении сборочных и сварочных работ возможны опасности для здоровья рабочих: поражение электрическим током, поражение лучами дуги глаз и открытых поверхностей кожи, ушибы и порезы во время подготовки изделий к сварке и во время сварки, отравление вредными газами и пылью, ожоги от разбрызгивания электродного расплавленного металла и шлака и др.

4.1.1. Поражение электрическим током Поражение человека электрическим током может быть в виде

электрического удара и в виде электрических травм (технические повреждения ткани организма).

К поражению электрическим током приводят следующие причины:

1) случайное прикосновение или опасное приближение к токоведущим частям, находящимся под напряжением;

15

2) прикосновение к конструктивным металлическим частям установок, нормально находящихся без напряжения, которые оказались под напряжением вследствие повреждения изоляции.

Травма возникает при замыкании электрической цепи сварочного аппарата через тело человека. Причинами являются: недостаточная электрическая изоляция аппаратов и питающих проводов, плохое состояние спецодежды и обуви сварщика, сырость и теснота помещений и другие факторы.

Вусловиях сварочного производства электротравмы происходят при движении тока по одному из трёх путей:

а) рука-туловище-рука; б) рука-туловище-нога;

в) обе руки-туловище-обе ноги.

При движении тока по третьему пути сопротивление цепи наибольшее, следовательно, степень травматизма наименьшая. Наиболее сильное действие тока будет при движении его по первому пути.

Взависимости от его величины электрический ток, проходящий через человека (при частоте 50 Гц), вызывает следующие травмы:

-при 0,6 – 1,5 мА – лёгкое дрожание рук;

-при 5 – 7 мА – судороги в руках;

-при 8 – 10 мА – судороги и сильные боли в пальцах рук;

-при 20 – 25 мА – паралич рук, затруднение дыхания;

-при 50 – 80 мА – паралич дыхания;

-при 90 – 100 мА паралич дыхания, при длительности более 3с паралич сердца;

-при 3000 мА и при длительности более 0,1с – паралич дыхания

исердца, разрушение тканей тела.

Следовательно, смертельной следует считать величину то-

ка 0,1 А. С повышением частоты электрического тока более 500 Гц дей-

ствие его существенно ослабевает.

4.1.2. Защита от поражения электрическим током

Для защиты сварщика от поражения электрическим током необходимо:

-надёжно заземлять корпус источника питания дуги и свариваемое изделие;

-не использовать контур заземления для обратного провода;

16

-хорошо изолировать рукоятку электродержателя;

-работать в сухой и прочной спецодежде и рукавицах (ботинки не должны иметь в подошве металлических шпилек и гвоздей);

-прекращать работу при дожде и сильном снегопаде (если нет укрытий);

-при работе внутри сосудов пользоваться резиновым ковриком

ипереносной лампой напряжением не более 12 В.

4.1.3. Поражение зрения

Спектр лучистой энергии, выделяемой сварочной дугой, состоит из инфракрасных, световых и ультрафиолетовых лучей. Интенсивность излучения возрастает с повышением тока дуги.

Яркость видимой части спектра достигает 16000 стильбов, что в тысячи раз превышает переносимую человеком дозу.

Ультрафиолетовые лучи вызывают заболевание слизистой и иногда роговой оболочки глаз, называемое электроофтальмией, и ожог открытой кожи сварщика.

Электроофтальмия начинается спустя 5-8 часов после облучения глаз. Она сопровождается болью в глазах, ощущения засорения глаз мельчайшими частицами, веки глаз закрываются, их трудно поднять, появляется слезотечение, сопровождаемое головной болью.

Инфракрасные лучи могут вызвать повреждение глаз только при длительном действии.Это повреждение называется катарактой (помутнение) хрусталика и может привести к частичной или полной потере зрения. Однако это заболевание у сварщиков встречается редко.

Для защиты органов зрения электросварщики работают со светофильтрами, которые задерживают и поглощают излучение дуги. В соответствии с помощью дуги следует применять светофильтры:

Э-1 - для сварочного тока 30-75 А; Э-2 - для сварочного тока 75-200 А; Э-3 - для сварочного тока 200-400 А;

- для сварочного тока более 400 А.

4.1.4. Защита от ожогов

Для защиты от ожогов применяется спецодежда (куртка, брюки, рукавицы; иногда головной капюшон) из брезента или специальной

17

теплостойкой ткани. При работе куртка должна быть всегда поверх брюк, а брюки обтянуты поясом во избежание попадания брызг металла и шлака на тело. Обувь сварщика должна иметь гладкий верх и прикрыта брюками. Для работы на воздухе сварщик должен иметь теплостойкие эластичные подлокотники, подколенники, подстилки. В местах электросварочных работ должны быть средства пожаротушения: ящик с песком, щит с инструментом (топор, лом, багор, лопата и т.п.) и огнетушители.

4.2. Меры безопасности

Спроектированный стенд относится к электроустановкам до 1000 В. Во избежание прикосновения к токоведущим частям все элементы схемы и монтажа выполнены внутри стола и доступ к ним закрыт. Конструктивно передние панели выполнены на металлических рамах их уголка, который имеет надежное заземление, чтобы избежать появления напряжения на конструкции стенда.

1.Перед началом работы убедиться в исправности заземления.

2.Запрещается подавать напряжение на стенд при открытых передних панелях и ненадежном заземлении.

3.Во избежание поражения глаз и попадания горячих капель металла и шлака на людей запрещается зажигать дугу при открытой смотровой форточке сварочной камеры.

4.В случае обнаружения неисправности, необходимо обесточить стенд и приступить к ее устранению. Все работы вести после снятия напряжения.

5.При выполнении лабораторной работы, во избежание выхода из строя всей цепи сварочного трансформатора, не допускать длительного (более 5 с) короткого замыкания электрода без

возникновения дуги.

Если залипание электрода все же произошло и попытки оторвать его с помощью рычага (рукоятки) подачи не дали результата, следует обесточить стенд пусковым аппаратом АП посредством нажатия красной кнопки. Убедившись, что напряжение снято (лампочка «сеть» не горит), открыть смотровое окно сварочной камеры, открутить прижимкой «винт» на электродержателе и поднять рукоятку вверх. Во избежание ожога прилипший электрод удалить с помощью пассатижей.

18

6. Выполнять лабораторную работу необходимо в присутствии либо преподавателя, либо лаборанта.

19

Продолжение табл.2