словами, большое значение имеет время теплового насыщения.
Время теплового насыщения определялось путем моделирования процесса повышения температуры свариваемого металла с учетом теплообмена по граничным условиям четвертого рода и передаточной функции температуры.
где Т0T, Т0M — начальные температуры свариваемого и термитного металлов,
εT и εM — коэффициенты тепловой активности свариваемого и термитного металлов,
Z — толщина свариваемого металла,
t — время нагрева.
Результаты расчетов приведены на рис. 2 и 3.
Рис. 2. Зависимость температуры стали, свариваемой стержнем, выделяющим медь, от времени разогрева на поверхности (1) и на глубине 3 мм (2)
Рис. 3. Зависимость температуры стали, свариваемой стержнем, выделяющим железо от времени разогрева на поверхности (1) и на глубине 3 мм (2)
Как видно, в системах Cu-сталь нагрев металла на глубинах 3–4 мм до температуры плавления меди или даже до температуры плавления стали осуществляется за приемлемый промежуток времени до 15 с, который может быть сокращен за счет большего перегрева термитного металла при использовании соответствующей рецептуры.
Использование термитных стержней системы Fe-сталь в настоящее время наталкивается на большие трудности, т. к. время нагрева свариваемой стали до температуры плавления чрезвычайно велико, что влечет использование термитных стержней большой длины, а это технологически и экономически нецелесообразно. Термитные стержни этой системы, имеющие обычную длину 150–200 мм, при наиболее распространенных скоростях горения 5–8 мм/с не могут обеспечить разогрев свариваемого металла до необходимой температуры за время своего горения, в результате чего сварка невозможна.
Необходимые мощности термитных стержней системы Cu-сталь, изготовленных из уплотненных ТЭС, находятся в пределах 10–20 кВт при сварке толщин 1-10 мм.
Максимальный КПД термитного стержня может быть получен в том случае, если коэффициент тепловой активности термитного металла как можно больше коэффициента тепловой активности свариваемого металла.
Время теплового насыщения до температур сварки у системы Cu-сталь находится в приемлемых пределах, что может быть реализовано при сварке. Системы, где в качестве термитного металла выделяется железо, в настоящее время трудно реализуемы.
В качестве термитного металла может быть рекомендована медь, т. е. система Сu-сталь, что позволяет сваривать толщины до 10 мм. Для получения прочных швов к термитному металлу необходимо добавлять соответствующие легирующие элементы, чтобы формировать шов из высокопрочной бронзы, что вполне достижимо.
Литература
1. Шидловский А.А. Основы пиротехники. — М.: Оборонгиз, 1973.
2. А.с. 53891 СССР. Способ термитной сварки. — М.: 1937 / Карасев М.А.
3. Рыкалин Н.Н. Расчеты тепловых процессов при сварке. — М.: Госнаучтехиздат, 1951.
4. Лыков А.В. Теория теплопроводности. — М.: Выс. ш шк., 1967.
5. Рыкалин Н.Н. Теория нагрева металла местными источниками тепла // Тепловые явления при обработке металлов резанием. — М.: НТО Машпром, 1969.
6. Резников А.Н. Теплофизика резания. — М.: Машиностроение, 1969.
ПРАКТИКА
Трехфазынй двигатель в однофазной сети
В.Башкатов
Иногда в домашних условиях возникает необходимость подключения трехфазного электродвигателя переменного тока в однофазную сеть.
Возникла такая необходимость и у меня при подключении промышленной швейной машины. На швейной фабрике такие машины работают в цехе, имеющем трехфазную сеть, и проблем не возникает. Первое, что пришлось сделать — это изменить схему подключения обмоток электродвигателя со "звезды" на "треугольник", соблюдая полярность соединения обмоток (начало — конец) (рис. 1). Это переключение позволяет включать электродвигатель в однофазную сеть 220 В.
Мощность электродвигателя швейной машины по табличке — 0,4 кВт. Приобрести рабочие, а тем более пусковые металлобумажные конденсаторы типа МБГО, МБГП, МБГЧ емкостью соответственно 50 и 100 мкФ на рабочее напряжение 450…600 В оказалось задачей непосильной из-за их высокой стоимости на "блошином рынке". Использование вместо металлобумажных полярных (электролитических) конденсаторов и мощных выпрямительных диодов Д242, Д246 положительного результата не дало. Электродвигатель упорно не запускался, по-видимому, из-за конечного сопротивления диодов в прямом направлении.
Поэтому в голову пришла абсурдная с первого взгляда идея запуска электродвигателя с помощью кратковременного подключения обычного электролитического конденсатора в сеть переменного тока (рис. 2). После запуска (разгона) электродвигателя электролитический конденсатор отключается, и электродвигатель работает в двухфазном режиме, теряя при этом до 50 % своей мощности. Но если заранее предусмотреть запас по мощности, или заведомо известно, что такой запас существует (как в моем случае), то с этим недостатком можно смириться. Между прочим, и при работе электродвигателя с рабочим фазосдвигающим конденсатором электродвигатель также теряет до 50 % своей мощности. Теперь о самом важном. Электролитический конденсатор, будучи включенным непосредственно в сеть переменного тока, быстро разогревается, электролит вскипает, и происходит его взрыв — это знают многие. Как показал эксперимент, на это уходит около 10…15 с. Известно, что сопротивление конденсатора в цепи переменного тока промышленной частоты определяется по формуле.
Хс = 1/ω∙C = (1∙106/314∙C) (Ом)
где С — емкость конденсатора в микрофарадах. Величина тока в цепи с конденсатором
Но если электролитический конденсатор включить через небольшое сопротивление (в моем случае это комплексное сопротивление фазы обмотки электродвигателя 2 = r + jx), и к тому же кратковременно, на время разгона электродвигателя (где-то 1…1,5 с), то электролитический конденсатор не повреждается, так как не успевает разогреться.
Кратковременность включения может обеспечить кнопка ПНВС-10УХЛ2 применяемая в домашних стиральных машинах. Кнопка имеет три контакта: два — с фиксацией (SB1.1, SB1.3) и один — без фиксации (SB1.2). Он и включает конденсатор, и при прекращении нажатия на кнопку возвращается в исходное отключенное положе-
C = 3∙4800∙(Iн/U)
где U — напряжение сети; Iн — номинальный, ток потребляемый электродвигателем.
Формулы для расчета пускового конденсатора неоднократно печатались, но тем не менее хочу повторить их для схемы соединения обмотки статора электродвигателя в "треугольник".
Iн = P/1.73∙U∙η∙cos φ
где Р — мощность электродвигателя, кВт; U — напряжение сети, В; η — коэффициент полезного действия электродвигателя (обычно 0,8…0,9); cos φ — коэффициент мощности (обычно 0,85). Электролитические конденсаторы должны быть на напряжение не менее 450 В. Желательно набирать емкость из нескольких конденсаторов (улучшается тепловой режим). Конденсаторы помещают в защитную коробку. Четырехлетний опыт эксплуатации электродвигателя показал жизнеспособность указанной схемы его запуска. Данную схему повторили и некоторые мои знакомые, правда, эксперименты проводились с электродвигателями мощностью до 1 кВт. Для электродвигателей более 1 кВт на время пуска, как мне кажется, необходимо включение последовательно с конденсатором небольшого токоограничивающего резистора с соответствующей рассеиваемой
