Регулятор энергетического цикла сварки

 

Изобретение относится к сварочному оборудованию и может быть использовано для управления тиристорными контакторами силовых агрегатов для контактной сварки. Цель изобретения - повышение качества сварного соединения за счет повышения температурной стабильности процесса сварки. Регулятор энергетического цикла сварки содержит сварочный трнсформатор, датчики начала сварки, сварочного тока и напряжения, фазовый регулятор, тиристорный контактор, узел вычисления действующего значения сварочного тока, интегратор, блок выборки и хранения, компаратор, узел синхронизации, задатчик среднего времени сварки. В регулятор дополнительно введены RS-триггер, задатчик необходимого количества энергии, узел вычисления действующего значения напряжения и четырехквадрантный перемножитель. Стабильность процесса сварки повышается по конечному результату, т.е. по выделенной энергии в свариваемую зону заготовки, независимо от проводимости к ее температурному изменению. Регулятор не требует стабилизации напряжения, тока или мощности сварочного контура. 6 ил.

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

S.ЮИ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬПИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4296570/25-27

:(22) 14,08,87 (46) 07.10.89. Бюл. 4 37 (71) Ковельский завод сельскохозяйственных машин им. 50-летия СССР (72) Л.Ф.Николаев и А.П.Химач (53) 621.791.762(088.8) (56) Блок управления циклом контактной сварки ПК-700, 6Д Э,360,90870, 1981.

Блок управления тиристорными контакторами Е30.00 Dygs фирмы "Bolch", фРГ, 1977. (54) РЕГУЛЯТОР ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ЦИКЛА

СВАРКИ (57) Изобретение относится к сварочному оборудованию и может быть использовано для управления тиристорными контакторами силовых агрегатов для контактной сварки. Цель изобретения — повышение качества сварного соединения за счет повышения темпе-. ратурной стабильности процесса сварИзобретение относится к сварочному оборудованию и может быть использовано для управления тиристорными контакторами силовых агрегатов сварочного оборудования, реализующего контактные методы сварки.

Цель изобретения - повышение качества сварного соединения за счет повышения температурной стабильности процесса сварки.

На фиг.1 изображена блок-схема регулятора; на фиг.2 - блок-схема узла вычисления действующего значения падения напряжения на свариваемой эа„„SU„„1532 36 А1 (51)4 В 23 К 11/24

2 ки ° Регулятор энергетического цикла сварки содержит сварочный трансформатор, датчики начала сварки, сварочного тока и напряжения, фазовый регулятор, тиристорный контактор, узел вычисления действующего значения сварочного тока, интегратор, блок выборки и хранения, компаратор, узел синхронизации, задатчик среднего времени сварки, В регулятор дополнительно введены RS-триггер, задатчик необходимого количества энергии, узел вычисления действующего значения напряжения и четырехквадрантный перемножитель. Стабильность процесса сварки повышается по конечному результату, т.е. по выделенной энергии в свариваемую зону заготовки, неза= висимо от проводимости к ее темпера- турному изменению. Регулятор не требует стабилизации напряжения, тока или мощности сварочного контура.

6 ил. готовке; на фиг.3 - блок-схема узла вычисления действующего значения сварочного тока; на фиг.4 - блок-схе.ма блока выборки и хранения, на фиг.5 - блок-.схема блока синхронизации; на фиг.6 — временные диаграммы работы устройства.

Регулятор содержит датчик 1 падения напряжения на свариваемом участке заготовки, соединенный с входом узла 2 вычисления действующего знао чения падения напряжения на свариваемом участке заготовки 3, датчик сварочного тока 4, соединенный со вхо3 1512736 дом узла 5 вычисления действующего значения сварочного тока, сбрасываю.щие входы узлов 2 и 5 соединены между собой и с синхронизирующим узлом 6, выход узла 2 соединен с входом Х четырехквадрантного перемножителя.7, выход узла 5 соединен с входом Y пе- ремножителя 7. Выход последнего. соединен с сигнальным входом блока 8 вы-10 борки и хранения, управляющим входом соединенного с узлом 6 синхронизации, а выходом " с входом сбрасываемого инвертирующего интегратора (включающего резисторы 9-11, конденсатор !2,1g усилитель 13, ключ 14), выход интег". ратора соединен с инвертирующим входом компаратора 15, кеинвертирующий вход которого соединен с задатчиком

l6 необходимого количества энергии, 20 а выход - с S-входом RS-триггера 17, R-вход RS-триггера 17 соединен с датчиком качала сварки (не показан). Выход триггера 17 соединен с управляющим входом фазового регулятора 18 и с уп-25 равляющим входом ключа 14, сбрасывающего интегратор., фазовый регулятор 18 связан с тиристорным контактором 19 и задатчиком 20 среднего времени сварки (угла отпирания тиристоров, 30 входящих s состав тиристорного контактора 19). Последний входит в состав силового агрегата сварочной машины, состоящего из сварочного трансформа« тора 21 и электродов 22, между которыми находится свариваемая заготов,ка 3, параллельно интегрирующему кон денсатору 12 установлена разрядная цепочка, состоящая из резисторов 9 и 10. Узел 2 вычисления действующего 40 значения падения напряжения на свариваемом участке заготовки состоит из четырехквадрантного перемножителяделителя 23 и сбрасываемого неинвер" тирующего интегратора, собранного íà 4> элементах 24-27, при этом входы Х и

Y перемножителя-делителя 23 соединены между собой и являются входом узла, выход соединен с входом интегратора, а вход Z - -с выходом интегратора и является выходом узла, управляющий вход ключа 25 является сбрасывающим входом узла.

Узел 5 вычисления действующего значения сварочного тока состоит из входного интегратора, собранного на элементах 28-31, четырехквадрантного перемножителя-делителя 32, второго неинвертирующего интегратора, собранI 4 ного на элементах 33"36, при этом вход входного интегратора является входом узла 5, выход входного интегратора соединен с входами Х и Y neремножителя 32. Выход последнего соединен с входом второго интегратора, выход которого соединЕн с входом Z перемножителя-делителя 32 и является выходом узла 5, управляющие входы сбрааывающих ключей 29 и 34 соединены между собой и являются сбрасывающим входом узла 5.

Блок 8 выборки и хранения состоит из входного ключа 37, накопительного конденсатора 38, буферного усилителя 39, инвертора 40 и выходного ключа 41, при этом вход входного ключа является входом блока 8, выход ключа 37 соединен с входом буферного усилителя 39 и первой обкладкой конденсатора 38, вторая обкладка которого соединена с общим проводом, выход буферного усилителя 39 соединенс сигнальным входом ключа 41, выход последнего является выходом блока 8, управляющий вход ключа 37 соединен с выходом инвертора 39, вход инвертора 40 соединен с управляющим входом ключа 41 и является управляющим входом блока 8 выборки и хранения.

Узел б синхронизации состоит из компаратора 42, узла 43 задержки, первого одновибратора 44 и второго одновибратора 45, при этом неинвертирующий вход компаратора является входом узла б, инвертирующий соединен с общим проводом, выход - с входами узла 43 задержки и первым одновибратором, выход узла 43 задержки соединен с входом второго одновибратора

45, выход первого одновибратора 44 соединяется с управляющим входом блока 8 выборки и хранения, выход второго одновибратора 45 соединяется со сбрасывающими входами узлов 2 и 5.

Приводятся следующие диаграммы, отражающие работу устройства: асетевое синусоидальное синхронизирующее напряжение; 6 - импульсы управления выходным ключом блока 8 выборки и хранения; в - импульсы .управления входным ключом блока 8 выборки и хранения; 1 - импульсы сброса узлов 2 и 5; g - сигнал на выходе блока 8 выборки и хранения; а - сигнал на выходе интегратора. и инвертирующем входе компаратора 15, там же прямая линия " напряжение на неинвертирующем

5 15 входе компаратора 15; ж - сигнал на выходе RS-триггера 17; и - сигнал на выходе фазового регулятора 18 (импульсы отпирания тиристоров тиристорного контактора 19).

Устройство работает следующим образом.

В начале энергетического цикла сварки с датчика начала сварки на

R-вход RS-триггера 17 подается импульс, который переводит названный триггер в нулевое состояние. При этом запирается ключ 14 интегратора, что переводит интегратор в режим готовности, а также запускается фазовый регулятор 18. Последнее приводит к появлению сварочного тока. С выходов узлов 2 и 5 снимается сигнал, пропорциональный по амплитуде действующему значению падения напряжения на свариваемом участке заготовки и действующему значению сварочного тока (соответственно)„ С помощью перемножителя 7 названные сигналы перемно.жаются и их произведение подается на вход блока 8 выборки и хранения. В конце каждого полупериода на выходе перемножителя 5 присутствует напряжение, пропорциональное действующему значению активной мощности, подведенной к свариваемой заготовке 3 за истекший полупериод сети. В момент начала следующего полупериода входной ключ 37 блока 8 выборки и хранения запирается и запоминает это напряжение. Одновременно с запиранием ключа 37 отпирается выходной ключ 41 блока 8 выборки и хранения, через промежуток времени порядка 50 мкс, задаваемый узлом 43 задержки, происходит сброс интеграторов, входящих в состав узлов 2 и 5.

Импульс сброса узлов 2 и 5 Формируется одновибратором 45 узла 6 синхронизации. Длительность сбрасывающего импульса выбирается такой, чтобы обеспечить надежный сброс интеграторов и не выйти из "запретной зоны"

Фазового регулирования (последняя определяется углом отпирания тиристоров, соответствующим полнофазному режиму сварочного трансформатора при .- коротком замыкании вторичной обмотки) с целью получения минимальной погрешности вычисления действующих значений. Длительность импульса управления выходным ключом 41 блока 8 выборки и хранения зависит от параметров

12736 одновибратора 44, выбирается в пределах 5-7 мс и является достаточно стабильной величиной. Пока ключ 4 1 открыт, на выходе интегратора устройства напряжение линейно падает от начальной величины на величину, пропорциональную времени открытого состояния ключа 41 и напряжению, зафик1g сированному блоком 8 выборки и хранения.

Так как время открытого состояния ключа постоянная величина, то прирост модуля выходного напряжения ин15 тегратора устройства. пропорциональный действующему значению мощности за прошлый полупериод, умноженному на длительность сетевого полупериода (10 мс + 0,5/), или количеству энер;ф гии, отданной в нагрузку (свариваемую заготовку) s течение прошлого полупериода. Каждый полупериод описанный процесс повторяется и через определенное время (определенное ко25 личество полупериодов) напряжение на выходе интегратора и входе (инвертирующем) компаратора 15 сравнивается с напряжением задания, поданным с выхода задатчика 16 на неинвертируюЗо щий вход компаратора 15, Последнее приводит к появлению высокого уровня на выходе триггера 17 как следствие к блокировке фазового регулятора 18 и сбросу интегратора устройства.

Устройство переходит в режим паузы, сварочный ток прекращается. Среднее время сварки зависит от угла отпирания тиристоров тиристорного контактора 19 и устанавливается задатчи40 ком 20. Так как тепло, выделенное в зоне сварки, рассеиваЬтся по объему заготовки, а также отводится в атмосферу, то стабилизация количества, выделенной энергии может быть недостаточной для стабилизации температуры в зоне сварки по окончании цикла сварки в различных экземплярах одноименных заготовок. Это объясняется некоторым варьированием .времени сварки для различных экземпляров одноименных заготовок и особенно заметно при большом среднем времени сварки и(или) плохо очищенных заготовках.

Для компенсации этого явления и дополнительного повышения качества стабилизации температурного режима уста новлены резисторы 9 и 10, медленно разряжающие накопительный конденсатор 12. Резистор 9 регулирует глубин>

>S>2736

У южна с5арга компенсации, а резистор 10 ограничивает диапазон данной регулировки.

Как видно из описания работы регулятора достигается стабилизация энергетического процесса сварки по конечному результату, т.е. по выделенной энергии в свариваемую зону заготовки, независимо от проводимости и температурного изменения заготовки. to

При стабилизации действующего значения сварочного тока задается недостаточно условий для стабилизации температурного режима сварки - ос.новная погрешность обусловлена нестабильностью проводимостей (в том числе и переходных) в различных экземплярах заготовок. При стабилизации мощности накапливается ошибка регулирования (статизм, перерегулироваwe). Поэтому такой принцип работы регулятора обеспечивает значительное повышение стабильности температурного режима сварки одноименных заготовок и повышение качества сварного 25 соединения.

Ф о р м у л а изобретения

Регулятор энергетического цикла сварки, содержащий фазовый регулятор, выход которого соединен с тиристорным контактором, включенным в первичную обмотку сварочного трансформатора, датчик сварочного тока подключен на вход узла вычисления действующего значения сварочного тока, датчик напряжения, блок выборки и хранения, интегратор, компаратор, узел синхронизации, на первый вход фазового регулятора подключен задатчик среднего времени сварки, датчик начала сварки, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварного соединения за счет повышения температурной стабильности процесса сварки, в него введены RS-триггер, задатчик необходимого количества энергии и последовательно соединенные узел вычисления действующего значения напряжения и четырехквадрантный перемножитель, выход которого через блок выборки и хранения, интегратор и компаратор соединен с S-входом RS-триггера, R-вход которого соединен с датчиком начала сварки, а выход RS-тригге- . ра соединен с вторым входом фазового регулятора и управляющим входом ин-тегратора, прямой вход компаратора соединен с выходом задатчика необходимого количества энергии, первый и второй выходы узла синхронизации подключены соответственно к управляющему входу блока выборки и хранения и управляющим входам узлов вычисления действующего значения тока и напряжения, вход узла вычисления действующего значения напряжения соединен с выходом датчика напряжения.

1512736

Фиг. 3

Редактор А.Мотыль

Заказ 6021/13 Тираж 894 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ CCCP

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 л (сии

1512736

4 3

Фаг. Р

Составитель Г.Чайковский

Техред A.Êðàâ÷óê Корректор В.Кабаций