УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ ПРИВОДА ПОДАЧИ ЭЛЕКТРОДНОЙ ПРОВОЛОКИ Российский патент 2003 года по МПК B23K9/12 

Изобретение относится к сварке в среде защитного газа и предназначено для использования в сварочных полуавтоматах для дуговой сварки плавящимся электродом тонколистового металла.

Известно устройство управления дуговой сваркой, включающее электропривод подачи электродной проволоки, выполненный на основе тиристора в якорной цепи электродвигателя. Схема управления скоростью вращения двигателя выполнена на основе мостового измерения величин тока и напряжения якоря электродвигателя для реализации обратной связи, определяющей стабильное вращение вала электродвигателя [1].

Такое устройство достаточно сложно. Его развитием является устройство управления дуговой сваркой [2], в котором с целью упрощения устройства блок управления двигателем подачи электродной проволоки выполнен в виде двух последовательно соединенных пропорционально-интегральных регуляторов. Вход первого ПИ-регулятора с одной стороны через дополнительный коммутирующий элемент соединен с задатчиками предварительной и основной скоростей подачи электродной проволоки, а с другой с измерителем тока якоря двигателя. Кроме того, этот вход связан с шунтирующим контактом реле, подключенным к элементу 2И, первый вход которого связан с элементом пуска двигателя, а второй с цепью эмиттер-коллектор транзистора цепи токоограничения. При этом вход второго ПИ-регулятора связан одновременно с выходом первого ПИ-регулятора и с измерителем напряжения якоря электродвигателя, а его выход подключен к одному входу дополнительно включенного компаратора, второй вход которого связан с выходом генератора пилообразного напряжения, выход компаратора через усилитель связан со светодиодом оптронного тиристора.

Недостатком устройства является сложность, значительные габариты и масса, применение различных активных элементов в блоке управления двигателем.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является блок управления двигателем подачи электродной проволоки, используемый в сварочным полуавтомате [3] , принимаемый за прототип, который включает регулируемый электропривод, собранный на базе таймера, транзистора, оптронного тиристора, электродвигателя и датчика ЭДС этого двигателя, выполненного на основе оптронного тиристора, источник сварочного тока и источник питания электродвигателя. Введение обратной связи по противоЭДС электродвигателя обеспечивает диапазон регулирования скорости подачи электродной проволоки 1:10 при жесткости механических характеристик не хуже 8%.

Недостатком прототипа является использование в качестве источника питания электродвигателя подачи электродной проволоки дополнительного источника питания и применение оптронного тиристора и оптронного транзистора, что усложняет и удорожает конструкцию сварочного полуавтомата. Недостатком прототипа является также наличие у тиристорного регулятора скорости подачи проволоки порога линейных значений токов, ниже которых он работает неустойчиво, рывками, что ограничивает диапазон регулирования скорости подачи электродной проволоки.

Техническим результатом заявляемого изобретения является расширение диапазона регулирования стабилизированных скоростей подачи электродной проволоки и упрощение устройства.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве управления двигателем привода подачи электродной проволоки, включающем двигатель, источник сварочного тока, датчик ЭДС двигателя, пропорциональной скорости вращения двигателя, и цепь обратной связи по противоЭДС, согласно изобретению датчик ЭДС двигателя выполнен в виде диодного детектора и содержит диод, подключенный катодом к первому входу двигателя, а анодом к конденсатору и резистору, другой вывод конденсатора соединен со вторым входом двигателя и общим проводником, а другой конец резистора соединен с источником постоянного напряжения, питаемого от источника сварочного напряжения, а анод диода соединен с инвертирующим входом усилителя сигнала ошибки, выполненным на операционном усилителе (ОУ), неинвертирующий вход которого соединен с источником регулируемого постоянного напряжения, а выход усилителя сигнала ошибки соединен с инвертирующим входом компаратора, неинвертирующий вход которого соединен с выходом двухполупериодного выпрямителя источника сварочного тока, другой выход которого соединен с общим проводником, выход компаратора соединен со входом усилителя тока, выход которого соединен с первым входом двигателя.

Компаратор, на один из входов которого подается несглаженное двухполупериодное выпрямленное напряжение, а на второй вход управляющее напряжение с выхода усилителя ошибки образует широтно-импульсный модулятор (ШИМ-модулятор). Полученный ШИМ сигнал усиливается и подается по цепи обратной связи на двигатель. Так как глубина ШИМ модуляции имеет нелинейную зависимость от сигнала усиленной ошибки и определяется формулой
Δф=2arcsin(kUoш),
где k-постоянная величина, определяемая параметрами схемы,
Uoш - напряжение сигнала ошибки,
обеспечивается устойчивая стабилизация скорости вращения двигателя во всем диапазоне стабилизированных скоростей от 0 до 100 м/с при изменении механической нагрузки на двигатель или при изменении напряжения питания.

Питание двигателя и схемы управления от одного выпрямителя сварочного тока и исключение использования оптронных тиристоров значительно упрощает и удешевляет устройство и повышает надежность работы.

На фиг.1 приведена принципиальная схема устройства управления двигателем привода подачи электродной проволоки.

На фиг.2 приведены эпюры напряжений, поясняющие преобразования сигналов в схеме управления,
где а - форма сигналов на входе компаратора,
б - форма сигналов на выходе компаратора,
в - форма сигналов на двигателе.

Устройство управления двигателем привода подачи электродной проволоки (фиг.1) содержит двигатель 1, датчик ЭДС двигателя 1 выполнен в виде диодного детектора 2 и содержит диод 3, подключенный катодом к первому входу двигателя 1, а анодом к конденсатору 4 и резистору 5, другой вывод конденсатора 4 соединен со вторым входом двигателя 1 и общим проводником, а другой конец резистора 5 соединен с источником постоянного напряжения 6, питаемого от источника сварочного напряжения 7, а анод диода 3 соединен с инвертирующим входом усилителя сигнала ошибки 8, выполненным на операционном усилителе (ОУ), неинвертирующий вход которого соединен с источником регулируемого постоянного напряжения 6, а выход усилителя сигнала ошибки соединен с инвертирующим входом компаратора 9, неинвертирующий вход которого соединен с выходом двухполупериодного выпрямителя источника сварочного тока 7, другой выход которого соединен с общим проводником, выход компаратора соединен со входом усилителя тока 10, выход которого соединен с первым входом двигателя 1.

В паузах ШИМ тока на двигателе 1 существует напряжение противоЭДС, пропорциональное скорости вращения двигателя, которое выделяется амплитудным детектором 2, состоящим из диода 3, зарядного конденсатора 4 и разрядного резистора 5. Выделенное напряжение сравнивается ОУ 8 с опорным напряжением, снимаемым с источника регулируемого постоянного напряжения 6 и определяющим скорость вращения двигателя. Усиленный сигнал ошибки с ОУ 8 подается на компаратор 9, где сравнивается с сигналом от двухполупериодного выпрямителя 7. Полученный ШИМ сигнал усиливается усилителем тока 10, запитываемым двухполупериодным выпрямленным напряжением от выпрямителя сварочного тока 7, и подается на двигатель 1. Так как глубина ШИМ модуляции от усиленного сигнала ошибки зависит нелинейно, происходит устойчивая стабилизация скорости подачи электродной проволоки в широком диапазоне скоростей (от 0 до 100 м/с) при изменении механической нагрузки на двигатель в широких пределах и при изменении питающего напряжения.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 941054, кл. В 23 К 9/10, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР 1505705, кл. В 23 К 9/10. 1988.

3. Авторское свидетельство СССР 1754363, м.кл. В 23 К 9/06, 1992, БИ 30 - прототип.

Изобретение относится к сварке в среде защитного газа и предназначено для использования в сварочных полуавтоматах для дуговой сварки плавящимся электродом тонколистового металла. Техническим результатом изобретения является расширение диапазона регулирования стабилизированных скоростей подачи электродной проволоки и упрощение устройства. Устройство управления двигателем привода подачи электродной проволоки содержит двигатель, источник сварочного тока, датчик ЭДС двигателя, пропорциональной скорости вращения двигателя, и цепь обратной связи по противоЭДС. Согласно изобретению, датчик ЭДС двигателя выполнен в виде диодного детектора и содержит диод, подключенный катодом к первому входу двигателя, а анодом к конденсатору и резистору, другой вывод конденсатора соединен со вторым входом двигателя и общим проводником, а другой конец резистора соединен с источником постоянного напряжения, питаемого от источника сварочного напряжения, а анод диода соединен с инвертирующим входом усилителя сигнала ошибки, выполненным на операционном усилителе (ОУ), неинвертирующий вход которого соединен с источником регулируемого постоянного напряжения, а выход усилителя сигнала ошибки соединен с инвертирующим входом компаратора, неинвертирующий вход которого соединен с выходом двухполупериодного выпрямителя источника сварочного тока, другой выход которого соединен с общим проводником, выход компаратора соединен со входом усилителя тока, выход которого соединен с первым входом двигателя. Компаратор, на один из входов которого подается несглаженное двухполупериодное выпрямленное напряжение, а на второй вход управляющее напряжение с выхода усилителя ошибки образует широтно-импульсный модулятор. 2 ил.

Устройство управления двигателем привода подачи электродной проволоки, включающее двигатель, источник сварочного тока, датчик ЭДС двигателя, пропорциональной скорости подачи, и цепь обратной связи по противоЭДС, отличающееся тем, что датчик ЭДС двигателя выполнен в виде диодного детектора и содержит диод, подключенный катодом к первому входу двигателя, а анодом к конденсатору и резистору, другой вывод конденсатора соединен со вторым входом двигателя и общим проводником, а другой конец резистора соединен с источником постоянного напряжения, питаемого от источника сварочного напряжения, а анод диода соединен с инвертирующим входом усилителя сигнала ошибки, выполненным на операционном усилителе, неинвертирующий вход которого соединен с источником регулируемого постоянного напряжения, а выход усилителя сигнала ошибки соединен с инвертирующим входом компаратора, неинвертирующий вход которого соединен с выходом двухполупериодного выпрямителя источника сварочного тока, другой выход которого соединен с общим проводником, выход компаратора соединен со входом усилителя тока, выход которого соединен с первым входом двигателя.