Датчик коротких замыканий дугового промежутка Советский патент 1984 года по МПК B23K9/10 

Изобретению относится к управлению процессом дуговой сварки постоянным током с периодическими короткими замыканиями дугового промежутка и может быть использовано при непрерывном контроле за размерами перемычки. Известен датчик коротких замыканий дугового промежутка, который срабатывает на резкие изменения дугового напряжения и осуществляет селекцию коротких замыканий по длительности 1. Недостатками датчика являются ненадежность в работе и ограниченные регулировочные возможности, так как в нем не осуществляется регулирование уровней независимого срабатывания на замыкание и размыкание дугового промежутка, а также ограниченное быстродействие из-за того, что в нем имеется задержка срабатывания на замыкание дугового промежутка, определяе мая устройством селекции коротких замыканий по длительности. Известен датчик горения дуги постоянного тока, который осуществляет контроль за горением дуги, фиксирует ее обрывы и короткие замыкания дугового промежутка 2. Недостатками датчика являются ограниченные регулировочные возможности, так как в нем осуществляется регулирование уровня срабатывания только на размыкание дугового промежутка, а также ненадежность в работе из-за наличия гальваничеоскои связи между цепями управления и сварНаиболее близким по технической сущности к предлагаемому датчику является устройство дуговой сварки с короткими замыканиями, в котором имеется датчик непрерывного контроля за размерами перемычки, состоящий из источника питания, порогового элемента, дифференцирующей и интегрирующей цепей и разделительных диодов 3. Недостатками известного датчика являются ограниченное быстродействие из-за наличия устройства селекции коротких замыканий по длительности, ненадежность в работе из-за наличия гальванической связи между цепями управления и сварки, а также ограниченные регулировочные возможности, так как в нем не осуществляется раздельное регулирование уровней независимого срабатывания датчика на замыкание и размыкание дугового промежутка. Цель изобретения - повыщение быстродействия и надежности устройства за счет обеспечения возможности независимого регулирования уровней срабатывания на замыкание и размыкание дугового промежутка. Поставленная цель достигается тем, что в датчик коротких замыканий дугового промежутка, содержащий источник питания, пороговый элемент и разделительные диоды, введены ограничивающая цепь, состоящая из резисторов и стабилитрона, первый ограничительный резистор, делитель питающего напряжения на последовательно соединенных фотодиоде оптопары и резисторе, резистор обратной связи, второй ограничительный резистор, два транзистора и два задающих резистора, причем инвертирующий вход порогового элемента через разделительные диоды подсоединен к подвижным ползункам параллельно подключенных задающих резисторов, а неинвертирующий вход порогового элемента подключен к делителю питающего напряжения, излучающий диод оптопары через первый ограничительный резистор присоединен параллельно ограничивающей цепи, образующей вход датчика, выход порогового элемента, образующий выход датчика, через резистор обратной связи соединен со своим неинвертирующим входом и через второй ограничительный резистор - с базой одного транзистора, коллектор которого подключен к подвижному ползунку первого задающего резистора и к базе другого транзистора, коллектор последнего соединен с подвижным ползунком второго задающего резистора, при этом эмиттеры указанных транзисторов. вывод резистора делителя питающего напряжения, одна щина питания порогового элемента и первые неподвижные выводы задающих резисторов подключены к минусовой клемме источника питания, а катод фотодиода, другая щипа питания порогового г JI элемента и вторые неподвижные выводы задающих резисторов - к плюсовой клемме источника питан,ия. На чертеже изображена схема предлагаемого датчика коротких замыканий дугового промежутка, где (-) т- инвертирующий вход, а ( + ) - неинвертирующий вход. Датчик коротких замыканий дугового промежутка содержит источник 1 питания, пороговый элемент 2 и разделительные диоды 3 и 4, задающие резисторы 5 и 6, делитель напряжения, образованный резистором 7 и фотодиодом 8 оптопары, которая через излучающий диод 9 и первый ограничительный резистор 10 подключена параллельно ограничивающей цепи, состоящей из резистора 11 и стабилитрона 12, подсоединенной к дуговому промежутку, причем выход порогового элемента 2 через резистор 13 обратной связи соединен с неинвертирующим входом ( + ) и через второй ограничительный резистор 14 - с базой транзистора 15, коллектор которого подключен к подвижному ползунку первого задающего резистора 5, определяющего порог срабатывания на размыкание дугового промежутка и к базе транзистора 16, коллектор которого соединен с подвижным ползунком второго задающего резистора 6, определяющего порог срабатывания на замыкание дугового промежутка, при этом эмиттеры транзисторов 15 и 16 подключены к минусу источника 1 питания. Датчик работает следующим образом. На инвертирующий вход (-) порогового элемента 2 подаются опорные напряжения, соответствующие значениям напряжений срабатывания на замыкание (U ) и размыкание(ир ) дугового промежутка. При этом необходимо выполнение условия: из Up . На интервале горения дуги на неинвертирующий Вход (+) порогового элемента 2 с делителя напряжения, образованного резистором 8 оптопары, подается напряжение, превышающее пороговые значения напряжений УЗ и Up . При этом на выходе порогового элемента 2 имеется единичный сигнал, который обеспечивает открытое состояние транзистора 15, щунтирующего прохождение опорного напряжения с задающего резистора 5. Транзистор 16 при этом закрыт и на инвертирующий вход 1 порогового элемента 2 поступает опорное напряжение U с задающего резистора 6. В момент начала короткого замыкания входная цепь датчика оказыв ается закороченной. Это приводит к прекращению протекания тока через излучающий диод 9 оптопары и закрытию ее фотодиода 8, который увеличивает свое сопротивление и тем самым уменьщает величину напряжения, поступающего с делителя 8-7 на неинвертирующий вход (+) порогового элемента 2. При этом на неинвертируюш,ий вход ( + ) порогового элемента 2 поступает напряжение, соответствующее короткому замыканию дугового промежутка. Как только напряжение, подаваемое на неинвёртирующий вход ( + ), становится меньще опорного напряжения Uj , подаваемого на инвертирующий вход (-) порогового элемента 2, происходит его переключение в положение, соответствующее нулевому сигналу на выходе порогового элемента 2. Транзистор 15 переходит в закрытое состояние, а транзистор 16 в открытое, что приводит к щунтированию опорного напряжения Uj с задающего резистора 6. На инвертирующий вход (-) порогового элемента 2 поступает опорное напряжение (Up) с задающего резистора 5. При окончании короткого замыкания на жидкой перемычке между электродом и изделием лавинообразно увеличивается падение напряжения. Это приводит к увеличению тока через излучающий диод 9, а следовательно к открытию фотодиода 8 и уменьшению его сопротивления. При этом на неинвертирующий вход (+) порогового элемента 2 подается напряжение, соответствующее росту напряжения на жидкой перемычке. Как только напряжение, подаваемое на неинвертирующий вход ( + ) становится больше опорного напряжения Up снимаемого с задающего .резистора 5, происходит переключение порогового элемента 2 а положение, в котором на его выходе имеется единичный сигнал. Это приводит к открытию транзистора 15 и закрытию транзистора 16, что соответствует переводу порогового элемента 2 в ждущий режим следуюшего короткого замыкания. Таким образом, при каждом коротком замыкании дугового промежутка н выходе порогового элемента 2 имеет место нулевой сигнал, а при окончании короткого замыкания на его выходе появляется единичный сигнал, который сохраняется до. начала следующего короткого замыкания. Технико-экономическими преимуществами предлагаемого датчика коротких замыканий является то, что цепи управления име ют гальваническую развязку со сварочной цепью. При этом вход датчика снабжен ограничивающей цепью, состоящей из резистора 11 и стабилитрона 12, которая позволяет устранить влияние перенапряжений, возникающих на элементах силовой сварочной цепи, обычно содержащей переключающие полупроводниковые элементы - тиристоры. Кроме того, такая цепь стабилизирует работу остальных элементов датчика, обеспечивая их надежную и безотказную работу. Исключение из входных цепей датчика элементрв, обеспечивающих селекцию коротких замыканий по их длительности, повышает его быстродействия при срабатывании на начало коротких замыканий. При этом срабатывание датчика на начало коротких замыканий обеспечивается регулируемым порогом срабатывания по уровню дугового напряжения и может изменяться в технологически необходимых пределах. Преимуществом предлагаемого датчика являются возможность независимого регулирования уровней срабатывания на замыкание и размыкание дугового промежутка. При этом единственным условием, ограничивающим пределы регулирования уровней срабатывания, является соблюдение услоВИЯ (1.1). Возможность оперативного регулирования уровней срабатывания датчика особе-нно важна при действии статических возмущений по вылету электрода, например при автоматической сварке неповоротных стыков труб большого диаметра, когда имеет место отвисание сварочного автомата при переходе в полу потолочное и потолочное положения. При этом необходимо более точное определение уровня срабатывания на размыкание дугового промежутка, что позволяет оперативно регулировать динамическое воздействие на сваррчную ванну в момент повторного возбуждения дуги.

5l+

ДАТЧИК КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ ДУГОВОГО ПРОМЕЖУТКА, содержащий источник питания, пороговый элемент и разделительные диоды, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродейств я и надежности устройства за счет обеспечения возможности независимого регулирования уровней срабатывания на замыкание и размыкание дугового промежутка, в него введены ограничивающая цепь, состоящая из резистора и стабилитрона, первый ограничительный резистор, делитель питающего напряжения на последовательно соединённых фотодиоде оптопары и резисторе. резистор обратной связи, второй ограничительный- резистор, два транзистора и два задающих резистора, причем инвертирующий вход порогового элемента через разделительные диоды подсоединен к подвижным ползункам параллельно подключенных задающих резисторов, а неинвертирующий вход порогового элемента подключен к делителю питающего напряжения, излучающий диод оптопары через первый ограничительный резистор присоединен параллельно ограничивающей цепи, образующей вход датчика, выход порогового элемента, образующий выход датчика, через резистор обратной связи соединен со своим неинвертирующим входом и через второй ограничительный резистор - с базой одного транi зистора, коллектор которого подключен к подвижному ползунку первого задающего резистора и к базе другого транзитора, коллектор последнего соединен с подвижным ползунком второго задающего резистора, при этом эмиттеры указанных транзисторов, вывод резистора делителя питающего напряжения, одна шина, питания порогового элемента и первые неподвижные выводы задающих резисторов цодключены к 1 минусовой клемме источника питания, а ка тод фотодиода, другая шина питания пороО5 гового элемента и вторые неподвижные выводы задающих резисторов - к плюсовой клемме источника питания. СП