Источник питания для дуговой сварки с регулируемой крутизной вольтамперной статической характеристики Советский патент 1984 года по МПК B23K9/00 

го блока памяти соединен с инвертирующим входом усилителя-сумматора, дополнительные входы первого и второго блоков памяти соединены соответственно с третьей группой нормально замкнутых и с четвертой группой

нормально разомкнутых контактов переключателя, вькод третьего стабилизатора напряжения соединен с шинами питания первого и второго блоков памяти и элемента сравнения .

ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ С РЕГУЛИРУЕМОЙ КРУТИЗНОЙ ВОЛЬТ-АМПЕРНОЙ СТАТИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ, содержащий силовой трансформатор, включенный на вход выпрямителя, .отрицательная шина которого через вторичную обмотку импульсного трансформатора, зашунтированную контактами реле, подключена к первому вькоду источника, а положительная шина через силовой модулятор и шунт подключена к второму выходу источника, который через шунтирующий вентиль соединен с отрицательной шиной выпрямителя, при этом эта шина и шунт соединены с входом фильтра обратной связи, выход последнего соединен с неинвертирующим входом усилителя-сумматора, а его выход через последовательно соединенные усилитель мощности, диод и резистор подключен к первому входу широтно-импульсного модулятора, второй его вход соединен с выходом генератора, выхол широтно-импульсного модулятора через усилитель подключен к управляющему входу силового модулятора, выход первого стабилизатора напряжения соединен с шинами питания генератора, широтно-импульсного мопулятооа и усилителя выход второго стабилизатора напряжения соединен с шинами питания усилителя-сумматора и усилителя мощности, а выход третьего стабилизатора напряжения соединен с шинами питания релейного блока первый и второй его (Л выходы соединены соответственно с осциллятором и инвертирующим входом усилителя-сумматора, а выход Осциллятора соединен с первичной обмоткой импульсного трансформатора, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения качества сварного соединения за счет регулирования процесса сварки путем изменения крутизны вольт-амперной статической сд характеристики источника питания, в него введены элемент сравнения, переключатель и два блока памяти, выход фильтра обратной связи соединен с неинвертирующим входом элемента сравнения и через первую группу нормально замкнутых контактов переключателя с входом первого блока памяти, а выход последнего соединен с инвертирующим входом элемента сравнения, выход которого соединен с входом второго блока памяти через вторую группу нормально разомкнутых контактов переключателя, выход второ

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано в качестве источника питания при дуговой сварке. Известно устройство, состоящее из генератора ПСГ-500 и балластных реос татов РБ-301, от которого питается сварочная дуга. С помощью изменения сопротивления балластных реостатов и изменения напряжения на обмотке возбуждения гене ратора это устройство позволяет изме нить крутизну вольт-амперной статической характеристики Л . К недостаткам данного устройства следует отнести большие потери элект роэнергии на балластных реостатах, невозможность плавно изменить крутиз ну характеристики (из-за ступенчатого изменения сопротивления реостатов и необходимость восстановления режима сварки, характеризующегося положе нием рабочей точки на характеристике на медной водоохлаждаемой пластине. Из известных источников питания для дуговой сварки с регулируемой крутизной вольт-амперной статической характеристики наиболее близким по технической сущности является транзисторный преобразователь МВТУ, содержащий управляемый блок формирования импульсов сварочного тока, включающий силовой трансформатор, вьтрямитель, силовой модулятор, осциллятор, стабилизаторы напряжения , генератор, широтно-импульсный модулятор, усилитель и релейный блок, и канал обратной связи, состоящий из фильтра обратной связи, усилителя-сумматора, усилителя мощности и стабилизатора напряжения z . Преобразователь дает возможность регулировать крутизну вольт-амперной статической характеристики путем подстройки двух потенциометров в фильтре обратной связи, однако при этом происходит смещение рабочей точки. Для того, чтобы восстановить первоначальный режим сварки, необходимо изменить сигнал установки.Сигнал уставки определяет режим сварки и вводится в устройство заранее настройкой органов управления релейного блока. Таким образом, недостаток описанного устройства заключается в том, что оно не позволяет изменять крутизну вольт-амперной статической характеристики, не изменяя положения рабочей точки. Изменение же положения рабочей точки, являющееся следствием нарушения режима сварки, приводит к дефектам сварного соединения. Целью изобретения является повышение качества сварного соединения за счет регулирования процесса сварки путем изменения крутизны вольтамперной статической характеристики источника питания. Поставленная цель достигается тем, что в источник питания для дуговой сварки с регулируемой крутизной вольт-амперной статической характеристики, содержащий силовой трансформатор , подключенный на BXOJ выпрямителя, отрицательная шина которого через вторичную обмотку импульсного трансформатора, зашунтированную контактами реле, подключена к первому выходу источника, а положительная шина через силовой модулятор и шунт подключена к второму выходу источника, который через шунтирующий вентиль соединен с отрицательной шиной выпрямителя, при этом эта шина и шунт соединены с входом фильтра обратной связи, выход последнего соединен с неинвертирующим входом усилителя- 31 сумматора, а его выход через последовательно соединенные усилитель мощ ности, диод и резистор подключен к первому входу широтно-импульсного модулятора, второй его вход соединен с выходом генератора, выход широтноимпульсного модулятора через усилитель подключен к управляющему входу силового модулятора, выход цервого стабилизатора напряжения соединен с шинами питания генератора, широтно импульсного модулятора и усилителя, выход второго стабилизатора напряжения соединен с шинами питания усилителя-сумматора и усилителя мощности, а выход третьего стабилизатора соединен с шинами питания релейного блока, первый и второй его выходы соединены соответственно с осциллято ром и инйертирующим входом усилителя сумматора, а выход осциллятора соеди нен с первичной обмоткой импульсного трансформатора, введены -элемент срав нения, переключатель и два блока памяти, выход фильтра обратной связи соединен с неинзертирующим входом элемента сравнения и через первую группу нормально замкнутых контактов переключателя с входом первого блока памяти, а выход последнего соединен с инзертирзтощим входом элемента срав нения, выход которого соединен с входом второго блока памяти через вторую группу нормально разомкнутых контактов переключателя, выход второго блока памяти соединен с инвертирующим входом усилителя-сумматора, дополнительные входы первого и второго блоков памяти соединены соответ ственно с.третьей группой нормально замкнутых и с четвертой группой нормально paaoMKHyTbix контактов переклю чателя, выход третьего стабилизатора соединен с шинами питания первого и второго блоков памяти и элемента сравнения. На фиг. 1 изображена функциональная схема источника питания; на фиг. 2 - вольт-амперные статические характеристики; на фиг. 3 - структура блока памяти. Источник питания содержит силовой -трансформатор 1, подключенный на вход выпрямителя 2, отрицательная шина которого через вторичную обмотку импульсного трансформатора 3, зашунтированную контактами 4 реле, подключена к горелке 5, а по7ложительная шина через силовой модулятор 6 и шунт 7 - к изделию 8, которое через шунтирующий вентиль 9 соединяется с отрицательной шиной выпрямителя 2, причем эта шина и , шунт 7 соединены с входом фильтра обратной связи 10, выход которого соединен с неинвертирующим входом усилителя-сумматора 11, выход которого через последовательно соединенные усилитель мощности 12, диод 13 и резистор 14 подключен к одному из входов широтно-импульсного модулятора 15, второй вход которого соединен с выходом генератора 10, выход широтно-импульсного модулятора 15 через усилитель 17 подключен к управляющему входу силового модулятора 6, выход первого стабилизатора напряжения 18 соединен с шинами питания генератора 16, широтно-импульсного модулятора 15 и усилителя 17, выход второго стабилизатора напряжения 19 с шинами питания усилителя-сумматора 1 1 и усилителя мощности 12, а выход Третьего стабилизатора напряжения 20 - с шинами питания релейного блока 21, один выход которого соединен с осциллятором 22, а другой - с инвертирующим входом усилителя-сумматора 11. Кроме того, источник питания содержит элемент сравнения 23, первый блок памяти 2А, второй блок памяти 25, индикатор 26 и переключатель 27, причем выход фильтра обрат- ной связи 10 соединен как с неинвер- тирующим входом элемента сравнения 23 так и через первую группу нормально замкнутых контактов 28 переключателя 27 с входом первого блока памяти 24, а выход первого блока памяти соединен с инвертирующим входом элемента сравнения 23, выход которого соединен как с индикатором 26, так и с входом второго блока памяти 25 через вторую группу нормально разомкнутых контактов 29 переключателя 27, а выход второго блока памяти 25 соединен с инвертирующим входом усилителя-сумматора 11, дополнительные входы первого блока памяти 24 и второго блока памяти 25 соединены соответственно с третьей группой нормально замкнутых контактов 30 и четвертой группой нормально разомкнутых контактов 31 переключателя 27. Предлагаемый источник питания позволяет проводить сварку на различных режимах. Например: сварка при стабилизированных действующих значениях сварочного тока (Jcg) и напря,жения (U(g)} сварка с изменением Э(.,„ и по заранее определенной программе сварка с изменением Igg и зависимости от условий протекания процесса. Для определенности рассматривается работа источника в режиме стабили зации . Обычно: перед началом сварки определяются наиболее целесообразные параметры режима сварки. Пусть для какого-то определенного изделия наиболее целесообразно вести сварку с углом наклона рабочего участка вольтамперной статической характеристики (фиг. 2, характеристика 32) oi, , а также при стибилизированных значениях 20 сварочного тока и напряжения Uc . Параметры Jce съ определяют положение рабочей точки А. Перед началом работы подключается электропитание и экспериментально подбирается нужный наклон рабочего участка вольт-амперной статической характеристики источника (обО путем подстройки двух потенциометров в фильтре обратной связи 10. Переключатель 27 при этом находится, в состоянии, которое отображено на фиг.1, т.е. группы контактов 29 и 31 разомк нуты, а 28 и 30 - замкнуты. Положение рабочей точки на характеристике 32 определяется изменением сигнала уставки органами управления релей ного блока 21. Настроенный таким образом источник готов для проведения с его помощью процесса сварки. При включении электропитания напряжение сети подается как на сило-: вой трансформатор 1, так и на три стабилизатора напряжения 18 - 20 и на осциллятор 22. Питание блоков 23 25 может быть осуществлено, например от стабилизатора напряжения 19. По сигналу с релейного блока 21 осцнл|лятор 22 пробивает межэлектродный промежуток при разомкнутых контак так 4. Загорается дуга и контакты 4 замыкаются. Синхронизация зажигания дуги и срабатывания контактов 4 осуществляется релейным блоком 21. Сигналы обратной связи по току с шунта 7 и по напряжению поступают на входы фильтра обратной связи 10, где преобразуются в соответствии с настройкой элементов фильтра в комплексный сигнал обратной связи. Этот сигнал поступает на неинвертирующий вход усилителя-суьматора 11, где он сравнивается с сигналом установки, поступающим на инвертирующий вход блока 11 с релейного блока 21. Если текущие значения / и отличаются от заданных Ucg , то на выходе блока 11 получается сигнал рассогласования. Он усиливается в усилителе мощности 12 и через диод 13 и резистор 14 поступает на управляющий вход широтно-импульсного модулятора 15. На второй вход блока 15 поступает опорный сигнал с генератора 16. Блок 15 вырабатывает импульсы, напряжения, ширина которых зависит от величины и знака сигнала рассогласования между сигналом установки и комплексным сигналом обратной связи. Импульсы с выхода-блока 15, усилившись в усилителе 17, поступают на управляниций вход силового модулятора 6 и управляют его работой. Пониженное на силовой,трансформаторе 1 и вьтрямленное на выпрямителе 2 сетевое напряжение прерывается силовым модулятором 6 таким образом, чтобы ширина импульсов напряжения на дуге была такой, чтобы обеспечивались заданные . На процесс сварки оказывает влияние ряд возмущающих факторов. В результате этого влияния качество сварного соединения снижается. Отрицательное влияние некоторых возмущений (например, нестабильность напряжения сети, колебания длины дуги т.д.) удается устранить стабилизацией Ucg. В предложенном устройстве стабилизация рабочей точки осуществляется с помощью обратной связи по току и напряжению. При высоком уровне таких возмущений, как изменение свойств свариваемого материала (например, толщины кромок, химического состава, предварительной упрочненности и т.д.), отклонение геометрических параметров собранного под сварку стыка и других возникает необходимость изменять параметры режима сварки. Обычно изменяют или скорость сварки, или сварочный ток. Но при изменении 2(g, смещается рабочая точка, что часто вызывает нарушение тепловой обстанов71ки в зоне горения дуги, приводящее к дефектам сварного соединения. Изменение скорости взаимного перемещения изделия и сварочной горел ки из-за инерционности приводных механизмов не всегда позволяет оперативно управлять сварочным процессом. В предлагаемом устройстве есть возможность компенсировать технологическиэ возмущения за счет изменения крутизным вольт-амперной статической характеристики. Причем это изменение крутизны можно проводить в процессе сварки, не изменяя велич ны вводимого .в изделие тепла. Для этого комплексный сигнал обратной связи подается как на неинвертирующий так и на инвертирукщий вход элементасравнения 23 через блок 24 Блоки памяти 24 и 25 могут работать как в режиме запоминания сигналов при разомкнутых контактах 30 и 31, так и в режиме, когда сигнал свобод но (не искажаясь) проходит с входа на выход блоков 24 и 25 при замкнутых контактах 30 и 31. Причем при положении контактов переключателя 27, отображенном на фиг. 1, вновь введенная цепь из элементов 23 - 27 на работу источника питания влияния не оказывает. При этом на выходе бл ка 23 получается нулевой сигнал, что контролируется по индикатору 26 При замкнутьрс контактах 28 и 30 сигнал с выхода блока 10 проходит через первый блок памяти 24 на. инве тирующий вход элемента сравнения 23 в котором производится вычитание си налов. Для изменения крутизны вольт амперной статической характеристики источника надо перевести переключатель 27 в положение, когда контакты 28 и 30 разомкнуты, а 29 и 31 замкнуты. При этом на выходе блока 24 сохраняется значение комплекс ного сигнала обратной связи, которо бьшо в момент переключения 27, например и. Подстраивая оба потенциометра в фильтре обратной связи, можно изменить угол наклона рабочего участк характеристики источника до нового значения (например о, , фиг. 2, хара теристика 33). Рабочая точка А при этом своего положения не изменяет, так как сигнал рассогласования на выходе блока 11 (Uu) не изменяется вследствие автоматической корректировки, осуществляемой элементами вновь введенной цепи. Новое значение комплексного сигнала обратной связи ( +UU)поступает на неинвертирующий вход блока.23, где в результате вычитания из него сигнала (с блока памяти 24) получается отличный от нуля сигнал ди. Этот сигнал через контакты 29 (замкнутые) и блок 25 поступает на инвертирующий вход блока 11. Если до изменения крутизны характеристики . где U(, - сигнал уставки, то и после изменения крутизны U4 U2-U4ce- U U,-Uyc,, где ,и - изменение значения комплексного сигнала обратной связи в результате подстройки потенциометров блока 10. После проведения операции по изменению крутизны характеристики переключатель 27 надо перевести в первоначальное положение, когда контакты 28 и 30 замкнуты, а 29 и 31 - разомкнуты. При этом на блок 11 -с выхода второго блока памяти 25 поступает сигнал ii.U и тем самым сохраняется неизменное положение рабочей точки А. Для проведения последующих изменений угла наклона рабочего участка вольт-амперной статической характеристики источника необходимо действовать описанным способом. Все блоки, использованные для построения предлагаемого источника питания, могут быть реализованы на базе стандартных элементов, выпускаемых отечественной радио- и электротехнической промышленностью. Например , силовой трансформатор 1, предназначенный для понижения напряжения сети, изготовлен из серийного трехфазного трансформатора необходимой мощности, выпрямитель 2 предназначен для выпрямления поступающего с трансформатора 1 напряжения. Выпрямитель собран по схеме Ларионова на базе серийно вьтускаемых диодов. Импульсный трансформатор 3 конструктивно объединен с осциллятором 22 в виде серийного осциллятора ОСШ13ЗООМ-1. Контакты 4 реле предназначены для шунтирования вторичной обмотки трансформатора 3 при сварке. Контакты 4 являются контактами серийно вьтускаемого контактора типа КМ. 9 Обмотка контактора входит в состав релейного блока. Силовой модулятор iможет быть собран по схеме, приведенной на фиг. 1 причем в качестве ключевого элемента применяется один или несколько параллельно соединенных транзисторов (например ТК-100, КТ825Г и т.д.). Шунтирующий вентиль 9 предназначен для того, чтобы во время паузы сварочного тока запа сенная в распределенной индуктивнос ти сварочной цепи энергия могла вьщелиться на нагрузке (на дуге). Фильтр обратной связи 10 может быть собран по схеме, приведенной на фиг. 1. Усилитель-сумматор 11, элемент сравнения 23, генератор 16 и широтно-импульсный модулятор 15 могут быть выполнены на без аналоговых и цифровых микросхем (например, 140УД 1Б, К155ЛАЗ, К155ЛА4, К158ТК1 и т.д.). Цепочка, состоящая из диода 13 и резистора 14, служит как для согласования вькода блока 12 с входом блока 15, так и для того чтобы на вход блока 15 поступал сигнал одной полярности. Стабилизаторы напряжения 18-20 предназначены для питания блоков 16,17,15,11,12,23, 24,25 и 21. Они могут быть выполнены по обычной схеме параметрического стабилизатора напряжения. Релейный блок 21 предназначен как для включения в определенной последовательности элементов 22 и 4, так и для управ ления работой схемы по заранее установленной программе (если требуется) Релейный блок собран по схеме, в которой использованы как электромагнит ные, так и электронные реле. Блоки памяти 24 и 25 могут быть вьтолнены по схеме, приведенной на фиг. 3, которая включает конденсатор 34. с малым током утечки, резистор 35 и ис токовый повторитель, собранный на полевом транзисторе 36 и резисто5710ре 37. В качестве индикатора может быть использондн вольтметр. В качестве переключа-геля 27 может быть использован, например, галетный пере: ключат.ель или тумблер. Использование новых элементов (23, 24, 25, 26 и 27) выгодно отли чает предлагаемый источник питания от прототипа. В источнике появляется возможность изменять крутизну его вольт-амперной статической характеристики, не изменяя положения рабочей точки. С помощью же вариации наклона внешней статической характеристики источника питания можно изменять форму столба дуги, т.е. технологические свойства дуги. В результате имеется возможность устранить влияние ряда технологических возмущений и повысить качество сварного соединения. Изготовлен макет источника питания для дуговой сварки по предлагаемой схеме, который успешно прошел предварительные испытания. При этом проведена сварка тонколистовых конструкций из нержавеющей стали (уплотнительных колец и сильфонов). Исследование микро- и макрошлифов образцов показывают, что структура металла шва имеет мелкозернистую структуру, а геометрические размеры сваренного шва отвечают требованиям ГОСТа. Механические испытания образцов показьюают вы- , сокое качество сварного соединения. По сравнению с базовым объектом, источником питания серии ВСВУ, пред- . лагаемое устройство позволяет снизить процент брака при производстве уплотнительных колец и снльфонов в три раза за счет того, что появляется возможность устранения .ряда технологических возмущений путем изменения в процессе сварки крутизны вольтамперной статической характеристики источника питания.

cS,

Фиг.2

о

31

зо(гц

У

Фиг-З3cSf

21(25) /

37