Машина для контактной сварки на постоянном токе Советский патент 1985 года по МПК B23K11/24 

к входу регенеративного узла срав нения, его выход - к первому входу распределителя импульсов, второй вход - к выходу источника опорного напряжения, выход управляемого ключа подключен к интегрирующему конденсатору генератора пилообразного напряжения, включающий вход указанного ключа соединен с выходом задающего генератора,аотключающий вход- с общей Точкой соединения регенеративного узла сравнения и распределителя импульсов.

МАШИНА ДЛЯ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ НА ПОСТОЯННОМ ТОКЕ, содержащая входной выпрямитель, ключевыеэлементы, неуправляемые вентили, трехфаз- . ный трансформатор, на каждом активном стержне которого размещены по две секции первичной обмотки и по одной вторичной обмотке, сварочный контур со сварочными клещамн и выходными клеммами, задающий генератор и распределитель импульсов, при зтом входной вьшрямитель подключен к входным клеммам устройства, положительный вьшод его соединен через ключевые элементы с первыми вьшодами первых секций первичных обмоток, а каждая первая секция первичной обмотки одного стержня соединена последовательно и согласно со второй секцией первичной обмотки дру- гого стержня, при этом вторые выводы вторых секций первичных обмоток объединены и соединены с отрицательным выводом входноговьшрямителя, одни концы вторичных обмоток объединены вместе, образуют точку общего потенциала и соединены с первым входным выводом сварочного контура, а другие - друг с другом через неуправляемые вентили и с вторым входнь м выводом сварочного контура, выход задающего генератора соединен с первым входом распределителя импульсов, выходы которого соединены с входами ключевых элементов, о т лич ающ ая ся тем. что, с целью повьшения качества сварки пу(/) тем уменьшения колебаний энергии, подводимой к сварочной цепи, в нее введены генератор пилообразного напряжения с двумя входами н интегрирующим конденсатором, фазосдвигающее устройство, первый и второй делители напряжения на резисторах, последовательная LC-цепь, регенеративный узел сравнения, источник опорного напр1яжения, управляемый ключ с включакмцим и отключающим входами, при этом указанная LC-цепь подключена последовательно с первым делителем напряжения, оба деления подключены параллельно выходным клеммам входного вьшрямителя, средняя точка резисторов первого делителя подключена к входу фазосдвигающего устройства, выход которого соединен с входом генератора пилообразного напряжения, средняя точка второго делителя подключена к второму входу генератора пилообразного напряжения, выход генератора пилообразного напряжения -

Изобретение относится к сварке и предназначено для соединения изделий из материалов: с «малыми удель ными сопротивлениями. Машина может быть использована в гибком автоматизированном электросварочном производстве, Целью изобретения является повышение качества сварки. Поставленная цель достигается путем уменьшения колебаний подводимой энергии. На фиг. 1 представлена принципиал ная электрическая схема машины; на фиг. 2 - графики, поясняющие принцип ее работы. Машина содержит трехфазный трансформатор 1, на каждом активном стержне которого размещены по две секции первичной обмотки причем каждая первая секция 2 одного стержня соеди нена последовательно и согласно с второй секцией 3 первичной обмотки другого стержня, и по одной вторичной обмотке 4. Входной выпрямитель 5 подключен к питающей сети переменног тока, а его положительный вывод соединен через ключевые элементы 6 с первыми выводами первых секций 2 первичных обмоток. Вторые выводы вторых севдий Э первичных обмоток ооъединены и соединены с отрицательным выводом входного выпрямителя 5. Одни концы вторичных обмоток 4 объединены, образуют точку общего потенциала и соединены с первым входным . выводом сварочного контура 7, а другие соединены друг с другом через неуправляемые вентнпи 8 и соединены с вторым входным выводом сварочного контура 7. Вмхол задающего генератора 9 соег динен с первым входом распределителя им1тульсов 10, шесть .выходов которого соединены с шестью входами ключевых элементов 6, причем три первых выхода распределителя импульсов 10 соединены с включающими входами ключе- вых элементов 6, а три других - с отключающими входами. Генератор пилообразного напряжения I1 соединен с выходными выводами входного выпря мителя 5 через фазосдвигающее устройство 12, первый делитель напряжения на резисторах 13 и 14, последовательную LC-цепь 15 и через второй делитель напряжения на резисторах 16 и 17. Выход генератора пилообразного напряжения 11 и выход источника опорного напряжения 18 подключены соответственно к первому и второму входам регенеративного узла сравнения 19, выход которого подключен к второму входу распределителя импульсов 10 и к отключакяцему входу управляемого ключа 20, к включающему входу которого подключен выход задающего генератора 9. Управляемый ключ 20 включен параллельно конденсатору генератора пилообразного напряжения 11. На фиг. 2 показаны диаграммь мгновенных значений напряжений на выходе выпрямителя 5 (диаграмма 2 U, напряжения, подводимого к трем поочередно paбofaюп им первичным обмоткам трансформатора 1 (диаграмма 22 X напряжений на входе и выходе фаэосдвигающего устройства 12 (диаграммы 23 и 24), напряжения на инверсном входе операционного усилителя генератора пилообразного напряжения 11 ( диаграмма 25 ) и напряжения на входе генератора пилообразного напряжения 1I ( диаграмма 2.6 ). На диаграммгос отмечены моменты срабатывания регенеративно-

3

го узла сравнения 19, включения и отключения ключевых элементов 6,

Машина работает следующим образом.

.Входной выпрямитель 5 при подключении к трехфазной питающей сети обеспечивает положительное напряжение на анодах клочевых элементов 6 и отрицательное напряжение на вторых выводах вторых секций 3 первичных обмоток трансформатора. Управляюоще импульсы на включение ключевых элементов 6 подаются от задшощего генератора 9 через распредели ель импульсов iO поочередно через 1/3 периода, соответствующего выбранной частоте. При подаче очередного управляющего импульса на включающий вход одногй из ключевых элементов 6 он включается, и ток от входного выпрямителя 5 течет от замкнутой цепи через ключевой элемент первую секцию 2 первичной обмотки одного стержня и вторую секцию 3 первичной обмотки другого стержня трансформатора. 1. Наличие на каждом стержне двух секций 2 и 3 первичных обмоток, каждая из которых присоединена к одному из двух ключевых элементов 6, работакицих поочередно через 1/3 периода при максимальном, токе нагрузки и постоянном питающем напряжении, обеспечивает непрерывное однонаправленное изменение потока в 14агннто«роводе трансформатора 1 в- течение 2/3 периода, которое создает положительное напряжение на выводах вторичных обмоток 4, подключенных к анодам неуправляемых вентилей 8. Отрицательное напряжение на этих выводах существует в.течение 1/3 периода, когда происходит восстановление индукции в сердечниках. При подключении сварочного контура 7 в нем протекает ток, создаваемый каждую 1/3. периода двумя одновременно работающими вторичными обмоткаш 4 двух фаз. вентиль 8 и каждая вторичная обмотка 4 работтают 2/3 периода и через них протекает 1/2 тока нагрузки.

Управляющий импульс от задающего генератора 9 подается одновременно на включающий вход ключевого элемента 6 и на отключающий вход управляе мого.ключа 20, и он открывается. Начинается заряд конденсатора генератора пилообразного напряжения 11.

946274

Генаратор пилообразного напряжения 11 интегрирует входное напряжение . В момент равенства напряжений на конденсаторе генератора пилообразного напряжения и на выходе источника опорного напряжения 18 регенеративный узел сравнения 19 вырабатывает сигнал, поступающий на отклю- чанщий вход ключевого элемента 6, и

to он отключается. Таким образом обеспечивается поочередная работа ключевых элементов 6 и присоединенных к ним секций первичных обмоток. Если в напряжении питания машины нет .

fc переменной составляющей, то напряжения на выводах ключевых элементов . 6 и токи в обмотках трансформатора имеют вид импульсов с неизменной ам плитудой и постоянной длительностью.

. Это обеспечивает постоянство значений энергии, подводимой к сварочному контуру за каждый период работы ключевых элементов 6. Когда в напряжении питания содержится переменная составляющая, длительность импульсов изменяется (фиг. 2, диаграммы 2 и 22 ). Изменение длительности импульсов позволяет уменьшить влияние переменной составляющей шгг. тающего напряжения на стабильность подвода энергии к сварочному конту- РУ. -

Энергия Wj, подводимая к сварочному контуру за каждый i-период работы ключевых элементов 6, описывает

35 ся уравнением:

.

. ,lu.(v,.u)(vi)tJ

0ооо

()o,.u,

или упрощая

iГ

r-i .,)Л L ..

Or.oLV r4(u)LF J

Г

Miz ,,.v-v)c;t, (1)

где и - мгновенное значение напряжения, подводимого к сварочному контуру 7;

i-мгновенное значение сварочного тока; Ug - постоянная составляющая

напряжения U;

1о - постоянная составляющая сварочного тока; и - мгновенное значение перемен ной составляющей напряжения ., i - мгновенное значение перемен ной составляющей сварочного тока: л IT/ . - мгновенное значение первой гармоники гЕеременной составляющей сварочного тока; VfnM амплитуда первой гармоники переменной составляющей напряжения U; гд)Ь -активное и инду1 Гтивное сопр тивления .сварочного контура У - начальная фаза первой гармо ники переменной составляющей ;.йапряжения U; - фазовый сдвиг тока относи-тельно напряжения, 4 arctg- |--; и - мгновенное значение напряже ния на выходе входного выпрямителя 5; и,. -амплитуда первой гармоники переменной составлянщей напряженияп,П2 - постоянные коэффициенты . Уравнение i (l) справедливо прИ следующих допущениях: 1. Произведение двух относитель но малых величин иь пренебрежимо мало. 2.Фазовые искажения в трансфор маторе незначительны, поэтому ,и, HV, K,V,, (К и Kjj - постоянные коэффициенты 3.Полное сопротивление сварочного контура маягины Z« У r +CcoL) ПОСТОЯННО в процессе сварки, так как определяется в основном размера рабочего пространства машины. 4.В устройстве при фиксированн длительности импульса сварочного тока его постоянная составляющая {, и постоянная составляющая VQ напряжения, подводимого к сварочно контуру, имеют высокую степень пос тоянства от цикла к фиклу сварки и в уравнении (1) заменены коэффицие тами ГЦ IO „ Кг „ . Тогда условие уменьшения колеба НИИ энергии, подводимой к сварочно контуру за период работы ключевых элементов 6, определяется уравнени (яS()olt-c9.st .(1) Из уравнения (2) видно, что, изменяя верхний предел интегрирования С- , можно обеспечить высокую степень постоянства суммарной энергии, под- водимой к сварочному контуру, и повторяемость закона изменения энергии, подводимой к зоне сварки за цикл. Изменение длительности ьключенного состояния ключевых элементов, зависящей от мгновенного значения напряжения питания, амплитуды, начальной фазы первой гармоники переменной составляющей питающего напряжения, фазового сдвига первой гармоники переменной составляющей тока, T.ef (и,У,У, Ч), достигается за счет введения генератора пилообразного напряжения 11, фазосдвигающего устройства 12, двух делителей напряжения на резисторах 13, 14, 16 и 17, последовательной LC-цепи 15, источника опорного напряжения 18, регенеративного узла сравнения 19 и управляемого ключа 20. , При изменении мгновенного значения напряжения на выходе входного выпрямителя 5 из-за наличия переменной составляющей изменяется скорость . заряда конденсатора генератора 1 пилообразного напряжения (фиг. 2, диаграмма 26), что приводит к изменению времени включенного состояния . ключевых элементов 6.Через делитель на резисторах 16 и 17 на один вход генератора пилообразного напряжения посту-; пает сигнал, пропорциональный первому члену подынтегрального выражения в уравнении (2 ). Через последовательную LC-цепь ( фильтр первой гармоники переменной составляющей питающего напряжения ), делитель :на резисторах 13 и 14 и фазосдвигающее устройство 12 на другой вход генератора пилообразного напряжения поступает сигнал, пропорциональный второму члену подынтегрального выражения в уравне- . НИИ (2) (фиг.2, диаграмма 24). Таким образом обеспечивается уменьшение колебаний энергии, подводимой к свариваемому изделию за период работы ключевых элементов 6 (фиг. 2, диаграм14а 26) и, следовательно, повторяемость закона изменения энергии, подводимой к зоне сварки за цикл.

Повторяемость задаиного закона зменения энергии, подводимой к зоне сварки, и высокая степень постоянства суммарной энергии от цикла к циклу гарантируют высокое качество сварки. Это справедливо при постоянстве или малых изменениях других факторов, влияющих на качество сварки давление, диаметр зшектродов и др.).

Теоретические расчеты показали, а экспериментальнаяпроверка подтвердила, что колебания энергии, подводимой к сварочному изделию за период работы ключевых элементов, и изменение суммарной энергии от цикла к циклу, связанные с ошибками ключевых элементов и ошибкой метода, не превышают 5-7%, что в 3-4 раза меньше, чем в известном устройстве.

При работе устройства с частотой переключения ключевых элементов 400 Гц объем трано юрматора машины

может быть уменьшен по сравнению с трансформатором ТТВТ-7,16 в 4-5 раз.

Изобретение можно эффективно использовать для сварки изделий из материалов с малыми удельными сопротивлениямн и в гибком автоматизированном электросварочном производст- ве..

С V V S.

klijyj

Риг.Г