Регулятор мощности Советский патент 1988 года по МПК B23K11/24 

114

Изобретение относится к области сварки и предназначено для использования в цепёсварочиых автоматах, реализующих способ сварки сопротивлением-.

, Цель игзобретения - стабилизация мопсности, подводимой непосредственно к свариваемому звену, разгрузка управляющих областей тиристоров, стабилизация угла отпирания тиристоров при изменении частоты сетевого напряжения, упрощение схемы,

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого регулятора мощности с элементами силовой части сварочной установки.

Регулятор мощности содержит сварочный трансформатор I, тиристорный контактор 2, датчик 3 сварочного то- ка, контактные губки А и 5, токопро- вода, вспомогательные электроды 6 и 7 свариваемое звено 8, дискретно-аналоговые интегрирующие узлы 9 и 10) че- тырехквадратный аналоговый перемно- житель 11, узел 12 синхронизации, генератор ,13 пилообразного напряжения положительной полярности, модулятор 14, задатчики 15 и 16 мощности I и II периодов сварки, ячейку 17 выборками хранения, коммутатор. 18 задатчиков,, блок 19 таймеров, логический инвертор 20, компаратор 21, генератор 22 отпирающих импульсов, логический элемент 4И 23, узел 2Д индикации полнофазно- го режима, резисторы 25 и 26 сумматора пилообразного напряжения и напряжения отсечки минимального угла отпира- нил тиристоров.

При этом первичная обмотка свароч- кого трансформатора соединена с вьпсо- дом тиристорного контактора 2, вход которого соединен с выходом логического элемента 4И 23 и входом узла 24 индикации полнрфазного режима, вто- ричная обмотка сварочного трансформатора I соединена с контактными губками 4 и 5 токопровода, выход датчика 3 сварочного тока - с входом дискретно-аналогового интегрирующего узле 9, вспомогательные электроды 6 и 7 - с входами дискретно-аналогового интегрирующего узла 10 и узла 2 синхронизации, первый выход которого соединен с третьими входами дискретно- аналоговых интегрирующих преобразователей 9 и 10, второй выход узла синхронизации - с ячейкой 17 выборки хранения и вторым входом логического

092

элемента 4И 23, выходы дискретно-аналоговых интегрирующих узлов 9 и 10 - с входами четырехквадратного аналогового перемножителя 1I, выход которого соединен с первым входом ячейки 17 выборки хранения, которая своим выходом соединяется с инверсным входом компаратор а 21, выход которого соединен с первым входом логической схемы 4И, второй вход компаратора - с резисторами 25 и 26, Третий вход логического элемента 4И связан с выходом логического инвертора 20, вход которого соединен с выходом узла 12 синхронизации и первым входом модулятора 14, второй вход которого соединен с генератором 13 пилообразного напряжения положительной полярности, а выход с задатчиками 15 и 16 мощности. Выход узла 12 синхронизации соединен с вторым входом блока 19 таймеров, первый вход которого связан с входом узла 12 синхронизации и входом узла. 24 индикации, выход блока 19 таймеров -.с входом коммутатора 1 8 и датчиков, выходы которого соединены с задатчиками 15 и 16 мощности и с резистором 26, а выход генератора 22 отпирающих импульсов - с четвертым входом логического элемента 4И 23,

Регулятор мощности работает следующим образом,

В момент начала цикла нагрева шовного участка свариваемого звена узел 12 синхронизации подает команду .на запуск блока 19 таймеров, содержащего два таймера, включенных последовательно (второй таймер начинает отрабатывать заданное время после окончания отработки времени первым таймером). Пока работает первый таймер, на выходе блока 19 таймеров удерживается низкий уровень (логический О) и коммутатор-18 задатчиков соединяет задатчнк . 15 мощности первого периода сварки с резистором 26, второй вывод которого соединен с неинвертирующим входом компаратора 21,

На время всего цикла сварки узел 12 синхронизации подает на управляющий вход модулятора 14 низкий уровень. На сигнальный вход модулятора 14 подается Пилообразное напряжение с выхода генератора 13, частота шило образного напряжения равна удвоенной частоте переменного напряжения питающей сети. Поэтому с момента запуска первого таймера начинает работать мо-

дулят.ор 14. в его функцию входит подъем пилообразного сигнала на пьедестале постоянной составляющей за время выхода на режим, причем величина постоянной составляющей за это время меняется от U до О, где амплитуда пилообразного сигнала на выходе модулятора 14 после выхода на режим (считается, что исходный пило- образный сигнал положительной полярности).

По окончании отработки времени первым таймером блока 19 таймеров на- чинает отработку времени второй тай- мер. При этом на управляющий вход коммутатора 18 задатчиков подается высокий уровень (логическая 1) и к резистору 26 подключается задатчик 16 мощности второго периода сварки. В момент окончания отработки второго периода сварки на выходе блока 19 таймеров устанавливается низкий уровень. Это-приводит к обратному переключению задатчикрв, а также к воз- действию зтого низкого уровня на узел 12 синхронизации, которьй в ответ подает высокий уровень на управляющий вход модулятора 14, а также на один из входов логического элемента 4И 23. Последнее приводит к запрету подачи управляющих импульсов на тиристорный контактор 2.

Угол отпирания тиристоров тирис- торного контактора 2, а следовательно, и величина мощности, подводимой к свариваемому звену, определяется моментом сравнения величины напряжения обратной связи с алгебраической суммой пилообразного напряжения и напря- жения отсечки минимального угла отпирания тиристоров. В момент сравнения этих напряжений на выходе компаратора 21 устанавливается . высокий уровень, который подается на один из входов элемента 4И 23, и если на других двух входах, не связанных с генератором отпирающих импульсов, высокие уровни то с выхода этого генератора проходит на выход логического элемента 4И 23 (и на вход тиристорного контактора 2) последовательность отпирающих импульсов частотой следования 3 кГц и длительностью 100-150 мкс. Прохождение отпирающих импульсов пре- кратитсяу если выполнится хотя бы одно из трех условий: закончится полупериод, закончится цикл сварки (подача сварочного тока), появится на

1411109

j 0 5 Q

п j ,-

5

пряжение между контактными губками 4 и 5 , а значит и меж ду вспомогательными электродами 6 и 7.

Последнее запрещает подачу отпирающих импульсов на открытый тиристор до конца текущего полупериода, что служит защитой управляющих структур тиристоров контактора 2 от нагрузки бесполезно следующими управляющими импульсами.

Канал обратной связи по действующему значению мощности, подводимой к свариваемому звену, работает следующим образом.

Действующее значение мощности, подводимой к свариваемому звену за катсдый полупериод, вычисляется путем интегрирования функций изменений сварочного тока и напряжения между вспомогательными электродами 6 и 7 с помощью дискретно-аналоговых интегрирующих узлов 9 и 10, затем полученные значения перемножаются с помощью четьфехквадратного перемножителя 11. С выхода перемножителя 11 напряжение, пропорциональное действующему значению мощности, подводимой за полупериод к свариваемому звену 8, фиксируется ячейкой 17 выборки и хранения. Названные интегрирующие узлы представляют собой классические инвертирующие интеграторы, выполненные на интегральных операционных усилителях, дополненных МОП-ключами, включенными параллельно конденсаторам интеграторов, с целью разрядки конденсаторов через 2-5 мкс после окончания каждого полупериода. Такая задержка начального момента разряда конденсаторов необходима, так как с целью получения точного значения регулируемой мощное- ти за полупериод запирание ячейки выборки и хранения производится в момент окончания полупериода, а до полного запирания ключа ячейки на выходе перемножителя должно сохраняться /вычисленное напряжение.

Управление интеграторами 9 и 10, а также ячейкой 17 выборки и хранения осуществляет узел 12 синхронизации. Отпирание ячейки выборки и хранения производится в момент появления напряжения на вспомогательных электродах 6 и 7. Это уменьшает влияние выходного сопротивления аналогового перемножителя 11 на точность запоминания напряжения ячейкой 17 выборки и хранения. Дпительность импульсов

51

отпирания разрядных ключей, находящихся в интеграторах 9 и 10, составляет 100-150 МКС. На 200-250 мкс с :целью исключения сбоев регулятора должно задерживаться появление поло- ;жительного напряжения на инвертиру- |ющем входе компаратора 21, Для этого |с помощью пассивного (сумматора ре- |зисторов 25 и 26) пилообразное на- ряжение положительной полярности суммируется с отрицательным напряже- Лием отсечки -IL.

:, 01 tv

При максимальных заданных мощноеТях, т.е. при максимальньпс амплиту- |дах пилообразного напряжения на вы- коде коммутатора 18 задатчиков, напряжение отсечки должно обеспечить указаннуто задержку. При меньшей амплитуде пилообраз ного напряжения задержка, а значит и минимально возможный угол отпирания тиристоров, |Еще меньше, что предусмотрено с це- jttbro 5 меньшения вероятности перерегу- тирования при заданных минимальных :эежимах. Таким образм, вычисленное значение мощности за прошедггай полу- лериод; используется для коррекции угла отпирания в текущем полупериоде и т.д.

Стабилизация угла отпирания тиристоров при изменении частоты на- 1|1ряжения сети происходит. следующим йбразом. Если, к примеру, частота фнизилась, длительность полупериодов :|гвеличится. Тогда амплитуда пилооб- IiasHoro напряжения тоже увеличится. (1днако увеличится и уровень сигнала обратной связи (при прочих равных ус д овиях), так как величина сигнала выходе интегратора прямо пропорци г нальна времени интегрирования при прочих равных условиях. Последнее Позволит в какой то мере компенсировать уменьшение угла отпирания тирис TfopoB и при изменении частоты напря- йения сети.

Для сигнализации полнофаэного ре- ясима, который является следствием Неисправности регулятора либо неудач Ио выбранного режима сварки, служит узел 24 индикации полнофазного режима, сравнивающий моменты поступления Напряжения на звено с начальными моментами полупер иодов.

Вспомогательные электроды 6 и 7, которые служат для измерения падения напряжения на части свариваемого звена 8 вблизи сварного шва в процессе

96

сварки, выполнены в виде стержней, например 5 из вольфрама (так как работают при высоких температурах), за- остренньтх с рабочей стороны. Их положение относительно контактных губок 4 и 5 должно быть жестк о фиксиро - вано. Усилие прижима электродов к звену 8 и размеры электродов определяются калибром и материалом свариваемой цепи.

Необходимая взаимная фазировка подключения датчика 3 сварочного тока и вспомогательных электродов 6 и 7 к входам соответствующих интегрирующих узлов обеспечивает сигналы с выходов дискретно-аналоговых интегрирующих узлов одинаковой полярности.

20 Формула изобретения

5

1.Регулятор мощности, содержащий трансформатор, тиристорный контактор, два задатчика мощности, блок таймеров, логический элемент 4И, генератор пилообразного напряжения, ячейку выборки и хранения, компаратор, генератор отпираюш 1х ш-шульсов, канал обработки сигнала обратной свйзи, узел синхронизации, модулятор переднего фронта огибающей регулируемого энергетического параметра, узел индикации полнофазного режима, при этом управляклдий вход тиристорного контактора соединен с первым входом узла индикации полнофазного режима и выходом схемы И, выход тиристорного контактора соединен с первичной обмоткой транс форматора, включенной в сеть переменного напряжения, инвертирующий вход компаратора соединен с выходом ячейки выборки и хранения, выход компара;- тора соединен с первым входом логического элемента 4И5 второй вход которого соединен с управляющим входом ячейки выборки и хранения и с узлом синхронизации, четвертый вход логического элемента 4И соединен с выхо-- дом генератора отпирающих импульсов, выход генератора пилообразного напряжения соединен с сигнальным входом модулятора огибающей, выход которого соединен с входами задатчиков, а напряжение питания сети подается на генератор пилообразного напряжения, узел синхронизации, блок таймеров, узел игщикации полнофазного режима, отличающийся тем, что, с целью стабилизации действующего зна0

5

0

5

0

5

Изобретение относится к сварке и предназначено для использования в цепесварочных автоматах, реализующих способ сварки сопротивлением. Цель - стабилизация мощности, подводимой непосредственно к свариваемому звену, разгрузка з равляющих областей тиристоров, стабилизация угла отпирания тиристоров при изменении частоты сетевого напряжения и упрощение схемы. В устройстве используются две петли обратной связи - по току вторичного контура и по падению напряжения на свариваемом участке звена. Действующие значения сигналов обратных связей вычисляются путем интегрирования их за каждый полупериод. Полученные значения перемножаются и запоминаются на время неполного полупериода. Эти значения сравниваются с алгебраической суммой напряжения отсечки отрицательной полярности и пилообразного напряжения положительной полярности, частота которого равна удвоенной частоте сетевого напряжения. Амплитуда и, следовательно, крутизна определяются положением подвижного контакта задатчика мощности, Регулятор позволяет получить стабильное качество сварки при изменении переходных сопротивлений элементов вторичного контура и частоты сетевого напряжения. I з.п. ф-лы. I ил.