Регулятор энергетического цикла сварки Советский патент 1989 года по МПК B23K11/24 

Изобретение относится к сварочному оборудованию и может быть использовано для управления тиристорными контакторами силовых агрегатов сварочного оборудования, реализующего контактные методы сварки.

Цель изобретения - повышение качества сварного соединения за счет повышения температурной стабильности процесса сварки.

На фиг.1 изображена блок-схема регулятора; на фиг.2 - блок-схема узла вычисления действующего значения падения напряжения на свариваемой заготовке; на фиг.З блок-схема узла вычисления-действующего значения сварочного тока; на фиг.4 - блок-схе- :ма блока выборки и хранения; на фиг.5 - блокгсхема блока синхронизации; на фиг..6 - временньГе диаграммы работы устройства.

Регулятор содержит датчик 1 падения напряжения на свариваемом участке заготовки, соединенный с входом узла 2 вычисления действующего значения падения напряжения на свариваемом участке заготовки 3, датчик сварочного тока 4, соединенный со вхоN5

СС 35

3 1512736 ом узла 5 вычисления действуюц|его значения сварочного тока, сбрасываю- ие входы узлов 2 и 5 соединены между собой и с синхронизирующим узлом 6, выход узла 2 соединен с входом X че- тырехквадрантного перемножителя 7, выход узла 5 соединен с входом Y пе- ремножителя 7. Выход последнего соединен с сигнальным вводом блока 8 борки и хранения, управляющим входом соединенного с узлом 6 синхронизации, а выходом с входом сбрасываемого инвертирующего интегратора (включающего резисторы . конденсатор 12,15 усилитель 13, ключ т4), выход интегг ратора соединен с инвертирующим входом компаратора 15, неинвертирующий вход которого соединен с задатчиком 16 необходимого количества энергии, 20 а выход - с S-входом RS-триггера 17, R-вход RS-триггера 17 соединен с датчиком начала сварки (he показан). Выход триггера 17 соединен с управляющим входом фазового регулятора 18 и с уп-25 равляющим входом ключа 1, сбрасывающего интегратор., фазовый регулятор 18 связан с тиристорным контактором 19 и задатчиком 20 среднего времени сварки (угла отпирания тиристоров, 30 ,входящих в состав тиристорного кон- тактора 19). Последний входит в состав силового агрегата сварочной машины, состоящего из сварочного трансформатора 21 и электродов 22, между кото- рыми находится свариваемая заготов- 1ка 3 параллельно интегрирующему кон- денсатору 12 установлена разрядная цепочка, состоящая из резисторов 9 и 10, Узел 2 вычисления действующего 40 значения падения напряжения на свариваемом участке заготовки состоит из четырехквадрантного перемножителя- делителя 23 и сбрасываемого неинвертирующего интегратора, собранного на элементах 24-27, при этом входы X и Y перемножителя-делителя 23 соединены между собой и являются входом узла, выход соединен с входом интегратора, а вход Z - с выходом интегратора и является выходом узла, управляющий вход ключа 25 является сбрасывающим входом узла.

Узел 5 вычисления действующего значения сварочного тока состоит из входного интегратора, собранного на элементах 28-31, четырехквадрантного перемножителя-делителя 32, второго неинвертирующего интегратора, собран-,

50

55

р 5 0 5 0 0

,

0

5

ного на элементах , при этом вход входного интегратора является входом узла 5, выход входного интегратора соединен с входами X и Y перемножителя 32. Выход последнего соединен с входом второго интегратора, выход которого соединён с входом Z перемножителя-делителя 32 и является выходом узла 5, управляющие входы сбрасывающих ключей 29 и З соединены между собой и являются сбрасывающим входом узла 5.

Блок 8 выборки и хранения состоит из входного ключа 37, накопительного конденсатора 38, буферного усилителя 39, инвертора 40 и выходного ключа AI, при этом вход входного ключа является входом блока 8, выход ключа 37 соединен с входом буферного усилителя 39 и первой обкладкой конденсатора 38, вторая обкладка которого соединена с общим проводом, выход буферного усилителя 39 соединен- с сигнальным входом ключа 4l, выход последнего является выходом блока 8, управляющий вход ключа 37 соединен с выходом инвертора 39, .вход инвертора 40 соединен с управляющим-входом ключа 41 и является управляющим входом блока 8 выборки и хранения.

Узел 6 синхронизации состоит из компаратора 42, узла 43 задержки, первого одновибратора 44 и второго одновибратора 45, при этом неинвертирующий вход компаратора является входом узла 6, инвертирующий соединен с общим проводом, выход - с входами узла 43 задержки и первым одновибра- тором, выход узла 43 задержки соединен с входом второго одновибратора 45, выход первого одновибратора 44 соединяется с управляющим входом блока 8 выборки и хранения, выход второго одновибратора 45 соединяется со сбрасывающими входами узлов 2 и 5.

Приводятся следующие диаграммы, отражающие работу устройства: о- сетевое синусоидальное синхронизирующее напряжение; 6 - импульсы управления выходным ключом блока 8 выборки и хранения; в- импульсы .управления входным ключом блоКа 8 выборки и хранения; 1 - импульсы сброса узлов 2 и 5, g - сигнал на выходе блока 8 выборки и хранения; е - сигнал на выходе интегратора и инвертирующем входе компаратора 15, там же прямая линия - напряжение на неинвертирующем

5

входе компаратора 15; сигнал на выходе RS-триггера 17; и - сигнал на выходе фазового регулятора 18 (импульсы отпирания тиристоров тирис- торного контактора 19).

Устройство работает следующим образом.

В начале энергетического цикла сварки с датчика начала сварки на R-вхбд RS-триггера 17 подается импульс, который переводит названный триггер в нулевое состояние. При этом запирается ключ lA интегратора, что переводит интегратор в режим готовности, а также запускается фазовый регулятор 18. Последнее приводит к появлению сварочного тока. С выходов узлов 2 и 5 снимается сигнал, пропорциональный по амплитуде действующему значению падения напряжения на свариваемом участке заготовки и действующему значению сварочного тока (соответственно).. С помощью перемножителя 7 названные сигналы перемно- -жаются и их произведение подается на вход блока В выборки и хранения. В конце каждого полупериода на выходе перемножителя 5 присутствует напряжение, пропорциональное действующему значению активной мощности, подведенной к свариваемой заготовке 3 за истекший полупериод сети, В момент начала следующего полупериода входной ключ 37 блока 8 выборки и хранения запирается и запоминает это напряжение. Одновременно с запиранием ключа 37 отпирается выходной ключ 41 блока 8 выборки и хранения, через промежуток времени порядка 50 мкс, задаваемый у;злом задержки, происходит сброс интеграторов, входящих в состав узлов 2 и 5.

Импульс сброса узлов 2 и 5 форми1512736

одновибратора 4, выбирается в пределах 5-7.мс и является достаточно стабильной величиной. Пока ключ открыт, на выходе интегратора устройства напряжение линейно падает от начальной величины на величину, пропорциональную времени открытого состояния ключа 1 и напряжению, зафик д сированному блоком 8 выборки и хранения.

Так как время открытого состояния ключа постоянная величина, то прирост модуля выходного напряжения ин15 тегратора устройства пропорциональный действующему значению мощности за прошлый полупериод, умноженному на длительность сетевого полупериода (10 мс + 0,5%), или количеству энер20 гии, отданной в нагрузку (свариваемую заготовку) в течение прошлого полупериода. Каждый полупериод описанный процесс повторяется и че0ез определенное время (определенное ко25 личество полупериодов) напряжение на выходе интегратора и входе (инвертирующем) компаратора 15 сравнивается с напряжением задания, поданным с выхода задатчика 1б на неинвёртирую30 Щий вход компаратора 15. Последнее приводит к появлению высокого уровня на выходе триггера 17 как следствие к блокировке фазового регулятора 18 и сбросу интегратора устройства. Устройство переходит в режим паузы, сварочный ток прекращается. Среднее время сварки зависит от угла отпирания тиристоров тиристорного контактора 19 и устанавливается задатчи- ком 20, Так как тепло, выделенное в зоне сварки, рассеивается по объему заготовки, а также отводится в атмосферу, то стабилизация количества, выделенной энергии может быть недо35

40

руется одновибратором 45 узла 6 син- , статочной для стабилизации температу- хронизации. Длительность сбрасываю- ры в зоне сварки по окончании цикла щего импульса выбирается такой, чтобы сварки в различных экземплярах одноименных заготовок. Это объясняется некоторым варьированием времени свар50

обеспечить надежный сброс интеграто O r r i U l i O/ LJLl

ров и не выйти из запретной зоны Фазового регулирования (последняя определяется углом отпирания тиристоров, соответствующим полнофазному режиму сварочного трансформатора при коротком замыкании вторичной обмотки) с целью получения минимальной погрешности вычисления действующих значений. Длительность импульса управления выходным ключом 41 блока 8 выборки и хранения зависит от параметров

55

ки для различных экземпляров одноименных заготовок и особенно заметно при большом среднем времени сварки и (или) плохо очищенных заготовках. Для компенсации этого явления и дополнительного повышения качества стабилизации температурного режима уста новлены резисторы 9 и 10, медленно разря)йающие накопительный конденсатор 12. Резистор 9 регулирует глубину

512736

одновибратора 4, выбирается в пределах 5-7.мс и является достаточно стабильной величиной. Пока ключ открыт, на выходе интегратора устройства напряжение линейно падает от начальной величины на величину, пропорциональную времени открытого состояния ключа 1 и напряжению, зафик д сированному блоком 8 выборки и хранения.

Так как время открытого состояния ключа постоянная величина, то прирост модуля выходного напряжения ин15 тегратора устройства пропорциональный действующему значению мощности за прошлый полупериод, умноженному на длительность сетевого полупериода (10 мс + 0,5%), или количеству энер20 гии, отданной в нагрузку (свариваемую заготовку) в течение прошлого полупериода. Каждый полупериод описанный процесс повторяется и че0ез определенное время (определенное ко25 личество полупериодов) напряжение на выходе интегратора и входе (инвертирующем) компаратора 15 сравнивается с напряжением задания, поданным с выхода задатчика 1б на неинвёртирую30 Щий вход компаратора 15. Последнее приводит к появлению высокого уровня на выходе триггера 17 как следствие к блокировке фазового регулятора 18 и сбросу интегратора устройства. Устройство переходит в режим паузы, сварочный ток прекращается. Среднее время сварки зависит от угла отпирания тиристоров тиристорного контактора 19 и устанавливается задатчи- ком 20, Так как тепло, выделенное в зоне сварки, рассеивается по объему заготовки, а также отводится в атмосферу, то стабилизация количества, выделенной энергии может быть недо35

40

50

55

ки для различных экземпляров одноименных заготовок и особенно заметно при большом среднем времени сварки и (или) плохо очищенных заготовках. Для компенсации этого явления и дополнительного повышения качества стабилизации температурного режима уста новлены резисторы 9 и 10, медленно разря)йающие накопительный конденсатор 12. Резистор 9 регулирует глубину

71

компенсации, а резистор 10 ограничивает диапазон данной регулировки.

Как видно из описания работы регулятора достигается стабилизация энергетического процесса сварки по конечному результату, т.е. по выделенной энергии в свариваемую зону заготовки, независимо от проводимости и температурного изменения заготовки При стабилизации действующего значения сварочного тока задается недостаточно условий для стабилизации температурного режима сварки - ос- .новная погрешность обусловлена не- стабильностью проводимостей (в том числе и переходных) в различных экземплярах заготовок. При стабилизаци мощности накапливается ошибка регулирования (статизм, перерегулирование) . Поэтому такой принцип работы регулятора обеспечивает значительное повышение стабильности температурного режима сварки одноименных заготовок и повышение качества сварного соединения.

Формула изобретения

Регулятор энергетического цикла сварки, содержащий фазовый регулятор, выход, которого соединен с тиристор- ным контактором, включенным в первичную обмотку сварочного трансформатора, датчик сварочного тока подключен

8

на вход узла вычисления действующего значения сварочного тока, датчик напряжения, блок выборки и хранения, интегратор, компаратор, узел синхронизации, на первый вход фазового регулятора подключен задатчик среднего времени сварки, датчик начала сварки, отличающийся тем, что, с

целью повышения качества сварного соединения за счет повышения темпера- турной стабильности процесса сварки, в него введены RS-триггер, задатчик необходимого количества энергии и последовательно соединенные узел вычисления действующего значения напряжения и четырехквадрантный перемножи- тель, выход которого через блок выборки и хранения, интегратор и компаратор соединен с S-входом RS-тригге- ра, R-вход которого соединен с датчиком начала сварки, а выход RS-тригге- ра соединен с вторым входом фазового регулятора и управляющим входом ин- тегратора, прямой вход компаратора соединен с выходом задатчика необходимого количества энергии, первый и второй выходы узла синхронизации подключены соответственно к управляющему входу блока выборки и хранения и управляющим входам узлов вычисления действующего знамения тока и напряжения, вход узла вычисления действующего значения напряжения соединен с

выходом датчика напряжения.

Изобретение относится к сварочному оборудованию и может быть использовано для управления тиристорными контакторами силовых агрегатов для контактной сварки. Цель изобретения - повышение качества сварного соединения за счет повышения температурной стабильности процесса сварки. Регулятор энергетического цикла сварки содержит сварочный трнсформатор, датчики начала сварки, сварочного тока и напряжения, фазовый регулятор, тиристорный контактор, узел вычисления действующего значения сварочного тока, интегратор, блок выборки и хранения, компаратор, узел синхронизации, задатчик среднего времени сварки. В регулятор дополнительно введены RS-триггер, задатчик необходимого количества энергии, узел вычисления действующего значения напряжения и четырехквадрантный перемножитель. Стабильность процесса сварки повышается по конечному результату, т.е. по выделенной энергии в свариваемую зону заготовки, независимо от проводимости к ее температурному изменению. Регулятор не требует стабилизации напряжения, тока или мощности сварочного контура. 6 ил.

380

13

аг. /

нтам сборки

23

Вкод

..КУ

37

Вход

38

Cffpot

.ТА

26

27

Bbtxod

Фиг.2

,

Ф1/г.Ъ

К уз/ty синхронизации

39

1

Выход

Фиг.

1512736

v Сеть (синхр.)

5

ЛKt/3/iaM t/

к ячейке & вб/бор/fei и жране/ /я

|

Фие.6