Способ конденсаторной сварки и устройство для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК B23K11/26 

Изобретение относится к конденсаторной сварке металлов и сплавов и может быть применено в сварочных машинах и устройствах, на которых производится продукция микроэлектроники, средств связи, медицинской техники, точного приборостроения, может также применяться в любой отрасли промышленности для точного дозирования накопленной энергии при зарядке конденсатора.

Цель изобретения - повышение качества сварного соединения за счет сохранения

времени заряда батареи конденсаторов при сохранении точности ее заряда.

На фиг. 1-3 изображены временные диаграммы процессов зарядки батареи конденсаторов; на фиг. 4 - блок-схема устройства для конденсаторной сварки.

Первоначальное значение угла включения зарядного тиристора о в каждом последующем полупериоде изменяется на постоянную величину Д до тех пор, пока напряжение на батарее рабочих конденсаторов не достигнет заданной величины Un.

На фиг. 2 показано, как происходит заряд батареи рабочих конденсаторов, значительная часть процесса зарядки. Причем для наглядности задние фронты полуволн сетевого напряжения совмещены, До того момента, пока напряжение на батарее рабочих конденсаторов UK не достигнет величины Un - Аи, процесс зарядки происходит с изменением (ро на постоянную величину Д.

Значение угла включения зарядного тиристора в течение предпоследнего полупериода равно -1 , а напряжение на батарее рабочих конденсаторов DC Un - Ди. Этот момент отмечен на фиг. 3 точкой а. При открывании тиристора напряжение на батарее рабочих конденсаторов увеличится на величину Д U (что соответствует точке b на фиг. 3) и будет находиться в пределах

Un - Uc Un .

Виду того, что при такой величине напряжения на батарее рабочих конденсаторов сработают два дополнительных компаратора, уменьшится вчетверо скорость нарастания напряжения на конденсаторе и в следующем полупериоде угол поджига тиристора будет

-1 +

Ду

При открывании тиристора напряжение на батарее рабочих конденсаторов увеличится на величину Д U/4 и превысит Un (точка с на фиг, 3).

При этом срабатывает компаратор и прекращается процесс зарядки.

Таким образом, вводя по сравнению с прототипом два дополнительных измерения величины Uc при зарядке батареи рабочих конденсаторов за время, большее на длительность двух полупериодов сетевого напряжения, достигается вчетверо большая точность зарядки. Если производить измерение напряжения и при достижении им в каком-то полупериоде величины, находящейся в пределах

Un ди

п-1

Uc Unди

тиристора изменять на величину

то

о п - (о п

в следующем полупериоде угол включения

Ду

точность поддержания напряжения на батарее рабочих конденсаторов можно увеличить в 2 раз,где п - 1,2,3... - количество полупериодов. При этом время на зарядку

увеличится на -г- , где Т - период сетевого напряжения.

На фиг, 4 представлена блок-схема конденсаторной машины для осуществления предлагаемого способа с дополнительно введенными двумя компараторами. Схема

5 содержит зарядный симистор 1, выпрямитель 2, батарею рабочих конденсаторов 3, разрядный тиристор 4, сварочный трансформатор 5, компаратор 6, преобразователь 7 напряжение - длительность импульса, схе10 му 8 совпадения, блок 9 управления разрядным тиристором, ключевой элемент 10, резисторы 11-13 цепочки, ключи 14 и 15, конденсатор 16 цепочки, компараторы 17 и 18, резисторы делителя опорного напряже15 ния 19 - 21, ключевой элемент 22,

Зарядное устройство состоит из сими- стора 1, соединенного с выпрямителем 2, выход которого подключен к батарее рабочих конденсаторов 3, В свою очередь бата20 рея рабочих конденсаторов 3 через разрядный тиристор 4 соединена со сварочным трансформатором 5. Компаратор 6, вход которого подключен к батарее рабочих конденсаторов 3, а его выход, выход преоб25 разоеателя 7 напряжение - длительность импульса и один из выходов блока 9, управления разрядным тиристором через схему 8 совпадения соединены с управляющим электродом .симистора 1. Второй выход бло30 ка 9 управления разрядным тиристором соединен с управляющим электродом последнего, дополнительных компаратора 17 и 18, одни входы которых подключены к батарее конденсаторов 3, а другие к делите35 лю напряжения, соединенного с источником опорного напряжения, причем выходы компараторов подключены к соответствующим ключам, присоединенным параллельно к резисторам RC-цепочки, состоящей из ре40 зисторов и конденсатора 16, подключенного к входу преобразователя 7 напряжением - длительность импульса, причем питание на RC-цепочку подается через ключ от источника постоянного напряжения, а параллельно

45 конденсатору RC-цепочки подключен ключевой элемент 22, соединенный с блоком управления разрядным вентилем.

Устройство для осуществления способа работает следующим образом.

50 При подключении машины к питающей сети преобразователь 7 напряжение - длительность импульса начинают генерировать импульсы, начало которых совпадает с моментом перехода сетевого напряжения че55 рез нуль. Длительность этих импульсов несколько меньше полупериода сетевого напряжения. На управляющий электрод зарядного симистора 1 через схему 8 совпадения подаются отпирающие импульсы, совпадающие по времени с задним фронтом импульсов, генерируемых преобразователем 7 напряжение - длительность импульса. Одновременно происходит заряд конденсатора 16 через замкнутые ключи 14 и 15 и резистор 11. По мере зарядки конден- сатора 16, длительность импульса, вырабатываемого преобразователем 7 напряжение - длительность импульса, уменьшается, Симистор 1 открывается в моменты, соответствующие большим мгновен- ным значениям напряжения сети и напряжение на батарее рабочих конденсаторов 3 продолжает расти, Когда напряжение на батарее конденсаторов достигает величины Uc 2: Ui - Д и, то сработает ком- паратор 18, ключ 15 разомкнется и конденсатор 16 будет продолжать заряжаться через два последовательно включенных резистора одного номинала 11 и 13, j,e, с двое меньшей скоростью. К следующему полупе- риодуугол включения симистора 1 изменится на величину - и напряжение на

батарее рабочих конденсаторов увеличится

А и

на величину - , при этом сработает компаратор 17, ключ 14 разомкнется и в цепь зарядки конденсатора включится еще резистор 12. В следующем полуперйоде напряжение на батарее рабочих конденсаторов

увеличится на величину -, а еще в следующем, также на -j- , при этом сработает

компаратор 6, отрегулированный на задан- мое напряжение. Сигнал с выхода последнего поступает на схему 8 совпадения и подача управляющих импульсов на сими- стор 1 прекращается. Одновременно размыкается и ключевой элемент 10 и зарядка конденсатора 16 прекращается.

Для разряда батареи рабочих конденсаторов 3 на первичную обмотку сварочного трансформатора 5, на управляющий электрод разрядного тиристора 4 подаются им- пульсы с блока 9 управления разрядным тиристором. При этом одновременно подаются сигналы на замыкание ключевого элемента 22, что вызывает разряд конденсатора 16 и на схему 8 совпадения для снятия управ- ления с зарядного тиристора. В последующем.циклы зарядки повторяются.

Способ был опробован на модернизированной машине ТКМ-17М, в схему которой были введены два компаратора. Неравенство, приведенное в формуле изобретения, устанавливает границы областей, на которые разбивается величина зарядного напряжения в зависимости от количества

введенных компараторов. При достижении границы зтих областей происходит срабатывание компаратора.

В данном случае при введении в схему двух компараторов происходит следующее. Первый компаратор срабатывает при напряжениях, лежащих в области (290 - 295) В. Эти значения получаются при подстановке в неравенство значений Un 300 В, Ди 10

и п 1 (300 - Uc 300 - ) .

2°2

При этом напряжение на батарее рабочих конденсаторов достигает величины 300 В. Как видим точность зарядки при этом достигается большая, чем в прототипе. При напряжениях, лежащих в области (295 - 297,5) В, срабатывает второй компаратор. Эти значения получаются при подстановке в неравенстве Un 300: Аи 10Вип 2

(300 - -г 300 -тг ) . При этом напряжение

2 2

на батарее рабочих конденсаторов достигло величины В. Как видим с увеличением числа вводимых компараторов увеличивается точность зарядки батареи рабочих конденсаторов. Погрешность зарядки при этом уменьшается по сравнению с прототипом и может быть определена по формуле

ли

. где п - число компараторов.

Таким образом, предлагаемый способ обладает возможностью повышения стабильности напряжения на батарее рабочих конденсаторов без существенного увеличения времени их зарядки, что улучшает качество сварки.

Формула изобретения 1. Способ конденсаторной сварки, при котором измеряют напряжение Uc на батарее рабочих конденсаторов в каждом полупериоде зарядки выпрямленным током, сравнивают его с пороговым напряжением Un и при Uc Un изменяют угол включения симистора в каждом следующем полупериоде на постоянную величину Д , о т л и ч а ю- щ и и с я тем. что, с целью повышения качества сварного соединения за счет сокращения времени заряда батареи конденсаторов при сохранении точности ее заряда, при достижении напряжением Uc области значений

и г II и А Un -г S Uc Un ,

о п - 1п п

где Аи - изменение величины напряжения за один полупериод заряда;

п - 1,2,3,.. количество полупериодов, в каждом следующем полупериоде угол включения симисторой изменяют на величину -J- и при достижении напряжением Uc

2

величины порогового напряжения Un процесс заряда оканчивают,

. 2. Устройство для конденсаторной сварки, содержащее зарядный симистор, подключенный к выпрямителю, параллельно которому подключены батарея рабочих конденсаторов и последовательно соединенные обмотка сварочного трансформатора и разрядный тиристор, блок управления разрядного тиристора, последовательно соединенные источник опорного напряжения, компаратор и схем совпадения, выход которой соединен с управляющим электродом зарядного симистора, на второй вход схемы совпадения подключен преобразователь напряжение - длительность, управляющий вход которого соединен с управляющим выходом выпрямителя, отличающееся тем, что, с целью повышения качества сварного соединения за счет сокращения времени заряда батареи конденсаторов при

сохранении точности ее заряда, в него введены п дополнительных компараторов, делитель напряжения, п ключей, два ключевых элемента {RC-цепочка, состоящая из п+1 резистора и конденсатора, источник постоянного напряжения, при этом выход последнего через первый ключевой элемент соединен с RC-цепочкой, ключи включены параллельно резисторам НС-цепочки, одни

входы дополнительных компараторов соединены с батареей конденсаторов, а другие - с делителем напряжения, подключенным к источнику опорного напряжения, а выходы дополнительных компараторов подключены

к входам ключей, выход компаратора подключен к управляющему входу первого ключевого элемента, RC-цепочка подключена на вход преобразователя напряжение-длительность импульса, параллельно конденсатору RC-цепочки подключен второй ключевой элемент, выход которого соединен с третьим входом схемы совпадения и вторым выходом блока управления разрядным тиристором.

Изобретение относится к области конденсаторной сварки металлов и сплавов, может быть применено в сварочных машинах и устройствах, на которых производится продукция микроэлектроники средств связи и медицинской техники. Цель - повышение качества сварного соединения за счет сокращения времени заряда батареи конденсаторов при сохранении точности ее заряда. В начале при заряде батареи конденсаторов в каждом полупериоде измеряют угол включения симистора на постоянную величину Δφ и при достижении напряжения на батарее U_N-ΔU/2^N-1≤U_N-ΔU/2^N, где N=1,2.3... количество полупериодов

U_N - пороговое напряжение, в следующем полупериоде угол включения симистора изменяют на величину Δφ/2^N. Устройство для конденсаторной сварки включает выпрямитель, батарею конденсаторов, трансформатор, разрядный тиристор, источник питания, схему совпадения, преобразователь. В устройство введены N - компараторов и ключей, делитель напряжения, RC - цепь и источник постоянного напряжения. Это позволяет уменьшить погрешность зарядки конденсаторов и тем самым повысить качество сварки. 2 с.п.ф-лы, 4 ил.

Un h

и

Un

f ffu f

Фиг.2

%

-4 f

Фиг.з

1609581

У/7-7