Способ управления вентильным преобразователем в конденсаторных машинах и устройство для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК B23K11/26 

Изобретение относится к области контактной сварки и может быть использовано для управления вентильным преобразователем, через который производится зарядка конденсаторной батареи.

Цель изобретения - повышение качества сварного соединения за счет повышения точности и скорости заряда батарей конденсаторов.

На фиг. 1 показана блок-схема устройства управления вентильным преобразователем в конденсаторных машинах; на фиг. 2 -- алгоритм его работы.

Известно, что для обеспечения максимально возможной скорости зарядки батареи на начальном участке, т. е. когда Us намного меньше U необходимо заряжать батарею полнофазным током, для чего угол включения вентилей должен быть равен

a,arcsin

Jd

где и с - напряжение сети.

Чтобы избежать значительного перезаряда батареи сверх номинального значения, включение вентилей в угле, определенном уравнением (1), допустимо лишь до тех пор, пока выполняется неравенство

Ч5„-А(.

Величину максимального приращения напряжения на батарее за один полупериод питающей сети определяют при условии включения зарядных вентилей на полнофазный ток и напряжении на батарее, равном 6 5„, из следующего уравнения:

Д У -4- 2cosit5 -(jt-24i,) smxl)J.

Си /V L

. Kfn:

агс5ш / г,

После нарастания напряжения на батарее до значения, при котором выполняется неравенство

0(7{),

необходимо обеспечить быструю дозарядку ее до номинального напряжения. Это можно обеспечить, включая вентили в угле, определяемом из уравнения

- в момент определяемый, уравнением (1), т. е. в естественном угле, что обеспечивает максимально возможную скорость зарядки батареи на полнофазном токе независимо от колебаний напряжения питающей сети и текущего напряжения на батарее на начальном участке. При этом вычисление угла по уравнению (1) не требуется. При превышении текущим напряжением иа батарее номинального значения, т. е.

10 при , угол в не вычисляют и зарядные вентили не включают.

Значения А(У и уравнениях (5) и (6), используемые для вычисления в, пересчитывают один раз за цикл зарядки после перic вого включения зарядных вентилей. Очевидно, что при первом включении вентилей в очередном цикле зарядки батареи выполняется условие 6fe«Lfe-, поэтому вентили включаются в естественном угле на полнофазный ток. Если перед первым включе20 нием вентилей измерить начальное напряжение на батарее U o, а после первого полупериода зарядки - приращение напряжения 6tV, то, используя уравнения (2) и (3), можно оценить параметр зарядной цепи (jiRC из уравнения

cosK-(n-2K)sinK j J, 27,

где

f: arcsin ол

i. Ul

W.

Изобретение относится к контактной сварке и может быть использовано для управления вентильным преобразователем, через который производится зарядка конденсаторной батареи. Цель - повышение качества сварного соединения за счет повышения точности и скорости заряда батареи конденсаторов. Способ и устройство управления вентильным преобразователем в конденсаторных сварочных машинах обеспечивают быструю и с высокой точностью зарядку батареи конденсаторов в режиме прямого цифрового управления зарядными вентилями за счет полнофазного включения последних на начальном участке зарядки и в угле, определяемом из уравнения Θ =(2φ_н-φ)(U_бн-U_б-ΔU)/ΔV, на участке подзаряда, где U_бн и U _б - номинальное и текущее напряжения на батарее, а φ_н и ΔU рассчитывают один раз за цикл зарядки по уравнениям φ_н=K(0,83 + 9,61 ^. 10^-2K²)

Δ*98U=[U_снδU(1-1,01K+0,21K⁾]:(0,91U_сн-U₀-δU/2)

K=U_бн/U_сн, где U_сн - номинальное напряжение питающей сети

δU - приращение напряжения на батарее за первый полупериод при включении зарядных вентилей в естественном угле

U₀ - нап на батарее перед началом зарядки. Устройство управления вентильным преобразователем выполнено из цифровых элементов на базе микропроцессора и осуществляет зарядку батареи конденсаторов в режиме прямого цифрового управления. Оно не требует каких-либо регулировок и переналадок в процессе эксплуатации при изменении параметров зарядной цепи и напряжения зарядки батареи, обеспечивая при этом повышение скорости зарядки и уменьшение объема управляющего оборудования. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

п (,) ,

в

где

(6)

2г4

При превышении текущим напряжением на батарее номинального значения, т. е. при , вентили не включаются.

Анализируя (5), видим, что угол в становится положительным только при выполнении неравенства (4). Именно эта особенность, а также применение оптронных тиристоров, включенных по приведенной схе.ме (фиг. 1) для управления зарядными вентилями, позволяет после измерения текущ,его напряжения на батарее Us в момент перехода сетевого напряжения через ноль и вычисления значения 0 по уравнению (5) либо сразу выдать управляющий сигнал на включение вентилей, если , либо выдать его с задержкой на время, пропорциональное углу 9, в противном случае, причем управляющий сигнал независимо от момента выдачи длится до конца текущего полупериода питающей сети, после чего сбрасывается. Включается оптотиристор и, соответственно, включает зарядный вентиль только при . Для последнее условие выполняется в момент выдачи управляющего сигнала, а для

Поставим вьф.ажения (3), (7) и (8) в (2), применив представление тригонометрических функций в виде рядов. Опустив промежуточные преобразования, получим приближен- 35 ные выражения для определения искомых параметров А{/ и ф„:

д,. (-,,21K),0)

ф /((0,83-1-9,6i 10 -К),(10)

40

где

Vc.

Уравнения (5), (9), (10) и (11) не содержат трансцендентных функций и не требуют большого времени для вычисления их значений с использованием современных микропроцессоров.

Таким образом, способ управления вентильным преобразователем позволяет осуществлять зарядку батареи с предельно возможной скоростью, производя автоматическую настройку устройства управления на параметры зарядной цепи / и С, и при этом исключить перезаряд батареи даже при характерном для сварочных участков скачкообразном изменении сетевого напряжения в

пределаx j jr% от номинала.

Последовательность действий, которая обеспечивает быстрый заряд и стабилизацию напряжения на батарее конденсаторов, представлена на фиг. 2 в виде алгоритма работы устройства.

Способ управления вентильным преобразователем осуществляется с помошью устройства (фиг. 1), содержащего управляемый вентиль (коммутатор полярности), выполненный на тиристорах 1-4, балластный резистор 5, батарею конденсаторов 6, четыре формирователя, выполненных на элементах 7-14, делитель напряжения, выполненный на резисторах 15-17, измерительный преобразователь 18, два ключа 19 и 20 с гальваническим разделением, формирова- теть 21 синхроимпульсов, цифровой задат- чик 22 напряжения зарядки, блок 23 сопряжения и микроэвм 24, содержащую микропроцессор, запоминающее устройство и таймер.

Входы формироватетя 21 соединены с клеммами питающей сети, а выход - с первым входом блока 23 сопряжения. .Лноды тиристоров 1 и 2 и катоды тиристоров 3 и 4 управляемого вентиля соединены с первым и вторым вводами источника питающего напряжения соответственно, а катод и анод тиристоров 1 и 3, а также катод и анод тиристоров 2 и 4 соответственно соединены с первым и вторым вводами зарядной цепи, состоящей из последовататьно соединенных балластного резистора 5 и батареи конденсаторов 6. Управляющие электроды тиристоров 1-4 подключены к четырем формирователям, выполненным на базе оптронных тиристоров на элементах 7-14 и сс единен- ным в две управляющие магистрали, кок - рые подключены к первому и второму выходам блока 23 сопряжения. Третий выход последнего соединен с вторым ключом 20 с гальваническим.разделением, выход которого соединен с третьим входом измерительного преобразователя 18, первый и второй входы которого соединены параллельно резистору 16 делителя напряжения. Выход измерительного преобразователя 18 подключен к входу первого ключа 19 с гальваническим разделением, выход которого подключен к второму входу блока 23 сопряжения. Третий вход последнего соединен с выходом цифрового задатчика 22 напряжения зарядки. Блок 23 сопряжения соединен двунаправленной магистралью с микроЭВМ 24.

Устройство работает следующим образом.

Номинальное напряжение зарядки батареи устанавливают с помощью переключателей в блоке цифрового задатчика напряжения зарядки. Микроэвм 24 опращивает цифровой задатчик 22 напряжения зарядки посредством блока 23 сопряжения и записывает значение внутреннем запоминающем устройстве. В момент перехода питающего напряжения через ноль формирователь 21 вырабатывает синхросигнал, который поступает на вход блока 23 сопряжения. Появление синхросигнала вызывает прерывание работы (состояния ожидания) микро- . ЭВМ 24, после чего запускается замечет времени встроенный в микроЭВМ 24 таймер, а микроэвм выдает сигнал управления на измерительный преобразователь 18 через блок 23 сопряжения и ключ 20 с гальва ническим разделением. Измерительный преобразователь 18 формирует код, пропорциональный напряжению на батарее конденсаторов 6, снимаемому с делителя напряжения, выполненного на резисторах 15-17, а

затем микроЭВ.М 24 принимает этот код посредством ключа 19 с гальваническим разделением и блока 23 сопряжения, записывает его в-о внутропнюю память и производит с лазнени;: измере.чного напряжения на батарее с номннзльным. Если измеренное на0 пряжение не превышает номинального и если предстоит первое включение вентилей Е текущем зарядки, мичроЭВМ 24 посредством блока 23 сопряжения и первой napt) формирователей (элементы 7, 8 и 13,

с 14) либ о второй пары формирователей (элементы 9, 10 . 11, 12) в зависимости от полярности зарядки батареи выдает сигнал на включение соответствующей пары тиристоров и 3 либо 2 и 4 управляемого вент.чля. после чего переходит в режим ожи0 Дания очередного синхросигнала. Зарядка батареи конле саторов 6 происходит от питаюи-.сй сети через соответствующую пару тиристоров управляемого вентиля и бал- ластнош резистор 5. При поступлении очередного син.рос -:гнала микроЭВМ 24 сни5 мает упргвлякмций сигнал включения тиристоров управляемого вентиля, измеряет напряжение на батарее в описа111 ой пос.чедо- вагельности, вычисляет приращение напря- fiU и загсм по уравнениям (9), (10) и (и) вычисляет параметры U и (f, которые

0 записывает во внутреннее запоминающее устройство, после чего производит сравнение измеренного напряжения с номинальным. Если измеренное напряжение превышает- номинальное, то микроЭВМ 24 не включает управляемых вентилей, а проверяет условие останова, при выполнении которого останавливается. В противном случае микроЭВМ 24 вычисляет 6 по уравнению (5) и при посредством блока 23 сопряжения и одной из двух пар формирователей выдает

Q сигнал на включение соответствующей пары тиристоров управляемого вентиля, как описано. При вГЗгО микроэвм 24 с помощью встроенного таймера выдерживает интервал времени, пропорциональный углу в, и затем посредством блока 23 сопряжения и одной

5 пары формирователей, как описано, выдает сигнал на включение соответствующих тиристоров управляемого вентиля. Затем м1 кроЭВ.Н 24 переходит к ожиданию синхросигнала от формирователя 21, после получения которого снимает управляющий сигнал включения тиристоров управляемого вентиля и переходит к новому циклу выработки этого сигнала аналогично описанному. Программа работы микроЭВМ 24, измеренные значения напряжения и промежуточные результаты вычислений хранятся во внутреннем запоминающем устройстве микроЭВМ. Способ и устройство для его осуществления проверялись с конденсаторной сварочной машиной АССК-4002 при двух значениях емкости батареи конденсаторов: минимальный 9800 мкФ и номинальной 19600 мкФ, и величине балластного сопротивления 38,5 Ом в диапазоне напряжений зарядки 250-950 В.

Электрическая часть сварочной мащины АССК-4002 аналогична машине МТК-5002. Установлено, что с номощью предлагаемых способа и устройства по сравнению с прототипом при уменьшении объема аппаратуры управления примерно на 30% и отсутствии регулировок точность зарядки батареи (определяемая точностью измерите ть- ного преобразователя) составляла 1 В, а среднее время зарядки батареи при емкости 19600 мкФ уменьшилось примерно на 5% по отношению к устройству-прототипу, работавшему при этой же емкости, по настроенному, на емкость 9800 мкФ. При емкости батареи 9800 мкФ оба устройства показали примерно одинаковые значения времени зарядки.

Способ и устрой.ство для его осуществления предполагается использовать в сварочном авто.мате, работаюп ем в составе автоматической лннк ;. При предлагаемом способе время зарядки оатареи сокращается на 5%, т. е. при времен,., зарядки 2 с можно экономить 0,1 с на каждой сварке. Так как период выпуска изделий линией составляет I мин, то производительность линии за счет у.меньшения скорости зарядки батареи возрастает примерно на 0,167%.

Форл ула изобретения

I. Способ управления вентильным преобразователем в конденсаторных машинах, нри котором измеряют текущее значение напряжения на батарее конденсаторов Ug, сравнивают с заданным значением Ug и определяют по этой разности угол вклю- -чения зарядных вентилей в, отличающийся тем, что, с целью повышения точности- и скорости заряда батареи конденсаторов, те- куцдее значение напряжения на батарее конденсаторов из.меряют в момент перехода сетевого напряжения через ноль и, если измеренное значение меньше заданного, угол включения зарядных вентилей определяют по формуле

е ()({У,-Ц-А)

где ((0,83-f 9,61 );

д ц (4.б( ( 1,0 l/C-f 0,)

0,9l Ll,

Ll( - номинальноенапряжениепитаюндей сети;

,Q - прираи ениенапряжениянабатарее конденсаторов за первый полуперяод при включении зарядных вентилей при естественном угле их отпирания; Не, - напряжение на батарее конденсаторов перед началом заряда, 5 при этом параметры ф и MJ рассчитывают после первого полупериода включения вентилей, если измеренное значение меньше заданного, угол включения вентилей устанавливают равным нулю.

П

0 микроэвм, делитель напряжения и четыре формирователя, каждый из которых выполнен на оптронном тиристоре и резисторе, при этом входы формирователя синхроимпульсов соединены с питающей сетью, а выход - с первым входом блока сопряжения, аноды

5 первого и второго, а катоды третьего и четвертого тиристоров управляемого вентиля соединены с клеммами питающей сети, катод первого и анод третьего тиристоров, а также катод второго и анод четвертого тиристоров соединены соответственно с первыми выводами бал.ластного резистора и батареи конденсаторов, вторые выводы которых соединены между собой, управляющие электроды первого и второго тиристоров соединены с катодами соотъетствующих им

5 первого и второго оптронных тиристоров, аноды которых соединены с первыми выводами соответственно первого и второго резисторов, вторые выводы этих резисторов подключены к клемме питающей сети, управляющие электроды третьего и четвертого

0 тиристоров соединены с первыми выводами соответственно третьего и четвертого резисторов, вторые выводы которых соединены с катодами соответствующих им третьего и четвертого оптронных тиристоров, аноды которых соединены соответственно с анодами 5 третьего и четвертого тиристоров, управляющие электроды оптронных тиристоров соединены попарно в две управляющие магистрали, причем аноды светодиодов первого и второго оптронных тиристоров соединены с положительным выводом источника питания, а катод диода первого оптронного Тиристора соединен с анодом третьего оптронного тиристора, катод которого подключен к первому выходу блока сопряжения, катод диода второго оптронного тиристора соединен с анодом диода третьего оптронного тиристора, катод которого соединен с вторым выходом блока сопряжения, параллельно батареи конденсаторов включен делитель напряжения, при этом первый вывод пятого резистора соединен с первым выводом батареи конденсаторов, второй вывод пятого резистора соединен с первым выводом шестого резистора и первым входом измерительного преобразователя, второй вывод

шестого резистора соединен с первым выводом седьмого резистора и с вторым входом измерительного преобразователя, второй вывод седьмого резистора соединен с вторым

выводом батареи конденсаторов, выход измерительного преобразователя соединен с входом первого ключа с гальваническим разделением, выход которого соединен с вторым входом блока сопряжения, третий выход блока сопряжения соединен с входом второго ключа с гальваническим разделением, выход которого .соединен с третьим входом измерительного преобразовататя, цифровой задатчик напряжения зарядки подключен к третьему входу блока сопряжения, блок сопряжения соединен двунаправленной магистралью с микроЭВМ.

2 i

С Конец J

OmpaSamom интербал в