СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ГЛУБИНЫ ПРОПЛАВЛЕНИЯ ПРИ РОЛИКОВОЙ КОНТАКТНОЙ СВАРКЕ Советский патент 1967 года по МПК B23K11/06 B23K11/25 G05B11/28 

Известные системы автоматического регулирования глубины проплавления при роликовой контактной сварке, содержащие задающее, измерительное, программирующее, вычитающее, отклгочающее устройства и регулирующее устройство с блоком иитания, при малых длительностях сварочных импульсов имеют низкое качество регулирования; при сварке на жестких режимах наблюдается больщая величина статической ошибки.

Предлагаемая система автоматического регулирования глубины проплавления при роликовой контактной сварке позволяет повысить качество сварных соединений и отличается от аналогичных известных систем следующим.

Предлагаемая системаснабжена интегрирующим устройством, а блок питания регулирующего устройства выполнен в виде трехфазного сварочного трансформатора, первичные обмотки которого подключены к питающей сети через три однофазных управляемых вентильных контактора, а вторичные обмотки соединены по схеме трех однофазных двухпоv yпepиoдныx выпрямителей, работающих параллельно на общую нагрузку - сопротивление сварочного контакта.

При этом интегрирующее устройство (делающее систему регулирования системой астатического типа) выполнено в виде блока, состоящего из щиротно-импульсного преобразовагеля с к-почевоп ценью ооратион связи и запоминающим элементом и из накопительнозапоминающего элемента с зарядным и разрядным электронными ключами, для интегрирования напряжения ошибки с предварительным преобразованием ее в щиротно-модулированные импульсы, разделенные на два канала в зависимости от полярности ощибки таким образом, что длительность шнротно-модулированных импульсов, унравляющ 1х зарядным электронным ключом, начиная с нуля, при нулевом уровне ошибки растет нропорц 1онально увеличению положительной ошибки, в то время как длительность импульсов, управляющих разрядным электронным к;почом, остается равной нулю, а при изменении полярности напряжения ошибки щиротно-модулированные импульсы воздействуют только на разрядный электронный ключ.

Па фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемой системы автоматического регулирования.

Вызываемое силами теплового расщирения металла во время образования сварочной точки раздвнгание роликов сварочной машины преобразуется измерительным устройством ИУ в пропорциональное ему напряженне.

Измерительное устройство ИУ состоит из стабилизированного по выходному напряжению генератора несущей частоты ГНЧ, работающего на частоте 10 кц, датчика измерительного устройства ДИУ и охваченного глубокой отрицательной обратной связью по выходному напряжению усилителя с детектором на выходе УД.

Генератор несуи,ей частоты ГНЧ питает датчик измерительного устройства ДИУ, выходное напряжение которого усиливается л детектируется усилителем с детекторным выходом УД.

Для установки якоря индуктивного датчика (индуктивный датчик является частью датчика измерительного усгройства ДИУ) -в нулевое положение после каждого сварочного импульса на электромагнит датчика измерительного устройства ДМУ подаются импульсы напряжения с тиратронного триггера ТРИГ задающего устройс1ва ЗУ.

Наиряжение с выхода измерительного устройства ИУ подается на вычитающее устройство ВУ, где оно вычитается из напряжения программирующего устройства ПУ.

Программирующее устройство ПУ вырабатывает стандартные импульсы пилообразной формы с почти линейно нарастающим в течение сварочного импульса передним фронтом и крутым спадом. Амплитуда этих импульсов пропорциональна средней температуре сварочного контакта и, начиная с некоторого значения, определяет глубину проплавлениясварного шва. Для получения программирующих импульсов используются прямоугольные импульсы напряжения, поступающие с задающего устройства ЗУ.

Для совмещения начала нарастания программы теплового расщирения и начала нарастания пропорционального ему напряжения программирующее устройство ПУ запускается дифференцированными импульсами одновременно с началом протекания сварочного тока, поступающими с устройства фазового управления УФУ вентильным контактором от формирователя импульсов управления ФЯУ.

Задающее устройство ЗУ состоит из тиратронного триггера ТРИГ, сиихронизированного одним из линейных напряжений сети, и синхронизирующего устройства СУ. Оно выра&атывает прямоугольные импульсы напряжения, длительности которых определяют длительности имиульсов сварочного тока и пауз между ними.

Имиульсы задающего устройства ЗУ поступают также на интегрирующее устройство ИНТУ и устройство фазового управления вентильным контактором УФУ.

В первом они используются в широтно-импульсном преобразователе ШИП и наконительно-запоминающем элементе НЗЭ, а во втором - управляют работой коммутатора - электронного ключа КЭК.

Возникающее на выходе вычитающего устройства ВУ напряжение ощибки подается на интегрирующее устройство ИНТУ, которое введено для ликвидации статической ощибки и состоит из щиротно-импульсного преобразователя ШИП и накопительно-запоминающего элемента НЗЭ.

Для устранения зоны нечувствительности системы автоматического регулирования вбли5 зн нулевого уровня ощибки последняя преобразуется щиротно-импульсным преобразователем ШИП в щиротно-модулированные имиульсы, которые интегрируются накопительнозапоминающим элементом.

0 Выходное напряжение накопительно-запоминающего элемента, пропорциональное I (t) dt, где / (t) - напряжение ошибки, а Т - длительность сварочного импульса, подается на регулирующее устройство РУ, состоящее из двух крупных узлов: устройства фазового правления вентильным контактором УФУ и силового регулирующего органа системы автоматического регулирования РО. Устройство фазового управления содержит

0 формирователь импульсов управления вентильным контактором и коммутатор - электронный ключ КЭК.

Формирователь импульсов управления ФЯУ синхронизирован трехфазным напряжением

5 сети и вырабатывает импульсы, 5правляющие открыванием шести вентилей трехфазного двухиолупериодного управляемого вентильного Контактора (УВК). Фазовое положение импульсов управления,

0 передаваемых по одному каналу и следующих с частотой 300 гц, относительно трех линейных напряжений сети зависит от величины управляющего напряжения - выходного напряжения интегрирующего устройства ИНТУ и

5 дможет изменяться в пределах 60-120°.

Эти импульсы поступают на коммутатор - электронный ключ , который с помощью импульсов, поступающих с задающего устройства ЗУ, пропускает их только в течение

0 сварочного импульса и одновременно коммутирует прошедщие через пего импульсы упра вления к соответствующим вентилям трехфазного двухполупериодного управляемого вентильного контактора УКВ, входящего в со став исполнительного регулирующего органа РО.

Кроме того, на коммутатор - электронный ключ КЭК с отключающего устройства ОУ поступает напряжение, которое запирает его

и мгновенно прекращает сварку, если произощел выплеск. Последнее необходимо, так как при выплеске резко увеличивается ощибка. что приводит к увеличению сварочного тока, в то время как его необходимо уменьщить.

Резкое увеличение ошибки на выходе вычитающего устройства ВУ при выплеске и используется для запуска отключающего устройства ОУ. Регулирующий исполнительный орган РО

состоит из трехфазного двухполупериодного управляемого вентильного контактора УВК, трехфазного сварочного трансформатора СТ и трехфазного двухполупериодного неуправляемого выпрямителя В.

Сварочный трансформатор включается в трехфазную сеть через унравляемый вентильный контактор УКВ, его вторичный ток выпрямляется выпрямителем В и через ролики подводится к свариваемым изделиям.

Таким образом, через регулирующий исполнительный орган РО замыкается главная цень системы автоматического регулирования.

На фиг. 2 изображена нринципиальная электрическая схема регулирующего исполнительного органа предлагаемой системы автоматического регулирования.

В этой схеме для устранения нежелательных иереходных ироиессов, возникающих в трехстержпевом трансформаторе при включеИ1И-1 и выключеиии его вследствие магнитной и электрической связи обмоток, а также по ряду конструктивных соображений трехфазный сварочный трансформатор заменен тремя однофазными сварочными трансформаторами броневого типа С1, СТ-2 и СТ-,.

Трехфазный двухнолупериодный выпрямитель заменен тремя однофазными двухполупериодными выпрямителями со средней точкой Б и BZ, БЗ и B.i, Вг, и BU, работающими в параллель на общую нагрузку - сопротивление сварочного контакта. В случае необходимости первичиые обмотки могут быть включены и ио схеме звезды с нулевым приводом.

На фиг. 3 и 4 приведены блок-схема и диаграмма наиряжений интегрирующего устройства.

Напряжение генератора несущей частоты ГНЧ (см. фиг. 4, а), имеющее синусоидальную форму и частоту порядка 10 кц, подается на формирователь стандартных импульсов ФСИ. Формирователь стандартных импульсов формирует из синусоиды пря:,юугольные импульсы напряжения стандартной амплитуды и длительности.

Нанряжение на выходе формирователя стандартных импульсов показано на фиг. 4,6. Стандартные импульсы дифференцируются, как показано на фиг. 4, в, и своим передним фронтом запускают формирователь щиротномодулированных импульсов ФШМИ.

Последний генерирует прямоугольные импу.гьсы напряжения, длительность которых пропорциональна величине напряжения на его уиравляющем электроде.

Широтно-модулироваиные импульсы имеют постояипую амплитуду, равную амплитуде стандартных импульсов. На управляющий электрод формирователя щиротно-модулированных импульсов подается напряжение ошибки системы автоматического регулирования, просуммированное с напряжением смещения. Эти напряжения показаны на фиг. 4, г и д соответственно.

Параметры формирователя широтно-модулированных импульсов и напряжение смещения на его управляющем электроде выбраны таким образом, чтобы длительность выраба тываемых им импульсов была равна длительности стандартных импульсов при нулевом уровне ощлбки.

Таким образом, формирователь щиротномодулнрованных импульсов генерирует прямоугольные н.мпульсы напряжения, передний фронт которых совпадает с передним фронтом стандартных импульсов и длительность которых, оставаясь пропорциональной величине ощибки, становится больше длительности

стандартных импульсов при положительной ощибке и;|и меньше длительности стандартных импульсов при отрицательной ощибке. (Широтно-модулированные импульсы показаны па фиг. 4, е).

Импульсы стандартной длительности и равные им ио амилитуде широтно-модулированные 1мпульсы подаются на два раздельных входа днфференциального вычитающего устройства ДВУ.

Последнее производит вычитание подаваемых на его входы импульсов ио длительности и разделение полученных в результате вычитания разностных широтио-модулированных импульсов на два выхода в зависимости от

иолярности ошибки.

Для пояснения его работы на фнг. 5 н 6 ириведены его амплитудная и щиротио-импульсная характеристики в зависимости от величины и полярности-ошибки.

На фнг. 5 и 6 ириведены соответственно амилптудная и широтио-импульсиая характеристики одного выхода; на фиг. 5,6 и 6,6 - те же характер стики для другого выхода; на фиг. 5, в и б, в - совмещенные характеристики обоих выходоь.

На фиг. 5, а: и 6, а видно, что напряжепие на первом выходе остается равным нулю, пока ошибка имеет отрицательную величину. При переходе ошибки через нуль на первом выходе

иоявляются прямоугольные имиульсы напрг ження ностоянной амплитуды, длительное: которых растет от нуля иропорциоиально ув личению ошибки.

Противоположная картина, как это видно

на фиг. 5, б и 6, б, наблюдается на втором выходе дифференциального вычитающего устройства.

иапряжения с выходов дифференциального вычитаюшего устройства постуиают на «развязывающие каскады иоложительной и отрицательной частей широтиомодулироваииой ошибки (РК,ПО и РКОО соответственно). Напряжения на выходах этих каскадов показаны на фиг. 4, ж и з).

При нулевом уровне ощибки наиряжеиие отсутствует на обоих выходах дифференциального вычитающего устройства.

С выхода «развязывающих каскадов импульсы напряжения поступают на накопительно-запоминающий элемент НЗЭ и в цепь обратной связи щиротно-импульсного преобразователя.

Я/7-4-, . грех электронных ключей заряда , разряда ЭК.Р и сброса ЭК.С, накопительной емкости НЕ и усилителя мощности УМ.

На уиравляющие электроды ключей заряда II разряда послунают импульсы напряжения с «развязывающих каскадов. При ноложительной ошибке работает ключ заряда и напряжение на накопительной емкости растет (ключ разряда заперт). При отрицательной ошибке работает ключ разряда и папряжепие на накопительной емкости падает (ключ заряда заперт). При ny.itisoM уровне ошибки оба ключа заперты и накопительная емкость «заномннает имеющееся па ней напряжение.

Полярность выходиого напряжения накопительно-заномнпаюигего устройства легко может быть измелена на обратную. Для этого следует номенять местами источники питания /-/Я-f-, ЯЯ-. Э.чектронный ключ сброса управляется дифференцированными и.м пульса ми задающего устройства Зад. У системы автоматического регулирования н служит для сброса иакоиленной ошибки во время пауз в работе системы автоматического регулирования.

С накоиительиой емкости напряжение, пропорциональное интегралу ошибки, через усилитель мощности УМ подается на регулирующий орган системы автоматического регулирования.

Ключевая цепь обратно связи широтно-имнульсного преобразователя предназначена для автоматического уравнивания во время пауз в работе системы автоматического регулирования длительностей стандартных и щиротномодулнрова1П1ых импульсов. Последнее необходил о для правильного функционироваиия широт1Ю-имиульсного преобразователя вовремя ил нульсов работы системы автоматического регулирования.

Разностные широтно-мо;1,у.;и1рованные импульсы с выходов диффереициального вычитающего устройства ИВУ через «развязывающие каскады РКП О и РКОО поступают на амнлитудные преобразователи ноложительной и отрицательиой частей широтно-модулированной о;цибки /-1/7ЯО и АПОО С()отвотст15енно.

Амплитудные преобразователи иреобразуют разностные широтно-модулированные имиульсы в непрерывное напряжение, амнлитуда которого нронорциоиальна длительности разностных и.п1ротио-модулированных импульсов. Эти папряжения, вознпкающпе (неодновременно) на одном НЛП на другом преобразователе, через электронный ключ ЭК, унрав;1яемый задающим устройством Зад. У системы автоматического регулирования, подаютс51 на заиоминающее устройство ЗУ цени обратной связи.

с выхода заиомииающего устройства наиряженне обратной связи через усилитель напрял ения У подается на формирователь стандартных импульсов ФСЯ. Полярность иапряжепия, подаваемого па формирователь стаидартпых импульсов, выбирается такой, чтобы нанряжеиие обратной связи уравнивало длительности стаидартиых и щиротно-ыодулированных импульсов.

Электронный ключ Ж служит для замыкания цени обратной связи на время пауз в работе системы автоматического регулирования, то ееть тогда, когда наиряжение ошибки равно нулю, и размыкания ее на время импульсов.

Тот же электронный ключ включает «запомннаине запомииающего элемента на время имнульсов работы системы автоматического

регулироваиия и отключает его на время пауз. Таким образом, за время иауз в работе системы автоматического регулирования производится автоматическое уравинвание длительности стандартных и щиротно-модулированиых имиульсов (за счет изменения длительности стандартных импульсов).

В ирщидиие, обратная связь широтно-нмпу.чьсиого преобразователя может замыкаться и через формирователь шпротно-модулироваиных имиульсов, как иоказано пунктиром на фиг. 4.

Предмет изобретен и я

1.Система автоматического регулирования глубины нроилавления при роликовой контактной сварке, содержащая задающее, измерительное, программирующее, вычитающее,

отключающее устройства н регулируюплее устройство с б.током нитания, отличающаяся тем, что, с целью новышения качества сварных соединений, оиа снабжена И1тегрирующим устройством, а блок нитаиия регулирующего устройства выполиен в виде трехфазного сварочного трансформатора, первичные обмотки которого иодключены к нитающей сети через три однофазных управляемых вентильных контактора, а вторичные обмотки соедииены но схеме трех однофазных двух толуиериодных выпрямителей, работающих параллельно на общую нагрузку - сонротивление сварочного контакта.

2.Система но и. 1, отличающаяся тем, что, с целью ликвидации статической ощибки, в

нее введено интегрирующее устройство, выцолнеиное в виде блока, состоящего из щиротно-имнульсного иреобразовагеля е ключевой цепью обратной связи и заиоминающим

элементом, стабнлизирующимн нулевой уровень выходного наиряжеиня преобразователя перед каждым импульсом сварочного тока, н из наконнтелыю-заномннающего э;1емента с зарядным н разрядным электронными ключами, для ннтегрнровання нанряже1П1я ошибки с предварительным преобразованием ее в щиротно-модулировалные импульсы, разделенные на канала в зависимости от полярности оищбкн таким образом, что длительиость широтыо-модулированных импульсов, управляющих зарядным электроиным ключом, пачиная с нуля, при нулевом уровне ошибки растет пропорциоиальио увеличению положительной ошибки, в то время как длительность

импульсов, управляющих разрядным электронным ключом, остается равной нулю, а при изменении полярности напряжения ошибки широтно-модулированные импульсы воздействуют только на разрядный электронный ключ.