Машина для контактной сварки на постоянном токе

 

МАШИНА ДЛЯ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ НА ПОСТОЯННОМ ТОКЕ, содержащая входной выпрямитель, ключевыеэлементы , неуправляемые вентили, трехфаз- . ный трансформатор, на каждом активном стержне которого размещены по две секции первичной обмотки и по одной вторичной обмотке, сварочный контур со сварочными клещамн и выходными клеммами, задающий генератор и распределитель импульсов, при зтом входной вьшрямитель подключен к входным клеммам устройства, положительный вьшод его соединен через ключевые элементы с первыми вьшодами первых секций первичных обмоток, а каждая первая секция первичной обмотки одного стержня соединена последовательно и согласно со второй секцией первичной обмотки другого стержня, при этом вторые выводы вторых секций первичных обмоток объединены и соединены с отрицательным выводом входноговьшрямителя, одни концы вторичных обмоток объединены вместе, образуют точку общего потенциала и соединены с первым входным выводом сварочного контура, а другие - друг с другом через неуправляемые вентили и с вторым входнь м выводом сварочного контура, выход задающего генератора соединен с первым входом распределителя импульсов , выходы которого соединены с входами ключевых элементов, о т лич ающ ая ся тем. что, с целью повьшения качества сварки пу (/) тем уменьшения колебаний энергии, подводимой к сварочной цепи, в нее введены генератор пилообразного напряжения с двумя входами н интегрирующим конденсатором, фазосдвигающее устройство, первый и второй делители напряжения на резисторах, последовательная LC-цепь, регенеративный узел сравнения, источник опорного напр1яжения, управляемый ключ с включакмцим и отключающим входами, при этом указанная LC-цепь подключена последовательно с первым делителем напряжения, оба деления подключены параллельно выходным клеммам входного вьшрямителя, средняя точка резисторов первого делителя подключена к входу фазосдвигающего устройства, выход которого соединен с входом генератора пилообразного напряжения, средняя точка второго делителя подключена к второму входу генератора пилообразного напряжения, выход генератора пилообразного напряжения -

СаЮЗ СОВЕтСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

09) (И) (504 В 2 К 1 госуда ственный номитет ссср

KF(:„ te,, М

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 13 -, ;. ::

К ABTGPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

13 (21) 3761836/25-27 (22) 28.06 ° 84 (46) 30.11.85. Бюл. Ф 44 (71) Ленинградский завод "Электрик" им. Н.И. Шверника и Ленинградский электротехнический институт им. В.И. Ульянова (Ленина ) (72) Г.Л: Бенедиктов, В.Б. Вандышев и Ю.И. Горлов (53) 621.791.763.037 (088.8 ) (56) Чулошников П.Л. Контактная сварка. М.: Машиностроение, 1977, с. 63.

Никулин В.Б. и др. Источник сварочных импульсов на базе мощного транзисторного инвертора. Сб, научных трудов по проблемам микроэлектро.ники,вып. 29,19 МИЭТ, 1976, с. 186-187.

Авторское свидетельство СССР

Ô 984765, кл. В 23 К,ll/24, 1981. (54)(57) МАШИНА ДЛЯ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ НА ПОСТОЯННОМ ТОКЕ, содержащая входной выпрямитель, ключевые элементы, неуправляемые вентили, трехфаз-, ный трансформатор, на каждом активном стержне которого размещены по две секции первичной обмотки и по одной вторичной обмотке, сварочный контур со сварочными клещами и выходными клеммами, задающий генератор и распределитель импульсов, при этом входной выпрямитель подключен к входным клеммам устройства, положительный вывод его соединен через ключевые элементы с первыми выводами первых секций первичных обмоток, а каждая первая секция первичной обмотки одного стержня соединена последовательно и согласно со второй секцией первичной обмотки другого стержня, при этом вторые выводы вторых секций первичных обмоток объединены и соединены с отрицательным выводом входного. выпрямителя, одни концы вторичных обмоток объединены вместе, образуют точку общего потенциала и соединены с первым входным выводом сварочного контура, а другие — друг с другом через неуправляемые вентили и с вторым вход ным выводом сварочного контура, выход задакнцего генератора соединен с первым входом распределителя импульсов, выходы которого соединены с входами ключевых элементов, о т— л и ч а ю щ а я с я тем. что, с целью повышения качества сварки путем уменьшения колебаний энергии, подваднмой к сварочной цепи, в нее введены генератор пилообразного напряжения с двумя входами н интегрирующим конденсатором, фазосдвигающее устройство, первый н второй делители напряжения на резисторах, последовательная ЬС-цепь, регенеративный узел сравнения, источник опорного напряжения, управляемый ключ с включающим и отключающим входами, при этом указанная 1 С-цепь подключена последовательно с первым делителем напряжения, оба деления подключены параллельно выходным клеммам входного выпрямителя, средняя точка реэис" торов первого делителя подключена к входу фазосдвигающего устройства, выход которого соединен с входом генератора пилообразного напряжения, средняя точка второго делителя подключена к второму входу генератора пилообразного напряжения, выход генератора пилообразного напряжения/

1194627 к входу регенеративного узла сравнения, его выход - к первому входу распределителя импульсов, второй . вход — к выходу источника опорного напряжения, выход управляемого ключа подключен к интегрирующему конден"

Изобретение относится к сварке и предназначено для соединения изделий из материалов: с малыми удельными сопротивлениями. Машина может быть использОвана в гибком автоматизированном электросварочном производстве.

Целью изобретения является повышение качества сварки.

Поставленная цель достигается путем уменьшения колебаний подводимой энергии.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема машины; на фиг. 2 - графики, поясняющие принцип ее работы.

Машина содержит трехфазный трансформатор l на каждом активном стержне которого размещены по две секции первичной обмотки, причем каждая первая секция 2 одного стержня соединена последовательно и согласно с второй секцией 3 первичной обмотки другого стержня, и по одной вторичной обмотке 4. Входной выпрямитель 5 подключен к питающей сети переменного тока, а еro положительный вывод соединен через ключевые элементы

6 с первыми выводами первых секций

2 первичных обмоток..Вторые выводы вторых секций Э первичных обмоток ооъединены и соединены с отрицательным выводом входного выпрямителя 5.

Одни концы вторичных обмоток 4 объединены, образуют точку общего потен-. циала и соединены с первым входным . выводом сварочного контура 7, а дру" гие соединены друг с другом через неуправляемые вентили 8 и соединены с вторым входным выводом сварочного контура 7.

Вьпсод задающего генератора 9 сое-. динен с первым входом распределителя импульсов 10, шесть выходов которого сатору генератора пилообразного напряжения, включающий вход указанного ключа соединен с выходом задающего

: генератора, а отключающий вход — с общей точкой соединения регенеративного узла сравнения и распределителя импульсов. соединены с шестью входами ключевых элементов 6, причем три первых выхо да распределителя импульсов 10 соединены с включающими входами ключе-. и вых элементов 6, а три других — с .отключающими входами. Генератор пилообразного напряжения ll соединен с выходными выводами входного выпрямителя 5 через фазосдвигающее уст

1ф ройство 12, первый делитель напряжения на резисторах 13 и 14, последовательную LC-цепь )5 и через второй делитель напряжения на резисторах

16 и 17.

1 Выход генератора пилообразного напряжения ll и выход источника опор ного напряжения 18 подключены соответственно к первому и второму входам регенеративного узла сравнения

2б 19, выход которого подключен к второму входу распределителя импульсов

10 и к отключающему входу управляемого ключа 20, к включающему входу которого подключен выход задающего д генератора 9. Управляемый ключ 20 включен параллельно конденсатору ,генератора пилообразного напряжения 11.

На фиг. 2 показаны диаграммы мгновенных значений напряжений на выходе выпрямителя 5 (диаграмма 21), напряжения, подводимого к трем поочередно рабоФающим первичным обмоткам трансформатора l (диа35 грамма 22, напряжений на входе и выходе фаэосдвигающего устройства 12 (диаграммы 23 и 24), напряжения на инверсном входе операционного усилителя генератора пилообразного напряжения 11 (диаграмма 25) и напряжения на входе генератора пилообразного напряжения Il (диаграмма 26 ). На диаграммах отмечены моменты срабатывания регенеративно1194627

ro узла сравнения 19, включения и отключения ключевых элементов 6.

Машина работает следующим образом. Входной выпрямитель 5 при подключении к трехфазной питающей сети обеспечивает положительное на.пряжение на анодах ключевых элементов 6 и отрицательное напряжение на вторых выводах вторых секций 3 первичных обмоток трансформатора.

Управляющие импульсы на включение ключевых элементов 6 подаются от задающего генератора 9 через распределитель импульсов 10 поочередно через 1/З.периода, соответствующего выбранной частоте. При подаче очередного управляющего импульса на включающий вход одногб as ключевых элементов 6 он включается, и ток от входного выпрямителя 5 течет от замкнутой цепи через ключевой элемент 6, первую секцию 2 первичной обмотки одного стержня и вторую секцию 3 первичной обмотки другого стержня трансформатора. 1. Наличие на калдом стержне двух секций 2 и 3 первичных обмоток, каждая из которых присоединена к одному из двух ключевых элементов 6, работающих поочередно .через !/3 периода при максимальном. токе нагрузки и постоянном питающем напряжении, обеспечивает непрерывное однонаправленное изменение потока в магнитопроводе трансформатора 1

s течение 2/3 периода, которое создает положительное напряжение на выводах вторичных обмоток. 4, под- ключенных к анодам неуправляемых вентилей 8. Отрицательное напряжение на этих выводах существует в течение 1/3 периода, когда происходит восстановление индукции в,сердечниках. При подключении сварочного контура 7 в нем протекает ток, создаваемый калдую 1/3. периода двумя одновременно работающими вторичными обмотками 4 двух фаз. Калдый вентиль 8 и калдая вторичная обмотка 4 рабо-. тают 2/3 периода и через них протекает 1/2 тока нагрузки.

Управляющий импульс от задающего генератора 9 подается одновременно на включающий вход ключевого элемента 6 и на отключающий вход управляемого. ключа 20, и он открывается.

Начинается заряд конденсатора генера. тора пилообразного напряжения 11.

Генаратор пилообразного напряжения Il интегрирует входное напряжение. В момент равенства напряжений на конденсаторе генератора пилообразногс напряжения и на выходе источника опорного напряжения 18 регенеративный узел сравнения 19 вырабатывает сигнал, поступающий на отключающий вход ключевого элемента 6, и

10 он отключается. Таким образом обеспечивается поочередная работа ключевых элементов 6 и присоединенных к ним секций первичных обмоток. Если в напряжении питания машины нет . переменной составляющей, то напряжения на выводах ключевых элементов

6 и токи в обмотках трансформатора имеют вид импульсов с неизменной амплитудой и постоянной длительностью.

Это обеспечивает постоянство значений энергии, подводимой к сварочному контуру за калдый период работы ключевых элементов 6. Когда в напряжении питания содержится переменная составлякщая« длительность им пульсов изменяется (фиг. 2, диаграммы 21 и 22 1. Изменение длительности импульсов позволяет уменьшить влияние переменной составляющей пи;.. тающего напряжения на стабильность

ЗО подвода энергии к сварочному конту-. ру

Энергия W., подводимая к свароч1 ному контуру за калдый 1.-период ра боты ключевых элементов 6, описывает. ся уравнением: п<«.

1 Г; и,- U,.dt= (v,+u )(3,+i )dt=J °

40 о о о

"((«,.u j ..u, ))") и или упрощая

1 Г;

45 «l,ñ (Ц7,«, )д, )ц о m(fl™)«1 «.«7 о o (1Ц - о+ ю Г (иД 1

L" "1 "*"1.ю ) «- «)7dt, (t) 50 где U " мгновенное значение напряжения, подводимого к сварочному контуру 7;

i -мгновенное значение свароч55 ного тока;

U> †постоянн составляющая напряжения U;

?р — постоянная составляющая сварочного тока;

1194627

U мгновенное значение переменной составляющей напряжения

U; мгновенное значение переменной составляющей сварочного тока; мгновенное значение первой гармоники йеременной составляющей сварочного тока; амплитуда первой гармоники переменной составляющей напряжения U; активное и индуктивное сопро тивления !сварочного контура; начальная фаза первой гармоники переменной составляющей .напряжения U; фазовый сдвиг тока относи-тельно напряжения, LoL

Lfarctg †â€

U †мгновенн значение напряже1 ния на выходе входного выпрямителя 5;

U«1 — амплитуда первой гармоники переменной составляющей напряжения U1, и 1,n> — постоянные коэффициенты .

Уравнение (1) справедливо при следующих допущениях:

1. Произведение двух относительно малых величин П Ь пренебрежимо

t мало.

2. Фазовые искажения в трансформаторе незначительны, поэтому

ПК1П и Ч =К2Ч (11 (К1 и К2 — постоянные коэффициенты).

3. Полное сопротивление сва очного контура машины Z r2+(ceL)2 .постоянно в процессе сварки, так как определяется в основнои размерами рабочего пространства машины.

4. В устройстве при фиксированной длительности импульса сварочного тока его постоянная составляющая

I и постоянная составляющая Чо напряжения, подводимого к сварочному контуру, имеют высокую степень пос-. тоянства от цикла к фиклу сварки и в уравнении (1) заменены коэффициен" тами п QIо

К2 и п ---V о °

Тогда условие уменьшения колебаний энергии, подводимой к сварочному контуру за период работы ключевых элементов 6, определяется уравнением:

Таким образом обеспечивается уменьшение колебаний энергии, подводимой к свариваемому изделию эа период работы ключевых элементов 6 (фиг. 2, диаграмма 26) и, следовательно, повторяемость закона изменения энер3

1 (1 2 1вн} "(" <-ч))й const (ц о

5 .

Из уравнения (2) видно, что, изменяя верхний предел интегрирования ф., можно обеспечить высокую степень

1 постоянства суммарной энергии, под10 водимой к сварочному контуру, и повторяемость закона изменения энергии, подводимой к зоне сварки за цикл.

Изменение длительности ьключенного состояния ключевых элементов, зависящей от мгновенного значения . напряжения питания, амплитуды, начальной фазы первой гармоники переменной составляющей питающего напряжения, фазового сдвига первой гар20 моники переменной составляющей тока, ; Й (П „,Ч1< <„1 М, Ч), достигается за счет введения генератора пилообраэного напряжения 11, фаэосдвигающего устройства 12, двух делителей на?5- пряжения на резисторах 13, 14, 16 и

17, последовательной LC-цепи 15, источника опорного напряжения 18, регенеративного узла сравнения 19 и управляемого ключа 20.

При изменении мгновенного значения напряжения на выходе входного выпрямителя 5 из-эа- наличия переменной составляющей изменяется скорость, заряда конденсатора генератора 11 пилообразного напряжения (фиг. 2, 35 диаграмма 26), что приводит к изменению времени включенного. состояния, ключевых элементов 6. Через делитель на резисторах 16 и 17 на один вход генератора пилообразного напряжения посту-:

/ пает сигнал, пропорциональный первому члену подынтегрального выражения в уравнении (2 ). Через последовательную LC-цепь (фильтр первой гармоники переменной составляющей питающего напряжения ), делитель:на резисторах

13 и 14 и фазосдвигающее устройство

12 на другой вход генератора пилообразного напряжения поступает сигнал, 50 пропорциональныи второму члену подынтегралъного выражения в уравнении (2) (фиг.2, диаграмма 24), I)94627 иг. 1 гни, подводимой к зоне сварки за . цикл.

Повторяемость заданного закона изменения энергии, подводимой к зоне сварки, и высокая степень постоянства суммарной энергии от цикла к циклу гарантируют высокое качество сварки. Это справедливо при постоянстве или малых изменениях других факторов, влияющих на качество сварки (давление, диаметр электродов и др.).

Теоретические расчеты показали, а экспериментальная проверка подтвер. дила, что колебания энергии, подродимой к сварочному изделию за период работы ключевых элементов, и изменение суммарной энергии от цикла к циклу, связанные с ошибками ключевых элементов и ошибкой метода, не превышают 5-7Х, что в 3-4 раза меньше, чем в известном устройстве.

При работе устройства с частотой переключения ключевых элементов

400 Гц объем трансформатора машины б мохет быть уменьшен по сравнению с трансформатором TTBT-7.16 в 4-5 pas.

Изобретение мошно эффективно использовать для сварки изделий из материалов с малыми удельными сопро-.

1 тнвлениями и в гибком автоматизированном электросварочном производст . ве.

1194627

Корректор М. Демчик

Заказ 7357/17 Тираж 1085 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1!3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В, Катин

Редактор М. Циткина Техред Л.Мартяшова .