Устройство управления напряжением при контактной сварке

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам для автоматизации контактной сварки, и может быть использовано, например, при точечной сварке обмоточных проводов к ламелям коллектора. Цель изобретения - повышение качества сварного соединения за счет стабилизации уровня энергии, выделяемой на электродах. Устройство управления напряжением при контактной сварке содержит блок формирования команд управления исполнительными механизмами, блок питания, блок суммирующего счетчика и блок фазового управления сварочным током и стабилизации его действующего значения, блок плавного настраивания управляющего импульса и блок коммутации сварочного трансформатора. В устройство введены трансформатор тока, выпрямительный мост, блок умножителя, интегратор, блок сравнения, блок эталонного значения энергии сварки. Устройство позволяет стабилизировать уровень энергии, выделяемой на электродах, путем сравнения измеренной энергии с эталонной. Обеспечиваются любой требуемый режим сварочного процесса и возможность установки оптимального технологического режима сварки для различных типоразмеров изделий. 3 ил.

COlO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН ди4 В 23 К 1124

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К AQTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (61) 1252102 (21) 4300348 25-27 (22) 01. 09.87 (46) 07.09.89. Бюл. № 33 (71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно- конструкторский институт технологии электрических машин малой мощности (72) А. Л. Микеладзе, P. С. Чуткерашвили, Т. И. Квезерели и Э. А. Купатадзе (53) 621.791.763.037 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1252102, кл. В 23 К 11)24, 1984. (54) УСТРОИСТВО УПРАВЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЕМ ПРИ КОНТАКТНОЙ СВАРКЕ (57) Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам для автоматизации контактной сварки, и м.б. использовано, например, при точечной сварке обмоточных проводов к ламелям коллектора. Цель изобретения — повышение качества сварного соединения за счет стабилизации уровИзобретение относится к машиностроению, в частности для автоматизации контактной сварки, может быть использовано в схемах управления током контактных сварочных машин, преимущественно при точечной сварке обмоточных проводов к ламелям коллектора, и является усовершенствованием устройства по авт. св. № 1252102. е

Целью изобретения является повышение качества сварного соединения за счет стабилизации уровня энергии, выделяемой на электродах.

На фиг. 1 изображена функциональная блок-схема устройства; на фиг. 2 — схема блока эталонных значений энергии сварки: на фиг. 3 — временные диаграммы напря жений.

Устройство содержит (фиг. 1) блок 1 формирования команд управления испол„„Я0„„1505718 А 2

2 ня энергии, выделяемой на электродах. Устройство управления напряжением при контактной сварке содержит блок формирования ком анд упра вления испол интел bHblM u механизмами, блок питания, блок суммируюшего счетчика и блок фазового управления сварочным током и стабилизации его действуюшего значения, блок плавного нарастания управляющего импульса и блок коммутации сварочного трансформатора. В устройство введены трансформатор тока, выпрямительный мост, блок умножителя, интегратор, блок сравнения, блок эталонного значения энергии сварки. Устройство позволяет стабилизировать уровень энергии. выделяемой на электродах, путем сравнения измеренной энергии с эталонной. Обеспечиваются любой требуемый режим сварочного процесса и возможность установки оптимального технологического режима сварки для различных типоразмеров изделий. 3 ил. нительными механизмами и блок 2 питания, обеспечиваюший переменное (24 B) и стабилизированное постоянное (15 В) напряжения и соединенный с блоком 3 суммирующего счетчика и блоком 4 фазового управления сварочным током и стабилизации его действующего значения. Последний соединен с блоком 5 плавного нарастания управляюшего импульса и блоком 6 коммутации сварочного трансформатора.

В блок 4 фазового управления сварочным током и стабилизации его действующего зна чения входит цепочка, состоящая из триггера 7, переменного резистора 8, конденсатора 9 (RC-цепь) и инверторов 10 и 11, представляющая времязадающий узел длительности процесса сварки. Причем инвертор 11 соединен с входом «1» триггера 12, счетный вход которого соединен с диодом 13 через

1505718

5Q

55 логический элемент И вЂ” HE 14. Выпрямительный мост на диодах 15 — 18 соелинен с генератором пилообразного напряжения, состоящим из транзистора 19, конденсатор- 20 и резисторов 21 — 24 и соединенным через резисторы 25 и 26 с входами операционных усилителей 27 и 28 соответственно, работающих в режиме компаратора. Вторые входы операционных усилителей 27 и 28 соединены через резисторы 29 и 30 с переменными резисторами 3! и 32, которые соединены соответственно с переменными резисторами 33 и 34, конденсатором 35, резисторами 36 и

37 и стабилитроном 38. Выходы компараторов 27 и 28 и триггера 39 соединены через логические элементы 2И вЂ” HE 40 и 4! с логическим элементом 2И вЂ” HE 42. Логический элемент 4И вЂ” НЕ 43, являющийся модулятором, соединен с триггером 12, логическим элементом 2И вЂ” HE 42 и с выходом ком .аратора 44 блока 5 плавного нарастания уп— равляющего импульса.

Блок 5 плавного нарастания управляюгцето импульса состоит из конденсатора 45, заряженного до уровня напряжения, определяемого цепочкой, состоящей из потенциометра 46, резистора 47, транзистора 48 и резистора 49. Нижний предел разряда конденсатора 45 регулируется цепочкой, состоящей из потенциометра 50, резисора 51, транзистора 52, диода 53 и резистора 54. Конденсатор 45 через полевой транзистор 55 и резистор 56, которые стабилизируют ток разряда, соединен с входом компаратора 44, второй вход которого соединен с коллектором "ðàíçèñòîðà 19 блока 4.

Блоки 1 и 2 соединены -. блоком 3. Блок

1 связан с блоком 4 через "ðèããåð б, блок 2 через диоды 13 и 15 — 18, а блок 3 — через триггер 39. Блок 4 соединен двумя выходами с блоком 5 через компаратор 44, а через выход элемента 4И-НЕ 43 — с выходом блока 6.

Блок 1 формирования команд управления исполнительными механизмами является связующим блоком между конечными выключателями «Сварка», «Стоп», «Счет» и блоками 3 и 4, т.е. он формирует сигналы и защиьцает схему управления от прохождения помех. Блок 3 суммирующего с летчика отсчитывает количество свариваемых точек, а также определяет режим сварки (т.е. сварК3 первых трех или четырех ламелей коллектора идет повышенным током, так как электролы еще холодные, а остальных — IIOниженным током, что улучшает качество сварочной точки) путем установки многопозиционного переключателя, подключенного HB вхолы RS-триггера 39. С блока 2 питания поступает стабилизированное напряжение (+15В) íà S-вход счетчиков CT блока 3.

Управление напряжением при контакIной сварке с выхода элемента 4И-НЕ 43 сводится к изменению угла отпирания симистора в блоке б, коммутирующего сварочный трансформатор. К выходу блока 6 коммутации сварочного трансформатора подсоединена первичная обмотка сварочного трансформатора 57. во вторичную обмотку которого включен трансформатор 58 тока. Выводы вторичной обмотки трансформатора 58 тока подсоединены к выпрямительному мосту 59, минусовый вывод которого заземлен, а плюсовой подключен к входу блока 60 умножителя. Выход блока 60 умножителя подключен к входу интегратора 61, выполненного из потенциометра 62, подключенного к параллельно соединенным конденсатору 63 и операционному усилителю 64, выход которых, являясь выходом интегратора 61, соединен с одним из входов блока 65 сравнения, второй вход которого через блок 66 эталонных значений энергии сварки подключен к вы оду блока 1 формирования команд уHравления исполнительными механизмами и к входу блока 3 суммируюьцего счетчика. Выход блока 65 сравнения подключен к входу элемента 4И-НЕ 43, который является модулятором блока 4 фазового управления сварочным током и стабилизации его лействуюгцего значения.

Устройство работает следующим образом.

Г1рп пуске установки происходит опускание сварочных электродов, в конце хода которых замыкаются конечные выключатели

«Сварка» и «Счет», т.е. сигналы с блока 1 поступают на блоки 3 и 4. Ha S-вход триггера 7 блока 4 поступает уровень логической «1», он перебрасывается и на прямом выходе появляется положительный уровень напряжения (+15В). Этот уровень через

RC-цепочку 8 и 9, инверторы !О и 11 и триггер 12, поступает на элемент 4И-НЕ 43, что обеспечивает выполнение сварки в течение нормированного времени, определяемого параметрами RC-цепочки 8 и 9.

При включении в цепь синусоидального напряжения трансформатора с ферромагнитным сердечником возможен случай, когда остаточный, сохранившийся от предыдущего включения, и вновь создаваемый переходным током магнитные потоки совпадают по знаку. Для устранения этого используют синхронный контактор включения свароч ной машины, который обычно работает так, что начало сварки приходится на полупериол одной определенной полярности, а конец — на период обратной полярности. 1Ioэтому остаточный и вновь создаваемый магнитные потоки имеют противоположные знаки, что способствует снижению максимального значения магнитного потока, при этом отсутствуют апериодические составляющие первичного тока.

1505718

Синхронным контактором в устройстве является симистор в блоке 6. Начало сварки приходится на положительный полупериод, . а конец сварки — на отрицательный. Прохождение четного числа полуволн обеспечивается триггером 12, на С-вход синхронизации которого подаются однополярные импульсы с частотой 50 Гц через диод 13 и элемент И-HE 14, а на 1- и К-входы состояния — соответственно уровни логической

«!» и логического «О» с выходов инверторов

10 и 11, и наоборот. Для синхронного к напряжению сети включения сварочного тока предназначена связка диодный мост 15 — 18, минус которого подключен к нулевому потенциалу источника, и генератор пилообразного напряжения, собранный на транзисторе 19, конденсаторе 20 и резисторах 21 — 24.

Пилообразные им пульсы на выходе генератора по фазе совпадают с напряжением питающей сети, так как на диодный мост поступает переменное напряжение (24 В).

Пилообразное напряжение с генератора поступает через резисторы 25 и 26 на один из задающих входов операционных усилителей 27 и 28, работающих в режиме компаратора, на второй вход которых через резисторы 29 и 30 поступает определенный уровень напряжения с переменных резисторов

31 и 32, которые вместе с переменными резисторами 33 и 34, конденсатором 35, стабилитроном 38 и резисторами 36 и 37 образуют схему стабилизации тока сварки. Поэтому на входах усилителей 27 и 28 происходит изменение уровня напряжения со своим знаком. Увеличение напряжения сети, например, с ! íà U приводит к увеличению установленного ранее сдвига фазы с (p.— g ) на (V,—,) по отношению к напряжению сети, т.е. угла расширения симистора и, следовательно, уменьшению сварочного тока, и наоборот, что обеспечивает поддержание сварочного тока на заданном уровне.

Регулирование тока сварки осуществляется изменением напряжения на задающем входе усилителей 27 и 28, когда на второй вход подается пилообразное напряжение. При этом с увеличением напряжения сдвиг фазы выходного импульса относительно напряжения сети увеличивается и наоборот. Значение регулируемого напряжения определяется изменением величины переменных резисторов 31, 33, 32 и 34.

Для обеспечения режима сварки повышенным током трех и четырех ламелей и последующего перехода на номинальный режим сварки используется триггер 39, который связан с блоком 5 суммирующего счетчика. В начале сварки сигнал с блока 3 поступает на прямой вход триггера 39.

Управляющий импульс с элемента 2И-НЕ

41 поступает на один из входов логического

50 элемента 4И-НЕ 43, представляющий собой модулятор. На другой вход этого элемента поступает сигнал с блока 5 плавного нарастания управляющего импульса, который работает по тому же принципу, что и узел регулирования тока сварки. На один задающий вход компаратора 44 подается пилообразное напряжение, а на другой вход; — напряжение конденсатора 45. В начальный момент конденсатор 45 заряжен, так как на базу транзистора 48 подается положительный потенциал с потенциометра 46. При этом потенциометр может быть связан с переменным резистором 8 регулирования длительности процесса сварки для того, чтобы при изменении длительности процесса сварки одновременно менять уровень заряда конденсатора 45 и получать плавное нарастание силы тока для любой длительности процесса сварки.

В блоке использована стабилизация тока разряда, что приводит к прямолинейному изменению напряжения при разряде конденсатора 45. Стабилизация тока реализуется цепочкой: полевой транзистор 55, резистор 56. Представленная схема дает возможность регулировать нижний предел разряда конденсатора 45 через потенциометр 50, резистор 51 и транзистор 52, т.е. регулировать время разряда, а следовательно, и время плавного нарастания тока сварки при длительности процесса сварки в пределах 0,2—

1,0 с. Диод 53 необходим для защиты транзистора 52 от пробоя по напряжению.

Модуляция сигналов элементом 4И вЂ” HE

43 происходит следующим образом.

При включении процесса сварки с инверс ного выхода триггера 12 поступает уровень логического «О». При этом транзистор 48 запирается и конденсатор 45 начинает разряжаться, а следовательно, на одном из задающих входов компаратора 44 происходит линейное уменьшение напряжения, в то время как на второй вход поступает пилообразное напряжение. На выходе компаратора появляются импульсы с постоянным уменьшением угла сдвига фазы по отношению к напряжению питающей сети. Изменяющийся по фазе импульс модулируется в элемент

4И-HE 43 управляющим импульсом с элемента 42, который также поступает «а этот элемент (фиг. 3, L; — разрешающий сигнал с триггера 12, U — импульсы с постоянным уменьшением угла сдвига фазы с компаратора 44, U> — управляющий импульс с элемента 42, Uq — запрещающий сигнал с блока 65 сравнения).

При окончании сварки уровень логического «О» снимается с базы транзистора 48, так как на выходах инверторов 10 и !! меняется сигнал на противоположный, что приводит к переключению триггера 12 и на его

1505718 инверсном выходе появляется уровень логической «1». Транзистор 48 отпирается и происходит заряд конденсатора 45 через резистор 49. При этом время заряда меньше или

Соответствует времени подготовки к второму иклу сварки.

Обратная связь работает следующим обазом.

При прохождении сварочного тока во торичной обмотке сварочного трансформаора 57 трансформатор 58 тока вырабатыват на вторичной обмотке напряжение, проорциональное сварочному току, которое

ыпрямляется выпрямителем 59 и поступает а блок 60 умножителя,с выхода которого нимается напряжение, величина которого

1 авиа квадрату входного напряжения, и потупает на вход интегратора 61, чье напряение возрастает на каждом полупериоде пропорционально квадрату тока. При этом анное напряжение поступает на блок 65 равнения, где сравнивается с напряжением, оступающим с блока 66 эталонных значений энергии сварки. При этом данный блок собран так, что энергия сварки первых трех4етырех ламелей ниже номинальной. При

1, каждом импульсе, поступающем с блока 1 ормирования команд управления исполнительными механизмами, соответствующем дверным трем — четырем памепям, пна етупен1 ато достигает эталонного значения, причем

1ровни этих значений энергии регулируются (фиг. 2) .

При сравнении текущего уровня напря«кения с установленным, т.е. текущего уровйя энергии и эталонной, блок 65 сравнения

1тодает сигнал запрета на модулятор 43 и варка прекращается (фиг. 3) .

На каждом полупериоде выход интегра1ора 61 возрастает пропорционально входноМу напряжению (а значит квадрату тока) и обратно пропорционально постоянной интегрирования КС. Чем больше RC, тем меньше увеличение и, следовательно, больше время, требуемое для достижения установленного блоком 66 напряжения. Постоянная ин5 тегрирования регулируется конденсатором

63 и потенциометром 62. Причем потенциометр может быть связан с переменным резистором 8 регулировки длительности процесса сварки. Следовательно, между током сварки и длительностью процесса сварки обратно пропорциональная зависимость, а значит величина I Rt остается постоянной.

Применением устройства достигается постоянство уровня энергии, выделяемой на электродах, что существенно улучшает качество сварочного соединения за счет введения обратной связи, обеспечивает любой требуемый режим сварочного процесса и дает возможность установить оптимальный технологический режим сварки для различных типоразмеров изделий. формула изобретения

Устройство управления напряжением при контактной сварке по авт. св. Мо 1252102, отличающееся тем, что, с целью повышения качества сварного соединения за счет стабилизации уровня энергии, выделяемой на электродах, в него дополнительно введены блок эталонных значений энергии сварки и последовательно соединенные трансформатор тока, выпрямительный мост, блок умножения, интегратор и блок сравнения, выход которого соединен с входом блока фазового управления сварочным током и стабилизации его действующего значения, второй вход блока сравнения соединен через блок эталонных значений энергии сварки с выходом блока формирования команд управления исполнительными механизмами, а трансформатор тока включен во вторичную обмотку сварочного трансформатора.

1505718

1505718

Фигз

Составитель Г. Чайковский

Редактор И. щербак Техред И. Верес Корректор О. Кравцова

Заказ 5361/! 4 Тираж 894 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Моска à, 7K — 35, Раушская наб., д. 4!5

Производственно-издательский комбинат «Патент», r Ужгород, ул. Гагарина, 101