Устройство питания для дуговой сварки

 

Изобретение относится к сварочному производству и предназначено для сварки неплавящимся электродом в среде защитных газов, а именно для плазменной сварки алюминиевых сплавов прямоугольными импульсами тока. Цель изобретения - повышение устойчивости горения дуги, расширение диапазона регулирования амплитуды и частоты сварочного тока. Устройство содержит в сварочной цепи два выпрямителя, два дросселя и два датчика тока. Блок управления включает датчик сварочного тока, датчик уравнительного тока, два усилителя-формирователя, два интегратора, два суммирующих усилителя, два блока нелинейности, два дифференцирующих звена, нелинейный элемент, два инвертирующих усилителя и блок задания. Блок задания устанавливает время горения дуги на прямой и обратной полярности и амплитуду сварочного тока раздельно для каждой полярности. На выходе первого интегратора формируется сигнал, позволяющий поддерживать заданное значение уравнительного тока, а на выходе второго интегратора - сигнал, обеспечивающий поддержание заданного значения сварочного тока. Блоки нелинейности формируют сигналы, пропорциональные потокосцеплению первого и второго дросселей, и компенсируют изменение индуктивности дросселей от величины протекающих через них токов. Нелинейный элемент компенсирует нелинейные свойства дуги. Усилители-формирователи вырабатывают напряжения управления выпрямителями. Устройство позволяет уменьшить габариты силовых дросселей путем автоматической компенсации изменения их индуктивности от величины сварочного тока. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (191 (111 (ц) В 23 К 9/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТИРЬГГИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4409574/25-27 (22) 14.04.88 (46) 30.06.90. Бюл. Р 24 (71) Центральный научно-исследовательский институт металлургии и материалов и Уральский политехнический институт им. С.M.Кирова (72) А.M.Âåéíãåð, И.M.Ñåðûé, Ю.Г.Силуков, A.À.Âèøíåâñêèé, Н.Г.Силукова, В.В.Громов и Д.L(.Îñòïîâ (53) 621,791,754.037(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1445882, кл. В 23 К 9/10, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ПИТАНИЯ ДЛЯ ДУГОВОЙ

СВАРКИ (57) Изобретение относится к сварочному производству и предназначено для сварки неплавящимся электродом в среде защитных газов, а именно для плазменной сварки алюминиевых сплавов . прямоугольными импульсами тока. Цель изобретения — повьппевие устойчивости горения дуги, расширение диапазона регулирования амплитуды и частоты сварочного тока. Устройство содержит в сварочной цепи два выпрямителя, два дросселя и два датчика тока. Блок уп" равления включает датчик сварочного тока, датчик уравнительного тока, Изобретение относится к сварочному производству и предназначено в качестве источника питания для дуговой и плазменной сварки прямоугольными импульсами тока. .Цель изобретения — повышение устойчивости горения дуги, расширение

2 два усилителя-формирователя, два интегратора, два суммирующих усилителя, два блока нелинейности, два дифференцирующих звена, нелинейный эле— мент, два инвертирующих .усилителя и блок задания. Блок задания устанав— ливает время горения дуги на прямой и обратной полярностях и амплитуду сварочного тока раздельно для каждой полярности. На выходе первого интегратора формируется сигнал, позволяющий поддерживать заданное значение уравнительного тока, а на выкоде второго интегратора — сигнал, обеспечивающий поддержание заданного значения сварочного тока.

Блоки нелинейности формируют сигналы, пропорциональные потокосцеплению первого и второго дросселей, и компенсируют изменение индуктивности дросселей от величины протекающих через них токов. Нелинейный элемент компенсирует нелинейные свойства дуги. Усилители-формирователи вырабатывают напряжения управления выпря— мителями. Устройство позволяет уменьшить габариты силовых дросселей пу— тем автоматической компенсации изменения их индуктивности от величины сварочного тока. 1 и.!, диапазона регулирования а!!и!!итуды и частоты сварочного т: ка.

На чертеже предста «е!!;! функциональная схема устрой: г!:;!.

Устройство пита!!!!я д!!я дуговой сварки содержит це!!!. сварочной дуги, к которои полк:!!(я!» !!! ! ер выи Вы1574394 прямитель 2 через первый дроссель 3 и первый датчик 4 тока, второй выпрямитель 5 через второй дроссель б и второй датчик 7 тока ° Выход первого датчика 4 тока соединен с первым входом датчика 8 сварочного тока и с первым входом датчика 9 уравнительного тока. Выход второго датчика 7 тока соединен с вторым входом датчика 8 сварочного тока и вторым входом датчика 9 уравнительного тока.

Выход датчика 8 сварочного тока подключен к второму входу первого усилителя-формирователя 10 через последовательно соединенные первые интегратор 11, диод 12, суммирующий усили— тель 13, блок 14 нелинейности и дифференцирующее звено 15. Выход суммирующего усилителя 13 соединен с тре- 20 тьим входом первого усилителя-формирователя 10. Выход нелинейного элемента 16 соединен с первым входом первого усилителя-формирователя 10 и через первый инвертирующий усилитель 17 с первым входом второго усилителя-формирователя 18. Выход интегратора 11 подключен к второму входу второго усилителя-формирователя 18 через последовательно соединеннные вторые диод 19, инвертирующий усилитель 20, суммирующий усилитель 21, блок 22 нелинейности и дифференцирующее звено 23. Выход второго суммирующего усилителя 21 соединен с тре35 тьим входом второго усилителя-формирователя 18. Выход датчика 9 уравнительного тока соединен с вторыми входами первого 13 и второго 21 суммирующих усилителей через второй интегратор 24. Выходы блока 25 зада— ния соединены с вторыми входами первого 11 и.второго 24 интеграторов.

Устройство питания для дуговой сварки работает следующим образом.

Блок 25 задания задает время горения дуги на прямой и обратной полярностях и амплитуду сварочного тока, которая устанавливается раздельно для каждой полярности. При пуске в блоке 25 задания формируется сигнал задания уравнительного тока, который поступает на второй вход второго интегратора 24, на первый вход которого поступает сигнал с датчика 9 уравнительного тока, пропорциональный те— 55 кущему значению уравнительного тока, осуществляющий обратную связь по уравнительному току. При этом на выходе второго интегратора 24 формируется управляющий сигнал, позволяющий поддерживать заданное значение уравнительного тока, протекающего по цепи: первый выпрямитель 2, первый дроссель

3, первый датчик 4 тока, второй выпрямитель 5, второй дроссель 6, второй датчик 7 тока, что обеспечивает работу выпрямителей 2 и 5 в зоне непрерывных токов. Одновременно при пуске в блоке 25,задания формируется сигнал задания сварочного тока, поступающий на второй вход первого интегратора 11, на первый вход которого поступает сигнал с датчика 8 сварочного тока, пропорциональный текущему значению сварочного тока, осуществляющий обратную снязь по сварочному току. При этом на выходе первого интегратора 11 формируется управляющий сигнал, обуславливающий поддержание заданного значения сварочного тока. С выхода первого интегратора 11 управляющий сигнал поступает в зависимости от его полярности на первый вход первого суммирующего усилителя 13 или на первый вход второго суммирующего усилителя 21. На вторые входы суммирующих усилителей 13 и 21 поступает управляющий сигнал с выхода второго интегратора 24. На выходе первого суммирующего усилителя 13 формируется сигнал, пропорциональный току первого выпрямителя 2, и поступает на вход первого блока 14 нелинейности и третий вход первого усилителя-формирователя 10. На выходе первого блока 14 нелинейности формируется сигнал, пропорциональный потокосцеплению первого дросселя 3, компенсирующий изменение индуктивности первого дросселя

3 в зависимости от величины проходящего через него тока. Этот сигнал поступает через первое дифференцирующее звено 15 на второй вход первого усилителя-формирователя 10. На выходе второго суммирующего усилителя 21 формируется сигнал, пропорциональный току выпрямителя 5, и поступает на вход второго блока 22 нелинейности и третий вход второго усилителя-формирователя 18. На выходе второго блока

22 нелинейности формируется сигнал, пропорциональный потокосцеплению второго дросселя 6, компенсирующий изменение индуктивности второго дросселя 6 в зависимости от величины проходящего через него тока. Этот сигнал

l

10= 11 12 (1)

Датчик 8 сварочного тока осуществляет вычитание сигналов с датчиков

4 и 7 тока, при этом разность дает сигнал, пропорциональный текущему сварочному току.

Чтобы получить значение уравнительного тока, необходимо выбрать наименьшее значение из величин сигналов с датчиков 4 и 7 тока, т .е.

5 1 5 7439 поступает через второе дифференцирующее звено 23 на второй вход второго усилителя †формировате 18. Кроме того, управляющий сигнал с выхода первого интегратора 11 поступает на вход первого нелинейного элемента 16, компенсирующего нелинейные свойства сварочной дуги. Сигнал с выхода первого нелинейного элемента 16 посту- 10 пает на первый вход первого усилителя-формирователя 10 и через первый инвертирующий усилитель 17 на первый вход первого усилителя-формирователя

18. На выходе первого усилителя-фор- 15 мирователя 10 формируется напряжение управления первым выпрямителем 2, а на выходе второго усилителя-формирователя 18 - напряжение управления вторым выпрямителем 5. 20

В зависимости от.полярности сигнала задания сварочного тока, поступающего с блока 25 задания, один из выпрямителей работает в выпрямительном режиме, а другой — в ин- 25 верторном. При изменении полярности задающего сигнала на выходе блока 25 задания первый выпрямитель 2 переходит в инверторный режим, а второй выпрямитель 5 — в .режим выпрямления.

При этом сварочный ток изменяет направление, причем смена полярности происходит с максимальным быстродействием.

Первый датчик 4 тока измеряет ток, протекающий через первый выпрямитель

2, а второй датчик 7 тока измеряет ток, протекающий через второй выпрямитель 5. Допустим, что первый выпрямитель 2 работает в выпрямительном режиме, а второй выпрямитель ? в инверторном. Тогда сигнал с первого датчика 4 тока равен i,=i C+1 „ где 1 — ток сварки, 1 — уравнительный ток, а сигнал с второго датчика 7 тока i =i ., Таким образом, чтобы получить ток сварки, необходимо выполнить условие

4 6 датчик 9 уравнительного тока произ-, водит выбор наименьшего значения иэ величин сигналов с датчиков 4 и 7 то" ка. Таким образом, выходной сигнал датчика 9 уравнительного тока равен текущему значению. уравнительного тока.

Блок 25 задания представляет собой генератор прямоугольных импульсов с регулируемым коэффициентом заполнения и усилитель с раздельным усиле нием сигнала положительной и отрицательной полярностей. Время горения дуги на прямой и обратной полярностях регулируется коэффициентом заполнения в генераторе, а амплитуда тока изменением коэффициента усиления усилителя.

В качестве нелинейных блоков 14 и 22 использованы функциональные преобразователи ПФ-1АИ системы аналоговых регуляторов УБСР-АИ. Преобразователь ПФ-1АИ служит для воспроизведения различных нелинейных зависимостей на вЫходе в функции сигнала напряжения постоянного тока на входе и не может иметь временных диаграмм.

Благодаря наличию перекрестных связей в устройстве и параметров датчика 8 сварочного тока, интеграторов

11 и 24 на выходе первого суммирующего усилителя 13 получается сигнал, пропорциональный току первого выпрямителя 2, а на выход второго сужирующего усилителя 21 — сигнал, пропорциональный току второго выпрямителя 5. Параметры датчиков, интеграторов и суммирующих усилителей выбраны такими, чтобы сигналы с них были в одном масштабе. Тогда сигнал на выходе первого суммирующего усиЛителя 13 определяют иэ зависимости

U.; =U +U; (2) где U; — напряжение, пропорциональное току нервого выпрямителя 2;

П ° -- напряжение, пропорциональ.1, у ное уравн тельному току)

U ° — напряжение, пропорциональ1+ ное сварочному току положительной полярности.

Сигнал на выходе второго суммирующегс усилителя 21 определяют из зависимости

U =,U; +U; (3)

1 где U; — напряжение, пропорциональное току второго выпрямителя 5;

1574394

U — напряжение, пропорциональ1 ное сварочному току отрицательной полярности.

Известна также зависимость для катушки индуктивности (дросселя) где g — потокос цепление, L — индуКтивность, 10 ток, Таким образом, подавая на вход блока 14 (22) нелинейности сигнал, пропорциональный току, протекающему через дроссель, на выходе получают значение потокосцепления в определенном масштабе. Характер зависимости нелинейного блока 14 (22)

U ц,„ = f (Б „ ) соответствует кривой намагничивания дросселя 3 (6) в сварочной цепи (т.е. изменению индуктивности). Иначе говоря, сигнал с блока 14 (22) нелинейности имеет коэффициент передачи сигнала в зависимости от индуктивности дросселя. 25

Таким образом, путем автоматического изменения коэффициента передачи регулятора устройство компенсирует изменение индуктивности дросселя в сварочной цепи.

Формула из о бр ет ения

Устройство питания для дуговой сварки, содержащее последовательно соединенные первые выпрямитель, датчик. тока, дроссель и последовательно соединенные вторые выпрямитель, датчик тока, дроссель, подключенные встреч- 40 но-параллельно к сварочной цепи, датчики сварочного и уравнительного тока, первые входы которых подключены к первому датчику тока, а вторые входы — к второму датчику тока, блок за- 45 дания, два суммирующих усилителя, последовательно соединенные первый интегратор и нелинейный элемент, первый и второй усилители-.формирователи, выходы которых соединены с управляющими входами соответственно первого и второго выпрямителей, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения устойчивости горения дуги и расширения диапазона регулирования амплитуды и частоты сварочного тока, оно снабжено вторым интегратором, первым и вторым блоками нелинейности, первым и вторым дифференцирующими звеньями, первым и вторым инвертирующими усилителями, первым и вторым диодами, причем выход датчика сварочного тока подключен к второму входу первого усилителя-фЬрмирователя через последовательно соединенные первые интегратор, диод, суммирующий усилитель, блок нелинейности и, дифференцирующее звено, выход первого суммирующего усилителя соединен с третьим входом первого усилителя-формирователя, выход первого нелинейного элемента соединен с первым входом первого усилителя †формировате и через первый инвертирующий усилитель с первым входом второго усилителяформирователя, выход первого интегратора подключен к второму входу вто-рого усилителя-формирователя через последовательно соединенные вторые . диод, инвертирующий усилитель, сум» мирующий усилитель, блок нелинейности, дифференцирующее звено, выход второго суммирующего усилителя соединен с третьим входом второго усилителя-формирователя, выход датчика уравнительного тока соединен с вторыми входами первого и второго суммирующих усилителей через второй интегратор, а выходы блока задания соединены с вторыми входами первого и второго интеграторов.

1574ЭМ

Составитель В.Пучинский

Редактор М.Петрова Техред М,Ходанич

Корректор С.Черни

Тираж 658

Подписное

Заказ 1746

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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