Способ управления вентильным преобразователем в конденсаторных машинах и устройство для его осуществления

 

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<SB POS="POST">н</SB>-φ)(U<SB POS="POST">бн</SB>-U<SB POS="POST">б</SB>-ΔU)/ΔV, на участке подзаряда, где U<SB POS="POST">бн</SB> и U <SB POS="POST">б</SB> - номинальное и текущее напряжения на батарее, а φ<SB POS="POST">н</SB> и ΔU рассчитывают один раз за цикл зарядки по уравнениям φ<SB POS="POST">н</SB>=K(0,83 + 9,61 <SP POS="POST">.</SP> 10<SP POS="POST">-2</SP>K<SP POS="POST">2</SP>)

Δ*98U=[U<SB POS="POST">сн</SB>δU(1-1,01K+0,21K<SP POS="POST">)</SP>]:(0,91U<SB POS="POST">сн</SB>-U<SB POS="POST">0</SB>-δU/2)

K=U<SB POS="POST">бн</SB>/U<SB POS="POST">сн</SB>, где U<SB POS="POST">сн</SB> - номинальное напряжение питающей сети

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

U<SB POS="POST">0</SB> - 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я1.) „,„1611643 (51)5 В 23 К 11/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BT0PCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4325198/31-27 (22) 10. 11.87 (46) 07.12.90. Бюл. № 45 (71) Институт электросварки им. Е. О. Патона (72) Е. И. Довгодько, В. В. Дьячков и В. Н. Заяц (53) 621 791.75(088.8) (56) Белов А. Б. Конденсаторные машины для контактной сварки.— Ленинград: Энергоатомиздат, 1984, с. 79 — 84, 95.

Глебов Л. В., Иоффе Н. И., Филиппов 1О. И. Расчет зарядной цепи конденсаторных машин.— Автоматическая сварка, 1979, № 7, с. 2?.

Авторское свидетельство СССР № 1092010, кл. В 23 К 11/26, 1982. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЪНЪ1М ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ В КОНДЕНСАТОРНЪ1Х МАШИНАХ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 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 конденсатоИзобретение 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.

2 рных 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 (9=(2q.„— и))<

)((l „— Ue — AU) /ЛU, на участке подзаряда где 1/ . и Uq — номинальное и текущее напряжения на батарее, а р„и Л(/ рассчитывают один раз за цикл зарядки по уравнениям q„== К (0,83+9,61 10 К- ); Л U=(U<» б U (!в — 1,01К+0,2! К ) ): !0,9! U. — Uo — б(l/2);К=—

= Ь „/Ц„где U — номинальное напряжение питающей сети; б(/ — приращение напряжения на батарее за первый полупериод при включении зарядных вентилей в естественном угле; Uo — напряжение на батарее перед началом зарядки. Устройство управления веllтильным 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 цели и напряжения зарядки батареи, обеспечивая при этом повышение скорости зарядки и уменьшение объема управляющего оборудования. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

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

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

1611643

U „— aV>q. (3) 0(Ubí — U3(A U, (4) где (8) (5) где (10) где

i =arcsin (1) с где U, — напряжение сети.

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

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

Ч2 U, Л U= — — -.- (2совф,.— (л — 2 1),) siing„), (2) 3:Кн

g =ar rcsinn y с

Г1осле нарастания напряжения на батарее до значения, при котором выполняется неравенство необходимо обеспечить быструю дозарядку ее до номинального напряжения. Это можно обеспечить, включая вентили в угле, определяемом из уравнения (2(рн — >)(U> Uf — А()

0—

it: =агсял — -

2Ы (6)

0,85- 2 ° U

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

Анализируя (5), видим, что угол 0 становится положительным только при выполнении неравенства (4). Именно эта особенность, а также применение оптронных тиристоров, включенных по приведенной схеме (фиг. 1) для управления зарядными вентилями, позволяет после измерения текущего напряжения на батарее U8 в момент перехода сетевого напряжения через ноль и вычисления значения 0 по уравнению (5) либо сразу выдать управляющий сигнал на включение вентилей, если 0(0, либо выдать его с задержкой на время, пропорциональное углу О, 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 У,)(4. Для

0 0 последнее условие выполняется в момент выдачи управляющего сигнала, а для

6(0 — 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 на батарее номинального значения, т. е.

10 при Ug, угол 8 не вычисляют и зарядные вентили не включают.

Значения AU u q в уравнениях (5) и (6), используемые для вычисления О, пересчитывают один раз за цикл зарядки после пер15 вого включения зарядных вентилей. Очевидно, что при первом включении вентилей в очередном цикле зарядки батареи выполняется условие Ug((И„., поэтому вентили включаются в естественном угле на полнофазный ток. Если перед первым включе20 нием вентилей измерить начальное напряжение на батарее Г/О, а после первого полупериода зарядки — приращение напряжения

6U, то, используя уравнения (2) и (3), можно оценить параметр зарядной цепи ФРС из уравнения

<С1,1112 U,(2соЫ вЂ” (л — 2X)sin).)

Й. +Я

30 11 1Р Uw

Поставим выражения (3), (7) и (8) в (2), применив представление тригонометрических функций в виде рядов. Опустив промежуточные преобразования, получим приближенные выражения для определения искомых параметров МУ и <Г„: (,, и Ь и(0 — 1,О! К+ 0,21К )

0,91 U — Uо —, - „=К(0,83- -9,61 10 К ), 3йн

К=— (сн

45 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 R и С, и при этом исключить перезаряд батарги даже при характерном для сварочных участков скачкообразном изменении сетевого напряжения в

+10 пределах — l от номинала. ц о!

61!643

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 помощью 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, формирователь 21 синхроимпульсов, цифровой задатчик 22 напряжения зарядки, блок 23 сопряжения и микроЭВМ 24, содержггцую микропроцессор, запоминающее устройство и таймер.

Входы формирователя 21 соединены с клеммами питающей сети, а выход — с первым входом блока 23 сопряжения. Анодь. тиристоров и 2 и катоды тиристоров 3 и 4 управляемого вентиля соединены с первым и вторым вводами источника питающего напряжения соответственно, а катод и анод т иристоров и 3, а также катод и анод тиристоров 2 и 4 соответственно соединены с первым и вторым вводами зарядной цепи, состоящей из последовательно со диненных балластного резистора 5 и батареи конденсаторов 6. Управляющие электроды тиристоров 1- — 4 подключены к четь)рем формирователям, выполнечным на базе оптронных тиристоров на элементах 7 — 14 и соединенным в две управляющие магистрали, которые 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 опрашивает цифровой задатчик 22 напряжения зарядки посредством блока 23 сопряжения и записывает значение Ь „во внутреннем запоминающем устройстве. В момент перехода пи5 б

QQ

25 зО

?5

4О

4Г

55 тающего напряжения через ноль формировател ь 21 вырабатывает с инхрос игнал, который поступает на вход блока 23 сопряжения.

Появление синхросигнала вызывает прерывание работы (состояния ожидания) микроЭВМ 24, после чего запускается за счет времени встроенный в микроЭВМ?4 таймер, а микроЭВМ выдает сигнал управления на измерительный преобразователь 18 через блок 23 сопряжения и ключ 20 с гальваническим разделением. Измерительный преобразователь 18 формирует код, пропорциональный напряжению на батарее конденсаторов 6, снимаемому с делителя напряжения, выполненного на резисторах 15 — 17, а затем микроЭВМ 24 принимает этот код посредством ключа 19 с гальваническим разделе:,:-ем и бло <а ?3 сопряжения, запись вает е:. ва в.-.утреннюю память и производит с .:.:= HEHII.: ..=,; ":; е:.ного напряжения на батарее с номнна .ьнь;м. Если измеренное напряжен IE не I)pñâûøàåò номинального и есл предстоит первое включение вентилей iåIIóL,E>; LIик )с зарядки, микроЭВМ 24 посредством блока «3 сопряжения и первой пар» формироватезей (элементы 7, 8 и 13, . 4) либо втopE);"; пары формирователей (элементы 9, 10: 11, 12) в зависимости от полярности зарядки батареи выдает сигнал на включение соответствующей пары тиристоров . 3 либо 2 и 4 управляемого вентиля, посгц чего переходит в режим ожидания очередного синхросигнала. Зарядка батареи конденсаторов 6 происходит от питаюLI:,o." сети через СООтветствук))цу !О па()у гиристоров управляемого вентиля и балластн )й резистор 5. При поступлении очеpl д. ого синхросигнала микроЭВМ 24 сни::а т у..равля:,и ий сигнал включения тирисвЂ:Оро;. управл;емо.-о вентиля, измеряет напряжение на баа.гарее в OIIHL;II!l!OH последона Гел ьности. Вычисляе i l1pll! 1 LILE ние напря>нени". О.,; затсх) по уравнениям (9), (10) и, 1) вычисляет параметры Л J и q„, которые записывает во внутреннее запоминающее устройство, после чего производит сравнение камере..ного напряжения с номинальным.

Если измеренное напряжение превышает.

Ho .lHIIà Iüíîå, то микроЭВМ 24 не BKllo÷àåò управляемых вентилей. а проверяет условие останова, !IpH вы.-.олнении которого останавл и вае Tc H. В противном случае микроЭВМ

24 вычисляет О по уравнению (5) и при

60 посредством блока 23 сопряжения и одной из двух пар формирователей выдает сигнал на включение соответствующей пары

THðèñторов управляемого вентиля, как описано. При 60 микроЭВМ 24 с помощью встооенного таймера выдерживает интервал времени, пропорциональный углу О, и затем посредством блока 23 сопряжения и одной пары формироьателей, как описано, выдает сигнал на включение соответствующих THрнсторов управляемого вентиля. Затем

»I! кроЭВМ 24 г.ереходит к ожиданию синхро1611643 сигнала 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 ннутреннем запоминающем устройстве микроЭВМ.

Способ и устройство для его осущест1(0 вления 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 машины

АССК-4002 аналогична машине МТК-5002.

Установлено, что с помощью предлагаемых способа и устройства по сравнению с прототипом при уменьшении объема аппаратуры управления примерно на ЗОЯ и отсутствии регулировок точность зарядки батареи (определяемая точностью измерительного 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 гк>казали примерно одинаковые значения времени за- 30 рядки.

Способ и устройство для его осуществления предполагается использовать в сварочном автомате, работающем в составе автоматической лини . При предлагаемом способе время зарядки;атареи сокращается на

5гог,, т. е. при времен. зарядки 2 с можно экономить 0,1 с на каг той сварке. Так как период ныпуска изделий линией составляет

1 мин, то производительность линии за счет уменьшения скорости зарядки батареи возрастает примерно на 0,167Я .

Фор. ила изобретения

I. Способ управления нентильным преобразователем н конденсаторных машинах, при котором измеряют текущее значение напряжения на батарее конденсаторов Ug, сравнивают с заданным значением Ug„ и определяют по этой разности угол включения зарядных вентилей О, отличающийся тем, что, с целью повышения точности- и 50 скорости заряда батареи конденсаторов, текущее значение напряжения на батарее конденсаторов измеряют в момент перехода сетевого напряжения через ноль и, если измеренное значение меньше заданного, угол включения зарядных вентилей определяют по формуле (2(p„— л)(Ug„— Ug — Л U) ь и. где чг =K(0,83+9,61.10 К ), U SU.(1 — I,01Ê-+0,21К )

0,91U — U > <К=.

uh,. 7

U — номинальное напряжение питающей сети; о U — приращениенапряжениянабатарее конденсаторов за первый полупериод при включении зарядных вентилей при естественном угле их отпирания;

Uo — напряжение на батарее конденсаторов перед началом заряда, при этом параметры ч;„и Л(/ рассчитывают после первого полупериода включения вентилей, если измеренное значение меньше заданного, угол включения вентилей устанавливают равным нулю.

2. Устройство управления вентильным преобразователем в конденсаторных машинах, содержащее управляемый вентиль, балластный резистор, батарею конденсаторов и цифровой задатчик зарядки, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и скорости заряда батареи конденсаторов, в него введены источник питания, измерительный преобразователь, дна ключа с гальваническим разделением, формирователь синхроимпульсов, б.loK сопряжения, 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 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 балластного резистора и батареи конденсаторов, вторые выводы которых соединены между сооой, управляющие электроды первого и второго тиристоров соединены с катодами соотьетствующих им 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 тиристорон 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 третьего и четвертого тиристоров, управляющие электроды оптронных тиристоров соединены попарно в две управляющие магистрали, причем аноды светодиодов пер1611643

10 вого 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 преобразователя, цифровой задатчик напряжения зарядки подключен к третьему входу блока сопряжения, блок сопряжения соедичен двунаправленной магистралью с микроЭВМ.

l6l1643

Составитель Г. Ча йковски й

Редактор О. Юрковецкая Техред А. Кравчук Корректор Т. Малец

Заказ 3798 Тираж 647 Подлисное

ВНИИПИ Государственного комитета но изобретениям и открытиям нри ГКНТ СССР

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

Г!роизводственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 10!