Система автоматического регулирования глубины проплавления при роликовой контактной сварке

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОЬГИтЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Кл. Zll>, 29)12

2!с, «6, 50

Заявлено 06.11.1965 (№ 941741/25-",".71

„".еъ. с присоединением заявки №.У т11К Н 05Ь

Ст 05i

Приоритет

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Мимистров

СССР

Опубликовано 02.III.1967. Бюллетень ¹ 6

УД К 621.791.763.3.037-503.51 (088.8) Дата опубликования описания 5Х.1967

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ГЛУБИНЬ1

ПРОПЛАВЛЕНИЯ ПРИ РОЛИКОВОЙ КОНТАКТНОЙ СВАРКЕ

Известные системы автоматического регулирования глубины проплавления при роликовой контактной сварке, содержащие задающее, измерительное, программирующее, вычи тающее, отключающее устройства и регули. рующее устройство с блоком питания, при малых длительностях сварочных импульсов имеют низкое качество регулирования; при сварке на жестких режимах наблюдается большая величина статической ошибки.

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

Предлагаемая система снабжена 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 двухполупериодных 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 широтно-импульсного преобразователя с клю евой цепью обратной связи и запоминающим элементом и из накопительнозапоминающего элемента с зарядным и разрядным электронными ключами, для интегрирования напряжения ошибки с предварительным преобразованием ее в широтно-модулированные импульсы, разделенные на два капала в зависимости от полярности ошибки таким образом, что длительность широтно-модулированных импульсов. управляющих зарядным электронным ключом, начиная с нуля, при нулевом уровне ошибки растет пропорционально увеличению положптепьной ошибки, в то время как длительность импульсов, i правляющих разрядным элсктронным ключом, остается равной нулю, а при изменении полярности напряжения ошибки широтно-модулированные импульсы гоздействуют только на разрядный электронный ключ.

20 На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемой системы автоматического регулирования.

Вызываемое силами теплового расширения металла во время образования сварочной точки раздвигание роликов сварочной машины преобразуется измерительным устройством ИУ в пропорциональное ему напряжение.

Измерительное устройство ОУ состоит из стабилпзировàHíîãî по выходному напряжению генератора несущей частоты ГОЧ, рабо30 тающего на частоте 10 ктт, датчика измери192983 тельного устройства ДИУ и охваченного г..убокой отрицательной обратной связью по выходному напряжению усилителя с детектором на выходе УД.

Генератор несущей частоты ГНЧ питает датчик измерительного устройства ДИУ, выходное напряжение которого усиливается и 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 ДИУ подаются импульсы напряжения с тиратронного триггера ТРИГ задающего устройства ЗУ.

Напряжение 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 проплавления сварного шва. Для получения программирующих импульсов используются прямоугольные импульсы напряжения, поступающие с задающего устройства ЗУ.

Для совмещения начала нарастания программы теплового расширения 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 ФИУ.

Задающее устроиство ЗУ состоит из тиратронного триггера ТРИГ, синхронизированного одним из линейных напряжений сети, и синхронизирующего устройства СУ. Оно выраоатывает прямоугольные импульсы напряжения, длительности которых определяют длительности импульсов сварочного тока и пауз между ними.

Импульсы 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 накопительно-запоминающем элементе НЗЭ, а во втором — управляют работой коммутатора— электронного ключа КЭК

Возникающее на выходе вычитающего устройства ВУ напряжение ошибки подается на интегрирующее устройство ИНТУ, которое введено для ликвидации статической ошибки и состоит из широтно-импульсного преобразо10

15 го

60 вателя ШИП и накопительно-запоминающего элемента НЗЭ.

Для устранения зоны нечувствительности системы автоматического регулирования вблизи нулевого уровня ошибки последняя преобразуется широтно-импульсным преобразователем ШИП в широтно-модулированные импульсы, которые интегрируются накопительнозапоминающим элементом.

Выходное напряжение накопительно-запоминающего элемента, пропорциональное (/) Ж, где t ® — напряжение ошибки, а

Т вЂ” 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 формирователь импульсов управления вентильным контактором и коммутатор — электронный ключ КЭК.

Формирователь импульсов управления ФИУ синхронизирован трехфазным напряжением сети и вырабатывает импульсы, $ ïðàâëÿþùèå открыванием шести вентилей трехфазного двухполупериодного управляемого вентильного контактора 1 УВК).

Фазовое положение импульсов управления, 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 может изменяться в пределах 60 — 120 .

Эти импульсы поступают на коммутатор— электронный ключ КЭК, который с помощью импульсов, поступающих с задающего устройства ЗУ, пропускает их только в течение сварочного импульса и одновременно коммутирует прошедшие через него импульсы управления к соответствующим вентилям трехфазного двухполупериодного управляемого вентильного контактора УКВ, входящего в состав исполнительного регулирующего органа

PO.

1(роме того, на коммутатор — электронный ключ КЭК с отключающего устройства ОУ поступает напряжение, которое запирает его и мгновенно прекращает сварку, если произошел выплеск. Последнее необходимо, так как при выплеске резко увеличивается ошибка. что приводит к увеличению сварочного тока, в то время как его необходимо уменьшить.

Резкое увеличение ошибки на выходе вычитающего устройства ВУ прн выплеске и используется для запуска отключающего устройства ОУ.

Регулирующий исполнительный орган PO состоит из трехфазного двухполупериодного управляемого вентильного контактора УВК, трехфазного сварочного трансформатора CT u трехфазного двухполупериодного неуправляемого выпрямителя В.

192983

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

Таким образом, через регулирующий исполнительный орган PO замыкается главная цепь системы автоматического регулирования.

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

В этой схеме для устранения нежелательных переходных процессов, возникающих в трехстержневом трансформаторе при включении и выключении его вследствие магнитной

1i электрической связи обмоток, а также по ряду конструктивных соображений трехфаз»ый сварочный трансформатор заменен тремя о,.;нофазными сварочными трансформатора. .ш броневого типа С7,, СТ и СТ;,.

Трехфазный двухполупериодный выпрямитель заменен тремя однофазными двухполупериодными выпрямителями со средней точкой

В< и В,, В,. и В,, В;, и В((, работающими в параллель на общую нагрузку — сопротивление сварочного контакта. В случае необходимости первичные обмотки могут оыть I.I;;Ilo«el(I»I по схеме звезды с нулевым приводом.

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

Напряжение генератора несущей частоты

ГОЧ (см. фиг. 4, а), имеющее сииусоидальную форму и частоту порядка 10 к(1, подается на формирователь стандартных импульсов ФСИ.

Формирователь стандартных импульсов формирует из си((;соиды прямоугольные импульсы напряжения стандартной амплитуды и длительности.

Напряжение на выходе формирователя стандартных импульсов показано на фиг. 4, б.

Стандартные импульсы дифференцируются, как показано на фиг. 4, в, и своим передним фронтом запускают формирователь широтномодулированных импульсов ФШМИ.

Последний генерирует прямоугольные импульсы напряжения, длительность которых пропорциональна величине напряжения на его управляющем электроде.

Широтно-модулированные импульсы имеют постоянную амплитуду, равную амплитуде стандартных импульсов. На управляющий электрод формирователя широтно-модулированных импульсов подается напряжениеошибки 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 электроле выбраны таким образом, чтобы длительность вырабатываемых им импульсов была равна длитель5

60 ности стандартных импульсов при нулевом уровне ошибки.

Таким образом, формирователь широтномодулированных импульсов генерирует прямоугольные импульсы напряжения, передний фронт которых совпадает с передним фронтом стандартных импульсов и длительность которы;. оставаясь пропорциональной величине ошибки, становится больше длительности стандартных импульсов при положительной ошибке или меньше длительности стандартных импульсов при отрицательной ошибке. (Широтно-модулированные импульсы показаны Ila фиг. 4, е).

Импульсы стандартной длительности и равные им ITA амплитуде широтно-модулированные импульсы подаются на два раздельных входа дифференциального вычитающего устройства ЯВУ.

Г1ослел((ее производит вычитание подаваемых иа его входы импульсов по длительности и разделение полученных II результате вычитания p;(3((oc Till.lx широтно-модулированных импульсов ((2 два выхода в зависимости от полярности ошибки. .1ля пояснения его работы иа фиг. 5 и 6 приведены его амплитудная и широтно-импульсная хара(сгеристики в зависимости от величины ii полярности- ошибки.

На фиг. 5 и 6 приведены соответственно амплитудная и широтно-импульсная характеристики одного выхода; на фиг. 5, о и 6,0 — те же характеристики для другого выхода; на фиг. 5, в и 6, в - совмещенные . арактеристики обоих выходоь.

На фиг. 5, а и 6, а видно. что напряжение на первом выходе остается равным нулю, пока ошибка имеет отрицательную величию. При переходе ошибки через нуль иа первом выходе появляются прямоугольные импульсы l(a(Ip< ° жеиия постоянной амплитуды, длительиос которых растет от нуля пропорционально ув личению ошибки.

Противоположная картина, как это видно на фиг. 5, б и 6, б, наблюдается иа втором выходе дифференциального Iibl÷èòàþùåãо устройства.

11мпульсы иапряже(шя с выходов дифференциалыюго вычитающего устройства поступают на «развязывающие» каскады положительной и отрицательной частей широтномодулированиой ошибки (РКПО и PKOO соответственно) . Напряжения на выходах этих каскадов показаны на фиг. 4, ж и з).

При нулевом уровне ошибки напряжение отсутствует на обоих выходах дифференциального вычитающего устройства.

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

Накопительно-запоминающий элемент (см. фиг. 6) состоит из двух источников питания

192983

ИП вЂ”, ИП вЂ”, трех электронных ключей заряда

ЗКЗ, разряда ЗКР и сброса ЗКС, накопительной емкости HF и усилителя мощности УЬ1.

На управляющие электроды ключей заряда и разряда поступают импульсы напря>кения с

«развязывающих» каскадов. При поло>кительной ошиоке работает ключ заряда и напряжение на накопительной емкости растет (ключ разряда заперт). При отрицательной ошибке работает ключ разряда и напряжение на накопительной емкости падает (кл!Оч заряда заперт). При ну,(евом уровне ошибки оба ключа завеpThl If ияl.оп1!Тельная емкость <<запоминает» имеющееся на ней напря>кение.

Полярность выходного ияпряжени>1 накопи тельно-запом(и(яющего устройства легко может быть изменена на обратную. (,ля этого следует поменять местами источники питания

ИП+, ИП вЂ”, Зг!ектроин!>1!1 ключ сброса управляется дифференцированными импульсами 20 зада(ощего усгройства Зад. У системы автоматического регулирования II c;I> >I

С накопительной емкости иапря>кение, Ilpoпорциоиальпос интегралу ошибки, через усилитель мощности У(И подается иа регулирующий орган системы автомат(гческого регулирования. .>О

Ключевая цепь обратной связи широтно-импульсного преобразователя предназначена для автоматического уравнивания во время пауз в работе системы автоматического регулирования .(лителы!остей стандартных и широтномодулироваиных импульсов. Последнее необходимо для правильного функционирования широтно-импульсного преобразователя во время импульсов раооты системы автоматического регулирования.

P23HocTiIhIc IIIII P0TIIo-3I0 I>, iIfPof!dill(hie liмпульсы с выходов дифференциального вычитающе. О устройства ЯВУ через «развязываюllk1P>> каск;(дhi РКПО il РКОО l10CTX II BIOT !12 ах!пг!итудные преобразователи положительной 45 и отрицательной частей широтно-модулпроB2IIII0II ошибки;<1ППО и !ПОО с(1«г(101сTI1Pltно.

Лмплитуг((!ые иреооразователи преобразуют разиостные широтно-х!Одулировяииые импуль- 50 сы в непрерывное напряжение, амплитуда которого пропорциональна (лигельности разностных iilliðîòèî-модулированных импульсов.

Эти 0(1 пр(!>кения, возникающие (iieog(IOIIncмснпо) на одном или на другом преобразова- 55 теле, через электронный ключ ЗК, управляемый задающим устройством Зад. У системы автоматического регулироваппя, пода!отся иа запомииающсс устройство ЗУ испи ооратно;1 связи. 60

С выхода запоминающего устройства напряжение обратной связи через i cti;IIITcл ь (апряжеиия У по T2cTc>I на формирователь стандарт Ibix импульсов ФГИ. Полярность (!Яиря>кешки, подаваемого на формирователь стандартных импульсов, выбирается такой, чтобы напряжение обратной связи уравнивало длительности стандартных и широтно-модулированных импульсов.

Злектронный ключ ЗК служит для замыкания цепи обратной связи на время пауз в работе системы автоматического регулирования, то есть тогда, когда напряжение ошибки равно нулю, и размыкания ее 112 время импульсов.

Тот жс электронный ключ включает «запоминание» запоминающего элемента на время импульсов работы системы автоматического регу;шрования и отключает его на время пауз.

Таким образом, за время пауз в работе системы автоматического регул!ирования производится автоматическое уравнивание длительности стаидdp Tïûх и широтно-модулировани!.!х импульсов (за счет изменения длительности стандартных импульсов).

В принципе, обратная связь широтно-импульсно(оо преобразователя может замыкаться и через формирователь широтно-модулированHbIx импульсов, как показано пунктиром на фпг. 4.

Предмет изобретения

I. Система автоматического регулирования глубины ироплавления при роликовой контактной сварке, содержащая задающее, измерительное, программирующее, вычитающес, откл!Оча!Ощес устройства и регулирующее устройство с блоком питаш(я, отли<(а(ои(ался тем, что, с целью повышения качества сварных соединений, оиа снабжена интегрирующим устройством, а блок питания регулирующего устройства выполнен в и!де трехфазного сварочного трансформатора, первичные обмотки которого подключены к питающей сети чcðез Tри одиофа3иыx управляемых вентильных контактора, а вторичные обмотки соединены по схеме трех однофазных двухполуиериодиых Bhl(tpH3(IITcлей, раоотающих iiapaллсльио иа Оощую нагрузку — сопротивлеш!е

ch2ð0÷Ii0ão контакта.

2. Систез! 2 110 ll. 1, 0T.I L(ча!Ои1алсл Tc(, ITo, с целью ликвидации статической ошибки, в нее введеHo интегрирующее устройство, выполненное и виде блока, состоящего из широтно-имиульспог0 ирсобразова геля с Ic;IIo÷åвой цепью оорат!юй связи и запоминающим элементом, стао!(лизиру!Ощими нулевой уровень выхо <1(0(0 и апря>кения преобразователя перед каж;(ым импульсом сварочного тока, и и 3 и я ко и 1(т с, 1 ы 10 -:1 я и 0 м 1111 2 10 щ е го -э, 1 е м е I I T а с

;3 Я Р ЯД l (hi л I 11 P d 3 Р и, 1 и ы l! t э 1 P кT P О f11(bi 3111 ил 10 1 ами, для интегрирован!!я напряжения ошибки с иредварите.ihïhlм I(påîop23îâ2нием p в широтно-модулпрова;шыс импульсы, разделеииыс па два канала в зависимости от голяр(юсти ошибки(так!(м Образом, 170 длитель192983

A

В ность широтно-модулированных импул ьсов, управляющих зарядным электронным ключом, начиная с нуля, при нулевом уровне ошибки растет пропорционально 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 воздейст5 вуют только на разрядный электронный ключ, 192983 Рьг 3

<са

Йш

+Бгш

Фиг Б

Фсг4

Составитель Е. Ф. Белов

Редактор Б. С. Нанкина Тскред А. А. Камышникова Корректоры; A. М. Смак и Е. Ф. Пол ионова

Заказ 1067,7 Тпрагк 535 Подписное

ЦНИИПИ Комитета гс делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д, 4

Типография, пр. Сапунова, 2