Способ широтно-импульсного управления источником питания с тиристорным преобразователем и устройство для его осуществления

(50 4 В 23 К 9/10 АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ СНИДЕТЕЛЬСТ А 8 ТОРСНО ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Всесоюзный научно-исследователь ский институт по монтажным и специальным строительным работам (72) В.Ю. Логинов, А.А. Текутьев, А.Э. Пищагин, Н.А. Юхин и А.М. Юркевич(56) Авторское свидетельство СССР Ф 747646, кл. В 23 К 9/10, 1978.Авторское свидетельство СССР У 1119799, кл. В 23 К 9/10, 1983,Авторское свидетельство СССР 9 190508, кл. В 23 К 9/00, 1965. (54) СПОСОБ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОГО УПРАВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКОМ ПИТАНИЯ С ТИРИСТОРНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к области сварочной техники, конкретнее к устройствам управления для электродуговой сварки, может быть использованов области электротехники, в частности в электроприводе. Изобретение позволяет улучшить качество сварногосоединения путем повышения быстродействия и точности управления выходными параметрами сварочного источника. Сущность изобретения заключаетсяв том, что в течение одного периодапульсаций сварочноГо тока и напряжения измеряются эти параметры сварочного процесса. За это же время вычисляется сопротивление дугового промежутка и определяется угол управлениятиристорами по заранее заданной функциональной зависимости. Реализацияугла управления тиристорами в силовом преобразователе позволяет формировать необходимую вольт-ампернуюхарактеристику источника питания дляразличных видов сварки. 3 ил.Изобретение относится к сварочной технике, а именно к устройствам управления для электродуговой сварки, и может быть использовано в области электротехники, в частности в электроприводе.Цель изобретения - улучшение качества сварного соединения путем повышения быстродействия и точности управления выходными параметрами устройства.На фиг. 1 представлены собственные внешние вольт-амперные характеристики (ВАХ) тиристорного преобразователя Т (п), ВАП изменяющегося5прсопротивления нагрузки Нк(1) и универсальная ВАХ источника питания (ИП) - ломаная линия; на фиг, 2 пример функциональной зависимости20 ья =Г(В), соответствующей характеристикам на фиг. 1 ; на фиг, 3 функциональная блок-схема сварочного ИП для реализации предлагаемого способа.25Повышение быстродействия и точности управления выходными параметрами при условии высокой динамической устойчивости дискретной системы автоматического регулирования ИП обеспечивается при уменьшении периода дискретизации. Это объясняется тем, что за меньший промежуток времени выходной параметр отклоняется от заданного значения на меньшую величину. Предельное быстродействие достигается тогда, когода общее время измерения выходных параметров и преобразования измеренной информации до получения управляющего сигнала не превьппает величины времени дискретизации работы силового преобразователя, т.е. величины периода пульсаций выходного тока и напряжения в данном случае. Промежуток времени, в течение которого производятся измерения, выбирается исходя из условия получения достоверной информации при конкретной форме выходного тока и напряжения.Период пульсаций тока и напряже 50 ния в нагрузке зависит от количества фаз питающего напряжения и от схемы преобразователя. Например, при питании преобразователя на основе управляемого трехфазного мостового выпря 55 мителя от трехфазного напряжения время измерения и обработки информации до получения управляющего сигнала в виде угла управления тиристорами составляет 1/3 полупериода напряжения питания. Обработка заканчивается к началу зоны, пригодной для управления вступающим в работу тиристором, что соответствует углу ц/б, Внутри зоны, пригодной для отработки - угол 5 )7/6 процесс измерения и обработки повторяется еще дважды, т,е. осуществляется корректировка управляющего сигнала, причем каждый результат является исходным для соответствующей зоны соответствующего полупериода. Достоверность информации обеспечивается тем, что время, равное 1/3 полупериода питающего напряжения, соответствует периоду пульсаций тока и напряжения в нагрузке.Необходимость перехода к информации о сопротивлении нагрузки Н вызвана тем, что при управлении тиристорным преобразователем имеет место случай широтно-импульсного управления, ток 1 и напряжение Ц оказываются зависимыми величинами от величины временного интервала проводимости тиристоров, который в свою очередь зависит от условий коммутации и управляющего воздействия. Величина3 иВ:= - не зависит от этих параметТнров, Однако одному и тому же значению сопротивления: нагрузки могут соответствовать различные значения напряжения и тока - закон Ома. Необходимоисключить такую неопределенность.На фиг, 1 ломаной линией представлена универсальная внешняя ВАХ ИП, пригодная для различных видов сварки. Положение отдельных участков характеристики, их количество и углы их наклона определяются требованиями конкретного технологического процесса сварки. В общем случае характеристика может быть представлена в виде непрерывной или прерывистой кривой линии, точки которой с определенной вероятностью соответствуют в динамике точкам на ВАХ дуги. Прямые Б(1) иллюстрируют ВАХ изменяющегося сопротивления нагрузки, которая для простоты здесь принята активной и линейной. Прямые(и) иллюстрируют собпрственные внешние ВАХ тиристорного преобразователя (ТП) для различных временных интервалов проВодимости тиристоров ,. Из фиг. 1 видно, что каждому конкретному значению сопротивления нагрузки Бн соответствуетопределенная точка на внешней ВАХ ИП, имеющая координаты Пн и , измеряя которые можно получить информацию об В . С другой стороны эта же точка нанходится на определенной собственной ВАХ ТП с конкретным значением временного интервала проводимости тиристоров, Если, исходя из этого, построить функциональную зависимость временного интервала проводмости от ОПн сопротивления нагрузки 7 =( в )=нР н =Г(В), по которой, преобразуя информацию о сопротивлении нагрузки, можно таким образом изменять величину 5 временного интервала проводимости, чтобы выходные параметры ИП в процессе работы соответствовали точкам на его требуемой внешней характеристике. Однако в процессе работы возможны изменения сопротивления нагрузки за время, в течение которого производится измерение выходных параметров (рост капли расплавленного металла на конце электрода), В этом случае выходные параметры ИП будут изменяться в соответствии с собственной внешней ВАХ ТП, На фиг. 1 точки 8 и 8 для интервала проводимости д (и+1) при изменении сопротивления нагрузки 30 от Вн(+1) до Вн(1), При этом результаты измерения будут соответствовать точке 8 или Вн. В следующий такт работы по функциональной зависимости 7 =Г(В ) величина временного интер пРвала проводимости будет(и) и ИП выдаст выходные параметры, соответствующие точке 9. Таким образом, при монотонном изменении сопротивления нагрузки выходные параметры ИП будут ф изменяться по зигзагообразной ломаной линии, апроксимирующей требуемую внешнюю ВАХ ИП (точки 8, 8, 9, 9 , 10 и т,д.). Точность совпадения выходных параметров с заданными зависит ф 5 от быстродействия ИП, которое по данному способу управления ограничено периодом дискретизации работы ТП. Имеющаяся здесь в виду точность - это величина ухода рабочей точки по собственной характеристике ТП в пределах периода дискретизации.Пример функциональной зависимостиР=Г(В н), соответствующей характеристики на фиг. 1, представлен на фиг. 2.Устройство для реализации способа широтно-импульсного управления источником питания с тиристорным преобразователем состоит из тиристорногопреобразователя (ТП) 1, блока 2 измерения сварочного тока и блока 3 напряжения сварки за часть периода ихпульсаций, блока 4 преобразования информации о токе и напряжении сварки в информацию о сопротивлении нагрузки, блока 5 функционального преобразования информации о сопротивлениинагрузки в информацию о величине временного интервала проводимости тиристоров, исполнительного блока 6, блока7 синхронизации, датчиков 8 и 9 сварочного тока и напряжения сварки соответственно,Вход ТП 1 подключен к источнику энергии, а выход - к межэлектродному промежутку, Устройства измерения тока 2 и напряжения 3 информационными входами подключены к выходам датчиков 8 и 9 тока и напряжения соответственно, а выходами - к входам блока 4 преобразования информации о токе и напряжении сварки в информацию о сопротивлении нагрузки, выход которого соединен с входом блока 5 функционального преобразования. Выход последнего соединен с входом исполнительного блока .6, соединенного своими выходами с управляющими входами ТП 1, Блок 7 синхронизации вхо. - дом подключен к входу ТП 1, а выходами - к синхронизирующим входам блоков 2 и 3 измерения тока и напряжения соответственно и блока 4 преобразования. Датчик 8 включен последовательно в сварочную цепь, а датчик9 напряжения подключен к межэлектродному промежутку.Устройство работает следующим образом.Начало очередного такта работы ИП и конец предыдущего такта определяется приходом импульса "Сброс" на блок2 имерения тока, блок 3 напряженияи блок 4 преобразования. Импульссброса приходит с блока 7 синхронизации. С началом очередного такта начинается измерение сварочного тока и напряжения блоками 2 и 3 измерения тока и напряжения соответственно, продолжающееся до прихода с блока 7 синхронизации импульсного сигналаПередача информации". По этому сигналу информация из блоков 2 и 3 измерения тока и напряжения передается в блок 4 преобразования, где одновре 1306665менно начинается ее преобразование в информацию о сопротивлении нагрузки. Преобразование заканчивается к концу текущего такта работы ИП, т,е. с приходом импульса Сброс . Информация о 5 сопротивлении нагрузки с выхода устройства 4 преобразования непрерывно поступает на вход блока 5 функционального преобразования. За счет этого на его выходе и на входе испол нительного блока б к концу текущего такта работы появляется информация о величине очередного временного интервала проводимости тиристоров в соответствии с функциональной зависимостью 7 =Г(В ). В соответствии с этойпр нинформацией исполнительным блоком 6 определяется момент подачи управляющего сигнала на ТП 1. В следующем такте работы процесс повторяется, ОПрименение предлагаемого способа и устройства позволяет добиться улучшения качества сварного соединения по сравнению с известными, так как, повышая быстродействие и точность процесса управления тиристорным регулятором, можно отрабатывать скоротечные изменения, происходящие в цепи нагрузка - дуга, т.е. уменьшить количество прожогов, непроваров и других дефектов, уменьшить разбрызгивание металла. формула изобретения351. Способ широтно-импульсного управления источником питания с тиристорным преобразователем, заключающийся в том, что величину временного интервала проводимости определяют, пре- ф образуя информацию о сварочном токе и напряжении, измеряемые в процессе сварки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества сварного соединения за счет повышения ф 5 быстродействия и точности управления . выходными параметрами устройства, сварочный ток и напряжение измеряют Одновременно эа часть периода их пульсаций, а за оставшуюся часть периода пульсаций производят преобразование информации о сварочном токе и напряжении сначала в информацию о сопротивлении нагрузки, затем в информацию О величине временного интервала проводимости тиристоров преобразователя по функциональной зависимости, вид которой определяют заранее по совокупности точек пересечения требуемой внешней характеристикисварочного источника питания с собственными внешними характеристиками тиристорного преобразователя.2, Устройство для реализации способа широтно-импульсного управления источника питания с тиристорным преобразователем, включающее в себя тиристорный преобразователь, входом подключенный к источнику энергии, а выходом - к сварочной цепи, датчик сварочного тока, включенный последо. -вательно в сварочную цепь, датчик напряжения сварки, включенный в сварочную цепь параллельно межэлектродному промежутку, блок измерения сварочного тока, входом подключенный к выходу датчика сварочного тока, блок измерения.напряжения сварки, входом подключенный к выходу датчика напряжения сварки, исполнительный блок, выходом подключенный к управляющим входам тиристорного преобразователя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что вустройство дополнительно введены блокпреобразования информации о токе и напряжении сварки в информацию о сопротивлении нагрузки, блок функционального преобразования информации о сопротивлении нагрузки в информацию о величине временного интервала проводимости тиристоров и блок синхронизации, причем информационные входы блока преобразования соединены свыходами блоков измерения сварочноготока и напряжения, а выход его соединен с входом блока функционального преобразования, выход которого подключен к входу исполнительного блока, вход блока синхронизации подключен к входу тиристорного преобразователя, а его выходы соединены с синхронизирующими входами блоков измерения сварочного тока и напряжения и блока преобразования, причем блоки измерения тока и напряжения выполнены в виде тактируемых устройств измерениясреднего значения тока и напряжениясварки за часть периода их пульсаций.1306665 Составитель В. ПучинскийЭ. Слиган Техред Н,Глущенко Корректор Т. Колб Ред роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Уж ул. Проектная,1483/9 Тираж 97 ВНИИПИ Государстве по делам изобре 113035, Москва, Ж Подписноеного комитета СССРений и открытий5, Раушская наб., д. 45