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

(5 11 2 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ енсаИзобрете тактной сва но для упра вателем, чер ка конденсатние отн рки и м вления ез котор орной б осится к области коножет быть использовавентильным преобразоый производится зарядатареи. На фиг.ва управленияв конденсаторритм его рабоИзвестно,мально возмона начальномменьше С, нполнофазнымния вентилей- повышение качестваза счет повышения аряда батареИ конденЦель изобретени сварного соединени точности и скорости саторов. ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(56) Белов А. Б. Конденсаторные машины для контактной сварки. - Ленинград: Энергоатомиздат, 1984, с. 79 - 84, 95.Глебов Л. В., Иоффе Н. И Филиппов Ю. И. Расчет зарядной цепи конд торных машин. - Автоматическая сварка, 1979,7, с. 2.Авторское свидетельство СССР1092010, кл. В 23 К 11/26, 1982.(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЪНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ В КОНДЕНСАТОРНЫХ 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 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 8=(21 - п)Х )( (lь, - Ьь в ъl)/ЛО, на участке подзаряда где (/ь. и (/ь - номинальное и текущее напряжения на батарее, а ри Л(/ рассчитывают один раз за цикл зарядки по уравнениям (=- =К(0,83+9,61 10 "К-); ЛС=У бС/( - 1,0 К+0,21 К) :0,9и - Сl, - би/2);К=- =(/ь/Сгде И - номинальное напряжение питающей сети; б(/ - прирагцение напряжения на батарее за первый полупериод при включении зарядных вентилей в естественном угле; (/О - напряжение на батарее перед началом зарядки. Устройство управления вептильным 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 эксплу тации 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. показана блок-схема устройствентильным преобразователемных машинах; на фиг. 2 - алготы.что для обеспечения максижной скорости зарядки батареи участке, т. е. когда (4 намного еобходимо заряжать батарею током, для чего угол включедолжен быггь равен(8) савим выражения (применив представление тригонометрическихфункций в виде рядов. Опустив промежуточные преобразования, получим приближен ные выражения для определения искомыхпараметров МУ и р:ц ю и( - 1 и к+0 21 к )(6) При превышении текущим напряжением на батарее номинального значения, т. е. при Г( вентили не включаются.Анализируя (5), видим, что угол О 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 (4 в момент перехода сетевого напряжения через ноль и вычисления значения О по уравнению (5) либо сразу выдать управляющий сигнал на включение вентилей, если О(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.,)У 8. Для О . 0 последнее условие выполняется в момент выдачи управляющего сигнала, а для где и=агсяа (1)сгде У, - 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:Ч 2 У,Л У= -- -.-2 совзр, - (л - 2) яю, (2) 3:СнФ,=агсйл ( -- ,сГосле нарастания напряжения на батареедо значения, при котором выполняетсянеравенство необходимо обеспечить быструю дозарядкуее до номинального напряжения. Это можнообеспечить, включая вентили в угле, определяемом из уравнения 6(0 - в момент определяемый, уравнением(1), т, е. в естественном угле, что обеспечивает максимально возможную скоростьзарядки батареи на полнофазном токе неза 5висимо от колебаний напряжения питающейсети и текущего напряжения на батареена начальном участке. При этом вычисление угла по уравнению (1) не требуется.При превышении текущим напряжениемна батарее номинального значения, т. е.10 при Ц ф, угол 6 не вычисляют и зарядныевентили не включают.Значения М/ ив уравнениях (5) и (6),используемые для вычисления О, пересчитывают один раз за цикл зарядки после пер 15 вого включения зарядных вентилей. Очевидно, что при первом включении вентилейв очередном цикле зарядки батареи выполняется условие ЯФ., поэтому вентиливключаются в естественном угле на полнофазный ток. Если перед первым включе 20 нием вентилей измерить начальное напряжение на батарее Г/ю, а после первого полупериода зарядки - приращение напряжениябУ, то, используя уравнения (2) и (3), можнооценить параметр зарядной цепи ФЯС изуравнения25аЯС - 1, ./2 (/с 2 сояХ - (л - 2 Х)йп 1, 7)( сн45 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 вен тильным преобразователем позволяет осуществлять зарядку батареи с предельно возможной скоростью, производя автоматическую настройку устройства управления на параметры зарядной цепи Я и С, и при этом исключить перезаряд батарги даже при характерном для сварочных участков скачкообразном изменении сетевого напряжения вПоследовательность действий, которая обеспечивает быстрый заряд и стабилизацию напряжения на батарее конденсаторов, представлена на фиг. 2 в виде алгоритма работы устройства.Способ управления вентильным преобразователем осушествляется с помошью 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 сицхроимпульсов, 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 1 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 1 и 3, а также катод и анод тиристоров 2 и 4 соответственно соединены с первым и вторым вводами зарядной цепи, состоящей из последовательно содиненных балластного резистора 5 и батареи конденсаторов 6. Управляющие электроды тиристоров 1. - 4 подключены к четырем формирователям, выполнечным на базе оптронных тиристоров на элементах 7 в 14 и соединенным в две управляющие магистрали, которые подключены к первому и второму вы ходам блока 23 сопряжения. Третий выход последнего соединен с вторым ключом 20 с гальваническим, разделением, выход которого соединен е 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 следуюшим образом. Номинальное напряжение зарядки батареи устанавливают с помошью переключателей в блоке цифрового задатчика напряжения зарядки. МикроЭВМ 24 опрашивает цифровой задатчик 22 напряжения зарядки посредством блока 23 сопряжения и записывает значение Ьво внутреннем запоминающем устройстве. В момент перехода пи 5 ( 15 2 С 5 О з 5 40 4 ц 50 55 тающего напряжения через ноль формирователь 21 вырабатывает синхросигнал, который поступает на вход блока 23 сопряжения. Появление синхросигнала вызывает прерывание работы (состояния ожидания) микро- ЭВМ 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 ца батарее кондецсатсров 6, снимаемому с делителя напряжения, выполненного на резисторах 15 - 17, а затем микроЭВМ 24 принимает этот код посредством ключа 19 с гальваническим разделением и блока 23 сопряжения, записьвает ег" ва внутсцюю память и производит с.:.:зцецц.: цз, епеццого напряжения ца батар;е с цомццац 1 м. Если измеренное напряжение це превышает номинального и если предстоит первое включение вентилейтекушем пик 1: зарядки, микроЭВМ 24 посредством блока 23 сопряжения и первой пар формирователей (элементы 7, 8 и 13,4) либо второй пары формирователей (элементы 9, 10: 11, 12) в зависимости от полярности зарядки батареи выдает сигнал на включение соответствующей пары тиристоровц 3 либо 2 и 4 управляемого вентиля, пос.ц чего переходит в режим ожцд;.ция очередного синхросигнала. Зарядка батареи кондеса;оров 6 происходит птаюц;с, сети через соответствукпцую пару гцрцсторов управляемого вентиля и балластный резистор 5. При поступлении очередного синхросцгцала микроЭВМ 24 снимает уцравля зц.ий сигнал включения тцрцсторо управа,емого вентиля, измеряет напряжение ца ба арее в описаной последо-ц Гел ости. Вычцсляе Г приа ц 1 ецие цап ря. женин 5 и затем по уравнениям (9), (10) и ,11) вычисляет параметры ЛЬ и 1, которые записывает во внутреннее запоминающее устройство, после чего производит сравнение измеренного напряжения с номинальным. Если измеренное напряжение превышает номинальное, то микроЭВМ 24 це включает управляемых вентилей, а проверяет условие остацова, прц выполнении которого останавливается. 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 тцристоров управляемого вентиля, как описано. При 60 микроЭВМ 24 с помошью встооецного таймера выдерживает интервал времени, пропорциональный углу О, и затем посредством блока 23 сопряжения ц одной пары формироьателей, как описано, выдает сигнал на включение соответствующих тирцсторов управляемого вентиля. Затем мкроЭВМ 24 переходит к ожиданию синхро 1611643сигнала 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 внутреннем запоминающем устройстве микроЭВМ.Способ и устройство для его осущест 1( 0 вленця проверялись с конденсаторной сварочной машиной АССКпри двух значениях емкости батареи конденсаторов: минимальный 9800 мкФ и номинальной 19600 мкФ, и величине балластного сопротивления 38,5 Ом в диапазоне напряжений 1 с зарядки 250 - 950 В.Электрическая часть сварочной машины АССКаналогична машине МТК.Установлено, что с помощью предлагаемых способа и устройства по сравнению с прототипом при уменьшении объема аппаратуры управления примерно на 3000 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, ца емкость 9800 мкФ, Г 1 ри емкости батареи 9800 мкф оба устройства показали примерно одинаковые значения времени за 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 з;5 гЯ, т. е. при времен, зарядки 2 с можно экономить 0,1 с на каг той сварке. Так как период выпуска изделий линией составляет 1 мин, то производительность линии за счет уменьшения скорости зарядки батареи воз.растает примерно на 0,16700.Фор, ила изобретения1, Способ управления вентильным преобразователем в конденсаторных машинах,при котором измеряют текущее значениенапряжения на батарее конденсаторов 4,сравнивают с заданным значением Ь иопределяют по этой разности угол включения зарядных вентилей О, отличающийсятем, что, с целью повышения точности. и 50скорости заряда батареи конденсаторов, текущее значение напряжения на батарее конденсаторов измеряют в момент переходасетевого напряжения через ноль и, еслиизмеренное значение меньше заданного, уголвключения зарядных вентилей определяютпо формулеlЦ - номинальное напряжение питающейсети;о с/ - прира щенне напряжения на батарееконденсаторов за первый полупериод при включении зарядных вентилей при естественном угле их отпирания;У 0 - напряжение на батарее конденсаторов перед началом заряда, при этом параметры ч, и Л 1/ 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, два кл 1 оча с гальваническим разделением, формирователь синхроимпульсов, блок сопряжения, микроЭВМ, делитель напряжения и четыре формирователя, каждый из которых выполнен на оптроцном 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 соответствующих 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 тиристоров 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 пер 1611643 10вого 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.ль Г. Чайковский вчук Ко Редактор О. ЮрковецкаяЗаказ 3798ИПИ Государственного ко3035, Москоизводственно.издательски СоставитТехред А. КТираж 647тета по изоЖ - 35,комбинатра рректор Т. МалецПодлисноебретениям и открытиям нри ГКНТ СССРау шская на 6., д. 4/51 атент, г. Ужгород, ул. Гагарина, О