Выпрямитель для дуговой сварки с комбинированными внешними характеристиками

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 637969 К 9/О КОМИТЕТИ ОТКРЫТ ГОСУДАРСТВЕННЬПО ИЗОБРЕТЕНИПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ строеуговой стояншение ки. ВыВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(46) 30.03.91, Бюл. М 1271) П роизводствен ное объединение "Ростсельмаш" им. Ю.В. Андропова(56) Выпрямитель сварочный типа ВДУ,УЗ, паспорт ИЕГВ 435,312.016 ПС, 1985.(54) ВЫПРРМИТЕЛЬ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ С КОМБИНИРОВАННЫМИ ВНЕШНИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ(57) Изобретение относится к машинонию и предназначено для электродсварки плавящимся электродом на поном токе. Цель изобретения - повыпроизводительности и качества свар Изобретение относится к машиностроению и предназначено для электродуговой сварки плавящимся электродом на постоянном токе.Цель изобретения - повышение производительности и качества сварки,На фиг.1 представлена функциональная схема сварочного выпрямителя; на фиг.2 - внешние вольтамперные характеристики сварочного выпрямителя; на фиг.3 - выходные характеристики датчиков напряжения и тока в процессе сварки.Сварочный выпрямитель для дуговой сварки с комбинированными внешними характеристиками содержит силовой трансформатор 1, подключенный к тиристорному блоку 2. Датчик 3 напряжения, подключенный к выходам тиристорного блока 2, дроссель 4, подключенный к одному выходу прямитель содержит силовой трансформатор, тиристорный выпрямитель, датчики тока и напряжения дуги, блок задания алгоритма управления, блок сравнения, компаратор, логический блок и блок формирования управления. Система управления формирует крутопадающий участок характеристики в диапазоне рабочих режимов сварки, При увеличении тока и снижении напряжения на дуге на 1520;ь ниже заданного рабочего значения осуществляется переход на пологопадающий, жесткий или возрастающий участок внешней характеристики. При этом уменьшается разбрызгивание и улучшается формирование шва путем питания дуги от сварочного выпрямителя с комбинированной внешней характеристикой, 3 ил. тиристорного блока 2, датчик 5 тока, подключенный к другому выходу тиристорного блока 2, выходы датчика 5 тока и датчика 3 напряжения подключены к инвертирующему входу блока б формирования напряжения управления, другой вход которого соединен с блоком 7 задания режима сварки, выход блока б формирования напряжения управления через блок 8 формирования импульсов управления соединен с входом тиристорного блока 2. Кроме того, сварочный выпрямитель содержит блок 9 формирования алгоритма управления, выполненный на операционном усилителе по схеме масштабного сумматора. компаратор 10, выполненный на операционном усилителе, собранном для повышения помехозащиты и устойчивого переключения по регенераторной схеме, первой 11 и вто 1637969рой 12 транзисторные ключи, собранные на полевых транзисторах, истоковый повторитель 13, резистор 14, запоминающий конденсатор 15, блок сравнения 16, выполненный на операционном усилителе, регулируемый резистор 17 и диод 18, делитель 19, переменный резистор 20 и корректор 21,При этом вход блока 9 формирования алгоритма управления соединен с выходом делителя 19 стабилизированного напряжения и через переменный резистор 20 с выходом датчикэ 5 тока, выход блока 9 формирования алгоритма управления соединен с неинвертирующим входом блока 16 сравнения и с инвертирующим входом компаратора 10, на неинвертирующий вход которого поступает отрицательный сигнал Чдн с выхода датчика 3 напряжения, Выход компаратора 10 соединен через параллельно соединенные диод и резистор с входами (затворами) первого 11 и второго 12 транзисторных ключей, сток первого транзисторного ключа 11 соединен с выходом блока 9 формирования алгоритма управления 9, а его исток - со входом истокового повторителя 13, сток транзисторного ключа 12 через резистор 14, а его исток - через запоминающий конденсатор 15 соединен с входом (затвором) истокового повторителя 13, выход которого соединен с инвертирующим входом блока 16 сравнения, выход блока 16 сравнения через регулируемый резистор 17 и диод 18 соединен с цепью задающего напряжения Чз режима сварки и неинвертирующим входом формирователя 6 напряжения управления,На фиг.2 изображено семейство комбинированных внешних характеристик сварочного выпрямителя с крутопадающими 22 и пологопадающими (жесткими) 23 участками и алгоритм режима сварки Чсв (1 св), рассчитанный по уравнениюЧсв = А+ Вв 1 св, (1) где Чсв - напряжение на дуге;1 св - сварочный ток;А - коэффициент, зависящий от диаметра электродной проволоки;Вв - эквивалентное сопротивление сварочной цепи,Точка пересечения зависимости Чсв (1 св) и одной из внешних характеристик выпрямителя на ее крутопадающем участке дает рабочую точку В, определяющую рабочие параметры процесса сварки (ток 1,в и напряжение Осв), Напряжение Опв точки перелома В с крутопадающего участка внешней характеристики на пологопадающий (напряжение жесткого участка берется на 15 - 20 меньше рабочего напряжения Оп (0,8 - 0,85) Чсв. Геометрическое место точек перелома содного участка внешних характеристик надругой лежит на линии перелома 25, описываемой уравнением5 Чп = Кп 1 св + Чпо, (2)где Чл - напряжение точки перелома внешней характеристики;Кп - угловой коэффициент;Чпо - постоянная составляющая напря 10 жения перелома;Уравнение (2) использовано в качествеалгоритма управления процессом сваркипри работе на комбинированной внешнейхарактеристике выпрямителя,15 На фиг.3 представлены характеристикивыходных сигналов датчиков тока 26 и напряжения 27 в процессе сварки и алгоритмыуправления процессом сварки 28, который сучетом коэффициента передачи датчиков то 20 ка К и напряжения Кдн имеет видЧо = Кп 1 св+ Чпо, (3)где Чо - напряжение точки перелома внешней характеристики, равное Чп = КдпЧо,1, - сварочныи ток, равныи 1 св = Кд 1,в;25 Кп - угловой коэффициент, равныйКп = Кп Кдн/Кдт;Чпо - постоянная составляющая напряжения перелома; равная Чпо = ЧоКдн,Зависимость (3) формируется в блоке 930 формирования алгоритма управления, выполненном на операционном усилителе,включенном по схеме масштабного. сумматора, С помощью делителя 19 стабилизированного напряжения устанавливается35 постоянная составляющая напряжения перелома Чно, переменного резистора 20 -значение углового коэффициента Ко,Предложенный сварочный выпрямитель позволяет проводить сварку плавя 40 щимся электродом в среде защитного газана комбинированной внешней характеристике, когда в диапазоне рабочих режимовсварка осуществляется на ее крутопадающем участке, а при увеличении тока и сни 45 жении напряжения на дуге на 15 - 20 нижезаданного рабочего значения осуществляется переход на пологопадающий (жесткий)участок внешней характеристики. Этот переход приводит к резкому повышению сва 50 рочного тока, что предупреждаетнарушение процесса, уменьшается разбрызгивание и улучшается качество шва,Формирование вида внешней характе ристики выпрямителя осуществляется действием обратных связей по току инапряжению.При формировании крутопадающихвнешних характеристик действие обратнойсвязи по току, снимаемой с датчика 5 тока, преобладает над действием обратной связи по напряжению. Увеличение тока сварки 1 св увеличивает отрицательный сигнал датчика 6 тока. Этот сигнал поступает на инвертирующий вход блока формирования напряжения управления 6, увеличивая напряжение управления Чу на его выходе. Угол включения тиристоров а увеличивается и напряжение на выходе выпрямителя уменьшается, Для формирования жесткого участка внешних характеристик действие обратной связи по напряжению должно преобладать над действием обратной связи по току. Для этого компенсируется действие обратной связи по току подачей дополнительного компенсирующего отрицательного сигнала с выхода блока сравнения 16 нэ неинвертирующий вход блока 6 формирования напряжения управления, В этом случае при снижении напряжения на выходе выпрямителя под действием нагрузки уменьшается орица 1 ельныи сигнал обратнои связи по напряжению Чдн, действующий на инвертирующий вход блока 6 формирования напряжения управления. Напряжение Чу на его выходе уменьшается. Уменьшается также угол включения тиристоров а и увеличивается (поддерживается на заданном уровне) напряжение на выходе выпрямителя,Переход с крутопадающего участка внешней характеристики на пологопадающий (жесткий) участок и наоборот производится в процессе сварки автоматически согласно алгоритму управления (3) путем компенсации действия обратной связи по току,При нулевом управляющем напряжении на входах (затворах) транзисторных ключей 11 - 12, последние открываются и сигнал Чп с выхода блока 9 формирования алгоритма управления 4 будет поступать как на неинвертирующий вход блока 16 сравнения, так и через открытый транзисторный ключ 11 и истоковый повторитель 13 на инвертирующии вход блока 16 сравнения. При этом на выходе блока 16 сравнения получается нулевой сигнал (Ч = О), который не оказывает влияния на блок 6 формирования управления.Положительный потенциал на входах (затворах) транзисторных ключей 11 - 12 закрывают последние, в результате этого истоковый повторитель 13 будет работать в режиме запоминания сигнала Чпв на конденсаторе 15 (точка перелома В на фиг.3),Ипоступающего на инвертирующий вход блока 16 сравнения, При увеличении тока сварки, а следовательно, и сигнал Ч, 55 ду сварочного выпрямителя) отрицательный потенциал Чдн с выхода датчика 3 напряжения, поступающий на неинвертирующий вход компаратора 1 О, больше отрицательного напряжения перелома Чп, поступающегос выхода блока,9 формирования алгоритма управления на инвертирующий вход компапоступающего на неинвертирующий входблоэ 16 сравнения, на его выходе появитсясигнал Ч- Чп - Чпв, поступающий черезпеременный резистор 17 и диод 18 на неин 5 вертирующий вход блока 6 формированияобратной связи по току сварки Чдт. В результате этого будет уменьшаться сигнал Чу навыходе блока формирования напряженияуправления 6, уменьшается также угол10 включения тиристора а и увеличивается(поддерживается на заданном уровне) напряжение нэ выходе выпрямителя. т,е.уменьшается наклон его внешней характеристики.15 Быстродействие транзисторных ключейна порядок выше быстродействия системыуправления открытием тиристоров, поэтомукомпенсирующий сигнал Ч с момента переключения будет возрастать с нуля, и пере 20 ключение питания дуги с крутопадающегоучастка внешней характеристики на пологопадающий (жесткий) участок не приводит кскачкообразному изменению напряжениявыпрямителя, а следовательно, к разрыву25 внешней характеристики,Устройство работает следующим образом.Перед началом работы сварочного выпрямителя определяются оптимальный эл 30 горитм сварки (1). алгоритм управления (2) иего оптимальные параметры, необходимыеуглы наклона крутопадающего участкаа, пологопадающего (жесткого) участка а,внешней характеристики,35 Переменными резисторами устанавливаются необходимые параметры схемы: ре.зистором 19 - величину постояннойсоставляющей напряжения перелома. равную Чпо = Чо Кдн, резистором 20 - угловой40 коэффициенталгоритмауправления(3), равный Кл = Кп Кд/Кд, корректором 21 приоткрытых транзисторных ключах 11-12 -угол наклона крутопадающего участка авнешней характеристики; резисторы 1745 при закрытых транзисторных ключах 11-12угол наклона пологопэдающего (жесткого)участка авнешней характеристики.Перед началом сварки потенциометром7 блока задания режима устанавливаетсязадающее напряжение Чз. обеспечиавющеенеобходимый режим сварки,В исходном состоянии (на холостом хо 16379695 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ратора 10 (фиг.3), При этом на выходе компаратора 10 (фиг.1) - отрицательное напряжение, В результате этого транзисторные ключи 11-12 открыты, а сигнал Чп с выхода блока 9 формирования алгоритма управления поступит как на неинвертирующий вход блока 16 сравнения, так и через открытый первый транзисторный ключ 11 и истоковый повторитель 13 на инвертирующий вход блока 16 сравнения. При этом на его выходе получается нулевой сигнал Чк = О, не оказывающий влияния на работу блока 6 формирования напряжения управления, на выходе которого появится напряжение управления Чу, которому будет соответствовать напряжения холостого хода сварочного выпрямителя.Таким образом, в исходном состоянии на выходе выпрямителя устанавливается напряжение холостого хода Чхх, соответствующее крутопадающему участку внешней характеристики,Процесс возбуждения дуги начинается с короткого замыкания электродной проволоки на изделие. После возбуждения дуги и достижения заданных рабочих значений напряжения Чсв и токасв начинается стабильное горение дуги, Поскольку питание дуги производится на крутопадающем,участке внешней характеристики, то колебания тока не велики, что существенно уменьшает разбрызгивание и улучшает формирование шва. При снижении напряжения на дуге до величины напряжения точки перелома, когда Чп Чдн, на выходе компаратора появляется положительное напряжение, которое закрывает транзисторные ключи 11 - 12, В результате этого истоковый повторитель 13 переходит в режим запоминания сигнала Чпв на конденсаторе 15(точка перелома В ), поступающего на инвертирующий11вход блока 16 сравнения,При дальнейшем увеличении тока сварки, а следовательно, и сигнала Чл, поступающего на неинвертирующий вход блока 16 сравнения, на его выходе появляется сигнал Чк = Чп - Чпв, поступающий через переменный резистор 17 и диод 18. на неинвертирующий вход блока 6 формирования напряжения управления 6, компенсируя действия отрицательной обратной связи по току сварки Чд, Напряжение на выходе выпрямителя поддерживается на заданном уровне (жесткий участок внешней характеристики), Переключение питания дуги с крутопадающего участка внешней характеристики на пологопадающий участок приводит к ускорению плавления электродной проволоки, увеличению длины дуги и величины напряжения сварки, при достижении значения Чдн Чп на выходе компаратора 10 появится отрицательное напряжение, и сварочный выпрямитель переключится на работу с крутопадающим участком внешней характеристики.Переход с крутопадающего участка внешней характеристики на возрастающий участок еще больше увеличивает скорость повышения сварочного тока и расширяет зону устойчивого процесса горения дуги, Для получения возрастающего участка внешней характеристики выпрямителя при переходе с крутопадающего участка необходимо резистором 17 увеличить компенсирующее действие дополнительного сигнала Ч, вплоть до получения положительной обратной связи по току,Предлагаемое устройство имеет воэможность изменять крутизну внешней характеристики сварочного выпрямителя без ее разрыва, вести процесс сварки на оптимальных режимах при повышенной уСтойчивости процесса и расширяет технологические свойства тиристорных сварочных выпрямителей. Формула изобретения Выпрямитель для дуговой сварки с комбинированными внешними характеристиками, содержащий силовой трансформатор, подключенный к тиристорному блоку, к одному выходу которого подключен дроссель, а к другому - датчик тока, датчик напряжения, подключенный своими входами к выходам тиристорного блока, выходы датчиков тока и напряжения подключены к инвертирующему входу блока формирования напряжения управления, неинвертирующий вход которого соединен с блоком задания режима сварки, а выход через блок формирования импульсов управления соединен с входом тиристорного блока, и источник стабилизированного напряжения, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения производительности и качества сварки, он снабжен блоком формирования алгоритма управления, делителем стабилизированного напряжения, переменным резистором, компаратором, первым и вторым полевыми транзисторами, истоковым повторителем, запоминающим конденсатором, блоком сравнения, регулирующим резистором и диодом, при этом вход блока формирования алгоритма управления соединен с выходом делителя стабилизированного напряжения и через переменный резистор - с выходом датчика тока, выход блока формирования алгоритма управления соединен с неинвертирующим входом блока сравнения и с инвертирующим входом компаратора,10 1637969 10 неинвертирующий вход которого соединен с выходом датчика напряжения, выход компаратора соединен с затворами первого и второго полевых транзисторов, сток первого полевого транзистора соединен с выходом блока формирования алгоритма управления, а исток - с входом истокового повторителя, сток второго полевого трэнзистора через резистор, а его исток через запоминающий конденсатор соединены с входом истокового повторителя, выход которого соединены с инвертирующим вхо дом блока сравнения, выход которого черезрегулируемый резистор и диод соединен с входом блока формирования задающего напряжения,1637969Составитель В.Грибова едактор И,Сегляник Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревска аказ 892 Тираж 526 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5изводственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул,Гагарина. 101