Система автоматического регулирования глубины проплавления при роликовой контактной сварке

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕ Н ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических РеспубликГ 1 рцоритет омитет по делам изобретении и открыти при Совете Мимистров СССРУД К 621.791,763.3.037- -503.51(088.8) Опубликовано 02.111.1967, БюллетеньДата опубликования описания 5 Х.1967 ИСТЕМА АВТОМАТИЧ ПРОПЛАВЛЕИИЯ ПРИ КОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ГЛУБИНЫЛИКОВОЙ КОНТАКТНОЙ СВАРКЕ Известные системы автоматического регулирования глубины проплавления прц роликовой контактной сварке, содержащие задающее, измерительное, программирующее, вычц 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 проилавления 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 ключевой цепью обратной связи ц запомцнаюгцим элементом и цз накопцтельнозапоминающего элемента с зарядным ц разрядным электронными ключамц, для интегрирования напряжения ошибки с предварительным преобразованием ее в шцротно-модулированные импульсы, разделенные на два капала в зависимости от полярности ошибки таким образом, что длительность широтно-моду- О лированных импульсов, управляющих зарядным электронным ключом, начиная с нуля, прц нулевом уровне ошибки растет пропорционально увеличению положительной ошибки, в то время как длительность импульсов, управляющих разрядным электронным ключом, остается равной нулю, а прц изменении полярности напряжения ошибки широтно-модулированные импульсы гоздействуют только на разрядный электронный ключ.О На фцг. 1 приведена блок-схема предлагае.мой системы автоматического регулирования.Вызываемое сцламц теплового расширенияметалла во время образования сварочной точки раздвигание роликов сварочной машины 25 преобразуется измерительным устройством ИУв пропорциональное ему напряжение.Измерительное устройство ИУ состоит изстабилизированного по выходному напряжению генератора несущей частоты ГНЧ, рабо- ЗО тающего на частоте 10 ктт, датчика цзмерц.тельного устройства ДИУ и охваченного глубокой отрицательной обратной связью по выходному напряжению усилителя с детекторомна выходе УД,Генератор несущей частоты ГНЧ питаетдатчик измерительного устройства ДИУ, выходное напряжение которого усиливается идетектируется усилителем с детекторным выходом УД.Для установки якоря индуктивного датчика(индуктивный датчик является частью датчика измерительного усгройства ДИУ) в нулевоеположение после каждого сварочного импульса на электромагнит датчика измерительногоустройства 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 напряженияпрограммирующего устройства ПУ.Программирующее устройство ПУ вырабатывает стандартные импульсы пилообразнойформы с почти линейно нарастающим в течение сварочного импульса передним фронтоми крутым спадом. Амплитуда этих импульсовпропорциональна средней температуре сварочного контакта и, начиная с некоторого значения, определяет глубину проплавления сварного шва. Для получения программирующихимпульсов используются прямоугольные импульсы напряжения, поступающие с задающего устройства ЗУ.Для совмещения начала нарастания программы теплового расширения и начала нарастания пропорционального ему напряженияпрограммирующее устройство ПУ запускаетсядифференцированными импульсами одновременно с началом протекания сварочного тока,поступающими с устройства фазового управления УФУ вентнльным контактором от формирователя импульсов управления ФИУ.Задающее устроиство ЗУ состоит из тиратронного триггера ТРИГ, синхронизированного одним из линейных напряжений сети, и синхронизнрующего устройства СУ. Оно выраоатывает прямоугольные импульсы напряжения,длительности которых определяют длительно.сти импульсов сварочного тока и пауз междуними,Импульсы задающего устройства ЗУ поступают также на интегрирующее устройствоИНТУ и устройство фазового управления вен.тильным контактором УФУ,В первом они используются в широтно-импульсном преобразователе ШИП и накопительно-запоминающем элементе НЗЭ, а вовтором - управляют работой коммутатора -электронного ключа КЭКВозникающее на выходе вычитающего устройства ВУ напряжение ошибки подается наинтегрирующее устройство ИНТУ, котороевведено для ликвидации статической ошибкии состоит из широтно-импульсного преобразо 10 15 го 25 30 35 40 45 50 55 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, пропорциональноеЖ, где- напряжение ошибки, а Т - длительность сварочного импульса, подается на регулирующее устройство РУ, состоящее из двух крупных узлов: устройства фазовогоправления 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, управляющие открыванием шести вентилей трехфазного двухполупериодного управляемого вентильного контактора (УВК).Фазовое положение импульсов управления, передаваемых по одному каналу и следующих с частотой 300 гц, относительно трех линей. ных 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 прошедщие через него импульсы управления к соответствующим вентилям трехфазного двухполупериодного управляемого вентильного контактора УКВ, входящего в состав исполнительного регулирующего органа РО.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 РО состоит из трехфазного двухполупериодного управляемого вентильного контактора УВК трехфазного сварочного трансформатора СТ и трехфазного двухполупериодного неуправляемого выпрямителя В.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 РО 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 и электрической связи обмоток, а также по ряду конструктивных соображений трехфазныйй сварочный трансформатор заменен тремя оцнофазными сварочными трансформаторахш броневого типа СТ 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 включены и 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 кц, подается на формирователь стандартных импульсов ФСИ. Формирователь стандартных импульсов формирует из синусоиды 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 широтно- модулированных 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.Г 1 араметры формирователя широтно-модулированных импульсов и напряжение смещения на его управляющем электроде выбраны таким образом, чтобы длительность вырабатываемых им импульсов была равна длитель 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ности стандартных импульсов при нулевом уровне ошибки.Таким образом, формирователь широтно- модулированных импульсов генерирует прямоугольные импульсы напряжения, передний фронт которых совпадает с передним фронтом стандартных импульсов и длительность которых, оставаясь пропорциональной величине ошибки, становится больше длительности стандартных импульсов при положительной ошибке или меньше длительности стандартш гх импульсов при отрицательной ошибке. (Широтно-модулированные импульсы показаны па фиг. 4, е).11 мпульсы стандартной длительности и равные им по амплитуде широтно-модулированные импульсы подаются на два раздельных входа дифференциального вычитающего устройства ЯВУ.Г 1 оследнее производит вычитание подаваемых иа его входы импульсов по длительности и разделение полученных в результате вычитания разиостных широтно-модулированных импульсов иа два выхода в зависимости от полярности ошибки.,.ля пояснения его работы иа фиг. 5 и 6 приведены его амплитудная и широтно-им. пульсиая характеристики в зависимости от вели ишы и полярность ошибки.На фиг. 5 и 6 приведены соответственно амплитудная и широтно-импульсная характеристики одного выхода; на фиг, 5, б и 6,б - те же характеристики для другого выхода; на фиг. 5,в и 6,в совмещенные характеристики обоих вь ходоь.На фиг. 5, а и 6, а видно, что напряжение на первом выходе остается равным нулю, пока ошибка имеет отрицательную величию, Г 1 ри переходе ошибки через нуль иа первом выходе появляются прямоугольные импульсы напри жеиия поп гоянной 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 вычитающего устройства.11 мпульсы напряжения с выходов дифференциалыюго вычитающего устройства поступают на развязывающие каскады положительной и отрицательной частей широтно- модулированной ошибки 1 РКПО и РКОО 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 накопитель- но-запоминающий элемент НЗЗ и в цепь обратной связи широтно-импульсного преобразователя.Накопительно-запоминающий элемент (см, фиг. 6) состоит из двух источников питанияИП - , ИП - , трех электронных ключей заряда ЗКЗ, разряда ЗКР и сброса ЗКС, накопительной емкости НЕ и усилителя мощности УЬ 1.На управляющие электроды ключей зарядаи разряда поступают импульсы напряжения с развязывающих каскадов. При полокительной ошиоке работает ключ заряда и напряжение на накопительной емкости растет (ключ разряда заперт). При отрицательной ошибке работает ключ разряда и напряжение на на копительиой емкости падает (клОч заряда заперт), При ну,Сном уровне ошиоки оба ключа заперты и накопительная емкость запоминает имеющееся на ней напря 5 кение.Поля)ность выходного ия 7 р 5 жени 51 иякои "1 тельно-заиомсяющего устройства легко может быть изменена на обратную. Для этого следует поменять местами источники питания ИП+, ИП - , Зсектроины ключ сброса управляется дифференцированными импульсами 20 задаощего усгройства Зад. У системы автоматического регулирования и служит для сброса накопленной ошибки во время пауз в работе системы автоматического регугНровяиия, 25С накопительной емкости напряжение, пропорциональное интегралу ошибки, через усилитель мощности УИ подается иа регулирующий орган системы автоматНческого регулирования. 30Ключевая цепь обратной связи широтно-импульсного преобразователя предназначена для автоматического уравнивания во время пауз в работе системы автоматического регулирования длителыостей стандартных и широтномодулироваиных импульсов. Последнее необходимо для правильного функционирования широтно-импульсного преобразователя во время импульсов раооты системы автоматического регулирования. 40Рязностиье иНротио-мо.улировяпиь 1 е импульсы с выходов дифференциального вычитающео устройства ЯВУ через развязывающие каск;ды РКПО и РКОО поступают иа ахпгитудные преосбразователи положительной 45 и отрицательной частей широтно-модулированной ошибки,-1 ППО и хПОО сюг 7 ствеино.ЛмилитугЫе иреооразователи преобразуют разиостные широтно-хОдулировяипые импуль сы в иеи 1 эе 17 ывиое напряжене, амплитуда 1 соторого пропорциональна лигельности разностиых широтно-модулированных импульсов.Эти иН 17 ысепия, возникающие (неоднсвременно) иа одном или на другом преобразова теле, через электронный ключ ЗК, управляемый задающим устройством Зад. У системы автоматического регулировапия, подаотся иа запоминающее уст 17 ойство ЗУ цепи ооратио; связи. 60С выхода запоминающего устройства напряжение обратной связи через усилитель иапря.жеиия У подастся на формирователь стандартных импульсов ФСИ. Полярность яирякеши, подаваемого иа 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 ра. боте системы автоматического регулирования, то есть тогда, когда напряжение ошибки равно нулю, и размыкания ее иа 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 регугирования производится автоматическое уравнивание длительности стандартных и широтно-модулированшях импульссв (за счет изменения длительности стандартных импульсов).В принципе, обратная связь широтно-импульсного преобразователя может замыкаться и через формироьатель широтно-модулированных импульсов, как показано пунктиром иа фиг. 4.Предмет изобретения1, Система автоматического регулирования глубины ироплавления при роликовой контактной сварке, содержащая задающее, измерительное, программирующее, вычитающес, откгпочающес устройства и регулирующее устройство с блоком питашя, отличаюи 1 ался тем, что, с целью повышения качества сварных соединений, оиа снабжена интегрирующим устройством, а блок питания регули 1 зующего устройства выполнен в иде трехфазного сварочного трансформатора, первичные обмотки которого подключены к питающей сети через три одиофазиых управляемых вентильных контактора, а вторичные обмотки соединены ио схеме трех одиофазиых двухполуиериодиых выир 57 мителей, раоотающих параллельно иа общую нагрузку - сопротивлеше сьарочшго контакта.2. Система ио и. 1, от.ичаОщаяся тем, что, с цесью ликвидации статической ошибки, в иее введено интегрирующее устройство, выполненное и виде блока, состоящего из широтно-импульсного ирсобразовагеля с ключевой цепью ооратюй связи и запоминающим элементом, с:таблизируощими нулевой уровень выходисио напряжения преобразователя исрс; каждым изпу,7 ьсоъ сварочного тока, и из иаксшитслшо-запоминающего элемега с ;Ярядиьл и разрядыъ эгестрсниэи клюя. ми, для итегрирс 1 ваш 51 напряжения Ошибки с иредварите,ьпым преобразованием се в широтно-модулирова;шыс импульсы, разделеииыс па два канала в зависвчости от голярюсти ошибки т 1 им осразЯ, что длительность 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 воздейст вуют только на разрядный электронный ключ,Тираж 535 гс делам изобретений и открытий при Сове Москва, Центр, пр. Серова, д, 4