способ управления сварочным током при контактной точечной сварке

Формула изобретения

Способ управления сварочным током при контактной точечной сварке, включающий определение параметров сварочного контура и управление сварочным током за счет изменения угла включения тиристоров в зависимости от значений определенных параметров, отличающийся тем, что в качестве определяемых параметров используют активное R_к и индуктивное Х _к сопротивления сварочного контура, при этом перед началом сварки при короткозамкнутых электродах включают сварочный трансформатор с заданными значениями углов включения тиристоров для которых измеряют действующее значение вторичного тока в сварочном контуре I_2изм, в зависимости от которого строят графики функций X_к=f(R_к ), находят координаты точки пересечения графиков, соответствующие упомянутым значениям R_к и Х _к, а при сварке угол включения тиристоров изменяют таким образом, чтобы рассчитанное с учетом R_к и Х_к среднее за сварочный цикл действующее значение сварочного тока I₂ соответствовало заданному, причем при построении графиков функций X _к=f(R_к) соблюдают условие:

где I_п - максимальное значение установившегося полнофазного тока;

- угловая частота напряжения сети;

- угол запаздывания полнофазного тока от напряжения сети;

- угол проводимости силовых тиристоров;

- угол включения силовых тиристоров;

i ₂(t) - значение сварочного тока в зависимости от времени;

U₂₀ - вторичное напряжение холостого хода сварочного трансформатора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области сварки и может быть применено для управления сварочным током на контактных машинах переменного тока путем начальной установки на аппаратуре управления рассчитанного угла включения тиристоров .

Фазная регулировка сварочного тока может осуществляться в двух режимах - программном и автоматическом. При этом программное задание величины позволяет в ряде случаев упростить аппаратуру управления без ухудшения качества сварки по сравнению с использованием более сложной и дорогой автоматической фазной регулировки. Однако в этом случае для правильного задания необходимо произвести комплекс замеров и вычислений.

Известен способ управлением сварочным током при контактной точечной сварке на однофазных машинах, заключающийся в определении угла включения тиристоров сварочной машины в зависимости от полученного значения величины нагрева N, учитывающей эффективное значение тока сварки, комплексное сопротивление сварочного тока и напряжение сети, при этом в каждый момент времени определяют коэффициент мощности cos , а значение величины нагрева рассчитывают по формуле N=N _э·cos _э/cos , где N_э - заданная величина нагрева для эталонной детали, определяемая заранее при сварке в условиях отсутствия возмущающих факторов; cos _э, cos - коэффициенты мощности для эталонной детали и реального процесса соответственно [Авторское свидетельство СССР №1611642, кл. В23К 11/24, 1990].

Использование данного способа позволяет повысить качество сварки за счет расчета параметров фазной регулировки в зависимости от возмущающих факторов. Однако данный способ требует постоянного измерения коэффициента мощности cos процесса сварки, что требует усложнения технологического процесса, особенно необоснованного в условиях массового производства, когда индуктивное сопротивление контура и среднее значение коэффициента мощности процесса от детали к детали изменяются незначительно.

Известен способ стабилизации сварочного тока при контактной сварке с тиристорным управлением, заключающийся в изменении угла включения тиристоров в каждом полупериоде переменного тока в соответствии с регулировочной характеристикой в зависимости от угла включения и проводимости тиристоров в предыдущем полупериоде сетевого напряжения, при этом угол включения тиристоров задают в соответствии с выражением , где ; U_оп - опорное напряжение сети, выбранное из разрешенного диапазона сетевых напряжений; I _д - действующее значение сварочного тока при напряжении сети, равном U_оп; U_c - напряжение сети; К - коэффициент трансформации; Z - полное сопротивление сварочной цепи; b₀ и b ₁ - коэффициенты регулировочной характеристики, зависящей от коэффициента мощности полнофазного включения сварочной цепи, определяемой по величинам углов включения и проводимости, вычисленным в предыдущем полупериоде, при этом в первом полупериоде задают фиксированным [Авторское свидетельство СССР №1355409, кл. В23К 11/24, 1987].

Этот способ, взятый за прототип, позволяет с достаточной (до 1%) точностью рассчитать угол включения тиристоров . При этом, если принять U_оп=U _c=380 В, то становится возможным для заданных значений I_д, Z, b₀ и b ₁ рассчитать необходимое значение для систем управления с программным регулированием угла включения тиристоров. Однако для вычислений значений b ₀ и b₁, требуется определить значение cos . Определение же cos предлагается производить в зависимости от величин углов включения и проводимости тиристоров в предыдущем периоде, что требует использования микропроцессорного устройства. Кроме того, остается неизвестным значение величины Z, расчетное определение которого производится с замером активного сопротивления сварочного контура, что тоже требует использования дополнительного оборудования и усложняет осуществление способа.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение, заключается в упрощении определения параметров фазной регулировки при программном управлении углом включения тиристоров за счет использования типовых средств управления и контроля параметров сварки.

Эта задача решается тем, что в способе управления сварочным током при контактной точечной сварке, включающем в себя определение параметров сварочного контура и управление сварочным током за счет изменения угла включения тиристоров в зависимости от значений определенных параметров, в качестве определяемых параметров используют активное R_к и индуктивное Х_к сопротивления сварочного контура, при этом перед началом сварки при короткозамкнутых электродах включают сварочный трансформатор с заданными значениями углов включения тиристоров, для которых измеряют действующее значение вторичного тока в сварочном контуре I_2изм, в зависимости от которого строят графики функций R_к=f(R _к), находят координаты точки пересечения графиков, соответствующие искомым значениям R_к и Х _к, а при сварке угол включения тиристоров изменяют таким образом, чтобы рассчитанное с учетом R_к и Х_к среднее за сварочный цикл действующее значение сварочного тока I₂ соответствовало заданному.

Использование в качестве параметров управления активного R_к и индуктивного Х _к сопротивлений сварочного контура позволяет упростить расчеты угла включения тиристоров и повысить их точность, так как значения величин R _к и Х_к практически не изменяются в процессе сварки одной точки и могут быть приняты постоянными.

Задание составляющих комплексного сопротивления - активного R_к и индуктивного Х_к сопротивлений сварочного контура в виде функций Х _к=f(R_к) для различных углов включения тиристоров из разрешенного диапазона позволяет каждому значению активного сопротивления R_к поставить значение индуктивного сопротивления Х_к в соответствии с заданной математической зависимостью.

Нахождение активного R _к и индуктивного Х_к сопротивлений контура как пересечение графиков этих функций для различных значений угла позволяет определить такие значения R_к и Х_к, которые удовлетворяли бы данной математической зависимости при всех значениях угла из разрешенного диапазона. При этом достаточно построить два графика функций Х_к=f(R _к) соответственно для двух различных значений угла , так как в точке пересечения этих графиков будут пересекаться все графики функций Х_к=f(R _к) для значений из разрешенного диапазона.

Измерение действующего значения тока во вторичном контуре при короткозамкнутых электродах позволяет исключить из расчетов значение сопротивления электрод-электрод, которое в противном случае должно быть точно измерено, что затруднит осуществление способа.

Расчет значения индуктивного сопротивления Х_к в зависимости от активного сопротивления R_к по математической зависимости с использованием измеренных значений вторичного тока в сварочном контуре позволяет осуществлять данный способ с применением типовых средств контроля сварочного тока (например, такого как многофункциональный измеритель контактной сварки МИКС-2М и т.п.).

Как известно, при фазовом регулировании зависимость сварочного тока от времени определяется соотношением

где I_п - максимальное значение установившегося полнофазного тока;

- угловая частота напряжения сети;

- угол открытия силовых тиристоров;

- угол запаздывания полнофазного тока от напряжения сети.

Импульс тока заканчивается в момент времени t = / , тогда уравнение для угла проводимости имеет вид

Решая это уравнение для различных значений и , можно получать значения .

Действующее значение сварочного тока определяется соотношением

Представив значение полнофазного тока I _п через суммарные активное R_к и индуктивное Х_к сопротивления сварочного контура, среднее за сварочный цикл сопротивление R_э-э промежутка электрод-электрод и вторичное напряжение холостого хода U ₂₀ получим

где Z - комплексное сопротивление сварочного контура, вычисляемое по формуле

Значение cos можно определить по формуле

Для случая короткозамкнутых электродов необходимо принять R_э-э.

Таким образом с учетом (1)...(6), для заданных ₁ и ₂, U₂₀ и измеренного действующего значения сварочного тока I_2изм область значений Х_к и R _к, при которых в сварочном контуре развиваются токи, равные измеренным I_2изм, можно представить в виде линии в декартовой системе координат, где по оси абсцисс и оси ординат откладываются значения сопротивлений соответственно активного R_к и индуктивного Х_к сопротивлений контура.

Из чертежа следует, что для данной контактной машины при _{1 2} два построенных таким образом графика будут пересекаться в точке с координатами, соответствующими активному R_к и индуктивному Х_к сопротивлениям сварочного контура.

Способ управления сварочным током при контактной точечной сварке осуществляется следующим образом.

Перед началом сварки при короткозамкнутых электродах производят включение сварочного трансформатора с заданными значениями углов включения тиристоров ₁ и ₂. С использованием известных приборов (например, многофункционального измерителя контактной сварки МИКС-2М и т.п..) измеряют действующие значения вторичного тока в сварочном контуре I_2изм. Для заданных ₁ и ₂. Далее производят построение графиков функций Х_к=f(R_к), при которых для заданных ₁ и ₂ выполняется условие

где I_п - максимальное значение установившегося полнофазного тока;

- угловая частота напряжения сети;

- угол запаздывания полнофазного тока от напряжения сети;

- угол проводимости силовых тиристоров;

- угол включения тиристоров;

i₂ (t) - значение сварочного тока в зависимости от времени;

U₂₀ - вторичное напряжение холостого хода сварочного трансформатора.

Далее находят координаты точки пересечения этих графиков, которые соответствуют искомым значениям активного R_к и индуктивного Х _к сопротивлений сварочного контура.

Известно, что регулировочная характеристика контактной сварочной машины переменного тока при фазном регулировании может быть представлена в виде

где b₀ и b ₁ - коэффициенты регулировочной характеристики, зависящей от коэффициента полнофазного включения сварочной цепи cos ;

I_{св 0} - действующее значение полнофазного установившегося тока, определяемое по формуле

Известно, что в диапазоне изменения cos [0,2;0,8] значения b₀ и b ₁ с достаточной точностью определяются аппроксимирующими полиномами, как это, например, показано в прототипе:

При этом значение cos рассчитывается по (5), (6).

С учетом (4), (5), (8) и (9) получаем зависимость для определения :

Таким образом, на конкретной сварочной машине для известных U₂₀ и R_э-э можно рассчитать значение угла включения тиристоров, при котором среднее за сварочный цикл действующее значение I ₂ сварочного тока будет равно заданному.

Пример. На контактной сварочной машине МТПУ-300 при напряжении холостого хода сварочного трансформатора U₂₀=2,32 В и заданных углах открытия тиристоров ₁=80° и ₂=120° при короткозамкнутых электродах с использованием измерителя контактной сварки МИКС-2М были измерены действующие значения вторичного тока в сварочном контуре, которые оказались равными 7100 А и 2700 А для каждого угла соответственно. В системе координат R_к -Х_к были построены графики функций Х _к=f(R_к) для углов ₁=80° и ₂=120° соответственно, удовлетворяющих условию (7), которые представлены на чертеже кривыми 1 и 2 соответственно. Найдена точка пересечения этих графиков, которая соответствует R_к=60 мкОм и X_к=200 мкОм. Аналогичные результаты (кривые 3 и 4) на этой же контактной машине были получены для ₁=100° и ₂=140° при измеренных значениях вторичного тока в сварочном контуре 4800 А и 1110 А соответственно.

Далее для случая сварки двух листов из низкоуглеродистой стали 08кп толщиной 1+1 мм (R_э-э=128·10 ^-6 Ом) по формуле (5) определили Z=274·10 ^-6 Ом, по формуле (6) cos =0,686. По формуле (10) определили b₀ =1,515 и b₁=0,57. Для U ₂₀=4,05 В и I₂=9000 А согласно (11) =1,146 рад или 65°, что составило погрешность метода 3%.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет расчетным способом определять параметры фазной регулировки при программном управлении углом включения тиристоров, при этом не требуется использования дополнительного оборудования кроме стандартного измерителя сварочного тока.