ЦИФРОВОЙ ДОЗАТОР ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ДЛЯ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ

ЦИФРОВОЙ ДОЗАТОР ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ДЛЯ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ


RU (11) 2245236 (13) C2

(51) 7 B23K11/24 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - может прекратить свое действие 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2005.01.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 2003103875/02 
(22) Дата подачи заявки: 2003.02.10 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2003.02.10 
(43) Дата публикации заявки: 2004.08.27 
(45) Опубликовано: 2005.01.27 
(56) Аналоги изобретения: SU 1098713 A, 23.06.1984. SU 1281357 A2, 07.01.1987. SU 1362591 A1, 30.12.1987. RU 20052 U1, 20.10.2001. SU 1113226 A, 15.09.1984. RU 2110380 C1, 10.05.1998. 
(72) Имя изобретателя: Попов А.П. (RU); Чугулёв А.О. (RU); Власов А.Ю. (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ) (RU) 
(98) Адрес для переписки: 644080, г.Омск, пр-кт Мира, 5, СибАДИ, патентно-информационный отдел 

(54) ЦИФРОВОЙ ДОЗАТОР ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ДЛЯ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ

Изобретение относится к контактной точечной сварке и может быть использовано для автоматического контроля и управления силовыми агрегатами оборудования контактной точечной сварки в различных отраслях машиностроения. В цифровом дозаторе прерыватель тока включен в цепь первичной обмотки сварочного трансформатора. Датчики тока и напряжения соединены с аналоговым умножителем. Импульсный интегратор и двоичный счетчик числа квантов электроэнергии соединены последовательно. К выходу двоичного счетчика числа квантов электроэнергии подключены блок индикации текущего значения электроэнергии и двоично-десятичный преобразователь кода. К входу устройства сравнения кодов подключены двоично-десятичный преобразователь кода и блок задания числа квантов электроэнергии. Датчик тока выполнен на основе пояса Роговского. В качестве аналогового умножителя использовано импульсное перемножающее устройство, служащее источником прямоугольных импульсов для управления прерывателем тока, выполненным на симисторе. Блок управления прерывателем тока соединен с одним из выходов импульсного перемножающего устройства. За счет повышения точности дозирования теплового импульса в зоне сварки одновременно с расширением диапазона измеряемого сварочного тока улучшается качество сварки. 2 ил.






ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к контактной точечной сварке и может быть использовано для автоматического контроля и управления силовыми агрегатами оборудования контактной точечной сварки.

Известны различные устройства контроля и управления процессом контактной точечной сварки [1-7]. Среди них получили распространение устройства, осуществляющие дозирование электроэнергии, выделяемой в зоне сварки:



где W - электрическая энергия, выделяемая в зоне сварки;

u K - мгновенное значение напряжения на электродах;

iK - мгновенное значение сварочного тока;

t 1, t2 - время начала и окончания теплового импульса соответственно.

Известен способ [Авторское свидетельство СССР №1816604, кл. В 23 К 11/24, 1991], при котором определяют величины сварочного тока и напряжения между электродами, интегрируют произведение этих величин, характеризующее энергию, выделяемую в сварочном контакте, и сравнивают с заданным значением параметра, определяемого опытным путем. При этом величину тока определяют расчетным путем, измеряя напряжение на электродах и используя заранее измеренные величины активного и реактивного сопротивлений вторичной обмотки трансформатора, а также сопротивления свариваемых деталей между электродами.

Устройство для осуществления данного способа содержит электроды машины для контактной сварки, напряжение с которых подается на вычислительное устройство и на один из входов блока перемножения, второй вход блока перемножения соединен с выходом вычислительного устройства. Последовательно с блоком перемножения соединены интегратор и узел сравнения, выход которого подключен к силовому ключу. Устройство содержит также сварочный трансформатор, свариваемые детали и пусковую кнопку.

Недостатком устройства является низкая точность измерения значения энергии, выделяемой в зоне сварки из-за отсутствия учета изменения активного сопротивления между электродами в результате теплового нагрева обмоток трансформатора, электродов, свариваемых деталей, поверхностного эффекта и других факторов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является регулирующее устройство для контактной сварки [Авторское свидетельство СССР №1098713, кл. В 23 К 11/24, 1983], содержащее выпрямитель, нуль-орган, преобразователь напряжение - частота, последовательно соединенные схему совпадения, счетчик, дешифратор, схему сравнения, блок управления режимом, блок ключей. Устройство снабжено датчиком сварочного тока, датчиком напряжения на электродах и аналоговым умножителем, при этом выходы датчиков тока и напряжения подключены к входу аналогового умножителя, выход которого через выпрямитель и преобразователь напряжение - частота подключен к первому входу схемы совпадения, а выход датчика напряжения на электродах через нуль-орган - ко второму входу схемы совпадения.

К недостаткам данного устройства можно отнести низкую точность дозирования из-за использования аналогового умножителя с выпрямителем, а также то, что в качестве датчика тока используется трансформатор тока с очень большим коэффициентом трансформации (так как рабочий сварочный ток достигает нескольких тысяч ампер), что приводит к необходимости увеличения размеров и стоимости датчика тока. Другим существенным недостатком устройства является внесение дополнительной погрешности измерения электроэнергии нуль-органом, который обладает конечным порогом чувствительности, в результате чего, при совпадении моментов времени, когда синусоидальное напряжение на электродах близко к нулю или равно нулю и моментов появления импульсов с выхода преобразователя напряжение - частота, последний не будет посчитан счетчиком числа квантов электроэнергии.

Задачей настоящего изобретения является улучшение качества сварки путем повышения точности дозирования теплового импульса в зоне сварки одновременно с расширением диапазона измеряемого сварочного тока.

Поставленная задача достигается тем, что в цифровом дозаторе электроэнергии для точечной сварки, содержащем прерыватель тока, включенный в цепь первичной обмотки сварочного трансформатора, датчики тока и напряжения, соединенные с аналоговым умножителем, блок цифровой индикации текущего значения электроэнергии, блок управления прерывателем тока, двоично-десятичный преобразователь кода, устройство сравнения кодов, блок задания числа квантов электроэнергии и последовательно соединенные импульсный интегратор и двоичный счетчик числа квантов электроэнергии, к выходу которого подключены блок индикации текущего значения электроэнергии и двоично-десятичный преобразователь кода, а к входу устройства сравнения кодов подключены двоично-десятичный преобразователь кода и блок задания числа квантов электроэнергии, датчик тока выполнен на основе пояса Роговского, в качестве аналогового умножителя использовано импульсное перемножающее устройство, служащее источником прямоугольных импульсов для управления прерывателем тока, выполненным на симисторе, и блок управления прерывателем тока соединен с одним из выходов импульсного перемножающего устройства.

На фиг.1 приведена структурная схема цифрового дозатора электроэнергии для точечной сварки, а на фиг.2 - принципиальные схемы блоков 3, 4, 5, 6 с указанием электрических связей между ними.

Цифровой дозатор электроэнергии для точечной сварки содержит прерыватель тока 1, включенный в цепь первичной обмотки сварочного трансформатора 2 и соединенный с блоком управления прерывателем тока 3. Во вторичную цепь сварочного трансформатора включены датчик тока 4, датчик напряжения 5, выходы которых соединены с импульсным перемножающим устройством 6. Один из выходов импульсного перемножающего устройства 6 соединен с импульсным интегратором 7, второй его выход соединен с блоком управления прерывателем тока 3. Последовательно с импульсным интегратором 7 включен двоичный счетчик числа квантов электроэнергии 8, ко второму входу которого подключен ключ сброса счетчика в нулевое положение 9. Выход двоичного счетчика числа квантов 8 подключен к двоично-десятичному преобразователю кода 10 и к блоку цифровой индикации текущего значения электроэнергии 11. Устройство сравнения кодов 12, к входам которого подключены выходы двоично-десятичного преобразователя кода 10, цифрового блока задания числа квантов электроэнергии 13 и ключ запуска установки 14, своим выходом соединено с блоком управления прерывателем тока 3.

Датчик тока 4 содержит пояс Роговского 15, R-C интегратор, состоящий из резистора 16, конденсатора 17 и подключенный к усилителю сигнала, выполненному на операционном усилителе (ОУ) 18 с резисторами 19, 20 в цепи обратной связи (ОС), разделительный конденсатор 21 и нагрузочный резистор 22.

Датчик напряжения 5 содержит трансформатор 23, к выходу которого подключен делитель напряжения, выполненный на резисторах 24, 25; стабилитрон 26, соединенный параллельно с резистором 25 и предотвращающий возникновение перенапряжений, опасных для интегральных схем.

Импульсное перемножающее устройство 6 включает в себя повторитель напряжения, выполненный на ОУ 27, ко входу которого подключается датчик тока; инвертор, состоящий из ОУ 28 и резисторов 29, 30,31; компаратор, к одному из входов которого подключен датчик напряжения и состоящий из ОУ 32, нагрузочного резистора 33; генератор линейно изменяющегося напряжения повышенной частоты, состоящий из ОУ 34, 35, резисторов 36, 37, 38, конденсатора 39 и подключенный ко второму входу компаратора; электронный ключ 40, ко входам которого подключены повторитель напряжения, инвертор и компаратор; нагрузочный резистор 41; фильтр нижних частот, состоящий из резистора 42 и конденсатора 43; усилитель сигнала, состоящий из ОУ 44, резисторов 45-48 в цепи питания и резисторов 49, 50 в цепи ОС.

Блок управления прерывателем тока 3 состоит из электронного ключа 51; инвертора, выполненного на ОУ 52 и резисторах 53, 54; диодов 55, 56; резисторов 57-61, подключенных к базам n-р-n транзисторов 62, 63; импульсного трансформатора со средней точкой в первичной обмотке 64; диодного моста, состоящего из элементов 65-68.

Работает цифровой дозатор электроэнергии для точечной сварки следующим образом. С помощью позиционных ключей цифрового блока задания числа квантов электроэнергии 13 в устройство сравнения кодов 12 заносится трехразрядный десятичный код числа квантов электроэнергии



где W3 - заданное количество электроэнергии; 

W 0 - величина одного кванта электроэнергии.

Перед запуском установки сбрасываются показания двоичного счетчика числа квантов электроэнергии 8 предшествующего цикла сварки с помощью ключа сброса счетчика в нулевое положение 9. При нажатии ключа запуска установки 14 на электронный ключ 51 блока управления прерывателем тока 3 с устройства сравнения кодов 12 подается уровень напряжения, разрешающий прохождение прямоугольных импульсов для управления прерывателем тока с частотой следования



где T0 - период следования импульсов;

fсети - частота сетевого напряжения (50 Гц),

которые непрерывно поступают от импульсного перемножающего устройства 6. Прерыватель тока 1, выполненный на симисторе, замыкает цепь - при замкнутых электродах сварочной установки через свариваемую деталь во вторичной цепи трансформатора начинает протекать сварочный ток i(t). Информация о мгновенных значениях сварочного тока и напряжения, приложенного к зоне сварки, снимается с помощью датчика тока 4 и датчика напряжения 5. Сигналы с датчиков

u i=kiik(t), uu=ku uk(t),

где ki, ku - коэффициенты пропорциональности датчика тока и датчика напряжения соответственно; 

ik (t) - мгновенное значение сварочного тока; 

uk (t) - мгновенное значение напряжения между электродами,

пропорциональные измеряемым величинам, поступают на вход импульсного перемножающего устройства 6, на выходе которого появляется сигнал, пропорциональный среднему за период значению мгновенной мощности, выделяемой в зоне сварки:

up =kppcp(t),

где kp - коэффициент пропорциональности импульсного перемножающего устройства;

pср (t) - среднее за период значение мгновенной мощности, выделяемой в зоне сварки.

Сигнал с импульсного перемножающего устройства 6 поступает на вход импульсного интегратора 7, в котором осуществляется функция квантования по вольт-секундной площади кривой up. Импульсы с импульсного интегратора 7 поступают на вход двоичного счетчика числа квантов электроэнергии 8, с выхода которого код в двоичном виде поступает на вход двоично-десятичного преобразователя кода 10 и на вход блока цифровой индикации текущего значения электроэнергии 11. С выхода двоично-десятичного преобразователя кода 10 на устройство сравнения кодов 12 поступает десятичный код текущего значения числа квантов электроэнергии



где W(t) - текущее значение электроэнергии, выделившейся в зоне сварки.

В момент равенства кодов на выходах двоично-десятичного преобразователя кода 10 и блока задания числа квантов электроэнергии 13 на выходе устройства сравнения кодов 12 исчезает сигнал, разрешающий прохождение импульсов управления прерывателем тока, непрерывно поступающих от импульсного перемножающего устройства 6, прерыватель тока 1 переводится в непроводящее состояние, сварочный цикл прекращается. 

Предлагаемое устройство позволяет осуществлять дозирование электроэнергии практически в неограниченном диапазоне значений сварочного тока, для этого в соответствии с измеряемой величиной сварочного тока определяются параметры датчика тока, выполнение которого не связано со значительными затратами (в отличие от массивного трансформатора тока).

Импульсное перемножающее устройство, использованное в цифровом дозаторе электроэнергии для точечной сварки, не требует дополнительного выпрямителя (как в схеме прототипа), позволяет повысить точность измерения (погрешность составляет сотые доли процента), а также служит источником прямоугольных импульсов для управления прерывателем тока. Благодаря данному схемному решению в качестве прерывателя тока может быть использован любой тип тиристоров.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №967729, кл. В 23 К 11 /24, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР №1098713, кл. В 23 К 11/24, 1983 (прототип).

3. Авторское свидетельство СССР №1214368, кл. В 23 К 11/24, 1984.

4. Авторское свидетельство СССР №1283004, кл. В 23 К 11/10, 11/24, 1985.

5. Авторское свидетельство СССР №1412908, кл. В 23 К 11/10, 1986.

6. Авторское свидетельство СССР №1512736, кл. В 23 К 11/24, 1987.

7. Авторское свидетельство СССР №1816604, кл. В 23 К 11/24, 1991.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Цифровой дозатор электроэнергии для точечной сварки, содержащий прерыватель тока, включенный в цепь первичной обмотки сварочного трансформатора, датчики тока и напряжения, соединенные с аналоговым умножителем, блок цифровой индикации текущего значения электроэнергии и блок управления прерывателем тока, отличающийся тем, что он имеет двоично-десятичный преобразователь кода, устройство сравнения кодов, блок задания числа квантов электроэнергии и последовательно соединенные импульсный интегратор и двоичный счетчик числа квантов электроэнергии, к выходу которого подключены блок индикации текущего значения электроэнергии и двоично-десятичный преобразователь кода, а к входу устройства сравнения кодов подключены двоично-десятичный преобразователь кода и блок задания числа квантов электроэнергии, при этом датчик тока выполнен на основе пояса Роговского, в качестве аналогового умножителя использовано импульсное перемножающее устройство, служащее источником прямоугольных импульсов для управления прерывателем тока, выполненным на симисторе, и блок управления прерывателем тока соединен с одним из выходов импульсного перемножающего устройства.








ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал
Технология сварки и сварочное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+сварка -металлов".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "сварка" будут найдены слова "газасварка", "электросварка" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("сварка!").



Рейтинг@Mail.ru