2. Типовые регуляторы времени и циклов сварки

Регуляторы времени РВТ. Построены на основе маломощных тиристоров, которые используются для выполнения логических операций, включения исполнительных устройств (электропневматических клапанов, тиристорных или игнитронных контакторов) и сигнализации. Совмещение в одном активном элементе (тиристоре) логических функций и усилителя мощности позволило упростить электрические схемы аппаратуры управления.

Регуляторы РВТ позволяют задавать величину и длительность трех независимых импульсов тока («подогрев», «сварка», «отжиг»), а также изменять по программе усилие сжатия электродов.

Рис. 3.3. Схема регулятора РВТ.

Схема простейшего регулятора приведена на рис. 3.3. Он обеспечивает задание четырех операций: «сжатие», «сварка», «проковка», «пауза». Регулятор представляет собой аналоговую систему управления с времязадающим контуром RC, синхронизированным импульсами частотой питающей сети. При включении педали блок коммутации обеспечивает поочередное включение тиристорных ячеек, задающих последовательность операций цикла.

Регуляторы РВТ обеспечивают отработку длительности операций от 0,02 до 2 сек с дискретностью 0,02 сек и в диапазоне от 0,04 до 4 сек с дискретностью 0,04 сек.

Регуляторы цикла сварки РЦС. Выполнены на унифицированных транзисторно-диодных элементах серии «Логика Т». При высокой производительности (до 750 точек в мин) и надежности (гарантированный срок службы элементов, из которых собрана схема, 5 лет) обеспечивают синхронное включение сварочного тока, четное число полуволн сварочного тока и плавную его регулировку, постоянство установленных значений выдержек времени сварки, что облегчает решение задач по стабилизации качества сварных точек.

Регуляторы цикла сварки (РКС) на интегральных микросхемах. Разработаны в последние годы. Схемы их принципиально не отличаются от РЦС и содержат такие же узлы и блоки. Регуляторы типа РКС-501 (601, 901) выполнены на интегральных микросхемах сери К-155. Имеют 5 независимо регулируемых временных интервалов: «предварительное сжатие», «сжатие», «сварка», «проковка» и «пауза».

По принципу действия регуляторы относятся к системам дискретного задания временных интервалов по периодам питающей сети.

Перспективным является использование контроллеров, выполненных на базе микропроцессоров, например серии К580. Контроллеры позволяют хранить в памяти несколько десятков программ режимов сварки, значения токов сварки, подогрева, отжига, сварочного и ковочного усилия сжатия и т.п. Требуемую программу режима может вызвать оператор сварщик.

2. Автоматическое регулирование процессов точечной сварки.

Автоматическое регулирование сварочного тока. Ток измеряют специальными измерительными преобразователями, в качестве которых используют шунты, трансформаторы тока, пояс Роговского, датчики Холла и др. Поскольку вторичные токи достигают несколько десятков и даже сотен кА, наиболее удобным датчиком является пояс Роговского, который представляет собой тороид из немагнитного материала, равномерно обвитый тонким проводом. Этот тороид устанавливается на токоведущих частях вторичного контура сварочной машины. ЭДС на выходе тороида

E = - ₀Fw(di/dt)/l,

где ₀ – магнитная постоянная; F – поперечное сечение тороида; w – количество витков обмотки; l – длина средней линии тороида.

Напряжение тороида подается на интегратор, выходное напряжение которого оказывается пропорциональным мгновенному значению сварочного тока i_св. Простейший интегратор представляет собой RC – цепь, на выходе которой напряжение приблизительно пропорционально интегралу от входного сигнала:

u_вых = u_c = ( u_вх dt) /RC

если RCt_u.

Интегрирование выполняется с помощью операционного усилителя (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Интегратор на операционном усилителе.

Контакт S предназначен для установки нулевых начальных условий на конденсаторе. Напряжение, пропорциональное переменному току, сравнивается с заданным значением. Разница этих сигналов используется для управления фазовращателем.

Регуляторы параметра (I²t). Зависимость между временем протекания сварочного тока и размерами ядра точек позволяет создать устройство для стабилизации прочности шва путем регулирования времени сварки. При достижении величиной (I²t) заданного уставкой значения прекращается подача импульсов включения на тиристорный контактор и сварочный ток отключается.

Принципиальная схема регулятора приведена на рис. 3.5. Схема состоит из входной R _нС цепи и двух операциоонных усилителей DA1 и DA2, причем DA2 работает в режиме компаратора. Входной сигнал, пропорциональный действующему или среднему значению сварочного тока, подается на вход схемы. Ели соблюдаются условия  = R_нС  t_св, а нелинейное сопротивление имеет квадратичную зависимость, то напряжение на конденсаторе С

U_c = kI² t.

При U_c = U_зад в момент t₁ на выходе компаратора появляется напряжение, которое запирает тиристорный контактор и тем самым отключает сварочный ток.

Регуляторы мощности и энергии. Выходное напряжение измерительного узла регулятора мощности должно быть пропорциональным произведению сварочного тока I_св на падение напряжения между электродами u_эл:

P=I_свU_эл .

Рис. 3.5. Схема регулятора параметра I²t.

Особенность регулятора - наличие устройства для перемножения напряжений, пропорциональных I_св и U_эл. Для получения сигнала, пропорционального произведению двух величин, заданных в виде напряжений постоянного тока, используют последнее каскадное соединение широтно-импульсного модулятора ШИМ, линейного амплитудного модулятора ЛАМ и фильтра средних значений Ф.. На рис. 3.6 показана упрощенная схема устройства, в котором ШИМ собран на транзисторе VT1 и интегральном усилителе DA1, ЛАМ-- на транзисторе VT2, а фильтр - на резисторе R6 и конденсаторе С3. На базу VT1 подаются импульсы с частой сети, обеспечивая быстрый разряд конденсатора С1, на котором формируется пилообразное напряжение. Это напряжение подается на вход усилителя DA1, работающего в режиме компаратора. На другой дифференциальный вход этого усилителя подается напряжение U_вх1 = kI_св. На выходе компаратора образуются прямоугольные импульсы, длительность которых t пропорциональна I_св. Эти импульсы управляют амплитудным модулятором, на выходе которого формируются импульсы с длительностью, пропорциональной I_св, и амплитудой, пропорциональной U_вх2 = kU_эл. Фильтр средних значений выделяет постоянную составляющую U_вых = kI_свU_эл, пропорциональную мощности.

В регуляторах энергии множительное устройство обеспечивает перемножение трех величин: I_св, U_эл, t_св. Дальнейшее использование сигналов, пропорциональных мощности или энергии, осуществляется так же, как в регуляторах тока и напряжения. Стабилизация мощности или энергии позволяет исключить влияния многих возмущений, включая износ электродов.

Рис. 3.6. Схема регулятора мощности и энергии.