Тиристорные контакторы. В качестве управляемых вентилей в контакторах, предназначенных для включения, отключения и изменения величины сварочного тока в контактных машинах, применяют тиристоры, которые имеют значительные преимущества по сравнению с использовавшимися длительное время игнитронами: малое падение напряжения на вентиле; небольшую массу и габаритные размеры; высокую надежность; значительный срок службы и др.
Регулируют действующее значение сварочного тока через тиристорный контактор, смещая относительно напряжения сети момент подачи импульса на управляющий электрод вентиля. Особенность работы тиристорного контактора — это потеря им управляемости в каждом полупериоде с момента включения до момента времени, при котором ток проходит через нулевое значение.
На рисунок. 3.9 два тиристора VS 1и VS 2включены встречно-параллельно. Их управляющие электроды через диоды VD 1, VD 2и резисторы R 1, R 2 подключены к обмоткам II и III трансформатора Т 1. Первичная обмотка I трансформатора Т 1 подключена к выходу регулятора цикла сварки. Параллельно тиристорам включена цепь R 3 —R 4 —С 1.Первичная обмотка сварочного трансформатора Т 2зашунтирована резистором R 5. Схема сигнализации собрана на диодах VD 3 — VD 6, резисторах R 6, R 7,конденсаторе С 2и тиратроне с холодным катодом (или неоновой лампе) V 1.
|
|
I—III — обмотки трансформатора Т 1; R 1 —R 7 — резисторы; C 1, C 2 — конденсаторы; Т 2 — сварочный трансформатор; V 1— тиратрон; VD 1 — VD 6— диоды; VS 1, VS 2— тиристоры; U c — напряжение сети
Рисунок. 6.6 – Электрическая схема тиристорного контактора
В исходном состоянии тиристоры VS 1и VS 2закрыты и не проводят ток. С РЦС на обмотку 1 трансформатора T 1 поступают униполярные симметричные импульсы с частотой, в 2 раза превышающей частоту сети. Со вторичных обмоток II и III эти импульсы подаются на управляющие электроды тиристоров VS 1 и VS 2.Поскольку тиристоры соединены встречно-параллельно, то включится тот из них, к аноду которого в данный момент времени прилагается положительная полуволна напряжения. В следующий полупериод включится другой тиристор, и таким образом через сварочный трансформатор T 2 будет протекать переменный ток. Резисторы R 1, R 2служат для ограничения тока в цепи управляющих электродов VS1 и VS2. Для ограничения скорости нарастания напряжения на тиристорах во время коммутации и снижения импульсных перенапряжений служит цепь R 3 — R 4 —R 5 — С 1.
Схема сигнализации позволяет контролировать режим полнофазного тока. В исходном состоянии, когда тиристоры VS 1, VS 2 не проводят ток, к индикатору V 1через выпрямительный мост приложено напряжение сети, и он зажигается. При открытых тиристорах VS 1, VS 2интенсивность свечения индикатора зависит от фазы их включения. В предельном состоянии, когда через сварочный трансформатор протекает полнофазный ток, сопротивление контактора и падение напряжения на нем минимальны, и тиратрон V 1 гаснет. Сглаживающий конденсатор С 2служит для повышения устойчивости горения тиратрона.
|
|
Отечественная промышленность выпускает несколько типов тиристорных контакторов, которыми комплектуют контактные машины для точечной и шовной сварки. Контакторы отличаются силовыми тиристорами, которые устанавливают в зависимости от требуемой номинальной силы тока.
Регуляторы времени и цикла сварки. Для задания временных интервалов сварочного цикла, плавного регулирования величины сварочного тока, включения и выключения в заданные моменты времени пневматических клапанов сварочной машины служат РЦС. Основные элементы регуляторов — БЗВ, БЗТ и Φ (см. рисунок. 6.5).
Блоки задания времени регуляторов (после включения оператором педальной кнопки) отрабатывают последовательность операций, заранее заданных при помощи соответствующих переключателей, расположенных на передней панели регулятора.
Простейший цикл состоит из четырех последовательных операций: «Сжатие», «Сварка», «Ковка», «Пауза» (см. рисунок. 6.3). Более сложные циклы содержат в себе дополнительные операции: «Предварительное сжатие», «Предварительный подогрев», «Отжиг» и т.п.
По принципу задания временных интервалов регуляторы подразделяют на аналоговые и дискретные. Аналоговые регуляторы (например, РВЭ-7) для отсчета временных интервалов используют заряд и разряд конденсаторов. Выдержка времени каждой операции в этом случае определяется временем заряда или разряда конденсатора, уровень напряжения на котором обеспечивает срабатывание соответствующей триггерной схемы или включение электромеханического реле. Недостаток аналоговых регуляторов — нестабильность работы и значительная погрешность задания временных интервалов.
В настоящее время аналоговые регуляторы вытеснены счетными схемами, работающими на дискретном принципе. Основной злемент таких схем — счетчик электрических импульсов, выполненный как единое целое (декатрон, интегральная микросхема) либо собранный из отдельных элементов (триггер, феррит-диодная ячейка). Принцип работы счетных схем заключается в следующем. На вход счетчика подают импульсы частотой 50 или 100 Гц, формируемые генератором синхронно с сетью; счетчик отсчитывает требуемое число импульсов, заданное уставкой при помощи переключателей; когда число импульсов, поступивших на вход счетчика, станет равным заданному, выдержка времени заканчивается и происходит срабатывание исполнительного устройства.
Точность работы дискретных регуляторов значительно выше, чем аналоговых. Отечественной промышленностью выпущена серия регуляторов типа РВД на декатронах. Наиболее распространены регуляторы, выполненные на дискретных полупроводниковых элементах. Серийно выпускают регуляторы цикла сварки типа РЦС с элементами типа «Логика-Т».
В ИЭС им. Е. О. Патона разработана серия регуляторов времени типа РВТ, в которых в качестве дискретных элементов используют маломощные тиристоры типа КУ-201. Во ВНИИ ЭСО, заводе «Электрик» разработаны и выпускают регуляторы времени тока РВИ и РКС на интегральных микросхемах.
Регуляторы времени. Такие регуляторы построены на основе маломощных тиристоров, которые используют 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 принципиальные электрические схемы аппаратуры управления. В результате повысилась надежность работы устройств и увеличился срок их службы.
|
|
Регуляторы времени позволяют задавать величину и длительность трех независимых импульсов тока («Подогрев», «Сварка», «Отжиг»), а также изменять по программе усилие сжатия электродов. Электропневмоклапаны и тиристоры (игнитроны) силового контактора включаются бесконтактными тиристорными ключами. Регулятор снабжен фазовращателем, обеспечивающим модуляцию и безынерционную стабилизацию сварочного тока.
Схема простейшего регулятора времени типа РВТ, обеспечивающего задание четырех операций: «Сжатие», «Сварка», «Проковка», «Пауза», приведена на рисунок. 6.7. Регулятор представляет собой аналоговую СУ с времязадающим контуром RC, синхронизированным импульсами с частотой питающей сети. Схема содержит блок коммутации операций сварочного цикла, БЗВ, Φ и узел включения. При подаче напряжения на схему и включении педали блок коммутации обеспечивает поочередное включение тиристорных ячеек, задающих последовательность операций цикла. Узел включения открывает тиристор ячейки «Сжатие». Остальные ячейки находятся в закрытом состоянии. Через открытый тиристор первой ячейки включается БЗВ. Происходит отсчет длительности операции «Сжатие», которая задается с помощью набора резисторов. Одновременно открывается тиристор, включающий обмотку электромагнита электропневмоклапана ЭПК. По истечении заданного времени первой операции БЗВ вырабатывает импульс переключения, поступающий одновременно на входы всех ячеек пересчетной схемы. Ячейка выполнена так, что импульс переключения проходит на управляющий электрод тиристора той ячейки, которая следует непосредственно за включенной. Поэтому откроется только тиристор ячейки «Сварка», а тиристор предыдущей ячейки закроется за счет подачи импульса гашения. Начинается отсчет времени следующей операции. При этом ЭПК остается во включенном состоянии. Аналогично отрабатываются все остальные операции.
|
|
ЭПК — электропневмоклапан; БЗВ — блок задания времени; Ф – фазовращатель; ЭПК – электропневмоклапан
Рисунок. 6.7 – Функциональная схема регулятора времени типа РВТ
Напряжение, снимаемое с нагрузки тиристора ячейки «Сварка», подается на фазовращатель. Выходные импульсы Φ управляют тиристорным контактором, который обеспечивает подключение сварочного трансформатора к сети. После отработки последней операции схема приходит в исходное состояние.
Регуляторы типа РВТ обеспечивают отработку длительности операций в диапозоне 0,02...2 с дискретностью 0,02 сив диапазоне 0,04...4 с дискретностью 0,04 с.
Регуляторы цикла сварки типа РВИ. Унифицированные регуляторы цикла сварки серии РВИ выполнены на интегральных микросхемах и предназначены для управления контактными машинами переменного тока: РВИ-703 — стационарными и подвесными точечными машинами с постоянным усилием; РВИ-801 — точечными машинами с переменным усилием; РВИ-501 — точечными и шовными машинами с постоянным усилием. В регуляторах типа РВИ использована высокопороговая логика серии K5U, обеспечивающая высокую помехоустойчивость. Построение функциональных узлов регуляторов в виде унифицированных блоков позволяет использовать их в других типах аппаратуры управления. Регулятор РВИ-703 может работать в полнофазном режиме и не требует автоматической настройки на коэффициент мощности машины.
Регуляторы обеспечивают управление силовой коммутирующей аппаратурой (тиристорным контактором или тиристорным блоком поджигания игнитронного контактора); одним (РВИ-801) или двумя (РВИ-501 и -703) электропневматическими клапанами; приводом вращения роликов; работой муфты (РВИ-501).
Регуляторы РВИ-801 и -501 осуществляют управление силовой коммутирующей аппаратурой в режиме фазового регулирования сварочного тока; стабилизацию сварочного тока при колебаниях напряжения питающей сети.
Регулятор РВИ-703 обеспечивает работу силовой коммутирующей аппаратуры в режиме с фазовым регулированием сварочного тока и в режиме с автоматическим выходом на полнофазный ток.
Технические характеристики регуляторов типа РВИ приведены в табл. 3.1. Устройство и циклограммы работы различных регуляторов типа РВИ описаны в [28].
Регуляторы РВИ-501 и -703 обеспечивают режим работы машины только с постоянным сварочным усилием между электродами.
Регуляторы цикла сварки типа РКС. В последние годы на основе достижений микроэлектроники разработан новый тип регуляторов цикла сварки с применением интегральных микросхем серии К155. Схема этих регуляторов принципиально не отличается от рассмотренных регуляторов типа РВИ и РВТ, содержит такие же основные узлы и блоки, но характеризуется повышенной надежностью в работе и увеличением срока службы.
В РКС функциональные возможности регуляторов расширены. Регуляторы обеспечивают управление машинами переменного тока, машинами с выпрямлением во вторичном контуре, низкочастотными и конденсаторными как общего назначения, так и специальными. Так, например, регулятор РКС-501 имеет пять независимо регулируемых временных интервалов: «Предварительное сжатие», «Сжатие», «Сварка», «Проковка» и «Пауза». Модификации этого регулятора позволяют увеличить число регулируемых интервалов времени, обеспечивая режим пульсирующей сварки с приложением повышенных усилий обжатия и проковки.
По принципу действия регуляторы РКС относят к системам дискретного задания временных интервалов по периодам питающей сети. В качестве основной дискретной ячейки используют триггер типа К155ТМ2 (основа для построения пересчетных схем). Другие функции схемы выполняют с помощью логических элементов типа К155ЛАЗ, К155ЛА4. Регуляторы РКС взаимозаменяемы с другими регуляторами.
Регуляторы цикла сварки типа ШУ для машин с выпрямлением во вторичном контуре и низкочастотных. Аппаратура управления типа ШУ (шкафы управления) разработана на базе унифицированных электронных блоков и предназначена для задания сварочного цикла, регулирования и стабилизации сварочного тока точечных, рельефных и шовных машин и имеет следующие варианты исполнения: ШУ-342 — для шовных машин с однополупериодной схемой выпрямления; ШУ-344 — для шовных машин с двухполупериодной схемой выпрямления; ШУ-346 — для точечных и рельефных машин с однополупериодной схемой выпрямления; ШУ-347 — для точечных и рельефных машин с двухполупериодной схемой выпрямления; ШУ-349 — для точечных и рельефных низкочастотных машин.
Схемы управления сварочным током и циклом шкафов управления выполнены по единому принципу, на одинаковых блоках и отличаются функциональными особенностями машин.
Рисунок. 6.8 – Циклограммы работы ШУ-349 для низкочастотных машин (режимы работы по току I св с постоянным усилием сжатия F сж)
На циклограммах (рисунок. 6.8) отражена реализация следующих режимов работы сварочной машины по току:
сварка одиночным импульсом тока I 2 с гашением или без гашения (рисунок. 6.8, а).Направление протекания тока в первичной обмотке сварочного трансформатора изменяется после прохождения каждого очередного цикла;
сварка двумя совмещенными импульсами тока I 1 и I 2с гашением или без гашения (рисунок. 6.7, б).Направление протекания тока в первичной обмотке сварочного трансформатора изменяется после прохождения каждого очередного цикла;
пульсирующая сварка импульсами тока I 1 (1 — 99 импульсов) с интервалом между импульсами с гашением или без гашения (рисунок. 6.7, в). Направление протекания тока в первичной обмотке сварочного трансформатора изменяется после каждого отдельного импульса тока I 1;
пульсирующая сварка импульсами тока I 1 и I 2 (1 — 99 импульсов каждый) с интервалом между импульсами тока I 1и I 2 и с интервалом между группами импульсов тока I 1 и I 2 с гашением или без гашения (рисунок. 6.7, г).
Направление протекания тока в первичной обмотке сварочного трансформатора изменяется после каждого отдельного импульса тока I 1 или I 2.
Шкаф управления ШУ-349 позволяет также реализовать ряд режимов работы сварочной машины с разными усилиями сварки: с постоянным сварочным усилием и с повышенным сварочным усилием, прилагаемым с началом позиции «Сжатие».
В сочетании с постоянным или повышенным усилием могут быть реализованы режимы сварки с использованием ковочного усилия, прилагаемого на различных участках циклограммы.
Прерыватели для машин для контактной сварки. Для управления циклом сварки, регулирования и коммутации сварочного тока предназначены прерыватели, которые объединяют регулятор цикла сварки и тиристорный контактор и представляют собой навесную конструкцию, устанавливаемую рядом или на машине.
Достоинство прерывателей — функциональная законченность (наличие в одной конструкции устройства управления и силового коммутирующего устройства). Это позволяет использовать их при модернизации машин, при разработке новых серийных (в особенности специализированных и многоэлектродных) машин и в качестве сварочной оснастки роботов.
Микропроцессорные СПУ. Перспективным является использование в схемах управления контактной сварочной машины контроллеров, выполненных на базе микропроцессоров. Контроллеры позволяют хранить в памяти несколько десятков программ режима сварки (включая последовательность и длительность операций); значения токов сварки, подогрева, отжига; сварочного и ковочного усилий сжатия и т. п. Требуемую программу режима может активизировать оператор, включая клавиши терминала в зависимости от марки материала и толщины свариваемого изделия. Согласно вызванной программе контроллер обеспечивает заданный цикл сварки.
Современные микропроцессорные средства управляющей вычислительной техники (МСУВТ) оперируют с 8- и 16-разрядными двоичными числами, время выполнения короткой операции типа регистр — регистр составляет 1 мкс, объем памяти не превышает нескольких десятков килобайт.