53. Системы автоматического регулирования электрических параметров режима сварки. Регуляторы сварочного тока. Регуляторы напряжении на электродах.

В связи с кратковременностью процесса контактной сварки в одном цикле обеспечить стабилизацию параметров режима и со­ответственно высокое качество сварных соединений без САР прак­тически невозможно; САР должна за сотые доли секунды (и ме­нее) измерить регулируемую величину, сравнивая ее с уставкой, и выдать управляющий сигнал, обеспечивающий стабилизацию различных параметров режима сварки. Современные САР состоят из сложных электронных узлов, различных по устройству и вы­полняемым функциям.

Все САР процесса контактной сварки в зависимости от пара­метров регулирования можно разделить на две большие группы: I — САР электрических параметров режима сварки; II — САР физических параметров режима сварки.

К группе I относят регуляторы сварочного тока I_св, параметра Iⁿ_cвt, мощности Р_CB и энергии W_CB сварки, падения напряжения между электродами ΔU_Э. К группе II относят регуляторы темпера­туры t° околоэлектродной зоны и инфракрасного излучения, пе­ремещения электродов Δh_Э под действием теплового расширения металла, электрического сопротивления R_д участка цепи между электродами, частоты пульсаций Δf_П при стыковой сварке. Воз­можны системы регулирования двух и более параметров, как элек­трических, так и физических (комбинированные САР).

Рис. 3.16. Обобщенная функциональная схема САР контактной сварки по отклонению регулируемой величины.

В схеме САР (рис. 3.16) имеется отрицательная ОС по регулиру­емой величине, с помощью которой обеспечивается стабилиза­ция параметра регулирования.

Каждый регулируемый параметр процесса измеряется своим измерительным устройством, выходной сигнал которого в виде на­пряжения U_иу подают на один из входов сумматора. На второй вход сумматора подают напряжение уставки U₀ (требуемое значение ре­гулируемого параметра). На сварочную машину действуют техноло­гические возмущения по напряжению сети ΔU_c, сопротивлению сварочного контура Z_K, диаметру электродов d_Э, усилию сжатия Р_СВ, сопротивлению в деталях R_Д. При действии возмущений в про­цессе сварки измеренный регулируемый параметр U_И.У отличается от напряжения уставки U_o по этому параметру. Сигнал рассогласо­вания U_у между U_И.У и U_o — это регулирующее воздействие на кон­тактную сварочную машину, с помощью которой устраняется рас­согласование между U_И.У и U_o. При точечной сварке сигнал рассо­гласования U_у представляет собой воздействие на фазорегулятор контактной машины. Фазорегулятор через сварочный контактор обеспечивает регулирование момента включения и выключения сварочного тока и его плавную регулировку в сварочной машине.

При стыковой сварке оплавлением сигнал рассогласования представляет собой воздействие kΔf_П на привод стыкосварочной машины. Привод, воздействуя на подвижную плиту стыкосвароч­ной машины, регулирует момент осадки и скорость оплавления свариваемых деталей.

Р егуляторы сварочного тока. Сварочный ток измеряют специ­альными измерительными преобразователями, в качестве кото­рых используют шунты, трансформаторы тока, пояс Роговского, датчики Холла и др. Поскольку вторичные токи контактных машин достигают нескольких десятков и даже сотен килоампер, наиболее удобный датчик тока — это пояс Роговского. Датчики Холла используют для измерения больших токов, однако они не­достаточно стабильны (особенно при колебании температуры ок­ружающей среды). Шунты и измерительные трансформаторы для больших токов слишком громоздки.

Р ис. 3.17, 3.18. Датчик тока — пояс Роговского. Расположение датчика тока на сварочной машине:

1 — сердечник (тороид) из не­магнитного материала; 2 — об­мотка

Пояс Роговского (рис. 3.17) представляет собой тороид 1 из немагнитного материала, например текстолита, равномерно об­витый тонким проводом 2. Пояс Роговского устанавливают на токоведущих частях вторичного контура сварочной машины (рис. 3.18). ЭДС е на выходе пояса Роговского пропорциональна скорости из­менения сварочного тока:

где μ₀ — магнитная постоянная; F— поперечное сечение тороида; w — число витков обмотки; i_св — мгновенное значение сварочного тока; l — длина средней линии тороида.

Заданный устройством управления сварочный ток может из­мениться в процессе сварки под действием различных возму­щений: колебания напряжения питающей сети, изменения со­противления контура сварочной машины, изменения сопротив­ления свариваемых деталей. Для стабилизации сварочного тока на заданном уровне применяют регуляторы тока.

Р ис. 3.20. Функциональная схема автоматического стабилизатора свароч­ного тока РТС-1:

а — функциональная схема; б — временная диаграмма электрических процессов в схеме стабилизатора; 1 — прерыватель тока; 2 — корректирующее устройство; 3 — усилитель; 4 — задающее устройство; 5 — блок настройки; 6 — измеритель­ное устройство; 7 — трансформатор тока; i₂ — ток во вторичном контуре маши­ны; U_И — напряжение импульса; U_o — напряжение уставки по току; U_K — напря­жение корректирующего устройства; U_У — сигнал управления; ΔU= U_o- U_K; t_CB — время сварки; t_П — время паузы.

Для измерения амплитуды свароч­ного тока в регуляторах можно использовать измеритель типа КАСТ-2М.

Иногда применяют регуляторы по средней силе тока I_ср и регу­ляторы, поддерживающие постоянным произведение силы сва­рочного тока в n-й степени на время сварки Iⁿ_свt, где п = 1; 2.

Пример практического применения таких регуляторов — это цифровое устройство активного контроля типа УАК-02, работаю­щее на принципе стабилизации параметра.

Регуляторы напряжения на электродах. Для стабилизации на­пряжения на электродах может быть использована схема, ана­логичная представленной на рис. 3.20, а. Для этого на вход изме­рительного устройства 6 подают не ток, а напряжение, снимае­мое с электродов сварочной машины.

Ррегуляторы напряжения эффективнее по сравне­нию с регуляторами тока. При U_Э = const уменьшается вероятность выплесков металла из-за саморегулирования процесса по току.

Известен также принцип построения регулятора мощности или энергии на участке цепи между электродами. Регулятор через элек­тронный прерыватель обеспечивает отключение сварочного тока при достижении заданной мощности. Таким образом, САР в про­цессе сварки независимо от действия различных возмущений ста­билизирует мощность или энергию между электродами на задан­ном уровне. Конструктивно такие САР более сложны (по сравне­нию с рассмотренными): они содержат в себе нелинейный эле­мент — множительное устройство.

В САР мощности множительное устройство перемножает на­пряжения, пропорциональные I_св и U_Э. В САР энергии множительное устройство обеспечивает перемножение трех величин I_св, U_Э , t_св. По­грешность перемножения электрических величин не более 1 % за время t = 0,01 ...0,02 с. Из-за сложности реализации на практике этих регуляторов их применяют ограниченно по сравнению с ра­нее рассмотренными.