SU1031664A1

SU1031664A1 - Power source for arc welding by consumable electrode

Info

Publication number: SU1031664A1
Application number: SU823434321A
Authority: SU
Inventors: Николай Михайлович Трофимов; Анатолий Михайлович Зайцев; Валерий Павлович Лугин; Виктор Валентинович Коряжкин
Original assignee: Брянский Ордена "Знак Почета" Институт Транспортного Машиностроения; Научно-Производственное Объединение По Технологии Машиностроения "Цниитмаш"
Priority date: 1982-05-07
Filing date: 1982-05-07
Publication date: 1983-07-30

Abstract

1. ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ, содержащий понижающий трансформатор и блок отрицательной обратной св зи по выходному току, состо щий из датчиков тока и напр жени , пропорционального и интегрирующего усилителей, и последовательно соединенные блок управлени силовым блоком и силовой блок, при этом силовой блок соединен входом с понижающим трансформатором, а выходом через датчик -тока с выходными клеммами источника, отличающийс тем, что, с целью повышени качества сварного соединени путем стабилизации среднего значени сварочного тока в блок отрицательной обратной св зи по выходному току введены блок суммировани , блок сравнени сварочного тока с заданным, блок сравнени напр жени дуги с заданным и переключатель, при этом первый вход последнего соединен с выходом блока сравнени сварочного тока с заданным и входом пропорционального усилител , выход которого через блок суммировани соединен с блоком управлени силовым блоком , второй вход блока суммировани соединен через интегрирующий усилитель с выходом переключател , второй вход переключател - с датчиком тока и входом блока сравнени сварочного тока с заданI ным, а третий вход переключател через блок сравнени напр жени дуги - с заданным датчиком напр жени . 2. Источник питани по п. 1, отличающийс тем, что посто нна времени интегрирующего усилител больще времени переходного процесса при возбуждении дуги и существенно меньще времени, необходимого дл однократной корректировки тока вручную. СО о: О) 41. POWER SUPPLY FOR ARC WELDING by a MELTING ELECTRODE, containing a step-down transformer and a negative feedback unit for output current, consisting of current and voltage sensors, proportional and integrating amplifiers, and a power unit and power unit connected in series, the power unit is connected by an input to a step-down transformer, and by an output through a sensor-current to the output terminals of the source, characterized in that, in order to improve the quality of the welded joint by stabilizing and the average value of the welding current in the negative feedback unit for the output current are introduced a summation unit, a welding current comparison unit with a given one, an arc voltage comparison unit with a given one, and a switch, the first input of the latter being connected to the output of the welding current comparison unit with a given and the input of the proportional amplifier, the output of which through the summation unit is connected to the control unit of the power unit, the second input of the summation unit is connected through the integrating amplifier to the output of the switch, Ora input switch - with the current sensor and the input of comparing a welding current block zadanI nym, and a third input of the switch unit through the comparison voltage arc - with a predetermined sensor voltage. 2. The power source according to claim 1, characterized in that the time constant of the integrating amplifier is longer than the transient time when the arc is excited and significantly less than the time required for a single manual adjustment of the current. WITH about: O) 4

Description

Изобретение относитс к сварочному производству, а именно к источникам питани дл дуговой сварки, и может быть использовано дл различных видов дуговой сварки плав щимс электродом в энергетическом и транспортном машиностроении, строительстве и ремонтных работах.The invention relates to welding production, namely to power sources for arc welding, and can be used for various types of arc welding with melting electrode in power and transport engineering, construction and repair work.

Известен источник питани дл дуговой сварки, содержащий понижающий трансформатор и устройство отрицательной обратной св зи, включающее силовой блок тиристоров, блок управлени силовым блоком , датчик тока, узел сравнени сварочного тока с задающим сигналом и операционный усилитель в цепи обратной св зи между узлом сравнени и блоком управлени тиристором 1.A power source for arc welding is known, comprising a step-down transformer and a negative feedback device, comprising a thyristor power unit, a power unit control unit, a current sensor, a welding current versus a driver signal, and an operational amplifier in the feedback circuit between the comparison unit and the unit thyristor control 1.

Недостаток известного источника питани состоит в наличии в нем одной Цепи отрицательной обратной св зи, в св зи с чем степень стабилизации тока ограничиваетс возникновением автоколебаний, а также снижением саморегулировани дуги через плавление электрода.A disadvantage of the known power source is the presence in it of one negative feedback circuit, and therefore the degree of current stabilization is limited by the occurrence of self-oscillations, as well as a decrease in self-regulation of the arc through the melting of the electrode.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вл етс источник питани , содержащий понижающий трансформатор , силовой блок и блок отрицательной обратной св зи с использованием пропорционального и интегрирующего усилителей , включенных между блоком управлени силовым блоком и узлом сравнени сварочного тока с задающим сигналом 2.The closest in technical essence to the present invention is a power supply comprising a step-down transformer, a power unit and a negative feedback unit using proportional and integrating amplifiers connected between the power unit control unit and the welding current comparison unit with the driving signal 2.

Недостатком такого источника вл ютс его низкие динамические и сварочные свойства , что обусловлено ограничением времени существовани переходной динамической характеристики в пределах посто нной времени интегрировани усилител . Поэтому при коротких замыкани х дугового промежутка в процессе капельного переноса электродного металла, длительность которых значительно больше посто нной времени интегрировани , интегрирующий усилитель ухудшает устойчивость процесса сварки и снижает быстродействие его восстановлени и, как следствие, снижаетс качество сварного соединени .The disadvantage of such a source is its low dynamic and welding properties, which is caused by the limitation of the time of existence of the transient dynamic characteristic within the constant integration time of the amplifier. Therefore, during short circuits of the arc gap in the process of drip transfer of electrode metal, the duration of which is much longer than the constant integration time, the integrating amplifier deteriorates the stability of the welding process and reduces the speed of its recovery and, as a result, the quality of the welded joint decreases.

Цель изобретени - повышение качества сварного соединени путем стабилизации среднего значени сварочного тока.The purpose of the invention is to improve the quality of the welded joint by stabilizing the average value of the welding current.

Поставленна цель достигаетс тем, что в источнике питани дл дуговой сварки плав щимс электродом, содержащем понижающий трансформатор и блок отрицательной обратной св зи по выходному току, состо щий из датчиков тока и напр жени пропорционального и интегрирующего усилителей , и последовательно соединенные блоки управлени силовым блоком и силовой блок, при этом силовой блок соединен входом с понижающим трансформатором, а выходом через датчик тока с выходными клеммами источника, в блок отрицательной обратной св зи по выходному току введеныThe goal is achieved by the fact that in a power source for arc welding with a melting electrode, containing a step-down transformer and a negative feedback unit for output current, consisting of current and voltage sensors proportional and integrating amplifiers, and series-connected power unit control units and the power unit, while the power unit is connected to the input with a step-down transformer, and the output through the current sensor to the output terminals of the source, to the negative feedback unit on the output side ku introduced

блок суммировани , блок сравнени сварочного тока с заданным, блок сравнени напр жени дуги с заданным и переключатель , при этом первый вход последнего соединен с выходом блока сравнени сварочного тока с заданным и входом пропорционального усилител , выход которого через блок суммировани соединен с блоком управлени силовым блоком, второй вход блока суммировани соединен через интегрирующий усилитель с выходом переключател второй вход переключател соединен с датчиком тока и входом блока сравнени сварочного тока с заданным, а третий вход переключател через блок сравнени напр жени дуги - с заданным датчиком напр жени .a summation unit, a welding current versus a given current comparison unit, an arc voltage versus a given voltage comparison unit and a switch, the first input of the latter being connected to the output of a welding current comparison unit with a given one and a proportional amplifier input, the output of which is connected to the power unit through the summation unit The second input of the summation unit is connected through an integrating amplifier with the switch output. The second input of the switch is connected to the current sensor and the input of the welding current comparison unit with the specified and the third input of the switch through the arc voltage comparison unit with the predetermined voltage sensor.

Кроме того, посто нна времени интегрирующего усилител выбрана больше времени переходного процесса при возбуждении дуги и существенно меньш,е времени, необходимого дл однократной корректировки тока вручную.In addition, the time constant of the integrating amplifier is chosen longer than the transient process when the arc is excited and significantly shorter than the time required for a one-time manual current adjustment.

На фиг. 1 показана блок-схема источника питани дл дуговой сварки; на фиг. 2 - вольтамперные характеристики источникаFIG. 1 shows a block diagram of a power source for arc welding; in fig. 2 - current-voltage characteristics of the source

5 питани и нагрузки (дуги); на фиг. 3 - схема реализации изобретени дл сварки переменным током; на фиг. 4 - то же, дл сварки посто нным током.5 power and load (arc); in fig. 3 shows an embodiment of the invention for alternating current welding; in fig. 4 - the same for DC welding.

Источник питани (фиг. 1) состоит из понижающего трансформатора 1 и устройства 2 отрицательной обратной св зи. Устройство 2 отрицательной обратной св зи включает в себ силовой блок 3 регулировани , блок 4 управлени , датчик 5 тока, пропорциональный 6 и интегрирующий 7 усилители, блок 8 сравнени сварочногоThe power supply (Fig. 1) consists of a step-down transformer 1 and a negative feedback device 2. Negative feedback device 2 includes a power control unit 3, a control unit 4, a current sensor 5 proportional to 6 and 7 integrating amplifiers, a welding unit 8 comparison

5 тока с заданным, блок 9 суммировани пропорционального и интегрирующего сигналов. На вход интегрирующего усилител 7 включен переключатель 10, управл емый сигнал от блока 11 сравнени напр жени дуги с заданным.5 current with a given, block 9 summation of the proportional and integrating signals. A switch 10 is connected to the input of the integrating amplifier 7, a controlled signal from the unit 11 comparing the arc voltage with the set voltage.

На фиг. 2 обозначено: 12 - динамическа характеристика источника при возбуждении дуги; 13 - рабочий участок внешней статистической характеристики источника; 14 - динамическа вольтамперна внешн FIG. 2 denotes: 12 - dynamic characteristic of the source when the arc is excited; 13 - the working area of the external statistical characteristics of the source; 14 - Dynamic Volt Amp

5 характеристика источника.5 characteristic of the source.

Устройство работает следующим образом. При возбуждении дуги коротким замыканием интегрирующий усилитель, имеющий посто нную времени, существенно большую времени возбуждени , воздействи на цепьThe device works as follows. When the arc is excited by a short circuit, the integrating amplifier, which has a time constant, a substantially longer excitation time, acts on the circuit

0 обратной св зи не оказывает. Поэтому возбуждение дуги происходит при уменьшении тока от величины 1, (точка 15 на фиг. 2) до точки 16 пересечени внешней характеристики 12 источника (при действии одной пропорциональной отрицательной обратной0 does not provide feedback. Therefore, the arc is excited when the current decreases from 1, (point 15 in Fig. 2) to the point 16 of the intersection of the external characteristic 12 of the source (under the action of one proportional negative inverse

5 св зи) и статистической вольтамперной характеристики 17 дуги.5 connection) and statistical current-voltage characteristics of 17 arc.

После возбуждени дуги, когда дуговое напр жение превышает величину уставкиAfter energizing the arc, when the arc voltage exceeds the setting value

Uo, сигнал рассогласовани посредством переключател 10 подключаетс к входу интегратора, на выходе которого по вл етс отрицательный сигнал обратной св зи, уменьша ток дуги до тех пор, пока он не достигнет величины уставки 1, а процесс перейдет , как показано на фиг. 2 стрелками, из точки 16 в рабочую точку 18 статистического состо ни .Uo, the error signal through the switch 10 is connected to the integrator input, the output of which produces a negative feedback signal, reducing the arc current until it reaches setpoint 1, and the process proceeds, as shown in FIG. 2 arrows, from point 16 to the working point 18 of the statistical state.

При дальнейшей работе источника кратковременные отклонени тока от величины 1о вызывают действие только пропорциональной обратной св зи и изменение параметров дуги по динамической вольтамперной характеристике 14.During further operation of the source, short-term deviations of the current from the value of 1 ° cause the action only of proportional feedback and a change in the parameters of the arc according to the dynamic current-voltage characteristic 14.

Длительные изменени длины и напр жени дуги оказывают воздействие по цепи отрицательной обратной св зи только через интегрирующий усилитель, благодар чему рабоча часть внешней статистической характеристики 13 (фиг. 2) имеет вид вертикальной пр мой, что обеспечивает стабилизацию среднего значени сварочного тока.Prolonged changes in the length and voltage of the arc affect the negative feedback circuit only through an integrating amplifier, so that the working part of the external statistical characteristic 13 (Fig. 2) has the form of a vertical straight line, which stabilizes the average value of the welding current.

При снижении напр жени (например, при коротком замыкании дугового промежутка ) до величины меньшей Ug, переключатель 10 отключает сигнал рассогласовани от входа усилител 7 и внешн характеристика источника формируетс за счет действи пропорционального усилител 6 при посто нном сигнале на выходе интегрируюш ,его усилител , накопленном до отключени его входа. Поэтому характеристика 13 (фиг. 2) имеет наклонный участок, крутизна наклона которого определ етс коэффициентом усилени пропорционального сигнала, т. е. усилител 6 вместе с коэффициентами передачи датчика 5, блока управлени 4 и силового блока 3. Наличие наклонного участка характеристики 13 устран ет «примерзание электрода при коротких замыкани х в процессе сварки и возбуждени дуги.When the voltage decreases (for example, when an arc gap is short-circuited) to a value less than Ug, switch 10 disconnects the error signal from the input of amplifier 7 and the external characteristic of the source is formed by the proportional amplifier 6 at a constant signal at the output of its integrated amplifier. before turning it off. Therefore, characteristic 13 (Fig. 2) has an inclined section, the slope of which is determined by the gain of the proportional signal, i.e. amplifier 6, together with the transmitting coefficients of sensor 5, control unit 4 and power unit 3. The presence of an inclined section of characteristic 13 eliminates Freezing of the electrode during short circuits during welding and excitation of the arc.

При снижении дугового напр жени до нул (длительное короткое замыкание); под воздействием сигнала UQ включаетс второй канал переключател 10, сЬедин юш,ий вход интегратора непосредственно с выходом датчика тока, благодар чему ток короткого замыкани плавно уменьшаетс до нул или до минимального токаисточника, определ емого предельной величиной закрыти силового блока. В результате формируетс переходна характеристика 19 (фиг. 2), благодар которой врем существовани тока короткого замыкани ограничиваетс , что повышает надежность и экономичность оборудовани .By reducing the arc voltage to zero (long short circuit); Under the influence of the signal UQ, the second channel of the switch 10, the merged input, and the integrator's input directly with the output of the current sensor are turned on, whereby the short-circuit current smoothly decreases to zero or to the minimum source current determined by the closing limit of the power unit. As a result, a transient response 19 (Fig. 2) is formed, due to which the time of existence of the short circuit current is limited, which increases the reliability and efficiency of the equipment.

Дл обеспечени высоких сварочных и динамических свойств источника питани посто нную времени интегрируюш,его уснлител нужно выбрать большей, чем врем переходного процесса при возбуждении дуги.To ensure high welding and dynamic properties of the power source, the time constant is integrated, its accelerator must be chosen longer than the transition time when the arc is excited.

а чтобы корректировка тока осуш,ествл лась оперативнее по сравнению с ручной корректировкой , посто нна времени интегрируюш ,его усилител должна быть значительно меньше времени, необходимого оператору дл однократной корректировки тока вручную . Следовательно, в предлагаемом источнике должно соблюдатьс условиеand in order for the current adjustment to be more efficient compared to manual adjustment, the time constant is integrated, its amplifier must be significantly less than the time needed for the operator to manually adjust the current once. Therefore, in the proposed source must comply with the condition

ТД«ТИ ТР, гдеТд - врем переходного процесса приTD "TI TR, whereTd - the transition time at

возбуждении дуги, с; Ти - посто нна времени интегрируюшегО усилител , с;initiation of the arc, with; Ti is the time constant of the integrated amplifier, s;

Тр - врем , необходимое оператору дл Tr - the time required for the operator for

однократной ручной корректировкиone-time manual adjustment

5тока при использовании источника5 current when using source

без интегральной коррекции, с. Предлагаемый источник питани может быть использован дл сварки как на переменном , так и посто нном токе. without integral correction, p. The proposed power source can be used for welding with both alternating and direct current.

В схеме источника дл сварки на переменном токе (фиг. 3) в качестве силового блока 3 использован дроссель насыщени , в качестве датчика 5 тока - трансформатор тока с выпр мительным мостом, интегрируюш ,ий усилитель 7 реализован на операционном усилителе, а в качестве переключател 10 использованы два типовых прерывател на микросхемах К124КТ1. Здесь Tj;, RC - посто нна времени интегратора;In the source circuit for welding with alternating current (Fig. 3), a saturation inductor was used as a power unit 3, a current transformer with a rectifying bridge, an integrated amplifier 7 implemented on an operational amplifier, and a switch 10 as a current sensor 5. Two typical circuit breakers on K124KT1 microcircuits were used. Here Tj ;, RC is the integrator time constant;

Е,- источник питани потенциоQметра , создающий эталонэталонный сигнал 2 - источник питани потенциометра , создающий эталонный сигнал UQ.E, is the power source of the potentiometer, which creates the reference signal 2; the power source of the potentiometer, which creates the reference signal UQ.

В схеме источника дл сварки на по5 сто нном токе (фиг. 4) в качестве силового блока 3 использован выпр мительный тиристорный блок, в качестве датчика 5 тока -магнитный усилитель в режиме трансформировани посто нного тока, а в качестве блока 4 управлени - блок формировани 0 управл ющих импульсов.In the source circuit for welding at constant current (Fig. 4), a rectifying thyristor unit was used as a power unit 3, a magnetic amplifier in a mode of direct current transformation was used as a current sensor 5, and a forming unit was used as a control unit 4 0 control pulses.

Здесь EJ - источник питани вторичной цепи магнитного усилител .Here, EJ is the power source of the secondary circuit of the magnetic amplifier.

Технические преимущества предлагаемого по сравнению с известными источниками питани состо т в повышении качества сварки за счет улучшени саморегулировани дуги плавлением электрода при стабилизации среднего значени сварочного тока, за счет повышени точности задани и поддержани сварочного тока при снижении Q требований к квалификации сварщика, осуществл ющего настройку режима сварки, устранени возможности «примерзани электрода при коротких замыкани х. Одновременно с указанными преимуществами устран етс необходимость применени специальных устройств стабилизации напр жени питающей сети. При этом требовани к качеству электроэнергии понижаютс , а , надежность оборудовани возрастает.The technical advantages of the proposed in comparison with the known power sources are to improve the quality of welding by improving the arc self-regulation by melting the electrode while stabilizing the average value of the welding current, by increasing the accuracy of setting and maintaining the welding current while lowering the Q requirements for the qualification of the welder performing the tuning welding, eliminating the possibility of electrode freezing during short circuits. At the same time with these advantages, the need to use special devices for voltage supply voltage stabilization is eliminated. At the same time, the requirements for the quality of electricity decrease, and, the reliability of the equipment increases.

22

эгeg

ьs

1-1 81-1 8

ГR

WW

1one

////

и,and,

fput.3fput.3

/ и/ and

Claims

1. A power source for an arc welding by a floating electrode, comprising a step-down transformer and a negative output current feedback unit, consisting of current and voltage sensors, proportional and integrating amplifiers, and series-connected power unit control unit and power unit, while the power unit is connected an input with a step-down transformer, and an output through a current sensor with output terminals of the source, characterized in that, in order to improve the quality of the welded joint by stabilizing the medium the values of the welding current in the block of negative feedback on the output current, a summing unit, a unit for comparing the welding current with the set one, a unit for comparing the arc voltage with the set one and a switch are introduced, while the first input of the latter is connected to the output of the unit for comparing the welding current with the set and the input of the proportional amplifier , the output of which through the summing unit is connected to the control unit of the power unit, the second input of the summing unit is connected through an integrating amplifier with the output of the switch, the second input is not the switch - with a current sensor and the input of the unit for comparing the welding current with the specified one, and the third input of the switch through the unit for comparing the arc voltage - with the specified voltage sensor.

2. Power supply according to π. 1, characterized in that the time constant of the integrating amplifier is longer than the transition time during arc excitation and significantly less than the time required for a single correction of the current manually.