Стабилизация сварочного тока контактных точечных машин при колебаниях напряжения питающей сети
Рассмотрены подходы к созданию разомкнутых систем стабилизации сварочного тока контактных точечных машин при колебаниях напряжения питающей сети. Описан микроконтроллерный регулятор контактной сварки, обеспечивающий автоматическое определение начального угла между полнофазным током и напряжением маш...
Gespeichert in:
| Datum: | 2017 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2017
|
| Schriftenreihe: | Автоматическая сварка |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/148573 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Стабилизация сварочного тока контактных точечных машин при колебаниях напряжения питающей сети / Ю.Н. Ланкин, В.Ф. Семикин, Е.Н. Байштрук // Автоматическая сварка. — 2017. — № 5-6 (764). — С. 40-42. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-148573 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1485732019-02-19T01:26:03Z Стабилизация сварочного тока контактных точечных машин при колебаниях напряжения питающей сети Ланкин, Ю.Н. Семикин, В.Ф. Байштрук, Е.Н. Пленарные доклады международной конференции «Роботизация и автоматизация сварочных процессов» 12–14 июня 2017 г., Киев, Украина Рассмотрены подходы к созданию разомкнутых систем стабилизации сварочного тока контактных точечных машин при колебаниях напряжения питающей сети. Описан микроконтроллерный регулятор контактной сварки, обеспечивающий автоматическое определение начального угла между полнофазным током и напряжением машины, а также стабилизацию сварочного тока при колебаниях напряжения сети. Система определения угла и стабилизации тока выполнена в виде конечного автомата с цифровой моделью объекта управления, представленной в табличной форме. Это позволило использовать для регулятора простой восьмибитовый микроконтроллер широкого применения. Розглянуто підходи до створення розімкнутих систем стабілізації зварювального струму контактних точкових машин при коливанні напруги мережі живлення. Описано мікроконтроллерний регулятор контактного зварювання, що забезпечує автоматичне визначення початкового кута між полнофазним струмом і напругою машини, а також стабілізацію зварювального струму при коливаннях напруги мережі. Система визначення кута і стабілізації струму виконана у вигляді кінцевого автомата з цифровою моделлю об’єкта управління, представленої в табличній формі. Це дозволило використовувати для регулятора простий восьмибітовий мікроконтролер широкого застосування. The paper deals with the approaches to development of open-loop systems of welding current stabilization in resistance spot welding machines at mains voltage fluctuations. A microcontroller regulator of resistance welding is described, which provides automatic determination of the initial angle between full-phase current and voltage of the machine, as well as welding current stabilization at mains voltage fluctuations. System of angle determination and current stabilization is implemented as finite state machine with digital model of the object of control, presented in the tabulated form. This enabled application of a simple general purpose eight-bit microcontroller for the regulator. 2017 Article Стабилизация сварочного тока контактных точечных машин при колебаниях напряжения питающей сети / Ю.Н. Ланкин, В.Ф. Семикин, Е.Н. Байштрук // Автоматическая сварка. — 2017. — № 5-6 (764). — С. 40-42. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0005-111X DOI: https://doi.org/10.15407/as2017.06.06 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/148573 621.791.76.03-52 ru Автоматическая сварка Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Пленарные доклады международной конференции «Роботизация и автоматизация сварочных процессов» 12–14 июня 2017 г., Киев, Украина Пленарные доклады международной конференции «Роботизация и автоматизация сварочных процессов» 12–14 июня 2017 г., Киев, Украина |
| spellingShingle |
Пленарные доклады международной конференции «Роботизация и автоматизация сварочных процессов» 12–14 июня 2017 г., Киев, Украина Пленарные доклады международной конференции «Роботизация и автоматизация сварочных процессов» 12–14 июня 2017 г., Киев, Украина Ланкин, Ю.Н. Семикин, В.Ф. Байштрук, Е.Н. Стабилизация сварочного тока контактных точечных машин при колебаниях напряжения питающей сети Автоматическая сварка |
| description |
Рассмотрены подходы к созданию разомкнутых систем стабилизации сварочного тока контактных точечных машин при колебаниях напряжения питающей сети. Описан микроконтроллерный регулятор контактной сварки, обеспечивающий автоматическое определение начального угла между полнофазным током и напряжением машины, а также стабилизацию сварочного тока при колебаниях напряжения сети. Система определения угла и стабилизации тока выполнена в виде конечного автомата с цифровой моделью объекта управления, представленной в табличной форме. Это позволило использовать для регулятора простой восьмибитовый микроконтроллер широкого применения. |
| format |
Article |
| author |
Ланкин, Ю.Н. Семикин, В.Ф. Байштрук, Е.Н. |
| author_facet |
Ланкин, Ю.Н. Семикин, В.Ф. Байштрук, Е.Н. |
| author_sort |
Ланкин, Ю.Н. |
| title |
Стабилизация сварочного тока контактных точечных машин при колебаниях напряжения питающей сети |
| title_short |
Стабилизация сварочного тока контактных точечных машин при колебаниях напряжения питающей сети |
| title_full |
Стабилизация сварочного тока контактных точечных машин при колебаниях напряжения питающей сети |
| title_fullStr |
Стабилизация сварочного тока контактных точечных машин при колебаниях напряжения питающей сети |
| title_full_unstemmed |
Стабилизация сварочного тока контактных точечных машин при колебаниях напряжения питающей сети |
| title_sort |
стабилизация сварочного тока контактных точечных машин при колебаниях напряжения питающей сети |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2017 |
| topic_facet |
Пленарные доклады международной конференции «Роботизация и автоматизация сварочных процессов» 12–14 июня 2017 г., Киев, Украина |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/148573 |
| citation_txt |
Стабилизация сварочного тока контактных точечных машин при колебаниях напряжения питающей сети / Ю.Н. Ланкин, В.Ф. Семикин, Е.Н. Байштрук // Автоматическая сварка. — 2017. — № 5-6 (764). — С. 40-42. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| series |
Автоматическая сварка |
| work_keys_str_mv |
AT lankinûn stabilizaciâsvaročnogotokakontaktnyhtočečnyhmašinprikolebaniâhnaprâženiâpitaûŝejseti AT semikinvf stabilizaciâsvaročnogotokakontaktnyhtočečnyhmašinprikolebaniâhnaprâženiâpitaûŝejseti AT bajštruken stabilizaciâsvaročnogotokakontaktnyhtočečnyhmašinprikolebaniâhnaprâženiâpitaûŝejseti |
| first_indexed |
2025-07-12T18:56:44Z |
| last_indexed |
2025-07-12T18:56:44Z |
| _version_ |
1837468600643878912 |
| fulltext |
Роботизация и автоматизация
- АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА -
Удк 621.791.76.03-52
стаБиЛизация сварочного тока контактных
точечных маШин при коЛеБаниях
напряжения питаЮЩей сети
Ю. Н. ЛАНКИН, В. Ф. СЕМИКИН, Е. Н. БАЙШТРУК
иЭс им. е. о. патона нан Украины. 03680, г. киев-150, ул. казимира малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
рассмотрены подходы к созданию разомкнутых систем стабилизации сварочного тока контактных точечных машин при
колебаниях напряжения питающей сети. описан микроконтроллерный регулятор контактной сварки, обеспечивающий
автоматическое определение начального угла между полнофазным током и напряжением машины, а также стабилиза-
цию сварочного тока при колебаниях напряжения сети. система определения угла и стабилизации тока выполнена в
виде конечного автомата с цифровой моделью объекта управления, представленной в табличной форме. Это позволило
использовать для регулятора простой восьмибитовый микроконтроллер широкого применения. Библиогр. 7, рис. 1.
К л ю ч е в ы е с л о в а : стабилизация, сварочный ток, напряжение сети, контактная сварка
в производственных условиях на процесс контакт-
ной точечной сварки действуют многочисленные
возмущения, приводящие к появлению дефектных
соединений. основными возмущающими воздей-
ствиями являются:
– колебания напряжения питающей сети;
– увеличение контактной поверхности электро-
дов при их износе в процессе эксплуатации;
– увеличение полного сопротивления свароч-
ного контура машины вследствие внесения в него
значительных ферромагнитных масс при сварке
деталей больших габаритов;
– шунтирование сварочного тока и приложен-
ного к электродам усилия через ранее сваренные
точки, расположенные в непосредственной близо-
сти от места сварки.
Более или менее значительные колебания напря-
жения питающей сети реально всегда имеют место
при выполнении контактной сварки и поэтому в
первую очередь требуется устранение их влияния на
качество сварного соединения. регулируемой пере-
менной при контактной сварке обычно является дей-
ствующее значение сварочного тока и гораздо реже
напряжение между электродами или мощность, вы-
деляющаяся в свариваемой точке.
для исключения влияния внешних возмущаю-
щих воздействий используются разомкнутые си-
стемы автоматического управления (саУ) с ре-
гулированием по возмущению, либо с замкнутой
отрицательной обратной связью по регулируемой
переменной, либо комбинированные. для кон-
тактной сварки исторически первыми стали раз-
рабатываться разомкнутые саУ с управлением по
возмущению, стабилизирующие сварочный ток
только при колебаниях напряжения сети, а затем
саУ с отрицательной обратной связью, стаби-
лизирующие сварочный ток независимо от вида
возмущений.
разомкнутые саУ проще и надежнее замкнутых.
поэтому они нашли преимущественное распростра-
нение. Уже ранние, еще игнитронные, прерыватели
сварочного тока типа пит и пиШ (з-д Электрик,
г. Ленинград) со схемами управления на электрон-
ных лампах обеспечивали автоматическую стабили-
зацию напряжения сварочного трансформатора при
колебаниях напряжения сети. схема стабилизации
была довольно сложна и требовалась тщательная
наладка при изменениях cos φ контактной машины.
наличие фильтра в цепи управляющего напряжения
приводило к некоторой инерционности стабилиза-
тора, вследствие чего при жестких режимах свар-
ки кратковременные колебания сети не могли быть
скомпенсированы.
первые транзисторные схемы управления то-
ком контактных машин, разработанные в иЭс им.
е. о. патона ан Усср в 60-х годах, обеспечивали
практически безынерционную стабилизацию тока
при колебаниях напряжения сети [1], стабилиза-
цию среднего значения напряжения на сварочном
трансформаторе при колебаниях напряжения сети
и cos φ машины [2]. тогда же сотрудниками ин-
ститута кибернетики ан Усср (в. н. никулин,
в. и. скурихин) совместно с иЭс была разрабо-
тана полностью цифровая система программного
управления мощностью, выделяемой в зоне свар-
ки, с регулированием по возмущениям — колеба-
ниям напряжения сети, активного и реактивного
сопротивления сварочного контура машины [3,
4]. впервые были разработаны общие принципы
построения таких устройств, решен ряд вопросов
построения цифровых управляющих, измеритель-
ных и преобразующих устройств для аппаратуры
управления контактными сварочными машинами.
© Ю. н. Ланкин, в. Ф. семикин, е. н. Байштрук, 2017
Роботизация и автоматизация
41 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА -
система была построена в виде автомата с конеч-
ным числом внутренних состояний. все состояния
представлены в виде таблиц, содержащих матрицу
обратной модели объекта и измерительно-вычисли-
тельную матрицу, из которых считывается величина
угла включения силовых вентилей контактора для
каждого периода напряжения сети в зависимости от
заданного значения мощности, напряжения сети и
сопротивления нагрузки. Эта система на десятки лет
опередила свое время. только после появления ми-
кроконтроллеров были разработаны цифровые си-
стемы управления контактной сваркой, как правило,
функционально уступающие ей.
все современные микроконтроллерные ре-
гуляторы контактной сварки снабжены функци-
ей «параметрической» стабилизации сварочного
тока при колебаниях напряжения сети. заявляет-
ся изменение действующего значения тока не бо-
лее ± 3 % при колебаниях напряжения сети от 0,9
до 1,05 номинального значения. для обеспечения
точности стабилизации в некоторых регуляторах,
например, ркс-601, ркс-14, ркс-22, необходи-
мо вручную ввести значение коэффициента мощ-
ности машины cos φ. в большинстве же регуля-
торов, например, ркм-511, ркм-812, ркм-1501,
ркс-502, ркс-801(к155), ркс-807, ркс-901,
осуществляется автоматическая настройка на ко-
эффициент мощности. в наиболее совершенных
регуляторах ркм-802, ркм-804, ркм-805, ркм-
806, ксУ кс 02 реализуется комбинированный
принцип регулирования. они содержат одновре-
менно замкнутый контур регулирования по от-
клонению сварочного тока от заданного значения
и разомкнутый — по внешнему возмущению (на-
пряжению питающей сети).
по-видимому, наиболее популярный алгоритм
стабилизации тока при колебаниях напряжения
сети для микропроцессорных регуляторов контакт-
ной сварки разработан специалистами внииЭсо
[5]. согласно ему стабилизация тока производится
в каждом полупериоде, начиная со второго, путем
установления угла включения тиристоров α в соот-
ветствии с выражением α = IU/b1 – b0/b1, где I — за-
данное значение тока, отнесенное к току полнофаз-
ного включения при номинальном напряжении сети;
U — измеренное напряжение сети, отнесенное к но-
минальному напряжению; b0, b1 — параметры регу-
лировочной характеристики, представленные поли-
номами второй степени от коэффициента мощности
полнофазного включения сварочной цепи. необхо-
димое для расчета b0 и b1 значение cos φ автоматиче-
ски определяется в первом полупериоде по измерен-
ному значению угла проводимости λ при некотором
угле α0, заведомо меньшем φ, из выражения cos φ =
C0(α0) + C1(α0)λ, где C0(α0) — полином второй степе-
ни α0, C1(α0) — полином третьей степени α0 [6].
автоматическое определение cos φ, исполь-
зуемого для стабилизации тока при колебаниях
напряжения сети, еще более необходимо для ав-
томатического ограничения минимального угла
включения тиристоров во всех без исключе-
ния регуляторах контактной сварки. дело в том,
что если установить угол включения тиристоров
меньше угла φ, то сварочный контактор будет про-
водить ток полуволны только одной полярности и
сварочный трансформатор перейдет в аварийный
режим работы с подмагничиванием постоянным
током. для выполнения условия α > φ удобнее из-
мерять не cos φ, а φ [7]. там для φ используется
выражение φ = a0 + a1λ + a2α + a3α2, где a1, a2,
a3 — постоянные коэффициенты.
в описанных выше и в большинстве других
цифровых регуляторах тока при колебаниях на-
пряжения сети используются довольно громозд-
кие аналитические модели объекта управления,
требующие математических вычислений с плава-
ющей запятой в реальном масштабе времени. они
предъявляют неоправданно высокие требования
к мощности микроконтроллеров регуляторов. по
нашему мнению, наиболее целесообразно исполь-
зовать цифровые автоматы с конечным числом
внутренних состояний, представленных в таблич-
ной форме. такие автоматы не требуют математи-
ческих вычислений по сложным формулам, что
позволяет использовать для их реализации самые
простые и дешевые микроконтроллеры.
макет регулятора контактной сварки реали-
зован на простом восьмиразрядном микрокон-
троллере PIC16F886. регулятор обеспечивает ре-
гулирование длительности стандартного набора
позиций сварочного цикла: сжатие, проковка,
ток-импульс, пауза от 1 до 99 в периодах сети, а
также задание тока сварки Iзад в диапазоне 25…90
% от полнофазного тока.
система стабилизации тока при изменении на-
пряжения сети построена по схеме конечного авто-
мата табличного типа. Угол φ сдвига полнофазно-
го тока относительно напряжения, приложенного к
контактной машине, определяется при пропускании
тока в первом периоде сварочного импульса. для
этого устанавливается фиксированный угол включе-
ния тиристоров α0 = 0,7π, достаточно большой, что-
бы соответствующий ток был заведомо меньше за-
данного сварочного. по измеренным λ из таблицы
φ-λ для α0 определяется значение φ.
в памяти микроконтроллера регулятора для
различных значений φ, для которых cos φ находят-
ся в диапазоне 0,2...0,8, заложено 7 таблиц зави-
симости Iном от α, при номинальном напряжении
сети Uном. из этих таблиц можно выбирать α для
получения заданного значения сварочного тока.
однако при напряжении сети Uc ≠ Uном необхо-
Роботизация и автоматизация
42 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА -
димо использовать другую таблицу, рассчитывае-
мую по выражению Iс(α) = Iном(α)Uc/Uном. с целью
сокращения используемой памяти микроконтрол-
лера рассчитывается лишь минимально необходи-
мая часть этой таблицы для α, изменяющихся че-
рез Δα = π/200 от α1, для которого Iном(α1) = Iзад, до
α2, для которого Iс(α2) = Iзад. поскольку при этом
используются быстрые операции программно-
го умножения однобайтовых чисел и побитовыех
сдвигов вычисления даже на маломощных микро-
контроллерах занимают достаточно мало време-
ни. таким образом, угол включения тиристоров,
необходимый для получения заданного тока при
номинальном напряжении сети, корректируется в
соответствии с колебаниями напряжения сети, что
обеспечивает стабилизацию тока.
на рисунке приведены экспериментальные
статические характеристики регулятора при из-
менении напряжения сети для различных значе-
ний заданного тока и коэффициентов мощности
нагрузки. здесь же пунктиром показаны зависи-
мости Ic = f(Uc) при отсутствии стабилизации. из
этого рисунка следует, что при колебаниях напря-
жения сети от 320 до 420 в действующее значение
тока изменяется не более, чем на ±2% от заданно-
го. Лишь для тока, заданного на уровне 80 % от
полнофазного, стабилизация тока ограничена ми-
нимальным напряжением сети 325 в для φ = 0,2π
и 334 в для φ = 0,35π. Это связано с тем, что для
надежности минимальный угол α был программно
ограничен значением φ – π /18.
Список литературы
1. Ланкин Ю. н. (1961) схема управления игнитронным
прерывателем с автоматической стабилизацией тока. Ав-
томатическая сварка, 4, 25–27.
2. Ланкин Ю. н., масалов Ю. а. (1972) Схема управления
вентильным прерывателем. ссср, а. с. 349523, мпк в
23к 11/24. № 1421859.
3. никулин в. н. (1963) системы программного управле-
ния с автокоррекцией, построенные на базе цифровой
техники. Автоматическая сварка, 5, 28–33.
4. никулин в. н. (1967) Разработка и исследование систе-
мы программного управления с автокорррекцией для
автоматизации процесса точечной контактной элек-
тосварки: автореф. дис. ... канд. техн. наук, киев, иЭс.
5. аксельрод Ф. а., ибрагимов У. У., иоффе Ю. е. и др.
(1987) Способ стабилизации сварочного тока при кон-
тактной сварке с тиристорным управлением. ссср,
а. с. 1355409, мпк в 23 к 11/24. № 4038170/24-27.
6. аксельрод Ф. а., ибрагимов У. У., иоффе Ю. е. и др.
(1987) Способ определения коэффициента мощности
полнофазного включения тока при контактной точеч-
ной сварке однофазным током. ссср, а. с. 1281358,
мпк в 23 к 11/24. № 3877475/25-27.
7. подола н. в., руденко п. м., гавриш в. с. и др. (1986)
Способ измерения коэффициента мощности однофаз-
ной контактной сварочной машины. ссср, а. с. 1310149
мпк B 23 K 11/24. № 4006698/31-27.
Ю. м. Ланкін, в. Ф. семикин, Є. м. Байштрук
Іез ім. Є. о. патона нан України.
03680, м. київ-150, вул. казимира малевича, 11.
E-mail: office@paton.kiev.ua
стаБІЛІзацІя зварЮваЛЬного стрУмУ
контактних точкових маШин
при коЛиваннях напрУги мережІ живЛення
розглянуто підходи до створення розімкнутих систем стабілі-
зації зварювального струму контактних точкових машин при
коливанні напруги мережі живлення. описано мікроконтро-
ллерний регулятор контактного зварювання, що забезпечує
автоматичне визначення початкового кута між полнофазним
струмом і напругою машини, а також стабілізацію зварюваль-
ного струму при коливаннях напруги мережі. система визна-
чення кута і стабілізації струму виконана у вигляді кінцевого
автомата з цифровою моделлю об’єкта управління, представ-
леної в табличній формі. це дозволило використовувати для
регулятора простий восьмибітовий мікроконтролер широкого
застосування. Бібліогр. 7, рис. 1.
Ключові слова: стабілізація, зварювальний струм, напруга ме-
режі, контактне зварювання
поступила в редакцию 26.04.2017
статические характеристики Iс = f(Uc) при изменении напряжения сети: а — φ = 0,2π; б — φ = 0,35π
|