автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Повышение стабильности процесса сварки под флюсы на основе оптимизации динамических характеристик тиристорных источников питания

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ. ОБРАЗОВАННО

МОСКОВСКИЙ АВГОМОБЙЛЕСГРОИГЕЛЬНЫЙ ИНСГИТУТ (ВТУЗ-Ж)

На правах рукописи

Экз. _

УДК 621.791.75.042

ФРОЛОВ Виктор Алексеевич

ПОВЫШЕНИЕ СТАБИЛЬНОСТИ ПРОЦЕССА СВАРКИ ПОД ЙЛЮСОМ НА ОСНОВЕ ОПШШАЦИИ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКГЕРИСШК ТИРИСТОРНЫХ УТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ

Специальность 05.03.06 - "Технология и машины сварочного производства"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1993

Работа выполнена на кафедре "Гибкие автоматизированные системы с&арочного производства" Волгодонского филиала НПИ.

. Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

Чернов A.B.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ямпольский В.М.

кандидат технических наук, доцент Соколов О.И.

Ведущее предприятие - Всесоюзный научно-исследовательский институт монтажного и специального строительства

Защита состоится " М " <ре¿/-Ю-аЯ 1994 г. в /¿¿¿'часов на заседании специализированного Совета К064.02.03 "Технология и оборудование в машиностроении" Московского автомобилестроительного института (В'ГУЗ-ЗиЛ) по адресу: Москва Ж-68, Автозаводская улица, дом Jp 16, зал заседаний ученого совета.

Ваш отзывы в двух экземплярах, заверенные'печатью, просим высылать по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ИАСИ (ВГУЗ-ЗиД).

Автореферат разослан " IÜ " О/ 1994 г.

Ученый секретарь специализированного Совета

к.т.н., доцент ^"t - ' С.И. Богомолов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ '

Актуальность работы. Повышение качества и эффективности выпускаемой продукции является важной народнохозяйственной задачей. Она может быть успешно решена путем совершенствования технологии производства, одним из основных процессов которого является сварка. Важное место в области сварки занимает автоматическая сварка под флюсом.

При постоянной скорости подачи электродной проволоки источник питания по сути я&ляется единственным регулятором для оперативной подстройки технологических режимов в процессе сварки. Применение источников питания, обеспечивающих автоматическое управление и стабилизацию процесса сварки, повышает производительность труда, качество сварных изделий, эффективность использования электроэнергии и улучшает условия труда.

В настоящее время основным типом источников питания, применяемых в сварочном производстве, являются тиристорные источники постоянного тока, формирование вольтамперных характеристик в которых осуществляется с помощью обратных связей.

Главным критерием оценки технологических свойств существующих источников питания являются внешние характеристики, что для электронных источников питания необходимое, но недостаточное условие.

Тиристорные источники питания относятся к классу импульсных систем, и им присущи определенные особенности работы. Способ формирования внешних характеристик с помощью обратных связей вызывает необходимость предъявлять особые требования к динамическим характеристикам.

Цель работы. Целью работы является повышение стабильности процесса сварки под флюсом.

Методы исследования. .В работе использовались методы теории автоматического регулирования, графоаналитические методы расчета осциллограмм, совместный анализ осциллограмм тока, напряжения и сигналов акустической эмиссии, исследование математических моделей на ЦВМ, методы статистической обработки данных, осциллогряфи-рование и фотосъемка.

Научная новизна.

I. Показано, что рассмотрение тиристорного источника питания

не только как непрорывного объекта, но и как импульсной системы, позволяет учесть значимость таких факторов, как неравномерность углов открытия тиристоров, интегральные тепловые характеристики, что повышает энергетическую стабильность процесса сварки, качество формирования сварного шва.

2. Установлено, что тиристорный источник питания, переходный процесс которого имеет перерегулирование, обладает более высоким приращением тепяовложения в систему электрод - дуга - вьнна при действии систематических коротких замыканий, в результате интенсификации процессов саморегулирования и переноса электродного металла, что в конечном счете улучшает его сварочно- технологические свойства.

3. Разработана математическая модель тиристорного источника питания в виде структурной схемы, учитывающая не только силовуп часть схемы, а также характеристики управляемого тиристорного выпрямителя, канала обратной связи и корректирующих звеньев, позволяющая значительно упростить схему управления, повысить стабильность процесса сварки и надежность работы тиристорного источника питания.

Практическая ценность. Теоретические и расчетные положения были использованы при разработке новых типов источников питания, проверки и диагностирования источников питания, находящихся в эксплуатации.

Алробация работы. Основные.положения работы доложены на научно-технических семинарах кафедр ."Оборудование и. технология сварочного производства" МАСИ (1992 г.), "Гибкие автоматизированные системы сварочного производства" Волгодонского филиала ШЙ (1991 г.), научно-технической конференции стран СНГ "Производство и надежность сварных конструкций", Москва (1993 г.), международной научно-технической конференции "Современные проблемы сварочной науки и техники", Ростов-на-Дону (1993 г.).

По теш диссертации опубликовано 3 статьи, I отчет, получено одно авторское свидетельство.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов по работе, списка использованной литературы из 89 наименований и приложения. Работа изложена на ПО страницах машинописного текста, содержит 67 рисунков, 4 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен сравнительный анализ влияния характеристик источника питания на стабильность процесса сварки, выявлены пути повышения стабильности процесса сварки.

Для сварки ответственных конструкций под флюсом используются источники питания постоянного тока. Функциями источника питания являются снижение напряжения питающей сети и обеспечение стабильности процесса сварки. Под термином устойчивость, стабильность процесса сварки под флюсом понимают постоянство во времени основных электрических параметров напряжения и тока, обеспечивающих получение качественно сформированного сварного шва с достаточно гладкой поверхностью и практически неизменными по всей длине основными параметрами глубиной провара, шириной и высотой валика.

Процесс сварки дугой с плавящимся электродом характеризуется динамической нагрузкой источника питания, ражим работы которого может изменяться в промежутки времени, измеряемые долями секунды, поэтому важное значение для оценки сварочно-технологи-ческих свойств играют динамические характеристики источников питания. В настоящее время динамические свойства сварочных источников питания определяются по скорости нарастания тока в момент короткого замыкания и по скорости восстановления напряжения после короткого замыкания.

При анализе работы источника питания в сварочном контуре традиционно передаточная функция источника питания описывается в виде:

где Кпс— коэффициент питающей системы, характеризует влияние вольтамперной характеристики источника питания на величину отклонения дуги, обусловленную отклонением напряжения дуги;

Тле - постоянная времени питающей системы, характеризует инерционность изменения тока источника питания при мгновенном изменении напряжения дуги, обусловленную .

(I)

Т/Р* + Т,Р1-1

(2)

)

природой электромагнитных процессов, происходящих в сварочной трансформаторе или выпрямителе; Тч£ • 7/ , £ - постоянные времени цепи возбуждения и якорной цепи сварочного генератора. Передаточная функция сварочного выпрямителя выведена на ос; эве учета только силовых .элементов сварочного контура. В современных тиристор-ных источниках питания внешняя характеристика формируется с помощью обратных связей по току и напряжению, поэтому динамические свойства в значительной мере определяются характеристиками*электронного блока управления. Современные тиристорные источники питания относятся к классу импульсньэс систем, и им присущи определенные особенности работы, которые требуют исследований.

Источник питания-электрод-дуга-ванна образуют замкнутую динамическую систему. Ошибки регулирования системы, вызванные действием возмущений, приводят к нарушению стабильности процесса сварки. В процессе сварки под флюсом затруднено визуальное наблюдение за ходом процесса, поэтому представляет большой интерес для выявления физики процессов наряду с сигналами тока и напряжения использовать другие методы контроля хода процесса, таким методом является акустическая эмиссия. Для повышения стабильности процесса сварки, в результате повышения точности системы управления источника питания необходимо использовать оптимальное управление в замкнутой динамическом контуре.

■ На основании изложенного определены следующие задачи работы:

1. Разработка методики и оборудования для исследования динамических свойств источников питания.

2. Разработка математической модели тириеторного источника питания.

3. Оптимизация схемы управления универсального тириеторного источника питания при использовании полокительной обратной связи по напряжений.

4. Идентификация сигналов возмущений, действующих в сварочном контуре.

5. Определение количественных характеристик влияния точности схемы управления на. качество сварки.

6. Разработка функционала оптимального управления.

Вторая глава посвящена анализу взаимосвязи статических и динамических характеристик, разработке математической модели тириеторного источника питания.

В реальной сварочной цепи дуга и источник питания образуют взаимосвязанную систему, работающую в статическом и динамическом режимах. До настоящего времени статические и динамические характеристики источникоз питания рассматривались отдельно, причем наиболее исследованными были статические характеристики. Для исследования динамических свойств источников питания было разработано и изготовлено устройство. Работа устройства заключается в подключении нагрузки с помощью тиристорного ключа к выходу источника питания. Переходный процесс по току и напряжению наблюдается с помощью тлейфового осциллографа или информационно-регистрирующей системы на базе микро-ЭВМ. "Электроника К1-20". В результате теоретических и экспериментальных исследований наДцено влияние вида'статических вольтамперных характеристик на динамические свойства простейших источников питания, которое определяется наклоном вольтамперной характеристики и индуктивностью сварочной цепи.'

Для анализа взаимосвязи статических и динамических характеристик, синтеза, желаемых динамических свойств была разработана математическая модель источника питания постоянного и переменного тока с косинусным и линейным принципом управления. Математическая модель представлена в виде структурной схемы, учитывающая как элементы силовой цепи, так и параметры канала обратной связи. Передаточная функция источника питания серии ЕДУ для жесткой вольтамперной характеристики описывается выражением

^ __ЪР-г1_

(ь^т^т ¿„.,)Рг +(гх*лл/>Т1<гв>г+ы(пр1*г*т>&)Р+

-Г- Ха Л» .С-м • (3)

Передагочная функция источника питания, имеющего падающую внешнюю характеристику, определяется выражением

м/ - _______________- -----,---—

" (Ъи.+Ъц^РЫР* Ъ *КуХпГ т, а,/,

У* Л* /Гу Хпр т к/па

(4)

где л , V - постоянные времени корректирующего эвена схемы управления; ¿-о- индуктивность дросселя; с*» - индуктивность трансформатора; сопротивление трансформатора; - сопротивление

нагрузки; # - коэффициент усиления тиристорного выпрямителя; ху -коэффициент передачи канала обратной связи по току.'

Формирование вольтамперных характеристик в электронных источниках питания осуществляется с помощью обратн"Х связей, если внутреннее сопротивление равно нулю формируется жесткая характеристика, если оно равно постоянной величине (т.е. существует статическая ошибка, которая определяет отклонение внешней характеристики ог жесткой) формируется падающая характеристика.

Для нахождения статической ошибки были проанализированы передаточные функции по возмущении нагрузки. При медленно меняющемся воздейстьии произвольной формы статическая ошибка для падающей и жесткой структурной схемы будет определяться выражениями

А - , , / '

Сол ~ > (5)

Сс.Ж, -

Н?Кпр > (6)

где Сап- статическая ошибка для источника питания с падающей' внешней характеристикой; Сом.- статическая ошибка для источника питания с жесткой внешней вольтамперной характеристикой.

Выражения (5), (6) определяют полную активную проводимость сварочного конгура, которая состоит из внутреннего сопротивления источника питания с учетом канала обратной связи и сопротивления нагрузки.

. Таким образом, в результате теоретических и экспериментальных исследований было установлено, что динамические свойства источника питания определяются характером располоаения нулей к полюсов передаточной функции, а наклон внешней характеристики -активной проводимостью сварочного контура с учетом канала обратной связи, без сопротивления нагрузки.

Сварочные источники питания модно разделить на две группы, это источники с регулированием по отклонению и с регулированием по возмущению. Большая часть тиристорных источников питания построена по принципу контроля отклонений регулируемой величины. 'Для формирования падающих характеристик используется отрицательная обратная связь по току, в связи с малыми сигналами обратной связи возникает необходимость использования трансформаторов тока,

либо измерительного пунта с операционным усилителем. При этом усложняется схема управления, ухудшается его устойчивость. Обратная связь по напряжению реализуется более просто. Для использования в универсальных источниках питания одной обратной связи по напряжению был произведен анализ работы тиристорного источника питания. В результате анализа было выявлено, что при действии возмущений, например, коротком замыкании характерно уменьшение напряжения при увеличении тока. Для жесткой характеристики в случае регулирования по отклонению вырабатывается сигнал рассогласования, который увеличивает напряжение, а если использовать регулирование по возмущению, то в результате применения положительной обратной связи, будет сформирована падающая характеристика.

На базе ВДУ-504 был изготовлен источник питания с положительной обратной связью. Использование положительной обратной связи ухудшает устойчивость. По критерию Рауса-Гурвица из анализа структурной схемы было найдено условие устойчивой работы

[Т,*«рХ<>-Тг)>0 (7)

Технологические испытания модернизированного источника питания дали хорошие показатели сварочно-технологических свойств при значительном упрощении схемы управления.

В третьей главе исследованы особенности работы тиристорных источников питания и произведен анализ возмущающих воздействий при сварке плавлением.

Принято рассматривать тиристорные источники питания как непрерывные системы автоматического регулирования. На самом деле они относятся к классу импульсных систем, и им присущи определенные особенности работы.

В режиме холостого хода можно ввделить два характерных режима работы тиристорного выпрямителя, режим прерывистых и режим непрерывных токов. 3 тирисгорных источниках питания регулирование режима производится в результате изменения угла открытия тиристоров Л . Минимальный угол / , при котором ток начинает прерываться, т.е. ток прекращается в точке перехода положительной . полуволны напряжения через нуль.

Гак как на выходе тиристорного источника питания ток и напряжение Несинусоидальны,для определения действующего значения

напряжения было использовано разложение в ряд Сурье.

При нагружении источника питания на активное сопротивление напряжение на выходе источника питания будет определяться выражением

rr tiU- , рЛ' .

+___и" 4jnj£tv£) 7 ( (8)

где Rit - внутреннее сопротивление источника питания; L - индуктивность сварочного контура; U„' и U„"- коэффициенты гармоник. При равенстве углов открытия тиристоров вклад гармоник незначителен и составляет менее 6 поэтому для режима прерывистых токов напряжение будет определяться постоянной составляющей

U» ^Ù'U) (9)

где W„r амплитудное значение напряжения.

При неравномерности углов открытия тиристоров в спектре напряжения источника питания появляются низкочастотные гармоники. В результате теоретических и экспериментальных исследований было выявлено, что основным источником низкочастотных гармоник является схема управления.

При эксплуатации сварочного оборудования было замечено, что , источники питания одного и того se типа на одних и тех же режимах обеспечивают разное качество,сварки, различные геометрические размеры сварного шва, причем наиболее явно это проявляется, когда вместо старого источника используется новый или источник питания, бывший в ремонте. Для анализа причин различных технологических свойств источников питания был проведен комплекс исследований, в результате которых было выявлено, что одной из вероятных причин различия технологических свойств тиристорных источников питания является наличие пульсаций пиковых значений капря--жения и тока из-за неравномерности углов открытия тиристоров. Тиристорные источники питания имеют однозначнее технологические свойства при выполнении условия

• , Jf+Jf + Jf+- + 4 -гЗгсы) (Ю)

где ~ действующее значение гармоник.

Для подтверждения предложенной гипотезы бьии исследованы источники питания с пульсациями и без пульсаций пиковых значений. Полученные данные экспериментальных исследований убедительно подтверждают точку зрения о влиянии пульсаций пиковых значений на однозначность сварочно-технологических свойств.

Анализ работы сварочного источника питания, как элемента сварочного контура, необходимо проводить при известных количественных и качественных характеристиках возмущающих воздействия. Для исследования качественных характеристик представляет большой интерес совместный анализ сигналов тока, напряжения и акустической эмиссии. В качестве оборудования использовался прибор АФ-15, который применяется для проведения исследований и контроля механических свойств различных объектов по информативным параметрам сигналов активности, интенсивности и амплитуды акустической эмиссии.

Одновременный анализ тока, напряжения и сигналов акустической эмиссии выявил на осциллограммах наличие участков, когда амплитуда и интенсивность акустической эмиссии резко уменьшается, величина тока остается прежней, а напряжение растет на 2-4 В. При условии, что основным источником шумов при свр.рке является действие дуги, было сделано предположение, что дуга в эти моменты времени отсутствует, т.е. дуговой процесс переходит в электрошлаковый.

Экспериментально установлено, что при сварке в связи с возмущениями, вызвашшми пэреносом металла, колебаниями поверхности ванны, переходом дугового процесса в электрошлаковый происходит как увеличение, так и уменьшение напрякения, причем напряжение увеличивается на 2-4 В, а уменьшается практически до нуля, что связано с короткими замыканиями дугового промежутка.

Используя методы статистической обработки осциллограмм, возмущения, вызванные короткими замыканиями дугового промежутка, исл-но идентифицировать детерминированным сигналом, представляющим у.э себя серию прямоугольных импульсов. Длительность импульсов практически постоянна и лежит в интервале Тн * 0,001-0,006 с. Длительность паузы Тп зависит от напряжения и является объективным следствием переноса металла.

вековечная серия импульсов идентифицируется системой

алгебраических уравнений

п- _ /Л если п (% +Т„)414-Тн+п (ТИ т-Тп)

. ¿0, мм Т* г п<Ти+ Т*)<£<(л+*)(Ги-> Т„) (II)"

В четвертой главе произведена оптимизация динамических свойств тиристорных источ 1ков питания, разработаны критерии оптимального управления на основе максимального тепловложения в шов при сварке под флюсом.

В контуре источник питания-электрод-дуга-ванна все процессы взаимосвязаны, при' этом физическая природа их различна, в значительной мере отличаотся их статические и динамические свойства. Исходя из анализа динамики элементов сварочного контура, становится очевидным, что тиристорный трехфазный источник питания может оптимизировать процессы плавления электрода и гидродинамику сварочной ванны.

Динамические свойства тиристорного источника питания определяются видом переходного процесса и зависят от структуры силовой схемы и схемы управления. В значительной мере динамика источника питания определяется особенностями работы импульсных систем. Так, быстродействие тиристорного источника питания промышленной частоты не может быть более периода квантования, т.е. 0,0033 с.

В результате теоретических и экспериментальных исследований было установлено, что в зависимости от настройки, отклонений номиналов электронных элементов переходный процесс трехфазного тиристорного источника питания может быть одним из Четырех видов:

- апериодический 1-го порядка;

- апериодический 2-го порадка с повышенными быстродействием;

- апериодический 2-го порадка с перерегулированием;

- апериодический 2-го порядка с заниженным начальным напряжением.

При сварке под слоем флюса используется жесткая вольтампер-ная характеристика источника питания. Из анализа структурной схемы выявлено, что при настройке технологических режимов сварки меняются два параметра структурной схемы сопротивление нагрузки и коэффициент усиления тиристорного выпрямителя.

Установлено, что изменение коэффициента усиления не приводит к изменению характера переходного процесса, динамические свойства сварочного источника питания в значительной степени определяются наличием индуктивности, поэтому естественным явля-

»

ется увеличение времени регулирования в.результате возрастания нагрузки.

В процессе настройки источников питания, проектирования и разработки нового оборудования возникает вопрос, какой из видов переходных процессов с точки зрения технологических свойств является оптимальным. Для решения поставленной задачи бьиа разработана методика изменения динамических свойств на основе синтеза структурной схемы тиристорного источника питания. Методика основана на изменении динамических свойств с помощью компаундирующих обратных связей и корректирующих устройств в цепи обратной связи.

В некоторых объектах регулирования присутствуют одновременно две физические величины, которые зависят от одних и тех же внешних воздействий и взаимосвязаны, если одна из этих величин является регулируемой, то другая может осуществить дополнительное воздействие на регулятор. Такой дополнительной величиной в тирис-торных источниках питания может быть положительная обратная связь по току, либо отрицательная обратная связь по напряжению, снятая с другой точки схемы. Структурная схема с положительной обратной связью по току обладает высокой помехоустойчивостью, однако практическая реализация этой схемы затруднена из-за особенностей электрической схемы источника питания серии ЕДУ, поэтому предпочтительней является использование в качестве компаундирующей обратной связи сигнала напряжения.

Достаточно широкий спектр динамических свойств источника питания можно получить введением.в структурную схему дополнительного элемента, который исправляет, корректирует динамические свойства. В результате анализа методов синтеза структурных схем был выбран метод анализа дифференциальных уравнений по характеру расположения экспонент апериодического переходного процесс* 2-го порядка.

Для повышения быстродействия типового источника питания в цепь обратной связи было введено форсирующее звено. Использование форсирующего звена приводит к ослаблению сигнала, поэтому по-,следовательно с форсирующим звеном включен усилитель постоянного тока. Использование форсирующего звена позволяет получить перерегулирование, однако это приводит к ухудшению устойчивости, повышение устойчивости достигалось использованием компаундир/ющей обратной связи по напряжению. Для получения переходного процесса

с заниженным начальным напряжением в цепь обратной связи было дополнительно введено апериодическое звено 1-го порядка.

Для экспериментальной проверки сварочно-технологических свойств источников питания были изготовлены устройства, позволяющие получить описанные вьы переходные процессы. Для аппроксима- • ции переходных процессов использовали метод площадей, в результате были получены источники питания с динамическими свойствами, описываемые следующими переходными процессами:

■ 1, = к(1-е-гт) (12)

4 = ',я'е) . (13)

*(<>*""-М"") (14)

(15)

Выражение (12) описывает переходный процесс типового источника, (13) - источника питания с повышенным быстродействием, (14) с пониженным начальным напряжением, (15) - с перерегулированием.

Экспериментальная проверка производилась в результате наплавки на пластины. После обработки осциллограмм было найдено число коротких замыканий в секунду. Результаты измерений и расчетов сведены а табл.

Таблица

Результаты измерений числа коротких замыканий

Вид :С заниженным:С высоким: Типовой : С

источника :начальным :быстродей: : перерегули-

питания . напряжением : ствием : : рованием

переходного : :

: процесса : :

Число

коротких

замыканий

1/с 36 28 21 10

Объективными критериями стабильности во время процесса сварки являются коэффициенты вариаций напряжения, тока, длительность и число коротких замыканий. Процесс сварки идет белее стабильно при повышении тепловложения в систему электрод-дуга-ванна. В качестве критерия оптимальности процесса сварки был принят максимум тепловложения в систему за период детерменированного сигнала возмущен/.;!

' ш - лох, (16)

где й - функционал;' ¿„ - длительность паузы; ¿ч- длительность короткого зашкания; ¿>г-1ч) - изменение тока после короткого замыкания; /? - сопротивление нагрузки.

С помощью интеграла Дюамеля были найдены переходные процессы по току после короткого замыкания для переходных процессов (12), (13), (14), (15), определено приращение тепловложения в шов. По данным расчетов тепловложение минимальное у источника питания с высоким быстродействием, максимальное - у источника с перерегулированием, причем оно растет с увеличением перерегулирования. Приращение тепловложения типового источника питания и источника с пониженным начальным напряжением одинаково, однако в связи с наличием определенного порога срабатывания электронной схемы, переходный процесс источника с заниженным начальным напряжением имеет зону нулевого напряжения и после короткого замыкания, что способствует "примерзании" электрода и является причиной чрезвычайно низких технологических свойств.

ОЩЛЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОШ

1. Процесс сварки под флюсом изделий ответственного назначения (оборудование АЗС) требует дальнейшего совершенствования, пре-а-де всего с-позиций повышения стабильности процесса сварки. Одним

из методов повышения стабильности процесса сварки является дальней-иео совершенствование источников питания сварочной дуги. Традиционное представление наиболее распространенных в наше время тирис-торных источников питания (ТИП), как непрерывных систем не позволяет учесть ряд особенностей динамики ТИП, интегральные тепловые характеристики, пульсации пиковых значений напряжения, поэтому целесообразно дополнительно рассматривать ТИП как импульсные системы.

2. Оценка динамических свойств ТИП по виду переходного процесса, представление ТИП, как системы формирующей на выходе не только непрерывный, но и импульсный сигнал, позволяет учесть приращение тепловложения в систему электрод-дуга-ванна, неравномерность углов открытия тиристоров и а конечном счете разработать функционал оптимального управления на основе изменения динамических свойств ТИП при наличии пульсаций пиковых значений напряжения.

3. Статистическая обработка осциллограмм тока и напряжения позвслила возмущения от коротких замыканий идентифицировать детер-менированным сигналом в в'иде бесконечной серии прямоугольных импульсов с переменной скважностью, позволившим определить, что источник питания с перерегулированием обладает наиболее высокими сварочно-технологическими свойствами, в результате увеличенного тепловложения в шов при действии коротких замыканий.

А. Для анализа- устойчивости, определения желаемых статических и динамических характеристик, настройки и разработки нового сварочного оборудования необходимо использовать математическую модель ТИП в виде структурной схемы учитывающую не только силовую часть схемы, а также характеристики управляемого тиристорного выпрямителя, канала обратной связи и корректирующего звена.

5. Для получения желаемых динамических характеристик в результате синтеза структурной схемы ТИП, необходимо использовать пассивные корректирующие звенья и дополнительные компаундирующие обратные связи, что позволяет повысить надежность ТИП и стабильность процесса сварки.

6. Контроль сварочных режимов в существующих ТИП постоянного-тока производится по постоянной.составляющей, а процессы нагрева, плавления наиболее полно описываются действующими значениями тока и напряжения, при этом методическая ошибка измерения достигает десяти и более процентов. Для адекватного контроля сварочных режимов необходимо использовпть приборы, которые измеряют действующее значение тока и напряжения.

7. Для расчета и оптимизации вольтамперных характеристик и динамических свойств ТИП необходимо использовать передаточную функцию ТИП при возмущениях нагрузки. Динамические свойства ТИП определяются характером расположения нулей и полюсов передаточной функции, в наклон внешней характеристики статической ошибкой регулирования без сопротивления нагрузки.

8. Для оценки динамических свойств источников питания постоянного и переменного тока разработана методика и устройство, позволяющие на основе анализа переходного процесса при подключении нагрузки количественно определить форму, перерегулирование и время регулирования переходного процесса.

9. Анализ принципов формирования внешних характеристик позволил спроектировать и изготовить универсальный ТИП с одной обратно

связью по напряжению, позволяющей значительно упростить схему управления, повысить надежность ТИП.

10. На базе ТИП серии ВДУ предложены и изготовлены источники питания с различными динамическими свойствами исследовано влияние вида переходного процесса на тепловложение в систему электрод-дуга-ванна, стабильность и устойчивость процесса сварки. Разработана методика и рекомендации по изменению динамических свойств ТИП серии ВДУ значительно повышающие его сварочно-технологические свойства.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. A.c. 1655720 СССР МКИ 323К 15/00. Устройство для электроннолучевой сварки / В.А. Егоров, В.А. Воробьев, В.Ш. Магдеев, В.А. Фролов (СССР).- Заявл.: II.01.88.

2. Отчет по НИР. Исследование и-разработке гибких автоматизированных систем электрошлаковой и дуговой сварки / A.B. Чернов, В.В. Кривин, В.А. Фролов, С.Н. Игнацевич. Новочеркасск, НИИ, 1991.- № ГР 0I89003I332.

3. Исследование динамических характеристик источников питания для сварки / В.А. Фролов, A.B.' Чернов, В.В. Прокопенко, С.Н. Игнацевич // Научно-техническая конференция стран СНГ. Тез. докл., 1993.- Москва.

'4. Разработка микропроцессорной системы управления для сварочных источников питания тиристорного типа /С.Н. Игнацевич, В.В. Прокопенко, В.А. Фролов, A.B. Чернов // Научно-техническая конференция стран СНГ. Тез. докл., 1993,- Москва, б. Влияние динамических свойств источников питания на стабильность процесса сварки плавящимся электродом / В.А. Фоолов, A.B. Чернов, В.В. Прокопенко, О.И. Ульянова // Международная научно-техническая конференция. Тез. докл., 1993,- Роотов-на-' Дону.

л/^

Рис. I. Структурная схема источника питания серии ВДУ