Курсовая работа: Система автоматического регулирования напряжения сварочной дуги
Сварочный генератор является одновременно сравнивающим и усилительным устройством. Он имеет 3-и обмотки возбуждения. Две из них служат для образования сигнала рассогласования (Ф2+Ф1), а третья необходима для создания на выходных клеммах Еэ даже при нулевом сигнале рассогласования, т.к. в системе должна обеспечиваться непрерывная подача одного электрода сварочного устройства. Таким образом, на величину Еэ влияет суммарный магнитный поток
Ф*=Ф2+Ф1
Якорь сварочного генератора приводится в действие внешним приводом, угловая скорость вращения которого -
.
Двигатель выполняет роль исполнительного устройства. Его обмотка возбуждения питается напряжением Uвд, а напряжение на обмотку управления подаётся с сварочного генератора. Это величина Еэ.
Роликовый механизм привода электрода, соединённый с двигателем через редуктор, также является исполнительным устройством и служит для непрерывной подачи электрода.
Объектом управления в данной САР является сварочный аппарат, состоящий из сварочного трансформатора с подключенными к нему сварочными электродами. Один электрод непрерывно подаётся к месту сварки описанным выше приводом, так как в процессе сварки происходит перенос вещества с конца этого электрода на свариваемые детали. Вторым электродом служат сами детали, подаваемые на конвеере. Сварочный трансформатор служит для создания напряжения на электродах. В его цепь включен также дроссель, служащий для сглаживания амплитуды колебаний тока в цепи сварки.
Диодный мост, на вход которого подается напряжение сварочной дуги Uд, является выпрямительным устройством. С его выхода подается напряжение на потенциометр который является корректирующим устройством. С его выхода питается индуктивная обмотка возбуждения генератора служащая для создания сигнала рассогласования. Эта катушка создает магнитный поток Ф2.
Функциональная схема исследуемой САР с указанием её отдельных элементов, их технической сущности и роли, выполняемой этими элементами, изображена на рис.2.
Данная САР находится в состоянии равновесия, если сигнал рассогласования равен нулю. При этом на работу генератора оказывает влияние только магнитный поток Фв. Таким образом осуществляется подача электрода с постоянной скоростью Vn, равной скорости его сгорания V3. Расстояние между электродами остаётся постоянным. Сопротивление сварочной дуги Rq тоже постоянно. Напряжение дуги Uqне изменяется.
Если произошло скачкообразное увеличение сигнала задания U3, то увеличивается магнитный поток Ф1. При этом суммарный поток, равный Ф*=Ф2+Ф1 уменьшается. Скорость подачи электрода Vn, уменьшается, но скорость его сгорания V3 сгорания V3 в этот момент остаётся прежней, поэтому расстояние между электродами увеличивается. Растет сопротивление сварочной дуги Rq, напряжение Uq увеличивается. При этом увеличивается сигнал обратной связи UR. Магнитный поток Ф2 достигает величины Ф1. Сигнал рассогласования становится равным нулю. Скорость подачи электрода увеличивается до величены V3. Расстояние между электродами становится неизменным, но уже на другом уровне. Величина Uq увеличилась.
Пусть теперь произошло увеличение напряжения питания сварочного трансформатора Uс. ЭДС во вторичной обмотке трансформатора Ет увеличивается. Возрастает ток Iq сварочной цепи. Напряжение сварочной дуги Uq увеличивается. Возрастает сигнал обратной связи UR. Рассуждая как и ранее, заметим, что скорость подачи электрода Vn увеличится. Сопротивление Rq уменьшится и напряжение Uq упадет до прежнего уровня.
2. Функциональная схема САР напряжения сварочной дуги
На основе вышеизложенного можно построить функциональную схему САР напряжение сварочной дуги (Рисунок 2.)
Используемые в схеме обозначения:
ЗУ – задающее устройство
СУ – сравнивающее устройство
УУ – усиливающее устройство
ИУ – исполнительное устройство
ОУ – объект управления
ИзУ – измерительное устройство.
Рисунок 2 - Функциональная схема САР напряжения сварочной дуги
3. Сигнальный граф САР напряжения сварочной дуги
Рисунок 3 - Сигнальный граф САР напряжения сварочной дуги
Для исследования САР необходимо уметь предсказать изменение во времени любой величины, действующей в системе, при заданной форме изменения той или иной входной величины – управляющего или возмущающего воздействия. Возможность такого предсказания дает математическая модель САР.
Вид математической модели САР (системы ее дифференциальных уравнений) зависит прежде всего от того, совместное изменение во времени каких переменных отражает данная модель и какова качественная структура взаимосвязи переменных. Структура взаимосвязи переменных в системе отражает сигнальный граф САР.
Сигнальный граф является направленным графом и как таковой представляет собой совокупность некоторого множества элементов (множество вершин) и некоторого множества упорядоченных пар этих элементов (множества направленных ребер). В сигнальном графе роль множества вершин играет множество сигналов в системе, совместное изменение которых во времени описывается данной математической моделью.
Ребра сигнального графа, входящие в некоторую вершину, указывают совокупность значений или законов измерения во времен каких сигналов полностью определяет значение или закон изменения во времени данного сигнала, соответствующего данной вершине.
Сигнальный граф полностью определяет структуру системы дифференциальных уравнений, входящих в математическую модель системы. Множество вершин сигнального графа задает множество переменных, совместное изменение которых описывается данной моделью. Из них вершины, имеющие хотя бы по одному входящему ребру, соответствуют переменным, функции измерения которых во времени являются решениями системы дифференциальных уравнений (выходам модели). Такие вершины называются внутренними вершинами сигнального графа. Число внутренних вершин равно общему числу уравнений в системе.
Вершины, имеющие только исходящие ребра и не имеющие входящих ребер, соответствуют переменным, через которые передается влияние внешней среды на поведение САУ, т.е. задающему и возмущающим воздействиям (входам модели). Такие вершины сигнального графа называются внешними.
Математическая модель САУ призвана прежде всего устанавливать зависимость изменения во времени управляемой величины (Qn – в случае САР температуры печи) от изменения во времени внешних воздействий. Число внешних вершин сигнального графа модели равно числу внешних воздействий, поэтому их число является заданным.