AT365108B

AT365108B - Schaltungsanordnung zur steuerung des lichtbogenschweissstromes eines gesteuerten thyristor-gleichrichters

Info

Publication number: AT365108B
Application number: AT243780A
Authority: AT
Original assignee: Fronius Schweissmasch
Priority date: 1980-05-07
Filing date: 1980-05-07
Publication date: 1981-12-10
Also published as: ATA243780A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Steuerung des Lichtbogenschweissstromes eines gesteuerten Thyristor-Gleichrichters mit einer im Schweissstromkreis in Serie liegenden steuer- baren Induktivität zur Begrenzung des Stromanstieges im Kurzschlussfall.

Für die Gleichstromschweissung, insbesondere für die Handelektroden-Gleichstromschweissung haben sich zwei Systeme durchgesetzt : a) der Schweissumformer und b) der Schweissgleichrichter.

In beiden Fällen wird die Schweissstromcharakteristik herkömmlicherweise magnetisch regu- liert, wobei jedoch die statischen sowie dynamischen Charakteristika kaum oder nur in gewissem
Masse veränderbar sind.

Im Lichtbogen zwischen Elektrode und Werkstück entstehen während des Abbrandes der Elektrode Temperaturen um 2000 K. Während der Brenndauer des Lichtbogens bilden sich in unregelmässiger Folge Tropfen des flüssig gewordenen Elektrodenmaterials. Ein solcher Tropfen vergrössert sich beim Übergang auf das Werkstück, bevor er aufgeschmolzen wird und verursacht in dieser Übergangsphase einen vorübergehenden "dynamischen" Kurzschluss (im Gegensatz zu einem "statischen" oder dauernden Kurzschluss, wenn die Elektrode das Werkstück direkt berührt).

In dieser Übergangsphase steigt der Schweissstrom auf einen Wert an, der unter anderem vom Widerstand des jeweils verwendeten Elektrodenmaterials abhängt, d. h. die in der Praxis verwendeten Elektroden (basische, kalkbasische, saure, Rutil-, zellulose, Aluminium-, rostfrei usw.) haben im Moment des Tropfenüberganges einen unterschiedlichen und zeitlich variablen elektrischen Widerstand. Dadurch kommt es zu einem unruhigen Brennen des Lichtbogens und zur Neigung von Spritzerbildungen.

Es sind bereits Schweissgleichrichter mit gesteuerten Thyristoren bekannt, welche eine steuerbare Induktivität in Serie mit dem Schweissstromkreis aufweisen, wobei die Induktivität zur Begrenzung des Stromanstieges im Kurzschlussfall auf einen konstanten Wert dient, d. h., dass keine Änderung der Schweissstromdynamik im Kurzschlussfall möglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur Steuerung der Schweissstromdynamik im Kurzschlussfall zu schaffen, welche die genannten Nachteile nicht aufweist.

Die Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Stromregler ein Istwerteingang, der an einen in Serie mit der Schweissstrecke liegenden Messwiderstand angeschlossen ist, und drei Sollwerteingänge für den Strommittelwert, für den Stromhöchstwert im dynamischen Kurzschlussfall und für den Stromanstieg vorgesehen sind, welche jeweils mit einem Sollwertgeber, insbesondere einem Sollwert-Potentiometer, verbunden sind, und dass vom Stromregler ein erster Reglerausgang für die Korrektur des Stromanstieges an den Steuereingang der steuerbaren Induktivität angeschlossen ist, und weitere Reglerausgänge mit den jeweiligen Steueranschlüssen der Thyristoren einer an sich bekannten Gleichrichterbrücke verbunden sind.

In vorteilhafter Ausgestaltung. der Erfindung sind die drei am Elektrodenhalter angeordneten Sollwert-Potentiometer über Steuerleitungen mit den Sollwerteingängen des Stromreglers verbunden, wodurch eine Fernbedienung der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung ermöglicht wird.

Der Sollwert-Potentiometer für den Schweissstromanstieg dient vorzugsweise für eine Einstellung von 10 bis 100 kA/s, während das Sollwert-Potentiometer für die Begrenzung des dynamischen Kurzschlussstromes vorzugsweise zur Einstellung von 0, 1 bis 15% über den Wert des eingestellten Schweissstromes dient. Die genannten Bereiche haben sich im praktischen Betrieb als besonders vorteilhaft erwiesen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen Fig. 1 das Strom- und Zeitdiagramm im Kurzschlussfall bei einem herkömmlichen Schweissverfahren, Fig. 2 das Strom-Zeitdiagramm im Kurzschlussfall beim erfindungsgemässen Verfahren, und Fig. 3 das Blockschaltbild der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung.

In Fig. l ist der Schweissstrom Js eines herkömmlichen Schweissgleichrichters über die Zeit t aufgetragen. Der beim dynamischen Kurzschluss auftretende Strom kann vom eingestellten Schweissstrom in diesem Fall je nach Art der Schweissstrombegrenzung des jeweiligen Schweissgleichrichters um 30 bis 300% höher als der eingestellte Schweissstrom sein, wobei der Gradient des Stromanstieges einen annähernd konstanten Wert von etwa 150 kA/s aufweist.

Die Fig. 2 zeigt das Strom-Zeitdiagramm eines Schweissvorganges mit der erfindungsgemässen
Schaltungsanordnung, wobei z. B. sechs Zeitbereiche mit unterschiedlichen, willkürlich gewählten
Kurzschlussverhalten eingetragen sind. Im eingezeichneten Bereich --6-- ist die Schweissstrombe- grenzung für den dynamischen Kurzschlussstrom auf den höchstzulässigen Wert von 15% über den eingestellten Schweissstrom festgelegt. Dieser Wert reduziert sich in den folgenden Bereichen - 5 bis l-durch Veränderung der Einstellung bis auf einen Wert von zirka 0, 2%.

In Fig. 3 bezeichnet-l-den Drehstrom-Netztransformator, an welchem die Gleichrichter- brücke --2-- sekundärseitig angeschlossen ist. Die Gleichrichterbrücke ist in diesem Beispiel mit je einem Gleichrichter und je einem Thyristor pro Zweig ausgestattet. Die Steueranschlüsse der
Thyristoren sind jeweils zu den Ausgangsklemmen eines Stromreglers --3-- geleitet. In der Plus- Ausgangsleitung --4-- der Gleichrichterbrücke --2-- ist ein Serienwiderstand --5-- vorgesehen, von welchem der Spannungsabfall des Schweissstromes als Istwert dem Stromregler --3-- über zwei
Eingangsklemmen zugeführt wird.

In der Minus-Ausgangsleitung --6-- der Gleichrichterbrücke - ist eine steuerbare Induktivität oder Magnetverstärker --7-- vorgesehen, deren Steuerwicklung mit zwei weiteren Ausgangsklemmen des Stromreglers --3-- verbunden ist. Über je ein Eingangs- klemmenpaar sind drei getrennte Sollwert-Potentiometer --8, 9 und 10-- mit dem Stromregler - verbunden, wobei das Sollwert-Potentiometer --8-- zur Einstellung des gewünschten Schweiss- stromes dient, das Sollwert-Potentiometer --9-- die Einstellung des zulässigen Kurzschlussstromwertes von 0, 1 bis 15% über dem eingestellten Schweissstrom ermöglicht, und über das Sollwert-Potentiome- ter --10-- der Stromanstieg (di/dt) im Bereich von 10 bis 100 kA/s einstellbar ist.

Wie bereits erwähnt dient der Widerstand --5-- zur Er-fassung des Istwertes des Schweiss- stromes, wobei über den am Widerstand auftretenden Spannungsabfall dem Stromregler --3-- der
Mittelwert des Schweissstromes, der Stromanstieg bzw. -abfall und der Kurzschlussstromwert im Fall des dynamischen Kurzschlusses als Istwert zugeführt werden.

Über die vom Stromregler --3-- fest- gestellte Abweichung dieser Werte von den durch die drei Sollwert-Potentiometer --8, 9 und 10-- eingestellten Sollwerten der genannten Grössen werden vom Stromregler über dessen Ausgangsklem- men Korrekturwerte an die Stellglieder (Thyristoren der Gleichrichterbrücke --2-- und steuerbare Induktivität --7--) abgegeben, wobei die Thyristoren eine Korrektur des eingestellten Stromwertes und des Kurzschlusswertes vornehmen, und die steuerbare Induktivität den Stromanstieg regelt.

Die Einstellung der drei Parameter erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel über stetig einstellbare Sollwert-Potentiometer, welche aber auch durch stufenweise einstellbare Bauelemente wie Schalter od. dgl. ersetzt werden können. Die Sollwert-Potentiometer --8, 9 und 10-- können auch vom Stromregler getrennt angeordnet sein, so dass eine Fernsteuerung der drei genannten Parameter ermöglicht wird.

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Claims

Durch die erfindungsgemässe Steuerung der Schweissstromdynamik ergeben sich folgende Vorteile : 1. Ruhigeres Abbrennen des Lichtbogens 2. Extrem niedrigere Spritzerzahl bei feinster Spritzerbildung 3. Optimale Zwangslagenschweissung 4. Optimale Verschweissung aller Elektrodenarten 5. Genauest reproduzierbaren Schweissstrom PATENTANSPRÜCHE : 1.

Schaltungsanordnung zur Steuerung des Lichtbogenschweissstromes eines gesteuerten Thyristor-Gleichrichters mit einer im Schweissstromkreis in Serie liegenden steuerbaren Induktivität zur Begrenzung des Stromanstieges im Kurzschlussfall, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Stromregler (3) ein Istwerteingang, der an einen in Serie mit der Schweissstrecke liegenden Messwiderstand (5) angeschlossen ist, und drei Sollwerteingänge für den Strommittelwert, für den Stromhöchstwert im dynamischen Kurzschlussfall und für den Stromanstieg vorgesehen sind, welche jeweils mit einem Sollwertgeber, insbesondere einem Sollwert-Potentiometer (8,9, 10), verbunden sind, und dass vom Stromregler (2) ein erster Reglerausgang für die Korrektur des Stromanstieges an den Steuereingang der steuerbaren Induktivität (7)

angeschlossen ist und weitere Reglerausgänge mit den jeweiligen Steueranschlüssen der Thyristoren einer an sich bekannten Gleichrichterbrücke <Desc/Clms Page number 3> (2) verbunden sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die drei am Elektrodenhalter angeordneten Sollwert-Potentiometer (8 bis 10) über Steuerleitungen mit den Sollwerteingängen des Stromreglers (3) verbunden sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Sollwert-Potentiometer für den Schweissstromanstieg zur Einstellung von 10 bis 100 kA/s dient.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Sollwert-Potentiometer für die Begrenzung des dynamischen Kurzschlussstromes zur Einstellung von 0, 1 bis 15% über den Wert des eingestellten Schweissstromes dient.