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Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung für ein elektronisches Schweissgerät, wobei als Stellglied für den Schweissstrom und/oder die Schweissspannung ein geregeltes Schaltnetzgerät vorgesehen ist, welches primärseitig geregelt und mit Transistoren als Schalter ausgebildet ist.
Durch den Einsatz von spannungsfesten Leistungsschalttransistoren können Schweissgeräte, bei einer primären Spannung von 380V-Drehstrom, von 13 KVA bis 50KVA Nennleistung hergestellt werden. Bei solchen Transistoren ist jedoch zu beachten, dass die zulässigen Transistorparameter, insbesondere die Sättigungsspannung UCEsat und der maximale Kollektorstrom ICmax nicht überschritten werden, um eine Zerstörung der Transistoren zu vermeiden.
Beim praktischen Schweissbetrieb treten jedoch ständige Lastschwankungen, sowie dynamische und statische Kurzschlüsse auf, wodurch zwei zueinander kontäre Forderungen resultieren : a) Um einerseits die Transistoren wirkungsvoll zu schützen, ist es notwendig, sie unmittelbar nach dem Auftreten eines Überstroms im Kurzschlussfall abzuschalten, wobei Verzögerungszeiten von zirka 200 bis 300 ns zwischen Eintreten des Kurzschlusses und Abschalten des Transistors die obere Grenze sind. b) Um anderseits den während des Schweissvorganges stattfindenden Kurzschluss durch den kontinuierlichen Vorgang des Tropfenablösens so ablaufen zu lassen, dass befriedigende Schweissergebnisse erzielt werden, benötigt man relativ hohe Kurzschlussströme, bzw. hohe Leistungen.
Um diese beiden Forderungen zu erfüllen, ist es Aufgabe der Erfindung, eine Schutzschaltung zu schaffen, welche erstens den Sättigungszustand der Transistoren überwacht, zweitens den Kollektorstrom begrenzt, und drittens die Stromanstiegsgeschwindigkeit im Kurzschlussfall begrenzt.
Die erfindungsgemässe Schutzschaltung für ein elektronisches Schweissgerät der eingangs genannten Art ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Überwachung der Sättigungsspannung der Transistoren erste Komparatoren vorgesehen sind, dass zur Begrenzung des Kollektorstromes der Transistoren zweite Komparatoren vorgesehen sind, wobei die Ausgänge der ersten und der zweiten Komparatoren dem Setz-Eingang zweier Kippglieder zugeführt sind, deren Ausgänge, gegebenenfalls über Verstärker, den Treiberstufen der Transistoren zugeführt sind, so dass beim Auftreten einer zu hohen Sättigungsspannung und/oder eines zu hohen Kollektorstromes eine Abschaltung der Transistoren erfolgt, und dass zur Begrenzung der Stromanstiegsgeschwindigkeit der Kollektorströme der Transistoren im Sekundärkreis des Schalttransformators ein zusätzlicher Übertrager vorgesehen ist,
dessen Primär- und Sekundärwicklung in Serie liegend, gegensinnig gewickelt sind, so dass durch die Gegenspannung der Sekundärwicklung der Stromanstieg in Abhängigkeit vom Schweissstrom begrenzt wird.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass jeweils der Ausgang eines der beiden Kippglieder, gegebenenfalls über zusätzliche Verstärker, mit dem Setz-Eingang des andern Kippgliedes verbunden ist, so dass beim Setzen eines Kippgliedes gleichzeitig auch das andere Kippglied gesetzt wird. Erfolgt daher eine Abschaltung eines Transistors, so wird der andere Transistor zwangsläufig ebenfalls abgeschaltet, damit eine Zerstörung des zweiten Transistors durch die auftretende Überspannung verhindert wird.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen Fig. 1 ein Blockschaltbild eines elektronischen Schweissgerätes mit der erfindungsgemässen Schutzschaltung, und Fig. 2a bis 2c Stromzeitdiagramme zur Erläuterung der Schutzschaltung.
In Fig. l bezeichnet-l-einen Netzgleichrichter und --2-- den Schaltteil (strichpunktiert).
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werden. Der Eingang des Pulsbreiten-Modulators --6-- ist mit dem Ausgang eines Analogreglers - verbunden, welchem die Soll- und Istwertsignale für die Schweissspannung U und dem Schweissstrom I zugeführt werden. Die angeführten Bauteilgruppen bilden den wesentlichen Teil des Schaltnetzgerätes für das elektronische Schweissgerät.
Anschliessend wird die erfindungsgemässe Schutzschaltung erläutert. Im Stromzweig jedes Tran- sistors-Tl und T.-ist jeweils ein Stromwandler --8 und 9-- vorgesehen, welcher jeweils ein
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Signal an einen zugehörigen Strom-Komparator --10 und 11-- abgibt. Überschreitet dieses Signal einen vorbestimmten, einstellbaren Pegel, so tritt am Ausgang des jeweiligen Komparators --10, 11-- ein Signal auf, welches jeweils dem Setz-Eingang S eines Kippglieds (RS-Kippglied) --12, 13--, zugeführt wird, und dieses beispielsweise in den Ein-Zustand bringt.
Dieses Ein-Zustands-
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jeweiligen Kippglieds --13, 14-- verbunden ist, so dass beim Auftreten einer Sättigungsspannung oberhalb eines vorbestimmten einstellbaren Pegels ebenfalls eine Abschaltung der Treiberstufen - 4, 5-und der Transistoren --Tl und T2-- erfolgt, wie oben beschrieben wurde.
Die Rücksetzung der beiden Kippglieder --12 und 13-- erfolgt in der Weise, dass am Ende des Kurzschlusses von der jeweiligen Treiberstufe --4, 5-- ein Rücksetzsignal zum Rücksetz-Eingang R des jeweiligen Kippglieds --12, 13-- geleitet wird. Beispielsweise wird das Rücksetzsignal jeweils von einem, in der Treiberstufe vorhandenen Transistor (nicht dargestellt) abgenommen und über ein Widerstand- und Entkopplungsnetzwerk (nicht dargestellt) dem Rücksetz-Eingang R zugeführt. Das Rücksetzsignal führt beispielsweise während der Einschaltdauer der Transistoren
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--12, 13-- unwirksam,gliedes --12-- zugeführt wird.
Desgleichen wird der Ausgang des Kippgliedes --12-- gegebenenfalls über einen Verstärker --19--, dem Setz-Eingang des Kippgliedes --13-- zugeführt. Durch diese gegenseitige Koppelung der Kippglieder --12, 13-- wird erreicht, dass beim Auftreten eines
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ein Stromwandler und ein Strom-Komparator genügen, da der Strom des Schalttransformators durch beide Transistoren fliesst. Aus Sicherheitsgründen sind jedoch zwei Stromwandler --8, 9-- und zwei Strom-Komparatoren --10, 11-- vorgesehen.
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dessen Primär- und Sekundärwicklungen in Serie liegend, gegensinnig gewickelt sind.
Der Sekundärstrom (Schweissstrom) des Übertragers --20-- induziert dadurch in dessen Primärwicklung eine Gegen-EMK, welche umso grösser ist, je grösser die Stromänderung im Lastkreis, d. h. in der Licht-
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induktive Kopplung des Schalttransformators --3-- auch auf den Stromanstieg des Kollektorstromes der Transistoren--T1 und T 2--aus und begrenzt diesen.
In Fig. 2a ist der zeitliche Verlauf des Kollektorstromes IC bei Normalbetrieb unter Verwen-
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erkennbar. In Fig. 2b ist der Kurzschlussfall unter gleichen Bedingungen d. h. mit di - Begrenzung dargestellt, wobei der Abschaltpegel durch den Strom-Komparator bei zirka 110A liegt. Trotz des Kurzschlusses ist die schraffiert dargestellte Strom-Zeitfläche gross genug, um eine einwandfreie Tropfenablösung zu gewährleisten. Die Fig. 2c zeigt einen Kurzschlussfall ohne di - Begrenzung. Es ist ersichtlich, dass die wesentlich geringere Strom-Zeitfläche für eine einwandfreie Tropfenab- lösung nicht ausreicht, wodurch die Qualität der Schweissung vermindert wird.
Durch die erfindungsgemässe Schutzschaltung werden somit folgende Vorteile erzielt :
1. Durch die Strom- und -Spannungs-Komparatorens wird eine rasche Abschaltung im Kurz- schlussfall erzielt.
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3. Die Stromanstiegsgeschwindigkeit di sinkt mit steigender Belastung. at
4. Es werden keine zusätzlichen Verluste verursacht, welche z. B. bei Entlastungsnetzwerken auftreten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schutzschaltung für ein elektronisches Schweissgerät, wobei als Stellglied für den Schweissstrom und/oder die Schweissspannung ein geregeltes Schaltnetzgerät vorgesehen ist, welches primärseitig geregelt und mit Transistoren als Schalter ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überwachung der Sättigungsspannung der Transistoren (T , T) erste Komparatoren (16,17) vorgesehen sind, dass zur Begrenzung des Kollektorstromes der Transistoren (Tl, T) zweite Komparatoren (10,11) vorgesehen sind, wobei die Ausgänge der ersten und der zweiten Komparatoren (16,17, 10,11) dem Setz-Eingang (S) zweier Kippglieder (12,13) zugeführt sind, deren Ausgänge, gegebenenfalls über Verstärker (14,15) den Treiberstufen (4,5) der Transistoren (tu, T) zugeführt sind,
so dass beim Auftreten einer zu hohen Sättigungsspannung und/oder eines
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därkreis des Schalttransformators (3) ein zusätzlicher Übertrager (20) vorgesehen ist, dessen Primär- und Sekundärwicklung in Serie liegend gegenseitig gewickelt sind, so dass durch die Gegenspannung der Sekundärwicklung der Stromanstieg in Abhängigkeit vom Schweissstrom begrenzt wird.
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