DD214265A1 - Elektronische stromversorgung, vorzugsweise zum lichtbogenschweissen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektronische Stromversorgung, die vorzugsweise beim elektrischen Lichtbogenschweissen, aber auch bei weiteren elektrotechnologischen Verfahren Anwendung finden kann, bei denen dynamische Prozesse unter Lastaenderungen ablaufen. Ziel sind ein erweiterter Anwendungsbereich sowie gesteigerte Zuverlaessigkeit bei verringerten Material- und Herstellungskosten. Ausserdem soll eine erhoehte Bearbeitungsqualitaet der elektrotechnologischen Prozesse gewaehrleistet werden. Hierzu soll das tatsaechliche Leistungsvermoegen der elektronischen Bauelemente im Arbeitsbereich ausgenutzt und optimale Anpassung der Ausgangsgroessen der Stromversorgung an technologischen Parametern ermoeglicht werden. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass die elektronische Stromversorgung, im wesentlichen eine aus dem Wechselstromnetz gespeiste Gleichrichtereinheit, eine oder mehrere hoeherfrequente Wandleranordnungen mit sekundaerer Lastanpassung mit Gleich- oder Wechselstromausgang einer Ansteuerschaltung sowie eine Istwerterfassungseinrichtung mit anschliessender Regeleinrichtung fuer mindestens eine Regelgroesse beinhaltet, eine zusaetzliche Einrichtung zur Steuerung des Leerlauf- und Kurzschlussverhaltens besitzt. Diese zusaetzliche Einrichtung besteht aus mindestens einer Zwischenkreisstromerfassungseinrichtung sowie Einrichtungen zur Detektierung des Leerlaufes bzw. Kunzschlusses, deren Ausgaenge mit Steuereingaengen der Ansteuerschaltung verbunden sind. Die Eingaenge der Einrichtungen zur Detektierung des Leerlaufes bzw. Kurzschlusses sind an den Ausgang der Zwischenkreisstromerfassungseinrichtung angeschlossen.

Description

Titel der Erfindung

Elektronische Stromversorgung, vorzugsweise zum Lichtbogenschweißen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine elektronische Stromversorgung, die vorzugsr/eise beim elektrischen Lichtbogenschweißen, aber auch bei weiteren elektrotechnologischen Verfahren Anwendung finden kann, bei denen dynamische Prozesse ablaufen, die Laständerungen aufweisen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Ss sind elektronische Stromversorgungen, vorzugsweise zum Lichtbogenschweißen bekannt, die im wesentlichen eine aus dem Wechselstromnetz gespeiste Gleichrichtereinheit, eine oder mehrere höherfrequente Wandleranordnungen mit sekundärer Lastanpassung mit ,Gleich- oder Wechselstromausgang sowie Ansteuerschaltungen und Regeleinrichtungen besitzen. Aufgrund der intern erhöhten Frequenzen' ergeben sich die bekannten Vorteile der Energie- und Materialeinsparung sowie verbesserter dynamischer Parameter. Diese Vorteile wirken sich mit steigender Zwischenfrequenz der Wandleranordnung stärker aus. Solche elektronischen Stromversorgungen sind gewöhnlich aus einer größeren Anzahl elektronischer Schaltelemente, vorzugsweise Schalttransistoren aufgebaut, deren Dimensionierung nach den bei vielen elektrotechnolo-

gischen Prozessen auftretenden Lastbereichen Kurzschluß, Leerlauf und Arbeitsbereich erfolgen muß. Besonders im Leerlaufbereich sind jedoch die Schalttransistoren einer erhöhten Beanspruchung durch die Sättigungserscheinungen der Übertrager ausgesetzt, da die Schalttransistoren für den Arbeitsbereich vorteilhaft dimensioniert sind und das für das Schaltverhalten charakteristische Auftreten von anwachsenden Speicherzeiten bei Leerlaufbelastung keine Entmagnetisierung der Übertrager zuläßt, so daß ein erhöhtes Ausfallrisiko besteht. Aus Gründen des KurzSchlußSchutzes ist eine Überdimensionierung der Schaltelemente hinsichtlich Kurzschluß erforderlich, die zu erhöhtem Material- und Fertigungsaufwand führt. Außerdem wird hierdurch der tatsächliche Arbeits- und damit Anwendungsbereich solcher elektronischen Stromversorgungen eingeschränkt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine elektronische Stromversorgung zu schaffen, deren Material- und Herstellungskosten gegenüber den bekannten technischen Lösungen bei gleichzeitig erweiterten Anwendungsgebiet sowie gesteigrter Zuverlässigkeit geringer sind und die eine erhöhte Qualität der Bearbeitungsergebnisse der elektrotechnologischen Prozesse gewährleistet. '

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es besteht die Aufgabe, eine elektronische Stromversorgung zu entwickeln, bei der das tatsächliche Leistungsvermögen der elektronischen Bauelemente im Arbeitsbereich ausgenutzt wird und mit der eine optimale Anpassung der Ausgangsgrößen der Stromversorgung an technologische Parameter, wie z*B. Parameter des Tropfenüberganges u.a., möglich ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die elektronische Stromversorgung, im wesentlichen eine aus dem Wechselstromnetz gespeiste Gleichrichtereinheit, eine oder mehrere höherfrequente Wandleranordnungen mit sekundärer Lastanpassung mit Gleich- oder Wechselstromausgang, einer Ansteuerschaltung sowie eine Istwerterfassungseinrichtung mit anschließender Regeleinrichtung dür mindestens eine Regelgröße beinhaltend, eine zusätzliche Einrichtung zur Steuerung des Leerlauf- und Kurzschlußverhaltens'besitzt.

Diese zusätzliche Einrichtung besteht aus mindestens einer Zwischenkreisstromerfassungseinrichtung sowie Einrichtungen zur Detektierung des Leerlaufes bzw. Kurzschlusses, deren Ausgänge mit Steuereingängen der Ansteuerschaltung verbunden sind. Die Eingänge der Einrichtungen zur Detektierung des Leerlaufes bzw. Kurzschlusses sind an den Ausgang der Zwischenkreisstromerfassungseinrichtung angeschlossen.

Über die Zwischenkreisstromerfassungseinrichtung wird der Strom im Zwischenkreis als die für den Betriebszustand der Schaltelemente in den höherfrequenten Wandleranordnungen charakteristische Größe erfaßt und von den nachfolgenden Einrichtungen zur Detektierung des Leerlaufes und Kurzschlusses ausgewertet. Durch die Signale am Ausgang dieser Einrichtungen wird die Ansteuerschaltung so beeinflußt, daß beispielsweise beim Kurzschluß eine Reduzierung des Kurzschlußstromes im Sinne einer ?old-3ack-Kennlinie einsetzt und der Kurzschlußstrom auf Werte des ungefähren Arbeitsstromes oder kleinere Werte begrenzt wird» Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen elektronischen Stromversorgung besteht darin, daß durch die Beeinflussung des Leerlauf- und Kurzschlußverhaltens eine Arbeitsbereichserweiterung eintritt, wodurch das Leistungsvermögen der elektronischen Schaltelemente, insbesondere Schalttransistoren, ohne erhöhtes Ausfallrisiko vollständig ausgenutzt werden kann· Da die erfindungsgemäßen zusätzlichen Einrichtungen der elektronischen Stromversorgung eine wesentlich höhere Djna-

mik als die eigentliche Regeleinrichtungen zur Regelung des Arbeitsbereiches aufweisen, ist ein sicherer Schutz der elektronischen Schaltelemente gewährleistet. Hierdurch werden die bisher üblichen überdimensionierungen überflüssig, was eine bedeutende Verringerung des Herstellungsaufwandes solcher elektronischen Stromversorgungen bedeutet und zugleich ihr Anwendungsgebiet wesentlich erweitert. Durch die zielgerichtete Beeinflussung der Ausgangsgrößen der elektronischen Stromversorgungen auch in Randbereichen der Arbeitskennlinie sind Verbesserungen in der Qualität der Prozeßergebnisse elektrotechnologischer Verfahren möglich.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll an einem nachstehenden Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in

Pig. 1: das Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen elektronischen Stromversorgung,

Pig. 2: eine Variante einer Zwischenkreisstromerfassungseinrichtung und

Pig. 3: eine Variante einer Einrichtung zur Detektierung des Leerlaufes.

Gemäß Pig. 1 besteht die elektronische Stromversorgung aus einer Gleichrichtereinheit 1. mit ungesteuerter Brückenschaltung 2 und Zwischenkreispufferkondensator 3? einer höherfrequenten Wandleranordnung 4 mit Treibern'5; 6, Leistungsschalttransistoren 7; 8, mitte!frequentem Wandler 9 sowie Entmagnetisierungsdioden 10; 11, einer sekundären Lastanpassung mit Gleichstromausgang 12, einer Ansteuerschaltung 13 j Istwerterfassungseinrichtung 14 und Regeleinrichtung 15·

Zusätzlich besitzt die elektronische Stromversorgung die erfindungsgemäße Einrichtung 16, beinhaltend eine Zwischen-

kreisstromerfassungseinrichtung 17 mit Einrichtung zur Detektierung des Leerlaufes 18 und Koliektorstromwandler

Die Wirkung der erfindungsgemäßen elektronischen Stromversorgung ist folgende:

Die Netzspannung aus dem Drehstrom- bzw. Einphasennetz wird über die ungesteuerte Brückenschaltung 2 dem Gleichspannungszwischenkreis zugeführt. Der Zwischenkreispufferkondensator 3 dient der Stabilisierung der Zwischenkreisspannung· Die Treiber 5; 6 verstärken die phasengleichen Signale der Ansteuerschaltung 13 und übertragen sie an die Leistungsschalttransistoren 7; 8· Während der Leitphase werden die Leistungsschalttransistoren 7; 8 somit durchgesteuert , die Zwischenkreisspannung liegt über dem höherfrequenten Wandler 9 an, und es erfolgt eine Energieübertragung auf die Sekundärseite·

Mit Beginn der Sperrphase wird die im höherfrequenten Wandler 9 gespeicherte Magnetisierungsenergie freigesetzt und durch Selbstinduktion auf den Zwischenkreispufferkondensator 3 übertragen.

Durch die Dimensionierung der Stromversorgung auf maximale Ausgangsleistung besteht im Leerlauf die Sendenz zum Entstehen von EntSättigungserscheinungen des höherfrequenten Wandlers 9· Diesen EntSättigungserscheinungen des höherfrequenten Wandlers 9 wird erfindungsmäßig mittels der Zwischenkreisstromerfassungseinrichtung 17 sowie der Einrichtung zur Detektierung des Leerlaufes 18 über die Reduzierung des Aussteuertastverhältnisses vollständig entgegengewirkt.

Das Auftreten überhöhter Kollektorströme in den Leistungsschalttransistoren 7» 8 wird wie folgt verhindert: Mit dem Xollektorstromwandler 19 sowie der Zwischenkreisstrcmerfassungseinrichtung 17 wird der Kollektorstrom der Leistungsschalttrahsistoren 7; 8 im Zwischenkreis erfaßt. Bei Überschreitung des zulässigen Wertes erfolgt über die Ansteuerschaltung 13 eine Reduzierung des Ansteuertastver-

hältnisses.

Die Zwischenkreisstromerfassungsejjiriehtung 17 besteht gemäß Fig· 2 aus Widerständen R1; R2; R3, einem Kondensator C1 sowie einer Diode YD1· Die Widerstände R1; R2 bilden die Bürde für den Kollektorstromwandler 19. Mit dem einstellbaren Widerstand R3 wird die Ansprechschwelle des maximal zulässigen Kollektorstromes voreingestellt und die·den Kollektorstrom, repräsentierende Signalspannung der Ansteuerschaltung 13 zugeführt· Der Widerstand R1 bildet mit dem Kondensator 01 einen Tiefpass zur Herausfilterung höherfrequenter Stb*rimpulse· Die Diode YD1 dient dem Schutz der Ansteuerschaltung 13 vor negativen Spannungsbelastungen·

Die Einrichtung zur Detektierung des Leerlaufes 19 besteht gemäß Fig. 3 aus Widerständen R4 bis R10, einem Kondensator C2, Dioden YD2 bis YD5, einem Transistor VT1 und einem Komparator V1 und besitzt folgende Wirkungsweise: Der Kollektorstromwandler 19 arbeitet auf seine Bürde, den Widerstand R4. Der Spannungsabfall über dem Widerstand R4 wird im Komparator Vi mit einer vorher mittels einstellbarst Widerstand R6 vorgewählten Sollwertspannung verglichen. Die Ausgangsgröße des Komparators 71 steuert den Transistor 7T1, mit dessen Hilfe am Meßpunkt 20 im durchgeschalteten Zustand eine feststehende Spannung, gegeben durch den FlußSpannungsabfall der Dioden YD2 bis YD4, entsteht, die der Ansteuerschaltung 13 zugeführt wird. Sinkt der Kollektorstrom auf den Wert des Magnetisierungsstromes des höherfreqtienten Wandler 9, wird die über Widerstand R4 und Kondensator C2 integrierte Ausgangsspannung des Kollektorstromwandlers 19 kleiner als die Sollwertspannung am Meßpunkt 21, wodurch letztlich am Meßpunkt 20 eine Spannung anliegt, die in der Ansteuerschaltung 13 eine TastVerhaltensminderung bewirkt.

In Fig. 4 ist die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtungen anhand der TastVerhältnisvariation in Abhängigkeit von den Lastbereichen angegeben·

Die Darstellung dreier typischer Belastungsfälle zeigt, daß das Tastverhältnis der Ansteuerung von zwei Schwellwerten 22; 23 des Kollektorstromes bestimmt wird, wobei der untere Schwellwert 22 aus dem Mittelwert der Ausgangsgröße des Kollektorstromwandlers 19 resultiert, während der obere Schwellwert 23 vom Istwert des Kollektorstromes der Leistungsschalttransistoren 7» S bestimmt wird. -

Claims (1)

1. Erfindungsansprucli

   Elektronische Stromversorgung, vorzugsweise zum Lichtbogenschweißen, im wesentlichen eine aus dem Wechselstromnetz gespeiste Gleichrichtereinheit, eine oder mehrere höherfrequente Wandleranordnungen mit sekundärer Lastanpassung mit Gleich- oder Wechselstromausgang, einer Ansteuerschaltung sowie eine Istwerterfassungseinrichtung mit anschließender Regeleinrichtung für mindestens eine Regelgröße beinhaltend, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Stromversorgung eine zusätzliche Einrichtung (16) zur Steuerung des Leerlauf- und Kurzschlußverhaltens besitzt, wobei diese zusätzliche Einrichtung (16) aus mindestens einer Zwischenkreisstromerfassungseinrichtung (17) sowie Einrichtungen zur Detektierung des Leerlaufes (18) bzw. Kurzschlusses besteht, deren Eingänge mit dem Ausgang der Zwischenkreisstromerfassungseinrichtung (17) und deren Ausgänge mit Steuereingängen der Ansteuerschaltung (13) verbunden sind.

   Hierzu 3 Seiten Zeichnungen