DD215265A1

DD215265A1 - Stromquelle, deren ausgangscharakteristik durch elektronische mittel veraenderbar ist

Info

Publication number: DD215265A1
Application number: DD25068983A
Authority: DD
Inventors: Hubert Mecke; Wolfgang Fischer; Josef Opitz
Original assignee: Univ Magdeburg Tech
Priority date: 1983-05-06
Filing date: 1983-05-06
Publication date: 1984-11-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stromquelle, deren Ausgangscharakteristik durch elektronische Mittel veraenderbar ist und die nach dem Frequenzumrichterprinzip arbeitet, insbesondere z. Lichtbogenschweissen. Ziel d. Erfindung ist es, mit relativ wenig Aufwand den Anwendungsbereich gegenueber den bekannten Loesungen zu erweitern und fuer die einzelnen Lichtbogenschweissverfahren optimale Schweisseigenschaften zu erreichen. Hierzu soll die Stromquelle derart veraendert werden, dass die Ausgangscharakteristik im gesamten Bereich von horizontal bis steil fallend vorzugsweise stufenlos dem jeweiligen Lichtbogenschweissverfahren angepasst werden kann. Ausserdem sollen schwach ansteigende Ausgangskennlinien und solche mit reduziertem Kurzschlussstrom moeglich sein. Erfindungsgemaess sind mindestens ein Spannungsregler u. mindestens ein Stromregler in einer Abloeseschaltung derart parallel geschaltet, dass sie unabhaengig voneinander arbeiten, wobei jeder der eingesetzten Spannungs- und Stromregler mit dem Ist-Wert der betreffenden Regelgroesse, einem einstellbaren Soll-Wert und dem bewerteten Ist-Wert der jeweils anderen Regelgroesse beaufschlagbar ist.

Description

Titel der Erfindung

Stromquelle, deren Ausgangscharakteristik durch elektronische Mittel veränderbar ist.

Anwendungsgebiet der Erfindung .

Die Erfindung betrifft eine Stromquelle> deren Ausgangscharakteristik durch elektronische Mittel veränderbar ist und die nach dem Frequenzumrichterprinzip arbeitet-, insbesondere.zum Lichtbogenschweißen.

.',-_ · ' . :"' '

;f ' ' "' '"'.'

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen ·. ;,·,;,,.-,_v„

Stromquellen mit veränderbarer Ausgangscharakteristik für das Lichtbogenschweißen sind, unter dem Hamen VC-Stromquellen bekannt. Sie besitzen Ausgangskennlinienfelder mit unterschiedlicher .Kennlinienneigung, in denen die Arbeitspunkte stufig oder auch stufenlos eingestellt werden können. Rotierende Schweißumformer und Schweißgleichrichter werden als VC-Stromquellen bevorzugt mit zwei Ausgangskennlinienfeldern unterschiedlicher Kennlinienneigung ausgeführt. Diese VC-Stromquellen können sowohl für Lichtbogenschweißverfahren, die im Arbeitspunkt eine stark fallende Ausgangscharakteristik der Stromquelle als auch für Lichtbogenschweißverfahren, die im Arbeitspunkt eine schwach fallende Ausgangscharakteristik der Stromquelle benötigen^ angewendet werden.

Da bei den genannten VO~Stromquellen in der Regel nur zwischen zwei Ausgangskennlinienfeldern mit jeweils unter- ' ^; schiedlicher Kennlinienneigung gewählt werden kann, sind die Schweißeigenschaften dieser Stromquellen nicht für alle ^l Lichtbogenschweißverfahren optimal.

Zur Erzielung von Ausgangskennlinienfeldern mit unterschiedlicher Kennlinienneigung werden verschiedene Prinzipien angewendet· Dabei zeichnen sich elektronische Prinzipien im Vergleich zu solchen Prinzipien, wie Bürstenverstellung beim rotierenden Schweißumformer und Windungsumverteilung oder Transduktorsteuerung beim Schweißgleichrichter, durch geringeren Aufwand, hohe Stelldynamik und leichte Automatisierbarkeit aus.

Es sind auch bereits Stromquellen mit elektronischen Schaltungsanordnungen für Veränderbare Ausgangscharakteristiken bekannt geworden, bei denen die neigung der'Ausgangskennlinien in einem bestimmten Bereich stufig oder stufenlos veränderbar ist. Beispielsweise ist bei der Lösung nach DE-OS 2 433 275 die Neigung der Ausgangskennlinien in einem relativ großen Bereich von schwach bis steil fallend stufenlos veränderbar. Die Einstellung der Kennlinienneigung er- =folgt hierbei mit einem Tandempotentiomet^r, mit dem gleichzeitig die Ist-Werte von Schweißstrom und Schweißspannung gegensinnig bewertet werden» Beide so bewerteten Ist-Wertsignale werden mit Hilfe eines Addierers mit einem einstellbaren Soll-Wert verglichen. Die Regelabweichung wirkt über einen PI-Regler auf den Leistungsteil des Gleichrichters ein. Diese Ausführungsvariante ist besonders für Schweiß- _Ί gleichrichter zweckmäßig.· Bei Schweißumrichtern, die auf- . grund ihrer spezifischen Vorteile, wie kleine Masse, großer Wirkungsgrad, kleine Anschlußleistung, hohe Stelldynamik, , zunehmende Bedeutung für das Lichtbogenschweißen gewinnen, ergeben sich jedoch wesentliche ITachteile. So ist bei der derzeit bevorzugten Ausführung des Wechselrichters als reihenkompensierter Schwingkreiswechselrichter bei der Anwendung der beschriebenen elektronischen Schaltung eine zusatz-

liehe Begrenzung der Leerlaufspannung und des Kurzschluß-Stromes erforderlich· Beide Maßnahmen vergrößern den schaltungst.edänischen Aufwand erheblich.

Durch die DE-OS 2 922 634 ist auoh bereits für Schweißumrichter eine Schaltungsanordnung für eine veränderbare Ausgangscharakt eristik bekannt. Bei dieser Schaltungsanordnung werden die IstwWerte von Schweißspannung-und Schweißstrom über ohm'sche Spannungsteiler bewertet und einem Spannungsregler und einem diesen nachgeordneten, unterlagerten Stromregler zugeführt. Mit der Vorgabe eines Soll-Wertes sind Leerlauf spannung und Kurzschlußstroin festgelegt, wodurch die Ausgangskennlinie mit einer bestimmten Neigung vorgegeben ist. Da nicht beliebig große Werte für Leerlaufspannung und KurzSchlußstrom festlegbar sind, ergibt sich lediglich ein begrenzter Veränderungsbereich der Ausgangscharakteristik. Da angenähert horizontale und steil fallende Ausgangskennlinien nicht einstellbar sind, ist die Anwendung der Schaltungsanordnung begrenzt. . .

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine Stromquelle, deren Ausgangscharakteristik durch elektronische Mittel veränderbar ist und die nach dem Frequenzumrichterprinzip arbeitet, insbesondere zum Lichtbogenschweißen, bei der mit relativ wenig Aufwand der Anwendungsbereich erweitert werden kann und die für die einzelnen Lichtbogenschweißverfahren optimale Schweißeigenschaften besitzt.

Darlegung des Wesens der Erfindung . .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Stromquellen, deren Ausgangscharakteristik durch elektronische Mittel veränderbar sind und die nach dem Frequenzumrichterprinzip arbeiten, derart zu verändern, daß die: Ausgangscharakteristik im gesamten Bereich von horizontal bis steil fallend vorzugsweise stufenlos dem jeweiligen Lichtbogenschweißverfah-

ren angepaßt werden kann. Außerdem sollen schwach ansteigende Ausgangskennlinien und solche mit reduziertem Kurzschlußstrom möglich sein»

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß mindestens ein Spannungsregler und mindestens ein Stromregler in einer Ablöseschaltung derart parallel geschaltet sind, daß sie unabhängig voneinander arbeiten, wobei jeder der eingesetzten Spannungs- und Stromregler mit dem Ist-Wert der betreffenden Regelgröße, einem einstellbaren Soll-Wert und dem bewerteten Ist-Wert der jeweils anderen Regelgröße beaufschlagbar ist. s

Durch die beiden einstellbaren Soll-Werte werden Leerlaufspannung und Kursschlußstrom festgelegt. Die Ist-Wert-Bewertung kann stufenlos.beispielsweise durch Potentiometer oder stuf ig .beispielsweise¹ durch entsprechende ohmsche ³ Spannungsteiler erfolgen. Durch die erfindungsgemäße Stromquelle können in einem großen Bereich einstellbare Neigungen der Ausgangskennlinien realisiert werden. Gleichzeitig werden durch die neue Stromquelle die Leerlaufspannung und der Kurz Schluß st rom begrenzt. .,,·,...'

Durch die erfindungsgemäße Stromquelle sind die Ausgangskennlinien in ihrer Neigung und Lage beliebig einstellbar.-In Abhängigkeit von der eingestellten Kennlinienneigung können auch Ausgangskennlinien, die in ihrem Verlauf einen Knickpunkt aufweisen, realisiert werden, so daß sich ab . einer.bestimmten Spannung bzw. eines bestimmten Stromes eine stärkere Kennlinienneigung ergibt. Für die eingestellte Kennlinienneigung können durch Verändern von Leerlaufspannung oder Kurzschlußstrom die Ausgangskennlinien , parallel verschoben werden. Außerdem sind schwach ansteigende Ausgarigskennlinien und Ausgangskennlinien mit reduziertem Kurzschlußstrom möglich.

Durch diese vielfältigen pöglichkeiten der Realisierung einstellbarer Kennlinienneigungen und die mögliche besondere Form der Ausgangskennlinien kann die Ausgangscharakteristik

der neuen Stromquelle dem gewüigen Lichtbogenschweißverfahren weitestgehend angepaßt und somit der Anwendungsbereich gegenüber vergleichbaren Stromquellen vergrößert werden. ^!

Ausführungsbeispiel .

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Pig. 1ί das Blockschaltbild einer erfindungsgemäß ausgeführten Stromquelle,

Pig. 2: grafische Darstellungen von Ausgangskennlinien der Stromquelle nach Pig. 1.

Die Stromquelle nach Pig. 1 besteht aus einem Eingangsgleichrichter 1. mit Gleichstromzwischenkreis, der an ein Drehstromnetz L 1; L 2; L 3 angeschlossen ist, einem Wechselrichter 2 mit Mittelfrequenzspannungsausgang und einem ausgangsseitigen Gleichrichter 3 mit Glättungsfilter zur Gleichrichtung und Glättung dieser Mittelfrequenzspannung, an dessen Ausgang die Schweißelektroden angeschlossen werden.

Die Regelschaltung zur Realisierung der veränderbaren Ausgangscharakteristik der Stromquelle besteht aus einem Span-

nungsregler 4 und einem dazu parallel geschalteten Stromregler 5· Beide Regler sind über Ablösedioden 6; 7 entkoppelt und mit einer'Speziellen Steuerschaltung 8 verbunden. Gemeinsame Ausgangsgröße beider Regler ist eine Steuerspannung U , , welche über.die Steuerschaltung 8 die Prequenz des Wechselrichters 2 steuert, wodurch Ausgangsspannung und -strom geregelt einstellbar sind.

Der Spannungsregler 4 und der Stromregler 5 weisen den gleichen Schaltungsaufbau auf. Als Regler wird jeweils ein Operationsverstärker 9 bzw. 10 verwendet, dessen Rückführung jeweils aus einem ohmschen Widerstand 11 bzw. 12 und einem Kondensator 13 bzw. 14 besteht und der damit als PI-Regler arbeitet.

Ein weiterer ohmscher Widerstand 15 bzw. 16 ist zwischen den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 9 bzw.' 10 und Masse geschaltet. Eine Z-Diode 17 bzw. 18 in der Rückführung beschränkt den Ausgangsspannungsbereich des Operationsverstärkers 9 bzw. 10. Über Eingangswiderstände _: 19;* 20j 21 bzw. 22$ 23; 24, am nicht invertierenden Eingang des ' Operationsverstärkers 9 bzw. 10 wird dieser mit Soll-Wert, _; Ist-Wert und einer "Hilfsgröße beaufschlagt. ;

Der Eingangswiderstand 21 bzw· 24 ist,an den Schleifer eines Potentiometers 25 bzw. 26 angeschlossen, das zwischen einer konstanten negativen Referenzspannung ?- .U„ ^, und Hasse liegt. Der Eingangswiderstand 20 bzw. 23 ist an den Schleifer eines Potentiometers 27 bzw. 28 angeschlossen, das zwischen dem Ausgang der Ist-Wert-Erfassung' der jeweils anderen Regelgröße und Masse liegt. ' _r

Der Spannungsistwert. wird über einen aus .zwei; Widerständen 29; 30 bestehenden ohmschen Spannungsteiler erfaßt, der den Aus!¹-. gangsklemmen des Gleichrichters 3 parallel geschaltet ist und dessen Mttelabgriff mit dem Eingangswiderstand 19 des Spannungsreglers 9 und dem Potentiometer 20 des Stromreglers 10 -' verbunden ist.

Über einen Shunt 31 wird eine dem Schweißstrom proportionale

Spannung gewonnen, die zweckmäßig mit einem Operationsverstärker 32, der mit einem ohmschen Widerstand 33_in der Rückführung als P-Verstärker arbeitet, verstärkt wird. Dabei ist der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 32 auf Massepotential gelegt, und zwischen invertierenden Eingang und den Shunt 31 ist ein Eingangswiderstand 34 geschaltet. Der Ausgang des Verstärkers 32 ist mit dem Eingangs- ,} widerstand 22 des Stromreglers 10 und dem Potentiometer 27 des Spannungsreglers 9 verbunden, >

Die in der Regelschaltung zur Realisierung einer einstell-ί baren Ausgangscharakteristik enthaltenen vier Einstellorgane haben folgende Punktionen: ' ;

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, kann mit dem Potentiometer25 eine Leerlaufspannung 35 und, mit dem Potentiometer 27 eine :

Kennlinienneigung 36 für die Spannungsregelung eingestellt

werden. Datei ergibt eine Veränderung der Leerlaufspannung bei eingestellter Kennlinienneigung eine Parällelverschiebung der Ausgangskennlinie.

Das Kennlinienfeld wird weiterhin begrenzt durch, die maximal erreichbare Ausgangskennlinie 37 des Wechselrichters 2 und einen mit d'em Potentiometer 26 einstellbaren Kurzschlußstrom 38. Gleichzeitig kann wie Pig. 2 zeigt, mit dem Potentiometer 28 eine Kennlinienneigung 39 für die Stromregelung verändert werden. Dabei ergibt bei eingestellter Kennlinienneigung eine Veränderung des KurzSchlußstromes eine Parailelverschiebung der Ausgangskennlinie.

Wird der Eingangswiderstand 20'mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 9 verbunden, so lassen-sich schwach steigende Ausgangskennlinien realisieren. Wenn der Eingangswiderstand 23 mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 10 verbunden wird, lassensich Ausgangskennlinien mit reduziertem KurzSchlußstrom realisieren. Beispiele dafür sind in Pig. 2 dargestellt.

Der Spannungsregler 4 und der Stromregler 5 arbeiten unabhängig voneinander in einer Ablöseschaltung, so daß stets der Regler wirksam wird, der gerade die größte Ausgangsspannung liefert. Im Zusammenwirken beider Regler sind Ausgangskennlinien, wie in Pig. 2 dargestellt, mit und ohne Knickpunkt im Kennlinienverlauf realisierbar, wobei die Kennlinien nach Lage und Neigung beliebig einstellbar sind.

Claims

Erfindungsanspruch ;

Stromquelle, deren Ausgangscharakteristik, durch'elektronische Mittel veränderbar ist und die nach dem Frequenzumrichterprinzip arbeitet, insbesondere zum Lichtbogenschwei-'ßen, gekennzeichnet dadurch, daß mindestens ein Spannungsregler (4) und mindestens ein Stromregler (5) in einer Ablöseschaltung derart parallel geschaltet sind, daß sie unabhängig voneinander arbeiten, wobei jeder der eingesetzten Spannungs- und Stromregler (4 bzw. 5) jeweils mit dem Ist-Wert der betreffenden Regelgröße, einem einstellbaren Soll-Wert und dem bewerteten Ist-Wert der jeweils anderen Regelgröße beaufschlagbar ist. ' . (

Hierzu 1 Seite Zeichungen