DE102005005771B4

DE102005005771B4 - Method for determining an arc voltage

Info

Publication number: DE102005005771B4
Application number: DE200510005771
Authority: DE
Inventors: Birger Dr.-Ing. Jaeschke
Original assignee: Lorch Schweisstechnik GmbH
Current assignee: Lorch Schweisstechnik GmbH
Priority date: 2005-02-07
Filing date: 2005-02-07
Publication date: 2009-03-19
Anticipated expiration: 2025-02-08
Also published as: DE102005005771A1

Abstract

Verfahren zur Ermittlung einer bei einem Schweißprozess zwischen einer Schweißelektrode und einem Werkstück abfallenden Lichtbogenspannung (UL) bei Verwendung einer Schweißstromquelle (1) mit primärseitig eines Schweißtransformators (4) angeordnetem, vorzugsweise getaktetem Primärkreis und sekundärseitig des Schweißtransformators (4) angeordnetem Schweißstromkreis, welcher durch einen zwischen Ausgängen (A+, A–) angeordneten inneren Schweißstromkreis, der die Sekundärseite des Schweißtransformators (4), einen Gleichrichter (6) und eine Impedanz (7) zur Glättung des Schweißstromes umfasst, und einen mit den Ausgängen (A+, A–) verbindbaren bzw. verbundenen äußeren Schweißstromkreis gebildet wird, der eine mit einem der Ausgänge (A+, A–) verbundene Schweißelektrode und ein mit dem anderen der Ausgänge verbundenes Werkstück umfasst,
wobei aus Messwerten einer zwischen den Ausgängen (A+, A–) abzugreifenden Ausgangsspannung (Ua) und des Schweißstromes (I) sowie aus einem berechneten oder gemessenen Wert der Spannung (U1) ausgangsseitig des im Schweißstromkreis angeordneten Gleichrichters (6) und aus konstruktiv vorgegebenen, gespeicherten und/oder speicherbaren Werten des Realteils (Ra) der Impedanz des äußeren Schweißstromkreises und...Method for determining an arc voltage (UL) dropping between a welding electrode and a workpiece during a welding process using a welding current source (1) with a preferably clocked primary circuit arranged on the primary side of a welding transformer (4) and welding circuit arranged on the secondary side of the welding transformer (4) between outputs (A +, A-) arranged inside welding circuit comprising the secondary side of the welding transformer (4), a rectifier (6) and an impedance (7) for smoothing the welding current, and one with the outputs (A +, A-) connectable or connected external welding circuit, which comprises a welding electrode connected to one of the outputs (A +, A-) and a workpiece connected to the other of the outputs,
wherein from measured values of an output voltage (Ua) and the welding current (I) to be picked up between the outputs (A +, A-) and from a calculated or measured value of the voltage (U1) on the output side of the rectifier (6) arranged in the welding circuit, and stored and / or storable values of the real part (Ra) of the impedance of the external welding circuit and ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer bei einem Schweißprozess zwischen einer Schweißelektrode und einem Werkstück abfallenden Lichtbogenspannung bei Verwendung einer Schweißstromquelle mit primärseitig eines Schweißtransformators angeordnetem, vorzugsweise getaktetem Primärkreis und sekundärseitig des Schweißtransformators angeordnetem Schweißstromkreis, welcher durch einen zwischen Ausgängen angeordneten inneren Stromkreis, der die Sekundärseite des Schweißtransformators, einen Gleichrichter und eine Impedanz zur Glättung des Schweißstromes umfasst, und einen mit den Ausgängen verbindbaren bzw. verbundenen äußeren Stromkreis gebildet wird, der eine mit einem der Ausgänge verbundene Schweißelektrode und ein mit dem anderen der Ausgänge verbundenes Werkstück umfasst.The The invention relates to a method for determining a at a welding process between a welding electrode and a workpiece falling arc voltage when using a welding power source with primary side a welding transformer arranged, preferably clocked primary circuit and secondary side of the welding transformer arranged welding circuit, which through one between outputs arranged inner circuit, which is the secondary side of the welding transformer, a rectifier and an impedance for smoothing the welding current includes, and one with the outputs connectable or connected external circuit is formed, which has a welding electrode connected to one of the outputs and one with the other of the outputs connected workpiece includes.

Die am Lichtbogen abfallende Lichtbogenspannung ist direkt mit der Länge des Lichtbogens und dementsprechend mit dem Abstand zwischen Elektrode und Werkstück korreliert. Dieser Abstand ist ein für die Steuerung bzw. Regelung eines Schweißprozesses wesentlicher Parameter.The Arc voltage dropping at the arc is directly proportional to the length of the arc Arc and accordingly with the distance between the electrode and workpiece correlated. This distance is one for the control or regulation a welding process essential parameter.

Eine direkte Messung der Lichtbogenspannung ist in der Praxis nicht durchführbar, weil Elemente zum Abgreifen der Lichtbogenspannung nicht in unmittelbarer Nähe des Lichtbogens angeordnet werden können. Andererseits sind in größerer Entfernung vom Lichtbogen am Schweißstromkreis abgegriffene Spannungen nicht mit der Lichtbogenspannung identisch, weil im Schweißstromkreis erhebliche Impedanzen auftreten.A direct measurement of the arc voltage is not feasible in practice, because Elements for tapping the arc voltage not in the immediate Near the Arc can be arranged. On the other hand, are at a greater distance from the arc at the welding circuit tapped voltages are not identical with the arc voltage, because in the welding circuit significant impedances occur.

Aus der EP 1 183 125 B1 ist es grundsätzlich bekannt, die Lichtbogenspannung eines Schweißprozesses unter (angenäherter) Berücksichtigung der vorgenannten Impedanzen aus am Schweißstromkreis erfassbaren elektrischen Spannungen und Strömen rechnerisch zu ermitteln. Allerdings muss dabei eine „aktuelle Änderung" des Schweißstromes erfasst werden, d. h. es müssen jeweils mehrere zeitlich aufeinanderfolgende Messwerte zur Ermittlung der vorgenannten Stromänderung aufgenommen werden. Damit ist notwendigerweise ein gewisser Zeitaufwand erforderlich, welcher aber prinzipiell unerwünscht ist, da bei Schweißprozessen außerordentlich schnelle Änderungen auftreten können.From the EP 1 183 125 B1 In principle, it is known to calculate the arc voltage of a welding process under (approximate) consideration of the abovementioned impedances from electrical voltages and currents detectable at the welding circuit. However, a "current change" in the welding current must be recorded, ie, several time-sequential measured values have to be recorded to determine the aforementioned current change, which necessarily requires a certain amount of time, which is undesirable in principle, since extremely rapid changes occur in welding processes can.

Auch nach der DE 100 64 725 A1 müssen Änderungen des Schweißstromes erfasst werden, um die Lichtbogenspannung zu ermitteln.Even after the DE 100 64 725 A1 Changes in the welding current must be recorded to determine the arc voltage.

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, ein besonders schnelles Verfahren zur Ermittlung der Lichtbogenspannung zu schaffen.Therefore It is an object of the invention, a particularly fast process to create the arc voltage.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass aus Messwerten einer zwischen den Ausgängen abzugreifenden Ausgangsspannung u. a. (t) und des Schweißstromes I(t) sowie aus einem berechneten oder gemessenen Wert der Spannung U1(t) ausgangsseitig des im Schweißstromkreis angeordneten Gleichrichters und aus konstruktiv vorgegebenen, gespeicherten bzw. speicherbaren Werten des Realteiles Ra der Impedanz des äußeren Schweißstromkreises und des Quotienten Q = Xa/Xi der Imaginärteile der Impedanz Xa des äußeren sowie der Impedanz Xi des inneren Schweißstromkreises die Lichtbogenspannung Ul(t) für einen Zeitpunkt t ermittelt wird gemäß UL(t) = Ua(t) + Q·[Ua(t) – U1(t)] – I(t)·Ra. This object is achieved in accordance with the invention in that measured values of an output voltage ua (t) and of the welding current I (t) to be picked off between the outputs and of a calculated or measured value of the voltage U1 (t) on the output side of the rectifier arranged in the welding circuit and from structurally predetermined ones , stored values of the real part Ra of the impedance of the external welding circuit and the quotient Q = Xa / Xi of the imaginary parts of the impedance Xa of the external and the impedance Xi of the internal welding circuit, the arc voltage Ul (t) is determined for a time t according to FIG UL (t) = Ua (t) + Q * [Ua (t) -U1 (t)] -I (t) * Ra.

Die Erfindung bietet den Vorzug, dass die Lichtbogenspannung zum Zeitpunkt t unmittelbar aus Messwerten zum Zeitpunkt t sowie aus konstruktiv vorgegebenen Parametern, die in einem Speicher bereit gehalten werden können, ermittelbar ist. Zeitaufwendige Differenzbildungen zwischen zeitlich aufeinanderfolgenden Messwerten sind dagegen bei der Erfindung nicht notwendig.The Invention offers the advantage that the arc voltage at the time t directly from measured values at time t as well as structurally prescribed Parameters that can be kept in a memory, determined is. Time-consuming differences between successive periods By contrast, measured values are not necessary in the invention.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Sekundärseite des Schweißtransformators sowie der zugeordnete Gleichrichter sich elektrisch wie eine Reihenschaltung aus Gleichspannungsquelle und ohmschen Widerstand (zeitabhängig) verhalten und der innere Schweißstromkreis hinreichend genau durch die vorgenannte Reihenschaltung und eine dazu in Reihe liegende Induktivität darstellbar ist, und dass der äußere Schweißstromkreis elektrisch hinreichend genau als Reihenschaltung aus einer Induktivität, einem ohmschen Widerstand und einer zur vorgenannten Spannungsquelle entgegengesetzt gepolten Gleichspannungsquelle darstellbar ist.The The invention is based on the recognition that the secondary side of the Welding transformer as well the associated rectifier is electrically like a series connection from DC voltage source and ohmic resistance (time-dependent) behavior and the inner welding circuit sufficiently accurate by the aforementioned series connection and a for in-line inductance can be represented, and that the external welding circuit electrically sufficiently accurate as a series circuit of an inductance, a ohmic resistance and opposite to the aforementioned voltage source poled DC voltage source can be displayed.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Ausgangsspannung des von der Sekundärwicklung des Schweißtransformatorsund dem Gleichrichter gebildeten Teilstromkreises rechnerisch bestimmt. Dies ist jedenfalls dann ohne weiteres möglich, wenn die Primärseite des Schweißstromtransformators von einem stabilen Stromnetz gespeist wird und dementsprechend die elektrischen Parameter auf der Primärseite bekannt und zur Berechnung sekundärseitiger Parameter herangezogen werden können.According to one particularly preferred embodiment The invention relates to the output voltage of the secondary winding of the welding transformer and The partial circuit formed by the rectifier is determined by calculation. In any case, this is easily possible if the primary side of the Welding current transformer is powered by a stable power grid and accordingly the electrical parameter known on the primary side and for calculation secondary side Parameters can be used.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung näher beschrieben werden.Otherwise, will in terms of preferred features of the invention to the claims and the following explanation referenced the drawing, based on the particularly preferred embodiments closer to the invention to be discribed.

In der Zeichnung zeigtIn the drawing shows

1 eine beispielhafte Darstellung einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Schweißanlage, 1 an exemplary representation of a suitable for carrying out the method according to the invention welding system,

2 eine schematisierte Darstellung der Primärseite des Schweißtransformators sowie des Schweißstromkreises auf der Sekundärseite des Transformators, wobei zur Erläuterung des elektrischen Verhaltens einzelner Komponente Ersatzschaltelemente dargestellt sind, und 2 a schematic representation of the primary side of the welding transformer and the welding circuit on the secondary side of the transformer, wherein for explaining the electrical behavior of individual component replacement switching elements are shown, and

3 ein vereinfachtes Ersatzschaltbild des Schweißstromkreises. 3 a simplified equivalent circuit of the welding circuit.

Gemäß 1 besitzt ein Leistungsteil 100 eine Schweißstromquelle 1 zum Anschluss an ein in der Regel dreiphasiges elektrisches Stromnetz Eingangsanschlüsse L1 bis L3. Diese sind elektrisch mit einer Gleichrichterschaltung 2 verbunden, die über Leistungsschalter 3 in einander entgegengesetzte elektrischen Stromrichtungen mit der Primärseite eines Transformators 4 verbindbar ist. Das Taktverhältnis der zyklischen Umschaltungen der Leistungsschalter 3 wird durch einen Treiber 5 bestimmt, der die Leistungsschalter 3 betätigt. Somit kann die Primärseite des Transformators 2 mit einer Wechselspannung mit gesteuertem Taktverhältnis versorgt werden. Die Sekundärseite des Transformators 4 ist Teil eines Schweißstromkreises, der einen inneren Teilstromkreis mit einem Schweißstromgleichrichter 6 sowie einer Schweißstromglättungsinduktivität 7 sowie einen äußeren Schweißstromkreis gebildet wird, der seinerseits Verbindungsleitungen zu einer Schweißelektrode sowie einem Werkstück und den Lichtbogen zwischen Schweißelektrode und Werkstück umfasst.According to 1 has a power unit 100 a welding power source 1 for connection to a generally three-phase electrical mains input terminals L1 to L3. These are electrical with a rectifier circuit 2 connected via circuit breakers 3 in opposite directions of electrical current to the primary side of a transformer 4 is connectable. The duty cycle of the cyclical switching of the circuit breaker 3 is by a driver 5 determines the circuit breaker 3 actuated. Thus, the primary side of the transformer 2 be supplied with an AC voltage with a controlled duty cycle. The secondary side of the transformer 4 is part of a welding circuit that has an internal subcircuit with a welding current rectifier 6 and a Schweißstromglättungsinduktivität 7 and an external welding circuit is formed, which in turn comprises connecting lines to a welding electrode and a workpiece and the arc between the welding electrode and the workpiece.

In 1 wird der äußere Schweißstromkreis durch Ersatzschaltelemente dargestellt, nämlich eine den Lichtbogen repräsentierende Spannungsquelle 8 sowie eine Impedanz 9, die für die ohmschen Widerstände sowie die Induktivität und Kapazität des äußeren Schweißstromkreises steht.In 1 the external welding circuit is represented by equivalent switching elements, namely a voltage source representing the arc 8th as well as an impedance 9 , which stands for the ohmic resistances as well as the inductance and capacity of the external welding circuit.

Wie dargestellt schließt der innere Schweißstromkreis in der Regel an Ausgangsbuchsen A+ und A– an, an die sich der äußere Schweißstromkreis mit entsprechenden Steckern anschließen lässt. Grundsätzlich ist jedoch auch eine Festverbindung möglich.As shown closes the inner welding circuit usually at output sockets A + and A-, to which the external welding circuit can be connected with appropriate plugs. Basically, however, is also one Permanent connection possible.

Desweiteren ist es grundsätzlich möglich, die Schweißstromglättungsinduktivität 7 außerhalb der Schweißstromquelle 1 anzuordnen. Deshalb sei hier hervorgehoben, dass bei den nachfolgenden Erläuterungen der interne Schweißstromkreis immer die Schweißstromglättungsinduktivität 7 umfassen soll, unabhängig davon, ob diese außerhalb oder innerhalb der Schweißstromquelle 1 angeordnet ist.Furthermore, it is possible in principle, the Schweißstromglättungsinduktivität 7 outside the welding power source 1 to arrange. Therefore, it should be emphasized here that in the following explanations, the internal welding circuit always the Schweißstromglättungsinduktivität 7 regardless of whether they are outside or inside the welding power source 1 is arranged.

Im dargestellten Beispiel umfasst die Schweißstromquelle 1 desweiteren eine in der Regel durch einen Signalprozessor gebildete Schweißprozesssteuerung 10, die den Treiber 5 steuert und eingangsseitig mit Anschlussleitungen 11 verbunden ist, welche einerseits mit den Leitungen des internen Schweißstromkreises zur Erfassung der Ausgangsspannung Ua ausgangsseitig der Schweißstromglättungsinduktivität 7 und ggf. auch der Spannung U1 ausgangsseitig des Schweißstromgleichrichters 6 bzw. eingangsseitig der Schweißstromglättungsinduktivität 7 verbunden sind und andererseits zur Verbindung mit einem Stromsensor 12 dienen, der den Schweißstrom I erfasst.In the example shown, the welding power source comprises 1 furthermore, a welding process control usually formed by a signal processor 10 that the driver 5 controls and input side with connecting cables 11 is connected, on the one hand with the lines of the internal welding circuit for detecting the output voltage Ua output side of the Schweißstromglättungsinduktivität 7 and possibly also the voltage U1 on the output side of the welding current rectifier 6 or input side of the Schweißstromglättungsinduktivität 7 and on the other hand for connection to a current sensor 12 serve, which detects the welding current I.

Die Schweißstromsteuerung 10 ist desweiteren mit einer übergeordneten Steuerung 13 verbunden, die ihrerseits mit einem Datenspeicher 14 sowie einer Schnittstelle 15 verbunden ist.The welding current control 10 is also with a higher-level control 13 connected, in turn, with a data store 14 as well as an interface 15 connected is.

Nachfolgend wird nun dargestellt, wie die einer direkten Messung praktisch unzugängliche Lichtbogenspannung UL durch die Schweißprozesssteuerung aus an der Schweißstromquelle direkt messbaren Spannungen und Strömen erfasst werden kann, und zwar unter Kompensation der Verfälschung durch die Impedanzen im Schweißstromkreis.following is now presented as that of a direct measurement practically inaccessible Arc voltage UL through the welding process control off at the Welding power source directly measurable voltages and currents can be detected, and while compensating for the corruption by the impedances in the welding circuit.

Die 2 zeigt zunächst, dass der Schweißstromkreis vereinfacht als Stromkreis mit komplexen Impedanzen dargestellt werden kann. Dabei wird die Impedanz Zi durch die Eigenschaften des Leistungsteiles 100 definiert, wobei Zi hauptsächlich bestimmt wird von der Streuinduktivität des Transformators 4 und von der Impedanz der Glättungsinduktivität 7, die dem Schweißstromgleichrichter 6 nachgeschaltet ist.The 2 shows first that the welding circuit can be simplified represented as a circuit with complex impedances. In this case, the impedance Zi by the properties of the power section 100 Zi is mainly determined by the stray inductance of the transformer 4 and the impedance of the smoothing inductance 7 that is the welding current rectifier 6 is downstream.

Die Impedanz Zo wird bestimmt durch Elemente zur Messung, Glättung und Entstörung der Ausgangsspannung Ua des inneren Schweißstromkreises, z. B. Grundlastwiderstände, RC-Glieder zur Spannungsglättung, Kondensatoren zur elektromagnetischen Entstörung sowie Spannungsteiler zur Spannungsmessung.The Impedance Zo is determined by elements for measuring, smoothing and suppression the output voltage Ua of the inner welding circuit, z. B. base load resistors, RC elements for stress smoothing, Electromagnetic interference suppression capacitors and voltage dividers for voltage measurement.

Die die Gesamtimpedanz des äußeren Schweißstromkreises darstellende Impedanz Za wird hauptsächlich gebildet aus den ohmschen Leitungswiderständen sowie der Induktivität der Schweißkabel.The the total impedance of the external welding circuit representative impedance Za is mainly formed from the ohmic line resistances as well as the inductance the welding cable.

Die Impedanzen bilden einen Spannungsteiler, so dass die regelmäßig von der Schweißprozesssteuerung 10 gemessene Ausgangsspannung Ua weder die Lichtbogenspannung UL noch die Spannung eingangsseitig der Schweißstromglättungsinduktivität 7 korrekt abbildet.The impedances form a voltage divider, making them regular from the welding process control 10 measured output voltage Ua neither the arc voltage UL nor the voltage input side of the Schweißstromglättungsinduktivität 7 images correctly.

Das elektrische Ersatzschaltbild des Schweißstromkreises nach 2 kann noch weiter vereinfacht werden. Bei üblichen Schweißstromquellen liegt die Impedanz Zo um mehrere Größenordnungen über den Impedanzen Zi und Za, so dass Zo vernachlässigt werden kann. Weiterhin können die Impedanzen Zi und Za aufgrund der Dominanz von ohmschen und induktiven Anteilen gegenüber nur sehr kleinen kapazitiven Anteilen vereinfacht werden in ihre Realteile, d. h. ohmsche Wirkwiderstände Ri und Ra, und ihre Imaginärteile, d. h. induktive Blindwiderstände Xi und Xa. Dies ist in 3 dargestellt, wobei desweiteren die Sekundärwicklung des Transformators 4 als Spannungsquelle widergegeben wird, die eine der Lichtbogenspannung UL entgegengerichtete Spannung UTv erzeugt. Hierbei bedeuten:

Ri:: Realteil der Impedanz (ohmscher Innenwiderstand) der Schweißstromquelle bis zu den Ausgangsbuchsen A+, A–;
Xi:: Imaginärteil der Impedanz (induktiver Blindwiderstand) der Schweißstromquelle bis zu den Ausgangsbuchsen A+, A–;
Xa:: Imaginärteil der Impedanz (induktiver Blindwiderstand) des äußeren Schweißstromkreises;
Ra:: Realteil der Impedanz (ohmscher Ersatzwiderstand) des äußeren Schweißstromkreises;
URi, UXi, UXa, URa:: Teilspannungen über den jeweiligen Widerständen;
U1, U3:: Hilfsgrößen zur Herleitung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

The electrical equivalent circuit diagram of the welding circuit according to 2 can be further simplified. In usual Schweißstromquel The impedance Zo is several orders of magnitude above the impedances Zi and Za, so that Zo can be neglected. Furthermore, due to the dominance of ohmic and inductive components, the impedances Zi and Za can be simplified compared to only very small capacitive components in their real parts, ie ohmic resistors Ri and Ra, and their imaginary components, ie inductive reactances Xi and Xa. This is in 3 illustrated, further wherein the secondary winding of the transformer 4 is reproduced as a voltage source which generates a voltage UTv opposing the arc voltage UL. Where:

Ri:: Real part of the impedance (ohmic internal resistance) of the welding power source up to the output sockets A +, A-;
Xi:: Imaginary part of the impedance (inductive reactance) of the welding power source up to the output sockets A +, A-;
Xa:: Imaginary part of the impedance (inductive reactance) of the external welding circuit;
Ra:: Real part of the impedance (ohmic equivalent resistance) of the external welding circuit;
URI, UXi, UXa, URa:: Partial voltages over the respective resistors;
U1, U3:: Auxiliary quantities for the derivation of the method according to the invention.

Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es nun, allein durch Ermittlung der Spannungen Ua und U1 (bzw. Utv) und Kenntnis des Momentanwertes I(t) auf UL zu schließen. Zur Ableitung einer entsprechenden Beziehung wird der Spannungsteiler der imaginären Impedanzanteile mit den Größen U1, Xi, UXi, Ua, Xa, UXa, U3 herangezogen und unter Nutzung der Spannungsteilerregel für die Imaginärteile lässt sich die Beziehung herleiten: UXa = Xa/(Xi + Xa)·(U1 – U3); (Gl. 1) The basic idea of the present invention is now to conclude UL only by determining the voltages Ua and U1 (or Utv) and knowing the instantaneous value I (t). In order to derive a corresponding relationship, the voltage divider of the imaginary impedance components with the variables U1, Xi, UXi, Ua, Xa, UXa, U3 is used, and the relationship can be derived by using the voltage divider rule for the imaginary parts: UXa = Xa / (Xi + Xa) · (U1 - U3); (Equation 1)

Mit dieser Ausgangsbasis lassen sich folgende Rechenschritte weiter führen: Ua = UXa + U3 = Xa/(Xi + Xa)·(U1 – U3) + U3; (Gl. 2) Ua = Xa/(Xi + Xa)·U1 + [1 – Xa/(Xi + Xa)]·U3; (Gl. 3) U3 = [Ua – Xa/(Xi + Xa)·U1]/[1 – Xa/(Xi + Xa)]; (Gl. 4) U3 = Ua + (Xa/Xi)·(Ua – U1); (Gl. 5) With this starting basis, the following calculation steps can be continued: Ua = UXa + U3 = Xa / (Xi + Xa) · (U1 - U3) + U3; (Equation 2) Ua = Xa / (Xi + Xa) · U1 + [1-Xa / (Xi + Xa)] · U3; (Equation 3) U3 = [Ua - Xa / (Xi + Xa) - U1] / [1 - Xa / (Xi + Xa)]; (Equation 4) U3 = Ua + (Xa / Xi) · (Ua - U1); (Equation 5)

Es zeigt sich nun, dass bei der Bestimmung der Hilfsgröße U3 die Imaginärteile der Impedanzen einen realen Quotienten (Xa/Xi) bilden. Dies bedeutet praktisch, dass die Frequenzabhängigkeit und Phasenverschiebung bzw. der Zeitversatz der Teilspannungen aus dem Verfahren zur Ermittlung der Spannung UL eliminiert wird. Da der Strom I(t) gemessen wird und damit als bekannt vorausgesetzt werden kann, lassen sich in weiteren Schritten die ohmschen Spannungsabfälle über Ra, und bei Bedarf auch über Ri, herausrechnen. Q = Xa/Xi; (Gl. 6) U3 = Ua + Q·(Ua – U1); (Gl. 7) UL = U3 – I(t)·Ra; (Gl. 8) U1 = Uz/ü·TV – I(t)·Ri; (Gl. 9) UL = Ua + Q·(Ua – U1) – I(t)·Ra; (Gl. 10) Q = [UL – Ua + I(t)·Ra]/(Ua – U1); (Gl. 11). It now turns out that in the determination of the auxiliary quantity U3, the imaginary parts of the impedances form a real quotient (Xa / Xi). This practically means that the frequency dependency and phase shift or the time offset of the partial voltages from the method for determining the voltage UL is eliminated. Since the current I (t) is measured and can therefore be assumed to be known, the ohmic voltage drops over Ra, and if necessary also over Ri, can be calculated out in further steps. Q = Xa / Xi; (Equation 6) U3 = Ua + Q · (Ua - U1); (Equation 7) UL = U3 - I (t) · Ra; (Equation 8) U1 = Uz / ü · TV - I (t) · Ri; (Equation 9) UL = Ua + Q · (Ua - U1) - I (t) · Ra; (Equation 10) Q = [UL-Ua + I (t) * Ra] / (Ua-U1); (Equation 11).

Im Ergebnis kann also gemäß Gleichung 10 die Lichtbogenspannung UL ohne weiteres aus leicht messbaren bzw. konstruktiv vorgegebenen Größen, die im Speicher 14 abgelegt sein können bzw. über die Schnittstelle 15 zugeführt werden, ermittelt und bei der Regelung des Schweißprozesses berücksichtigt werden.As a result, therefore, according to equation 10, the arc voltage UL readily from easily measurable or structurally predetermined variables in the memory 14 can be stored or via the interface 15 be supplied, determined and taken into account in the control of the welding process.

Der Quotient Q lässt sich ggf. messen, indem zwischen Schweißelektrode und Werkstück ein Kurzschluss hergestellt wird. In diesem Falle ist keine Lichtbogenspannung vorhanden, so dass für Q gilt: Q = [I(t)·Ra – Ua(t)]/[Ua(t) – U1(t)]. If necessary, the quotient Q can be measured by making a short circuit between the welding electrode and the workpiece. In this case, there is no arc voltage, so that for Q: Q = [I (t) * Ra -Ua (t)] / [Ua (t) -U1 (t)].

Desweiteren besteht die Möglichkeit, die Spannung U1 gemäß Gleichung 9 zu berechnen, dabei bedeuten

Uz(t)/ü: Amplitude der Sekundärspannung des Transformators des getakteten Leistungsteils;
TV(t): Steuertastverhältnis des getakteten Leistungsteils;
Ri: Realteil der Impedanz des innerhalb der Maschine befindlichen Schweißstromkreises.

Furthermore, it is possible to calculate the voltage U1 according to equation 9, mean

Uz (t) / u: Amplitude of the secondary voltage of the transformer of the clocked power unit;
TV (t): Steuertastverhältnis the clocked power unit;
Ri: Real part of the impedance of the welding circuit inside the machine.

Dementsprechend erübrigt es sich, die Spannung U1 sensorisch zu erfassen.Accordingly Needless it is to sense the voltage U1 sensory.

Claims

Method for determining a at a Welding process between a welding electrode and a workpiece decreasing arc voltage (UL) when using a welding power source ( 1 ) with primary side of a welding transformer ( 4 ) arranged, preferably clocked primary circuit and the secondary side of the welding transformer ( 4 ) arranged through a between outputs (A +, A-) internal welding circuit, the secondary side of the welding transformer ( 4 ), a rectifier ( 6 ) and an impedance ( 7 ) for smoothing the welding current, and forming an external welding circuit connectable to the outputs (A +, A-), comprising a welding electrode connected to one of the outputs (A +, A-) and a workpiece connected to the other of the outputs comprising, from measured values of an output voltage (Ua) and the welding current (I) to be picked up between the outputs (A +, A-) and of a calculated or measured value of the voltage (U1) on the output side of the rectifier ( 6 ) and from structurally given, stored and / or storable values of the real part (Ra) of the impedance of the external welding circuit and the quotient (Q) of the imaginary parts of the impedance (Xa) of the outer and impedance (Xi) of the internal welding circuit the arc voltage ( UL) for a time (t) is determined according to UL (t) = Ua (t) + Q * [Ua (t) -U1 (t)] -I (t) * Ra.

Method according to Claim 1, characterized in that the value of the voltage (U1) on the output side of the rectifier ( 6 ) is determined according to U1 (t) = Uz (t) / ü · TV (t) - I (t) · Ri the following definitions apply: Uz (t) / ü amplitude of the secondary voltage of the transformer of the clocked power unit; TV (t) control duty cycle of the switched power section; Ri Real part of the impedance of the internal welding circuit.

Method according to Claim 1, characterized in that the value of the voltage (U1) on the output side of the rectifier ( 6 ) is detected by direct measurement.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the value of the quotient (Q) of the imaginary part of the impedance of the external welding circuit and the imaginary part of the impedance of the internal welding circuit before starting the welding process as an approximation of a STEU ( 13 ), a data memory ( 14 ) or an input device ( 15 ).

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that a controller ( 10 . 13 ) updates the value of the quotient (Q) from the imaginary part of the impedance of the external welding circuit and the imaginary part of the impedance of the internal welding circuit during the welding process with changing impedance of the welding circuit.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that a controller ( 10 . 13 ) determines the value of the quotient (Q) from the imaginary part of the impedance of the external welding circuit and the imaginary part of the impedance of the internal welding circuit in the event of a short circuit between the welding electrode and the workpiece Q = [I (t) * Ra -Ua (t)] / [Ua (t) -U1 (t)].

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that a controller ( 10 . 13 ) the arc voltage (UL) and / or used to determine sizes used only during predetermined phases of the welding process.