DE1954517C3

DE1954517C3 - Schaltungsanordnung zum Impulslichtbogenschweißen

Info

Publication number: DE1954517C3
Application number: DE1954517A
Authority: DE
Inventors: Emmett R. Berkeley Anderson; Robert E. Drinda Rutz
Original assignee: Airco Inc
Current assignee: Airco Inc
Priority date: 1968-10-29
Filing date: 1969-10-29
Publication date: 1979-01-11
Also published as: CH516968A; DE1954517A1; DE1954517B2; SE367776B; BE740276A; US3588465A; FR2021812A1; GB1278991A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Impulslichtboger.schweißen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattun.».

Aus der GB-PS 11 06 685 ist eine Schaltungsanordnung zum Impulslichtbogenscbweißpn der angegebenen Gattung bekannt, bei welcher der Schweißelektrode ein impulsförmiger Gleichstrom zugeführt wird, dessen Amplitude zwischen einem oberen und unteren Grenzwert hin- und herpendelt Dadurch läßt sich die Sprüh-Übertragung des geschmolzenen Elektrodenmaterials auf die Schweißverbindung verbessern, so daß starke und gute Schweißnähte entstehen. Weiterhin führt dieses Schweißverfahren zu einem relativ niedrigen mittleren Strom und zu niedrigen Lichtbogentemperaturen, so daß Schweißtropfen bzw. Schweißraupen mit höherer Viskosität entstehen. Diese höhere Viskosität ist insbesondere für das Schweißen in vertikaler oder Über-Kopf-Lage wesentlich, da hierdurch verhindert werden kann, daß die aufgeschmolzenen Tropfen zu rasch aus der Schweißverbindung ausfließen können.

Um die Temperaturen auf diese relativ niedrigen Werte einregeln zu können, sind jedoch kurze Lichtbogenlängen erforderlich, die wiederum zu niedrigen Spannungen, beispielsweise 20 V für die Erzeugung dieser relativ kurzen Lichtbogenlängen führen. Da sich jedoch bei solchen niedrigen Spannungen bereits geringe Änderungen der Größe der Netzspannung relativ stark bemerkbar machen, sind Probleme bei der Aufrechterhaltung solcher Lichtbogen mit kurzen Längen aufgetreten. Es sind zwar bereits Systeme vorgeschlagen worden, weiche die Netzspannung in entsprechender Weise, beispielsweise auf einen konstanten Wert, steuern. Diese Systeme haben jedoch neue Schwierigkeiten aufgeworfen, da hierbei Einschwingvorgänge und damit Spannungsspitzen in dem Lichtbogen entstehen, so daß poröse Schweißnähte erzeugt werden; dies gilt insbesondere für die

anfängliche Zündung des Lichtbogens. Diese Spannungsspitzen lassen sich auch durch die üblicherweise verwendeten Zündschaltungen und Leistungsgleiehrichter, beispielsweise gesteuerte Siliciumgleichrichter, nicht vermeiden; denn die zu diesem Zweck eingesetzten Rückkopplungsschleifen, welche die Lichtbogenspannung unabhängig von etwaigen Netzspannungsschwankungen konstant halten sollen, können die Anfahrcharakteristik der Schaltungsanordnung ändern, wodurch wieder neue Schwierigkeiten in bezug auf die exakte Durchführung des Schweißvorganges aufgeworfen werden. Außerdem erhöhen sich durch solche zusätzliche Maßnahmen die Kosten einer solchen Schaltungsanordnung wesentlich.

Insbesondere bei Systemen mit siliciumgesteuerten Gleichrichtern machen sich die beim Start auftretenden Einschwingvorgänge nachteilig bemerkbar. Wenn beim Zündzeitpunkt eine Regler-Bezugsspannung vorhanden und die Last an den Generator angeschlossen ist, baut sich während einer bestimmten Zeitspanne die Rückkopplungs-Probewelle auf. Beim Zünden ist jedoch keine Rückkopplup.gsspannup.g vorhanden, so daß eine solche Schaltungsanordnung den Generator voll einstellt, wodurch sich wiederum eine 2u hohe Startspannung ergibt. Dies führt zu einer Übersteuerung und einem Verlust des Schutzgases, wenn der Lichtbogen gezündet wird. Erst nachdem sich die Rückkopplung auf den richtigen, stationären Wert eingependelt hat, wird die Ausgangsspannung auf den vorher ausgewählten Pegel gesenkt. Wenn andererseits die Quelle für das Regler-Bezugssignpl zur gleichen Zeh wie die Hauptleistung eingeschaltet wird, benötigt der Regler eine gewisse Zeitspanne, bis die zur Erreichung des stationären Zustandes erforderliche Ausgangsspannung erreicht ist. In beiden Fällen besteht beim Starten einer solchen Schaltungsanordnung die Gefahr, daß die Schweißnaht porös wird und deshalb keine hohe Festigkeit hat

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum 'mpulslichtbogenschweißen der angegebenen Gattung zu schaffen, mit der die bei einer Regelung der Stromimpulse auftretenden Startspannungsspitzen vermieden werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Aus der US-PS 33 56 928 ist eine Schweißquelle bekannt, bei der zu Beginn eine Hochspannung zum Zünden des Lichtbogens erzeugt wird, während nach der Zündung des Lichtbogens eine niedrige Spannung und ein hoher Strom und neben dem hohen Strom ein durch Veränderung des Zündwinkels den Gleichrichter einer Gleichrichteranordnung steuerbarer mittlerer Strom dem Lichtbogen zugeführt werden, um Laständerungen und Variationen der Netzspannung auszugleichen. Dem Lichtbogen werden also keine Stromimpulse zugeführt, so daß sich auch nich't die angestrebte Sprühübertragung des Elektrodenmaterials ergibt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere auf folgender Funktionsweise: Die Gleichrichteranordnung und die Zündschaltung sind getrennt jeweils über Schalter mit der Netzspannung verbunden. Wird zunächst der erste Schalter geschlossen, so wird die Zündschaltung in den Gleichgewichtszustand gebracht, so daß beim Schließen dieses Schalters entstehende Spannungsspitzen bzw. Einschwingspannungen auf vernachlässigbare Werte abfallen und nicht auf den Lichtbogen übertragen werden können, wenn zu

einem späteren Zeitpunkt der zweite Schalter geschlossen wird, um die Netzspannung an die Gleichrichteranordnung anzulegen. Da weiterhin die Zündschaltung den Zünkwinkel in Abhängigkeit von der Netzspannung derart verändert, daß der Mittelwert der Stromimpulse konstant gehalten wird, lassen sich Änderungen der Netzspannung bei Stromquellen für das Impulslichtbogenschweißen kompensieren, ohne daß durch die Zündschaltung erzeugte Spannungsspitzen auf den Lichtbogen einwirken können.

Zur Erzeugung und auch Aufrechterhaltung des Lichtbogens wird immer die optimale Strommenge zugeführt, so daß die ganze Schweißnaht, also insbesondere auch ihr Anfangsstück, bei relativ niedrigen Temperaturen gebildet werden kann. Dadurch verringert sich wiederum die Gasaufnahme des Werkstückes, so daß eine verminderte Neigung zur Porenbildung besteht

Zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen zusammengestellt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Auaführungsbeispieicn unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Ls zeigt

F i g. 1 ein allgemeines Schaltbild einer Scha'tungsanordnung zum impulslichtbogenschweißen nach der Erfindung,

F i g. 2 und 3 zusammen ein detailliertes Schaltbild der Zündschaltung 74, die in F i g. 1 in einen Kasten 74 mit gestrichelten Linien angedeutet ist,

F i g. 4 eine Ansicht zur Erläuterung, wie die F i g. 2 und 3 zur Bildung der vollständigen Ansicht nebeneinandergelegt werden müssen, und

Fig. 5 bis 8 Diagramme zur Erläuterung bestimmter Merkmale der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Schaltungsanordnung zum Impulslichtbogenschweißen in einer allgemeinen Übersicht dargestellt. Die Stromleistung wird durch eine Dreiphasen-Leitung 20 über eine Primärwicklung 22 und eine Sekundärwicklung 24 eines Dreiphasen-Netztransformators 26 zu einem Dreiphasen-Vollweggleichrichter 28 geliefert, so daß die Grundleistung durch Drosselspulen 30 und 32 an einen elektrischen Lichtbogen 34 angelegt wird, der den Verbraucher des Systems bildet. In den Primär-Netzleitungen befindet sich ein Dreiphasen-Schalter 36. Auf der Leitungsseite des Schalters 36 ist ein Einphasen-Transformator 38 durch einen Schalter 40 zur Lieferung der Zündleistung der zwei elektrischen Ventile 42 und 44 angeschlossen, die als Trigger-Ventile dienen. Die elektrischen Trigger-Ventile sind an zwei Leistungsgleichrichter 46 und 48 angeschlossen, die einen Teil einer Gleichrichterbrücke 50 bilden. Die Energieversorgung der Gleichrichterbrücke 50 erfolgt durch einen Einphasen-Transformator 52, der an die gleiche Phase des Dreiphasensysfems wie der Transformator 38 auf der Verbraucherseite des Schalters 36 angeschlossen icL Die Gleichrichterbrücke 50 liefert eine impulsförmige Ausgangsleistung an einem Klemmenpaar 54, während der Dreiphasen-Vollweggleichrichter 28 die Grundausgangsleistung an zwei Klemmen 56 zur Verfügung stellt.

Bei giner solchen Schaltungsanordnung ist die Phasenbeziehung zwischen den Transformatoren 38 und 52 wesentlich. Wenn zu einem gegebenen Zeitpunkt der Transformator 38 einen Strom durch das elektrische Trigger-Ventil 42 erzeugt und damit einen Zündimpuls für den Gleichrichter 46 liefert, muß die Phase des Transformators 52 so abgeglichen sein, daß er zum gleichen Zeitpunkt dem Gleichrichter 46 in dessen

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Leitungsrichtung eine Spannung aufprägt; ist dies nicht der Fall, so zündet der Gleichrichter 46 nicht. Wenn der Phasenabgleich zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt falsch ist, müssen zur Herbeiführung des korrekten Phasenabgleich^ die Leitungen zu einem der Transformatoren 38,52 umgekehrt werden.

Eine Impulsverschiebungsschaltung 60 steuert die Zeitfolge der Torimpulse zur Zündung der elektrischen Trigger-Ventile 42, 44. Die automatische Spannungssteuerung der durch die elektrischen Triggerventile geführten Impulse erfolgt durch eine Vergleichsschaltung 62, die eine Rückkopplung zu der Impulsverschiebungsschaltung 60 herbeigeführt. Die Vergleichsschaltung 62 vergleicht eine Bezugswelle mit einer Abtastwelle, die aus Impulsen in zwei Abtastwiderständen 64 und 66 gebildet wird. Die Amplitude der Bezugswelle kann von Hand durch die Bedienungsperson mittels einer Ausgangspegel-Einstellvorrichtung 68, die in einiger Entfernung angeordnet sein kann, gesieuert werden. Die Impulse werden ^on den elektrischen Trigger-Ventilen 42, ■' - über Koppiungs-Widerstände 70, 72 zu den Tor» ickiruuen der Leistungsgleichrichter 46,48 übertragen.

Die Widerstände 70, 72 dienen als Strombegrenzungswiderstände zum Schutz der Torelektroden der Gleichrichter 46,48; ihre Widerstandswerte sind jedoch so gewählt, daß sie genügend Strom zur Zündung der Leistungsgleichrichter durchlassen. Die Torschaltung liefert einen Leitungsbereich innerhalb der Leistungsperiode, welcher sich wenigstens von 30 bis 150' erstreckt. Die Schaltung halt den Leistungsgleichnchter von dem Augenblick der Zündung des Trigger-Ventils bis zum Ende der Periode geöffnet, und stellt somit die Zündung des Leistungsgleichrichters sicher, sobald eine Urnkehrsperrspannung an dem Leistungsgleichrichter dann beseitigt ist. wenn die Umkehrsperrspannung (aufgrund der Ausgangsleistung der Vollweggleichrichter 28) wirksam ist, wenn das Trigger-Ventil zuerst zündet.

Beim Betrieb der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsan-Ordnung schließt die Bedienungsperson von Beginn des Schweißvorgangs zuerst den Schalter 40. während er de-. Schalter 36 offen läßt. Er kann dann den gewünschten Ausgangsleistungspegel mittels der Einstellvorrichtung 68 wählen. Die Impuls-Verschiebungsschaltung 60 und die Vergleichsschaltung 62 stellen in der Rückkopplungsschleife schnell einen stationären Zustand her, bei dem die elektrischen Trigger-Ventile 42 und 44 wechselweise in den aufeinanderfolgenden Halbperioden der durch den Transformator 38 gelieferten Einphasen-Leistungswelle gezündet werden, so daß sich das Verhältnis von Durchlaßzeit zur Sperrzeit der Ventile für die gewünschte mittlere Spannung über die Widerstände 63 und 66 einstellt.

Di«¹ Bedienungsperson kann jetzt den Schalter 36 schließen, während sie den Schalter 40 geschlossen läßt. Hierdurch wird du· Hauptleistung durch aeii Dreiphasen-Netz-Transformator 26 an die Vollweggleichrichtei 28 angelegt, weiche die Grundleistung an den Klemmen 56 erzeugt. Der größere Teil der beim Schweißen verbrauchten Eneigie wird durch den Transformator 52 der GleichrichtQrbrüGke 50, die die Leistungsgleichrichter 46,48 umfaßt, zugeführt, welche an dem Kliimmenpaar 54 eine gepulste Ausgangsleistung erzeugt. Die Grundleistung und die gepulste Leistung werden wechselweise durch die Drosselspule 32 dem Lichtbogen 34 zugeführt. Wenn die Grundleistung eine größere Spannung als die gepulste Leistung hat, sind die Leistungsgleichri.chter 46 und 48 durch die Grundlei-

slung in Sperrichtung vorgespannt, so daB nur die Grund-Ausgangsleistung zum Verbraucher übertragen wird. In gleicher Weise sind die Vollweggleichrichter 28 gesperrt, wenn die gepulste Leistung eine größere Spannung hat, und es wird nur die gepulste Leistung zum Verbraucher übertragen.

Zur Vereinfachung der Bedienung kann der Schalter 36 durch ein Relais betätigt werden, das durch einen Trigger-Schaller an einem mit der Hand gehaltenen Schweißwerkzeug oder durch einen zweckmäßig angeordneten Slartknopf an dem Schweißgerät gesteuert wird. Der Schalter 40 ist normalerweise auf einem Betäligungspult angebracht.

Die Fig.2 und 3 zeigen in Kombination eine ÄusfUhrungsform einer Zündschaltung, die in dem mit durchbrochenen Linien gezeigten Kasten 74 in Fig. I angewendet werden kann. Der Transformator 38 ist wieder in Fig. 2 und die elektrischen Trigger-Ventile 42, 44 sowie die Abtastwiderstände 64,66 sind in F i g. 3 wieder gezeigt.

Halbwellen-Gleichrichter mit Dioden 80 und 82 liefern einen Anodenslrom von der Sekundärwicklung des Transformators 38 zu den elektrischen Trigger-Ventilen 42 bzw. 44. Ein Vollweg-Gleichrichter mit Dioden 84 und 86 liefert die Leistung zur Betätigung verschiedener Komponenten der Zündschaltung.

Die Ausgangswelle des Vollweg-Gleichrichters 84,86 wird mittels eines Reihenwiderstandes 88 und einer im Nebenschluß liegenden Zener-Diode 90 kegelstumpfförmig angeschnitten, um die mittlere Spannung der resultierenden Welle im wesentlichen unempfindlich gegenüber Netzspannungsänderungen zu machen. Während Netzänderungen in der Praxis + 10% der Spannung erreichen können, bleibt die Scheitelspannungsänderung der abgeschnittenen Welle konstant. Die abgeschnittene Welle wird dem Verbindungspunlu 92 zwischen dem Widerstand 88 und einer Diode 94 sowie einer Leitung 96 zugeführt, welche zu einem anderen Teil der Zündschaltung verläuft.

Für die Praxis ist es zweckmäßig, eine Spannungsbegrenzung auf ungefähr 20 Volt an der Zenerdiode 90 anzuwenden, um den gewünschten Schutz gegen eine Netzspannungsänderung, die die Steuerkreise beeinflußt, zu erreichen.

Das Bezugssignal zur automatischen Spannungsregelung wird abgeleitet, indem Strom von dem Verbindungspunkt 92 durch einen Rheostaten 98, ein Potentiometer 68', welches als Ausgangsleistungspegel-Einstellvorrichtung 68 dient, und einen Rheostaten 100 zu einem Bezugspunkt 102 geführt wird. Die Bedienungsperson kann die gewünschte Ausgangsspannung durch Einstellung des beweglichen Armes des Potentiometers 68' auf einer geeichten Skala wählen. Der bewegliche Arm des Potentiometers ist durch einen Koppelwiderstand 104 mit der Basis eines Transistors 106 verbunden, der als Vergleichsschaltung 62 dient

Das Abtastsignal wird von den Abiasl-Widerständen 64, 66 abgeleitet, durch Einzeldioden 110 bzw. 112 geführt und in einem Potentiometer, welches eine Reihenschaltung aus zwei Widerständen 114 und 116 umfaßt kombiniert so daß an die Basis eines Transistors 118 angelegt werden kann. Die Basisspannung des Transistors 118 ist durch ein Potentiometer bestimmt welches den Widerstand 116 in Reihe mit einem Paar von Widerständen 120 und 122 aufweist Änderungen in der Spannung der Äbiastwelie führen zu resultierende gleichgerichtete Änderungen an der Basis des Transistors 118, welcher an den Verbindungspunkt 158 der Widerstände 120 und 122 angeschlossen ist. Das Signal von den Dioden 110, 112 erfährt bestimmte Signalformungen, indem es durch den Transistor 118 umgekehrt Wird, bevor es durch einen Impedanz-Anpassungs-Tran-

' sistor 124 zum Vergleichskreis 62 geführt wird.

Die obige Beschreibung legt dar, wie die Abtastwelle, welche ein Endbereich einer gleichgerichteten, im Augenblick der Zündung des elektrischen Trigger-Ventils beginnenden und sich bis zum Ende der Halbperiode

¹⁽¹ fortsetzenden Sinuswelle ist, ohne wesentliche Änderung der Wellenform, abgesehen von einer Umkehrung, zu dem Ausgang des Transistors 124 übertragen wird. Hier wird sie durch einen Kondensator 128 geführt; eine Diode 130 bildet den Bezugspunkt einer Seite dieses

'·'' Kondensators 128. Die Diode stellt sicher, daß die Spannungsdrifl der Transistoren 118 und 124 keine Wirkung hat, indem das Potential auf der Seile der Diode auf Erde gelegt wird, welche durch die Diode 130 geerdet ist.

•2» Das geformte Abtastsignai wird der Basis des Transistors 106 über eine Koppelwiderstand 108 aufgeprägt.

Die in dem Transistor 106 verglichene Bezugswelle und die Abtastbezugs-Istwelle weisen nicht die gleiche

2^r> Wellenform auf. Überdies ist aufgrund der Umkehrung der Abtastwelle die mittlere Spannung der Bezugswelle entgegengesetzt zu der Probewelle. Die verschiedenen Wellenfor-nen sind graphisch in idealisierter form in der F i g. 5 gezeigt, wobei die Bezugswelle durch die

^!" obere, schraffierte Wellenform 131, welche durch kegelstumpfförmiges Abschneiden einer gleichgerichteten Sinuswelle 133 gebildet wird, und die Abtastwelle durch die untere, schraffierte Wellenform 135 dargestellt ist, weiche von dem Endbereich einer gleichgerich-

'"' teten Sinuswelle 137 gebildet wird. Ungeachtet des Unterschiedes in der Wellenform erhält man die Differenz der mittleren Spannungen der beiden Wellen genau durch eine Integration von Ladungen über die Zeit auf einem Kondensator 132, der an die Basiselek-

■I» trode des Transistors 106 zwischen dem Verbindungspunkt der Widerstände 104 und 108 und Erde 102 angeschlossen ist.

Die Zeitkonstante der Kombination aus dem Kondensator 132 und den Widerständen, durch weiche

¹^ der Kondensator sich lädt und entlädt, ist der wesentliche Faktor bei der Bestimmung der Ansprechzeit der Rückkopplungsschleife. Durch die Wahl eines geeigneten Kondensators kann das Ansprechen genügend langsam erfolgen, um einen konstanten Betrieb

^r>" unter allen erwarteten Belastungsbedingungen zu ermöglichen. Eine geeignete Ansprechzeit kann in einem Bereich von ungefähr fünf Perioden einer 60-Hz-NetzweIIe bis zu einigen Sekunden liegen.

Das Ausgangssignal des Transistors 106 dient dazu,

^ν' den Ausgangswiderstand eines Transistors 134 zu ändern, dessen Widerstand in Reihe mit einem Kondensator 136 eine einstellbare /?C-Zeitkonstante zur Zündung eines Unijunction-Transistors 138 bildet Die Zeit weiche der Kondensator 136 benötigt sich

·■" durch den Transistor 134 auf das Zündpotential der Emitterelektrode des Transistors 138 aufzuladen, dient als steuerbare Verzögerungszeit für die Zündung des Transistors 138. Wenn der Transistor 138 zündet überträgt er ein Signal durch zwei Dioden 140 und 142 '· zu den jeweiligen Torelektroden der elektrischen Trigger-Ventile 42 und 44. Es ist zu bemerken, daß nur das elektrische Ventil 42 und 44 gezündet wird, welches eine positive Anodenspannung zu der Zeit erhält wenn

es einen Tor impuls efnpfärigt, Ufid daß die Ventile 42 UfId 44 wechselweise gezündet werden.

Der Unijunction Transistor 138 arbeitet in einem bistabilen Kipposzillatorkreis nach Art eines Thyratrons, indem er, wenn er einmal zündet. Strom fortgesetzt durch die beiden Basiselektroden fließen läßt und nicht durch Aufbringung irgendeiner Spannung auf M»:in Emitter gesperrt werden kann, solange eine Stromquelle in der richtigen Richtung an den Basiskreis angeschlossen ist. Der Basisstrom kann nur durch Unterbrechen des Basisstromkreises oder durch Anlegen einer Rückwärts-Sperrspannung an den Basiskreis abgestellt werden. Die Anlegung der kegelstumpfförmig geschnittenen Welle von der Leitung 96, wie sie in F i g. 6 durch eine Welle 150 angedeutet ist, bietet nur relativ kurze Perioden, in denen die Spannung der Welle auf das Nullpotential absinkt, wie bei 144 in Fig.6 gezeigt. Die Überlagerung von Einschwing- bzw. hhj SⁿEnnun^iTi?n kann !eicht dszu führen

daß die Spannung in dem Basiskreis des Transistors 138 Null nicht erreicht, so daß der Transistor in der gezündeten Stellung bleiben könnte.

Der Transistor 138 muß nach jeder Zündung zurückgestellt werden. Um dies sicherzustellen, ist eine Zenerdiode 146, der ein Kondendsator 148 parallel geschaltet ist, in den Basiskreis des Transistors 138 eingeschaltet. Wenn ein Strom durch den Basiskreis fließt, entwickelt die Zenerdiode 146 einen festen Spannungsabfall über seine Klemmen und hält eine Ladung in dem Kondensator 148 aufrecht. Die Polarität der Ladung ist gegenüber der Leitung 96 positiv und gegenüber dem Basiskreis des Transistors 138 negativ. In Fig.6 ist durch die Welle 152 die reduzierte Spannung gezeigt, die aufgrund des Spannungsabfalls in der Zenerdiode 146 auf den Basiskreis des Transistors 38 wirkt. Wenn die Welle 150 auf Null oder in die Nähe von Null abfällt, nimmt die Welle 152 mit der Welle 150 ab, wobei sie das Basispotential bei 154 unter Null führt und die Sperrung und folglich die Rückstellung des Transistors sicherstellt.

In der Praxis beträgt die an die Zenerdiode 146 durch die Zenerdiode 90 über die Leitung 96 angelegte Spannung ungefähr 20 Volt; dann ist es zweckmäßig, eine Spannungsbegrenzung in der Zenerdiode 146 von ungefähr 6,2 Volt vorzusehen, um eine positive Rückstellung des Transistors 138 sicherzustellen.
; Die automatische Spannungsregelung in der in den F, i g. 2 und 3 gezeigten Rückkopplungsschleife soll jetzt beschrieben werden. Zuerst soll angenommen werden, daß die mittlere Spannung der durch die elektrischen Trigger-Ventile 42,44 angenommenen Welle größer ist als die durch die Einstellung der Ausgangsleistungspegel-Einstelleinrichtung 68 abgerufenen Spannung. Die an den Widerständen 64, 66 auftretenden mittleren Spannungen sind dann größer als sie sein sollten. Dadurch steigt der Strom über die Dioden 110,112 an, wobei das Potential an dem Verbindungspunkt 156 zwischen den Widerständen 114 und 116 angehoben wird. Auch das Potential an dem Verbindungspunkt 158 an der Basis des Transistors 118 steigt an. Der Strom durch den Transistor 118 nimmt zu, wobei er einen Abfall des Potentials an der Basis des Transistors 124 und einen allmählichen Abfall der Spannung an dem integrierenden Kondensator 132 verursacht Das wiederum bewirkt, einen Abfall des Stroms durch den Transistor 106 und hebt das Potential an den Punkt ίόΰ im Basiskreis des Transistors 134. Dieser Spannungsanstieg wirkt dem Stromfluß vom Emitter zur Basis des Transistors 134 entgegen, indem er den inneren Widerstand der Emitter-Kollektor^Bahn dieses Transistors anhebt und dadurch bewirkt, daß der Transistor 138 später in der Periode zündet. Das Ergebnis ist eine spätere Zündung der elektrischen Trigger-Ventile 42 und 44, wodurch die mittlere Spannung der Ist-Welle reduziert wird Und die gewünschte Richtung der Spannungsregelung gegeben ist

Eine entsprechende Spannungsregelung erfolgt,

ίο wenn die Spannung der Ist-Welle geringer als der gewünschte Wert ist.

Wie die Schaltungsanordnung Leitungsspannungsänderungen kompensiert, ergibt sich aus F i g. 7, in welcher eine horizontale Linie 162 den Pegel der Grundspannung und die durchbrochene Kurve 164 einen der Grundspannung überlagerten Leistungsimpuls darstellen. Unter der Annahme, daß die Leitungsspannung abfällt, nimmt die Impulshöhe ab, wie durch die i\\ιγρΗΚγλ^ριια \C iiri/f* Af&\ anctf*rlt*titf*i lot Do Hai*

Untergrund relativ schwach im Vergleich zu der Höhe des Leistungsimpulses ist, hat die Leitungsspannung keine wesentliche Wirkung auf den Untergrundpegel. Das Absinken der Leitungsspannung verursacht einen Verlust an Voltsekunden, wie durch die schraffierte Fläche 168 angedeutet ist. Um diesen Verlust auszugleichen, verlegt der Zündkreis den Zündwinkel nach vorne, wodurch die Voltsekunden des Impulses um den durch die schraffierte Fläche 170 gezeigten Betrag erhöht werden; das System kompensiert somit automatisch den Verlust und hält auch bei Leitungsspannungsänderungen die mittlere Ausgangsspannung im wesentlichen konstant.

Eine überschwingende Startschwingung, wie sie sich bei bekannten Systemen ergibt, wenn die Bezugsspannung beim Einschalten vorliegt und die Rückkopplungsspannung von Null beginnt und auf einen stationären Wert ansteigt, wenn die Hauptleistung eingeschaltet wird, ist in Fi g. 8 durch die Kurve 172 angedeutet Eine andere Startschwingung, die in bekannten Systemen vorkommt in denen die Bezugsspannung und die Rückkopplungsspannung von Null aus zunehmen, wenn das System als Ganzes mit Energie versorgt wird, ist in Fig.8 durch die Kurve 174 angezeigt Die bevorzugte Einschwingkurve, die bei 176 gezeigt ist und bei

Anwendung der Erfindung eng angenähert wird, steigt ohne merklichen Einschwingvorgang direkt zu dem gewünschten Ausgangsspannungspegel an.
_. Einschwingvorgänge beim Anfahren im Verbraucherkreis werden in einem System gemäß der Erfindung im

wesentlichen vermieden, da die Zündschaltung sich schnell auf einen im wesentlichen stationären Zustand stabilisiert wenn die Bedienungsperson den Schalter 40 schließt bevor sie den Schalter 36 beim Anfahren schließt Wenn der Schalter 36 anschließend geschlos-

sen wird, erfolgt das Zünden der Leistungsgleichrichter sofort in der richtigen Taktsteuerung, wie sie durch die Ausgangspegel-Einstellvorrichtung eingestellt ist und dem Lichtbogen wird die Leistung mit der gewünschten Spannung zugeführt, das heißt es entstehen keine Einschwingvorgänge durch die Wirkung der automatischen Spannungssteuerung.

Da in der Praxis sowohl die Grundspannung als auch die Impulshöhe durch die Bedienungsperson verändert werden können, kann sie aus Versehen das System in

einen Zustand bringen, in welchem es gegen einen Zflndausfall geschützt werden muß. Wenn die Bedienungsperson die Ausgangspegel-Einstelleinrichtung 68 aufdreht um immer höhere Ausgangspegel einzustellen,

erfolgt die Zündung der Leistungsgleichrichter immer früher und früher in der Periode, bis die Zündung zu früh eintritt, daß die Netzspannung noch nicht bis auf den Pegel angestiegen ist, bei welchem die Leistungsgleichrichter durch die Vollweg^Gleichrichter in der Schalteinheit 28 gesperrt sind. In diesem Fall zündet ein der Torelektrode des Leistungsgleichrichters aufgeprägter Zündimpuls nichf den Gleichrichter, so daß sich ein Leistungsverlust ergibt. Ein solcher Zündausfall wird in dem System gemäß der Erfindung vermieden, weil die elektrischen Trigger-Ventile niemals durch Grund-Gleichrichter gesperrt werden, da keine Kopplung ^zwischen den beiden Sätzen von Gleichrichtern bzw. -Ventilen besteht. Infolgedessen zündet das elektrische Trigger-Ventil zur richtigen Zeit und legt eine Zündspannung an die Torelektrode des Leistungsgleichrichters, wobei die Zündspannung bis zum Ende der Periode äh der Torelektrode bleibt. Folglich steht, wenn :der Leistungsgleichrichter von der Sperrspannung freigestellt ist, die Zündspannung dort schon an und bewirkt die Zündung des Leistungsgleichrichters.

Während diese Zündung über den Zeitpunkt hinaus verzögert sein kamt, den die Steuerung anfordert, tritt kein ZUndausfall auf.
Tests an einem Leistungsversorgungsgerät mit einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung zeigen, daß eine Netzspannungsänderung von 10% zu nicht mehr als einer VU⁰Zo Schwankung der Ausgangsspannung führt. Diese zeigte ebenso, daß die Ausgangsleistung des Gerätes leicht sogar noch weniger empfindlich gegen-

über Netzspannungsänderungen gemacht werden könnte.

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung läßt sich sowohl bei Einphasensystemen als auch bei yielphasensystemen mit einer beliebigen Zahl Von

Phasen sowie mit beliebiger Impulsfrequenz einsetzen, wobei in jeder gegebenen Phase ein, zwei oder mehr Impulse pro Periode vorhanden sein können;

Außerdem kann auch eine Umschaltung durchgeführt werden, damit entweder Halbweg- öder Vollweg-Gleichrichter ausgewählt werden können, so daß sich ein oder zwei Impulse pro Leitungsperiode ergeben.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Impulsbogenschwei-Qen mit einer Gleichrichteranordnung zur Zuführung von Stromimpulsen und einer Zündschaltung mit einer Einrichtung zum Einstellen des Zündwinkels der Gleichrichter der Gleichrichteranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündschaltung (74) den Zündwinkel in Abhängigkeit von der Netzspannung derart verändert, daß der Mittelwert der Stromimpulse konstant gehalten wird, und daß die Gleichrichteranordnung (46, 48) und die Zündschaltung (74) über getrennte Schalter (36,40) mit der Netzspannung verbindbar sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündschaltung (74) die Mittelwerte von aus der Netzspannung abgeleiteten, kegelstumpfförmig geschnittenen Halbwellen mit den Mittelwerten von an den Zündelektroden der Gleichrichte: (46, 48) auftretenden Halbwellen vergleicht.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündschaltung (74) die an den Zündelektroden auftretenden Halbwellen mittels im Nebenschluß zu der Gleichrichteranordnung (46,48) liegenden Widerständen (64,66) erfaßt