DE19923508A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung einer elektrischen Stromquelle - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Regelung einer elektrischen Stromquelle

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    • H02M1/0019—Control circuits providing compensation of output voltage deviations using feedforward of disturbance parameters the disturbance parameters being load current fluctuations

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Stromes mit einer Stromquelle, die ein getaktetes Leistungsteil aufweist. Die Taktfrequenz, mit der ein Leistungsschalter im Leistungsteil gesteuert wird, soll dabei in Abhängigkeit von der Größe des fließenden Ausgangsstromes der Stromquelle verändert werden, wobei zu kleineren Strömen hin die Taktfrequenz erhöht wird. Außerdem wird die Taktfrequenz derart verändert, dass die Amplitude eines dem Gleichanteil des Stromes überlagerten Stromripples sich umgekehrt proportional zu einer Veränderung des Stromes verhält.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Regelung einer Stromquelle, die ein getaktetes Leistungsteil aufweist nach der Gattung des Hauptan­ spruchs.
Es ist für sich gesehen, beispielsweise bei getakteten Schweißstromquellen bekannt, dass durch das Takten einer Spannung über einen Leistungsschalter sich in Abhängig­ keit von der Leerlaufspannung, der Taktfrequenz und ei­ ner ev. vorhandenen Glättungsinduktivität und/oder Glät­ tungskapazität ein Wechselanteil des Schweißstromes er­ halten bleibt. Dieser sogenannte Stromripple ist ein nicht erwünschter Effekt, der jedoch durch das Prinzip eines getakteten Leistungsteils in der Stromquelle be­ dingt ist.
Die Amplitude dieses Stromripples kann zwar mit herkömm­ lichen Mitteln beeinflusst werden; es ist jedoch bisher nicht möglich, gleichzeitig einen hohen Stromanstieg und eine kleine Stromrippleamplitude zu realisieren. Insbe­ sondere bei kleinen Schweißströmen ist ein zu großer Stromripple von entscheidendem Nachteil, da im ungün­ stigsten Falle die Amplitude so groß ist, daß der Schweißstrom im Zeitverlauf aussetzt, d. h. lückt. Bei Stromquellen, welche einerseits einen kleinen Strom kon­ stant regeln und andererseits auch große Stromunter­ schiede in kurzer Zeit zur Verfügung stellen müssen, ist der Einfluss dieser Stromripples daher problematisch.
In an sich bekannter Weise kann hier beispielsweise, um bei kleinen Strömen die Amplitude des Stromripples klein und bei großen Strömen größer zu halten, dies durch eine Drossel mit nichtlinearem Verhalten realisiert werden. Diese Drossel weist im unteren Strombereich bis zu ihrer Sättigung eine hohe, darüber hinaus eine niedrige Induk­ tivität auf. Der Nachteil dieses Verfahrens ist jedoch, dass bei großen Sollwertsprüngen aus dem hochinduktiven in den niedriginduktiven Bereich der Drossel wertvolle Dynamik verloren geht, da der Stromanstieg bis zum Sät­ tigungspunkt der Drossel durch die große Induktivität erheblich gebremst wird.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren ist mit den kennzeichnen­ den Merkmalen des Hauptanspruchs und der Weiterbildungen nach den unter- und nebengeordneten Ansprüchen insofern vorteilhaft, dass die Taktfrequenz, mit der ein Lei­ stungsschalter im Leistungsteil gesteuert wird, in Ab­ hängigkeit von der Größe des fließenden Ausgangsstromes und/oder der Ausgangsspannung der Stromquelle verändert wird, wobei beispielsweise zu kleineren Spannungen hin die Taktfrequenz erhöht wird.
Mit der Erfindung ist in vorteilhafter Weise erreicht, dass die Abhängigkeit der Amplitude des Stromripples auch von der Taktfrequenz des Leistungsschalters in po­ sitiver Weise ausgenutzt werden kann. Der Zusammenhang dieser Größen ist dabei direkt umgekehrt proportional, d. h. bei einer Verdoppelung der Taktfrequenz des Lei­ stungsschalters wird über den gesamten Aussteuerbereich des Leistungsschalters die Amplitude des Stromripples halbiert. Somit kann auf einfache Weise durch eine Erhö­ hung der Taktfrequenz bei kleineren Schweißströmen, bei unveränderter Dynamik des Leistungsteils, die Amplitude des Stromripples lediglich durch Verändern der Taktfre­ quenz beeinflußt werden.
Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildun­ gen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei der Ausfüh­ rungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten ver­ wirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfä­ hige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der Zeich­ nung dargestellt, in deren Figuren Prinzipskizzen einer Schaltung mit einer getakteten Schweißstromquelle und Strom- oder Spannungsverläufe gezeigt sind.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Anpassung der Taktfrequenz wird durch die exemplari­ sche Funktionsweise des Frequenzmoduls
  • - in Abhängigkeit des Ausgangsstromes (Fig. 1)
  • - in Abhängigkeit des Ausgangsstromes und der Ausgangs­ spannung (Fig. 2 . . 5) dargestellt.
In Fig. 6 ist eine Grafik gezeigt, welche die Abhängig­ keit der Amplitude des Wechselanteils im Schweißstrom von der Schweißspannung zeigt (X-Achse: Lichtbogenspan­ nung, Y-Achse Wechselstromamplitude = Stromripple). Die Zahlenwerte auf den Achsen sind hierbei normiert. Diese Grafik kann als zusätzliche Erläuterung zur "Anpassung Taktfrequenz" verwendet werden.
In Fig. 7 ist ein Leistungsteil als sekundär getaktet gezeichnet. Hierbei ist:
ϑ = Temperatur des Leistungsteils bzw. Leistungstransi­ storen
F = Taktfrequenz
λ = Aussteuergrad

Claims (7)

1. Verfahren zur Erzeugung eines elektrischen Stromes mit einer Stromquelle, die ein getaktetes Leistungsteil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktfrequenz, mit der ein Leistungsschalter im Lei­ stungsteil gesteuert wird, in Abhängigkeit von der Größe des fließenden Ausgangsstromes der Stromquelle verändert wird, wobei zu kleineren Strömen hin die Taktfrequenz erhöht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktfrequenz derart verändert wird, dass die Ampli­ tude eines dem Gleichanteil des Stromes überlagerten Stromripples sich umgekehrt proportional zu einer Verän­ derung des Stromes verhält.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusammenhang von Taktfrequenz und Spannung und/oder Strom durch den gemessenen oder errechneten Stromrippel im Arbeitsbereich der eingesetzten Leistungsendstufe eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusammenhang von Taktfrequenz und Spannung und/oder Strom in Abhängigkeit von der Temperatur der Leistungs­ endstufe eingestellt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusammenhang von Taktfrequenz und Spannung und/oder Strom durch mindestens einen festgelegten oder sich selbst festlegende Umschaltpunkte mit oder ohne Hystere­ se ausgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Regelung einer Schweißstromquelle für das Lichtbogenschweißen eingesetzt wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein sekundär getaktetes Leistungsteil vorhanden ist.
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