DE19930678C2 - Elektronische Leistungsstelleinrichtung, insbesondere als Schweißenergiequelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Leistungsstelleinrichtung, die aus­ gangsseitig den Charakter einer Stromquelle oder einer Spannungsquelle hat. Eine derartige elektronische Leistungsstelleinrichtung ist insbesondere im Be­ reich des Schweißens, also als Schweißenergiequelle verbreitet, kann aber auch für andere Einsatzzwecke Verwendung finden. Im einzelnen geht die Er­ findung somit aus von einer elektronischen Leistungsstelleinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 bzw. von Anspruch 2.

Für den allgemeinen Aufbau von elektronischen Leistungsstelleinrichtungen, insbesondere also Stromquelle und Spannungsquelle, darf auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen werden (z. B. Tietze, Schenk "Halbleiter- Schaltungstechnik", 10. Auflage, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1993, Kapitel 18 "Stromversorgung"). Insbesondere als Schweißener­ giequellen sind derartige elektronische Leistungsstelleinrichtungen bekannt. Stromquellen mit Konstantstromcharakteristik für das WIG-Schweißen und MIG/MAG-Schweißen mit von der Schweißspannung abhängig geregelter Drahtgeschwindigkeit. Entsprechende Schweißenergiequellen für das MIG/­ MAG-Schweißen mit konstanter Drahtgeschwindigkeit sind Stromquellen mit Konstantspannungscharakteristik. Auf entsprechende Veröffentlichungen ist zu verweisen (z. B. DE-C-32 00 086, dort mit umfangreichen technischen Erläuterungen).

Bisher ist es so, daß eine Vielzahl unterschiedlicher elektronischer Leistungs­ stelleinrichtungen für unterschiedliche Leistungsdaten, nämlich für den Aus­ gangsstrom und für die Ausgangsspannung, verwendet werden. Jede Lei­ stungsstelleinrichtung für bestimmte Leistungsdaten ist eine im wesentlichen "maßgeschneiderte" Konstruktion.

Die eingangs bereits angesprochene bekannte Leistungsstelleinrichtung, von der die Erfindung ausgeht (DE 195 46 495 A1), schafft bereits die Möglich­ keit, eine elektronische Leistungsstelleinrichtung mit unterschiedlichen Lei­ stungsdaten, insbesondere Stromregler mit unterschiedlichen Nennströmen, in der Herstellung zu vereinfachen. Hier besteht die Leistungsstelleinrichtung aus mehreren gleichartigen, jeweils selbst wieder als kompletter Leistungs­ steller ausgeführten Leistungsmoduln mit bestimmten Leistungsdaten, wobei jedes Leistungsmodul einen Regelkreis umfaßt und einen Netzeingang, einen Prozeßausgang und mindestens einen Steuereingang aufweist. Die Leistungs­ moduln sind hier prozeßzeitig parallel angeschlossen und steuerseitig an ein vorgeschaltetes Leistungsmodul (Ausführungsbeispiel 1) bzw. eine überge­ ordnete Prozeßsteuerung oder -regelung (Ausführungsbeispiel 2) im Sinne ei­ nes Master-Slave-Systems angeschlossen. Jedenfalls beim Einsatz einer über­ geordneten Prozeßsteuerung oder -regelung erhält jedes Leistungsmodul an dem Sollwerteingang den gleichen Sollwert. Bei diesem handelt es sich um den von der Prozeßsteuerung errechneten Mittelwert der Ist-Werte der Aus­ gangsströme aller Leistungsmoduln. Die Regelung der Ausgangsströme der Leistungsmoduln besteht darin, daß jede Slave-Einheit über eine Verstellung ihrer Ausgangsspannung schrittweise dem von der Master-Einheit empfange­ nen Mittelwert des Ausgangsstroms näherkommt.

Wie bei der zuvor erläuterten Schaltungsanordnung sind auch bei einer weite­ ren bekannten Leistungsstelleinrichtung (DE 30 20 899 A1) die Leistungsmo­ duln identisch. In beiden Fällen wird der Mittelwert der Ist-Ausgangsströme oder der entsprechende Sollwert für den Regelkreis des jeweiligen Leistungs­ moduls als Absolutwert vorgegeben.

Leistungsstelleinrichtungen mit einer Sollwertregelung sind auch bekannt aus der US 4,754,161 A, bei der ein sogenannter "Skalingfactor" ermittelt wird, der die Last der jeweiligen Stromquelle repräsentiert und der jeweils anderen Stromquelle zugeleitet wird, um so einen Abgleich der Belastung der Strom­ quellen zu erhalten, oder aus der CH 659 156 A, bei der eine Mittelwertbil­ dung ähnlich wie beim Ausgangspunkt für die Lehre erfolgt. Im letztgenann­ ten Stand der Technik erfolgt außerdem noch eine Skalierung des Ausgangs­ stroms der Leistungsmoduln, um so Leistungsmoduln mit unterschiedlichen maximalen Ausgangsströmen in einer Leistungsstelleinrichtung einsetzen zu können.

Für sich bekannt ist es bei Leistungsstelleinrichtungen, einen elektronischen Rückwirkungsschutz (power factor correction) vorzusehen (EP 0 688 076 A1). Ebenso ist es für sich bekannt, Leistungsmoduln mit Rückmeldeeinheiten für verschiedene Systemdaten zu versehen (DE 197 01 603 A1).

Der Lehre liegt das Problem zugrunde, die Herstellung von elektronischen Leistungsstelleinrichtungen mit unterschiedlichen Leistungsdaten zu vereinfa­ chen.

Die zuvor aufgezeigte Problemstellung wird von der Lehre der Erfindung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 für eine aus­ gangsseitige Parallelschaltung und mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils von Anspruch 2 für eine ausgangsseitige Reihenschaltung gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen, sowie eine Verwendung sind den weiteren Ansprüchen entnehmbar.

Die normierte Vorgabe des Sollwertes am Sollwerteingang des Leistungsmo­ duls gewährleistet, daß die Leistungsmoduln steuerungsseitig beliebig kombi­ niert werden können. Die Leistungsmoduln fordern steuerungsseitig von der Prozeßsteuerung oder -regelung oder vom vorgeschalteten Leistungsmodul den prozentualen, normierten Sollwert und können diesen Sollwert dann ein­ heitlich umsetzen.

Mit nur wenigen Abstufungen innerhalb der Reihe von Leistungsmoduln las­ sen sich Leistungsstelleinrichtungen unterschiedlicher Leistungsdaten durch eine ausgangsseitige Parallelschaltung (Stromquelle) bzw. Reihenschaltung (Spannungsquelle) realisieren. Alle für die Steuerung bzw. Regelung des Pro­ zesses eines Leistungsmoduls erforderlichen Steuergrößen werden dem Lei­ stungsmodul von einer übergeordneten Prozeßsteuerung oder -regelung oder von einem vorgeschalteten Leistungsmodul zur Verfügung gestellt. Rück­ meldesignale, die von einer übergeordneten Prozeßsteuerung oder -regelung gebraucht werden, werden aus Rückmeldesignalen der Leistungsmoduln er­ zeugt und an die Prozeßsteuerung oder -regelung übermittelt. Jedes Lei­ stungsmodul ist selbst eine praktisch komplette Stromquelle bzw. Spannungs­ quelle mit einem Regelkreis, der üblicherweise ein Stellglied, eine Istwerter­ fassung, eine Signalaufbereitung und den Regler umfaßt. Aus der erforderli­ chen Anzahl von zur Leistungsstelleinrichtung zusammengeschalteten Lei­ stungsmoduln wird die für den speziellen Einsatzfall gewünschte, maßge­ schneiderte Leistungsstelleinrichtung zusammengeschaltet.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Konzepts bestehen darin, daß bei richti­ ger Abstufung der Leistungsdaten der vorhandenen Leistungsmoduln eine ge­ ringe Anzahl verschiedener Leistungsmoduln zum Aufbau aller gewünschten Leistungsstelleinrichtungen eines bestimmten Gebietes ausreicht. Aufgrund der Ähnlichkeit im Aufbau der Leistungsmoduln ergibt sich eine Vereinfa­ chung der Montage, auch die Ersatzteilbeschaffung ist wesentlich günstiger. Da jedes Leistungsmodul für sich autark ist, fallen zusätzliche Komponenten wie beispielsweise Zwischenkreiskondensatoren oder Glättungsdrosseln weg, sie sind Teil des Leistungsmoduls.

Durch die erfindungsgemäße Ansteuerung mit einer normierten Steuergröße erreicht man, daß eine universelle, übergeordnete Prozeßsteuerung oder -rege­ lung Leistungsstelleinrichtungen mit unterschiedlicher Anzahl von Leistungs­ moduln gleicher oder unterschiedlicher Leistungsdaten steuern kann, ohne daß sich der Aufbau verändern muß. Damit ist eine Umrüstung oder Aufrüstung einer vorhandenen Leistungsstelleinrichtung möglich, ohne die übergeordnete Prozeßsteuerung oder -regelung wesentlich zu verändern.

Im Bereich der Schweißtechnik läßt sich mit einem einzigen Leistungsmodul mit bei­ spielsweise 50 A und 60 V, jeweils in entsprechender Anzahl, die gesamte Bandbreite üblicher Leistungsstelleinrichtungen von 150 A, 200 A bis 600 A realisieren. Man muß einfach die entsprechende Anzahl baugleicher Leistungsmoduln prozeßseitig parallelschalten.

Die erfindungsgemäße Konzeption mit Aufbau der Leistungsstelleinrichtung aus mehreren Leistungsmoduln gleicher Bauart hat weiter den Vorteil, daß bei einem De­ fekt eines Leistungsmoduls die anderen Leistungsmoduln nicht geschädigt werden.

Schließlich ist aufgrund der erfindungsgemäßen Konzeption die Herstellung entspre­ chender Leistungsstelleinrichtung insgesamt sehr preisgünstig.

Im vorliegenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein bevorzugtes und be­ sonderes Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeich­ nung zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen elektronischen Leistungsstelleinrichtung mit einer Mehrzahl von Leistungsmoduln in prozeßseitiger Parallelschaltung,

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektroni­ schen Leistungsstelleinrichtung mit einer Mehrzahl von Leistungsmo­ duln in einer prozeßseitigen Serienschaltung,

Fig. 3 in schematischer Darstellung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Leistungsmoduls für eine erfindungsgemäße elektronische Leistungs­ stelleinrichtung.

Fig. 1 zeigt eine elektronische Leistungsstelleinrichtung, die insgesamt aus n, nämlich mindestens zwei gleichartigen, jeweils selbst als komplette Leistungssteller ausgeführ­ ten Leistungsmoduln 1 mit bestimmten Leistungsdaten, beispielsweise einem maxima­ len Ausgangsstrom von 50 A und einer maximalen Ausgangsspannung von 60 V, be­ steht. Jedes Leistungsmodul 1 weist dabei, wie in Fig. 3 dargestellt ist, einen Regelkreis 2 (Strom/Spannung) auf. In Fig. 1 zeigt jedes Leistungsmodul 1 einen Netzein­ gang 3, über den alle Leistungsmoduln 1 der Leistungsstelleinrichtung parallel an ein Versorgungsnetz, insbesondere ein Wechselstromnetz oder ein Drehstromnetz, ange­ schlossen sind. Jedes Leistungsmodul 1 weist ferner einen Prozeßausgang 5 und min­ destens einen Steuereingang 6 auf. Der Begriff "Steuereingang" steht dabei sowohl für eingehende als auch für abgehende Steuersignale.

Im in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispielen sind die die Leistungsstelleinrich­ tung bildenden Leistungsmoduln 1 prozeßseitig parallelgeschaltet, so daß für eine prozeßseitig eingezeichnete Last 7, beispielsweise bei einer Schweißenergiequelle die Schweißstrecke, in erster Linie eine Stromquelle realisiert sein wird. Fig. 2 zeigt dem­ gegenüber bei ansonsten gleichem Aufbau eine Leistungsstelleinrichtung, bei der die Leistungsmoduln 1 prozeßseitig seriell verschaltet sind, was an der Last 7 primär zu einer Spannungsquelle führt.

Im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 addieren sich die Ausgangsströme der Leistungs­ moduln 1, im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 addieren sich die Ausgangsspannun­ gen. Als Schweißenergiequelle für die MIG/MAG-Schweißen kommt insbesondere die Leistungsstelleinrichtung aus Fig. 1 in Frage.

Steuerungsseitig ist jedes Leistungsmodul 1 an ein vorgeschaltetes Leistungsmodul 1 oder an eine übergeordnete Prozeßsteuerung oder -regelung 8 angeschlossen. Die in den Ausführungsbeispielen von Fig. 1 und 2 dargestellte serielle Anbindung an die Prozeßsteuerung oder -regelung 8 hat den weiter oben schon erläuterten Vorteil, daß eine Änderung - Erweiterung oder Beschränkung der Leistungsstelleinrichtung - praktisch ohne Änderung der Prozeßsteuerung oder -regelung 8 erfolgen kann.

Mit gleichartigen Leistungsmoduln 1 beispielsweise von 50 A und 60 V lassen sich mit drei Leistungsmoduln 1 150 A als maximaler Schweißstrom realisieren, vier Lei­ stungsmoduln 1 realisieren 200 A, zwölf Leistungsmoduln 1 lassen sich zu einer Lei­ stungsstelleinrichtung mit 600 A kombinieren.

Alternative Ausführungen sind beispielsweise 40 A bei 50 V, was einer Leistung des einzelnen Leistungsmoduls 1 von 2 kW entspricht. Natürlich ist es auch möglich, die Leistungsmoduln 1 einer Leistungsstelleinrichtung unterschiedlich zusammenzuset­ zen, um beispielsweise aus zwei oder drei Typen Zwischenwerte für Strom und Span­ nung der Leistungsstelleinrichtung insgesamt zu realisieren.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines solchen Leistungsmoduls 1, wie es im Aus­ führungsbeispiel der Leistungsstelleinrichtung aus Fig. 1 oder aus Fig. 2 eingesetzt wird. Der Sollwert für den Regelkreis 2 des Leistungsmoduls 1 in Fig. 3 wird auf den Maximalwert des gewünschten Leistungsdatums, insbesondere auf den Maximalwert des Ausgangsstroms am Prozeßausgang 5 des Leistungsmoduls 1 normiert vorgege­ ben. Eine Normierung kann insbesondere durch prozentuale Vorgabe erfolgen. Das bedeutet, daß ein definierter maximaler Signalpegel am Sollwerteingang 9 des Lei­ stungsmoduls 1 dem maximalen Ausgangsstrom des Leistungsmoduls 1 am Prozeß­ ausgang 5 entspricht (100%). Zwischenwerte werden proportional dazu errechnet, der Sollwert wird also immer auf den maximalen Signalpegel normiert. Diese prozen­ tuale Vorgabe des Sollwertes am Sollwerteingang 9 des Leistungsmoduls 1 gewähr­ leistet, daß die Leistungsmoduln 1 steuerungsseitig beliebig kombiniert werden kön­ nen, weil der Prozeßsteuerung oder -regelung 8 immer ein entsprechender prozentua­ ler, nomierter Wert zur Verfügung gestellt wird.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine ähnliche Konzeption auch für die Ist­ wertangabe realisiert. Der Istwert für den Regelkreis 2 des Leistungsmoduls 1 oder, insbesondere, für die übergeordnete Prozeßsteuerung oder -regelung 8 wird skaliert vorgegeben. Eine Skalierung in diesem Sinne bedeutet ebenfalls eine Art Normie­ rung. Der als Absolutwert rücklaufende Istwert des Prozesses ist dauerhaft skaliert, beispielsweise entspricht 1,0 V oder 10 V einem Ausgangsstrom am Prozeßausgang 5 von 100 A.

Dieser Istwert steht am Istwertausgang 10 zur Verfügung, ein vom davor angeordne­ ten Leistungsmodul 1 einlaufender Istwert steht am Istwerteingang an. In entspre­ chender Weise ist auch ein Sollwertausgang 12 im dargestellten Ausführungsbeispiel des Leistungsmoduls 1 vorgesehen. Diese Ein- und Ausgänge gehören zu einer Si­ gnalaufbereitung 13, die letztlich den Steuereingang 6 realisiert.

Damit der Istwert der Prozeßsteuerung oder -regelung 8 ebenfalls unabhängig von der Anzahl und vorzugsweise auch den Leistungsdaten der eingesetzten Leistungs­ moduln 1 zugeführt werden kann, ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel vorgese­ hen, daß der Istwert für die übergeordnete Prozeßsteuerung oder -regelung 8 aus den Istwerten aller Leistungsmoduln 1 aufsummiert ist.

Steuerungsseitig sind also die Leistungsmoduln 1 in den Ausführungsbeispielen von Fig. 1 und 2 in Reihe geschaltet und der Istwert wird von jedem Leistungsmodul 1 zum bezüglich der Prozeßsteuerung oder -regelung 8 vorgeschalteten Leistungsmo­ dul 1 übergeben und dort mit dem eigenen Istwert des dortigen Leistungsmoduls 1 aufsummiert. Vom Istwertausgang 10 des ersten Leistungsmoduls 1 der Leistungs­ stelleinrichtung wird das summierte Istwertsignal der Prozeßsteuerung oder -regelung 8 zugeleitet. Da der Istwert skaliert vorgegeben wird, kann er unabhängig von An­ zahl und Auslegung der Leistungsmoduln 1 in der Prozeßsteuerung oder -regelung 8, so sie denn auf den Maximalwert ausgelegt ist, ohne Änderungen verarbeitet werden.

Wenn man hingegen die Istwerte der einzelnen Leistungsmoduln 1 der Prozeßsteue­ rung oder -regelung 8 direkt zuleiten würde, müßten diese dort in einem Additions­ prozeß in Abhängigkeit von der Anzahl der Leistungsmoduln 1 verarbeitet werden, so daß Eingriffe in die Prozeßsteuerung oder -regelung 8 erforderlich wären, wenn die Leistungsstelleinrichtung hinsichtlich der Anzahl oder Auslegung der Leistungsmo­ duln 1 geändert würde.

Auch hinsichtlich der Sollwertführung ist in beiden Ausführungsbeispielen vorgese­ hen, daß die Leistungsmoduln 1 steuerungsseitig in Reihe geschaltet sind. Hier ist es allerdings so, daß ein von der übergeordneten Prozeßsteuerung oder -regelung 8 vor­ gegebener Sollwert zu allen Leistungsmoduln 1 durchgeschleift ist. Da nach bevor­ zugter Lehre die Sollwertvorgabe normiert, insbesondere prozentual bezogen auf den jeweiligen Maximalwert des Leistungsdatums des Leistungsmoduls 1 erfolgt, ist auch hier eine Umstellung der Prozeßsteuerung oder -regelung 8 bei Umstellung der Lei­ stungsstelleinrichtung praktisch nicht erforderlich.

Setzt man drei identische Leistungsmoduln 1 in einer Leistungsstelleinrichtung ein, so kann man diese Leistungsmoduln 1 netzseitig in Sternschaltung an ein Drehstromnetz anschließen. Verfügen die Leistungsmoduln 1 im Regelkreis 2 über einen elektroni­ schen Rückwirkungsschutz (Power Factor Correction; PFC), so wird tatsächlich eine gleichmäßige Belastung des Drehstromnetzes erreicht, weil die Leistungsmoduln 1 ge­ trennte Zwischenkreise haben. Das ist natürlich schaltungstechnisch außerordentlich zweckmäßig.

Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Leistungsmoduls 1 zeichnet sich ferner dadurch aus, daß das Leistungsmodul 1 eine Fehlerüberwachung 14 aufweist, die steuerungsseitig angeschlossen ist. Im konkreten Ausführungsbeispiel ist die Fehlerüberwachung 14, mit der beispielsweise eine Übertemperatur erkannt werden kann, eingangsseitig an einen Fehlersignaleingang 15, ausgangsseitig an einen Feh­ lersignalausgang 16 angeschlossen und mit der Signalaufbereitung 13 verbunden. Sensoren für die Fehlerüberwachung 14 im Leistungsmodul 1 sind hier nicht weiter dargestellt. Das Prinzip der Weitergabe des Fehlersignals von Leistungsmodul 1 zu Leistungsmodul 1 entspricht dem Prinzip der Weitergabe des Istwerts. Allerdings wird zweckmäßigerweise das Fehlersignal der vorgeordneten Leistungsmoduln 1 am Feh­ lersignaleingang 15 mit dem Fehlersignal im jeweiligen Leistungsmodul 1 mit einer ODER-Verknüpfung verbunden und das dann resultierende Signal über den Fehler­ signalausgang 16 zum folgenden Leistungsmodul 1 bzw. zur Prozeßsteuerung oder -regelung 8 weitergegeben.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ferner vorgesehen, daß das Leistungsmodul 1 eine Rückmeldeeinheit 17 für die Anzahl angeschlossener Leistungsmoduln 1 oder die Summe der interessierenden Leistungsdaten der angeschlossenen Leistungsmo­ duln 1, insbesondere der Ausgangsströme, aufweist. Die Rückmeldeeinheit 17 ist ebenfalls steuerungsseitig angeschlossen. Die Rückmeldeeinheit 17 gibt einem vorge­ schalteten Leistungsmodul 1 bzw. der Prozeßsteuerung oder -regelung in ähnlicher Weise die komplette Information aller nachgeschalteten Leistungsmoduln 1.

Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt angedeutet im Leistungsmodul 1 einen Gleichrichter 18, eine Zwischenkreisglättung 19, eine Istwerterfassung 20 im Leistungsmodul 1 und einen Regler 21. Der Rückmeldeeinheit 17 sind eine Moduler­ kennung 22 und wieder entsprechende Anschlüsse 23 zugeordnet.

Der Regler 21 des Leistungsmoduls 1 kann je nach vorgesehenem Einsatzzweck aus­ geführt sein, also beispielsweise Proportionalregler, PI-Regler, PID-Regler etc. Die Istwerterfassung 20 kann aus einem Spannungsabgriff bzw. einem Stromsensor, vor­ zugsweise mit Potentialtrennung, bestehen.

Die Signalaufbereitung 13 erzeugt aus dem Istwert des vorliegenden Leistungsmo­ duls 1 und dem von der Prozeßsteuerung oder -regelung 8 vorgegebenen Sollwert die Führungsgröße für den Regler 21. Ein ggf vorhandener Wechselrichter im Lei­ stungsmodul 1 wird ebenfalls von der Signalaufbereitung 13 gesteuert. Entspre­ chende Syncronisierungssignale für die Kommutierung werden von der Prozeßsteue­ rung oder -regelung 8 geliefert. Die Signalaufbereitung 13 gibt die entsprechenden Signale an nachgeschaltete Leistungsmoduln 1 weiter.

In Fig. 3 zeigt die gestrichelte Linie die Grundbestandteile des Leistungsmoduls 1, während die strichpunktierte Linie die optional hinzukommenden weiteren Bau­ gruppen eines Leistungsmoduls 1 umschließt. Das gilt natürlich für die speziell hier dargestellte bevorzugte Ausführungsform eines Leistungsmoduls 1.

Der Aufbau einer Leistungsstelleinrichtung kann aufgrund der Gestaltung der Lei­ stungsmoduln 1 räumlich sehr unterschiedlich sein. Ein gutes Regelverhalten der Lei­ stungsmoduln 1 gewährleistet eine dynamische Regelung für eine Impulsstromquelle, eine elektronische Drosselnachbildung, eine Lichtbogen-Längenregelung etc. im Gebiet der Schweißtechnik. Mehrere primär getaktete Leistungsmoduln 1 können auch zu einem entsprechenden Leistungsteil zur WIG-AC-Schweißung zusammenge­ schaltet werden. Dabei wirkt sich auch hier die kompakte Bauform der Leistungsmo­ duln 1 positiv auf das Schaltverhalten und die Verlustleistung aus (kurze Leitungs­ längen, wenige Bauteile). Mit einfachen Mitteln sind also hohe Schaltfrequenzen er­ reichbar, diese führen zu einer hervorragenden Dynamik der Regelung.

Insgesamt erlaubt die erfindungsgemäße Konzeption einer Leistungsstelleinrichtung aufgebaut aus mehreren Leistungsmoduln 1 die Erweiterung einer Stromquelle bzw. einer Spannungsquelle in beliebiger Weise, ohne daß dabei die übergeordnete Pro­ zeßsteuerung oder -regelung 8 schaltungstechnisch verändert oder umprogrammiert werden muß. Lediglich das neue Leistungsmodul 1 muß in die Verbindung eingebaut werden.

Das erfindungsgemäße Konzept ist auch dann einsetzbar, wenn als Leistungsdatum am Prozeßausgang kein Gleichstrom, sondern ein Wechselstrom zur Verfügung ste­ hen soll. Ebenso ist die Konzeption, wie bereits oben angesprochen, für Fre­ quenzumrichter in ähnlicher Weise einsetzbar.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Leistungsmodul 1 entsprechenden Aufbaus zum Einsatz in einer Leistungsstelleinrichtung.

Schließlich ist Gegenstand der Erfindung auch die Verwendung einer erfindungsge­ mäßen Leistungsstelleinrichtung als Schweißenergiequelle.

Ganz allgemein gilt für das erfindungsgemäße Konzept, daß die geregelte Größe eines Leistungsmoduls komplett unabhängig von den geregelten Größen anderer ange­ schlossener Leitungsmoduln ist. Der Maximalwert der ungeregelten Größe jedes Mo­ duls muß größer oder gleich dem im Prozeß geforderten Wert sein, wenn sich jedes Leistungsmodul im Regelbereich befinden soll. Ist der Strom die geregelte Größe, so können die Ausgangsströme der Leitungsmoduln unterschiedlich sein. Die nicht ge­ regelte Größe Spannung muß größer oder gleich der im Prozeß geforderten Spannung, beispielsweise 24 V, sein. Im Einzelfall kann die Spannung diesen Wert im Leistungs­ modul überschreiten, sie darf ihn nur nicht unterschreiten, um im Regelbereich zu bleiben.

Hinsichtlich Anspruch 9 gilt, daß mehrere Leistungsmoduln in einem mehrphasigen Netz symmetrisch in einer Sternschaltung betreibbar sind, wenn sie einen elektroni­ schen Rückwirkungsschutz (PFC) haben und die Summe der Ausgangsleistungen aller Leistungsmoduln pro Phase gleich ist.

Claims (16)

1. Elektronische Leistungsstelleinrichtung aus mindestens zwei gleichartigen, je­ weils selbst als kompletter Leistungssteller ausgeführten Leistungsmoduln (1) mit be­ stimmten Leistungsdaten, wobei jedes Leistungsmodul (1) einen Regelkreis (2) (Strom/Spannung) umfaßt und einen Netzeingang (3), einen Prozeßausgang (5) und mindestens einen Steuereingang (6) aufweist und wobei die Leistungsmoduln (1) pro­ zeßseitig parallel oder seriell anschließbar sind und steuerungsseitig an ein vorge­ schaltetes Leistungsmodul (1) oder eine übergeordnete Prozeßsteuerung oder -rege­ lung (8) angeschlossen sind, wobei jedes Leistungsmodul (1) an einem Sollwertein­ gang (9) den gleichen Sollwert von dem vorgeschalteten Leistungsmodul (1) oder di­ rekt von der Prozeßsteuerung oder -regelung (8) erhält, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsmoduln (1) prozeßseitig parallel angeschlossen sind, daß der Soll­ wert für den Regelkreis (2) eines jeden Leistungsmoduls (1) an dessen Steuereingang (6) normiert vorgegeben ist, so daß ein definierter maximaler Signalpegel am Soll­ werteingang (9) des Leistungsmoduls (1) dem maximalen Ausgangsstrom des Lei­ stungsmoduls (1) am Prozeßausgang (5) entspricht, und daß der normierte Sollwert vom Regelkreis (2) des betroffenen Leistungsmoduls (1) zum Maximalwert des Aus­ gangsstroms dieses Leistungsmoduls (1) in Bezug gesetzt wird, um den Sollwert des Ausgangsstroms am Prozeßausgang (5) zu erhalten.

2. Elektronische Leistungsstelleinrichtung aus mindestens zwei gleichartigen, je­ weils selbst als kompletter Leistungssteller ausgeführten Leistungsmoduln (1) mit be­ stimmten Leistungsdaten, wobei jedes Leistungsmodul (1) einen Regelkreis (2) (Strom/Spannung) umfaßt und einen Netzeingang (3), einen Prozeßausgang (5) und mindestens einen Steuereingang (6) aufweist und wobei die Leistungsmoduln (1) pro­ zeßseitig parallel oder seriell anschließbar sind und steuerungsseitig an ein vorge­ schaltetes Leistungsmodul (1) oder eine übergeordnete Prozeßsteuerung oder -rege­ lung (8) angeschlossen sind, wobei jedes Leistungsmodul (1) an einem Sollwertein­ gang (9) den gleichen Sollwert von dem vorgeschalteten Leistungsmodul (1) oder di­ rekt von der Prozeßsteuerung oder -regelung (8) erhält, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsmoduln (1) prozeßseitig seriell angeschlossen sind, daß der Sollwert für den Regelkreis (2) eines jeden Leistungsmoduls (1) an dessen Steuereingang (6) normiert vorgegeben ist, so daß ein definierter maximaler Signalpegel am Sollwert­ eingang (9) des Leistungsmoduls (1) der maximalen Ausgangsspannung des Lei­ stungsmoduls (1) am Prozeßausgang (5) entspricht, und daß der normierte Sollwert vom Regelkreis (2) des betroffenen Leistungsmoduls (1) zum Maximalwert der Aus­ gangsspannung dieses Leistungsmoduls in Bezug gesetzt wird, um den Sollwert der Ausgangsspannung am Prozeßausgang (5) zu erhalten.

3. Leistungsstelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert für den Regelkreis (2) des Leistungsmoduls (1) als Prozentsatz vor­ gegeben ist.

4. Leistungsstelleinrichtung nach Anspruch 1 und ggf. Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der maximale Ausgangsstrom aller Leistungsmoduln (1) am Prozeßaus­ gang (5) gleich ist.

5. Leistungsstelleeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Ausgangsstrom am Prozeßausgang (5) 50 A und die maximale Spannung 60 V beträgt oder daß der Ausgangsstrom am Prozeßausgang (5) 40 A und die maximale Spannung 50 V beträgt.

6. Leistungsstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Istwert für den Regelkreis (2) des Leistungsmoduls (1) oder für die übergeordnete Prozeßsteuerung oder -regelung (8) dauerhaft skaliert vorgegeben ist.

7. Leistungsstelleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ist­ wert für die übergeordnete Prozeßsteuerung oder -regelung (8) aus den Istwerten aller Leistungsmoduln (1) aufsummiert ist.

8. Leistungsstelleinrichtung nach einem Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsmoduln (1) steuerungsseitig in Reihe geschaltet sind und der Istwert von jedem Leistungsmodul (1) zum bezüglich der übergeordneten Prozeßsteuerung oder -regelung (8) vorgeschalteten Leistungsmodul (1) übergeben und dort mit dem eigenen Istwert aufsummiert wird.

9. Leistungsstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Leistungsmoduln (1) steuerungsseitig in Reihe geschaltet sind und der von der übergeordneten Prozeßsteuerung oder -regelung (8) vorgegebene Sollwert zu allen Leistungsmoduln (1) durchgeschleift wird.

10. Leistungsstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß drei Leistungsmoduln (1) vorgesehen und netzseitig in Sternschaltung an ein Drehstromnetz anschließbar sind.

11. Leistungsstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Leistungsmodul (1) einen elektronischen Rückwirkungsschutz (Po­ wer Factor Correction, PFC) aufweist.

12. Leistungsstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Leistungsmodul (1) eine Fehlerüberwachung (14) aufweist, die steuerungsseitig angeschlossen ist.

13. Leistungsstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Leistungsmodul (1) eine Rückmeldeeinheit (17) für die Anzahl an­ geschlossener Leistungsmoduln (1) oder die Summe der interessierenden Leistungs­ daten des angeschlossenen Leistungsmoduls (1) aufweist, die steuerungsseitig ange­ schlossen ist.

14. Als kompletter elektronischer Leistungssteller ausgeführtes Leistungsmodul (1) mit bestimmten Leistungsdaten für eine elektronische Leistungsstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13.

15. Leistungsmodul nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß es als kompakte, ggf. gehäuste Baueinheit mit externen Anschlüssen, insbesondere Steckanschlüssen, ausgeführt ist.

16. Verwendung einer elektronischen Leistungsstelleinrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 13, als Schweißenergiequelle.