DE19930678C2 - Elektronische Leistungsstelleinrichtung, insbesondere als Schweißenergiequelle - Google Patents
Elektronische Leistungsstelleinrichtung, insbesondere als SchweißenergiequelleInfo
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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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19930678A DE19930678C2 (de) | 1999-03-26 | 1999-07-02 | Elektronische Leistungsstelleinrichtung, insbesondere als Schweißenergiequelle |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19913709 | 1999-03-26 | ||
DE19930678A DE19930678C2 (de) | 1999-03-26 | 1999-07-02 | Elektronische Leistungsstelleinrichtung, insbesondere als Schweißenergiequelle |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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