DE2050048C3 - Gleichspannungs-Versorgungssystem für ein Schweißgerät mit einer Drehstromquelle und einer Gleichrichterschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gleichspannungs-Versorgungssystem für ein Schweißgerät mit emer Drehstromquelle und einer Gleichrichterschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges System ist aus der USA.-Patentschrift 337 769 bekannt. Bei derartigen Schweißgeräten ist es häufig erforderlich, nur kurze, impulsartige Schweiß-Ströme von genau gesteuerter Dauer zur Verfugung zu stellen. Bei dem bekannten Versorgungssystem sind für eine derartige Steuerung keinerlei Möglichkeiten vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System der in Rede stehenden Art derart zu steuern, daß der Schweißstrom impulsförmig und mit einstellbarer Impulsdauer zugeführt wird, wobei die Impulsdauer sich normalerweise über mehrere Wechselstromperioden erstreckt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein schematisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Zündschaltung für ein Schweißgerät,

F i g. 2 ein schematisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Zeitschaltung und

F i g. 3 ein Diagramm des erfindungsgemäß anwendbaren Folgebetriebs des Schweißgerätes.

Grundsätzlich umfaßt F i g. 1 die Stromquelle in Verbindung mit den verschiedenen Gatterschaltungen zur Verbindung der Stromquelle mit dem Schweißgerät. Fig. 2 umfaßt Mittel zur Steuerung der Dauer, während der Strom dem Schweißgerät zugeführt wird. F i g. 3 ist eine schematische Darstellung, die verschiedene Schaltkreise umfaßt, wie sie in vielen herkömmlichen Schweißschaltungen verwendet werden. Die Schaltung nach F i g. 3 repräsentiert die meisten Schweißschaltungen und bezieht sich nicht direkt auf die vorliegende Erfindung: sie ist zum Zwecke der Klarheit dargestellt und generell beschrieben.

Bekanntlich bildet ein steuerbarer Siliciumgleichrichter (SCR) ein bequemes Mittel zur Steuerung von Gleichstromquellen, die aus einem Dreiphasen-Wechselstromnetz betrieben werden, wie dies in F i g. 1 gezeigt ist. Die Wechselsiromleistung wird über Leitungen 10, 12 und 14 Abwärtstransformatoren 16. 18 bzw. 20 zugeführt.

Dioden 22, 24 und 2o richten die Wechselspannung gleich und erzeuger, eine positive Gleichspannung von 117 VoIi für die Steuerschaltung. Jedesmal, wenn die Anodenspannung einer der Dioden 22, 24 oder 26 gegenüber dem Signal auf der Wechselspannungsleitung positiv wird, fließt Strom in der betreffenden Leitung. Die Dioden 23. 25 und 27 sind Sperrdioden.

Eine Zenerdiode 34 dient dazu, die an ihr liegende Gleichspannung auf etwa 20 Volt zu beschneiden. Diese Spannung wird als Versorgungsspannung für einen Unijunction Kippgenerator 36 verwendet. Ein veränderbarer Widerstand 38 steuert den Zündwinkel eines Unijunction-Transistors 40 durch Regelung des Ladestromes eines Kondensators 42. Entlädt der Unijunction-Transistor 40 den Kondensator 42, so entsteht an einem Widerstand 44 ein Spannungsimpuls. Dieser Spannungsimpuls wird dem Gatter jedes steuerbaren Siliciumgleichrichters 28, 30 und 32 über Widerstände 46, 48 bzw. 50 zugeführt. Derjenige Siliciumgleichrichter, dessen Anodenspannung bei Auftreten des Gatterimpulses am stärksten positiv ist, beginnt zu leiten.

Transistoren 52 und 54 dienen dazu, zu verhindern daß der Unijunction-Transistor 40 einen Zündwinkel von mehr als 120° bewirkt. Der Transistor 54 bildet

4" einen Unijunction-Oszillator, der seinen Zeitzyklus im gleichen Moment wie der Transistor 40 beginnt. Ein veränderbarer Widerstand 56 ist so eingestellt, daß der Unijunction-Transistor 54 zu einem Winkel zündet, der kleiner ist als 120°. Wenn der Transistor 40 nach 120° zu zünden versucht, hat der Transistor 54 gezündet und bewirkt, daß der Transistor 52 leitet und den Kondensator 42 entlädt. Daher erscheint an den Siliciumgleichrichtern 28, 30,32 kein Torimpuls.

Wichtig ist, daß der Unijunction-Transistor 54 den Zündwinkel kleiner als 120° hält. Die Basis des Transistors 54 ist über einen Widerstand 58 mit einem ebenfalls veränderbaren Widerstand 60 verbunden. Dies trägt dazu bei, daß der Zeitzyklus des Unijunction-Transistors 54 unabhängig von Schwankungen der Netzspannungen kleiner als die erforderlichen 120° gehalten wird. Die Basis des Unijunction-Transistors 40 ist ebenfalls an den Widerstand 60 angeschlossen und bildet eine Kompensation für Schwankungen der Netzspannung. Bei einem Wert des Widerstandes 60 von 350 Ohm und einer Last von 10 Ohm wurde beispielsweise eine Last-Gleichspannung von 92 Volt bei einer Netz-Wechselspannung von 110 Volt bzw. eine Last-Gleichspannung von 93 Volt bei einer Netz-Wechselspannung von 130 Volt erzielt. Bei dieser mit einer dreiphasigen Netz-Wechselspannung von 117 Volt arbeitenden Schaltung läßt sich die Spannung an der Last zwischen 40 und 150 Volt Gleichspannung variieren. Wird ein gewählter Siliciumgleichrichter 28, 30 oder 32

getriggert oder impulsgeschaltet, so wird einem schweißgerät 62 Leistung zugeführt. Zwischen dem Schweißgerät 62 und einem Werkstück 64 wird dann ein Lichtbogen erzeugt. Dieser Lichtbogen dient zur Erzeugung der für den Schweißvorgang erforderlichen Hitze.

Wie bei vielen Lichtbogen-Schweißschaltungen üblich, müssen verschiedene Steuereinrichtungen vo^rgesehen sein, um der Schweißzone ein inertes Gas zuzuführen. Diese Vorgänge werden weiter unten in Verbindung mit F i g. 3 generell beschrieben.

Der Widerstand 60 dient noch einem weiteren nützlichen Zweck. Dadurch, daß die Basis des Unijunction-Transistors 40 mit dem unteren Ende des Widerstands 60 verbunden ist. wird eine Regelung der Ausgangsgleichspannung für Schwankungen der Netz-Wechselspannung in erheblichem Maße vermittelt. Steigt die Netzspannung, so steigt auch die innere Basisvorspannung und damit die Emitter-Spitzenspannung des Unijunction-Transistors 40 in Abhängigkeit von der Einstellung des Widerstandes 60. Da der Emitter-Ladekreis über den Widerstand 38 an der festen Spannung der Zenerdiode 34 liegt, wird die Gleichspannung konstant gehalten.

Ein Paar von Arbeitskontakten 68 verbindet den Widerstand 44 mit den Gattern der steuerbaren Silici umgleichrichter 28, 30 und 32. Ist dieses Kontaktpaar geöffnet, so sind sämtliche Gleichrichter nichtleitend. Wird das Kontaktpaar auf die noch zu beschreibende Art geschlossen, so werden den Gleichrichtern 28, 30 und 32 von dem Widerstand 44 Impulssignale zugeführt, wobei einer der Gleichrichter leitend wird und dem Schweißgerät 62 ein Signal zuführt.

In F i g. 2 ist die Zeitschaltung zur Gattersteuerung der jeweiligen steuerbaren Siliciumgleichrichter 28, 30 und 32 dargestellt. Generell dient diese Schaltung zur Erzeugung eines Anfangs- und Endsignals, das die Zeitdauer, während der die Siliciumgleichrichter der F i g. 1 leitend sind, steuert.

Der Beginn des Schweiß-Zeitzyklus wird durch die Betätigung eines Relais 70 gesteuert, das den Kontakt 68 (Fig. 1) schließt. Das Ende dieses Schweißzyklus wird durch die Betätigung eines Relais 72 gesteuert.

An eine Energiequelle ist ein Transformaior 74 angeschlossen, der die Eingangsspannung auf ein bestimmtes Niveau, das beispielsweise 20 Volt beträgt, hinuntertransformiert. Die Spannung liegt an, wenn die Kontakte 76 geschlossen sind. Unter diesen Umständen wird dem Relais 70 Spannung zugeführt, um das Kontaktpaar 68 (F i g. 1) zu schließen und die Arbeitsweise der in F i g. 1 gezeigten Schaltung zu steuern. Ein steuerbarer Siliciumgleichrichter 78 befindet sich normalerweise in nichtleitendem Zustand, um das Relais 72 außer Tätigkeit zu halten. Wird der Gleichrichter leitend, so zieht das Relais 72 an. 1st unter diesen Umständen der Gleichrichter 78 leitend, so wird das Relais 70 nichtleitend und öffnet die Kontakte 68 wieder. Daraus ergibt sich, daß die Zeit, während der die Kontakte 68 geschlossen sind, durch die Betätigung des Anfangsrelais 70 und des Endrelais 72 gesteuert wird.

Zur Erzeugung eines Gleichspannungssignals in einem Netzwerk 80 sind verschiedene Elemente vorgesehen. Die dem Netzwerk 80 zugeführte Gleichspannung steuert die Arbeitsweise eines Lade- und Enlladekreises 82, der seinerseits einen Unijunction-Transistor 84 in leitendem oder nichtleitendem Zustand erhält. Variable Widerstände 86 und 88 dienen zur Fein- und Grobsteuerung für die Dauer der Schweißzeit. Generell läßt sich also sagen, daß der Unijunction-Transistor 84 in der Lage ist, am Ende der Schweißzeit ein Impulssignal zu erzeugen, um den Betrieb des steuerbaren Siliciumgleichrichters 78 zu steuern, indem dieser in den leitfähigen Zustand gebracht wird. Der Gleichrichter 78 steuert seinerseits die Arbeitsweise der Relais 70 und 72. Ist der Gleichrichter 78 leitend, so bewirkt er, daß das Relais 70 abfällt.

Die verschiedenen Arbeitsschritte der Zeitschaltung sind im einzelnen nicht beschrieben, da sie als herkömmlich und dem Fachmann bekannt betrachtet werden. Es können auch andere Arten von Zeitschaltungen verwendet werden, um die Arbeitsweise des Anfangsrelais 70 und des Endrelais 72 zu steuern.

An Hand von F i g. 3 werden einige Merkmale, etwa eine bei herkömmlichen Lichtbogen-Schweißsystemen verwendete Gassteuerung, kurz diskutiert, um die Arbeitsfolge eines erfindungsgemäß gebauten Systems zu erläutern. Ein als Startschalter bezeichneter Schalter wird geschlossen, um ein mit CRX bezeichnetes Relais zu erregen. Im Arbeitszustand dieses Relais wirkt ein Kontakt CRXA als Haltekontakt.

In diesem Zeitpunkt wird über Kontakte CRXB ein Schutzgas-Elektromagnet beaufschlagt, so daß das Gas in nicht gezeigter herkömmlicher Weise durch den Schweißapparat 62 zu strömen beginnt. Ist das Relais CR\ erregt, so bewirkt der Kontakt C7?lCeine Erregung der Spule eines Verzögerungs-Relais TDX zur Erzielung einer Vorströmungszeit. Dieses Relais steuert die Vorströmungszeit für das Schutzgas. 1st das Relais TDX abgelaufen, so sorgt der Kontakt TDXA (Kontakt 76 in Fi g. 2) dafür, daß der Schweißzeit-Steuerschaltung eine Wechselspannung von 110 Volt zugeführt wird.

Wie in Verbindung mit F i g. 2 erwähnt, wird die verhältnismäßig hohe Wechselspannung zur Relaissteuerung in eine niedrigere Spannung transformiert, gleichgerichtet und über das Schweißzeit-Intervall geregelt. Wird der Schaltung Leistung zugeführt, so beginnt die Zeitfunktion, und das Relais XCR (Relais 70 in F i g. 2) wird zu Beginn des Schweißzeit-Intervalls erregt. Die Arbeitskontakte iCRA befinden sich in dem Gatterkreis der steuerbaren Siliciumgleichrichter 28, 30 und 32. Diese Steuerung sorgt dafür, daß Impulse aus der Zündschaltung die Siliciumgleichrichter über die Dauer der Schweißzeit ansteuern.

Ist das Schweißzeit-Intervall beendet, so wird ein Impuls gebildet, der den steuerbaren Siliciumgleichrichter 78 aussteuert. Dieser Gleichrichter bewirkt einen Stromfluß in der Relaisspule 3CR (Rehis 72 in F i g. 2), die am Ende des Schweißzeit-Intervalls erregt wird. Ein Arbeitskontakt XCRB des Relais XCR erregt ferner die Spule des Relais CR2, das seinerseits die Spule des Relais CR3 beaufschlagt. Der Kontakt CR3B dient als Haltekontakt, um die Gasströmung während des Schweißzeit-Intervalls aufrechtzuerhalten.

Hat das Relais 3CR angezogen, so beaufschlagen die Kontakle 3CRA die Kontakte TD2B des Zeitverzögerungsrelais TDl, um die Nachströmung des Schutzgases zu steuern. Ein Ruhekontakt TDlA öffnet sich, wenn die Spule anzieht, wodurch die Steuerschaltung für den Arbcitsablauf zur Verhinderung einer Wiederholung geöffnet wird.

Die Stromversorgung der Zündschaltung und der Schweißapparat sind miteinander verbunden und arbeiten wie beschrieben. Die dreiphasige Netzleistung mag beispielsweise eine Wechselspannung von 230 Volt bilden, die durch den Abwärtstransformator in eine

Wechselspannung von 117 bis 90 Voll transformiert wird.

Die Impulse aus der Impulsschaltung 36 werden den steuerbaren Siliciumglcichrichtern 28, 30 und 32 in Intervallen zugeführt, die von den Phasen-Verschiebungswinkeln abhängen, jedoch nicht größer als 120" sind. Dies fällt mit den Spitzen der Wechselspannung zusammen. Die Phasenlage, bei der die Zündung erfolgt, ist für die Abgabe des maximalen Stromes an den Schweißapparat wichtig.

Die steuerbaren Siliciumgleichrichter 28, 30 und 32 werden nur dann gezündet, wenn sie sich auf einer Polarität befinden, die bei dem gezeigten System positiv sein mag. Diese oder eine ähnliche Schaltung könnte jedoch so modifiziert werden, daß sie eine Zündung gestaltet, wenn die zugeführten Signale negative Polarität aufweisen. Bei einigen Anwendungsfällen kann es zweckmäßig sein, zwei Gruppen von Gleichrichtern vorzusehen, die sowohl wahrend positiver als auch während negativer Zyklen zünden. Die positiven Si.romimpulse können einem Schweißapparat oder einer Gruppe von Schweißapparaten zugeführt werden, während die negativen Stromimpulse dem gleichen oder einem zweiten Schweißapparat oder einer zweiten Gruppe von Schweißgeräten zugeführt werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Gleichspannungs-Versorgungssystem für ein Schweißgerät mit einer Drehstromquelle und einer Gleichrichterschaltung, wobei an jede Drehstromphase mindestens ein normalerweise nichtleitender steuerbarer Siliciumgleichrichter angeschaltet ist, die Steuerelektroden dieser Gleichrichter an einen mit der Drehstromquelle synchronisierten Impulsgenerator angeschlossen sind und die Gleichrichterschaltung direkt mit einer Elektrode des Schweißgeräts verbunden ist, gekennzeichnet durch eine Zeitsteuerstufe mit einem zwischen den Impulsgenerator (34, 36, 46, 48, 50, 60) und die Steuerelektroden eingeschalteten Arbeitskontaktpaai (68) zur Begrenzung der Anzahl an Perioden, während der die Siliciumgleichrichter (28, 30, 32) leitend sind, und somit zur Abgabe einer zeitgesteuerten Gleichstromleistung an das Schweißgerät (62, 64).

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitschaltung mindestens ein Paar von Zeitsteuer-Relais (IC/?, 3 O?) zur Steuerung der Kontakte (68) umfaßt.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitschaltung einen Vorströmungs-Zeitgeber (TDl) zur Steuerung der anfänglichen Gaszufuhr zu dem Schweißapparat (62) umfaßt.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorströmungs-Zeitgeber (7"Dl) mit einem Kontaktsatz (TDXA) versehen ist, der die Zeitsteuer-Relais(\CR, 3CR) beaufschlagt.