DE2251375A1

DE2251375A1 - Einrichtung zum kompensieren der speisewechselspannung

Info

Publication number: DE2251375A1
Application number: DE19722251375
Authority: DE
Inventors: Yoshimitsu Matsumoto; Takeshi Oku; Masaru Tanaka; Osaka Toyonaka
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1971-10-19
Filing date: 1972-10-19
Publication date: 1973-04-26
Also published as: JPS4846852A; FR2156828B1; NL167350C; GB1410042A; CA1006225A; FR2156828A1; NL167350B; JPS524347B2; DE2251375C2; NL7214171A

Description

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF

8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 860245

Dr. Berg Dipl.-Ing. Stapf, B München 88, P. O. Box 86 0245

1P, . λΐ 1972

Ihr Zeichen Unser Zeichen 22 953 8 MÖNCHEN SO Your ref. Our ref. Mauerkircliersiraße 45

Anwaltsakte Nr.: 22 953

Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Kadoma-shi, Osaka-fu, Japan

Einrichtung zum Kompensieren der Speise-Wechselspan·--

nung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Kompensieren der Speise-Wechselspannung.

Im allgemeinen hängt das Ergebnis einer Punktschweißung, die mit einer Widerstands-Schweißmaschine durchgeführt wird, von der durch das zu schleißende Material gegebenen Joule'sehen Wärme ab; d.h. es hängt von dem durch die im folgenden angeführte Formel gegebenen Faktor ab:

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(0811) 88*272 Telegramme: BERGSTAPFPATENT München Banken: Bayerische Vereinsbank München 453100

887043 TELEX: 0524560 BEAGd Hypo-Bank München 389 2623

M 3310 Posischeck München 653 43

(Schweißstrom) χ (Widerstand des zu schweißenden Materials + Widerstand zwischen der Elektrode und dem zu schweißenden Material) χ (Stroinflußzeit)

Als wichtiger Faktor bei der Bestimmung des Punkt, schweißergebnisses kann daher der Schweißstrom angesehen werden. Selbst wenn die Speisespannung geändert wird, kann infolgedessen, wenn der Schweißstroui konstant gehalten ist," das Punktschweißergebnis beträchtlich verbessert werden.

Bei herkömmlichen Einrichtungen der vorerwähnten Art kann das Regelsystem, bei dem der Schweißstrom über einen Stromtransformator festgestellt wird, und bei dem der festgestellte Strom über einen Integrator quadratisch integriert wird und der Viert,der durch Multiplizieren des quadratisch integrierten Viertes und der Flußzeit erhalten wird, so geregelt wird, daß er immmer konstant ist, aus Beispiel angegeben werden . Im allgemeinen reicht die Flußzeit bei der Widerstandsschweißung von einigen Zyklen bis zu zehn Zyklen; es kann daher wegen der Regelzeitverzögerung mit dem bekannten Regelsystem .kein zufriedenstellendes Schweißergebnis erzielt werden; andererseits ist der Schaltungsaufbau sehr kompliziert und dadurch teuer und ist somit praktisch kaum, verwendbar.

Die Erfindung schafft daher eine Einrichtung zum Kompensieren der Speisewechselspannung, wobei der Schweiß-

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strom durch Regeln der durch die Schweißmaschine vorgege-' honen Ef f ektivspanmmg konstant gehalten werden kann, selbst wenn die Speisespannung -geänder-t werden sollte und wobei insbesondere der Strom ausreichend kompensiert werden kann, selbst wenn eine sehne 1.1 vergehende Spannungsänderung der Spannungsquelle durch eine vorübergehende Belastung aμfgetreten sein sollte. Weiterhin kann der· Gegenstand so ausgebildet sein, daß eine wirtschaftliche und leistungsfähige Einrichtimg mit einem erheblich vereinfachten Sclialtungsauf bau geschaffen ist, mit der die durch die Iiegelzeitverzögerung hervorgerufenen Nachteile der herkömmlichen Einrichtungen beseitigt sind.

Gemäß der Erfindung wird die Phasenverschiebung bzw. -änderung der Speisespannung mittels eines Phasenschiebers bzw. -regiere durchgeführt, und die augenblickliche Speisespannung wird im voraus festgestellt j wenn die festgestellte Speisespannung niedriger als die Bezugsspannung ist, wird die leitende Phase des in der Speiseschaltung vorgesehenen Cylisters vergrößert, und umgekehrt wird, wenn dio festgestellte Speisespannung größer als die Bezugsspannung ist.diese durch Verkürzea der leitenden Phase so geregelt, daß die wirksame primärseitige Anschlußspanuung des Schweißtransformators konstant gehalten werden kann. Weiterhin kann gemäß der Erfindung eine ausreichende Kompensation durchgeführt werden, indem über ein Filter die Speisespannung unmittelbar bei der kurz-

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zeitigen, durch eine vorübergehende Belastung hervorgerufene Speisespannungsänderung festgestellt wird.

Bei der Erfindung wird also die Speiesspannung schon vorher mittels eines Filters und eines Phasenschiebers bzw. -reglers festgestellt. Wenn die festgestellte Spannung die Bezugsspannung erreicht hat, was durch Vergleich der festgestellten Spannung mit der Bezugsspannung bestimmt wird, wird deren leitende Phase durch Verdrehen des phasenger egelten Gleichrichters geregelt, der in Reihe mit der Speiseschaltung liegt, und die Flußzeit des Speisestroms wird geregelt, um die wirksame, primärseitige Anschlußspannung des Speisetransformators auszugleichen bzw. zu kompensieren. Wenn die Speisespannung hoch ist, ist die Stromflußzeit kurz, und wenn sie niedrig ist, wird die Stromflußzeit verlängert.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert, wozu auf die beigefügten Zeichnungen bezug genommen ifird. Es zeigen:

Fig.l ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung ;

Flg.2 zur Erläuterung der Betriebsweise der Einrichtung gemäß der Erfindung die Beziehung zwischen der Grüße der Speisespannung, der Größe und der Phasen-

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verschiebung der festgestellten Spannung, der Größe des gleichgerichteten Stroms und der Phase;

Fig.3 die Schaltung der Ausführungsform von Fig.l; und

Fig.k die mittels eines Filters erhaltene Arbeitsweise der Einrichtung gemäß der Erfindung.

In den Fig.l und 3 ist ein Phasenschieber 1 mit Anschlüssen 3, 3a der Speiseschaltung 2 verbunden, um schon im voraus die Phasenverschiebung der Speisespannung feststel-

len zu können. Weiterhin weist die Schaltung ein Tiefpaßoder ein Bandpaßfilter k auf, um den Durchgang hoher Frequenzen zu verhindern. Weiterhin weist die Einrichtung einen Bezugsspannungsgenerator 5» einen Vergleicher 6 zum Vergleich der Aus gangsspannung des Filters 4.und der Bezugsspannung des Bezugsspannungsgenerators 5i einen Differentialverstärker 7 zur Verstärkung des Ausgangssignals des Vergleichers 6, einen Impulsgenerator 8 zum Umwandeln des Ausgangssignals des Verstärkers 7 in Impulse, einen in der Speiseschaltung 2 vorgesehenen Cylister 9» insbesondere einen Thyristor, sowie einen Zeitgeber 10 zur Abgabe eines Schweißsignals auf. Wenn der Zeitgeber 10 noch nicht in Betrieb ist, wird kein Impulsausgang an dem Impulsgenerator 8 erzeugt. Schließlich ist in der Einrichtung noch eine Torschaltung 11 vorgesehen, die das Steuersignal nur in Durchlaßrichtung zu dem Cylister 9 durch-

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Im folgenden wird anhand von Fig.2 die Arbeitsweise der Einrichtung erläutert.

Wenn die Speisewechselspannung einen Nenn- oder Sollwert von "v" hat, dann fließt ein Schweißstrom i in der leitenden Phase θ der Energiequelle .Wenn dann die Speisespannung auf den Wert v. vermindert wird, wird die leitende Phase O₁ der Energiequelle so festgelegt, daß der Schweißstrom i auf denselben Effektivwert wie der Strom i kommen kann. Wenn dagegen die Speisespannung auf den Wert ν zunimmt, ist die leitende Phase Q_n der Endergiequelle so festgelegt, daß der Schweißstrom i_o auf denselben Effektivwert wie der Strom i kommen kann.

Der Phasenschieber 1 und das Filter h sind so angeordnet, daß die Ausgangsspannung des Filters 4 um einen Winkel gegenüber der Speisespannung mittels des Phasenschiebers oder -regl*rs 1 verschoben werden kann; die Ausgangsspannung des Filters k kann dann gegenüber den Speisespannungen ν, ν., ν proportional e, e^, e werden.

Der- Bezugsspannungsgenerator 5 να\ά der Phasenschieber bzw. -regler 1 sind so eingestellt, daß der Schnittpunkt der Ausgangsspannung des Filters k und der Bezugsspannung E jeweils CX + ß = Oj o<+ R₁ s O₁ bzw. OC+ ß_ = θ wird.;

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der Phasenvorexlwxnkel der Ausgangsspannung des Filters k ist so eingestellt, daß er gleich C* ist. Der Zeitgeber 10 wird in dessen Schnittpunkt betrieben, um die leitende Phase des Cylisters, insbesondere des Thyristors, durch Erzeugen eines Impulses in dem Impulsgenerator 8 zu steuern; der effektive Schweißstrom kann hierdurch dann immer konstant gehalten werden. Wenn nämlich die Speisespannung auf den Wert V₁ vermindert wird, wird die leitende Phase des Cylisters, insbesondere des Thyristors 91 auf Q₁ vergrößert; wenn dagegen die Speisespannung auf den Wert V_n zuiiimuit, wird die leitende Phase des Cylisters 9, insbesondere des Thyristors auf θ verringert: Hierdurch kann dann der effektive Schweißstrom immer konstant gehalten werden, ohne daß eine Änderung der Speisespannung vorgenommen werden muß.

In Fig.3 ist der Aufbau der Schaltung, die in Fig.1 als Blockschaltbild wiedergegeben ist, im einzelnen dargestellt. In Fig.3 weist der Phasenschieber bzw. -regler 1 einen Transformator T₁, den veränderlichen Widerstand VR₁, den Kondensator C₁ und den Widerstand R₁ auf. Mittels des Phasenschiebers bzw. -reglers 1 kann die Phase der Speisespannung durch Regeln " des veränderlichen Widerstands VR. von 0 bis l80 verschoben werden. Das Filter 4 besteht aus einem Transistor Tr , den Widerständen R , R ,

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R^, R_, Rg und R_, sowie Kondensatoren C und C ; in dem Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein Tiefpaßfilter.

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Der Bezugsspannunßsgenerator 5 weißt eine Gleichspannungsquelle E-, eine Diode D, für eine konstante Spannung, einen veränderlichen Widerstand VR„ eowie Widerstände R«,

R_Q und R auf. Der Widerstand R« dient der Stromregelung. ^y 10 °

Der Vergleicher 6 und der Differentialverstärker 7 weisen Transistoren Tr und Tr , Dioden D und D-_t Widerstände

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R . bis R₁ r und eine Gleichspannungsquelle E_ auf. Der" Impulsgenerator 8 besteht aus einem Tranaistor Tr., einem Impulstransformator T₀, einem Widerstand R_f_ und einem Kondensator C, ; der Ausgang des Vergleichere 6 fließt über dei Kondensator C. xind der. mittels des Differentialver» stärkere verstärkte Signalstrom gelangt an die Basis des Transistors Tr.; die Impulsspannung wird an der Sekundärseite des Impulstransformators T₀ erzeugt· Der Cylister 9 besteht aus zwei Cylistern^insbesondere aus zwei gesteuerten Siliziumgleich richtern SCR₄ und SCR_, die antiparallel geschaltet sind. Der Zeitgeber 10 weist als wesentliches Element einen Transistor Tr_ auf; nur wenn ein Signal an den Transistor Tr_ abgegeben wird, liegt eine Ausgangsspannung an dem Impulstransformator T„ an. Die Torschaltung 11 besteht aus zwei Steuerdioden D^ und D,- sowie aus Widerständen R.η bis Rp₁; der Widerstand R_po ist zwischen die Steuerelektrode und die Kathode des Cylistors, insbesondere des gesteuerten Siliziuragleichrichters. SCR. geschaltet; der Widerstand R_p1 ist zwischen die Steuerelektrode und die Kathode des Cylistcrs, insbesondere

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des gesteuerton Silizivungleichrichters SCR geschaltet. Weiterhin sind in der Schaltungsanordnung der Fig.3 noch ein Schweißtransformator T„ sowie ein Vollweggleichrichter 12 vorgesehen.

Im folgenden wird.anhand von Fig.4 der Unterschied zwisehen der Schaltungsausführung, wo das Filter k verwendet ist, und der Schaltungsausführung, in der kein Filter '4 verwendet ist, im einzelnen erläutert.

Wenn das Filter k nicht verwendet ist» wird der Cylister 9» insbesondere der Thyristor in dem Schnittpunkt leitend₃ wo sich der Ausgang¹ A des Phasenschiebers bzw. -reglers 1 und die Bezugsspannung E schneiden, d.h. zum Zeitpunkt t

Wenn andererseits·, der Schweißstroin zum Zeitpunkt t_ abgeschaltet bzw· gesperrt wird, weist der Ausgang A des Phasenschiebers bzw. -reglers 1 die Kurvenform auf, wie sie in Fig.k dargestellt ist. Auch wenn die Speisespannung B durch den Betrieb bzw. das Einschalten einer weiteren Schweißmaschine zum Zeitpunkt t_o plötzlich gesenkt wird, und wenn die vorübergehende, durch die weitere Schweißmaschine hervorgerufene Belastung zuta Zeitpunkt t. wieder entfernt wird, ergibt sich dieselbe Kurve. Wenn daher die Speisespannung zeitweilig und plötzlich nach dem Zeitpunkt t> verringert wird_e nimmt dadurch der Schweißstroni stark ab.

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Wenn aber das Hochpaßfilter k verwendet wird und wenn dann die Speisespannung zeitweilig nach dem Zeitpunkt t. geändert wird, können die durch die Kurve C wiedergegebenen Kennwerte erhalten werden; die Änderung der Speisespannung nach dem Zeitpunkt t. wird nunmehr ebenfalls in Betracht gezogen. Wenn das Filter ^li verwendet wird, kann demnach die durch einen Einschaltvorgang hervorgerufene, vorübergehende Änderung der Speisespannung von der nächsten Periode der Speisespanmmgsweile vollständig kompensiert bzw· ausgeglichen werden.

In der obigen Beschreibung ist die Kompensation bzw. der Ausgleich der Speisespannung für eine Schweißmaschine erläutert worden; die Erfindung kann aber selbstverständlich auch zur Kompensation und Regelung von Speisewechselspannungen in einem größeren Anwendungsbereich angewendet werden. Wenn andererseits der Aufbau des Filters h und des Phasenschiebers bzw. -reglers 1 entgegengesetzt sein sollte, kann genau die gleich Wirkung erhalten werden. Die gleich Wirkung wird auch erhalten.wenn Triacs oder Ignitrons anstelle der Cylister, insbesondere der gesteuerten Siliziumgleichrichter SCR₁ und SCR verw.endet sind.

Wie.der vorhergehenden Beschreibung zu entnehmen ist, ist gemäß der Erfindung die an dem Primäranschluß des Schweißtransformators anliegende Spannung immer konstant, selbst wenn die Speisespannung geändert werden sollte; es kann

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daher eine gleichmäßige Güte und eine hohe Zuverlässigkeit beim Punktschweißen erreicht werden.

Wenn anderseits das Filter verwendet wird, kann die durch Einschaltvorgänge hervorgerufene» durch eine vorübergehende Belastung auftretende Änderung der Speisespannung kompensiert und ausgeglichen werden; hierbei-kann die Änderung der Speisespannung, wenn sich die sinusförmige Welle ändert, ausreichend kompensiert und ausgeglitten werden. Wenn weiterhin der Phasenschieber bzw. -regler verwendet wird, kann die augenblickliche Speisespannung festgestellt und im voraus geregelt werden, und eine Nacheilung kann vollständig beseitigt werden; infolgedessen kann eine zuverlässige Regelung sowie ein ausgezeichnetes Schweißergebnis erzielt werden.

Obendrein ist der Schaltungsaufbau einfacher als der herkömmliche Schaltungsaufbau; infolgedessen sind die Herstellungskosten niedrig und eine Störung tritt selten auf; durch die Erfindung ist somit eine sehr leistungsfähige Einrichtung geschaffen.

Pat entansprüche

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Claims

Patentanspruch e

!^Einrichtung zum Rompensieren der Speisewechselspannung, dadurch gekenn ζ ei chn e t, daß

(a) ein phasengeregelter Gleichrichter (9) in Reihe zu der Primärschaltung des Speisetransformators (T_) geschaltet ist;

(b) ein Speisespannungsdetektor ein Filter (k) und einen Phasenregler (l) aufweist;

(c) ein Vergleicher (6) zum Vergleich der festgestellten Spannung des Spcxsespannungsdetelctors und der Bezugsspannung vorgesehen ist; und

(d) die Einrichtung für die effektive Anschlußspannung der Primärschaltung des Speisetransformators (T„) die leitende Phase des phasengeregelten Gloicliricliters (9) entsprechend der Zeitsteuerung regelt, wenn die festgestellte Spannung die Bezugsspannung erreicht .
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter Ci) ein Hochpaßfilter ist.

^ßAD ORIGINAL

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