DE2317383A1

DE2317383A1 - Regeleinrichtung fuer eine speisewechselspannung

Info

Publication number: DE2317383A1
Application number: DE2317383A
Authority: DE
Inventors: Masaru Tanaka
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1972-04-06
Filing date: 1973-04-06
Publication date: 1973-10-25
Also published as: NL169838B; CA975061A; FR2179230B1; JPS5232060B2; GB1425601A; NL7304760A; NL169838C; FR2179230A1; DE2317383C2; US3875367A; JPS48101544A

Description

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF 0017000

PATENTANWÄLTE £. O I / O O O

8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 860245

Dr. Berg Dipl.-Ing. Stapf, 8 München 86, P. O. Box 86 0245

Unser Zeichen 23 730 8 MÖNCHEN 80

Our ref. MauerkircherstraSe 45

Anwaltsakte Nr. 23 730

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

Regeleinrichtung für eine Speisewechselspannung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für eine Speisewechselspannung, wobei ein konstanter Effektivwert der an eine Schweißmaschine angelegten Spannung erhalten wird, selbst wenn die Speisespannung schwankt, wodurch ein konstanter Schweißstrom erhalten wird.

Im allgemeinen wird die Güte von punktgeschweißten Gegenständen stark durch das Schwanken des Schweißstroms beeinflußt. Bei herkömmlichem Widerstandsschweißen ist die leitende Phase des Schweißstroms, d.h. eine Zeitperiode, während der der Schweißstrom fließt, im allgemeinen sehr kurz und liegt

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in der Größenordnung von einigen bis zehn Perioden, so daß auch hei einem geschlossenen Regelkreis aufgrund der Regelzeitverzögerung kein zufriedenstellendes Ergebnis erhalten werden kann. Bei einem geschlossenen Regelkreis sind mindestens zehn Perioden zum Schweißen erforderlich.

In den üblichen Regeleinrichtungen für eine Speisewechselspannung wird der Schweißstrom mittels eines Stromtransfor- _f mators bestimmt; der ermittelte Sehweißstrom wird dann zweimal mittels Integratoren integriert, so daß das Produkt aus der hei der doppelten Integration erhaltene Größe multipliziert mit der leitenden Phase für den Schweißstrom auf einem konstanten Wert gehalten werden kann. Da aber ein geschlossener Regelkreis verwendet ist, ergibt sich eine Regelzeit— verzögerung, so daß keine zufriedenstellenden Schweißergebnisse erzielt werden können. Darüberhinaus sind die Schaltungselemente kompliziert und sehr teuer.

Gemäß der Erfindung soll daher eine Regeleinrichtung für eine Speisewechselspannung geschaffen werden, bei der die Schwierigkeiten aufgrund der Regelzeitverzögerung bei den bekannten Spannungsregeleinrichtungen beseitigt ist, die im Aufbau einfach, preiswert herzustellen ist und zum Verhindern von Stromstößen eine Schaltung zum Regulieren der Steigung bzw. Steilheit (des Stromanstiegs) aufweist.

Gemäß der Erfindung wird der augenblickliche Wert der Speisespannung, der über eine Phasenschieberschaltung in der Phase voreilt, vorher bestimmt und festgestellt, so daß, wenn der

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festgestellte Wert kleiner ist als eine Sollspannun

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der Winkel, während dem ein Thyristor leitend ist, bzw.

ist die leitende Phase eines Thyristors_/ größer, während wenn der festgestellte Wert über einem Sollwert liegt, der Winkel, während dem der Thyristor leitend ist, abnimmt. Hierdurch kann der Effektivwert der an die Primärseite eines Schweißtransformators angelegten Spannung immer auf einem vorbestimmten konstanten Wert gehalten werden. Darüberhinaus kann gemäß der Erfindung die Stromwellenform so gesteuert werden, daß sie eine beliebige Steigung oder Steilheit hat.

Die Erfindung schafft also eine Regeleinrichtung für eine Speisewechselspannung, wobei die augenblickliche Speisewechselspannung mittels eines Filters und einer Phasenschieberschaltung bestimmt wird; die Ausgangsspannung des Filters wird mittels eines Vergleichers mit einer Bezugsspannung verglichen. Ferner wird ein Impulsgenerator betätigt, um einen Ausgangsimpuls entsprechend dem Ausgang des Vergleichers und dem Ausgang einer die Steigung bzw. Steilheit regulierenden Schaltung abzugeben, so daß entsprechend dem Ausgangsimpuls ein in einen Versorgungsschaltkreis eingeschalteter Thyristor angesteuert werden kann.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zum Kompensieren der Änderung einer Speisewechselspannung;

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I-

Fig. 2 A bis 2 C Kurven zur Erläuterung des der Erfindung zugrunde liegenden Prinzips;

Fig. 3 eine weitere Kurve zur Erläuterung des der Erfindung zugrunde liegenden Prinzips; und

Fig. 4 im einzelnen eine Schaltung der in Form eines Blockschaltbilds in Fig. 1 dargestellten Einrichtung.

Das in Fig. 1 dargestellte Blockschaltbild der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist folgende Einrichtungen auf: eine Phasenschieberschaltung 1, um .vorher die Größe einer zu regelnden Speise— oder Versorgungsspannung zu bestimmen, ein Tiefpaß— oder Bandpaßfilter 2 zum Ausschalten einer Frequenz, die höher als eine Grenzfrequenz ist; einen Bezugsspannungsgenerator 3 j einen Vergleicher 4 zum Vergleichen der Ausgangsspannung des Filters 2 mit einer von dem Bezugsspannungsgenerator 3 erhaltenen Spannung; einen Verstärker 5 zum Verstärken des Ausgangs des Vergleichers ^; einen Zeitgeber 6, der ein Signal für die leitende Phase des Schweißstroms abgibt; eine die Steigung bzw. Steilheit regulierende Schaltung 7 zum Steuern der Steigung bzw. Steilheit des Schweißstromes in einer ¥eise, daß, wenn der Schweißetrom zu fließen beginnt und unterbrochen wird, er allmählich zunehmen und abnehmen kann; einen Impulsgenerator 8 zum Erzeugen von Impulsen entsprechend den Signalen von dem Verstärker 5 und der die Steigung oder Steilheit regulierenden Schaltung 7; und einen in den Primärkreis eines Schweißtransformators Io eingeschalteten Thyristor 9. Anstelle des Thyristors kann auch ein Ignitron oder ein Triac verwendet werden. .

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Im folgenden wird anhand der Fig. 2A, 2B und 2C das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip beschrieben. Wenn der Sollwert der Speisexiechselspannung ν ist, fließt der Schweißstrom i in einer leitenden Phase, d.h. während eines Winkels Ö.Der Winkel Θ. wird so festgelegt, daß der Schweißstrom I₁, wenn die Speisespannung auf v. absinkt, denselben Effektivwert wie der Schweißstrom i hat. In ähnlicher Weise ist der Winkel θ~ während der elektrisch leitenden Phase so festgelegt, daß der Schweißstrom in, wenn die Spannung auf V₂ ansteigt, denselben Effektivwert wie der Schweißstrom i haben kann. Die Phasenschieberschaltung 1 und das Filter 2 sind so ausgelegt, daß, wenn die Ausgangsspannung des Filters 2 in der Phase um einen Winkel ¹⁰^bCZUgIiCh der Speisespannung voreilt, die Ausgangsspannungen e, e^ und e„ des Filters 2 proprotional zu den Spannungen v, V₁ und \r„ sind.

Die Bezugsspannung E₀ und die Phasenschieberschaltung 1 sind so eingestellt, um den Voreilwinkel O( festzulegen, der der folgenden Beziehung genügen kann:

Speisespannung v:

et+ ß = θ j

Speisespannung V₁:

c<+ B₁ = θ^; und

Speisespannung v„:

<*+ ß₂ = θ₂;

wobei ß, ß^ und ß_ die Winkel sind, unter denen die Ausgangsspannungen e, e* und e₂ die Bezugsspannung E_ß schneiden. Die Impulse werden an diesen Schnittstellen erzeugt, um den An—

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steuerwinkel des Thyristors 9 so zu steuern, daß der " Schweißstrom immer auf einem konstanten Wert genalten werden kann.

Insbesondere dann, wenn die Speisespannung auf V^ absinlrt, wird der Ansteuerwinkel des Thyristors 9 auf Q₁ vergrößert, während bei einer Abnahme der Speisespannung auf V₂ der Ansteuerwinkel auf 0~ verkleinert wird, so daß der Schweißstrom unabhängig von einer Änderung oder Schwankung der Speise— oder Versorgungsspannung konstant gehalten werden kann. In der Praxis ist es aber oft erforderlich, die Steigung bzw. Steilheit des Schweißstroms zu Beginn oder am Ende der leitenden Phase zu regulieren. Die Regulierung der Steilheit bzw. Steigung ist schwierig, wenn das oben beschriebene, der Erfindung zugrunde liegende Prinzip angewandt wird, wie im folgenden anhand der Fig. 3 beschrieben wird. In Fig. 3 ist-die Ausgangsspannung e an dem Filter 2 dargestellt, die um den Voreilwinkel<K bezüglich der Speisespannung ν voreilt. Die Steigung bzw. Steilheit des Schweißstroms kann nach folgenden Verfahren reguliert bzw. gesteuert werden:

(1) Die Bezugsspannung E~ wird allmählich von null auf die Spannung E_n erhöht. Dieses Verfahren ist aber nicht zufriedenstellend, da der Auslösewinkel des Thyristors nur zwischen dem Winke lo( und dem Winkel o< + ß gesteuert werden kann.

(2) Der Voreilwinkel der Ausgangsspannung e des Filters bezüglich der Speisespannung ν wird allmählich von null

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auf C^ erhöht, während die Bezugsspannung E₀ auf einem konstanten Wert gehalten wird. Aber auch dieses Verfahren ist nicht zufriedenstellend, da ähnlich wie bei dem Verfahren (l) der Schweißstrom nur innerhalb eines begrenzten Bereichs gesteuert wird, und da sich eine Verzerrung der Filterausgangsspannung ergibt, wenn der Voreilwinkel O< innerhalb kurzer Zeit verändert wird.

(3) Die Bezugsspannung E„ ebenso wie der VoreilwinkelO^ werden gleichzeitig verändert. Aber auch dieses Verfahren ist wegen der in Verbindung mit dem Verfahren (2) angegebenen Nachteile noch nicht befriedigend.

Bei der Erfindung iierden die vorerwähnten Schwierigkeiten und Nachteile beseitigt, wie anhand von Fig. h im folgenden beschrieben wird. In der Ausführungsforni ist eins Gleichspannungsquelle 1 und ein Verstärker 5 vorgesehen, der das Ausgangssignal des Vergleichers verstärkt und ein Einschalt— signal abgibt, wenn und nur wenn die Bezugs spannung E~ größer ist als die Ausgangsspannung des Filters 2, so daß ein Thyristor 12 in dem in Fig. h in seiner Gesamtheit mit 8 bezeichneten Impulsgenerator ausgelöst werden kann. Ein Widerstand 13 ist mit einer Zweiweg-rgleichgerichteten Energiequelle verbunden .

Der Impulsgenerator 8 weist den Thyristor 12, einen Transistor Ih₉ einen Unijunction-Transistor 15, einen Kondensator 2o, einen Widerstand 22 und einen Impulsübertrager 21 auf. Die Basis des Transistors lh ist mit der Anode des Thyristors

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βη_¥ dessen; Kollektor mit diem Emitter des lpni^u;ne<tioife, Transistors 15 verbunden ist, so daß, wenn der Thyristor 12 angesehaltet, d.h, leitend ist, der Transistor tk Uh. gesperrt ist.

Bie in ihrer jGresamtfeeit mit 7 bezeichnete Schaltiaing Begulieren der Steigun^fessw. Steilheit weist einen liehen Widerstand 16, einen Kondensator 17 und einen Transit stör 18 auf.

Im folgenden wird die Arbeitsweise dieser Schaltungsa^nQrd^]ttunS Taesehr!eben. Entsprechend einem Signal von dem Zeitgeher 6 ändert sich der Kollektorstrom des Transistors 18 mit einer Zeitkonstanten, die durch den Widerstand 16 und den Kondensator 17 bestimmt wird. Mittels des Kollektorstroms des Transistors 18 wird der Kondensator 2o in dem. Impulsgenerator 8 aufgeladen. Wenn die Spannung an dem Kondensator 2q den Scheitelwert übersteigt, entlädt sich der Kondensator 2q über den Impulsubertrager 21, so daß ein Ausgangsimpuls erhalten werden kann. Die Impulsbreite hängt sehr stark von der Spannung ab, auf die der Kondensator 17 aufgeladen wird. Wenn die Spannung an dem Kondensator 17 niedrig ist, wird die Breite des Ausgangsimpulses größer, während, wenn die Spannung an dem Kondensator 17 größer ist, so daß der Transistor 18 gesättigt ist, die Impulsbreite sehr kurz wird.

In elngeschwungenem Zustand wird, sobald die Bezugsspannung über der Ausgangsspannung des Filters liegt, der Thyristor ausgelöst, so daß die Sperre durch den Transistor IV aufge—

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hoben wird. Wenn der Widerstand 19 ausreichend klein ist, kann an dem Impulsübertrager der Ausgangsimpuls unmittelbar dann erhalten werden, wenn die Bezugsspannung E₀ größer wird als die Ausgangsspannung e an dem Filter; d.h., wenn die Ausgangsspannung e des Filters 2 die Bezugsspannung E„ schneidet, wie in Fig. 2B dargestellt ist. Hierdurch kann in eingeschwungenem Zustand eine Änderung oder Schwankung in der Speise- oder Versorgungsspannung mittels der Erfindung kompensiert werden, wie anhand der Fig. 2A, 2B und 2C beschrieben ist. Die Auf- und Abwärtsregelung bi§ zum Erreichen des eingeschwungenen Zustandes wird hauptsächlich mittels des veränderlichen Widerstands 16 und des Kondensators 17 erreicht,

Da das Filter 2 in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung verwendet ist, kann sogar eine Schwankung oder Änderung infolge einer Momentanbelastung ohne weiteres zufriedenstellend kompensiert werden.

Die Vorteile der Erfindung können somit folgendermaßen zusammengefaßt werden:

(l) Selbst wenn die Änderung oder Schwankung in der Speisespannung groß ist, kann der Effektivwert der an die Primärsexte des Schweißtransformators angelegten Spannung immer auf einem konstanten Wert gehalten werden, so daß die Güte von punktverschweißten Gegenständen immer gleichmäßig gut wird. Auf diese Weise ist also die Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung merklich verbessert.

- Io -

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(2) Mittels des Filters kann sogar eine Schwankung oder Veränderung in \der Speisespannung infolge einer Momentanbelastung in zufriedenstellender ¥eise kompensiert werden.

(3) Durch Verwendung der Phasenschieberschaltung kann die Speisespannung von Zeit zu Zeit vorher bestimmt werden, so daß die genaue Regelung ohne irgendeine Zeitverzögerung durchgeführt werden kann. Auf diese Weise kann die Schweißgüte- und-qualität verbessert werden.

(4) Die Steigung bzw. Steilheit des Schweißstromes kann beliebig gesteuert werden, so daß sogar eine ungleichmäßige Magnetflußverteilung in dem Kern des Schweiß— transformator ebenso wie ein Strom stoß verhindert werden können. Hierdurch kann das Abreißen und das Aufblitzen an der Oberfläche verhindert werden, was ebenfalls wieder zu einer Verbesserung der Schweißqualität beiträgt.

Wenn, wie vorbeschrieben, die Einrichtung zum Kompensieren von Veränderungen und Schwankungen in der Wechselspeisespannung verwendet wird, kann die Steigung bzw. Steilheit des Schweißstromes beliebig reguliert werden, so daß die Einrichtung sehr wirksam in Verbindung mit Punktschweißmaschinen verwendbar ist, da das Abreißen und das Aufblitzen an der Oberfläche beseitigt ist, oder wenn Änderungen bei den verschweißten Gegenständen ausgeschaltet oder auf ein Minimum herabgesetzt werden müssen.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

Regeleinrichtung für eine Speisewechselspannung, gekennzeichnet durch
einen Schweißtransformator (lo),

einen auf der Primärseite des Schweißtransformators (lo) in Reihe geschalteten Thyristor (9), eine an die Speisewechselspannung parallel zu der Primär— seite des Schweißtransformators (lo) geschaltete Phasenschieberschaltung (l),

ein Filter (2), das den Ausgang der Phasensehieberschaltung (l) innerhalb des über einer oberen Grenzfrequenz liegenden Frequenzbereichs durchläßt,

einen Vergleicher (4) zum Vergleichen des Ausgangs des Filters (2) mit einer Bezugsspannung,

eine Schaltung (8) zum Erzeugen eines Ausgangsimpulses entsprechend dem Ausgang des Vergleichers, um damit den Thyristor (9) anzusteuern.und

eine die Steigung oder Steilheit regulierende Schaltung zum Steuern der Impulsbreite des Ausgangsimpulses der Impulserzeugerschaltung (8).
2. Einrichtung nach Anspruch 1, zum Kompensieren einer Änderung in der Speisewechselspannung, dadurch gekennzeichnet , daß der Impulsgenerator (8) einen Unijunction-Transistor (15), einen in Reihe zu einer der Basen des Unijunction—Transistors (15) geschalteten Impulsübertrager (21), einen zwischen den Emitter des Unigunction-Transistors (15) und den Impulsübertrager (21) geschalteten Kondensator

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(2o), einen mit seinem Kollektor und Emitter parallel zu dem Kondensator (2o) geschalteten Transistor, und einen Thyristor (12) aufweist, dessen Anode und Katode mit der Basis bzw. dem Emitter des Transistors (14) verbunden ist, wobei der Thyristor entsprechend dem Ausgang des Vergleichers (4) angesteuert wird; und daß die die Steigung oder Steilheit regulierende Schaltung einen Transistor (18), dessen Kollektor über einen Widerstand (19) an den Kondensator (2o) angeschaltet ist, um diesen aufzuladen, einen zwischen die Basis des Transistors (18) und einen Zeitgeber (6) geschalteten, veränderlichen Widerstand(16) und einen zwischen die Basis und den Emitter des Transistors (18) geschalteten Kondensator (17) aufweist.

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