DE2516096A1

DE2516096A1 - Schweisstromquelle fuer das elektrische lichtbogenschweissen

Info

Publication number: DE2516096A1
Application number: DE19752516096
Authority: DE
Inventors: Peter Bodewig
Original assignee: STK GmbH
Current assignee: STK GmbH
Priority date: 1975-04-12
Filing date: 1975-04-12
Publication date: 1976-10-21

Description

Schweiß stromquelle für das elektrische Lichtbogenschweißen Die Erfindung betrifft eine Schweißstromquelle für das elektrische Lichtbogenschweißen mit einem Schweißtransformator und einer Phasenanschnittsteuerung nebst einer vhyristor- oder Triac-Triggervorrichtung zur Einstellung des Schweiß stromes sowie mit einem Impulsgenerator zur Erzeugung von den Lichtbogen zündenden bzw. stabilisierenden Impulsen im Schweißkreis.
In der älteren Patentanmeldung P 23 46 903.6 der Anmelderin ist bereits eine Schweißstromquelle dieser Art beschrieben, welche mit einem im Primärkreis des Schweißtransformators liegenden Stromeinstellgerät mit zwangssynchronisierter Phasenanschnittsteuerung zur Sgmmetrierung der Halbwellen des Schweißstromes versehen ist. Hierbei ist an die Sekundärseite des Schweißtransformators ein Impulsgenerator angeschlossen, der zur Zündung und Stabilisierung des Lichtbogens Stromimpulse liefert.
Um eine unbedingte Zwangssymmetrierung der beiden Halbwellen des Schweißstromes unabhängig von betrieblichen Störgrößen zu gewährleisten, wurde mit den beiden Patentanmeldungen P 25 O4 870.8 und P 25 11 676.1 der Anmelderin auch schon vorgeschlagen, die im Primärkreis des Schweißtransformators antiparallel geschalteten Uhyristoren der Triggervorrichtung über in Abhängigkeit vom Primär- oder Schweißkreis stehende Rückführsignale gesondert anzusteuern, beispielsweise derart, daß im Sekundär- und Schweißkreis oder aber im Primärkreis des Schweißtransformators ein vom Strom in diesem Kreis beeinflußtez Stromglied, zweckmäßig ein Stromwandler, angeordnet wird, welches die in Abhängigkeit von dem Stromfluß in der positiven und negativen Halbwelle des Primär- oder Sekundärkreises des Schweißtransformators stehenden, die Thyristoren steuernden Signale liefert. Auf diese Weise lassen sich die Zündzeitpunkte der Thyristoren in Abhängigkeit von dem Stromfluß in den beiden Halbwellen in einfacher und betrieblich suverlässiger Weise so steuern, daß eine exakte Zwangssymmetrlerung der Stromhalbwellen im Bchweißkreis gewährleistet ist.
Die Erfindung geht insbesondere von der vorstehend erwshnten früheren Entwicklung der anmelderin aus. Ihr liegt vornehmlich die Aufgabe zugrunde, eine mit Phasenanschnittsteuerung versehene Schweißstromquelle der eingangs genannten Art und vorzugsweise eine solche nach der älteren Patentanmeldung P 25 04 870.8 oder der Patentanmeldung P 25 11 676.1 so auszubilden, daß bei vergleichsweise geringem Bau- und Schaltungsaufwand mit Hilfe eines einfachen und zuverlässigen Impulserzeugers exakt synchronisierte, phasengerechte Strom- bzw. Zündimpulse im Schweißkreis des Schweißtransformators erzeugt werden. Diese Strom- bzw.
Zündimpulse dienen vor allem zum berürungslosen Zunden und/oder zum Stabilisieren eines Lichtbogens, was insbesondere bei der Wechselstromschweißung im Hinblick auf die Güte der Schweißung von Bedeutung ist.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß als Impulserzeuger ein mit der Phasenanschnittsteuerung gekoppelter, sich beim Zünden der Thyristoren oder des Triacs unter Lieferung synchroner, phasengerechter Impulse entladender Speicherkondensator vorgesehen ist.
Mit einer solchen Anordnung lassen sich demgemäß bei einer phasenanschnittge steuerten Schweiß stromquelle die Sekundär-und Schweiß spannung überlagernde, exakt synchronisierte Strom- und Zündimpulse in phasenrichtiger Lage mit Hilfe eines einfachen und billigen Speicherkondensators bewirken, der bei jeder Halbwelle des Wechselstromes vor der Zündung des jeweiligen Thyristors bzw. des Triacs mit entsprechender Polarität aufgeladen wird und der sich bei der darauffolgenden Zündung des Thyristors bzw. des Triacs entlädt und damit den Strom- bzw. Zündimpuls bewirkt. Auf diese Weise stellt sich jeweils beim Trigger der Thyristoren bzw. des Triacs zu Beginn der induzierten Sekundärspannung des Schweißtransformators ein diese überlagernder synchroner Zündimpuls in phasengerechter Lage ein. Zweckmäßig wird die Schaltungsanordnung so getroffen, daß sich der Speicherkondensator Jeweils über den gerade getriggerten Thyristor bzw. die getriggerte Triacstrecke entlädt.
Dabei empfiehlt es sich, dem Speicherkondensator einen Impulsübertrager, vorzugsweise einen einfachen Impulstransformator zuzuordnen, auf dessen Primärwicklung sich der Speicherkondensator entlädt und dessen Sekundärwicklung am Sekundär- und Schweißkreis des Schweißtransformators anliegt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind der Speicherkondensator sowie die Thyristoren oder der Triac der Phasenanschnittsteuerung im Primärkreis des Schweißtransformators angeordnet. Parallel zum Triac oder den antiparallel geschalteten Thyristoren liegen der Speicherkondensator und die Primärwicklung des Impulstransformators in Reihenschaltung, während die Sekundärwicklung des Impulstransformators in Reihe mit der Sekundärwicklung des Schweißtransformators, oder auch zu dieser parallel, geschaltet sein kann. Andererseits besteht aber auch die Möglichkeit den Speicherkondensator sowie die Thyristoren oder den Triac der Phasenanschnittsteuerung auf der Sekundär seite des Schweißtransformators anzuordnen.
Die Größe der Impulsspannung, die Steilheit der Anstiegsflanke, die Impulsbreite, die Steilheit der Abfallflanke sowie der Energieinhalt der einzelnen Zündimpulse lassen sich «.B. über die Größe der Kapazität des Speicherkondensators und/oder über die Wickeldaten (vbersetzungsverhält nis) des lmpulstransformators und/oder dessen Xernmaterial veränderlich einstellen.
Wie erwähnt, läßt sich die Erfindung mit besonderem Vorteil bei einer Schweiß stromquelle nach einer der eingangs genannten älteren Patentanmeldungen der Anmelderin, insbesondere der Patentanmeldung P 25 11 676.1 oder auch der Patentanmeldung P 25 04 870.8, zur Anwendung bringen, obwohl sie hierauf nicht beschränkt ist, sondern sich bei jeder Schweißstromquelle einsetzen läßt, sofern eine Phasenanschnittsteuerung vorhanden ist, also z.B. im Primär- oder Sekundärkreis (ohne oder mit Zwangssymmetrie) oder auch bei transduktorgesteuerten Anlagen, falls der Vormagnetisierungsstrom mittels Phasenanschnittsteuerung eingestellt wird, oder auch bei UP-inlagen, bei denen der Drahtvorschubmotor Mittels Phasenanschnittsteuerung geregelt wird.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den einzelnen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schweiß stromquelle in einem schematischen Schaltbild; Fig. 2 ebenfalls in einem schematischen Schaltbild eine geringfügige Abänderung der in Fig. 1 dargestellten Schweiß stromquelle Fig. 3 im Schaltbild ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schweißstromquelle, die zugleich mit einem Gleichrichter für die Gleichstromschweißung ausgerüstet ist; Fig. 4 im Schaltbild schematisch ein viertes Ausführungabeispiel einer erfindungsgemäßen Schweiß-Stromquelle; Fig. 5 eine Ausführungsvariante zu Fig. 4, wobei auf der Sekundärseite des Schweißtransformators ein Gleichrichter für die Gleichstromschweißung vorgesehen ist.
In den Fig. 1 biß 5 ist mit E ein Schweißtransformator beieichnet, dessen Primiirwicldung W1 an die beiden Pole R und s eines Vechselstrownetsea anschließbar ist, während seine Sekundärwicklung W2 im Schweißkreis liegt. Die Sekundärwicklung W2 wird über eine Leitung Ll an das zu schweißende (nicht dargestellte) Werkstück sowie über eine Leitung L2 an die (nicht dargestellte) Schweißelektrode angeschlossen, wie dies beim elektrischen Lichtbogenschweißen bekannt ist.
Der Schweißtransformator ER weist in seinem Primärkreis zwei antiparallel geschaltete Thyristoren SORi und SCR2 auf, deren Steuerleitungen mit St bezeichnet sind. Die beiden Thyristoren sind Bestandteil einer Phasenanschnittsteuerung. Da Phasenanschnittsteuerungen an sich bekannt sind, ist diese in der Zeichnung aus Gründen der Ubersichtlichkeit nicht dargestellt. Vorzugsweise wird im vorliegenden Fall eine Phasenanschnittsteuerung vorgesehen, wie sie in der älteren Patentanmeldung P 25 11 676.1 offenbart ist.
Anstelle der beiden Thyristoren SCR1 und SCß2 kann die Phasenanschnittsteuerung auch mit einem riac TRI versehen sein, wie dies in Fig. 1 gestrichelt angedeutet ist.
Bei der Auiführungsform nach Fig. 1 ist im Primärkreis ein Speicherkondensator CS zusammen mit einem Impulstransformator ER1 vorgesehen. Der Speicherkondensator CS und die Primärwicklung W' des Impulstransformators ER1 liegen in Reihenschaltung parallel zum riac TRI oder den antiparallel geschalteten Thyristoren SCR1 und SCR2. Die Sekundärwicklung W" des Impulstransformators ER1 liegt in Reihe mit der Sekundärwicklung W2 des Schweißtransformators TR. Im Sekundär- und Schweißkreis ist außerdem parallel zu der Sekundärwicklung W2 des Schweißtransformators TR ein Kondensator C1 vorgesehen. Der von dem Impulstransformator TRl sekundärseitig abgegebene Stromimpuls wird unter tberbrükkung der Sekundärwicklung W2 des Schweißtransformators TR auf den Schweißkreis abgegeben.
Im Schweißbetrieb werden die beiden Thyristoren SCR1 und SCR2 der Phasenanschnittsteuerung in wechselnder Folge und in genauer zeitlicher Abstimmung über die Steuerleitungen St angesteuert wobei die Steuersignale zweckmäßig abhängig sind von dem Stromfluß im Primär- oder Sekundärkreis des Schweißtransformators, derart, daß im Schweißkreis unabhängig von den betrieblichen Störgrößen eine weitgehend exakte Zwangssyitimetrierung der Stromhalbwellen gewährleistet ist.
Der Speicherkondensator CS wird bei Jeder Stromhalbwelle des Wechselstromnetzes RZ 5 mit der entsprechenden Polarität aufgeladen, bevor der betreffende Thyristor (oder der Triac) gezündet wird. Bei Zündung des Thyristors entlädt sich gleichzeitig der Speicherkondensator CS über diesen Thyristor auf die Primärwicklung W' des Impulstransformators TR1, durch dessen Sekundärwicklung der Schweiß strom fließt. Somit stellt sich jeweils beim Triggern der beiden Thyristoren (oder des Triacs) und damit zu Beginn der auf der Sekundärseite des Schweißtransformators induzierten Sekundärspannung ein diese in phasengerechter Lage überlagernder synchroner Zündimpuls ein, der den beim Nulldurchgang des Schweißstromes im Sekundär- und Schweißkreis des Schweißtransformators erlöschenden Lichtbogen zündet und der überdies beim Wechselstromschweißen eine für den ordnungsgemäßen Schweißvorgang günstige Stabilisierung des Lichtbogens bewirkt.
Die Form und Größe der Strom- bzw. Zündimpulse auf der Sekundärseite des Impulstransformators ER1 läßt sich z.B. über die Kapazität des Speicherkondensators CS und/oder über die Wickeldaten (tibersetzungsverhältnis) des Impulstransformators TRi sowie dessen Kernmaterial oder auch durch einen zweckmäßigerweise variablen ohmschen Widerstand, der in Reihe mit dem Speicherkondensator CS und der Wicklung W' geschaltet ist, veränderlich einstellen. Dabei lassen sich sowohl die Impulsspannung und der Energieinhalt der einzelnen Zündimpulse als auch die Form derselben, nämlich der Verlauf und der Winkel der Anstiegs- und Abfallflanke und die Impulsbreite auf die Jeweiligen betrieblichen Gegebenheiten abstimmen.
Das Ausfiiiirungsbeispiel gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von demjenigen nach Fig. 1 im wesentlichen nur dadurch, daß die Zündspule bzw. die Sekundärwicklung W" des dem Speicherkondensator CS zugeordneten Impulstransformators im Sekundär- und Schweißkreis des Bchweißtransformators TR parallel zu dessen Sekundärwicklung W2 geschaltet ist. Außerdem ist mit IS eine im Sekundär- und Schweißkreis angeordnete Impulssperrdrossel bezeichnet, welche die von der Sekundärwicklung W" abgegebenen Zündimpulse gegenüber der Sekundärwicklung W2 des Schweißtransformators abblockt. Die Arbeitsweise dieser phasenanschnittgesteuerten Zündimpulsschaltung entspricht im übrigen derjenigen nach Fig. 1. Auch hier ist der als Impulserzeuger vorgesehene Speicherkondensator CS mit der aus den Thyristoren oder dem Triac bestehenden Triggervorrichtung steuerungsmäßig so gekoppelt, daß er sich jeweils beim Trigger der Thyristoren bzw. des Triacs über die Primärwicklung W' entlädt, wodurch in der Sekundärwicklung W" des Impulstransformators und damit im Schweißkreis die Zündimpulse in genauer zeitlicher Abstimmung zu den über die Phasenanschnittsteuerung angesteuerten Thyristoren bewirkt werden.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem im Sekundär- und Schweißkreis des Schweißtransformators TR ein Gleichrichter GL, hier ein Dioden-Brückengleichrichter, angeordnet ist. Die beiden Eingänge dieses Brückengleichrichters sind über die Leitungen L3, L4 an die Sekundärwicklung W2 des Schweißtransformators TR angeschlossen.
Die beiden im Schweißkreis liegenden Ausgänge des Gleichrichters werden von einem Schutzkondensator C2 überbrückt.
Diese Schaltung ist somit für die Gleichstromschweißung verwendbar.
Bei der Schweiß stromquelle nach Fig. 4 ist die riggervorrichtung mit den beiden antiparallel geschalteten Thyristoren SCR1 und BOCK2 oder dem Triac TRI sowie mit dem Speicherkondensator CS dem Sekundär- und Schweißkreis des Schweißtransformators TR zugeordnet. Auch hier sind die Thyristoren und der Speicherkondensator parallel zueinander geschaltet, wobei in Reihe mit dem Speicherkondensator die Primärwicklung W' des Impulstransformators R1 liegt. Die Sekundärwicklung W" des Impulstransformators befindet sich in dem Schweißkreis in Reihe mit der Sekundärwicklung W2 des Schweißtransformators TR. Die Arbeitsweise dieser Schaltungsanordnung entspricht im übrigen derjenigen nach den Fig. 1 bis 3, wobei in diesem Ball der Speicherkondensator CS nicht unmittelbar aus dem Netz R, Bs sondern vielmehr mittelbar über den Schweißtransformator TR aufgeladen wird.
Bei Schaltung der Thyristoren entlädt sich im übrigen auch hier der Speicherkondensator über den jeweils getriggerten Thyristor auf die Primärwicklung des Impulstransformators TR1, wodurch in dessen Sekundärwicklung Wtt der Strom- bzw.
Zündimpuls in genauer zeitlicher Abstimmung zu der Thyristortriggerung induziert wird.
Fig. 5 zeigt den Sekundär- und Schweißkreis der in Fig. 4 dargestellten Schaltungsanordnung. Im Gegensatz zu Fig. 4 ist bei der Anordnung nach Fig. 5 ein Brückengleichrichter GL vorgesehen, so daß diese Schaltungsanordnung für das Gleichstromschweißen geeignet ist. Die Anordnung entspricht insoweit derjenigen nach Fig. 3.
Bei den Schaltungen nach den Fig. 3 und 5 ist die Funktion auch bei Verwendung von dreiphasigen Transformatoren und Gleichrichtern gegeben. Anstelle des Impulstransformators können bei der erfindungsgemäßen Schweiß stromquelle auch andere Impul.übertrager vorgesehen werden.

Claims

Patentansprüche

1. Schweißstromquelle für das elektrische Lichtbogenschweißen mit einem Schweißtransformator und einer Phasenanschnittsteuerung nebst einer Thyristor- oder Triac-Triggervorrichtung zur Einstellung des Schweißstromes sowie mit einem Impulsgenerator zur Erzeugung von den Lichtbogen zündenden bzw. stabilisierenden Impulsen im Schweißkreis, dadurch gekennzeichnet, daß als Impulserzeuger ein mit der Phasenanschnittsteuerung gekoppelter, sich beim Zünden der Thyristoren (SCß1, SCR2) oder des Triacs (ERI) unter Lieferung synchroner, phasengerechter Impulse entladender Speicherkondensator (CS) vorgesehen ist.

2. Schweißstromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Speicherkondensator (CS) ein Impulsübertrager, vorzugsweise ein Impulstransformator (tal) mit im Schweißkreis leigender Sekundärwicklung (W"), zugeordnet ist.

3. Schweißstroiquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkondensator (CS) sowie die Thyristoren (SCR1, SCR2) oder der Triac (RT) der Phasenanschnittsteuerung im Priiärkrei s des Schweißtransforiators ) angeordnet sind.

4. Schweißstromquelle nach den AnsprEchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkondensator (CS) und die Primärwicklung (w') des Impulstranformators (TR1) in Reihenschaltung parallel zum IEriac oder den antiparallel gegeschalteten Thyristoren liegen.

5. Schweißstromquelle nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (W") des Impulstransformators (TR1) in Reihe mit der Sekundärwicklung (W2) des Schweißtransformators (TR), oder zu dieser parallel, geschaltet ißt.

6. Schweißstromquelle nach einem der Ansprüche 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkondensator (CS) sowie die Thyristoren oder der Triac der Phasenanschnittsteuerung auf der Sekundärseite des Schweißtransformators (TR) angeordnet sind.

7. Schweißstromquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Thyristoren oder der Triac zu der Reihenschaltung des Speicherkondensators (CS) und der Primärwicklung (W') des Impulstranformators (TR1) parallelgeschaltet sind.

8. Schweißstromquelle nach einem der Ansprüche 2 bis 7, gekennzeichnet durch einen auf der Sekundärseite des Schweißtransformators (TR) angeordneten Gleichrichter (GL), in dessen Ausgangskreis die Sekundärwicklung (W") des Impulstranformators (TR1) liegt.

9. Schweißstromquelle nach einem der Ansprüche 2 bis 8, gekennzeichnet durch ein im Schweißkreis angeordnetes, die Sekundärwicklung (W2) des Schweißtransformators (tor) überbrückendes und in Reihe mit der Sekundärwicklung (W") des Impulstransformators (TR1) liegendes 0-Glied.

10. Schweißstromquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einem Triac (TILl) oder aus antiparallel geschalteten Thyristoren (SCR1, SCR2) bestehende Triggervorrichtung über Rückführsignale einer mit einem Stromglied, wie insbesondere einem Wandler, versehenen Ansteuerschaltung gesteuert ist, wobei das Stromglied bzw. der Wandler dem Sekundärkreis oder vorzugsweise dem Primärkreis des Schweißtransformators (ER) zugeordnet ist, derart, daß der Triac bzw. die Thyristoren in Abhängigkeit von dem im Sekundär- bzw. Primärkreis des Schweißtransformators in beiden Halbwellen fließenden Strom über die Ansteuerschaltung der Phasenanschnittsteuerung gesteuert sind.

11. Schweißstromquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse des Speicherkonden sators (CS) durch Veränderung seiner Kapazität und/oder des tbersetzungserhältnisses des Impulstransformators (ER1) und/oder dessen KernMaterial und/oder durch einen, zweckmäßig variablen ohmschen Widerstand in Reihe mit dem Speicherkondensator und der Primärwicklung des Impulstransformators veränderlich einstellbar sind.