DE2713045A1

DE2713045A1 - Speisequelle fuer schweissanlagen

Info

Publication number: DE2713045A1
Application number: DE19772713045
Authority: DE
Inventors: Grigory Bogradovitsch Asoiants; Daniil Andreevitsch Dudko; Vasily Stepanovitsc Gvozdetsky; Georgy Nikolaevits Ignatchenko; Vladik Efimovits Sklyarevitsch; Valentin Ivanovitsch Skrypnik; Larisa Michailovna Yarinich; Anatoly Petrovitsc Zaparovanyi
Original assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Current assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Priority date: 1976-03-24
Filing date: 1977-03-24
Publication date: 1977-10-06
Also published as: DD129972A1; GB1561003A; CH619626A5; DE2713045C3; SE7703302L; FR2345256A1; DE2713045B2; JPS52134844A

Description

HOFFMANN · EITLE & PARTNER

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) · Dl PL.-I N G. W. E ITlE · D R. R E R. NAT. K. H O F FM AN N ■ D I PL.-1 NG. W. LE H N

DIPL.-ING. K. FOCHSLE ■ DR. RER. NAT. 8. HANSEN ARABELLASTRASSEMSTERNHAUS) · D-8000 MÖNCHEN 81 · TE LE FO N (08?) 911087 ■ TE LE X 05-29619 (PATH E)

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INSTITUT ELEKTROSVARKI IMENI E.O. PATONA AKADEMII NAUK UKRAINSKOI SSR, KIEV, UdSSR

Speisequelle für Schweissanlagen

Die Erfindung bezieht sich auf Anlagen zum Schweissen von Werkstücken und insbesondere eine Speisequelle für Schweissanlagen, mit parallel zueinander geschalteten Ladekreisen mit Speicherkondensatoren und Trenndioden, deren gleichnamige Elektroden miteinander verbunden und an die Stromquelle angeschlossen sind, und einer entsprechenden Anzahl von Entladekreisen, von denen jeder einen mit dem entsprechenden

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Ladekreis gemeinsamen Speicherkondensator aufweist, und ein Element zum Umschalten der Entladung des Speicherkondensators enthält, wobei jeder Entladekreis an die Elektroden der Schweissanlage über einen induktiven Ausgangswiderstand angeschlossen ist.

Vorzugsweise Anwendungsgebiete sind Gerätebau, Flugzeugbau,Elektronik, Maschinenbau und andere Bereiche, wo eine Mikroplasmaschweissung von dünnwandigen Werkstücken und Präzisionsteilen aus verschiedenen Fe- und Buntmetallen und deren Legierungen (Stahl, Kupfer, Nickel, Titan, Zinn, Kovar u.a.) erforderlich ist.

Die Vielfalt der Abmessungen und wärmephysikalischen Eigenschaften der in der Industrie zu verarbeitenden Werkstücke erfordern Schweissanlagen, die weitgehende technologische Möglichkeiten haben, welche im wesentlichen Masse von den Regelungsmöglichkeiten der Schweisstromparameter abhängen. Die Vervollkommnung der Speisequellen in dieser Richtung ist in der Regel mit einer Zunahme der in den Schaltungen dieser Speisequellen verwendeten Elemente verbunden, was zu einer Vergrösserung der Abmessungen und der Masse, Kompliziertheit der Konstruktion und Verringerung der Zuverlässigkeit der Speisequelle führt.

Andererseits erfordert die Automatisierung von Schweissprozessen die Schaffung von Kleinspeisequellen, die leicht in automatische Taktstrassen und Aggregate eingebaut werden können.

Es ist eine Speisequelle für Schweissanlagen bekannt, die

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mehrere an die Stromquelle angeschlossene parallel geschaltete Ladekreise und eine entsprechende Anzahl von an die Elektroden der Schweissanlage angeschlossenen Entladekreisen enthält. Jedes aus Lade- und Entladekreis bestehende Paar hat einen gemeinsamen Speicherkondensator. Die Ladekreise enthalten Trenndioden, deren gleichnamige Elektroden untereinander verbunden und über einen Schaltthyristor an die Stromquelle gelegt sind. Zu jedem Entladekreis gehört neben dem Speicherkondensator ein Element zum Umschalten der Entladung, das in Form eines Thyristors ausgeführt ist. Die Entladekreise sind über einen induktiven Ausgangswiderstand an die Elektroden der Schweissanlage angeschlossen.

Das Laden der Kondensatoren erfolgt bei der beschriebenen Speisequelle in der negativen Halbperiode der Speisespannung aus einem Wechselstromnetz. Das Entladen der Kondensatoren über die Lichtbogenstrecke findet abwechselnd bei Änderung der Polarität der Speisespannung statt.

Die Speisequelle stellt einen Schweissimpulsstrom sicher und lässt die Regelung der Frequenz, Dauer des Impuls-Pause-Verhältnisses und der Impulsform zu. Jedoch ist bei dieser Speisequelle die obere Grenze der Impulsfrequenz durch die Frequenz des Wechselstroms des Speisenetzes, das die Funktion einer Stromquelle erfüllt, begrenzt. Hierbei ist die Impulsdauer durch die Halbperiode der Netzspannung begrenzt, während das Impuls-Pause-Verhältnis nicht mehr als zwei betragen kann. Indessen sind zum Schweissen von dünnwandigen und hochwärmeleitenden Metallen Impulse von grösserer Dauer bei einem in weiten Grenzen veränderlichen Impuls-Verhältnis zweckmässig.

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Die Gewinnung einiger Impulse komplizierter Form, beispielsweise Stufen- bzw. Trapezimpulse, die die Regelung der Wärmeverhältnisse während der Wirkung des Schweissstromimpulses ermöglichen, ist mit einer Vergrösserung der Zahl der Lade- und Entladekreispaar verbunden, was zu einer Verringerung der Betriebssicherheit und einer Zunahme der Abmessungen und der Masse der Speisequelle führt.

Auf die Abmessungen der Speisequelle hat auch der Umstand Einfluss, dass infolge der gleichzeitigen Ladung der Kondensatoren der Ladestromimpuls eine relativ grosse Amplitude hat, so dass die Elemente des Ladeteils der Schaltung für einen hohen Strom ausgelegt werden müssen. Dies ist mit einer Vergrösserung der Abmessungen, Erhöhung der Wärmeverluste und Verringerung des Wirkungsgrades der Speiseqeuelle verbunden. Darüberhinaus bedingt die grosse Amplitude des Ladestromimpulses einen relativ hohen Störpegel der Speisequelle.

Der Anschluss der beschriebenen Speisequelle an eine Gleichstromquelle gestattet es, den Regelungsbereich der Frequenz und Dauer des Schweisstromes zu erweitern. Da aber hierbei in die Schaltung Gleichrichterelemente, insbesondere ein Filter, das aus den oben erwähnten Gründen für einen hohen Strom ausgelegt ist, eingeführt werden müssen, nehmen die Abmessungen und die Masse dieser Speisequelle wesentlich zu. Darüberhinaus kann in diesem Falle, wie auch beim Speisen mit Wechselstrom, am Ausgang der Speisequelle nur ein Impulsstrom erhalten werden.

Die Gewinnung eines stetigen Schweisstroms, der oft, z.B.

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beim Schweissen von dünnwandigen Werkstücken,benötigt wird, ist nur durch Benutzung einer fast doppelten Menge von Elementen in der Schaltung möglich, was entsprechend die Abmessungen und die Masse der Speisequelle vergrössert.

Zu den aufgezählten Nachteilen der Speisequelle ist noch der Elektrodenverschleiss der Schweissanlage zu zählen, der einerseits durch die kurzen Schweisstromimpulse von grosser Amplitude bei grossem Impuls-Pause-Verhältnis und andererseits durch die grosse Pulsation innerhalb jedes Impulses, bedingt durch die praktisch annehmbare relativ geringe Zahl der Lade- und Entladekreispaare, hervorgerufen wird. Dies führt zur Verschlechterung der Stabilität und Güte des Schweissvorganges.

Ziel der Erfindung ist es, die oben genannten Mangel zu beseitigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die in Schweissanlagen zur Anwendung gelangende Speisequelle derart auszuführen, dass eine gesteuerte abwechselnde Ladung der Speicherkondensatoren mit geregelten Zeitabständen zwischen der Aufladung zweier abwechselnd sich entladenden Kondensatoren und zwischen der Aufladung und Entladung jedes Speicherkondensators sichergestellt ist.

Diese Aufgabe wird mit einer Speisestromquelle der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Trenndioden der Ladekreise steuerbar sind und deren gemeinsamer Punkt über einen induktiven Eingangswiderstand, der den Ladestrom begrenzt und den Ladekreis schaltet, an

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die Stromquelle angeschlossen ist, und dass an die Steuerelektroden der Trenndioden und die Elemente zum Umschalten der Entladung der Speicherkondensatoren eine Steuereinheit angeschlossen ist, die eine abwechselnde Auslösung der steuerbaren Trenndioden mit einem vorgegebenen Zeitintervall und eine Einschaltung jedes Elementes zum Umschalten der Entladung der Speicherkondensatoren nach einer vorgegebenen Zeitverzögerung nach der Auslösung der entsprechenden steuerbaren Trenndicde bewirkt.

Eine derartige Ausführung der Speisequelle gestattet es, bei Anschluss an eine Gleichstromquelle die Schweissstromparameter in einem weiten Bereich zu regeln und folgendes zu erhalten:

praktisch beliebige Werte der Impulsdauer und des Impuls-Pause-Verhältnisses, darunter Impulse von grosser Dauer und geringem Impuls-Pause-Verhältnis, bei welchen der Elektrodenverschleiss vermindert wird, sowie insbesondere anstelle des Impulsstromes einen stetigen Schweisstrom;

- einen weiten Bereich von Pulsationsfrequenzwerten innerhalb eines einzigen Impulses, darunter am meisten gewünschte grosse Frequenzwerte, bei welchen die Pulsationsamplitude verschwindend klein ist und demzufolge der Elektrodenverschleiss vermindert wird;

Impulse von praktisch beliebiger Form, wobei dies durch die Möglichkeit der Steuerung der Schaltungselemente im Laufe des Arbeitszyklus erreicht wird,

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AO

wodurch die Zahl der nötigen Lade- und Entladekreispaare vermindert werden kann.

Die nicht gleichzeitige Aufladung der Kondensatoren gestattet es, die Amplitude des Schweissimpulsstromes und damit die Abmessungen einer Reihe von Elementen der Schaltung zu vermindern, wodurch eine wesentliche Reduzierung der Abmessungen der Speisequelle erreicht wird:

eine Senkung der Wärmeverluste, eine Senkung des Störpegels, und eine Erhöhung des Wirkungsgrades der Speisequelle.

Durch die Wahl von einerseits Schaltungselementen, die für einen kleineren Ladestrom ausgelegt sind, und andererseits einer relativ geringen Zahl von Lade- und Entladekreispaaren, die zur Sicherstellung praktisch beliebiger Parameter des Schweisstromes ausreichen, übersteigen die Abmessungen der erfindungsgemässen Speisequelle nicht die Anmessungen von bekannten Speisequellen (vgl. z.B. FR-PS 2 148 874 und DL-PS 91 409), die mit Wechselstrom arbeiten.

Die Steuereinheit der erfindungsgemässen Speisequelle kann einen Steuergenerator, der Auslöseimpulse erzeugt, und eine Verteilungseinrichtung enthalten, die an den Steuergenerator angeschlossen und operativ mit den steuerbaren Trenndioden und den Elementen zum Umschalten der Entladung der Speicherkondensatoren verbunden ist.

Um die Regelung der Verzögerung des Entladebeginns des Speicherkondensators gegenüber seiner Aufladung zu ermöglichen, ist es zweckmässig, die Verteilungseinrichtung der Steuereinheit über ein Verzögerungselement an die Elemente zum Umschalten der Speicherkondensatoren anzuschliessen.

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In dem Fall, dass die Verzögerung der Entladung des Speicherkondensators gegenüber seiner Aufladung gleich dem
Zeitintervall zwischen den Aufladungen zweier abwechselnd sich entladender Speicherkondensatoren gewählt wird, kann die Verteilungseinrichtung der Steuereinheit Ausgänge entsprechend der Zahl der Lade- und Entladekreispaare haben, wobei mit jedem dieser Ausgänge das Element zum Umschalten der
Entladung des ersten der zwei sich abwechselnd entladenden Speicherkondensatoren und die steuerbare Trenndiode
des Ladekreises, zu welchem der zweite dieser Speicherkondensatoren gehört, elektrisch verbunden werden kann. Diese Schaltungsart schliesst den Bedarf an einem Verzögerungselement aus und erweitert den möglichen Stromregelungsbereich.

Die äussere Charakteristik der Speisequelle, worunter die Abhängigkeit ihrer Ausgangsspannung von dem Bogenstrom
zu verstehen ist, kann bei der erfindungsgemässen Speisequelle durch einen Rückkopplungskreis, der operativ mit der Steuereinheit verbunden ist, vorgegeben sein.

Der Rückkopplungskreis kann einen Widerstand enthalten, der in dem Bogenkreis liegt und parallel zum Steuergenerator
der Steuereinheit geschaltet ist, wodurch eine Bogenstromkorrektur der vorgegebenen Schweissbedingungen sichergestellt ist. Dadurch ist es möglicht, den Schweisstrom unabhängig von der Bogenlänge zu stabilisieren und damit die Schweissgüte zu erhöhen.

Bei der erfindungsgemässen Speisequelle kann an die Stromquelle in Reihe mit dem induktiven Eingangswiderstand ein

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Schaltthyristor angeschlossen werden, der den Schweissstromimpulsbetrieb beim Speisen von einer Gleichstromquelle vorgibt und die Benutzung der Speisequelle für das Arbeiten mit Wechselstrom vom Industrienetz ermöglicht, ohne die Schaltung der erfindungsgemässen Speisequelle komplizierter zu machen. Durch die Einschaltverzögerungswinkel des Schaltthyristors wird hierbei der Wert der Spannung, bis zu welchem die Speicherkondensatoren aufgeladen werden können, und damit die Amplitude des Schweissstromes bestimmt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein elektrisches Funktionsschema einer erfindungsgemässen Speisequelle,

Fig. 2 und 3 Funktionsschemata von Ausführungsvarianten

der Steuereinheit in der Speisequelle gemäss Fig. 1,

Fig. 4 ein elektrisches Funktionsschema einer Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Speisequelle,

Fig. 5 ein elektrisches Funktionsschema einer der Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen Speisequelle,

Fig. 6 ein Funktionsschema einer Ausführungsvariante der Steuereinheit in der Speisequelle gemäss Fig. 5,

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AZ

Fig. 7 ein elektrisches Funktionsschema einer anderen Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Speisequelle,

Fig. 8 ein Funktionsschema einer Ausführungsvariante der Steuereinheit in der Speisequelle gemäss Fig. 7,

Fig. 9a-k Zeitdiagramme der Ströme I und Spannungen U am Ausgang der einzelnen Elemente der Schaltung und am Ausgang der gesamten erfindungsgemässen Speisequelle,

Fig. 10a, b Zeitdiagramme der Auslösespannung und des

Schweisstromes, die die Funktion des Schaltthyristors in der erfindungsgemässen Speisequelle veranschaulichen,

Fig. 11a-d Zeitdiagramme der Auslösespannung und des

Schweisstromes, die die Abhängigkeit des mittleren Bogenstromes von der Frequenz der Auslöseimpulse in der erfindungsgemässen Speisequelle veranschaulichen,

Fig. 12a, b Zeitdiagramme der Auslösespannung und des

Schweisstromes, die die Bildung von Schweissimpulsen komplizierter Form am Ausgang der erfindungsgemässen Speisequelle veranschaulichen, und

Fig. 13 Zeitdiagramme der Auslösespannung und des

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Schweisstromes, die den Impulsschweissbetrieb mit von Null verschiedenem Strom in der Pause veranschaulichen.

Die Speisequelle für Anlagen zum Schweissen von Werkstücken enthält Ladekreise 1 , 1„ ... 1 (Fig. 1), die parallel zu einer Gleichstromquelle, die in der Zeichnung durch die positive Klemme A und die negative Klemme B dargestellt ist, geschaltet sind, und Entladekreise 2.., 2_ ... 2 , die an die Elektroden 3 und 4 der Scnweissanlage angeschlossen sind Zu den Ladekreisen 1 - 1 gehören Speicherkondensatoren 5-, 5„ ... 5 , die elektrische Energie speichern, welche für das Brennen des Lichtbogens zwischen den Elektroden 3 und 4 der Schweissanlage verbraucht wird. Zur Entkopplung der Kondensatoren S₁-S sind in den Ladekreisen Trenndioden vorgesehen, die gemäss der Erfindung steuerbar ausgeführt sind und in dem konkreten Ausführungsbeispiel Ladethyristoren 6.. , 6„ ... 6 darstellen. Die gleichnamigen Elektroden (Katoden) sämtlicher Ladethyristoren 6.. - 6 sind miteinander verbunden. Deren gemeinsamer Punkt M ist an die Klemme B der Gleichstromquelle über einen induktivenEingangswiderstand 7, der den Strom begrenzt und das Schalten der Ladekreise I₁ - 1 ermöglicht, angeschlossen. Zu den Entladekreisen 2., 2„ ... 2 , gehören neben den mit den entsprechenden Ladekreisen 1.. , 1„ ... 1 gemeinsamen

Kondensatoren 5., 5„ ... 5 Elemente zum Umschalten der Ent-12 η

ladung der Speicherkondensatoren, die als Entladethyristoren S₁, 8₂ ... 8 ausgeführt sind. Die ungleichnamigen Elektroden der Ladethyristoren 6 und Entladethyristoren 8 jedes Paars der Ladekreise 1 und Entladekreise 2 sind miteinander

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und mit einem der Beläge der Kondensatoren 5 verbunden.

Die Anoden sämtlicher Entladethyristoren 8- - 8 sind über den gemeinsamen Punkt N an die Elektrode 3 der Schweissanlage über einen induktiven Widerstand 9 angeschlossen, der zur Glättung der Pulsation des Entladestroms und Einhaltung des Stromes in dem Bogenkreis mit Hilfe einer Diode 10 in der Zeit zwischen dem Ende der Entladung eines Speicherkondensators und dem Beginn der Entladung des nächsten Speicherkondensators bestimmt ist.

Erfindungsgemäss enthält die Speisequelle eine Steuereinheit 11, die die abwechselnde Zündung der Ladethyristoren 6.. - 6 mit vorgegebenem Zeitintervall und die Zündung jedes Entladethyristors 8 nach einer vorgegebenen Verzögerungszeit nach der Zündung des entsprechenden Ladethyristors 6 bewirkt. Die Steuereinheit 11 enthält einen Steuergenerator 12, der einen spannungsgesteuerten Generator von beliebigem Typ darstellt, und eine Verteilungseinrichtung 13, die an den Steuergenerator 12 angeschlossen ist und eine Triggerschaltung bzw. einen Impulszähler, beispielsweise einen Ringzähler, darstellt.

Mit dem Steuergenerator 12 (Fig. 2) ist über einen Schalter 14 ein Rechteckimpulsgenerator 15 verbunden, der die Frequenz der Schweisstromimpulse im Impulsschweissbetrieb bestimmt.

Die andere Stellung des Schalters 14 verbindet den Steuergenerator 12 unmittelbar mit der Gleichstrom-Speisequelle, die in Fig. 2 durch die Klemme C dargestellt ist und den stetigen Schweissbetrieb bestimmt.

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Die Ausgänge 13.,, 13 ... 13 der Verteilungseinrichtung Λ δ η

13 sind jeweils an die Ladethyristoren 6.. , 6₂ ... 6 und über ein Zeitverzögerungselement 16 an die Entladethyristoren 8.. , 8_? ... 8 angeschlossen. Das Zeitverzögerungselement 16 stellt einen monostabilen Multivibrator dar und dient zur Vorgabe der Zeitverzögerung des Beginns der Entladung jedes Kondensators 5 gegenüber dem Beginn seiner Aufladung.

In dem Fall, dass dieser Wert gleich dem Zeitintervall zwischen dem Beginn zweier abwechselnd sich entladender Kondensatoren 5 gewählt wird, ist jeder Ausgang 13 der Verteilungseinrichtung 13 mit einem Entladethyristor 8 - ₁ und mit einem Ladethyristor 6 zu verbinden, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist.

Bei der Betrachtung der Fig. 4 bis 8 ist zu berücksichtigen, dass die Schaltungselemente, die mit den in Fig. 1 bis 3 gezeigten identisch sind, die gleichen Bezugszeichen aufweisen.

In Fig. 4 ist eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Speisequelle gezeigt, deren Besonderheit darin besteht, dass zur Verminderung der Abmessungen und bequemen Bauart der Einrichtung die Entladekreise 2₁ - 2 eigene induktive Widerstände 9₁, 9₂ ··· 9 und ihnen entsprechende

Dioden 1O₁, 10_ ... 10 haben,
ι 2 η

Es ist auch eine nicht dargestellte Variante möglich, bei der die Entladekreise 2-2 in mehrere Gruppen eingeteilt sind, von denen jede einen gemeinsamen induktiven Widerstand und eine gemeinsame Diode hat.

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Bei einer anderen Ausführungsvariante enthält die erfindungsgemässe Speisequelle einen Rückkopplungskreis 17, der die Vorgabe der äusseren Charakterisitk der Speisequelle ermöglicht. Je nach der Art der Rückkopplung (Stromrückkopplung, Spannungsrückkopplung, lineare und nichtlineare Rückkopplung, positive oder negative Rückkopplung) können verschiedene Typen der äusseren Charakteristik erhalten werden. Gegebenenfalls enthält der Rückkopplungskreis zur Einhaltung der vorgegebenen fallenden Stromcharakteristik, die bei der Lichtbogenschweissung mit nichtschmelzbarer Elektrode, insbesondere bei der Plasmaschweissung erforderlich ist, einen in dem Bogenkreis liegenden und parallel zum Steuergenerator 12 über ein Vergleichselement 19 geschaltenen Widerstand 18 (Fig. 6).

Bei der bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung gemäss Fig. 7 ist an die Stromquelle in Reihe mit dem induktiven Eingangswiderstand 7 ein Schaltthyristor 20 angeschlossen, der den Schweissimpulsstrom vorgibt und es, wie weiter unten gezeigt, gestattet, die erfindungsgemässe Speisequelle beim Arbeiten mit Wechselstrom des industriellen Netzes zu benutzen, indem er die Amplitude des Schweisstroms durch Änderung der Ladespannung der Speicherkondensatoren regelt. Der Steuergenerator 12 der Steuereinheit 11 hat in diesem Falle keine elektrische Kopplung mit dem Rechteckimpulsgenerator 15 (Fig. 8), an dessen Ausgang die Steuerelektrode des Schaltthyristors 20 angeschlossen ist.

Die Speisequelle funktioniert wir folgt.

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- yr -

Αϊ

Wird ein stetiger Bogenstrom mit Hilfe der Speisequelle gemäss Fig. 1 benötigt, so wird der Steuergenerator 12 (Fig. 2) mit dem Schalter 14 an die Klemme C der Gleichstromspeisequelle gelegt. Der Auslöseimpuls U_1? (Fig. 9a) des Steuergenerators 12 (Fig. 2) wird über den Ausgang 13 der Verteilungseinrichtung 13 auf den Ladethyristor 6. (Fig. 1) gegeben, der sich hierbei öffnet und den Ladestrom 16^ (Fig. 9e) von der Gleichstromquelle (Fig. 1) über den induktiven Eingangswiderstand 7 zum Kondensator S₁ des Ladekreises 1, durchlässt. Der Kondensator S₁ beginnt sich zu entladen (Fig. 9b). Von dem gleichen Ausgang 13.. (Fig. 2) der Verteilungseinrichtung 13 wird ein Auslöseimpuls auf das Zeitverzögerungselement 16 gegeben, welches nach einer vorgegebenen Zeit A. T (Fig. 9b) einen Impuls liefert, der den Entladethyristor 8 (Fig. 1) des Entladekreises 2. öffnet. Bei einer Dauer der Zeitverzögerung Λ Γ, die kleiner als die Ladezeit ι\- (Fig. 9b) des Kondensators 5. (Fig. 1) ist, wird ein Kreis für ein Fliessen des Stromes von der Gleichstromquelle über den induktiven Eingangswiderstand 7, den Ladethyristor 6 , den Entladethyristor 8.., den induktiven Widerstand 9 im Ausgang und den zwischen den Elektroden 3 und 4 der Schweissanlage entstehenden Bogen gebildet. Der Strom im Bogenkreis (Fig. 9k) steigt bis zur vollen Aufladung des Kondensators S₁ an (Fig. 9b), wo seine Spannung den maximalen Wert U erreicht, der die Spannung U„

max L·

der Gleichstromquelle infolge der Resonanzladung des Kondensators 5. übersteigt. Hierbei wird der Ladethyristor 6.. (Fig. 9e) durch die an diesem entstehende Sperrspannung gesperrt. Zu dieser Zeit beginnt sich der Kondensator 5. (Fig. 1 und 9b) über den Entladethyristor S₁, den induktiven Widerstand 9 und den Bogen zu entladen. Der Strom im

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Bogenkreis (Fig. 9k) nimmt ab. Die Abnahmegeschwindigkeit des Stromes in dem Bogenkreis wird durch den Wert des induktiven Widerstands 9 bestimmt. Nach der Zeit T₂, die durch die Frequenz des Steuergenerators 12 bestimmt wird, gelangt dessen nächster Impuls U₁₂ (Fig. 9a) über die Verteilungseinrichtung 13 (Fig. 2) zum Ladethyristor 6₂ (Fig. 9) des nächstfolgenden Ladekreises 1_?.

Der Kondensator 5_ des Ladekreises 1_ beginnt sich aufzuladen (Fig. 9c), während der Kondensator S₁ sich weiter entlädt (Fig. 9b). Nach Abschluss der Entladung des Kondensators 5.. (Fig. 1) wird der Thyrisotr 8. gesperrt, während der Strom im Bogenkreis noch einige Zeit über die Diode 10 durch die von dem induktiven Widerstand 9 (Fig. 9k) gespeicherte Energie fliesst.

Die Ladung und Entladung der Kondensatoren 5₂ - 5 erfolgt ähnlich wie bei dem Kondensator 5. (s. Fig. 9c-j). Nach der Entladung des Kondensators 5 des Entladekreises 2 wie derholt sich der beschriebene Zyklus.

In dem beschriebenen Falle reguliert der Bedienungsmann die Frequenz des Steuergenerators 12 in solchen Grenzen, dass der Schweisstrom bei den vorgegebenen Parametern der Schaltung nicht unterbrochen wird.

Wird ein Impulsschweissbetrieb benötigt, so wird der Steuer generator 12 (Fig. 2) über den Schalter 14 an den Rechteckimpulsgenerator 15, der Impulse von vorgegebener Frequenz erzeugt, gelegt. Die Arbeitsweise der Speisequelle

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gemäss Fig. 1 ist in diesem Falle der oben beschriebenen gleich. Der Unterschied besteht lediglich darin, dass die Auslöseimpulse von der Steuereinheit 11 nicht stetig sondern als Impulsfolge auf die Ladethyristoren 6 gegeben werden.

Bei der Ausführung der Steuereinheit 11 gemäss Fig. 3 löst die Verteilungseinrichtung 13 gleichzeitig den Ladethyristor 6 und den Entladethyristor 8 _. aus, wobei ein zeitliches Zusammenfallen des Ladebeginns des Kondensators 5 mit dem Entladebeginn des Kondensators 5 _.. sichergestellt wird. Hierbei ist die Verzögerungszeit Δ V (Fig.9) gleich der Periode T des Steuergenerators 12. Im Prinzip ist eine andere Verschaltung der Verteilungseinrichtung mit den Thyristoren 6 und 8 möglich. Zum Beispiel kann jeder Ausgang 13 mit dem Ladethyristor 6 und dem Entladethyristor 8 ~ bzw. 6 und 8 -. usw. (nicht gezeichnet) n-2 η n-3

verbunden werden. In diesem Falle ergibt sich eine Verzögerungszeit At , die ein Mehrfaches der Periode T darstellt und jeweils 2T, 3T usw. beträgt.

Die beschriebene Ausführung der Steuereinheit 11 erweitert den Stromregelbereich, da eine solche Schaltung weniger kritisch zur Auswahl der Parameter hinsichtlich der Kommutierung grosser Ströme ist.

Die Arbeitsweise der Speisequelle nach der ersten Variante (Fig. 4) hat keine Besonderheiten im Vergleich zur beschriebenen.

Bei der zweiten Ausführungsform der Speisequelle gemäss

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Fig. 5 wird auf das Vergleichselement 19 der Steuereinheit 11 von dem Widerstand 18 des Rückkopplungskreises ein Signal gegeben. Bei einer Abweichung des Bogenstromes vom Sollwert erscheint am Ausgang des Vergleichselementes 19 eine Spannung, die die Frequenz des Steuergenerators 12 in dem zur Einhaltung des Sollbogenstromes nötigen Sinne ändert.

Die Erzeugung eines stetigen Schweisstromes bei der vorzugsweisen Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Speisequelle nach Fig. 7 erfolgt wie bei den oben beschriebenen Ausführungsvarianten gemäss Fig. 1 und 5.

Auf die Steuerelektrode des Schaltthyristors 20 wird hierbei eine Gleichspannung gegeben und der Schaltthyristor 20 befindet sich in offenem Zustand.

Zur Sicherstellung eines Impülsschweissbetriebes werden bei dieser Ausführungsvariante Auslöseimpulse vom Rechteck impulsgenerator 15 (Fig. 8) auf die Steuerelektrode des Schalcthyristors 20 gegeben. Der Schaltthyristor 20 wird von einem Auslöseimpuls geöffnet und arbeitet wie oben beschrieben. In der Pause zwischen den Impulsen von dem Rechteckimpulsgenerator 15 ist der Schaltthyristor 20 gesperrt und es fliesst kein Schweisstrom.

In Fig. 10a sind die Impulse der Auslösespannung U₁₂ an der Steuerelektrode des Schaltthyristors 20, in Fig. 10b die entsprechenden Schweisstromimpulse gezeigt. Wie aus dem Diagramm in Fig. 10 hervorgeht, wird der Schweissimpulsstrom, der am Ausgang der gemäss Fig. 7 ausgeführten

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Speisequelle erhalten wird, durch das Zeitintervall T_?o (Fig. 10) das der Öffnungsfrequenz des Schaltthyristors 20 (Fig. 7) entspricht,gekennzeichnet. Das Zeitintervall T₁₂, das der Frequenz des Steuergenerators 12 (Fig. 7) entspricht, bestimmt die Pulsation des Schweisstromes innerhalb des Impulses.

Die in Fig. 7 gezeigte Speisequelle kann zum Arbeiten mit Wechselstrom benutzt werden, wobei der Spannungswert, auf welchen die Kondensatoren 5 aufgeladen werden, und damit die Amplitude des Schweisstromes durch Regelung der Öffnungsphase des Schaltthyristors 20 vorgegeben wird.

Im Prinzip kann jede der beschriebenen Ausführungsvarianten der Speisequelle mit Wechselstrom arbeiten. Jedoch muss beim Fehlen eines Schaltthyristors zum Erzielen einer vorgegebenen Schweisstromamplitude ein gleicher öffnungswinkel für sämtliche Ladethyristoren 6 sichergestellt werden, was praktisch sehr schwer zu verwirklichen ist.

Die Regelung der Schweisstromparameter wird bei der erfindungsgemässen Speisequelle wie folgt realisiert.

Wie schon erwähnt, ermöglich der Rechteckimpulsgenerator 15 (Fig. 2, 3, 8) eine Regelung der Impulsfrequenz, die die Frequenz der Schweisstromimpulse bestimmt.

Der mittlere Schweisstrom I im stetigen Betrieb wird durch die Impulsfrequenz des Steuergenerators 12 bestimmt. In Fig. 11b und 11d ist ein Schweisstrom mit einer Pulsationsfrequenz gezeigt, die der Frequenz der in Fig. 11a und

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11c gezeigten Impulse des Steuergenerators 12 entspricht.

Wie aus dem Vergleich der Diagramme hervorgeht, ist der Wert I des mittleren Stromes umso grosser, je höher die Frequenz des Steuergenerators 12 ist. Die erwähnte Frequenz wird durch die Rückkopplungsschaltung gehalten und ist insbesondere durch die Bezugsspannung des Vergleichselementes 19 vorgegeben. Der maximale Frequenzwert ist durch die Ladezeit f_ des Kondensators 5 begrenzt.

Durch Änderung der Frequenz —— und der Verzögerungszeit ΔC nach einem bestimmten Gesetz,kann man Impulse von verschiedener Form erhalten: Stufenimpulse (Fig. 12a), Trapezimpulse (Fig. 12b) usw. sowie auch im Impulsbetrieb mit einem von Null verschiedenen Strom arbeiten, was die Stabilität des Prozesses im Impulsbetrieb erhöht und die Einhaltung der vorgegebenen Wärmebedingungen gestattet.

Eine Verminderung der Pulsationsamplitude, die hinsichtlich der Stabilität des Prozesses erwünscht ist, eine Verbesserung der Schweissgüte und eine Verminderung des Elektrodenverschleisses lässt sich durch Erhöhung der Frequenz des Steuergenerators 12 sowie durch die Wahl der Kapazität der Kondensatoren 5 und des Wertes des induktiven Widerstandes 9 im Ausgang erreichen.

Die Möglichkeit, die Bogenstromparameter in weiten Grenzen zu regeln, gestattet es, die beschriebene Speisequelle zum Schweissen von Teilen verschiedener Dicke zu

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SLk

benutzen. Die erfindungsgemässe Speisequelle ist einfach im Aufbau, kompakt und wirtschaftlich und stellt eine hohe Schweissgüte sicher. Die geringen Abmessungen und die Masse ermöglichen den Einbau der Speisequelle in automatische Taktstrassen und Aggregate.

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PATENTANSPRÜCHE

Speisequelle für Schweissanlagen mit parallel zueinander geschalteten Ladekreisen mit Speicherkondensatoren und Trenndioden, deren gleichnamige Elektroden miteinander verbunden und an die Stromquelle angeschlossen sind, und einer entsprechenden Anzahl von Entladekreisen, von denen jeder einen mit dem entsprechenden Ladekreis gemeinsamen Speicherkondensator aufweist, und ein Element zum Umschalten der Entladung des Speicherkondensators enthält, wobei jeder Entladekreis an die Elektroden der Schweissanlage über einen induktiven Ausgangswiderstand angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet , dass die Trenndioden der Ladekreise (I₁/ U ··· 1 ) steuerbar sind und deren gemeinsamer Punkt (M) über einen induktiven Eingangswiderstand (7), der den Ladestrom begrenzt und den Ladekreis schaltet, an die Stromquelle angeschlossen ist, und dass an die Steuerelektroden der Trenndioden und die Elemente zum Umschalten der Entladung der Speicherkondensatoren eine Steuereinheit (11) angeschlossen ist, die eine abwechselnde Auslösung der steuerbaren Trenndiodenmit einem vorgegebenen Zeitintervall und eine Einschaltung jedes Elementes zum Umschalten der Entladung der Speicherkondensatoren nach einer vorgegebenen Zeitverzögerung nach der Auslösung der entsprechenden steuerbaren Trenndiode bewirkt.

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ORIGINAL INSPECTtO

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2. Speisequelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Steuereinheit (11) einen Steuergenerator (12), der Auslöseimpulse erzeugt, und eine Verteilungseinrichtung (13) enthält, die an den Steuergenerator (12) angeschlossen und operativ mit den steuerbaren Trenndioden und den Elementen zum Umschalten der Entladung der Speicherkondensatoren verbunden ist.
3. Speisequelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Verteilungseinrichtung (13) der Steuereinheit (11) über ein Zeitverzögerungselement (16) an die Elemente zum Umschalten der Entladung der Speicherkondensatoren angeschlossen ist.
4. Speisequelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Verteilungseinrichtung (13) der Steuereinheit (11) Ausgänge (13.. - 13 ) entsprechend der Zahl der Ladekreise (1) und Entladekreise

(2) hat, und dass mit jedem dieser Ausgänge das Element zum Umschalten der Entladung des ersten der zwei sich abwechselnd entladenden Speicherkondensatoren (5 _. und 5 ) und die steuerbare Trenndiode des Ladekreises

(I ), zu welchem der zweite dieser Speicherkondensatoren gehört, elektrisch verbunden sind.
5. Speisequelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass sie mit einem Rückkopplungskreis (17) versehen ist, der operativ mit der Steuereinheit (11) verbunden ist.

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6. Speisequelle nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet , dass der Rückkopplungskreis (17) einen in dem Bogenkreis liegenden und parallel an den Steuergenerator (12) der Steuereinheit (11) angeschlossenen Widerstand (18) zur Korrektur des Schweissbetriebes nach dem Bogenstrcm enthält.
7. Speisequelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , dass an die Stromquelle in Reihe mit dem induktiven Eingangswiderstand (7) ein Schaltthyristcr (20) angeschlossen ist, der das Impulsverhalten des Schweisstromes vorgibt.

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