DE2713045A1 - Speisequelle fuer schweissanlagen - Google Patents
Speisequelle fuer schweissanlagenInfo
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Description
HOFFMANN · EITLE & PARTNER
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)
29 164
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.
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.
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.
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.
709840/0919 - 13 -
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
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 U1? (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
- 18 -
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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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- yt-
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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Le e rs e
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Claims (7)
- 2 71 3 3 ΛPATENTANSPRÜCHESpeisequelle 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.- 23 -7098 L0/0919
ORIGINAL INSPECTtO27130Ac - 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.7Q9840/091 9
- 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.7U9840/0919
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