DE2935223A1

DE2935223A1 - Steuerungssystem fuer widerstandsschweissmaschinen

Info

Publication number: DE2935223A1
Application number: DE19792935223
Authority: DE
Inventors: Manfred Krause
Original assignee: Harms & Wende & Co KG GmbH
Current assignee: Harms & Wende & Co KG GmbH
Priority date: 1979-08-31
Filing date: 1979-08-31
Publication date: 1980-10-23

Description

Steuersystem für ~iderstands##hweißmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuersysteml für Widerstandsschweßmaschinen mit einer gewünschte Ansteuerlinpulse erzeugenden Steuerstufe, die über ein Koppelglied für die Ansteuerimpulse mit einer entfernt angeordneten Leistungsstufe in Verbindung steht, in der die den Schweißtrafo versorgenden Leistungs-thyristoren entsprechend den Ans teuerimpulsen gezündet werden. Steuersysteme der eingangs genannten Art werden insbesondere auch bei Walzwerken, Galvanikanlagen und Fabrikationsfließbändern für Widerstandsschweißmaschinen verwendet, und zwar erfolgt der Betrieb zusammen mit einer Reihe von anderen Maschinen häufig ist es dabei erforderlich, die Schweißparameter von einer zentralen Warte aus einzustellen bzw. umzuschalten. Dies bedingt, daß die Steuerstufe in dieser Warte installiert werden muß, während die Leistungsstufe mit den Thyristoren in der Nähe des Schweißtrafos montiert wird. Diese unter Umständen erhebliche räumliche Trennung zwischen der Steuerstufe und der Leistungsstufe ist bei den üblichen unter den oben genannten Betriebsbedingungen auftretenden Störpegeln außerordentlich problematisch und nicht ohne weiteres durchführbar. Bekanntlich benötigen die Leistungsthyristoren eine (an ihrer Schaltleistung gemessene) geringe Gate-Steuerleistung. Dieser an sich gewünschte Effekt hat aber dann Nachteile, wenn die Ansteuerung der Thyristoren über lange Zuleitungen vorgenommen werden soll, da durch die Antennenwirkung dieser Leitungen unerwünschte Störimpulse eingekoppelt und zum unbeabsichtigten Zünden der Transistoren führen können. Die Verwendung entsprechender Pegelumsetzer, Impedanzwandler oder aber Abschirmungen ist häufig außerordentlich aufwendig und bringt hinsichtlich absoluter Störsicherheit nicht immer den gewünschten Erfolg.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, insbesondere ein Steuersystem der eingangs genannten Art für Widerstandsschweißmaschinen derart. auszubilden, daß ohne großen Aufwand absolute Stör- und Betriebssicherheit erreicht werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß das Koppelglied ein Lichtleiter ist. Dieser die Steuerstufe mit den Thyristoren der Leistungsstufe optisch verbindende Lichtleiter macht eine galvanische Verbindung der Stufen unnötig. Diese optische Verbindung ist gegenüber magnetischen und elektrischen Störfeldern absolut störungsfrei, weil die Übertragungsfrequenz des Lichts weit oberhalb der elektromagnetischen Frequenzen liegt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es auch möglich, anstelle der Zünd- oder Ansteuerimpulse ein analoges Signal über den Lichtleiter zu übertragen, um dann die Zündimpulse in der Leistungsstufe zu bilden.
Erfindungsgemäß ist es möglich, das Steuersystem derart auszulegen, daß mehrere Lichtleiter, oder aber über einen Lichtleiter mit entsprechender zugehöriger Elektronik, mehrere Thyristorgruppen angesteuert werden. Gleichfalls können steuerbare Ein- und Mehrphasengleichrichter über den Lichtleiter angesteuert werden.
Vorzugsweise wird durch die Ansteuerimpulse nach erfolgter Verstärkung eine schnelle Leuchtdiode angesteuert, die in einer Fassung für den Anschluß an den Lichtleiter ausgebildet ist. Auf der Leistungsstufenseite ist vorzugsweise in die Fassung des Lichtleiters ein Fototransistor eingesetzt, der die über den Lichtleiter ankommenden Lichtimpulse in elektrische Signale umwandelt und einem Verstärker zuführt. Nach weiterer Verstärkung beispielsweise durch einen Leistungstransistor und durch Auskoppeln über einen Impuls trafo werden die Zündimpulse auf die Gate-Leitungen der Leis tungs thyristoren gegeben.
Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Aus führungsbei spielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt: Fig. 1 ein schematisches Schaltbild des erfindungsgemäßen Steuersystems; Fig. 2 eine detailliertere Schaltung des erfindungsgemäßen Steuersystems.
In Fig. 1 ist die Steuerstufe 20 mit einem Netz A verbunden und enthält einen Transmitter 21, dem bei 22 elektrische Ansteuersignale zug-eführt werden. Diese elektrischen Ansteuersignale werden durch den Transmitter 21 in Lichtsignale umgewandelt und über einen Lichtleiter 9 optisch zu einer Leistungsstufe 30 übertragen. Die Leistungsstufe 30 ist einen eeeiver 31 auf, der die optisch übertragenen Lichtsignale in elektrische Ans teuersignale zurückverwandelt, die bei 32 abgegeben werden.
Die nunmehr elektrischen Ansteuersignale werden in einen Impulsverstä.rker 33 eingegeben, der die verstärkten elektrischen Ansteuersignale den Gate-Elektroden der Leistungsthyristoren 14 zuführt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Leistungsthyristoren i4 gezeigt, die vorzugsweise antiparallel geschaltet sind. Ein Netz B beliefert dabei die Leistungsstufe mit der erforderlichen Energie.
Ein Netz C dient zum Speisen der Last 35, die vorzugsweise ein Schweißtrafo ist.
Steuerstufe 20 und Leistungsstufe 30 können in der Praxis mehrere hundert Meter voneinander entfernt angeordnet sein.
Wie erwähnt, kann sich die Steuerstufe beispielsweise in einer zentralen Warte befinden, von der aus die Schweißparameter eingestellt bzw. umgeschaltet werden, wobei die Leistungsstufe 30 mit den Thyristoren in der Nähe des Schweißtrafos montiert wird.
Fig. 2 zeigt das erfindungsgemäße Steuersystem für Widerstandsschweißmaschinen im einzelnen. Auf der Steuerstufenseite ist wiederum ein Netz A dargestellt, welches über eine Gleichstromversorgungseinheit 1a die Steuerstufe mit der erforderlichen Leistung versorgt. Im einzelnen besteht die Steuerstufe aus einem netzgeführten Sägezahngenerator 2, der seine 10 ms Sägezahnimpulse auf den einen Eingang eines Komparators 5 für die Impulsbreitensteuerung gibt. Der andere Eingang des Komparators 5 liegt am Abgriff eines Potentiometers 4 für die EinsWellung des Phasenanschnitts.
Durch den Vergleich der aus der Netzfrequenz abgeleiteten Sägezahnimpulse mit der einstellbaren Spannung wird am Ausgang des Komparators 5 eine impulsbreitengesteuerte Impulsfolge erzeugt. Ferner liefert ein Impulsgenerator 3 50 jis Impulse mit einem Tastverhältnis von 1:1 an den einen Eingang eines UND-Gatters 6, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des Komparators 5 in Verbindung steht. Am Ausgang des UND-Gatters 6 entstehen die gewünschten Zünd-oder Ansteuersignale für die Leistungsthyristoren der Leistungsstufe 30. Erfindungsgemäß werden die Ansteuersignale durch einen Verstärker 7 in der Form eines Transistors verstärkt und auf eine Leuchtdiode 8 gegeben, welche die Zündsignale in Lichtsignale umwandelt, die über den Lichtleiter 9 übertragen werden, um Leistungsstufenseitig von einem Fototransistor 10 aufgenommen zu werden, der einen Eingang eines Komparators (mit Hysterese) 11 ansteuert. Der andere Eingang des Komparators 11 liegt auf einem bestimmten Spannungswert. Der Ausgang des Komparators 11 liefert die nunmehr regenerierten Zündimpulse über einen Verstärker 12 in der Form eines Transistors an die Primärwicklung 13 eines Zündtrafos Die Sekundärwicklungen 13a und 13b des Zündtrafos liegen in üblichen Zündkreisen der antiparallel geschalteten Thyristoren 14.
D#r Schweißtrafo 15 bildet die Last der Thyristoren 14.
In diesem Ausführungsbeisp#el liegen die Thyristoren 14 ebenso wie die Gleichstromversorgung ab für die Leistungsstufe an einem Netz B.
Wie man erkennt, entfällt erfindungsgemaß die galvanische Verbindung zwischen der Steuerstufe 20 und der Leistungsstufe 30. Der erfindungsgemäß vorgesehene Lichtleiter 9 kann beispielsweise durch Fiberglasleitungen bzw. Plastikfasern gebildet sein. Da für die Aussteuerung der Leistungsthyristoren Zündimpulse hoher Flankensteilheit, mit einer Impulsbreite von ca. 50 PS und einem Tastverhältnis von 1:1 benötigt werden, können die Wandler für die elektrischoptischen und optisch-elektrischen Signale einfach aufgebaut werden. Das Ein- und Auskoppeln der Lichtsignale erfolgt über handelsübliche Steckverbinder für den Lichtleiter.
Im einzelnen ermöglicht es die verwendete Stromsteuerung zum Zünden der Leistungsthyristoren, daß die Thyristoren 14 mit einer einstellbaren Verzugszeit gegenüber dem Null-Durchgang der Spannung zünden (Phasenanschnittsteuerung).
Die verbleibende durchgeschaltete Spannung der Sinushalbwellen ergibt die effektive Spannung an der Last 15. Der Phasenanschnitt wird durch eine Impulsbreitensteuerung erreicht, wobei im dargestellten Aus führungsbei spiel der über den durchgestalteten Phasenwinkel am Gate anstehende Impuls in eine Reihe oder Folge von 50 ts lange Einzelimpulse getaktet ist. Der für die Dauer des durchgeschalteten Phasenwinkels gebildete Impuls und die über den frei schwingenden Generator 3 erzeugten 50 os-Impulse werden über das erwähnte UND-Gatter 6 verknüpft.
Es sei darauf hingewiesen, daß anstelle der Zünd- oder Ansteuerimpulse auch ein analoges Signal in der Steuerstufe erzeugt werden kann, welches dann nach Übertragung durch den Lichtleiter zur Bildung der Zündimpulse in der Leistungsstufe 30 verwendet wird.
Anstelle der Leuchtdiode 8 kann vorzugsweise auch eine Laserdiode zum Einsatz kommen. Ferner kann anstelle des Fototransistors 10 eine Fotodiode verwendet werden.
Leerseite

Claims

P a t e n t a n 5 p r ü c h e 1. Steuersystem für Widerstandsschweißmaschinen mit einer die gewünschten Zünd- oder Anst#ueri#npulse erzeugenden Steuerstufe, dle über ein Koppelglied für die Ansteuerimpulse mit einer entfernt angeordneten Leistungsstufe in Verbindung steht, in der den Schweißtrafo versorgende Leis tungsthyris toren' entsprechend den Ansteuerinpulsen gezündet werden, dadurch g e k e n n z e 1 c h n e t daß das Koppelglied ein Lichtleiter (9) ist 2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnetr daß die Ansteuerimpulse steuerstufenseitig auf den Lichtleiter (9) mittels einer Leuchtdiode (8)oder Laserdiode übertragen werden.

3. Steuersystem nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Lichtleiter (9) verlassenden Licht-Ans teuerimpulse leistungsstufenseitig durch einen Fototransistor (10) oder eine Fotodiode.

4. Steuersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch eine Impulsbreitensteuerung vorgesehenen Ansteuerimpulse über einen Verstärker (7) auf den Lichtwandler in der Form einer Leuchtdiode (8) oder Laserdiode gegeben werden.

5. Steuersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Lichtleiter (9) übertragenen Impulse durch einen Verstärker in der Form eines Fototransistors (10) verstärkt werden, bevor sie auf einen Komparator (11) gegeben werden, dessen Ausgang über einen Verstärker (12) auf die Primärwicklung (13) eines Zündtrafos gegeben wird.

6. Steuersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Leistungsstufe (30) benötiaten Hilfsspannungen einem anderen Netz (Netz B) entnommen werden als die Hilfsspannungen für die Steuerstufe (20).

7. Steuersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die EIilfsspannungen für die Steuerstufe einem Netz (A), die Hilfsspannungen für die Leistungsstufe einem Netz (B) entnommen werden, und daß ein Netz (C) die Thyristoren (14) speist.

8. Steuersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Zünd- oder Ansteuerimpulse ein analoges Signal zur Bildung der Zündimpulse in der Leistungsstufe (30) über den Lichtleiter (9) übertragen wird.

9. Steuersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter direkt optisch zündbare Thyristoren ansteuert.

10. Steuersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lichtleiter zum Ansteuern von Thyristorgruppen vorgesehen sind.