DE3015095A1

DE3015095A1 - Arc welding pulse generating circuit - using discharge of capacitor linked to two thyristors

Info

Publication number: DE3015095A1
Application number: DE19803015095
Authority: DE
Inventors: Ernst G. 5203 Much Trost
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-04-19
Filing date: 1980-04-19
Publication date: 1981-10-29

Abstract

A circuit to generate arc striking pulses for a.c. or d.c. arc welding superimposes the pulses on the welding voltage by discharging a capacitor, with one pole connected to the centre tapping of a two-section primary winding of the ignition pulse transformer. The two ends of the primary winding are coupled to the other pole of the capacitor through two thyristors. The two gates of the thyristors are joined to the ends of a two-section secondary winding of a pulse separation transformer, which has the centre tapping linked to the cathodes of the thyristors. Its primary winding receives its power via a bilateral semiconductor switch with symmetrical polarity. This circuit has a reduced number of parts and ensures a correct firing of the thyristors in phase synchronism.

Description

Schaltungsanordnung zum Erzeuqen von ZündimpulsenCircuit arrangement for generating ignition pulses

für Wechselstrom- oder Gleichstrom-Schweißlichtbögen Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen von Zündimpulsen für Wechselstrom- oder Gleichstrom-Schweißlichtbögen, bei der die Zündimpulse der Schweiß spannung überlagert und durch Entladen eines Zündkondensators gebildet sind, wobei die Ladestromquelle als Gleichstromauelle ausgebildet und ein Pol des Zündkondensators an der Mittelanzapfung einer zweiteiligen Primärwicklung eines Impulsübertragers angeschlossen ist, während die beiden Enden der Primärwicklung über zwei steuerbare Halbleiter mit dem zweiten Pol des Zündkondensators verbunden und die beiden steuerbaren Halbleiter über ihre Steuereingänge mit von der Schweißwechselspannunq des Schweißgerätes abgeleiteten Triggerimpulsen abwechselnd periodisch ansteuerbar sind.for AC or DC welding arcs The invention relates to a circuit arrangement for generating ignition pulses for alternating current or direct current welding arcs, in which the ignition pulses of the welding voltage are superimposed and formed by discharging an ignition capacitor, the charging current source designed as a direct current source and one pole of the ignition capacitor at the center tap a two-part primary winding of a pulse transformer is connected while the two ends of the primary winding to the second via two controllable semiconductors Pole of the ignition capacitor connected and the two controllable semiconductors via their Control inputs with derived from the welding alternating voltage of the welding machine Trigger pulses are alternately controllable periodically.

Eine derartig# Schaltungsa-nordnung ist durch die DE-PS 24 49 557 bekannt. Die beiden steuerbaren Halbleiter zur Einleitung der Entladung des Zündkondensators werden dabei über zwei getrennte Trigqerstromkreise angesteuert, von denen jeder ein stromrichtungsabhängiges Element und ein spannungsabhängiges Element enthält. Außerdem müssen in jedem Triggerstromkreis Vorkehrungen getroffen werden, damit in jeder Schweißhalbwelle nur ein Triggerimpuls erzeugt wird.Such a circuit arrangement is described in DE-PS 24 49 557 known. The two controllable semiconductors for Initiation of discharge of the ignition capacitor are controlled via two separate trigger circuits, each of which has a direction-dependent element and a voltage-dependent element Element contains. In addition, precautions must be taken in each trigger circuit so that only one trigger pulse is generated in each welding half-wave.

Aus diesem Grunde ist zur Ansteuerung der beiden steuerbaren Halbleiter ein beachtlicher Teileaufwand in der Triggerschaltung erforderlich.For this reason it is used to control the two controllable semiconductors a considerable amount of parts required in the trigger circuit.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der mit einem reduzierten Teileaufwand sichergestellt ist, daß die beiden steuerbaren Halbleiter sicher zum richtigen Zeitpunkt und phasensynchron angesteuert werden, wobei zusätzlich in einfacher Weise eine galvanische Trennung möglich sein soll.It is the object of the invention to provide a circuit arrangement of the initially mentioned to create the type mentioned, in the case of which is ensured with a reduced number of parts is that the two controllable semiconductors are safe at the right time and phase synchronously be controlled, with an additional galvanic isolation in a simple manner should be possible.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die beiden Steuereingänge der steuerbaren Halbleiter mit den Enden einer zweiteiligen Sekundärwicklung eines Impuls-Trennübertragers verbunden sind, dessen Mittelanzapfung an den Katoden der steuerbaren Halbleiter angeschlossen ist und daß die Primärwicklung des Impuls-Trennübertragers über einen einzigen symmetrischen bilateralen Halbleiterschalter von einer aus der Schweißwechselspannung des Schweißgerätes abgeleiteten Triggerspannung gespeist ist.This object is achieved according to the invention in that the two Control inputs of the controllable semiconductors with the ends of a two-part secondary winding a pulse separator are connected, the center tap on the cathodes the controllable semiconductor is connected and that the primary winding of the pulse isolating transformer via a single symmetrical bilateral semiconductor switch from one of the The welding alternating voltage of the welding machine is fed with the trigger voltage derived is.

Die Triggerschaltung erfordert nur noch einen bilateralen Halbleiterschalter und einen einzigen Ladekondensator. Die Zuführung der in den beiden Schweißhalbwellen entstehenden Triggerimpulse zu den beiden steuerbaren Halbleitern übernimmt der im Gegentakt arbeitende Impuls-Trennübertrager, der die synchrone Polaritätszuordnung und außerdem die erforderliche Potentialtrennung übernimmt. Der erfindungsgemäß eingesetzte Impuls-Trennübertrager hat nur die kurzzeitigen Triggerimpulse von einigen Mikrosekunden Länge zu übertragen und braucht nicht, wie in bekannten Schaltungen, für 50 Hz-Betrieb ausgelegt zu sein. Dies führt zu einer sehr kleinen und einfachen Bauform.The trigger circuit now only requires a bilateral semiconductor switch and a single charging capacitor. The supply of the in the two welding half-waves the resulting trigger pulses to the two controllable semiconductors are handled by the impulse isolating transformer working in push-pull mode, the synchronous one Polarity assignment and also the necessary electrical isolation takes over. The pulse isolating transformer used according to the invention only has the short-term To transmit trigger pulses of a few microseconds in length and does not need to as in known circuits to be designed for 50 Hz operation. this leads to a very small and simple design.

Durch einfache Änderung des Teilerverhältnisses des Speisestromkreises vor dem bilateralen Halbleiterschalter können beide Triggerimpulse gleichzeitig eingestellt bzw. beeinflußt werden.By simply changing the dividing ratio of the supply circuit In front of the bilateral semiconductor switch, both trigger pulses can be triggered simultaneously can be adjusted or influenced.

Die Anpassung an verschiedene Schweißwechselspannungen läßt sich auf einfache Art dadurch erreichen, daß der Eingangsspannungsteiler des Speisestromkreises der Primärwicklung des Impuls-Trennübertragers mit Widerstandsabgriffen versehen ist.The adaptation to different welding alternating voltages can be done on simple way to achieve that the input voltage divider of the supply circuit the primary winding of the pulse isolating transformer is provided with resistance taps is.

Nach einer Weiterbildung läßt sich der Speisestromkreis der Primärwicklung des Impuls-Trennübertragers auch so auslegen, daß in den Speisestromkreis der Primärwicklung des Impuls-Trennübertragers ein stromrichtungsabhängiger Widerstand einbezogen ist, der mittels eines Schalters kurzschließbar ist Ist die Diode in den Speisestromkreis einbezogen, dann wird jeweils nur in einer Schweißhalbwelle ein Zündimpuls erzeugt.According to a further development, the supply circuit of the primary winding of the pulse isolating transformer also lay out so that in the supply circuit of the primary winding the pulse isolating transmitter includes a resistance that is dependent on the current direction, which can be short-circuited by means of a switch. The diode is in the supply circuit included, an ignition pulse is only generated in one welding half-wave.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Stromlaufplanes eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is based on a circuit diagram shown in the drawing an exemplary embodiment explained in more detail.

Der Schweißtransformator ST wird über seine Primärwicklung I von der Netzwechselspannung gespeist. Die Sekundärwicklung II des Schweißtrnsformators ST steht einmal über die Drossel DR mit der Schweißelektrode E und zum anderen direkt mit dem Werkstück W in Verbindung. Außerdem ist der Primärwicklung I des Schweiß transformators ST der Wechselstromeingang einer Graetz-Gleichrichterbrücke GR parallelgeschaltet. Der Gleichstromausgang der Graetz-Gleichrichterbrücke GR wird mittels des Siebkondensators Cs geglättet. Die so erhaltene Gleichstromquelle speist über eine steuerbare Ladestromschaltüng ES den Zündenkondensator C. Diese Ladestromschaltung LS enthält den in den Leitungszug einbezogenen Transistor T, dessen Emitter-Kollektor-Strecke in bekannter Weise als steuerbarer Schalter wirkt. Die Basis dieses Transistors T wird über den Widerstand und die Zenerdiode ZD von dem Pluspol der Gleichstromquelle gespeist. Der Basis-Emitter-STrecke des Transistors T ist über die Zenerdiode ZD die Kollektor-Emitter -Strecke eines Optokopplertransistors Okt und ein Kondensator Co parallelgeschaltet.The welding transformer ST is via its primary winding I of the Mains AC voltage fed. The secondary winding II of the welding transformer ST stands on the one hand via the throttle DR with the welding electrode E and on the other hand directly with the workpiece W in connection. Also, the primary winding I is the sweat transformer ST the AC input of a Graetz rectifier bridge GR connected in parallel. The direct current output of the Graetz rectifier bridge GR is by means of the filter capacitor Cs smoothed. The direct current source obtained in this way feeds via a controllable charging current circuit ES the ignition capacitor C. This charging current circuit LS contains the in the cable run included transistor T, whose emitter-collector path in a known manner as controllable switch works. The base of this transistor T is through the resistor and the Zener diode ZD is fed from the positive pole of the direct current source. The base-emitter path of the transistor T is the collector-emitter path of a Zener diode ZD Optocoupler transistor Oct and a capacitor Co connected in parallel.

Der Zundimpulsübertrager ZUe hat eine zweiteilige Primärwicklung, wie die Teilwicklungen Ia und Ib erkennen lassen.The ignition pulse transmitter ZUe has a two-part primary winding, as can be seen from the partial windings Ia and Ib.

Die Mittelanzapfung der Primärwicklung ist mit dem einen Pol des Zündkondensators C verbunden. Die Enden der Primärwicklung führen über je einen steuerbaren Halbleiter Tyl bzw.The center tap of the primary winding is with one pole of the ignition capacitor C connected. The ends of the primary winding each lead via a controllable semiconductor Tyl or

Ty2 zum anderen Pol des Zündkondensators C. Die steuerbaren Halbleiter sind z.B. Thyristoren. Die Teilwicklungen Ia und Ib der Primärwickluna sind durch die Widerstände R5 und R& belastet, um die Abschaltspannungen der Teilwicklungen Ia und Ib zu bedämpfen. Die Sekundärwicklung II des Zünd-Impulsübertragers ZUe ist über das RC-Glied aus dem Widerstand R14 und dem Kond#ensator C3 mit dem Schweißausgang des Schweißgerätes verbunden.Ty2 to the other pole of the ignition capacitor C. The controllable semiconductors are e.g. thyristors. The partial windings Ia and Ib of the primary winding are through the resistors R5 and R & are loaded to the cut-off voltages of the partial windings Ia and Ib to dampen. The secondary winding II of the ignition pulse transmitter ZUe is Via the RC element from the resistor R14 and the capacitor C3 to the welding output of the welding machine connected.

Die Steuereingänge der beiden steuerbaren Halbleiter Tyl und Ty2 sind, wie die Teilwicklungen IIa und IIb zeigen, mit den Enden einerzweiteiligen Sekundärwicklung eines Impuls-Trennübertragers I TUe verbunden und zwar über die Dioden D1 und D2. Die Mittelanzapfung der Sekundärwicklung ist über die Optokopplerdiode Okd mit den Katoden der steuerbaren Halbleiter Tyl und Ty2 und dem Minuspol des Ladekondensators C verbunden. Die Primärwicklung I des Impuls-Trennübertragers I TUe -wird -über die Spannungsteilerwiderstände R1- -bzw. R1 + R2, R3 und den bilateralen Halbleiterschalter BS von der Schweißspannung der Sekundärwicklung II des Schweißtransformators ST gespeist-. Als Schaltelement ist ein bilateraler Halbleiterschalter BS eingesetzt, der bei einer#vorgegebenen Schwellspannung der einen oder anderen Polarität in den leitenden Schaltzustand kippt. Der Kondensator Cl und der justierbare Widerstand R3 sind vor dem bilateralen Halbleiterschalter BS -und hinter den Spannungsteilerwiderständen R1 und R2 quergeschaltet. Der Kondensator Cl dient als Ladekondensator zur Triggerimpulserzeugung. Mit dem Schalter s kann die in den Speisestromkreis einbezogene Diode D3 kurzgeschlossen werden. In diesem Fall wird bei jeder Schweißhalbwelle ein Trigzerimpuls erzeugt, während bei geöffnetem Schalter nur die negativen Schwe-ißhalbwellen zur Erzeugung von Triggerimpulsen ausgenützt werden.The control inputs of the two controllable semiconductors Tyl and Ty2 are as the partial windings IIa and IIb show, with the ends of a two-part secondary winding a pulse isolating transformer I TUe connected via the diodes D1 and D2. The center tap of the secondary winding is via the optocoupler diode Okd with the Cathodes of the controllable semiconductors Tyl and Ty2 and the negative pole of the charging capacitor C connected. The primary winding I of the pulse isolating transformer I TUe -will -over the voltage divider resistors R1- or. R1 + R2, R3 and the bilateral semiconductor switch BS from the welding voltage of the secondary winding II of the welding transformer ST fed-. A bilateral semiconductor switch BS is used as the switching element, the threshold voltage of one or the other polarity given for a # in the conductive switching state changes. The capacitor Cl and the adjustable resistor R3 are in front of the bilateral semiconductor switch BS and behind the voltage divider resistors R1 and R2 switched across. The capacitor C1 serves as a charging capacitor for generating trigger pulses. The diode D3 included in the supply circuit can be short-circuited with the switch s will. In this case, a trigger pulse is generated for each welding half-wave, while when the switch is open, only the negative welding half-waves are generated can be exploited by trigger pulses.

Bei geschlossenem Schalter s arbeitet der bilaterale Halbleiter schalter BS in beiden Schweißhalbwellen mit wechselnder Polarität der Schaltspannung,# so daß bei positiver Schweißwechselspannung an der Teilwicklung IIa und bei negativer Schweißwechselspannung an der Teilwicklung IIb des Impuls-Trennübertragers positive Triggerimpulse zur Ansteuerung der zugeordneten steuerbaren Halbleiter Tyl und Ty2 auf- treten. Auch der Impuls-Trennübertrager I JUe arbeitet daher im Gegentakt.When switch s is closed, the bilateral semiconductor switch works BS in both welding half-waves with alternating polarity of the switching voltage, # see above that with a positive welding alternating voltage on the partial winding IIa and with a negative one Welding alternating voltage at the partial winding IIb of the pulse isolating transformer is positive Trigger pulses to control the assigned controllable semiconductors Tyl and Ty2 on- step. The pulse isolating transformer I JUe therefore also works in push-pull.

Bei geöffnetem Schalter s arbeitet der bilaterale Halbleiterschalter BS nur bei negativer Polarität, so daß z.B. nur an der Teilwicklung IIb des Trennübertragers I TUe Triggerimpulse für den steuerbaren Halbleiter Ty2 auftreten.When the switch s is open, the bilateral semiconductor switch works BS only with negative polarity, so that e.g. only on partial winding IIb of the isolating transformer I TUe trigger pulses for the controllable semiconductor Ty2 occur.

Die Ladestromschaltung LS arbeitet so, daß der Zündkondensator C entsprechend der Zeitkonstante Rl.C aufgeladen wird.The charging current circuit LS works so that the ignition capacitor C accordingly the time constant Rl.C is charged.

Tritt ein Triggerimpuls auf, dann wird der Zündkondensator C entweder über die Teilwicklung Ia des Zünd-Impulsübertragers ZUe und den steuerbaren Halbleiter Tyl oder über die Teilwicklung Ib des Zünd-Impulsübertragers ZUe und den steuerbaren Halbleiter Ty2 entladen. Dies hängt von der Ansteuerung aus der Triggerschaltung über die Teilwicklungen IIa und IIb des Impuls-Trennübertragers I TUe ab.If a trigger pulse occurs, then the ignition capacitor C is either Via the partial winding Ia of the ignition pulse transmitter ZUe and the controllable semiconductor Tyl or via the partial winding Ib of the ignition pulse transformer ZUe and the controllable Discharge semiconductor Ty2. This depends on the control from the trigger circuit via the partial windings IIa and IIb of the pulse isolating transformer I TUe.

Der Triggerstrom für die steuerbaren Halbleiter Tyl bzw.The trigger current for the controllable semiconductors Tyl resp.

Ty2 fließt gleichzeitig auch über die Diode Okd des Optokopplers, woraufhin der Kondensator Co und die Basis-Emitterstrecke des Transistors T durch den Fototransistor Okt des Optokopplers kurzgeschlossen wird. Damit wird der Kollektorstrom des Transistors T und somit der Ladestrom für den Ladekondensator C gleich Null. Der Kollektorstrom des Transistors T bleibt Null, bis nach dem Abklingen -des Trigoerstromes durch die Optokopplerdiode Okd sich der Kondensator Co über den Widerstand Ro bis auf die Zenerspannung der Zenerdiode ZD zuzüglich der Basis-Emitterschwellspannung des Transistors T aufgeladen hat. Diese Zeit läßt sich durch geeignete Dimensionierung des RC-Gliedes aus dem Widerstand Ro und dem Kondensator Co so einstellen, daß in dieser Zeit die steuerbaren Halbleiter Tyl bzw. Ty2 sicher wieder freigeworden und in den sperrenden Zustand zurückgefallen sind.Ty2 also flows at the same time via the diode Okd of the optocoupler, whereupon the capacitor Co and the base-emitter path of the transistor T through the phototransistor Okt of the optocoupler is short-circuited. This is the collector current of the transistor T and thus the charging current for the charging capacitor C is zero. The collector current of the transistor T remains zero until after the Trigo current has decayed through the optocoupler diode Okd, the capacitor Co via the resistor Ro bis to the Zener voltage of the Zener diode ZD plus the base emitter threshold voltage of the transistor T has charged. This time can be reduced by suitable dimensioning of the RC element from the resistor Ro and the capacitor Co so that in this Time the controllable semiconductors Tyl or Ty2 safely again have become free and have reverted to the blocking state.

Der Triggerkreis, wie er hier gezeigt ist, kann selbstverständlich mit den gleichen Vorteilen auch zur Steuerung eines einzigen steuerbaren Halbleiters eingesetzt werden, wie es bei den bekannten Eintaktschaltungen zur Entladung eines Zündkondensators über die Primärwicklung eines Zünd-Impulsübertragers üblich ist.The trigger circuit as shown here can of course with the same advantages for controlling a single controllable semiconductor be used, as is the case with the known single-ended circuits for discharging a Ignition capacitor over the primary winding of an ignition pulse transformer is common.

Claims

Claims: Circuit arrangement for generating ignition pulses for alternating current or direct current welding arcs, in which the ignition pulses of the welding voltage are superimposed and formed by discharging an ignition capacitor, the charging power source designed as a direct current source and one pole of the ignition capacitor connected to the center tap of a two-part primary winding of a pulse transformer while the two ends of the primary winding have two controllable semiconductors connected to the second pole of the ignition capacitor and the two controllable semiconductors via their control inputs with derived from the welding alternating voltage of the welding machine Trigger pulses of assigned polarity can be controlled, characterized in that that the two control inputs of the controllable semiconductors (Tyl, Ty2) with the ends a two-part secondary winding (IIa, IIb) of a pulse isolating transformer (I TUe) are connected, whose center tap is connected to the cathodes of the controllable semiconductors is connected and that the primary winding (I) of the pulse isolating transformer (I TUe) via a polarity symmetrical bilateral semiconductor switch (BS) from a pulse voltage derived from the welding alternating voltage of the welding machine is fed.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the voltage adjustment of the welding process voltage to the breakover voltage of the bilateral Semiconductor switch (BS) is carried out by ohmic voltage divider resistors (R1, R2, R3).

3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that that in the supply circuit of the primary winding (I) of the pulse isolating transformer (I TUe) a current direction-independent resistor (D3) is included, which by means of a Manually operated switch (s) of a switching bridge or the like. Can be short-circuited.

4. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the series connection of the primary winding (I) of the pulse isolating transformer (I TUe) and the bilateral semiconductor switch (BS) a capacitor (Cl) and a resistor (R3) are connected in parallel.

5. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the supply circuit of the primary winding (I) of the pulse isolating transformer (1 TUe) on the input side, i.e. parallel to the secondary winding (II) of the welding transformer (ST) a capacitor (C2) is connected in parallel.

6. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the voltage divider resistors (R1, R2, R3) through an adjustable resistor are replaced.

7. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that that the pulse isolating transformer (1 TUe) has a resistor (R4) in parallel for damping is switched.

8. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that that in the connecting lines from the secondary windings (IIa, IIb) of the pulse isolating transformer (I TUe) to the control inputs of the controllable semiconductor (Tyl, Ty2) resistors are switched on.

9. Circuit arrangement according to claim 8, characterized in that as resistors diodes (D1, D2) are switched on.

10. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized characterized in that the center tap of the secondary windings (IIa, IIb) of the pulse isolating transformer (I TUe) is passed through the diode (Okd) of an optocoupler.

11. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 10, characterized characterized in that the secondary windings (IIa, IIb) of the pulse isolating transformer (I TUe) resistors for damping are connected in parallel.