DE3520572A1

DE3520572A1 - Umformergruppe

Info

Publication number: DE3520572A1
Application number: DE19853520572
Authority: DE
Inventors: Corrado Mailand/Milano Leggieri; Roberto Castano Primo Rasotto
Original assignee: MOSA SpA
Current assignee: MOSA SpA
Priority date: 1984-06-08
Filing date: 1985-06-07
Publication date: 1985-12-12
Also published as: GB8514376D0; FR2565517A1; ES8609843A1; ES544598A0; GB2162704B; GB2162704A; FR2565517B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Umformergruppe zur Erzeugung elektrischer Energie mit Gleichstrom, insbesondere zur Versorgung von Schaltungen zur elektrischen Bogenschweißung.

Umformergruppen mit dieser allgemeinen Bestimmung sind in einer großen Vielzahl von Konstruktionen, Abmessungen und Eigenschaften bekannt. Eine Umformergruppe dieser Art muß gleichzeitig und zusammen eine Reihe von Forderungen erfüllen:

Die Möglichkeit, alle Schweißarten wirksam durchzuführen, insbesondere das Schweißen mit Elektroden oder mit Schweißdraht;

eine extreme Anpassungsfähigkeit des Betriebs, um automatisch eine Anpassung an alle Schweißbedingungen zu erreichen;

wirtschaftliche Arbeitsweise, d.h. minimaler Leistungsverbrauch für die Durchführung einer bestimmten Schweißarbeit;

möglichst einfacher Aufbau und geringes Ausmaß bezüglich der abgegebenen Leistung;

wirtschaftliche Herstellung und wirtschaftlicher Betrieb, also niedrige Gesamtherstellungskosten;

Möglichkeit, eine einzige Spannung oder mehrere Hilfsspannungen, Gleichstrom oder Wechselstrom oder beide, gleichzeitig oder nicht während des SchweißVorganges zur Betätigung verschiedener elektrischer Einrichtungen der Schweißschaltung abzugeben.

Es sind Umformergruppen verschiedenen Typs bekannt, von denen einige eine oder mehrere der zuvor erwähnten Eigen-

schäften aufweisen, es ist jedoch keine Umformergruppe bekannt, die alle Eigenschaften gleichzeitig in erhöhtem Maße und zufriedenstellend für alle industriellen Erfordernisse aufweisen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Umformergruppe zu schaffen, die alle zuvor erwähnten Forderungen gleichzeitig erfüllt.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Umformergruppe hat demgemäß einen elektrischen Leistungsgenerator mit veränderbarer Reluktanz, kapazitive Phasenausgleichseinrichtungen und einen elektronischen Umwandlungskreis zur Umwandlung von Wechselstrom in gleichgerichteten Strom mit Phasenausgleichsregulierung. Vorzugsweise sind die kapazitiven Phasenausgleichseinrichtungen derart dimensioniert, daß die Steigung der Spannungs/Strom-Kennlinie des Generators wenigstens auf einem wesentlichen Teil derart verringert wird, daß ein konstanter Betriebszustand näherungsweise erreicht wird. Die Umformergruppe hat insbesondere einen Generator zur Erzeugung von Wechselstrom mit einer Frequenz nicht unter 2000 Hz, vorzugsweise darüber. Die Frequenz des von einem Generator erzeugten Stroms hängt bekanntlich von der Anzahl der Pole, seiner magnetischen Struktur und der Geschwindigkeit, mit der der Generator betrieben wird, ab. Dem Generator ist für seinen Betrieb ein endothermer Motor zugeordnet, insbesondere ein Dieselmotor. Derartige Motoren haben zwangsläufig eine optimale Betriebsgeschwindigkeit, für die sie ausgelegt und dimensioniert sind, die meistens zwischen 1500 und 3600 U/min liegen kann. Für einen Generator mit veränderbarer Reluktanz ist die Frequenz f des abgegebenen Stroms durch die Formel f = r£r bestimmt, wobei η

-JBf-

die Drehgeschwindigkeit (U/min) und ρ die Anzahl der Pole des Generators ist.

Um gewünschte Frequenzen Über 2000 Hz zu erreichen, ist es unter Berücksichtigung der Anzahl der Pole, die im allgemeinen Generatoren mit veränderbarer Reluktanz haben und die z.B. 24 betragen kann, im allgemeinen notwendig, einen Wandler vorzusehen, der die Anzahl der Eigenumdrehungen des Motors erhöht und sie z.B. auf Werte von etwa 6000 bis 7000 Umdrehungen mehr bringt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die kapazitiven Einrichtungen derart dimensioniert, daß die Kennlinie des Leistungsgenerators eine Steigung unter einem bestimmten Grenzwert erhält. Um diesen Grenzwert quantitativ zu definieren, betrachtet man diese Kennlinie und legt zur Normierung auf ihr den Punkt fest, der einer Stromstärke von 80 A entspricht. Die Steigung in diesem Punkt, die als normierte Steigung bezeichnet und in V/A gemessen wird, darf nicht höher als 0,2 V/A und vorzugsweise 0,1 V/A betragen. Beim Grenzwert kann die normierte Steigung im wesentlichen Null sein. Der elektronische Umwandlungskreis beruht auf gesteuerten Halbleiterventilen. Diese Ventile und die Kreise, in die sie eingeschaltet sind, können unterschiedlich ausgebildet sein. Die Halbleiterventile können z.B. gesteuerte Dioden sein, und sollten eine niedrige Abschaltzeit von vorzugsweise weniger als 40 us und insbesondere von 20 yus haben. Auch kann der Umwandlungskreis einen oder mehrere Transistoren aufweisen. Die gesteuerten Dioden oder auch Transistoren können durch andere Bauelemente ersetzt werden, die ähnliche Betriebseigenschaften haben. Unter diesen Bauelementen, die unter der Bezeichnung "gesteuerte Halbleiterventile" zusammengefaßt sind, kann z.B. die asymmetrische gesteuerte Diode erwähnt werden. Die Umformergruppe

umfaßt weiterhin Steuereinrichtungen, um während des Betriebs der Umformergruppe als Gleichstromquelle zur Versorgung von Kreisen für das elektrische Bogenschweißen die Ausgangskennlinie des Leistungsgenerators in Abhängigkeit von einem Schweiß-, Spannungs- und Stromsignal zu ändern.

Wie später erläutert wird, erfordern die verschiedenen Schweißarten Kennlinien des an den Schweißkreis abgegebenen Stroms, die entsprechend der Art des Schweißvorganges und den Schweißbedingungen sehr verschieden sein können. Z.B. erfordert der Schweißvorgang mit Elektroden, insbesondere mit zellstoffartigen Elektroden, eine Kennlinie, die nahezu vertikal verläuft, oder mit einer daran sehr angenäherten Steigung, während das Schweißen mit einem Schweißdraht eine Kennlinie erfordert, die nahezu horizontal verläuft oder mit einer Steigung, die sehr niedrig ist. Die Umformergruppe kann von der Bedienungsperson derart geregelt werden, daß sie eine Kennlinie dieser Art liefert, es ist jedoch zu berücksichtigen, daß während des Betriebs, d.h. während des Schweißvorganges, die Bedingungen zur Bildung des Lichtbogens sich ständig und aufeinanderfolgend ändern. Wenn der Betrieb der Umformergruppe wirksam sein soll, ist es daher erforderlich, daß Einrichtungen vorhanden sind, die es der Umformergruppe ermöglichen, sich automatisch an die momentanen Schweißbedingungen anzupassen. Hierzu dienen die zuvor erwähnten Steuereinrichtungen. Im wesentlichen bestimmt die Bedienungsperson entsprechend der durchzuführenden Arbeit eine statische Ausgangskennlinie voraus, jedoch wird die dynamische Kennlinie, d.h. diejenige, die in jedem Moment des Schweißvorganges auftritt, von der statischen Kennlinie und der Wirkung der Steuereinrichtungen bestimmt, die die geforderten Änderungen in jedem Moment durchführen. Diese Steuereinrichtungen sind insoweit bekannt, als sie auf

die Umformergruppe der Erfindung anwendbar sind. Die Steuereinrichtungen sind auch auf andere vorhandene Gruppen anwendbar, und eine Definition und detaillierte Beschreibung dieser Steuereinrichtungen ist daher nicht erforderlich. Die folgende Beschreibung der Steuereinrichtungen bzw. der Steuerschaltung ist daher relativ summarisch. Gemäß einer bevorzugten und speziellen Eigenschaft der Erfindung hat die Umformergruppe außer dem erwähnten Leistungsgenerator einen Hilfsgenerator. Vorzugsweise ist der Hilfsgenerator vom Leistungsgenerator getrennt, d.h., er besteht aus einem weiteren Stator und einem weiteren Rotor, die die erforderlichen elektromagnetischen Eigenschaften haben. Der Hilfsgenerator erzeugt einen Strom, der über geeignete Ausgänge für den Betrieb elektrischer Werkzeuge oder anderer unterschiedlicher elektrischer Apparaturen am Schweißkreis verwendet werden, um bekannte Hilfsvorgänge durchzuführen. Vorzugsweise wird der vom Hilfsgenerator erzeugte Strom jedoch auch nach entsprechender Bearbeitung dazu verwendet, die Erregung des Leistungsgenerators und des Hilfsgenerators selbst zu liefern. Dieser Hilfsgenerator kann ebenfalls veränderbare Reluktanz haben, und in diesem Falle sitzt er vorzugsweise auf der gleichen Welle wie der Leistungsgenerator, er kann aber auch von irgendeinem anderen Typ sein, z.B. ein Synchronoder ein Asynchrongenerator, und in diesem Falle hat er einen gesonderten Stromwechsler. Wenn kein Hilfsgenerator vorhanden ist, erhält man die Erregung des Leistungsgenerators auf irgendeine bekannte Art, z.B. durch Eigenerregung.

Die Bearbeitung des Ausgangsstroms des Hilfsgenerators umfaßt zweckmäßigerweise, um einen Erregerstrom für den Leistungsgenerator zu erhalten, außerdem einen geeigneten Transformator, um die Spannung auf Werte zu bringen, die für den zu erreichenden Zweck geeignet sind, eine

Gleichrichtung des Stroms und eine Steuerung in noch zu erläuternder Weise. Der von den Umwandlungs- und Steuereinrichtungen erhaltene Gleichstrom kann den Erregerwicklungen des Leistungsgenerators und des Hilfsgenerators, die in Reihe geschaltet sind, zugeführt werden, wenn letzterer veränderbare Reluktanz hat. Die Bearbeitung dieses Stroms bevor er auf die Erregerwicklungen gegeben wird, wird mittels elektronischer Kreise durchgeführt, die den Strom unabhängig von den Schweißbedingungen im wesentlichen konstant halten. Diese Kreise sind in einer Erregerschaltung enthalten, von denen später ein Ausführungsbeispiel beschrieben wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis 18 beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Figur 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der vollständigen Umformergruppe,

Figur 2 und 3 Querschnitte des Leistungsgenerators in einer Ebene senkrecht zu dessen Achse, die auch als Schnitte des Hilfsgenerators angesehen werden können, falls dieser veränderbare Reluktanz hat, da sich in diesem Falle die beiden Generatoren im wesentlichen durch ihre axiale Erstreckung unterscheiden; Fig. 2 zeigt schraffiert den Stator und Fig. 3 den Rotor;

Figur 4 und 5 schematisch die Erregerwicklung und die Leistungswicklung des Leistungsgenerators; diese Figuren können auch als Darstellungen der Erregerwicklung und der Ausgangswicklung des Hilfsgenerators angesehen werden, wenn dieser veränderbare Reluktanz hat;

Figur 6 schematisch ein Beispiel des Umwandlungskreises und seiner Anwendung auf den Leistungsgenerator,

Figur 7 in seinen Varianten a bis d mögliche Abwandlungen des Umwandlungskreises, wobei der Generator nicht dargestellt ist,

Figur 8 mögliche Kennlinien des Schweißstroms, aufgenommen mit Gleichstrom, d.h. nach den Umwandlungseinrichtungen,

Figur 9 ein vereinfachtes Schaltbild eines Ausführungsbeispiels entsprechend dem Blockschaltbild der Fig. 1,

Figur 10 schematisch ein Schaltbild entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel,

Figur 11 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Errege rs chaltung entsprechend dem Blockschaltbild der Fig. 1,

Figur 12 ein Beispiel einer Spannungs/Strom-Kennlinie des Leistungsgenerators,

Figur 13 ein Blockschaltbild ähnlich dem der Fig. 1 eines weiteren Ausführungsbeispiels,

Figur 14 ein Schaltbild entsprechend dem der Fig. 9 betreffend das Ausführungsbeispiel der Fig. 13,

Figur 15 ein Blockschaltbild der vollständigen Umformergruppe entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel,

-Vi-

Figur 16 ein vereinfachtes Schaltbild des Blockschaltbildes der Fig. 15,

Figur 17 das Schaltbild der Steuerschaltung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung entsprechend dem Blockschaltbild der Fig. 15, und

Figur 18 in einer bevorzugten Ausführungsform entsprechend Fig. 15 schematisch eine Erregerschaltung.

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Wie Fig. 1 zeigt, weist die Generatorschaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung einen Leistungsgenerator 10 auf, der eine veränderbare Reluktanz hat und einen Strom hoher Frequenz abgibt. Z.B. kann der Generator in einer Ausführungsform der Erfindung 24 Pole haben und über einen Motor und einen Umsetzer mit 6500 U/min betrieben werden, so daß er einen Strom mit einer Frequenz von 2.600 Hz erzeugt. Die vom Leistungsgenerator erhaltene Wechselspannung wird kapazitiven Einrichtungen zugeführt, die hier aus in Reihe geschalteten Phasenausgleichskondensatoren. 20 bestehen, die der gelieferten Spannung eine Kennlinie verleihen, die sich der Horizontalen nähert. Einen speziellen Fall dieser Kurve zeigt Fig. 12, auf deren Abszisse die Stromwerte in Ampere und auf deren Ordinate die Spannungswerte in Volt aufgetragen sind. Diese charakteristische Kurve könnte mit Wechselstrom oder mit Gleichstrom aufgenommen werden, da jedoch angenommen wird, daß sie unmittelbar nach der elektronischen Umwandlungsschaltung gemessen wird, kann sie gleichstrommäßig betrachtet werden. In dem Diagramm ist die Ordinate bei 80 A angegeben, bezüglich der die normierte Steigung der Kurve gemessen wird. Die Tangente an die charakteristische Kurve in dem Punkt, in dem diese Ordinate die Kurve schneidet, hat eine Steigung, die im Diagramm mit dem Winkel o( dargestellt ist. Diese Steigung wird, da, wie erwähnt, die Abszissenwerte des Diagramms Ampere und die Ordinatenwerte Volt sind, in V/A gemessen. Im speziellen Fall der Zeichnung beträgt die Steigung 0,02 V/A, wie erwähnt, darf sie nicht höher als 0,2 V/A und vorzugsweise nicht höher als 0,1 V/A sein, insbesondere ist sie niedriger als diese Werte, wie im gezeigten Fall.

Der nach dem Durchgang durch die Phasenausgleichskondentoren 20 gelieferte Strom gelangt zum elektronischen Kreis zur Umwandlung von Gleichstrom in gleichgerichteten Strom 30 mit Phasenverschiebungsregulierung, der im

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speziellen Fall eine Einphasen-Gleichrichterbrückenschaltung mit gesteuerten Dioden ist. Danach gelangt er zu weiteren Schaltungseinrichtungen 40, die Filterinduktivitäten und/oder -kapzitäten umfassen können und im gezeigten Fall aus einer Filterinduktivität bestehen. Von hier aus wird der Strom in Fig. 1 nicht gezeigten Schweiß-Schaltkreisen zugeführt.

In dem beschriebenen Blockschaltbild ist auch ein Hilfsgenerator 10 gezeigt, der ebenfalls eine veränderbare Reluktanz hat und der, wie erwähnt, im allgemeinen vom Leistungsgenerator getrennt ist, obwohl er auf der gleichen Welle sitzt. Es ist auch möglich, einen einzigen Generator vorzusehen, der einen Leistungsstrom für die Durchführung des Schweißvorganges und einen Hilfsstrom für die noch zu beschreibenen Zwecke liefert. In jedem Falle läuft der Strom des Hilfsgenerators über geeignete kapazitive Phasenausgleichseinrichtungen 50 im Nebenschluß und vorzugsweise über einen Transformator 500 zu einer Erregerschaltung 70, die Einrichtungen zur Umwandlung des Wechselstroms in gleichgerichteten Strom und Einrichtungen zur Steuerung des Stroms selbst aufweist, um ihn unabhängig von den Schweißvorgängen und überhaupt der Leistungsabgabe der Schaltungsanordnung konstant zu halten. Zur Erregerschaltung gelangt auch ein Strom, der von einem Schwungmagnetzünder für die Inbetriebnahme der Schaltungsanordnung geliefert wird. Der kontinuierliche und konstante Strom, der von der Erregerschaltung erhalten wird, gelangt zu den in Reihe geschalteten Erregerwicklungen des Leistungsgenerators und des Hilfsgenerators. Der vom Hilfsgenerator erzeugte Strom wird über die kapazitiven Phasenausgleicheinrichtungen 50 als Hilfsleistungsabgabe nach Gleichrichtung und Filterung, die von dem Block 60 durchgeführt wird, abgenommen. Die vom Leistungsgenerator erzeugte Spannung wird, nachdem sie die kapazitiven

Phasenausgleichseinrichtungen 20 durchlaufen hat, auf eine Steuerschaltung 90 gegeben. Die Steuerschaltung empfängt auch Spannungs- und Stromsignale von der Leitung, die vom Ausgang des Leistungsgenerators zu den Schweiß-Schaltkreisen (Leiter 40a, 40b) führt. Außerdem ist ein Lichtbogen-Handregler, in der Zeichnung durch den Block 100 angegeben, vorgesehen, ebenso wie ein Spannungshandregler (Block 200) und ein Schweißstromhandregler (Block 300), die gesondert mittels eines Umschalters (Block 400) betätigbar sind, sowie ein Handfernregler (Block 600). Die Steuerschaltung 90 erhält auch am Eingang eine Speisewechselspannung, die vom Ausgangskreis des Hilfsgenerators über den Transformator 500 abgenommen wird, und liefert am Ausgang die Steuersignale des elektronischen Umwandlungskreises 30.

Es wird nun der Aufbau des Leistungsgenerators beschrieben, der im wesentlichen auch der des Hilfsgenerators ist, der ebenfalls eine veränderbare Reluktanz hat.

Die Blöcke 10 und 10^f (Fig. 1) umfassen jeweils einen Generator mit veränderbarer Reluktanz, bestehend aus einem Stator 11 (Fig. 2) mit 16 vorspringenden Zähnen 13 und einem Rotor 12 (Fig. 3) mit 24 vorspringenden Zähnen 13a, so daß ein allgemeines Verhältnis von 3/2 eingehalten wird, das als optimal zur Erzeugung eines Wechselstroms hoher Frequenz angesehen wird, z.B. einer Frequenz von 2600 Hz bei 6500 U/min des Rotors. Am Rotor 12 sind keine elektrischen Wicklungen vorhanden, mit den selbstverständlichen Vorteilen hinsichtlich Zuverlässigkeit und Einsparung. Am Stator 11 jedes der beiden Generatoren ist in bekannter Weise eine Erregerwicklung 14 bzw. 18 (Fig. 4) und eine Leistungswicklung 16 bzw. 15 (Fig. 5) vorgesehen.

- Vf-

Fig. 6 zeigt ein bevorzugtes Beispiel des Umwandlungskreises, in der der Leistungsgenerator 60 schematisch dargestellt ist und die Erregerwicklung 61, die Leistungswicklung 62, die üblichen kapazitiven Filtereinrichtungen 63 parallel zur Erregerwicklung, die kapazitiven Phasenausgleichseinrichtungen 64 in Reihe zur Leistungswicklung und eine Brückenschaltung 65 auf, die eine Einrichtung zur Umwandlung von Wechsel- in Gleichstrom bildet. Beim speziellen Beispiel der Ausführungsform der Fig. 6 umfaßt die Brückenschaltung zwei gesteuerte Dioden 66, die, wie in der Zeichnung gezeigt ist, im einen Brückenzweig liegen, und zwei Dioden 67, die im anderen Brückenzwei liegen. Eine Induktivität 68 dient zum Nivellieren des gleichgerichteten Stroms am Ausgang der Brückenschaltung.

Fig. 7 zeigt mögliche abgewandelte Ausführungsformen des Umwandlungskreises, wobei in der Zeichnung die schematische Darstellung des Generators weggelassen ist. Im ebenfalls bevorzugten Falle der Fig. 7 hat der Umwandlungskreis zwei gesteuerte Dioden 68 mit gemeinsamer Kathode und die beiden Brückenzweige sind durch zwei Dioden 79 vervollständigt. In diesem Falle kann auch eine Überbrückungsdiode 76 vorgesehen sein.

In Fig. 7b hat der Kreis 4 gesteuerte Dioden 80 und es kann auch eine Überbrückungsdiode 81 vorgesehen sein.

In Fig. 7c hat der Kreis nur eine einzige gesteuerte Diode 77 und drei Dioden 77a; diese Ausführung ermöglicht die Steuerung einer einzigen Halbwelle.

Schließlich hat der Kreis der Fig. 7d vier Dioden 70 in Brückenschaltung, ein aus einer Induktivität 71 und einer Kapazität 72 bestehendes Nivellierungsfilter, einen Transistor 73 mit zwangsweiser Umschaltung bei hoher Frequenz (z.B. 20 kHz), eine Überbrückungsdiode 74 und eine Filterreaktanz 75 am Ausgang.

Fig. 8 zeigt anhand von Gleichstrom die diversen möglichen charakteristis chen Kurven des Schweißstroms, die mit der Generatorschaltungsanordnung erzielbar sind, wenn verschiedene Signale verwertet werden, die von der Steuerschaltung 90 empfangen werden. Da der vollständige Aufbau der Umwandlungs- und der Steuereinrichtungen ein Rückwirkungssystem mit geschlossener Schleife bilden, können verschiedene Kurven entsprechend verschiedenen verwendeten Signalen erhalten werden. Wenn man nur das Stromsignal verwendet, erhält man Kennlinien mit konstantem Strom, wie die Kurve 1 zeigt.

Wenn man nur das Stromsignal verwendet, erhält man Kennlinien mit konstanter Spannung, wie die Kurve 2 zeigt. Wenn man beide Signale verwendet, erhält man Kennlinien mit konstanter Steigung, wie die Kurve 3 zeigt. Es ist jedoch auch möglich, und dieser Fall wird in der Praxis verwirklicht, Schweißkennlinien zu erhalten, die aus verschiedenen Abschnitten unterschiedlicher Steigung bestehen, wie in Fig. 8 die Kurve 4 zeigt. Der Buchstabe a bezeichnet eine Bezugskurve NEMA, die nicht beschrieben zu werden braucht, da sie eine für elektrische Schweißvorgänge international bekannte Kurve ist.

Anhand der Fig. 9 bis 11 werden nun die Einzelheiten eines Ausführungsbeispiels des elektrischen Schaltungsaufbaus des allgemeinen Schaltbildes (Fig. 9), der Steuerschaltung 90 (Fig. 10) und der elektrischen Erregerschaltung 70 (Fig. 11) stets unter Bezugnahme auf das schematische Ausführungsbeispiel des Blockschaltbildes der Fig. 1, beschrieben. Von der Leistungswicklung 16 des Generators 10 wird ein Wechselstrom abgenommen, der dem Eingang der Kondensatorschaltung 20 zugeführt wird, die in Reihe zur Wicklung 16 geschaltet ist. Die Kondensatorschaltung 20 besteht aus zwei Kondensatoren C1 und C2, deren Aufgabe es ist, einen Phasenausgleich des vom Generator 10 erzeugten Wechselstroms zu bewirken, d.h.

-VB-

die erhöhte Streureaktanz des Generators auszugleichen, die die Ursache für einen sehr geringen erzeugbaren Strom, d.h. einen geringen Wirkungsgrad des Generators selbst sein könnte. Wenn man diese Reaktanz ausgleicht, sind hohe Leistungen in Relation zu den geringen Abmessungen des Generators möglich, so daß seine Ausgangskennlinie sehr der eines Stromgenerators ähnelt. Der so phasenausgeglichene Wechselstrom wird dem elektronischen Umwandlungskreis 30 zugeführt, der ihn von einem Wechselstrom in einen Gleichstrom umwandelt, d.h. in eine zur Speisung der Schweißeinrichtungen geeignete Form. Dieser Umwandlungskreis 30 besteht aus einer Einphasenbrückenschaltung, die die gesteuerten Dioden SCR1 und SCR2 und die Dioden D1 und D2 aufweist. Diese Brückenschaltung, die bekannt ist und von der zahlreiche andere Ausführungsformen möglich sind, arbeitet nach dem Prinzip der Phasenverschiebungsregulierung.

Diese gesteuerten Dioden werden leitend, wenn von der Steuerschaltung 90 über die Leitungen 90a ein Zündbefehl kommt. Verzögert man den Zündzeitpunkt der gesteuerten Dioden bezüglich des natürlichen Zündzeitpunktes (Nulldurchgang der Wechselspannung am Eingang der Brückenschaltung 30), kann man die Mittelwerte der Spannung und/oder des Stroms steuern, die den Schweißeinrichtungen zugeführt werden. Dieser Umwandlungskreis ist außerdem mit allen Einrichtungen versehen, die für sein einwandfreies Funktionieren erforderlich sind, wie Einrichtungen zur Unterdrückung von impulsförmigen Überspannungen, die aus den Widerständen R1 bis R4 und aus den Kondensatoren C4 bis C7 bestehen, nicht gezeigte Wärmeableiteinrichtungen und dergleichen. Der auf diese Weise gleichgerichtete Strom durchläuft einen Stromnivellierungskreis 40, der bei der beschriebenen Ausführungsform aus einem induktiven Filter besteht, das aus der Induktivität L1 gebildet ist. Das Filter hat den Zweck, Stromschwankungen zu dämpfen, die während des Schweißens

auftreten, den Strom,der die Brückenschaltung verläßt, so kontinuierlich wie möglich zu machen. Man erhält damit am Ausgang der Generatorschaltungsanordnung einen kontinuierlichen, gleichgerichteten und nivellierten Strom hoher Frequenz mit einer für einen bestimmten Bogenschweißvorgang geeigneten Kennlinie.

Im Falle von Motorgeneratoren bzw. Schweißumformern, die für das Bogenschweißen verwendet werden, ist es erforderlich, die Spannungs/Strom-Kennlinie aufgrund der durchgeführten Schweißung und auch die Strom- oder Spannungswerte vorzubestimmen, die in den verschiedenen Schweißsituationen erforderlich sind. Insbesondere das Schweissen mit umhüllter Elektrode (nach den internationalen Normen MSAW = Metal Shielded Arc Welding genannt) und das Schweißen mit nicht abnutzender Elektrode (TIG = Tungsten Inert Gas) erfordern elektrische Kennlinien wie die Kurve 1 in Fig. 8, während das Schweißen mit blanker Elektrode und mit kontinuierlichem Draht (MIG = Metal Inert Gas; MAG = Metal Active Gas) elektrische Kennlinien des durch die Kurve 2 in Fig. 8 gezeigten Typs erfordern.

Um solche Kennlinien zu erhalten, muß man die Zündzeitpunkte der gesteuerten Dioden in geeigneter W_eise steuern.

Hierzu hat das Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung die Steuerschaltung 90, die am Eingang den Strom und die Spannung, die hinter dem Filter 40 über die Leitungen 40a und 40b erhältlich sind, empfängt, Signale, die vom Bogenschweiß-Handregler 100 kommen, Signale, die vom Schweißstromregler 300, vom Schweißspannungs-Handregler 200 (Regler, die beim Ausführungsbeispiel übereinstimmen) über den Umschalter 400 oder auch vom an den Schweißeinrichtungen angeordneten Fernregler 600 kommen, eine synchronisierte Wechselspannung, die hinter der

Phasenausgleichsschaltung 20 mittels der Leiter 20a abgenommen wird, und eine Speisewechselspannung, die vom Transformator 500 mittels der Leitungen 50a abgenommen wird. .

Die Steuerschaltung 90 ist in Fig. 10 entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform gezeigt und besteht aus den aufeinanderfolgend beschriebenen Blöcken.

Die vom Transformator 500 abgenommene Wechselspannung wird dem der Versorgung dienenden Block 91 mittels der Diodenbrückenschaltung 91c gleichgerichtet, mittels der Kondensatoren 91d gefiltert, mittels der integrierten Spannungsregler 91aund 91b auf einen festen positiven bzw. negativen Wert einreguliert und nachfolgend mittels der Kondensatoren 91e gefiltert. Die erhaltenen Spannungswerte, die, wenn positiv mit ρ und wenn negativ mit η bezeichnet sind, dienen zur Speisung der Schaltungen bildenden elektronischen Schaltkreise. Das dem beim Schweißen abgegebenen Strom proportionale Signal gelangt mittels der Leitungen 40b zu einem Differentialverstärker/Filter 92, dem Widerstände und Kondensatoren in bekannter und nicht näher beschriebenen Weise zugeordnet sind. Von diesem Block wird das Signal verstärkt und von den überlagerten Harmonischen gefiltert.

Das Schweiß-Ausgangsspannungssignal erreicht über die Leitungen 40a einen Verstärker 93» dem Widerstände und Kondensatoren in bekannter und nicht weiter beschriebener Weise zugeordnet sind. Dieses Signal wird nach Filtrierung mittels eines Kondensators 93a verstärkt und einem Teiler 94 zugeführt, der aus den Widerständen 94a bis c besteht, wo es algebraisch zum vom Block 92 kommenden Stromsignal addiert wird. Eine Diode 93b entsprechend der Größe des Widerstandes des Blocks 93 bewirkt, daß das Spannungssignal die algebraische Summe nur dann beeinflußt, wenn die Ausgangsspannungen niedriger

-Seals die Werte der NIMA-Bezugskurve sind, was zu den Kennlinien des Typs 4 in Fig. 8 führt. In der algebraischen Summe sind außerdem verschiedene Gewichtungen zwischen dem Stromsignal und dem Spannungssignal in Abhängigkeit von dem Wert des Kurzschlußkreises am Schweißstromregler 100 aufgezeigt. Das Ausgangssignal des Teilers 94 wird auf den Eingang eines Fehlerverstärkerblocks 95 gegeben, der aus einer Impedanzanpassungseinrichtung 95a und einem Verstärker 95b besteht, denen Widerstände und Kondensatoren in bekannter und nicht weiter beschriebener Weise zugeordnet sind. Nun wird das Ausgangs-Spannungs/ Strom-Summensignal mit dem Strombezugssignal des aus dem Block 95c und dem Schweißstrom-Handregler 300 zusammengesetzten Teilers verglichen. Das am Ausgang des Blocks 95 verstärkte Fehlersignal wird zu einem integrierten Kreis 96a geleitet, der Teil des Blocks 96 für die Phasenverschiebungsregulierung bildet» Dem integrierten Kreis 96a wird außerdem das Synchronisiersignal bei gesteuerten Dioden des Umwandlungskreises 30 über die Leiter 20a und den Transformator 98a zugeführt. Entsprechend der Größe des Fehlersignals leitet der integrierte Kreis 96a den Zündbefehl zu den beiden gesteuerten Dioden nach Verstärkung und galvanischer Isolierung über die Transistoren 97 und den Transformator 98, und zwar mit einer bezüglich des natürlichen Zündzeitpunktes der gesteuerten Dioden geregelten Verzögerung. Entsprechend der von der Bedienungsperson am Schweißstromregier 30 oder am Bogenschweißregler 100 gewählten Stellung erhält man die gewünschten Ausgangskennlinien für die Elektrodenschweißvorgänge.

Wenn man die Schweißung mit Draht durchführen will, muß man den Umschalter 400 derart betätigen, daß der Bogenschweißregler 100 automatisch gesperrt und der Schweißstromhandregler 300 zum Schweißspannungsregler 200 wird.

2 V-

Die Leitungen 90b am Eingang des Blocks 99 sind mit einer Steuerdrucktaste 700 verbunden, die an den Schweißeinrichtungen MIG-MAG angeordnet sind, so daß in dem Moment, in dem die Bedienungsperson die Schweißung unterbrechen will, die Generatorschaltungsanordnung keine Leistung abgibt. Der Block 99 hat die Punktion, in diesem Fall den integrierten Kreis 96a daran zu hindern, den Zündbefehl zu den gesteuerten Dioden weiterzugeben.

Die beschriebene Steuerschaltung 90 bildet die Rückführung eines Rückwirkungssystems mit geschlossener Schleife, in dem die Umwandlungseinrichtungen 30 den Steuerkreis bilden.

Die Generatorschaltungsanordnung ermöglicht es also der Bedingungsperson, über elektrische Ausgangskennlinien zu verfügen, die entsprechend dem durchgeführten Schweißvorgang wählbar sind, sowie Strom- und Spannungswerte, die den Bedingungen angepaßt sind, unter denen die Schweißung momentan durchgeführt wird. Wenn von der Bedienungsperson die günstigsten Spannungs- und/oder Stromwerte gewählt sind, hält die Generatorschaltungsanordnung, die als Regelkreis arbeitet, in jedem Moment die elektrischen Ausgangssignale unter Kontrolle und ändert die internen elektrischen Parameter derart, um auf Änderungen der Ausgangssignale bezüglich elektrischen BezugsSignalen, die von der Bedienungsperson aufgestellt werden, anzusprechen.

Aufgrund der Verwendung eines Generators mit veränderbarer Reluktanz, der eine Wechselspannung hoher Frequenz (von z.B. 2600 Hz) abgibt, sind die Ansprechzeiten der Generatorschaltungsanordnung bezüglich Änderungen der gesteuerten Ausgangssignale extrem schnell.

Bezugnehmend auf die Fig. 1, 9 und 11 ist ersichtlich, daß die Schaltungsanordnung auch die Erregerschaltung 70 umfaßt, deren Schaltungsaufbau im folgenden beschrieben wird.

Diese weist eine gesteuerte Einphasen-Diodenbrückenschaltung 71 auf, die am Eingang die Ausgangsspannung des Transformators 500 über die Leitungen 50b erhält. Die Zündbefehle der gesteuerten Diode 79 werden über Leiter 78a zugeführt. Die Brückenschaltung ist mit allen Einrichtungen versehen, die zu deren einwandfreien Funktionieren erforderlich sind, einschließlich der Kapazität 71a und das Widerstandes 71b, die ein Dämpfungsfilter für impulsförmige Überspannungen bilden. Hinter der Brückenschaltung 71 ist ein Filter 72 vorgesehen, das am Ausgang den Erregerstrom zu den Wicklungen 14 und 18 der Generatoren 10 und 10' über die Leitungen 14a liefert. Das Filter besteht aus der Induktivität 72b und den Kapazitäten 72a. Der Erregerwicklung 18a wird auch der von dem Umformer 80 erzeugte Strom über die Leitungen 80a und nach Gleichrichtung durch die Diode 72c zugeführt. Die Schaltung weist außerdem einen Speisekreis 73 auf, der aus einer Diodenbrückenschaltung 73a und den Filterkapazitäten 73b besteht. Die so erhaltenen positiven und negativen Spannungen dienen dazu, die elektrischen Kreise zu speisen. Der Block 74 besteht aus einem Differtialverstärker 74a, der eine Filterfunktion hat und der das Ausgangsstromsignal verstärkt, das über einen Nebenschlußwiderstand 77 abgenommen wird, und es von überlagerten Harmonischen filtert. Das Ausgangssignal des Verstärkers 74a wird zum Block 75 weitergeleitet, der aus einem Fehlersignalverstärker 75a besteht. Das Fehlersignal wird mit dem Bezugssignal verglichen, das über eine Zenerdiode 76 erhalten wird. Das Ausgangssignal des Fehlerverstärkers wird zum Block 78 geleitet, der aus einem integrierten Kreis 78c besteht und die Phasenverschiebung der gesteuerten Diode 79 reguliert. Die Synchronisierung der Zündbefehle der ge-

- as -

steuerten Dioden mit der Wechselspannung am Eingang der Brückenschaltung 79 wird mittels des Leiters 78b erreicht. Die Funktion der Kreise, die Teil der Erregerschaltung sind, besteht darin, bei Änderungen der Funktionsbedingungen der Generatorschaltungsanordnung den Erregerstrom an den Erregerwicklungen der Generatoren konstant zu halten.

Dies wird dadurch erreicht, daß der Zündzeitpunkt der gesteuerten Diode 79 bezüglich des natürlichen Zündzeitpunktes (Nulldurchgang der Wechselspannung am Eingang der Brückenschaltung) entsprechend der Größe des abgegebenen Erregerstroms, der über den Nebenschlußwiderstand 77 gemessen wird, verzögert wird.

Im Schaltbild der Generatorschaltungsanordnung der Fig. vergleiche hierzu den Phasenausgleichskondensator 3 im Block 50 im Nebenschluß zu der Leistungswicklung 15 des Generators 10'.

Die Wechselspannung wird über die Einphasen-Brückenschaltung 60 gleichgerichtet, die vier Dioden D4 bis D7, die Widerstände R6 und R7 und den Kondensator C8 zum Ausfiltern von Umschalt-Überspannungen aufweist. Die gleichgerichtete Spannung am Ausgang dient zur Versorgung von Zusatzgeräten bei Schweißvorgängen, zur Beleuchtung oder dergleichen während des Schweißens.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das im Blockschaltbild der Fig. 13 dargestellt ist, ist der Hilfsgenerator ein Asynchrongenerator 10". In Fig. 13 sind die gleichen Blöcke, die bezüglich Fig. ungeändert bleiben, mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Der Asynchrongenerator, dessen Aufbau einem bekannten normalen Käfig-Asynchronmotor sehr ähnlich ist, besteht aus einem Stator, in den die zur Erzeugung des Drehfeldes mittels Erregerkondensatoren bestimmten

-Verwicklungen eingesetzt sind, und aus einem Rotor, in dem geeignete Leitungen aufgenommen sind, deren Enden durch die freie Zirkulation der induzierten Ströme kurzgeschlossen werden. Der Rotor hat eine Drehgeschwindigkeit von 1500 oder 3000 U/min in Abhängigkeit von dem verwendeten Motor. Der vom Asynchrongenerator bei einer Industriefrequenz (50 oder 60 Hz) abgegebene Wechselstrom wird direkt für die Speisung verschiedener elektrischer Einrichtungen des Speisekreises und über vorzugsweise den Transformator 500 für die Speisung der Erregerschaltung 70' und der Steuerschaltung 90 verwendet.

Der kontinuierliche und konstante, von den Schweißvorgängen und im allgemeinen von der Erregung der Schaltungsanordnung unabhängige Strom, der am Ausgang der Erregerschaltung 70' erhalten wird, wird zur Erregerwicklung des einzigen Leistungsgenerators 10 geleitet. Die Funktion aller anderen Blöcke, die Teile des Ausführungsbeispiels der Fig. 13 bilden, insbesondere des Generators 10 mit veränderbarer Reluktanz und des elektronischen Umwandlungskreises 30, ist der anhand des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 beschriebenen gleich.

Fig. 14 ist ein Schaltbild, das sich auf das Blockschaltbild der Fig. 13 bezieht. Es ist daher analog dem Schaltbild der Fig. 9, und die ungeänderten Teile sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Im einzelnen zeigt Fig. 14, daß der Asynchrongenerator 10", der beim Beispiel einphasig ist, die Erregerkondensatoren C10 bis C12 aufweist, daß der abgegebene Hilfsstrom Netzfrequenz hat, und daß die Erregerschaltung 70' die Erregerwicklung des Leistungsgenerators 10 mit Gleichstrom speist.

Die Änderungen der elektronischen Kreise der Erregerschaltung 70' der Fig. 14 gegenüber dem Schaltbild der Fig. 11 brauchen nicht gesondert erläutert zu werden, da sie im wesentlichen darin bestehen, daß einer der

beiden Kondensatoren 72a und eine der beiden Dioden 72c weggelassen sind.

Die vorangegangene Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung geht auf der Schweißseite von der Abgabe des gleichgerichteten Stroms aus, den man aus dem einphasigen Wechselstrom am Ausgang des Leistungsgenerators gemäß der Erfindung erhält. Man kann aber den Schweißstrom auch durch Gleichrichten eines dreiphasigen Wechselstroms erhalten, der von drei Leistungsgeneratoren gemäß der Erfindung erhalten wird, die auf der gleichen Welle sitzen, wobei die Rotor- oder Statorzähne jedes Generators um 120 elektrische Grade zu denen der anderen beiden Generatoren phasenverschoben sind. In diesem Falle ist der elektrische Umwandlungskreis dreiphasig, d.h., er besteht aus drei Gleichrichterzweigen. Ein derartiger Umwandlungskreis kann teilweise gesteuert sein, wobei jeder der Zweige aus einer Diode und einer gesteuerten Diode besteht, oder vollkommen gesteuert sein, d.h., daß jeder Zweig aus zwei gesteuerten Dioden gebildet ist. Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch im Blockschaltbild der Fig. 15 gezeigt, in dem der Schweißstrom-Erregerzweig, der die Blöcke 10, 20, 30 und 40 umfaßt, ungeändert bleibt, während der Aufbau der Stromversorgungszweige für die Zusatzgeräte und für die Erregung des Leistungsgenerators durch Weglassen einiger Elemente vereinfacht ist, wie nachfolgend beschrieben wird.

Der Block 10' stellt den Erregergenerator dar, der veränderbare Reluktanz hat und der allgemein vom Leistungsgenerator getrennt ist, obwohl er auf der gleichen Welle des Motors M sitzen kann.

Die Leistungsabgabe des Erregergenerators 10' erfolgt über die Erregerschaltung 70, die die Einrichtungen zur

Umwandlung des Wechselstroms in in gleichgerichteten Strom enthält und der auch der von einem Umformer 80 abgegebene Strom zugeführt wird, um die Schaltungsanordnung in Betrieb zu halten. Der von der Erregerschaltung erhaltene Strom gelangt zu den Erregerwicklungen des Leistungsgenerators 10 und des Erregergenerators 10».

Die vom Leistungsgenerator erzeugte Spannung gelangt, nachdem sie die kapazitiven Phasenausgleichseinrichtungen 20 durchlaufen hat, zur Steuerschaltung 90, die auch die Spannungs- und Stromsignale der Leitung empfängt, die vom Ausgang des Leistungsgenerators zu den Schweißkreisen (Leiter 40a und 40b) führt. Außerdem ist ein Bogenschweiß-Handregler vorgesehen, der im Schaltbild durch den Block 100 angegeben ist. Ebenso sind ein Handregler für die Schweißspannung und/oder den -strom (Block 300) vorgesehen, die mittels eines Umschalters (Block 400) getrennt betätigbar sind. Weiterhin ist ein Fern-Handregler (Block 600) vorgesehen. Die Steuerschaltung 19 empfängt am Eingang auch eine Speisewechselspannung, die am Ausgangskreis des Erregergenerators 10^f abgenommen wird, und liefert am Ausgang Steuersignale für den elektronischen Umwandlungskreis 30. Es ist auch ein Block 10" vorgesehen, der den Hilfsstromgenerator bildet und vom endothermen Motor M betätigt wird und die nicht gezeigten Hilfseinrichtungen speist.

Unter Bezugnahme auf die folgenden Fig. 16 bis 18 werden nun die Einzelheiten eines Ausführungsbeispiels der elektrischen Schaltungsaufbaus des allgemeinen Schemas (Fig. 16),der elektronischen Steuerschaltung 90 (Fig. 17) und der elektronischen Erregerschaltung 70 (Fig. 18) bezüglich des Ausführungsbeispiels beschrieben, das im Blockschaltbild der Fig. 15 beschrieben ist. Wie für den Fall von zum Bogenschweißen verwendeten Umformern erwähnt, ist es erforderlich, die charakteristische Span-

So

m -

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nungs/Strom-Kennlinie entsprechend dem angewandten Schweißvorgang, und auch die Strom- oder Spannungswerte, die in den verschiedenen Schweißsituationen notwendig sind, vorher zu bestimmen, um elektrische Kennlinien mit konstantem Strom und elektrische Kennlinien mit konstanter Spannung zu erhalten.

Um derartige Kennlinien zu erhalten, müssen die Zündzeitpunkte der gesteuerten Dioden in geeigneter Weise gesteuert werden.

Hierzu ist bei dem Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung eine Steuerschaltung 90 vorgesehen, die am Eingang den Strom und die Spannung erhält, die hinter dem Filter 40 über die Leitungen 40a und 40b zur Verfügung stehen, die Signale, die vom Bogenschweiß-Handregler 100 kommen, die Signale, die vom Schweißstrom- und Spannungsregler 300 (Regler, die beim Ausführungsbeispiel zusammenfallen) über einen Umschalter 400 oder einen Fernregler 600 kommen, der an den Schweißeinrichtungen angeordnet ist, eine Synchronisier-Wechselspannung, die hinter der Phasenausgleichsschaltung 20 mittels der Leiter 20a abgenommen wird, und eine Speisewechselspannung, die vom Erregergenerator 10' mittels der Leiter 50a abgenommen wird.

Der Erregergenerator 10' hat eine Erregerwicklung 18 und drei Arbeitswicklungen für die Versorgung der Schaltung 90 über die Leiter 50a, 15b für die Zuführung des Erregerstroms zum Leistungsgenerator nach vorheriger Gleichrichtung in der Erregerschaltung 70, und 15c, die für den Selbsterregungsstrom des Generators 10' nach Bearbeitung in der Schaltung 70 sorgt.

Weiterhin ist ein Umformer 80 vorgesehen, der den Anlaßstrom des Erregergenerators liefert.

- ys -

Der Hilfsgenerator 10" ist bei diesem Beispiel ein Asynchrongenerator, dessen Aufbau einem normalen Käfig-Asynchronmotor sehr ähnlich ist und der aus einem Stator besteht, in den die Wicklungen eingesetzt sind, die zur Erzeugung des Drehfeldes mittels Erregerkondensatoren C10 bis C12 bestimmt sind, sowie aus einem Rotor, in dem geeignete Leiter aufgenommen sind, deren Enden untereinander durch die freie Zirkulation der induzierten Ströme kurzgeschlossen werden.

Der Generator hat eine Drehgeschwindigkeit von 1500 oder 3000 U/min in Abhängigkeit von dem verwendeten Motor. Der vom Asynchrongenerator mit Netzfrequenz (50 oder 60 Hz) abgegebene Wechselstrom wird direkt für die Speisung der verschiedenen elektrischen Einrichtungen der Schweißschaltung verwendet.

Die Steuerschaltung 90 ist in Fig. 17 in einer bevorzugten Ausführungsform gezeigt und besteht aus im folgenden beschriebenen Blöcken.

Die vom Erregergenerator 10' abgenommene Spannung wird im der Speisung dienenden Block 91 über eine Diodenbrückenschal tung 91c gleichgerichtet, mit Kondensatoren 91d gefiltert, mittels integrierter Spannungsregler 91a und 91b auf einen festen positiven bzw. negativen Wert eingestellt und danach mittels Kondensatoren 91e gefiltert. Die Spannungswerte, die erhalten werden und die mit p, wenn positiv, und mit n, wenn negativ, bezeichnet sind, dienen zur Speisung der die Schaltung bildenden elektronischen Kreise. Das dem abgegebenen Schweißstrom proportionale Signal gelangt über die Leiter 40b zu einem Differentialverstärker/Filter 92, dem Widerstände und Kondensatoren in bekannter und nicht weiter beschriebener Weise zugeordnet sind. Vom Block 92 wird dieses Signal verstärkt und die überlagerten Harmonischen werden ausgefiltert.

Das Schweiß-Ausgangsspannungssignal erreicht über die Leiter 40a den Verstärker 93ι dem Widerstände und Kondensatoren in bekannter und nicht weiter beschriebenen Weise zugeordnet sind. Dieses Signal wird nach Filterung mittels des Kondensators 93a verstärkt und zu dem Teiler 94 geleitet, der aus den Widerständen 94a bis 94c besteht, wo es algebraisch zum vom Block kommenden Stromsignal addiert wird. Die Diode 93b bewirkt entsprechend dem Wert des Widerstandes des Blocks 93j daß das Spannungssignal die algebraische Summe nur für Ausgangsspannungen unter den Werten der NEMA-Bezugskurve beeinflußt.

Außerdem sind in der algebraischen Summe zwischen dem Stromsignal und dem Spannungssignal in Abhängigkeit vom Kurzschlußwert, mit dem der Schweißbogenregler 100 beaufschlagt wird, unterschiedliche Gewichtungen vorhanden. Das Ausgangssignal des Teilers 94 wird dem Eingang des Fehlerverstärkerblocks 95 zugeführt, der aus dem Impendanzanpassungseinrichtung 95a und dem Verstärker 95b besteht, denen Widerstände und Kondensatoren in bekannter und nicht weiter beschriebener Weise zugeordnet sind. Das Strom/Spannungs-Ausgangssummensignal wird nun mit dem Strombezugssignal des Teilers, der aus dem Block 95c und dem Schweißstrom-Handregler 300 besteht, verglichen.

Das Fehlersignal, das am Ausgang des Blocks 95 verstärkt wird, wird dem Block 996 zugeführt. Beim Block 996 kommt auch das dem Strom des Blocks 92 proportionale Signal an, das zum Verstärker 996b gelangt, dem Widerstände und Kondensatoren in bekannter und nicht weiter beschriebener Weise zugeordnet sind. Dieses Signal wird mit dem maximalen Strombezugssignal des Teilers 996c verglichen. Das Signal am Ausgang des Verstärkers 996a wird über die Diode 996e zusammen mit dem Signal des Blocks 95 über die Diode 996a dem integrierten Kreis 96a über den Teiler

³³ 3020572

996d zugeführt, der Teil des Blocks 96 zur Phasenausgleichsregulierung bildet. Dem integrierten Kreis 96a wird außerdem das Synchronisiersignal mit den gesteuerten Dioden des Umwandlungskreises 30 über die Leiter 20a und den Transformator 98a zugeführt.

Entsprechend dem Wert des Fehlersignals sendet der integrierte Kreis 96a den Zündbefehl zu den beiden gesteuerten Dioden nach Verstärker und galvanischer Isolierung über die Transistoren 97 und den Transformator 98 mit einer Verzögerung, die bezüglich des natürlichen Umschaltzeitpunktes der gesteuerten Dioden reguliert ist. Entsprechend der von der Bedienungsperson gewählten Stellung am Schweißstromregler 300 oder am Bogenschweißregler 100 erhält man die gewünschten Ausgangskennlinien für die Elektroden-Schweißvorgänge.

Wenn man eine Schweißung mit Draht durchführen will, muß der Umschalter 400 betätigt werden, damit der Bogenschweißregler 100 automatisch gesperrt wird, der Schweißstrom-Handregler 300 zum Schweißspannungsregler wird und das vom Teiler 94 kommende Signal durch das vom Block 998 kommende ersetzt wird.Der Block 998 bewirkt, daß das Spannungssignal die algebraische Summe mit dem Strom beeinflußt,der direkt vom Block 92 kommt, und zwar unabhängig vom Ausgangsspannungswert.

Die Leiter 90b am Eingang des Blocks 99 werden mit der Steuerdrucktaste 700 verbunden, die an den MIG-MAG-Schweißeinrichtungen angeordnet ist, damit zu dem Zeitpunkt, zu dem die Bedienungsperson sich zu einer Unterbrechung des Schweißvorganges entscheidet, die Generatorschaltungsanordnung keine Leistung abgibt. Der Block 99 hat die Funktion, in diesem Falle den integrierten Kreis 96a daran zu hindern, den Zündbefehl zu den gesteuerten Dioden zu leiten.

- IB -

Die beschriebene Steuerschaltung 90 bildet die Rückführung in einem Gegenwirkungssystem mit geschlossener Schleife, in dem die Umwandlungseinrichtungen 30 den gesteuerten Kreis bilden.

Die Generatorschaltungsanordnung der Erfindung entsprechend den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen hat in höherem Maße alle von einem Schweißumformer geforderten Eigenschaften zum Schweißen von Kreisen für das elektrische Bogenschweißen.

Insbesondere ermöglichen es die Verwendung eines Leistungsgenerators mit veränderbarer Reluktanz, der einen Wechselstrom hoher Frequenz, 2600 Hz bei den beschriebenen Beispielen, abgibt, zusammen mit der Verwendung des elektronischen Umwandlungskreises, ausgezeichnete statische und dynamische Kennlinien für das Schweißen mit Elektroden oder mit Schweißdraht zu erhalten.

Die Einheit aus dem elektronischen Umwandlungskreis und den elektronischen Kreisen der Steuerschaltung bilden einen geschlossenen Regelkreis, der mit hoher Frequenz arbeitet und auf Änderungen während des Speisens der Strom- und/oder Spannungssignale bezüglich der von der Bedienungsperson festgelegten Bezugswerte in sehr kurzer Zeit unter 10 ms, vorzugsweise unter 5 ms, anspricht. Diese Ansprechzeiten führen zu Ansprechzeiten, die um das 10- bis 30-fache niedriger als diejenigen sind, die mit Schweißumformern erzielt werden, die als Leistungsgenerator einen mit Netzfrequenz (50 bis 60 Hz) arbeitenden Generator verwenden.

Außerdem ermöglicht es die Verwendung eines Leistungsgenerators mit veränderbarer Reluktanz einen Schweißumformer mit gegenüber einer Maschine, die leistungsmäßig einen mit Netzfrequenz arbeitenden Generator verwendet, mit geringerem Ausmaß und geringerem Gewicht zu schaffen.

Man kann daher bei der Herstellung und im Betrieb eine wesentliche Einsparung erzielen.

Claims

KATXM · KLUNKER · SCHMITT -NILSON. HIRS(JM IkTENTANWÜTE P ELROPEAN BOTCNTATTOKNRS 3520572 K22710/7 MOSA S.p.A. Viale Europa 59 I - CUSAGO Umformergruppe Ansprüche

1.] Umformergruppe zur Erzeugung elektrischer Energie mit Gleichstrom, insbesondere zur Speisung von elektrischen Bogenschweißkreisen und insbesondere zum Elektrodenschweißen oder Schweißen mit Schweißdraht, gekennzeichnet durch einen elektrischen Leistungsgenerator (10) mit veränderbarer Reluktanz, kapazitiven Phasenausgleichseinrichtungen (20) und einem elektronischen Kreis (30) zur Umwandlung von Gleichstrom in gleichgerichteten Strom mit automatischer Regulierung vorzugsweise mit Phasenausgleich, sowie mit Einrichtungen zur Energieerzeugung für die Versorgung von Zusatzeinrichtungen.

2. Umformergruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die kapazitiven Einrichtungen (20) derart dimensioniert sind, daß die Steigung der charakteristischen Spannungs/Strom-Kennlinie des Generators (10) auf wenigsten einem wesentlichen Teil derart verringert wird, daß ein Zustand mit

konstanter Spannung näherungsweise erreicht wird.

3. Umformergruppe nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet , durch Steuereinrichtungen (90) zur Änderung der Ausgangskennlinie des Leistungsgenerators (10) in Abhängigkeit von Schweißspannungs- und Stromsignalen während des Betriebs der Umformergruppe als Gleichstromquelle für die Speisung von Kreisen für das elektrische Bogenschweißen.

4. Umformergruppe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3i gekennzeichnet durch Antriebseinrichtungen zum Antrieb des Generators, die derart ausgebildet sind, daß der vom Generator (10) erzeugte Wechselstrom in Relation zur Anzahl dessen Pole eine Frequenz von wenigstens 2000 Hz erhält.

/ 5. Umformergruppe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch induktive und/oder kapazitive Nivellierungs- und/oder Filterkreise, die in den Ausgang des Umwandlungskreises (30) geschaltet sind.

6. Umformergruppe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Umwandlungskreis (30) gesteuerte Halbleiterventile aufweist.

7. Umformergruppe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Halbleiterventile gesteuerte Dioden sind, die eine Abschaltzeit von weniger als 40 ius haben.

8. Umformergruppe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Hilfsgenerator (10') mit veränderbarer Reluktanz,

in Form eines Synchrongenerators, eines Asynchrongenerators ι oder von anderer Art.

ORIGINAL. INSPECTED

352ÜW2 i

9. Umformergruppe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der vom Hilfsgenerator (10¹) erzeugte Strom vor der Gleichrichtung als Erregerstrom für den Leistungsgenerator (10) und auch für den Hilfsgenerator (ΙΟ¹) verwendet wird, wenn dieser eine veränderbare Reluktanz hat.

10. Umformergruppe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerkreis (70) des Hilfsgenerators (10¹) Einrichtungen zum Transformieren und Gleichrichten des erzeugten Stromes aufweist.

11. Umformergruppe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß der Hilfsgenerator (1O^!) veränderbare Reluktanz hat, und daß die Erregerwicklungen des Leistungsgenerators (10) und des Hilfsgenerators (10¹) in Reihe geschaltet und über die Gleich- m richtereinrichtungen von dem vom Hilfsgenerator (10¹) ^% erzeugten Strom gespeist werden.

12. Umformergruppe nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch elektronische Kreise, um den den Erregerwicklungen des Leistungsgenerators (10) und des Hilfsgenerators (10¹) unabhängig von den Schweißbedingungen zugeführten Gleichstrom im wesentlichen konstant zu halten.

13. Umformergruppe nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 12, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Abnehmen von Gleichstrom vom Hilfsgenerator zum Speisen verschiedener Kreise der Schweißkreise.

14. Umformergruppe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeich-

j NACHGEREICHT

Neue Patentansprüc15:

15. umformergruppe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerkreis des Leistungsgenerators (10) im Nebenschluß eine oder mehrere Kondensatoren aufweist.

net, daß der Erregerkreis des Leistungsgenerators (10) im Nebenschluß eine oder mehrere Kondensatoren aufweist.

16. Umformergruppe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch einen oder mehrere Kondensatoren parallel zu den Anschlüssen der Erregerwicklung des Leistungsgenerators.

17. Umformergruppe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Umwandlungskreis (30) wenigstens eine asymmetrische gesteuerte Diode aufweist.

18. Umformergruppe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Umwandlungskreis (30) wenigstens einen Transistor aufweist.

19. Umformergruppe nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtungen zur Änderung der Ausgangskennlinie des Leistungsgenerators Schaltkreiselemente aufweisen, um Spannungs- und Stromsignale vom Ausgang zu empfangen, der den Schweißkreis steuert, sowie Schaltkreiselemente, um es der Bedienungsperson zu ermöglichen, wahlweise abwechselnd oder gleichzeitig die Spannung und/oder den Strom der Schweiß-Spannungs/Strom-Kurve vorzubestimmen, bestimmte Schweißvorgänge einzufügen, den maximalen Strom zu begrenzen und den Betrieb des Umwandlungskreises zu unterbrechen.

20. Umformergruppe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die getrennte Anordnung eines Erregergenerators für den Leistungsgenerator und den Hilfsgenerator zum Speisen

der Zusatzeinrichtungen, wobei die Generatoren von der gleichen Antriebsquelle, jedoch getrennt voneinander und vom Leistungsgenerator angetrieben sind.

21. Umformergruppe nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß der unabhängige Erregergenerator veränderbare Reluktanz hat.

22. Umformergruppe nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß der Erregergenerator selbsterregend ist.

23. Umformergruppe nach einem oder mehreren der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeich net, daß der Erregergenerator eine Erregerwicklung und drei Arbeitswicklungen aufweist, eine für die Erregung des Leistungsgenerators, eine für die Selbsterregung und eine für die Speisung der elektronischen Umwandlungskreise .

24. Umformergruppe nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß der Hilfsgenerator ein Synchron- oder ein Asynchrongenerator ist.

25. Umformergruppe nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet , daß der Ausgangsstrom des Hilfsgenerators Netzfrequenz hat.