DE3534595A1

DE3534595A1 - Stromversorgung zum lichtbogenschweissen

Info

Publication number: DE3534595A1
Application number: DE19853534595
Authority: DE
Inventors: Akihiko Amagasaki Hyogo Iwata; Joshiaki Katou; Masanori Nagoya Aichi Mizuno
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1984-09-28
Filing date: 1985-09-27
Publication date: 1986-04-17
Also published as: GB2165376A; GB2165376B; US4665299A; GB8523916D0

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Stromversorgung zum Lichtbogenschweißen.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Schaltbild einer elektrischen Schaltung einer herkömmlichen Stromversorgung zum Lichtbogenschweißen. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine 3-Phasen-Wechselspannungsquelle. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet eine erste Gleichrichterschaltung zur Umwandlung des 3-phasigen Eingangssignals in eine Gleichspannung. Das Bezugszeichen 2a bezeichnet einen Glättungskondensator. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Inverter oder Wandler zur Um-

H-

Wandlung der Gleichspannung in eine zerhackte Wechselspannung. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet einen Ausgangstran sforma tor zum Heruntertransformieren der zerhackten Wechselspannung. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet eine zweite Gleichrichterschaltung zur Umwandlung der heruntertransformierten zerhackten Wechselspannung in eine Gleichspannung, wobei an die zweite Gleichrichterschaltung 5 eine Siebdrossel 6 angeschlossen ist. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Schweißlast. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet einen Strommeßfühler zur Abtastung des Stromes der Schweißlast. Das Bezugszeichen 9 bezeichnet einen Impulsbreitenmodulator. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet eine PID-Stromsteuerung zur Steuerung des Stromes in der Weise, daß das Ausgangssignal des Strommeßfühlers 8 mit einem nachstehend beschriebenen ersten Stromsollwert übereinstimmt, d.h. eine Stromsteuerung, die eine Wichtung eines Signals proportional zum Eingangssignal, einem integrierten Signal und einem differenzierten Signal vornimmt, diese Signale addiert und den addierten Wert als Ausgangssignal liefert. Das Bezugszeichen 11 bezeichnet eine erste Sollwert-Geberschaltung.

Bei einer herkömmlichen Stromversorgung zum Lichtbogenschweißen mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird das 3-phasige Eingangssignal von der Wechseispannungsquelle 1 mit der ersten Gleichrichterschaltung 2 in eine Gleichspannung umgewandelt. Die umgewandelte Gleichspannung wird von dem Inverter bzw. Wandler 3 in die zerhackte Wechselspannung umgewandelt und dann mit dem Ausgangstransformator 4 heruntertransformiert, woraufhin sie von der zweiten Gleichrichterschaltung 5 und der Siebdrossel 6 in eine Gleichspannung umgewandelt wird. Die umgewandelte Gleichspannung wird dann der Schweißlast 7 zugeführt. Die PID-Stromsteuerung 10 wird so betrieben, daß das vom Strommeßfühler 8 zur Abtastung des Stromes der Schweißlast 7 rückgekoppelte Ausgangssignal mit dem Ausgangssignal der ersten Sollwert-Geberschaltung 11

.:"■■. - 353A595

übereinstimmt. Das Ausgangssignal der PID-Stomsteuerung 10 wird einer Impulsbrextenmodulierung von dem Impulsbreitenmodulator 9 unterworfen und dann dem Wandler 3 zugeführt.

Da die PID-Stromsteuerung 10 eine leichte Ansprechverzögerung bei Änderungen der Schweißlast 7 aufweist, überschreitet der Ausgangsstrom den Sollwert in der in Fig. dargestellten Weise, wenn sich die Schweißlast 7 abrupt ändert, d.h. vom Lichtbogen in einen Kurzschluß übergeht. Somit wird keine geeignete Stromwellenform gebildet, und aufgrund des hohen Stromes wird der Lichtbogen aus dem Kurzschluß momentan neu gezündet, was dafür sorgt, daß das Schweißen unstabil wird, so daß die Übertragung des Schweißtropfens unregelmäßig wird. Außerdem kann dann, wenn der Strom den Sollwert beim Kurzschluß stark überschreitet, der Wandler 3 beschädigt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Stromversorgung zum Lichtbogenschweißen anzugeben, mit der das Schweißen in stabiler Weise erfolgen kann und keine Schädigung des Wandlers durch den Strom beim Kurzschluß auftritt.

Gemäß der Erfindung wird eine Stromversorgung zum Lichtbogenschweißen angegeben, mit der eine Wechselspannung in eine Gleichspannung umgewandelt, die Gleichspannung von einem Wandler in eine Wechselspannung umgewandelt, die Wechselspannung von einem Ausgangstransformator heruntertransformiert, die heruntertransformierte Wechselspannung in eine Gleichspannung umgewandelt und die Gleichspannung einer Schweißlast zugeführt werden. Die Stromversorgung weist dabei eine erste Sollwert-Geberschaltung zur Vorgabe eines ersten Stromsollwertes V₁, der dem Schweißstrom entspricht, eine Stromsteuerung zur Steuerung des Stromes entsprechend dem ersten Stromsollwert V₁, eine zweite Sollwerte-Geberschaltung zur Vorgabe eines zweiten Stromsollwertes V„ zur Erfüllung oder Einhaltung einer vorgegebenen Stromwellenform bei einer plötzlichen

Laständerung, sowie eine schnellwirkende Stromsteuerung auf, um den Strom in Abhängigkeit von dem zweiten Stromsollwert V_ zu steuern.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 ein Schaltbild einer herkömmlichen Stromversorgung zum Lichtbogenschweißen;

eine schematische Darstellung einer Stromwellenform zur Erläuterung der Wirkungsweise der Stromversorgung gemäß Fig. 1;

ein Schaltbild zur Erläuterung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgung;

eine schematische Darstellung einer Stromwellenform zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Stromversorgung gemäß Fig. 3;
25

Fig. 5 ein schematisches Schaltbild zur Erläuterung einer ersten Sollwert-Geberschaltung gemäß Fig. 3;

ein Diagramm der Wellenform der Ausgangsspannung der Schaltung gemäß Fig. 5;

ein Schaltbild zur Erläuterung einer PID-Stromsteuerung gemäß Fig. 3;

Fig. 8 ein Schaltbild zur Erläuterung einer Strom-Stromsteuerung gemäß Fig. 3;

	Fig.	2
15
	Fig.	3
20
	Fig.	4

30	Fig.	6
	Fig.	7
35

Fig. 9 ein Zeitdiagramm der Schaltung gemäß

Fig. 8; und in

Fig. 10 ein Schaltbild zur Erläuterung einer zweiten Sollwert-Geberschaltung gemäß Fig. 3.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung werden durchgehend gleiche Bezugzeichen und Symbole für gleiche oder entsprechende Teile verwendet. Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Stromversorgung zum Lichtbogenschweißen, wobei die Bezugszeichen 1-11 gleiche Baugruppen wie in der Schaltung gemäß Fig. 1 bezeichnen. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet eine zweite Sollwert-Geberschaltung zur Vorgabe eines zweiten Strom-Sollwertes V₂, wobei die zweite Sollwert-Geberschaltung 12 den ersten Stromsollwert V₁ als Ausgangssignal von der ersten Sollwert-Geberschaltung 11 erhält und als Ausgangssignal einen zweiten Stormsollwert V« liefert. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet eine schnellwirkende Stromsteuerung, die den zweiten Stromsollwert V₂ als Ausgangssignal der zweiten Sollwert-Geberschaltung 12 sowie das Ausgangssignal des Impulsbreitenmodulators 9 erhält und ein Treibersignal für den Wandler 3 liefert.

Nachstehend wird die Wirkungsweise der Ausführungsform gemäß Fig. 3 näher erläutert. Der zweite Stromsollwert V₂ wird von der zweiten Sollwert-Geberschaltung 12, die als Eingangssignal den ersten Stromsollwert V₁ erhält, auf einen Wert eingestellt, der etwas höher ist als der erste Stromsollwert V₁, wie es Fig. 4 zeigt. Mit anderen Worten, der Schweißstrom wird normalerweise von der PID-Stromsteuerung 10 in Abhängigkeit vom ersten Stromsollwert V₁ gesteuert. Da jedoch die PID-Stromsteuerung 10 eine Ansprechverzögerung besitzt, kann die PID-Stromsteuerung 10 den Schweißstrom dann nicht entsprechend dem ersten Stromsollwert V₁ steuern, wenn die Last sich plötzlich ändert, und insbesondere dann, wenn ein übergang vom

S .

Lichtbogen zum Kurzschluß stattfindet. Genauer gesagt, der Schweißstrom hat die Tendenz, über den ersten Stromsollwert V₁ hinaus weiter anzusteigen, aber wenn der Schweißstrom den zweiten Stromsollwert V„ erreicht, wird die sehr rasch wirkende Stromsteuerung 13 wirksam, um beispielsweise den Schweißstrom bei dem zweiten Stromsollwert V_ abzuschneiden, und zwar durch die Zerhackerwirkung des Wandlers 3. Wenn einige Zeitperioden verstrichen sind, spricht die PID-Stromsteuerung 10 an, und der Schweißstrom stimmt schließlich mit dem ersten Stromsollwert V₁ überein. In Fig. 4 sind die Perioden, in denen die schnell wirkende Stromsteuerung 13 arbeitet, mit T₁ und T» bezeichnet, und die PID-Stromsteuerung 10 steuert den Schweißstrom während der übrigen Perioden.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform verwendet die Stromsteuerung eine Impulsbreitenmodulierungs-Stromsteuerung. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese spezielle Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise können auch andere Stromsteuerungen bei der erfindungsgemäßen Stromversorgung zum Einsatz gelangen.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird bei dem Stromsteuerungs-'Rückkopplungssystem eine PID-Steuerung verwendet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese spezielle Ausführungsform beschränkt, beispielsweise können auch andere Steuerungen eingesetzt werden.

Wenn bei der oben beschriebenen Ausführungsform die schnellwirkende Stromsteuerung 13 das Ausgangssignal der PID-Stromsteuerung 10 erhält, so ist die Erfindung nicht auf diese spezielle Ausführungsform beschränkt. Vielmehr braucht die erfindungsgemäße Stromsteuerung dieses Signal nicht unbedingt zu erhalten.

Fig. 5 zeigt ein Schaltbild einer Ausführungsform der ersten Sollwert-Geberschaltung 11 gemäß Fig. 3. Diese Sollwert-Geberschaltung 11 weist einen Rechteckwellen-

q .

Impulsgenerator 14 und einen Addierer 15 auf, um einen Gleichspannungswert V zu addieren. Der addierte Gleichspannungswert V entspricht dem Basisstrom beim Impuls-

schweißen.

Fig. 6 zeigt schematisch das Ausgangssignal V- der ersten Sollwert-Geberschaltung 11, wobei der addierte Gleichspannungswert V ebenfalls eingetragen ist.

Fig. 7 zeigt ein Schaltbild zur Erläuterung einer PID-Stromsteuerung 10 gemäß Fig. 3. Ein Fehlerverstärker 16 ist einerseits an einen Proportional-Verstärker 17 und andererseits an einen Integral-Verstärker 18 angeschlossen, deren Ausgangssignale einem Addierer 19 zugeführt werden, dessen Ausgangssignal wiederum einem Impulsbreitenmodulator 9 zugeführt wird, der das Ausgangssignal V liefert. In der PID-Stromsteuerung 10 werden die Fehler bzw. Abweichungen der Spannungen V₁ und V. proportional und integral verstärkt und addiert, woraufhin der addierte Wert einer Impulsbreitenmodulation unterworfen wird.

Fig. 8 zeigt ein Schaltbild einer Ausführungsform einer schnell wirkenden Stromsteuerung 13 gemäß Fig. 3, während Fig. 9 ein Zeitdiagramm der Signale in der Schaltung gemaß Fig. 8 zeigt.

Die Stromsteuerung 13 gemäß Fig. 8 erhält von dem Impulsbreitenmodulator 9 das Signal V , das an einem Inverter 22 anliegt. Der Ausgang des Inverters 22 ist mit einem Inverter 23, einem weiteren Inverter 24, dem ersten Eingang eines UND-Gatters 28, dem ersten Eingang eines weiteren UND-Gatters 29 sowie dem Takteingang eines JK-Flipflops 111 verbunden.

Ein Komparator 25 erhält zwei EingangsSignale V₂ und V. von der zweiten Sollwert-Geberschaltung 12 bzw. dem Strommeßfühler 8 und liefert ein Ausgangssignal Z , das über einen Inverter 26 am zweiten Eingang des UND-Gatters 28

-JS-

sowie über einen weiteren Inverter 27 am zweiten Eingang des UND-Gatters 29 anliegt. Die Ausgänge der UND-Gatter 28 und 29 sind mit S bzw. T bezeichnet und mit den Eingängen S bzw. R eines Flipflops 112 verbunden. Dabei ist zwischen den Ausgang S des UND-Gatters 28 und den Eingang S des Flipflops 112 ein Hochpaß, bestehend aus Kondensator 34 und Widerstand 35, geschaltet. Parallel zum Widerstand 35 ist eine Schutzdiode 36 vorgesehen. Der Ausgang T des UND-Gatters 29 ist direkt mit dem Eingang R des Flipflops 112 verbunden.

Am Ausgang Q des Flipflops 112 liegt das Ausgangssignal U an. Der Ausgang Q des Flipflops 112 ist mit dem einen Eingang eines UND-Gatters 30 und mit dem einen Eingang eines weiteren UND-Gatters 31 verbunden. Der andere Eingang des UND-Gatters 30 ist mit dem Ausgang des Inverters 23 verbunden, der andere Eingang des UND-Gatters 31 ist mit dem Ausgang des Inverters 24 verbunden. Der Q-Ausgang des Flipflops 112 ist außerdem über einen Tiefpaß, bestehend aus einem Widerstand 38 und einem Kondensator 39, an den J-Eingang und K-Eingang des JK-Flipflops 111 angeschlossen.

Der Q-Ausgang des JK-Flipflops 112 ist an den einen Eingang eines UND-Gatters 32 angeschlossen, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des UND-Gatters 30 verbunden ist. Der Q-Ausgang des JK-Flipflops 111 ist mit dem einen Eingang eines UND-Gatters 33 verbunden, dessen anderer Eingang an den Ausgang des UND-Gatters 31 angeschlossen ist.

Die Ausgangssignale an den Ausgängen der beiden UND-Gatter 32 und 33 sind mit X bzw. Y bezeichnet und werden dem Wandler 3 der Stromsteuerung gemäß Fig. 3 zugeführt.

Bei der Stromsteuerung 13 gemäß Fig. 8 arbeitet das JK-Flipflop 111 stets in der Weise, daß die Ausgangssignale X und Y abwechselnd erzeugt werden, um eine unregelmäßige Magnetisierung zu verhindern. Das Flipflop 112 unter-

-Ji

bricht den Wandler, wenn das abgetastete Ausgangssignal

V. höher ist als der Stromsollwert V_, um eine sogenannte Zerhackerwirkung auszuüben.

Die zweite Sollwert-Geberschaltung 12 ist in Fig. 10 dargestellt. Mit einem Addierer 40 wird ein Gleichspannungswert V, zu dem ersten Sollwert V₁ addiert. Das Ausgangssignal V, des Addierers 40 wird einem Filter 100 zugeführt, der einen Tiefpaß, bestehend aus einem Widerstand 41 und einem Kondensator 43 aufweist, wobei eine Diode 42 parallel zum Widerstand 41 geschaltet ist. Das Ausgangssignal der zweiten Sollwert-Geberschaltung 12 ist mit V„ bezeichnet. Der Tiefpaß des Filters 100 liefert ein Signal mit steilerem Anstieg und langsameren Abfall.

Der Filter 100 ist vorgesehen, um die Verzögerung der PID-Stromsteuerung 10 zu berücksichtigen.

Bei der vorstehend beschriebenen Stromversorgung gemäß der Erfindung wird der Stromwert, der der Schweißlast geliefert wird, von der zweiten Sollwert-Geberschaltung 12 gesteuert, die das Ausgangssignal der ersten Sollwert-Geberschaltung 11 erhält und den zweiten Stromsollwert liefert. Die schnell wirkende Stromsteuerung 13 wird mit dem zweiten Stromsollwert von der zweiten SoIlwert - Geberschaltung beaufschlagt. Dadurch erfolgt ein Abschneiden durch den zweiten Stromsollwert, so daß der erste Stromsollwert möglichst nicht überschritten wird. Auch wenn sich die Schweißlast beim MIG-Schweißen plötzlich ändert, kann ein vorgegebener Strom durch die Last fließen, so daß ein stabiles Schweißen gewährleistet und eine Beschädigung des Wandlers verhindert werden.

- Leerseite -

Claims

Patentanspruch

Stromversorgung zum Lichtbogenschweißen, mit einer ersten Gleichrichterschaltung (2) zur Umwandlung einer Wechselspannung in eine Gleichspannung, mit einem Wandler (3) zur Umwandlung der Gleichspannung in eine Wechselspannung, mit einem Ausgangstransformator (4) zum Heruntertransformieren der Wechselspannung, mit einer zweiten Gleichrichterschaltung (5) und einer Siebdrossel (6) zur Umwandlung der heruntertransformierten Wechselspannung in eine Gleichspannung, und mit einer Schweißlast (7), an der die Gleichspannung anliegt,
gekennzeichnet durch

■2-

eine erste Sollwert-Geberschaltung (11) zur Vorgabe eines dem Schweißstrom entsprechenden ersten Stromsollwertes (VJ , eine Stromsteuerung (10) zur Steuerung des Schweißstromes auf den ersten Stromsollwert (V.), eine zweite Sollwertgeberschaltung (12) zur Vorgabe eines zweiten Stromsollwertes (V₂), der höher ist als der erste Stromsollwert (V₁), und eine schnell wirkende Stromsteuerung (13), die als Eingangssignale den Stromwert bei der plötzlichen Änderung des Schweißstromes beim übergang vom Lichtbogen zu einem Kurzschluß sowie den zweiten Stromsollwert (V-) erhält, um den Wandler (3) in der Weise zu steuern, daß der der Schweißlast (7) gelieferte Strom den zweiten Stromsollwert (V₂) nicht überschreitet.