CONTROLLED WELDING MODULATOR

Abstract: 1. A regulated single-phase or three-phase a.c. welding timer wherein the welding current is regulated in dependence upon factors of influence relating to welding, with the aid of electronic switches (14, 15) arranged in a primary circuit of a welding transformer (1) and switched antiparallel, where the electronic switches (14, 15) arranged in the primary circuit of the welding transformer (1) form the regulating element in a closed regulating circuit and where a control unit (19) for the electronic switches (14, 15) is arranged between the regulator (16) and the regulating element, characterised in that the electronic switches (14, 15) forming the regulating element are so designed that they can be repeatedly switched on and off during positive or negative half-waves of the single-phase or three-phase a.c. current, that the regulating magnitude is formed by the regulator (16) to which is fed the instantaneous value of the factor of influence as an actual value and with the respective value of a course, predetermined with respect to time, of the factor of influence within a half-wave as a theoretical value, and that there is provided the control unit (19) which serves to repeatedly switch on and off the electronic switches (14 and 15) forming the regulating element during a half-wave.

Description: Geregelter Schweisstakter Die Erfindung bezieht sich auf einen geregelten Schweiss takter, bei dem mit Hilfe von im Primärkreis eines Schweisstransformators liegenden elektronischen Schaltern der Schweiss strom in Abhangigkeit elektrischer Einflussgrössen geregelt wird, wobei die im Primärkreis des Schweisstransformators liegenden elektronischen Schalter das Stellglied in einem geschlossenen Regelkreis bilden und zwischen Regler und Stellglied eine Steuerung für die elektronischen Schalter vorgesehen ist. Ein geregelter Schweisstakter dieser Art ist beispielsweise durch die DE-OS 22 19 229 bekannt geworden. Bei diesem wird als Einflussgrösse die Leistung benutzt. Hierbei werden der Strom und die Spannung kontinuierlich gemessen und multipliziert. Die Multiplikationsgrössen werden für die Zeitdauer einer oder mehrerer Halbwellen integriert und am Ende der Integrationszeit einer Regelvorrich & g zugeführt, welche über eine Fhasenanschnittssteuerung die das Stellglied bildenden elektronischen Schalter ansteuern. Bei diesem und anderen bekannten Schweisstaktern kann die Stellgrösse frühestens erst für die folgende Halbwelle wirksam werden. Ausserdem wird durch Verstellen des Phasenanschnitts die Stromzeit, die Amplitude und die Strompause zwischen den Halbwellen geändert. Aus diesem Grunde ist dieses Prinzip für Kurzzeitschweissungen mit wenigen Perioden nicht sinnvoll, weil in diesem Falle eine gemessene Regelgrösse, z.B. der Effektivwert oder der Sch#itel- wert des Stroms von einer Halbwelle, am Ausgang des Reglers nur eine einmal wirksame feste Stellgrösse für den Phasenanschnitt frühestens für die folgende Halbwelle liefert. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen ge geregelten Schweisstakter der eingangs beschriebenen Art derart auszubilden, dass die Regelzeitkonstante praktisch beliebig klein gehalten werden kann, so dass-auch bei extrem kurzen Schweisszeiten und beliebig grossen Schweissleistungen eine wirksame Regelung möglich ist. Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die das Stellglied bildenden elektronischen Schalter während der Stromzeit mehrmals ein- und ausgeschaltet werden, dass die-Stellgrösse von einem Regler gebildet wird, dem als Istwert t der Momentanwert der Einflussgrösse und als Sollwert der jeweilige Wert eines zeitlich vorgegebenen Verlaufs der Einflussgrösse zugefu¯hrt sind und dass zwischen Regler und Stellglied eine Steuerung zum Ein- und Ausschalten der das Stellglied bildenden elektronischen Schalter vorgesehen ist. Vorzugsweise sind die elektronischen Schalter mit einer wesentlich kleineren Pulszeit als der Schweissstromzeit ein- und ausschaltbar, so dass während jeder Halbwelle bzw. während der gesamten Schweisszeit die Schweissleistung mehrmals verstellt werden kann, wobei sich die Charakteristik des Ist-Stromverlaufs mit steigender Zahl der Verstellmöglichkeiten dem Soll-Stromverlauf immer besser nähert. Vorzugsweise wird die kontinuierliche Verstellung und Regelung während einer Periode mit antiparallel geschalteten gepulsten Gleichstromstellern oder durch Leistungstransistoren im gepulsten Schalterbereich vorgenommen. Als Schweisstransformator kann auch ein Wechsel- oder Drehstromtransformator mit Gleichrichter verwendet sein. Das Prinzip des gepulsten Schalterbetriebs ist auch für Regelschaltungen bei Kondensator-Impulsschweissmaschinen, bei Gleichrichterpunktschweissmaschinen, bei Frequenzwandler- und Wechselrichter-Schweissmaschinensteuerungen einsetzbar. Anhand der Zeichnun & -#An der mehrere Ausführungsbei- spiele im Prinzip dargestellt sind, wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1a eine Periode der Netzspannung, Figur Ib eine Periode des angeschnittenen Schweissstroms, Figur 1c den Verlauf des Schweissstroms bei Pulsregelung gemäss der Erfindung, Figur 2 einen Schweisstakter mit Phasenanschnittregelung gemäss Figur Ib, Figur 3 eine Schaltungsanordnung mit Regelung über zwei antiparallel geschaltete Gleichstromsteller zur Durchführung der Regelung nach Figur 1 c und Figur 4 einen transistorgeregelten Schweisstakter zur Durchführung des in Figur 1c dargestellten Regel prinzips für eine Halbwelle. In Figur 1a ist der Verlauf einer Periode 2T der Netzspannung dargestellt. Hierbei ist mit vollen Linien die Sollspannung U5011 und mit gestrichelten Linien die Istspannung Uist dargestellt. Wie Figur ib zeigt, beginnt infolge der Phasenanschnittsteuerung der Schweiss strom erst bei t1 zu fliessen. Hierbei ist mit vollen Linien der Sollwert 15011 und mit gestrichelten Linien der Istwert 1ist dargestellt. Mit Te ist die Stromzeit bezeichnet. Da Soll- und Istwert nicht übereinstimmen, muss die Regelung eingreifen. Da der Istwert kleiner als der Sollwert ist, muss der Zündzeitpunkt vorverlegt werden und zwar von t1 nach t'1. Damit ändert sich die Stromzeit von Te auf Te'. Dies ist in Figur Ib für die negative Halbwelle dargestellt. Es ergibt sich somit ein Verlauf des Schweissstromes 11ist' wie in Figur 1b mit gestrichelten Linien dargestellt ist. Wie zuvor bereits ausgeführt worden ist, kann man durch Verändern des Phasenanschnitts eines Wechselstrom- oder Drehstromtakters sinnvoll nur grössere Schweisszeiten (viele Perioden) regeln, weil die Regelung erst frühestens für die folgende Halbwelle (in Figur 1b für die negative Halbwelle) wirksam werden kann. Wie aus Figur 1b weiter zu ersehen ist, werden durch Verstellen des Phasenanschnitts ausser der Stromzeit(von Te auf Te') auch noch die Amplitude (Scheitelwert) und der Effektivwert des Schweissstromes geändert. Figur 2 zeigt das Prinzip eines auf diese Weise geregelten Schweisstakters. Mit 1 ist ein an sich bekannter Schweisstransformator bezeichnet, dessen Primärwicklung 1a über antiparallel geschaltete Thyristoren 2 und 3 mit Klemmen 13 verbunden ist, an welche eine Wechselstromquelle gelegt ist. Die Thyristoren 2 und 3 werden wechselweise über eine Steuerung 4 von einem Regler 5 angesteuert. Der Regler 5 erhält minen Sollwert von einem Sollwertgeber 6, der netzsynchronisert ist, wie durch die beiden Leitungen 7 angedeutet ist. Als Sollwert kann der Schweissstrom, die Schweissspannung, die Schweissleistung und/oder der Schweisswiderstand vorgegeben sein. Die Sekundärwicklung 1b ist mit Schweisselektroden 8 und 9 verbunden, zwischen denen die zu verschweissenden Teile 10 eingelegt sind. Die Schweisselektroden 8 und 9 werden mit einer bestimmten vorgegebenen Kraft gegen die zu verschweissenden Teile 10 gepresst. Mit 11 ist ein Stromwandler angedeutet, der den Istwert des Stromes liefert. Dieser wird über eine Leitung 12 dem Regler 5 zugeführt. Der Regler 5 vergleicht den Sollwert mit dem Istwert des Schweissstroms und bestimmt dadurch den Öffnungszeitpunkt t1 der Thyristoren 2 und 3 gemäss Figur 1b. Wie bereits eingangs erw#qiit, kann die Stellgrösse des Reglers 5 der Steuerung 4 erst für eine der folgenden Halbwellen wirksam werden. Dies ergibt eine relativ grosse Regelzeitkonstante, so dass dieses Regelungsprinzip nur dann einsetzbar ist, wenn vu den Schweissvorgang eine grössere Zahl von Stromw wellen sinnvoll sind. Bei kürzeren SchweiEzoen tnuss die Regelzeitkonstante so klein sein, dass während jeder Halbwelle bzw. während der gesamten Schweisszeit die Schweissleistung mehrmals verstellt werden kann. Dies wird gemäss der Erfindung durch einen gepulsten Schalterbetrieb ermöglicht, und zwar durch öfteres Ein- und Ausschalten der elektronischen Schalter. Das Prinzip einer solchen-Schaltung ist in Figur 3 dargestellt. Der wesentliche Unterschied gegenüber der Schaltung nach Figur 2 besteht darin, dass die elektronischen Schalter 2 und 3 durch zwei antiparallel geschaltete Gleichstrom steller 14 und 15 ersetzt sind Gleichstromsteller sind beispielsweise beschrieben in dem Taschenbuch ?1Hüttefl Elektrische Energietechnik, Bd. 2, Geräte, 29. Auflage, S. 118-124. Hierbei kann der Schweisstransformator 1 den für die Strom- und Spannungetransformation bei Gleichstromstellern erforderlichen magnetischen Energiespeicher bilden. Die Gleichstromsteller 14 und 15 in Figur 3 können beliebige Löschzweige aufweisen, wodurch sich ein unterschiedliches Verhalten des Gleichstromstellers 13 erzielen lässt. Vorzugsweise enthalten sie Thyristoren und zwar neben einem Hauptthyristor noch einen Löschthyristor. Auf diese Weise ergeben sich dann verschiedene Steuerungsmöglichkeiten. So kann beispielsweise eine Pulsbreitensteuerung dadurch erzielt werden, dass die Puls-Pausenzeit konstant gehalten wird, während die Einschaltzeit zwischen Zünden des Hauptthyristors und Zünden des Löschthyristors verändert wird. Bei einer Pulsfolgesteuerung wird die Einschaltzeit zum Zünden des Hauptthyristors und zum Zünden des Löschthyristors konstant gehalten, während die Puls-Pausenzeit verändert wird. Besonders vorteilhaft ist jedoch, wenn die Gleichstromsteller nach Art einer Zweipunktregelung arbeiten. Bei dieser werden die Zünd- und Löschzeitpunkte vom Augenblickswert der Einflussgrösse, z.B. des Stroms oder der Spannung, abhängig gemacht. Der Löschthyristor wird dann gezündet, wenn der Strom oder die Spannung einen vorgegebenen Sollwert überschreitet, während der Hauptthyristor gezündet wird, wenn der Sollwert unterschritten wird. Eine solche Regelung ist beispielsweise in Figur 1c dargestellt. Mit 1ist ist der nicht geregelte Schweissstrom bezeichnet. Mit einer ausgezogenen Linie 1soll wird ein bestimmter Sollwert des Schweissstroms vorgegeben, um den dann der Istwert 11ist des Stromes pulsierend schwankt¯ Wie bei dem Ausführrngsb ei spiel nach Figur 2 wird auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 über einen Stromwandler 11 der Istwert des Schweissstroms gemessen, der einem Regler 16 zugeführt wird, welcher hier jedoch von einem Kurvenform-Sollwertgeber 17 seinen Sollwert erhält. Der Sollwertgeber 17 muss bei einem Wechselstromtakter ebenfalls mit der Netzspannung synchronisiert werden, was durch Leitungen 18 angedeutet ist. ueber eine Steuerung 19 erhalten die Gleichstromsteller 14 und 15 ihre entsprechenden SteuerungsbeSehle. Das gleiche Prinzip kann auch bei Drehstromtaktern für Frequenzwandler- oder Gleichrichtermaschinen verwendet werden. Auch können anstelle von Thyristoren Ignitrons oder Thyratrons oder auch Leistungstransistoren verwendet werden, die im Schalterbetrieb arbeiten. In Figur 4 ist eine Schaltungsanordnung dargestellt, bei der beispielsweise die Gleichstromsteller 14 und 15 gemäss Figur 3 durch einen oder mehrere parallelgeschaltete Leistungstransistoren 20 ersetzt sind. Hierbei wird der Drehstrom R, S. T über Dioden 21 gleichgerichtet und damit eine Kondensatorbatterie 22 aufgeladen. Dabei wird der Strom, wie bei einem Halbwellentakter oder Kondensatortakter, uber eine bestimmte Zeit primärseitig auf den Schweisstransformator 1 geschaltet, wobei durch Pulsen der Leistungstransistoren 20 der geregelte Gleichstrom vorgegebener Impulsform erzeugt wird. Bei dieser Version kann die Schweisszeit nur kurz sein, wegen der begrenzten Spannungszeitfläche des Schweisstrnnsformators. Deshalb kann es hiervon Vorteil sein, einen gepulsten Wechselrichter in Mittelpunkt- oder Brückenschaltung als Stellglied in einem geregelten Takter zum Widerstandschweissen zu verwenden. 7 Patentansprüche 4 ¯Figuren

Claims: Patentansprüche 1. Geregelter Schweisstakter, bei dem mit Hilfe von im Primärkreis eines Schweisstransformators liegenden elektronischen Schaltern der Schweissstrom in Abhängigkeit elektrischer Einflussgrössen geregelt wird, wobei die im Primärkreis des Schweisstransformators liegenden elektronischen Schalter das Stellglied in einem geschlossenen Regelkreis bilden und zwischen Regler und Stellglied eine Steuerung für die elektronischen Schalter vorgesehen ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die das Stellglied bildenden elektronischen Schalter (14 und 15, 20) während der Stromzeit mehrmals ein- und ausschaltbar sind, dass die Stellgrösse von einem Regler (19) gebildet wird, dem als Istwert der Momentanwert der Einflussgrösse und als Sollwert der jeweilige Wert eines zeitlich vorgegebenen Verlaufs der Einflussgrösse zugeführt sind und dass zwischen Regler (19) und Stellglied eine Steuerung zum Ein- und Ausschalten der das Stellglied bildenden elektronischen Schalter (14 und 15, 20) vorgesehen ist. 2. Schweisstakter nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass als elektronische Schalter (14 und 15) löschbare Stromrichterventile verwendet sind, die nach Art von Gleichstromstellern arbeiten. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass als Schweisstransformator ein Wechsel- oder Drehstromtransformator mit Gleichrichter verwendet ist. 4. Anordnung nach einem der Anspruche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die elektronischen Schalter (14, 15, 20) mit einer wesentlich höheren Pulsfrequenz als der Netz- bzw. Schweisspulsfrequenz schaltbar sind. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die elektronischen Schalter aus Thyristoren (14 und 15) oder Leistungstransistoren (20) bestehen, die über die Steuerung von einem Momentanwertregler (19) ihre Ein- und Ausschaltbefehle erhalten. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e- n n z e i c h n e t , dass der gepulste Schweissstrom von Gleich-, Wechsel- oder Drehstromquellen kommt 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch g e k en n z e i c h n e t , dass als Gleichstromquelle eine geladene Kondensatorbatterie (20) verwendet ist.

Inventors: HOESTERMANN, KARL-ERNST, DIPL.-ING.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1980
Main classification: B23K11
IPC codes: B23K11