ELECTRIC ENERGY SOURCE FOR A RESISTANCE WELDING MACHINE

Abstract: The electric energy source for a resistance-welder comprises a static reversing device, a welding transformer, and a first static frequency converter (10) comprised of semiconductor elements, of which the output alternating voltage has a frequency and a pulse wave-form different from the frequency and the pulse wave-form of the supply voltage provided to the reversing device. In order to vary on a large range the pulse wave-form, the amplitude and the pulse ratio, the source comprises at least a second frequency converter (11) mounted in parallel on the first frequency converter (10) and of which the output alternating voltage may be added, in phase synchronism, to the output alternating voltage of the first frequency converter (10) in the primary circuit of the welding transformer (12).

Description: Elektrische Energiequelle für eine Widerstandsschweissmaschine Die Erfindung betrifft eine elektrische Energiequelle mit einem statischen Inverter und einem Schweisstransformator für eine Widerstandsschweissmaschine, wobei ein erster statischer, mittels Halbleiterelementen aufgebauter Frequenzumrichter verwendet ist, dessen Ausgangswechselspannung eine Frequenz und Impulsform aufweist, die verschieden von der Frequenz und Impulsform der dem Inverter zugeführten Speisespannung ist. Eine derartige Energiequelle ist bereits in der DE-OS 16 13 730 beschrieben. Mittels dieser Energiequelle werden höherfrequente Schweissströme erzeugt, deren Impulsform einem Rechteck bzw. einem Quadrat angenähert ist. Die Einrichtung arbeitet jedoch nur in begrenztem Masse zufriedenstellend, da die Impulsform nur in engen Grenzen beeinflusst werden kann. Eine Regelung der übertragenen Schweissenergie ist bei der bekannten Energiequelle nicht vorgesehen. Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Energiequelle anzugeben, bei der die lmpulsform, die Amplitude und das Impuls -Pause-Verhältnis des Schweissstromes in weiten Grenzen variierbar sind und den jeweiligen Erfordernissen während des Schweissvorganges folgen können. Diese Aufgabe ist gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass parallel zu dem ersten Frequenzumrichter mindestens ein zweiter Frequenzumrichter geschaltet ist, und dass die Ausgangswechselspannung des mindestens zweiten Frequenzumrichters phasensynchron zu der Ausgangswechselspannung des ersten Frequenzumrichters im Primärkreis des Schweisstransformators addierbar ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den nachgeordneten Ansprüchen 2 bis 9 zu entnehmen. Durch den Aufbau der Energiequelle mit mindestens zwei gleichartigen Frequenzurrrichtern, deren Ausgangswechselspannungen in dem Primärkreis eines Schweisstransformators phasensynchron addierbar sind, können Impulsformen mit sehr hohen Flankensteilheiten erreicht werden. Ein exakter Schweissbeginn und ein genaues Schalten des Schweissendes sind hierdurch möglich. Weiterhin erlaubt die hohe Flankensteilheit des Schweissstromanstieges in dem Sekundärkreis des Schweisstransformators ein Schwei ssen mit sehr niedriger Frequenz auch bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten. Die Reversierung des Schueissstromes gelingt in einer vernachlässigbar kurzen Zeit, so dass die Frequenz nahezu keinen Einfluss auf die Qualität der Schweissnaht hat. Durch die Wahl einer niederen Frequenz des Schweissstromes (unterhalb von f = 100 Hz) werden Verluste durch induk 5 tive Wirbelströme weitgehend vermieden. Die Stromregelung, wie sie in den Ansprüchen 7, 8 angegeben ist, ermöglicht eine genaue Dosierung der Schweissenergie. Da die Frequenzumrichter gleichartig aufgebaut sind, können in einfacher Weise so viel Frequenzumrichter parallel geschaltet werden, wie für einen schnellen Stromanstieg bzw. für eine schnelle Reversierung erforderlich sind. Anhand einer Zeichnung ist nachfolgend ein Beispiel einer erfindungsgemässen elektrischen Energiequelle in Form eines Blockschaltbildes und eines Spannungs- und Stromdiagrammes näher erläutert. In Fig. 1 ist eine elektrische Energiequelle gezeigt, die prinzipiell aus einem ersten Frequenzumrichter 10 und einem zweiten Frequenzumrichter 11 aufgebaut ist. Die Ausgänge der beiden Frequenzumrichter 10, 11 sind auf den Primärkreis eines Schwelsstransformators 12 geschaltet, während deren Eingänge mit einer Netzspannung von z. 3. 3 x 380 V Drehstrom beaufschlagt sind. Die Netzspannung gelangt über Trenntransformatoren 13, 14 auf übliche Gleichrichterbrücken 15, 16, die eine Gleichspannung erzeugen, mittels derer die eigentlichen Wechselrichterstufen, je bestehend aus einer Transistorsteuerstufe 17, 18 und einer Thyristorleistungsstufe 19, 20 gespeist werden. Der Aufbau und die Funktion der beiden letztgenannten Stufen sind grundsätzlich aus der DE-OS 23 36 429 bekannt. Die erfindungsgemässe Energiequelle weist weiterhin einen Schweissstromregler 21 und einen Frequenzregler 22 auf, die Bestandteil einer nicht näher dargestellten Steuerungselektronik sind. Der Schweissstromregler 21 ist mit einer Rückführung verbunden, die eine Strom-Istwert-Erfassung entweder im Sekundärkreis oder im Primärkreis über einen Messwertumsetzer 23, 24 ermöglicht. Der Frequenzregler 22 bestimmt nach Vorgabe de Frequenz des Schweissstromes, der über Elektrodenrollen 25 und das dazwischenliegende, in der Zeichnung nicht dargestellte Schweissgut fliesst. Mit Hilfe der Fig. 2 soll die prinzipielle Funktion einer vorhergehend beschriebenen Energiequelle erläutert werden. Im Diagramm Fig. 2a ist die am Primärkreis des Schweisstransformators 12 anliegende Spannung u1 dargestellt, während in Fig. 2b der zugehörige Schweissstrom i2 im Sekundärkreis des Schweisstransformators 12 gezeigt ist. Mit einem der Frequenzumrichter 10, 11 kann ein Spannungsimpuls bestimmter Länge und Amplitude erzeugt werden. Die phasensynchrone Addition zweier derartiger Spannungsimpulse ergibt im vorliegenden Beispiel den Anfang, bei dem der Schweissstrom i2 im Sekundärkreis zu fliessen beginnt. Der Schweissstrom gelangt in sehr kurzer Zeit auf seine eingestellte Amplitude, die über den Schweissstromregler 21 konstant gehalten wird. Um den Schweissstrom während einer Halbwelle auf dem konstanten Wert zu halten, werden von den Frequenzumrichtern 10, 11 wechselweise Spannungsimpulse erzeugt, die im Sekundärkreis eine amplitudenmässig geringe Modulation des Schweissstromes i2 mit relativ hoher Frequenz bewirken. Nach Ablauf der ersten Halbwelle des rechteckförmigen Schweissstromes i2 werden wieder beide Frequenzumrichter 10, 11 phasensynchron und additiv auf den Primärkreis des Schweisstransformator8 12 geschaltet (siehe Fig. 2a), so dass eine Reversierung des Schweissstromes i2 in vernachlässigbar kurzer Zeit erfolgt. Die weitere Funktion ergibt sich jetzt aus dem Vorherbeschriebenen. Mittels der erfindungsgemässen Energiequelle können Schweissströme erzeugt werden, die nahezu Gleichstromcharakter bezogen auf eine zu schweissende Zarge aufweisen, also auch zur Durchführung des Verfahrens nach der europäischen Patentanmeldung 81100873.9 geeignet sind. Hierzu ist die erfindungsgemässe Ausgestaltung des Schweisstransformators, wie er im Anspruch 9 beschrieben ist, zu beachten. Schweissströme mit höherer Frequenz, z. B. Netzfrequenz, können ebenfalls erzeugt werden, wobei der Einfluss der Frequenz des Schweissstromes auf die Qualität der Schweissnaht in Abhängigkeit von der Produktionsgeschwindigkeit (Schweissgeschwindigkeit) ohne Bedeutung ist.

Claims: Patentansprüche: 1. Elektrische Energiequelle mit einem statischen Inverter und einem Schweisstransformator (12) für eine Widerstandsschweissmaschine, wobei ein erster statischer mittels Halbleiterelementen aufgebauter Frequenzumrichter (10) verwendet ist, dessen Ausgangswechselspannung eine Frequenz und Impulsform aufweist, die verschieden von der Frequenz und Impulsform der dem Inverter zugeführten Speisespannung ist, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu dem ersten Frequenzumrichter (10) mindestens ein zweiter Frequenzumrichter (11) geschaltet ist, und dass die Ausgangswechselspannung des mindestens zweiten Frequenzumrichters (11) phasensynchron zu der Ausgangswechselspannung des ersten Frequenzumrichters (10) im Primärkreis des Schweisstransformators (12) addierbar ist. 2. Elektrische Energiequelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplituden der Ausgangswechselspannungen der Frequenzumrichter (10, 11) variierbar sind. 3. Elektrische Energiequelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude der Ausgangswechselspannung des ersten Frequenzumrichters (10) variierbar ist, und dass die Amplitude der Ausgangswechselspannung der weiteren Frequenmurichter (11) konstant ist. 4. Elektrische Energiequelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplituden der Ausgangswechselspannungen der Frequenzumrichter (10, 11) konstant sind. 5. Elektrische Energiequelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Impuls-Pause-Verhältnisse der Ausgangswechselspannungen der Frequenzumrichter (10, 11) variierbar sind. 6. Elektrische Energiequelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsformen der Ausgangswechselspannungen der Frequenzumrichter (10, 11) rechteckförmig sind. 7. Elektrische Energiequelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärkreis des Schweiss transformators (12) mit einem Messwertuiiisetzer (23) beschaltet ist, dessen dem Istwert des Schweissstromes (12) proportionales Ausgangssignal einem Schweissstromregler (21) zugeführt ist, und dass der das Stellsignal führende Ausgang des Schweissstromreglers (21) mit den Frequenzumrichtern (10, 11) verbunden ist. 8. Elektrische Energiequelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärkreis des Schweisstransformators (12) mit einem Messwertumsetzer (24) beschaltet ist, dessen dem Istwert des Schweissstromes (i2) proportionales Ausgangssignal einem Schweissstromregler (21) zugeführt ist, und dass der das Stellsignal führende Ausgang des Schweissstromreglers (21) mit den Frequenzumrichtern (10, 11) verbunden ist. 9. Elektrische Energiequelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweisstransformator (12) für eine ¯niere übertragbare Grenzfrequenz ausgelegt ist, die wesentlich durch das Verhältnis der Fördergeschwindigkeit zur Länge der Zargen bestimmt wird, und dass die Blechung aus weichmagnetischem Material in einem Umfang dimensionert ist, die eine Bestimmung des Arbeitspunktes auf der magnetischen Kennlinie im B/H-Diagramm zu Beginn des linearen Bereiches erlaubt.

Inventors: BELAMARIC, ZELIMIR
Applicants: L. SCHULER GMBH
Application year: 1981
Main classification: B23K11
IPC codes: B23K11, H02M7