DE2251375C2 - Einrichtung zum Ausgleichen von Schwankungen einer Speise-Wechselspannung - Google Patents

Description

richtung, so daß es insbesondere beim Punktschweißen, bei dem nur sehr kurze Stromstöße erzeugt werden müssen, immer wieder zu Schwierigkeiten kommt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Ausgleich von Schwankungen einer Speise-Wechselspannung der angegebenen Gattung zu schaffen, bei der auch die Schwankungen der Speise-Wechselspannung ausgeglichen werden, die unmittelbar nach Beginn der leitenden Phase des Gleichrichters auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf, daß die anliegende Spannung immer konstant ist, und zwar selbst dann, wenn sich die Speise-Wechselspannung ändern sollte; dies ist insbesondere beim Punktschweißen wesentlich, wenn mit gleichmäßiger Qualität und hoher Zuverlässigkeit gearbeitet werden muß.

Dabei kompensiert das aktive Filter <Jic duroh die Einschaltvorgänge hervorgerufenen, bei einer vorübergehenden Belastung auftretenden Änderungen der Speise-Wechselspannungen; diese Kompensation von Änderungen ist sogar dann möglich, wenn Abweichungen von der üblichen Sinus-Form auftreten sollten.

Der Phasenschieber ermöglicht die Einstellung der momentanen Speisespannung, wobei auch die obenerwähnte Nacheilung vollständig beseitigt werden kann.

Diese Vorteile werden mit geringem schaltungstechnischen Aufwand erreicht, so daß die Herstellungskosten dieses Zusatzaggregates gering sind und nur selten Störungen auftreten.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert, wozu auf die Zeichnungen Bezug genommen wird. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung;

F i g. 2 zur Erläuterung der Betriebsweise der Einrichtung gemäß der Erfindung die Beziehung zwischen der Größe der Speisespannung, der Größe und der Phasenverschiebung der festgestellten Spannung der Größe des gleichgerichteten Stroms und der Phase:

Fig.3 die Schaltung der Ausführungsform von F i g. 1; und

F i g. 4 die mittels des Filters erhaltene Arbeitsweise der Einrichtung gemäß der Erfindung.

In den Fig. I und 3 ist ein Phasenschieber 1 mit Anschlüssen 3, Sa der Speiseschaltung 2 verbunden, um schön im voraus die Phasenverschiebung der Speise-Wechsdspannung feststellen zu können. Weiterhin weist die Schaltung ein Tiefpaß- oder ein Bandpaßfilter 4 auf, um den Durchgang hoher Frequenzen zu verhindern. Weiterhin weist die Einrichtung einen Bezugsspannungsgenerator 5, einen Vergleicher 6 zum Vergleich der Ausgangsspannung des Filters 4 und der Bezugsspannung des Bezugsspannungsgenerators 5, einen Differentialverstärker 7 zur Verstärkung des Ausgangssignals des Vergleichers (Komparator) 6, einem Impulsgenerator 8 zum Umwandeln des Ausgangssignals des Verstärkers 7 in Impulse, einen in der Speiseschaltung 2 vorgesehenen spannungsgesteuerten Gleichrichter 9, insbesondere einen Thyristor, sowie einen Zeitgeber 10 zur Abgabe eines Schweißsignals auf. Wenn der Zeitgeber 10 noch nicht in Betrieb ist, wird kein Impulsausgan,,' an dem lmpulsgener;,.'or 8 erzeugt. Schließlich ist in der Einrichtung noch eine Torschaltung 11 vorgesehen, die das Steuersignal nur in Durchlaßrichtung zu dem spannungsgesteuerten Gleichrichter 9 durchläßt

Im folgenden wird anhand von F i g. 2 die Arbeitsweise der Einrichtung erläutert
Wenn die Speisewechselspannung einen Nenn- oder Sollwert von »v« hat, dann fließt ein Schweißstrom / in der leitenden Phase öder Energiequelle. Wenn dann dia Speisespannung (Speise-Wechselspannung) auf den Wert Vi vermindert wird, wird die leitende Phase θ\ der Energiequelle so festgelegt, daß der Schweißstrom /Ί auf

ίο denselben Effektivwert wie der Strom / kommen kann. Wenn dagegen die Speisespannung auf den Wert v-i zunimmt, ist die leitende Phase θι der Energiequelle so festgelegt, daß der Schweißstrom h. auf denselben Effektivwert wie der Strom /kommen kann.

Der Phasenschieber t und das Filter 4 sind so angeordnet, daß die Ausgangsspannung des Filters 4 um einen festen Winkel λ gegenüber der Speisespannung mittels des Phasenschiebers 1 verschoben werden kann; die Ausgangsspannung des Filters 4 kann dann gegenüber den Speisespannungen v. V₁, *_} proportional e. ei, ei werden.

Der Bezugsspannungsgenerator 5 und der Phasenschieber 1 sind so eingestellt, daß der Schnittpunkt der Ausgangsspannung des Filters 4 und der Bezugsspannung E₀ jeweils α + β = θ-, α + β\ = θ\ bzw. α + βϊ = &2 wird; der Phasenvoreilwinkel der Ausgangsspannung des Filters 4 ist so eingestellt, daß er gleich oc ist Der Zeitgeber 10 wird in Abhängigkeit von diesem Schnittpunkt betrieben, um die leitende Phase des spannungsgesteuerten Gleichrichters, insbesondere des Thyristors, durch Erzeugen eines Impulses in dem Impulsgenerator 8 zu steuern; der effektive Schweißstrom kann hierdurch dann immer konstant gehalten werden. Wenn nämlich die Speisespannung auf den Wert V\ vermindert wird, wird die leitende Phase des spannungsgesteuerten Gleichrichters, insbesondere des Thyristors 9, auf θι vergrößert; wenn dagegen, die Speisespannung auf den Wert vi zunimmt, wird die leitende Phase des spannungsgesteuerten Gleichrichters 9, insbesondere des Thyristors auf Θ2 verringert. Hierdurch kann dann der effektive Schweißstrom immer konstant gehalten werden, ohne daß eine Änderung der Speisespannung vorgenommen werden muß.

In Fig.3 ist der Aufbau der Schallung, die in Fig. 1 als Blockschaltbild wiedergegeben ist. im einzelnen dargestellt. In Fig.3 weist der Phasenschieber 1 einen Transformator Ti, den veränderlichen Widerstand VR\, den Kondensator Q und den Widerstand R\ auf. Mittels des Phasenschiebers 1 kann die Phase der Speisespannung durch Stellen des veränderlichen Widerstands V7?i von 0 bis 180° verschoben werden. Das Filter 4 besteht au* einem Transistor 7h, den Widerständen Ri, R-y, R*, Λ5. R_b und Ry. sowie Kondensatoren Ci und Cy, in dem Ausführungsbeisoiel handelt es sich um pin Tiefpaßfilter.

Der Bezugsspannungsgenerator 5 weist eine Gleichspannungsquelle E\, eine Diode D\ für eine konstante Spannung, einer, veränderlichen Widerstand VW₂ sowie Widerstände Rg. /?<» und Rw auf. Der Widerstand R» dient der Stromregelung.

Der Vergleicher 6 und der Differentialverstärker 7 weisen Transistoren Th und Th, Dioden D? und D>. Widerstände /?ii bis /?i(, und eine Gleichspannungsquelle Ei auf. Der Impulsgenerator 8 besteht aus einem Transistör T/4, einem Impulstransformator Tj, einem Widerstand Ru und einem Kondensator G: der Ausgang des Vergleichers 6 fließt über den Kondensator C₄ und der mittels des Differenzverstärker verstärkte Signal-

strom gelangt an die Basis des Transistors Τγϊ, die Impulsspannung wird an der Sekundärseite des Impulstransformators Tj erzeugt. Der spannungsgesteuerte Gleichrichter 9 besteht aus zwei gesteuerten Siliziumgleichrichtern SCRi und SCRi. die antiparallel geschaltet sind. Der Zeitgeber 10 weist als wesentliches Element einen Transistor Tr^ auf; nur wenn ein Signal an den Transistor 7h abgegeben wird, liegt eine Ausgangsspannung an dem Impulstransformator 7? an. Die Torschaltung 11 besteht aus zwei Steuerdioden Dt und D% sowie aus Widerständen Au bis Rm der Widerstand /?w ist zwischen die Steuerelektrode und die Kathode des gesteuerten Siliziumgleichrichters SCRx geschaltet; der Widerstand /?2i ist zwischen die Steuerelektrode und die Kathode des gesteuerten Siliziumgleichrichters SCR} geschallet. Weiterhin sind in der Schaltungsanordnung der F i g. 3 noch ein Schweißtransformator T₁ sowie ein .Vollweggleichrichter 12 vorgesehen.

Ijt» folgenden wird anhand von F i g. H der Unterschied zwischen der Schaltungsausführung, wo das FiI-ter 4 verwendet ist. und der Schaltungsausführung', in der kein Filter 4 verwendet ist, im einzelnen erläutert.

Wenn das Filter 4 nicht verwendet ist, wird der spannungsgesteuerte Gleichrichter 9. insbesondere der Thyristor in dem Schnittpunkt leitend, wo sich der Ausgang A des Phasenschiebers 1 und die Bezugsspannung £0 schneiden, d. h. zum Zeitpunkt f|.

Wenn andererseits der Schweißstrom zum Zeitpunkt ti abgeschaltet bzw. gesperrt wird, weist der Ausgang A des Phasenschiebers 1 die Kurvenform auf, wie sie in jo F i g. 4 dargestellt ist. Auch wenn die Speisespannung B durch den Betrieb bzw. das Einschalten einer weiteren Schweißmaschine zum Zeitpunkt t₂ plötzlich gesenkt wird, und wenn die vorübergehende, durch die weitere Schweißmaschine hervorgerufene Belastung zum Zeitpunkt U wieder entfernt wird, ergibt sich dieselbe Kurve. Wenn daher die Speisespannung zeitweilig und plötzlich nach dem Zeitpunkt /1 verringert wird, nimmt dadurch der Schweißstrom stark ab.

Wenn aber das Tiefpaßfilter 4 oder auch ein Bandpaßfilter verwendet wird und wenn dann die Speisespannung zeitweilig nach dem Zeitpunkt Λ geändert wird, können die durch die Kurve C wiedergegebenen Kennwerte erhalten werden; die Änderung der Speisespannung nach dem Zeitpunkt fi wird nunmehr ebenfalls berücksichtigt. Wenn das Filter 4 verwendet wird, kann demnach die durch einen Einschaltvorgang hervorgerufene, vorübergehende Änderung der Speisespannung von der nächsten Periode der Speisespannungswelle vollständig kompensiert bzw. ausgeglichen werden.

In der obigen Beschreibung ist die Kompensation bzw. der Ausgleich der Speisespannung für eine Schweißmaschine erläutert worden; die Erfindung kann aber selbstverständlich auch zur Kompensation und Regelung von Speisewechselspannungen in einem größeren Anwendungsbereich angewendet werden. Die gleiche Wirkung wird auch erhalten, wenn Triacs oder Ignitrons anstelle der gesteuerten Siliziumgleichrichter SCRi und SCR2 verwendet sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Einrichtung zum Ausgleichen von Schwankungen einer Speise-Wechselspannung

   a) mit einem spannungsgesteuerten, primärseitig in Reihe zu einem Speiseiransformator liegenden Gleichrichter,

   b) mit einem an die Speise-Wechselspannung angeschlossenen Phasenschieber zur Einstellung einer festen Phasenverschiebung und damit einer festen leitenden Phase in Abhängigkeit vom eingestellten Stromwert und mit

   c) einem Komparator zur Steuerung der leitenden Phase des Gleichrichters in Abhängigkeit von dem Vergleich zwischen der Speise-Wechselspannung und einer Bezugsspannung.

   gekennzeichnet durch

   d) die Hintereinanderschaltung des Phasenschiebers (1), eines Filters (4) und des !Comparators

   c) wobei das Filier (4) ein aktives Tiefpaß- oder Bandpaßfilier ist.

   Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Ausgleichen von Schwankungen einer Speise-Wechselspannung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

   Eine solche Einrichtung ist aus K-r US-PS 23 93 884 bekannt. Sie kann insbesondere bei Schweißgeräten, speziell bei Punktschweiß-Geräten, eingesetzt werden.

   Im allgemeinen hängt das Ergebnis einer Punktschweißung, die mit einer Widerstands-Schweißmaschine durchgeführt wird, von der durch das zu schweißende Material abgegebenen Joule'schen Wärme ab, d. h, von den durch die im folgenden angeführte Formel gegebenen Faktoren:

   (Schweißstrom)² · (Widerstand des zu schweißenden Materials + Widerstand zwischen der Elektrode und dem zu schweißenden Material) · (Stromflußzeit).

   Als wichtiger Faktor bei der Bestimmung des Punktschweißergebnisses kann daher der Schweißstrom angesehen werden. Selbst wenn die Speisespannung geändert wird, läßt sich infolgedessen bei konstantem Schweißstrom das Schweißergebnis erheblich verbessern.

   Bei einer bekannten Regeleinrichtung für Widerstands-Schweißmaschinen wird der Widerstandswert eines veränderlichen Widerstandes mittels eines Motors geändert, dessen Drehzahl der Stärke des Schweißstroms entspricht. Eine Änderung des Widerstandes hat dann eine Änderung des Zündwinkels von Stromrichtern zur Folge, die auf der Primärscitc des Schweiß-Iransforinalors angeordnet sind. Weil bei dieser bekannten Einrichtung die von der Stärke des Schweißstroms abhängende Drehzahl des Motors für die Verlcjiiing des Zi'mil/eiipunktes der Stromrichter verwendet wird, kommt es /u einem zeitlichen Nachlauf, mi daß diese Regeleinrichtung nicht für Schwcißgeriile geeignet ist. bei denen der Schweißvorgang in einigen wenigen Zyklen der Speisespannung durchgeführt wird (DE-PS 6 44 534).

   Bei einer weiteren bekannten Regeleinrichtung für Schweißanlagen, insbesondere zum Widerstands-Punktschweißen, wird ein Kondensator über einen Widerstand durch das Ausgangssignal eines Spannungsdetektors geladen, der mit der Sekundärwicklung des Schweißtransformators verbunden ist Die Gitterspannung einer Triode in einem Komparator wird von dem ίο Kondensator aus angelegt, während die Anodenspannung der Triode über einen Phasenschieber angelegt wird Das Ausgangssignal des Komparators steuert über entsprechende Ausgangswicklungen Thyratrone und über diese einen Gleichrichter. Bei dieser bekanni--n Regeleinrichtung für Schweißanlagen wird also die Ausgangsspannung durch den Widerstand sowie durch den Kondensator integriert bzw. geglättet (DE-AS 11 71 998).

   Bei einer weiteren bekannten Einrichtung zur automatischen Kompensation von Netzspannungsschwankungen für NahtschweiBmaschinen wird die Leitungsoder Netzspannung einem primärseitig angeordneten Spannungsdetektor, nämlich über einen Transformator, zwei Gleichrichtern zugeführt, die eine Vollweggleichrichtung durchführen; diese Spannung wird durch einen nachgeschalteten Kondensator geglättet. Die gleichgerichtete und geglättete Spannung wird an das Gitter einer Triode angelegt und entsprechend einer Änderung der Speisespannung automatisch gesteuert. Da bei der bekannten Einrichtung jedoch ein Kondensator aufgeladen wird, kommt es zwangsläufig zu einer gewissen zeitlichen Verzögerung bei der automatischen Kompensation von Netzspannungsschwankungen (Dr. R. Kretzmann. »Handbuch der industriellen Elektronik«. 1954, Seite 220 bis 225).

   Bei diesen bekannten Systemen ändert sich also die Gleichspannung in Abhängigkeit von Änderungen der Primär- oder Sekundärspannung, wobei Schwankungen der aus der Speise-Wechselspannung abgeleiteten phasenverschobenen Wechselspannung nicht ausgewertet werden.

   Weiterhin ist eine Stromrichteranlage bekannt, in der eine Phasenverschiebung nur bei festen Winkeln, nämlich beispielsweise bei einem Winkel von b0°. durchgeführt werden kann (BBC-Nachrichten. NovVDez. 1961. S. 675 ff). Die Kompensation einer Spannungsänderung über den gesamten Bereich des Ausgangssignals ist nicht möglich.

   Wie in der Mitte der linken Spalte von Seite 2 dieser amerikanischen Patentschrift angegeben wird, würde eine Verringerung der Speise-Wechselspannung zu einer Verringerung des Schweißstroms, d. h„ des Effektivstroms, führen, wenn zwischen zwei Anschlußpunkten eine feste Phasenbeziehung herrschen würde. Aus diesem Grunde wird die Primärwicklung des Transformators als variabler Widerstand herangezogen, der in Abhängigkeit von Änderungen der Speise-Wechselspannung verstellt wird, um auf diese Weise Änderungen der Speise-Wechselspannungen sowie Änderungen der exbo tcrncn Last zu kompensieren. Damit kann die leitende Phase auch bei einer etwaigen Änderung der Speise-Wcehselspannung so eingestellt werden, daß sich jeweils der gewünschte Effektivstroin ergibt.

   Nachteilig ist bei dieser F.inrichtiing. daß Induktivität

   n^r> Filter mil großer Zeilkonstantc verwendet werden intissen, damil sich eine Gleichspannung mit geringer WeI-ügkeit ergibt. Dies führt jedoch wiederum /u einer siyr ken /.eillichen Verzögerung beim Ansprechen der I"in-