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Schaltung für eine statische Schweißquelle
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Die Erfindung betrifft eine Schaltung für eine statische Schweißquelle
mit vollgesteuerter Thyristorbrücke, Leistungstransformator, Glättungsdrossel, Nebenschluß
und Regler.
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Die bis jetzt angewendeten statischen Quellen für Schweißzwecke,
die eine Schaltung mit vollgesteuerter Brücke benutzen, brauchen einen energetisch
anspruchsvollen und komplizierten Regler (Doppelimpulse, eventuell langer Zündimpuls),
wobei die Invarianz der Phasenfolge für die Synchronisierung der Regler nicht gewährleistet
ist. Außerdem muß bei der Umschaltung der Netzspeisespannung 3 x 380 V auf 3 x 500
V eine Umschaltung der Speisetransformatoren des Reglers vorgenommen werden.
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Auch auf dem Gebiet der Regelung haben die jetzigen statischen Quellen
bestimmte Nachteile, die sich durch ein nicht optimales dynamisches Verhalten vor
allem beim Starten und beim Tropfentransport von Material zeigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben angeführten Nachteile
zu beseitigen.
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Die gestellte Aufgabe wird ausgehend von einer Schaltung der eingangs
erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die im Dreieck geschaltete und
an die Eingangsklemmen der Schweißquelle angeschlossene Primärwicklung des Transformators
an ihren Anzapfungen mit den Synchronisier- und Speiseeingängen des Reglers verbunden
ist, die als Stern geschalteten Sekundärwicklungen des Transformators an die Wechselspannungseingänge
der vollgesteuerten Dreiphasen-Thyristorbrücke angeschlossen sind und der gemeinsame
Punkt dieser Sekundärwicklung einerseits über einen ersten Hilfswiderstand an den
positiven Gleichspannungsausgang der Thyristorbrücke und weiter über den Nebenschluß
an die mit dem Eingang für den Spannungsistwert des Reglers verbundene positive
Ausgangsklemme der Schweißquelle und andererseits über einen zweiten Hilfswiderstand
an den negativen Gleichspannungsausgang der Thyristorbrücke und weiter über die
Glättungsdrossel an die mit dem Eingang für den Spannungsistwert des Reglers verbundene
negative Ausgangsklemme der Schweißquelle angeschaltet ist, daß der Eingang für
den Stromistwert des Reglers mit dem Nebenschluß verbunden ist und der erste und
zweite Zündimpulsausgang dieses Reglers mit den Steuerelektroden der Thyristoren
der vollgesteuerten Thyristorbrücke verbunden sind, daß die Synchronisier-und Spannungseingänge
an den Eingang des Speise- und Synchronisierblocks angeschlossen sind, dessen Gleichspannungsaus
gang
mit dem Speisespannungseingang der Stromsollwertquelle und mit dem Gleichspannungseingang
des Stromreglers und Begrenzers verbunden ist, dessen Sollwerteingang mit dem Ausgang
der Stromsollwertquelle verbunden ist, dessen Stromhilfseingang mit dem Komparatorausgang
des Verstärkers und des Komparators für den Stromsollwert verbunden ist, dessen
Analogausgang mit dem Eingang für den Stromistwert des Reglers und Strombegrenzers
und dessen Eingang mit dem Eingang für den Stromistwert des Reglers verbunden ist,
daß der Eingang für den Spannungsistwert des Reglers mit dem Eingang des Spannungskomparators
verbunden ist, dessen Ausgang mit dem Spannungshilfseingang der Stromsollwertquelle
verbunden ist, daß der Ausgang für die Synchronisierspannung des Speise- und Synchronisierblocks
mit dem Eingang für die Synchronisierspannung des Zündimpulsgenerators und mit dem
Eingang des Blocks für die Phasenausfallkontrolle verbunden ist, dessen Ausgang
mit dem Eingang für das Phasenausfallsignal des Reglers und Strombegrenzers verbunden
ist, dessen Ausgang mit dem Eingang des Zündimpulsgenerators verbunden ist, dessen
erster Ausgang mit dem Eingang des ersten Endverstärkers verbunden ist, dessen Ausgang
mit dem ersten Zündimpulsausgang des Reglers verbunden ist, und daß der zweite Zündimpulsausgang
des Reglers mit dem Ausgang des Blocks für die galvanische Trennung verbunden ist,
dessen Eingang mit dem Ausgang des zweiten Endverstärkers verbunden ist, dessen
Eingang mit dem zweiten Ausgang des Zündimpulsgenerators verbunden ist.
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Die erfindungsgemäße Schaltung der statischen Zündquelle enthält
einen aus Thyristoren bestehenden sechspulsigen Gleichrichter, der in zwei Sternpunkt-Stromrichtereinheiten
zerlegt werden kann, von denen jede ihren Sternpunkt über einen Hilfswiderstand
mit dem
Nullpunkt der Sekundärwicklung des Speisetransformators
verbunden hat. Bei dieser Leistungsteilschaltung genügt zum Zünden der gesteuerten
Ventile ein einfacher kurzer Impuls, was bei richtiger Schaltung des Synchronisierungsteiles
die Invarianz gegen die Phasenfolge der Netzspeisespannung sichert und sich durch
Herabsetzung der energetischen Forderungen auch günstig auf die Endstufen und dadurch
auf den ganzen Regler auswirkt, was günstige Bedingungen für eine Herabsetzung der
Bauteilanzahl, des Preises und der Abmessungen des Reglers bietet. Die Folge davon
ist dann eine erhöhte Zuverlässigkeit und die Möglichkeit einer Hybridisierung der
Regelkreise. Die Synchronisier- und Speisespannung wird der 120 V-Anzapfung der
Primärwicklung des Speisetransformators entnommen, wodurch die Notwendigkeit einer
Umschaltung der Anzapfung des Speisetransformators des Reglers bei der Umschaltung
der Speisespannung 3 x 380 V auf 3 x 500 V entfällt. Die geforderten dynamischen
Eigenschaften werden erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß mit Hilfe des Komparatorausgangs
des Istwertverstärkers und des Stromkomparators das Signal des Stromsollwertes in
der Stromsollwertquelle so umgeformt wird, daß eine optimale Startwellenform mit
hoher Anfangssteilheit und ohne Überschwingungsverlauf für höhere Stromwerte erreicht
wird. Ein optimales Verhalten beim Tropfentransport des Materials wird durch eine
Regulierung des Stromsollwertes während der Dauer des Tropfens erzielt, die vom
Spannungskomparator angezeigt wird.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt;
dabei zeigen: Fig. 1 das Blockschaltbild der statischen Schweißquelle und Fig. 2
da8 Blockschaltbild ihres Reglers.
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In Fig. 1 ist eine im Dreieck geschaltete und an die Eingangsklemmen
RST einer Schweißquelle angeschlossene Primärwicklung R1, Si, T1 eines Transformators
TR1 mit ihren Anzapfungen an die Synchronisierungs- und Speiseeingänge Al eines
Reglers A angeschlossen. Die in Stern geschalteten Sekundärwicklungen R2, S2, T2
des Transformators TR1 sind an die Wechselspannungseingänge einer vollgesteuerten
Drehstromthyristorbrücke Ml, M2 angeschlossen, und der gemeinsame Punkt N dieser
Sekundärwicklung ist einerseits über einen ersten Hilfswiderstand R1 an den positiven
Gleichspannungsausgang der Thyristorbrücke Ml, M2 und weiter über einen Nebenschluß
R3 an die positive, mit dem Eingang AS für den Spannungsistwert des Reglers A verbundene
Ausgangsklemme + der Schweißquelle und andererseits über einen zweiten Hilfswiderstand
R2 an den negativen Gleichspannungsausgang der Thyristorbrücke Ml, M2 und weiter
über eine Glättungsdrossel L an die mit dem Eingang AS für den Spannungsistwert
des Reglers A verbundene negative Ausgangsklemme der Schweißquelle angeschlossen.
Der Eingang A4 für den Stromistwert des Reglers A ist mit dem Nebenschluß R3 verbunden,
und der erste und zweite Zündimpulsausgang AD, A2 des Reglers A sind mit den Steuerelektroden
des Thyristors Tyl bis Ty6 der vollgesteuerten Thyristorbrücke Ml, M2 verbunden.
Die Synchronisier- und Speiseeingänge Al des Reglers A sind in Fig. 2 an den Eingang
1B1 des Speise- und Synchronisierblocks Bl angeschlossen, dessen Gleichspannungsausgang
2B1 mit dem Speisespannungseingang 1B3 der Quelle B3 für den Stromsollwert und mit
dem Gleichspannungseingang 3B4 des Stromreglers und Begrenzers B4 verbunden ist.
Der Sollwerteingang 1B4 des Stromreglers und Begrenzers B4 ist mit dem Ausgang 4B3
der Stromsollwertquelle B3 verbunden, deren Stromhilfseingang 3B3 mit dem Komparatorausgang
3B9 eines Verstärkers und Komparators B9 für den Stromistwert verbunden ist. Der
Analogausgang 2B9
des Verstärkers und des Komparators B9 für den
Stromistwert ist mit dem Istwerteingang 2B4 des Reglers und Strombegrenzers B4 und
der Eingang 1B9 des Verstärkers und Komparators B9 ist mit dem Eingang A4 für den
Stromistwert des Reglers A verbunden. Der Eingang AS für den Spannungsistwert des
Reglers A ist mit dem Eingang 1B10 des Spannungskomparators B10 verbunden, dessen
Ausgang 2B10 mit dem Spannungshilfseingang 2B3 der Stromsollwertquelle B3 verbunden
ist. Der Ausgang 3B1 für die Synchronisierspannung des Speise- und Synchronisierblocks
B1 ist mit dem Eingang 1B5 für die Synchronisierspannung eines Zündimpulsgenerators
B5 und mit dem Eingang 1B2 eines Blocks B2 für die Phasenausfallkontrolle verbunden,
dessen Ausgang 2B2 mit dem Eingang 4B4 für das Phasenausfallsignal des Reglers und
Strombegrenzers B4 verbunden ist. Der Ausgang 5B4 des Reglers und Strombegrenzers
B4 ist mit dem Eingang 2B5 des Zündimpulsgenerators B5 verbunden, dessen erster
Ausgang 4B5 mit dem Eingang 1B7 eines ersten Endverstärkers B7 verbunden ist, dessen
Ausgang 2B7 mit dem ersten Zündimpulsausgang A3 des Reglers A verbunden ist. Der
zweite Zündimpulsausgang A2 des Reglers A ist mit dem Ausgang 2B8 eines Blocks B8
zur galvanischen Trennung verbunden, dessen Eingang 1B8 mit dem Ausgang 2B6 eines
zweiten Endverstärkers B6 verbunden ist, dessen Eingang 1B6 mit dem zweiten Ausgang
3B5 des Zündimpulsgenerators B5 verbunden ist. Die Speisespannung 3 x 380 V oder
3 x 500 V wird der im Dreieck geschalteten Primärwicklung des Transformators TR1
zugeführt. An die 120 V-Anzapfungen der Primärwicklung dieses Transformators TR1
sind gleichzeitig die Synchronisier- und Speiseeingänge Al des Reglers A (siehe
Fig. 1) angeschlossen. Die als Stern geschalteten Sekundärwicklungen des Transformators
TR1 sind an zwei aus Thyristoren Tyl bis Ty6 gebildete Sternpunkt-Stromrichtereinheiten
M1 und M2 angeschlossen. Jede Stromrichtereinheit ist mit einem Hilfsbelastungswiderstand
R1
resp. R2 belastet. Dadurch zerfällt die Brückenschaltung des
Gleichrichters vom Standpunkt der Zündung im Bereich des nichtlückenden Stromes
aus in zwei Sternpunktschaltungen. Zum Zünden den Ventiles genügen dann einfache
kurze Impulse. Mit Rücksicht darauf, daß bei statischen Schweißquellen der Bereich
des unterbrochenen Brennens nicht ausgenutzt wird, ist diese Lösung günstig, denn
sie ergibt vorteilhaft eine Vereinfachung und dadurch auch eine Zuverlässigkeitserhöhung
für den Regler und beseitigt die Abhängigkeit der richtigen Funktion von der Phasenfolge
der Speisespannung. Der über den Nebenschluß R3 mit der positiven Ausgangsklemme
+ der Schweißquelle verbundene Sternpunkt der Stromrichtereinheit Ml ,ist vom Standpunkt
der Regelsignale aus geerdet, so daß die Zündkreise der Thyristoren Tyl bis Ty3
nicht galvanisch getrennt sein müssen. Die Zündimpulse für die Thyristoren Ty4 bis
Ty6 verlangen jedoch eine galvanische Trennung. Der Sternpunkt dieser Thyristoren
ist über die Glättungsdrossel L mit der negativen Ausgangsklemme - der Schweißquelle
verbunden.
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Als Rückkopplungssignale werden dem Regler A das Signal des Stromistwertes
und das Signal des Ausgangsspannungsistwertes zugeführt. Der aus den 120 V-Anzapfungen
der Primärwicklung des Speisetransformators TR1 gespeiste Regler A sichert den gewünschten
Verlauf der statischen Kennlinien und das optimale dynamische Verhalten der Schweißquelle.
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Der Speise- und Synchronisierblock Bi in Fig. 2 trennt galvanisch
die zum Eingang 1B1 kommende Speisespannung und erzeugt die stabilisierte und nicht
stabilisierte Speisespannung (Ausgang 2B1) und die synchronisierte Spannung (Ausgang
3B1) für den Regler.
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Im Block zum Herstellen des Stromsollwertes B3 wird das Signal des
Stromsollwertes erzeugt, das von Hilfssignalen aus dem Spannungskomparator BIO und
dem Verstärker und Komparator B9 für den Stromistwert derart beeinflußt wird, daß
ein optimales dynamisches Verhalten in Übergangs zuständen gesichert wird.
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Vor dem Start, wenn am Komparatorausgang 3B9 des Istwertverstärkers
und Stromkomparators B9 ein dem Nullstrom entsprechender Pegel ist, wird der Stromsollwert
auf einen Bruchteil des ursprünglichen Sollwertes herabgesenkt. Beim Start erreicht
also der Strom sehr rasch diesen herabgesetzten Wert, und er steigt weiter erheblich
langsamer exponentjell oder linear an, so daß die erzielte Einstellung des Stromistwertes
ohne Überschwingung ist.
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Beim Tropfentransport des Materials, wenn ein zeitweiliger Kurzschluß
am Ausgang und dadurch ein kurzzeitiger Anstieg des Stromes und in der Regel auch
der Wiederkehrleistung auftritt, wird bei diesem Regler der Kurzschluß durch den
Spannungskomparator ausgewertet, der im Zeitraum des Tropfens ebenfalls eine Absenkung
des Stromsollwertes vornimmt, welchem Umstand auch die Herab senkung der Wiederkehrleistung
und dadurch auch der Schweißspritzer entspricht.
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Der auf die oben angeführte Weise geregelte Stromsollwert wird dem
Eingang 1B4 des Stromreglers und Zündwinkelbegrenzers B4 zugeführt, wo er mit dem
vom Analogausgang 2B9 des Verstärkers und Komparators B9 für den Stromistwert zugeführten
Stromistwert verglichen wird.
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Der Reglerausgang wird durch einen spannungsabhängigen Begrenzer begrenzt,
so daß der eigentliche Ausgang 5B4 des
Blockes B4 bei der Begrenzung
von der Speisespannungsamplitude abhängig ist. Dies ist notwendig, denn im Zündimpulsgenerator
B5 wird die Komparation auf sinusförmigen Verläufen ausgenutzt, welche ebenfalls,
was die Amplitude anbelangt, von der Speisespannung abhängig sind. Die Ausgangsphasenlage
der Zündimpulse ist dann unabhängig von der Speisespannungsamplitude. In den Stromregler
B4 reicht weiter der Block für die Phasenausfallkontrolle, der im Fall, daß eine
Phase der Speisespannung fehlt, das Starten der Schweißquelle nicht gestattet, wodurch
eine ungewünschte Ventilbelastung in den restlichen zwei Phasen vermieden wird.
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Von den Zündimpulsgeneratoren werden dann die Zündimpulse auf übliche
Weise über die Endsufen-Bo, B7 und über den Block zur galvanischen Trennung B8 bzw.
direkt zu den Steuerelektroden der Thyristoren Ty4 bis Ty6 bzw.
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Tyl bis Ty3 geführt.
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