DE68902765T2

DE68902765T2 - Steuerungsgeraet von widerstandsschweissern und dessen steuerungsverfahren.

Info

Publication number: DE68902765T2
Application number: DE8989107398T
Authority: DE
Inventors: Takatomo C O Intellectua Izume
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-04-25
Filing date: 1989-04-24
Publication date: 1993-03-18
Anticipated expiration: 2009-04-25
Also published as: CN1110734C; CA1316575C; JP2573302B2; US4954686A; EP0339551A2; CN1038527A; JPH01273120A; EP0339551A3; DE68902765D1; EP0339551B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerungsgerät für Widerstandsschweißer und insbesondere ein Steuerungsgerät für Widerstandsschweißer, welches die Spannungsregelgenauigkeit von Einphasen-Vollweg-Widerstandsschweißern unter Verwendung eines Thyristors zu verbessern vermag.
Widerstandsschweißer werden auch als "Punktschweißgeräte" bezeichnet; sie werden verbreitet auf allgemeinen industriellen Anwendungsgebieten, z. B. in einer Fahrzeug-Montagestraße, eingesetzt. Unter den Widerstandsschweißern ist ein Einphasen-Vollweg-Widerstandsschweißer der am häufigsten benutzte Typ.
Der Einphasen-Vollweg-Widerstandsschweißer steuert bzw. regelt eine an einen Schweißtransformator angelegte Primärspannung unter Verwendung eines Schaltelements, z. B. eines Thyristors, um damit einen Sekundärstrom des Schweißtransformators, d. h. einen Schweißstrom, zu regeln.
Als Steuer- oder Regelsysteme sind ein Stromregelsystem, bei dem ein Primär- oder Sekundärstrom des Schweißtransformators rückgekoppelt wird, und ein Spannungsregelsystem, bei dem eine an eine Primärseite des Schweißtransformators angelegte Spanung rückgekoppelt wird, bekannt.
Das Stromregelsystem ermöglicht eine Schweißstromregelung mit hoher Genauigkeit, erfordert jedoch einen Stromdetektor, wie einen Stromtransformator oder -übertrager, eine Suchspule und dgl., so daß sich ein kostenaufwendiges System ergibt. Wenn dabei der Schweißtransformator zwei oder mehr Schweißköpfe oder Elektrodenhalter (guns) aufweist und ein Elektrodenhalter vorhanden ist, durch den kein Schweißstrom fließt, steigt ein über den restlichen Elektrodenhalter fließender Strom entsprechend an. Andererseits kann das Spannungsregelsystem keine Schweißstromregelung mit hoher Genauigkeit erreichen, doch ist es kostensparend und wirtschaftlich.
Fig. 2A zeigt eine Wellenform für den Fall, daß eine Stromversorgungsspannung mit v und ein Primärstrom des Schweißtransformators mit i bezeichnet sind und ein Zündwinkel Rn beim Einphasen-Vollweg-Widerstandsschweißer 90º beträgt.
Da der Schweißtransformator einen Leistungsfaktor von < 1 aufweist, erhöht sich der Strom i monoton von 0 auf Rn, um dann monoton abzufallen und bei Rm wieder auf 0 zurückzukehren, um damit die Halbperioden-Erregung zu vervollständigen. In der nächsten Halbperiode fließt ein ähnlicher Strom mit einer entgegengesetzten Polarität. Eine durch Schraffur angedeutete Stromversorgungsspannung im Bereich von Rn bis Rm wird in einem Halbperioden/Erregungsintervall an den Schweißtransformator angelegt.
Im Spannungsregelsystem wird die Spannung entsprechend dem schraffierten Bereich detektiert und in jeder Halbperiode rückgekoppelt.
Wenn die Spannung entsprechend dem schraffierten Bereich zu jedem gegebenen Abtastzeitpunkt detektiert (gemessen) wird, um einen Effektivwert abzuleiten, wird deshalb, weil die Anfangs- und Endwerte dieser Spannung nicht gleich Null sind, abhängig von den Abtast-Start- und -Endzeitpunkten ein Detektions- bzw. Meßfehler eingeführt. Wenn die Abtastperiode verkürzt wird, kann der Meßfehler beseitigt werden. Wenn jedoch eine andere Steuerung oder Regelung, Überwachung und dgl. zusammen durchgeführt werden, wird die Verarbeitungskapazität eines Mikrorechners eines Steuerungsgeräts überschritten. Infolgedessen sind mehrere Mikrorechner nötig, was zu einem kostenaufwendigen System führt.
Die Vorveröffentlichung EP-A1-0 256 183 beschreibt ein Effektivstrom-Bestimmungssystem, bei dem eine Spule zum Messen des ersten Differentials einer Stromsignalwellenform in bezug auf die Zeit benutzt wird. Der Effektivwert (quadratische Mittelwert) der Stromsignalwellenform wird unmittelbar anhand der durch die Spule erzeugten ersten Differentialwellenform durch mathematische Integration der ersten Differentialwellenform bestimmt. Die Integration erfolgt durch Umwandeln des Signals in eine digitale Form und durch N-faches Abtasten pro Einheit (piece) der analysierten Wellenform oder Zeitperiode. Der Wert oder die Größe von N kann so gewählt sein, daß die gesamte Halbperiode abgetastet wird. Der zu berechnende Effektivwert basiert somit auf der gesamten Halbperioden-Zeitspanne und nicht nur auf einem Teil der Halbperioden-Zeitspanne. Alternativ kann der Effektivwert von Segmenten eines Impulses einer langen Dauer gemessen werden. Nach Abschluß jeder Abtastung und Umwandlung wird die den Augenblickswert der Amplitude der Differentialwellenform repräsentierende Digitalzahl zur Bestimmung des Augenblicks- oder Momentanwerts des Stroms zu diesem Zeitpunkt benutzt. Dieser Strom wird quadriert und zur Summe der vorher quadrierten Werte oder Größen hinzuaddiert. Jede(r) quadrierte(r) Wert oder Größe wird summiert, bis N Abtastungen und Umwandlungen durchgeführt worden sind. An diesem Punkt wird die endgültige Gesamtsumme durch N dividiert, worauf die Quadratwurzel gezogen wird, um den Effektivwert zu bilden.
Weiterhin beschreibt die Vorveröffentlichung JP-A-60- 137 582 eine Konstantstromregelschaltung für Schweißwiderstand. Wenn bei dieser Schaltung ein Wechselrichter (inverter) arbeitet und Schweißstrom von einem Stromquellenkreis zu einem Schweiß-Elektrodenhalter geliefert wird, wird der Strom durch einen Detektor detektiert oder gemessen und durch eine Rechenschaltung zu einer Spannung einer dem Effektivwert des Stroms entsprechenden Wellenform gemacht. Diese Spannung wird durch einen Komparator mit einer Spannung entsprechend dem Effektivwert der durch eine Stromeinstellvorrichtung eingestellten Stromgröße verglichen; wenn beide Größen übereinstimmen, gibt der Komparator ein niedrigpegeliges Signal aus. Das Ausgangssignal steuert eine Impulsbreitensteuerschaltung und steigt synchron mit einem Ausgangsimpuls eines Oszillators an. Der in Transistoren geflossene Impulsstrom wird durch Senkung des Ausgangssignals von der Steuerschaltung abgeschaltet.
Schließlich beschreibt die Vorveröffentlichung JP-A-57- 154 378 eine Steuerungsvorrichtung für die Schweißstromwellenform einer Widerstandsschweißmaschine. Bei dieser Steuerungsvorrichtung setzt ein Anfangswerteinsteller eine(n) erste(n) Stromwert oder -größe, wenn ein Schweißstrom-Effektivwert geändert werden soll. Ein Endwerteinsteller setzt einen Stromwert am Abschlußzeitpunkt der Änderung, und ein Zyklus- oder Periodenzahleinsteller setzt eine Zeit vom Beginn der Änderung bis zum Abschluß mit einer Periode der Stromquellenfrequenz als Einheit. Ein Zielwertoperator subtrahiert den Wert des Anfangswerteinstellers vom Wert des Endwerteinstellers und dividiert das Subtraktionsergebnis durch den Wert des Periodenzahleinstellers zwecks Berechnung des Quotienten, nämlich einer Stromänderung pro Periode. Dieser erhaltene Wert wird zum Anfangswert in jeder Periode der Stromversorgung während der Zeit entsprechend dem Wert vom Periodenzahleinsteller hinzuaddiert.
Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Steuerungsgeräts für Widerstandsschweißer bzw. -schweißgeräte, welches eine Verarbeitungslast eines Mikrorechners zu verringern und mit Genauigkeit eine an einen Schweißtransformator in einer vorbestimmten Abtastzeit angelegte Effektivspannung mit hoher Geschwindigkeit zu detektieren vermag. Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Steuerungsgeräts für Widerstandsschweißer bzw. -schweißgeräte, das ein kostensparendes Hochpräzisions-Spannungsregelsystem zu realisieren und eine Benutzungshäufigkeit bzw. einen Nutzungsgrad (use rate) des Schweißtransformators anzuzeigen vermag.
Zur Lösung dieser Aufgabe(n) wird mit der vorliegenden Erfindung ein im Anspruch 1 umrissenes Steuerungsgerät geschaffen.
Das Steuerungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung ist auf z. B. einen Einphasen-Vollweg-Widerstandsschweißer angewandt, bei dem antiparallel geschaltete Thyristoren mit einer Primärwicklung eines Schweißtransformators in Reihe geschaltet sind und die Zündphase Rn jedes Thyristors zum Einstellen eines Schweißstroms gesteuert bzw. geregelt wird. Bei diesem Steuerungsgerät wird ein gegebener Phasenbereich eines Sinuswerts VK = KOsinRK eines gegebenen Spitzenwerts in vorbestimmten Phasenintervallen in Einheiten von Phasen RK dividiert, und die Quadratsumme SK = V1² + V2² + V2² + . . . VK² der Sinuswerte VK in bezug auf die Phasen wird im voraus berechnet. Die berechnete Quadratsumme SK wird in einer Speichereinheit (ab)gespeichert. Aus der Speichereinheit werden Quadratsummen Sn (= V1² + . . . Vn²) und Sm (= V1² + . . . Vm²) der Zündphase Rn und der Erregungsendphase Rm der Thyristoren ausgelesen. Auf der Grundlage von Rn und Rm wird der normierte Effektivwert Vx einer an den Schweißtransformator angelegten Effektivspannung durch eine erste Recheneinheit berechnet.
Das Steuerungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung kann die folgende Anordnung aufweisen. Einen Spannung v einer Wechselstromversorgung wird durch eine Spannungsdetektoreinheit detektiert oder gemessen. Auf der Grundlage der detektierten Spannung v wird die Effektivspannung Vrms der Wechselstromversorgung durch eine Recheneinheit berechnet. Auf der Grundlage der Effektivspannung Vrms und des normierten Effektivwerts Vx wird die an den Schweißtransformator angelegte Effektivspannung Vt durch eine zweite Recheneinheit berechnet. Auf der Grundlage des Effektivwerts Vx wird die Benutzungshäufigkeit (use rate) P des Schweißtransformators durch eine dritte Recheneinheit berechnet. Die Benutzungshäufigkeit P wird auf einer Anzeigeeinheit angezeigt. Weiterhin wird der Effektivstrom Irms des Schweißtransformators durch eine Stromdetektoreinheit detektiert oder gemessen.
Bei der obigen Anordnung wird unmittelbar nach Abschluß der Halbperiodenerregung (mit) der Spannung v durch die erste Recheneinheit zum Berechnen des Werts oder der Größe Vx die folgende arithmetische Operation oder Rechenoperation durchgeführt:
Vx = K1 · S180 - Sn + Sm
(Darin sind K1 und S180 Konstanten)
Die zweite Recheneinheit führt auf der Grundlage des berechneten Werts Vx und der getrennt berechneten Effektivspannung Vmrs der Wechselstromversorgung die folgende Berechnung aus, um die an den Schweißtransformator angelegte Effektivspannung Vt zu berechnen:
Vt = Vrms · Vx/V180
(Darin ist V180 eine Konstante)
Die dritte Recheneinheit führt zur Berechnung der Benutzungshäufigkeit P des Schweißtransformators die folgende Rechenoperation aus:
P = 100Vx/V180
Die Benutzungshäufigkeit P wird durch die Anzeigeeinheit extern angezeigt.
Die Effektivspannung Vt und der Effektivstrom Irms, die auf oben beschriebene Weise berechnet worden sind, werden als Rückkopplungssignale für Spannungs- und Stromregelung benutzt.
Ein besseres Verständnis dieser Erfindung ergibt sich aus der folgenden genauen Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2A und 2B Wellenformdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung und
Fig. 3A und 3B Ablaufdiagramme zur Darstellung von Beispielen der Verarbeitungssequenzen einer bei der vorliegenden Erfindung benutzten Recheneinheit.
Nachstehend ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand von Fig. 1 beschrieben.
In Fig. 1 sind mit (den Ziffern) 1 antiparallel geschaltete Thyristoren, mit 2 ein Schweißtransformator, mit 3 ein Stromtransformator zum Detektieren eines Primärstroms des Schweißtransformators 2, mit 4 ein Spannungsdetektor zum Detektieren (Messen) einer Stromquellenspannung einer Wechselstromversorgung 100 und zum Ausgeben eines Signals v und mit 5 ein Spannungsdetektor zum Detektieren einer Thyristor-Klemmenspannung (Anoden-Kathoden-Spannung) Vth bezeichnet. Die Bezugsziffer 6 bezeichnet eine Steuereinheit (CPU) zum Berechnen und Ausgeben von Zündphasen Rn, die Ziffer 7 steht für ein Verriegelungsglied zum Verriegeln der von der Steuereinheit 6 ausgegebenen Phase Rn, die Ziffer 8 bezeichnet einen Taktimpulsgenerator zum Erzeugen von Taktimpulsen CP einer gegebenen Frequenz, die Ziffer 9 steht für einen Phasenzähler zum Zählen der Taktimpulse CP und zum Ausgeben von Phasendaten R(t) der Spannung v, mit 10 ist ein Komparator zum Vergleichen des Ausgangssignals R(t) vom Zähler 9 mit der Phase Rn bezeichnet, und die Ziffer 11 steht für einen Impulsverstärker (PA). Die Bezugsziffer 12 bezeichnet einen Nullspannungsdetektor zum Ausgeben von Impulsen P12 jedesmal dann, wenn die durch den Spannungsdetektor 4 detektierte Spannung v zu Null wird. Die Bezugsziffer 13 bezeichnet einen Stromdetektor zum Ausgeben eines Signals i einer Spannung, die dem Sekundärstrom 13 des Stromtransformators 3 proportional ist. Mit den Bezugsziffern 14 und 15 sind A/D-Wandler zum Umwandeln von Analogsignalen v und i in entsprechende Digitalsignale Dv bzw. Di bezeichnet; die Ziffer 16 steht für einen Vrms- bzw. Effektivwertrechner zum Berechnen des Effektivwerts Vrms einer sinusförmigen Stromversorgungsspannung, und die Ziffer 17 bezeichnet einen Irms- oder Effektivwertrechner zum Berechnen des Effektivwerts Irms eines sinusförmigen Stroms. Die Bezugsziffer 18 bezeichnet eine Datentabelle (Speichereinheit) zum Speichern (noch zu beschreibender) Normierungsdaten; die Ziffer 19 steht für einen Vx-Rechner zum Berechnen einer normierten, an den Schweißtransformator angelegten Effektivspannung auf der Grundlage des Zündphasenwinkels Rn und des Erregungsendphasenwinkels Rm (noch zu beschreiben) unter Benutzung der Normierungsdaten; die Ziffer 20 steht für einen Vt-Rechner zum Berechnen der an den Schweißtransformator angelegten Effektivspannung Vt auf der Grundlage von Vrms und Vx; mit 21 ist ein P-Rechner zum Berechnen einer Benutzungshäufigkeit P des Schweißtransformators auf der Grundlage von Vx bezeichnet, und die Ziffer 22 bezeichnet eine Anzeige(einheit) zum Anzeigen der Benutzungshäufigkeit bzw. Nutzungsgrades P.
Bei der obigen Anordnung wird ein Zählwert (oder -stand) Rt des Phasenzählers 9 synchron mit den vom Taktimpulsgenerator 8 ausgegebenen Impulsen CP hochgezählt. Der Zähler 9 wird in Abhängigkeit vom Ausgangssignal P12 des Nullspannungsdetektors 12 auf Null zurückgesetzt, und er gibt ein mit einer Stromversorgungsspannung synchrones Phasensignal R(t) aus.
Die Steuereinheit 6 empfängt den Steuer- oder Regelzielwert Ref, und die Effektivspannung Vt oder der Effektivstrom Irms des Schweißtransformators wird zu ihr rückgekoppelt. Die Steuereinheit 6 berechnet einen Zündwinkel Rn entsprechend diesen Signalen Ref und Vt (oder Irms) und schreibt sie in das Verriegelungsglied 7 ein. Der Komparator 10 gibt einen Impuls P10 aus, wenn das Phasensignal R(t) mit dem Zündwinkel Rn koinzidiert bzw. übereinstimmt. Der Impuls P10 wird den Thyristoren 1 über den Impulsverstärker 11 zugespeist. Die Thyristoren 1 werden in Abhängigkeit vom Ausgangsimpuls P11 vom Verstärker 11 gezündet.
Die Steuereinheit 6 ist so ausgelegt, daß sie selektiv auf entweder das Spannungsregelrückkopplungssignal Vrms oder das Stromregelrückkopplungssignal Irms anspricht.
Der Hauptteil dieser Erfindung ist ein Teil zum Berechnen der Effektivspannung Vt des Schweißtransformators 2 unter Heranziehung normalisierter Daten, wie er nachstehend beschrieben ist.
Die folgende Tabelle 1 veranschaulicht ein Beispiel für in der Datentabelle 18 gespeicherte Normierungsdaten. Dieses Beispiel veranschaulicht einen Momentan- oder Augenblickswert VK, der durch Normieren des Phasenwinkels RK in Einheiten von 1º innerhalb des Bereichs von 1 - 180º gebildet ist, und eine im voraus berechnete Quadratsumme (K = 1 - 180 und K = RK im vorliegenden Fall). VK ist ein ganzzahliger Teil von 255sinRK im Fall von 8 Bits. VK ist jedoch nicht als Daten (ab)gespeichert, sondern (lediglich) aus Gründen der Vereinfachung der Beschreibung angegeben. Die Quadratsumme SK ist eine Summe von Quadraten von Augenblickswerten VK, und die durch die folgende Gleichung angegebenen Werte werden berechnet und vorabgespeichert:
S1 = V1², S2 = S1 + V2², S3 = S2 + V3², . . . SK = S(K-1) + VK2, . . . , S180 = S179 + V180² Tabelle 1 Index Phasenwinkel Augenblickswert Quadratsumme
Es ist zu beachten, daß dann, wenn Rechenabschnitte (6, 16, 17, 19, 20, 21) in Fig. 1 durch eine Hochgeschwindigkeits-Mikroprozessoreinheit (MPU) eines RISC-Typs (Rechner mit reduziertem Befehlssatz) gebildet sind, die Quadratsumme SK nach Tabelle 1 in Echtzeit berechnet werden kann. In diesem Fall braucht SK nicht im voraus berechnet zu werden.
Der Vx-Rechner 19 ruft Zündphasenwinkeldaten Rn ab und überwacht das Detektionssignal Vth einer Thyristorklemmenspannung (Anoden-Kathoden-Spannung). Der Vx-Rechner 19 detektiert den Erregungsendphasenwinkel Rm auf der Grundlage des Phasensignals R(t) bei einer in einem Abschalt- oder Sperrzustand erzeugten Änderung in Vth. Danach liest der Rechner 19 die Quadratsummen Sn (= S(n-1) + Vn²) und Sm (= S(m-1) + Vm²) aus der Datentabelle 18 aus, und er führt die durch folgende Gleichung (1) gegebene Rechenoperation aus:
Vx = K1 · S180 - Sn + Sm (1)
(Darin sind K1 und S180 Konstanten)
Der berechnete Wert Vx steht für eine an den Schweißtransformator angelegte normierte Effektivspannung. Wenn insbesondere gemäß Fig. 2B Rm* = Rm - 180º gilt, ist die Spannungswellenform W1 zwischen den Phasenwinkeln 180º und Rm der Wellenform W2 zwischen den Phasen 0º und Rm* gleich. Eine Effektivspannung zwischen Rn und Rm ist gleich einer Summeneffektivspannung von Spannungen zwischen 0º und Rm* sowie zwischen Rn und 180º. Da der Phasenzähler 9 bei jeweils 180º (Halbperiode von v) rückgesetzt wird, wird der Wert des Erregungsendphasenwinkels Rm als Rm* detektiert. Daher wird unmittelbar nach beendeter Erregung zum Transformator 2 ein Zugriff zur Datentabelle 18 vorgenommen, um Vx in einer kurzen Zeitspanne zu berechnen.
Fig. 3A zeigt eine Verarbeitungssequenz zum Berechnen der normierten Effektivspannung Vx.
Zunächst liest der in Fig. 1 dargestellte, aus z. B. einem Mikrorechner bestehende Vx-Rechner 19 Zündphasenwinkeldaten Rm aus der Datentabelle 18 aus (Schritt S11).
Der Rechner 19 nimmt die durch den Spannungsdetektor 5 detektierte Klemmenspannung Vth der Thyristoren 1 ab. Wenn die Spannung Vth ein kleiner Wert entsprechend der EIN- oder Durchschaltspannung der Thyristoren 1 ist (JA in Schritt S12) und danach ausreichend größer wird als die EIN- bzw. Durchschaltspannung der Thyristoren 1 (JA in Schritt S13), liest der Rechner 19 Daten R(t) vom Phasenzähler 9 (Schritt S14) aus.
Der Rechner 19 bezieht sich auf die Datentabelle 18 mit dem Inhalt gemäß Tabelle 1, unter Benutzung der bis zum Schritt S14 gewonnenen Daten Rm und R(t), um damit Quadratsummen Sn und Sm zu bilden (Schritt 515). Wenn die Quadratsummen Sn und Sm gebildet sind, führt der Rechner 19 eine Berechnung nach Gleichung (1) durch (Schritt S16), und er gibt die normierte Effektivspannung Vx aus.
Andererseits wird die Effektivspannung Vrms einer Stromversorgungspannung durch den Vrms-Rechner 16 in jeder Halbperiode detektiert und aktualisiert. Der Vt- Rechner 20 berechnet die an den Schweißtransformator 2 angelegte Effektivspannung Vt unter Heranziehung von Vx und Vrms auf der Grundlage von Gleichung (2), und er gibt sie als Rückkopplungssignal aus:
Vt = Vrms · Vx/V180 (2)
für V180 = K1 · (Konstante)
Wenn die Spannungsregelung gewählt ist, führt die Steuereinheit 6 die Spannungsregelung unter Benutzung von Vt als Rückkopplungssignal durch.
Der Irms-Rechner 17 detektiert einen Strom vom Zündphasenwinkel Rn zum Erregungsendphasenwinkel Rm in einer vorbestimmten Abtastperiode, und er berechnet den Effektivstrom Irms und gibt diesen aus. Wenn die Stromregelung gewählt ist, führt die Steuereinheit 6 eine Stromregelung unter Benutzung von Irms als Rückkopplungssignal durch.
Der P-Rechner 21 arbeitet zum Berechnen und Ausgeben der Benutzungshäufigkeit P des Schweißtransformators unter Benutzung von Vx auf der Grundlage von Gleichung (3), und die Anzeige 22 zeigt diese extern an.
P = 100 · Vx/V180 (3)
Damit kann die Benutzungshäufigkeit P des Schweißtransformators kontinuierlich überwacht werden.
Fig. 3B veranschaulicht eine Verarbeitungssequenz zum Berechnen des Effektivwerts Vrms einer Stromversorgungsspannung.
Wenn der Nullspannungsdetektor 12 nach Fig. 1 einen Nulldurchgangspunkt der Stromversorgungsspannung v detektiert, erzeugt er einen Nulldurchgangspunktdetektionsimpuls P12 (JA in Schritt S21). Da die Stromversorgungsspannung v bei Erzeugung des Impulses P12 gleich Null ist, gibt der aus z. B. einem Mikrorechner bestehende Vrms-Rechner 16 nach Fig. 1 Vrms = 0 aus (Schritt S22).
Der Rechner 16 empfängt die Stromversorgungsspannungsdaten Dv, die durch Umwandlung der analogen Stromversorgungsspannung v durch den A/D-Wandler 14 in Digitaldaten gewonnen wurden (Schritt S23). Der Rechner 16 berechnet unter Heranziehung der Stromversorgungsspannungsdaten Dv und des Stromversorgungsspannungs-Effektivwerts Vrms vom Detektor 12 einen neuen Stromversorgungsspannungs-Effektivwert Vrms auf der Grundlage folgender Gleichung:
Vrms + Vrms + VK² (4)
Der nach obiger Gleichung berechnete Wert Vrms wird als neuer Wert Vrms benutzt (Schritt S24).
Anschließend wird auf der Grundlage der Daten Dv geprüft, ob die Phase der Spannung v um 180º (Halbperiode) vorgeschoben ist (Schritt S25). Wenn die Phasenverschiebung kleiner ist als 180º (NEIN in Schritt S25), wird geprüft, ob die Phase der Spannung v um eine vorbestimmte Größe (z. B. 1º) vorgeschoben ist (Schritt S26). Wenn die Phasenverschiebung kleiner ist als 1º (NEIN im Schritt S26), wird abgewartet, bis die Phase gegenüber der vorliegenden Phase um 1º vorgeschoben ist (Schritt S27). Wenn die Phase der Spannung v um 1º vorgeschoben ist (JA in Schritt S26), kehrt der Fluß (das Programm) zur Verarbeitungsschleife der Schritte S23 - S25 zurück.
Wenn im Schritt S25 festgestellt wird, daß die Phasenverschiebung 180º erreicht hat (JA in Schritt S25), berechnet der Rechner 16 den neuen Stromversorgungsspannungs-Effektivwert Vrms auf der Grundlage folgender Gleichung:
Vrms + K0 · Vrms (5)
Der nach obiger Gleichung berechnete Wert Vrms wird als neuer Wert Vrms ausgegeben (Schritt S28).
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine an den Schweißtransformator angelegte Effektivspannung mit hoher Geschwindigkeit (bzw. schnell) genau detektiert werden, so daß eine Spannungsregelung mit hoher Genauigkeit erreichbar ist. Da die Abtastung bei der Spannungsdetektion nicht mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt zu werden braucht, kann eine wirtschaftliche, höchst genaue Spannungsregelung realisiert werden. Da die Benutzungshäufigkeit P des Schweißtransformators angezeigt und eine Steuer- oder Regelspanne überwacht werden kann, ist das Gerät einfach zu benutzen (bedienen), und es kann ein zuverlässiger Betrieb durchgeführt werden. Die Benutzungshäufigkeit des Schweißtransformators kann auch angezeigt werden, wenn die Stromregelung gewählt ist. Eine zweckmäßige Kapazität (Leistung) des Schweißtransformators kann ohne weiteres gewählt werden.

Claims

1. Steuerungsgerät für einen Widerstandsschweißer mit einem Schweißtransformator (2), bei dem eine Primärwicklung mit einer Wechselstromversorgung (100) und eine Sekundärwicklung mit einem Schweiß-Elektrodenhalterhalter (23) verbunden sind, und einem zwischen die Wechselstromversorgung (100) und die Primärwicklung des Schweißtransformators (2) eingeschalteten und mit einer vorbestimmten Zündphase (Rn) gezündeten Schaltelement (1), umfassend:

eine Speichereinheit (18) mit einer Datentabelle zum Vorausberechnen und Speichern einer Quadratsumme SK in der Weise, daß eine Sinuswelle VK = KOsinRK eines vorbestimmten Spitzenwerts KO und entsprechend einer Wechselstromkomponente der Wechselstromversorgung (100) zu vorbestimmten Phasenintervallen (1º) innerhalb eines vorbestimmten Phasenbereichs (0º- 180º) dividiert oder geteilt wird und Quadratwerte VK² der Sinuswelle (VK) in Einheiten geteilter Phasen RK (RK = 1, 2, 3, . . . , 180º) berechnet werden, um damit die Quadratsumme SK (= V1² + V2² + V3² + + VK²) der Sinuswelle VK entsprechend der Phase RK zu berechnen, und

eine an die Speichereinheit (18) angeschlossene Vx-Recheneinheit (19) zum Auslesen eines Werts einer Quadratsumme Sn (= V1² + V2² + V3² + . . . + Vn²) an der Zündphase (Rn) und eines Werts einer Quadratsumme Sm (= V1² + V2² + V3² + . . . + Vm²) an einer Phase (Rm) bei Beendigung der Erregung des Schaltelements (1) aus der Speichereinheit (18) und zum Berechnen eines normierten Effektivwerts Vx, erhalten oder gebildet durch Normierung eines Effektivwerts Vrms der Wechselstromversorgungsspannung auf der Grundlage der ausgelesenen Quadratsummen Sn und Sm (Gleichung (1)),

wobei der Parameter VK die Spannung der Sinuswelle bezeichnet, mit K = eine Indexzahl, die zwischen einem bzw. innerhalb eines vorbestimmten Bereich(s) (vgl. 1 ≤ K ≤ 180 in Tabelle 1 auf Seite 11) definiert ist und den vorbestimmten Phasenintervallen entspricht, der Parameter KO den Spitzenwert von VK bezeichnet, der Parameter SK die Quadratsumme von VK bezeichnet, der Parameter RK einen Phasenwinkel von VK bezeichnet, der Parameter Sn eine Quardatsumme der Spannung Vn der bei einem Phasenwinkel Rn erhaltenen Sinuswelle bezeichnet, mit n = ein Zusatz einer vorbestimmten Zahl, der Parameter Sm eine Quadratsumme von Vm der Sinuswelle, bei einem Phasenwinkel Rm erhalten, bezeichnet, mit m = ein Zusatz einer vorbestimmten Zahl, und der Parameter Vx die normierte Effektivspannung entsprechend einer an den Schweißtransformator (2) angelegten Effektivspannung (Vt) bezeichnet, eine Einrichtung (5-12, 20) zum EIN/AUS-Steuern des Schaltelements (1) nach Maßgabe des normierten Effektivwerts Vx und des Effektivwerts Vrms der Wechselstromversorgungsspannung,

eine an den Schweißtransformator (2) angeschlossene Effektivstromdetektoreinrichtung (3, 13, 15, 17) zum Detektieren eines über den Schweißtransformator (2) fließenden Effektivstroms Irms, (sowie) eine mit der Effektivstromdetektoreinrichtung (17) verbundene Einrichtung (5-12) für die Stromregelung des Schaltelements (1) unter Benutzung des Effektivstroms Irms als Regelrückkopplungssignal.

2. Steuerungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (1) antiparallel geschaltete Thyristoren aufweist.

3. Steuerungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsschweißer von einem Einphasen-Vollweg-Typ ist.

4. Steuerungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch

eine mit der Wechselstromversorgung (100) verbundene Spannungsdetektoreinheit (4) zum Detektieren einer Spannung (V) der Wechselstromversorgung (100),

eine mit der Spannungsdetektoreinheit (4) gekoppelte Vrms-Recheneinheit (16) zum Berechnen des Effektivwerts Vrms anhand der durch die Spannungsdetektoreinheit (4) detektierten Wechselstromversorgungsspannung (v),

eine mit der Vrms-Recheneinheit (16) verbundene Vt-Recheneinheit (20) zum Berechnen einer an die Primärwicklung des Schweißtransformators (2) angelegten Effektivspannung Vt unter Benutzung des Effektivwerts Vrms und des normierten Effektivwerts Vx sowie

eine an die Vt-Recheneinheit (20) angekoppelte Einrichtung (5-12) für die Spannungsregelung des Schaltelements (1) unter Heranziehung der Effektivspannung Vt als Regel-Rückkopplungssignal

5. Steuerungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch

eine mit der Vx-Recheneinheit (19) verbundene P- Recheneinheit (21) zum Berechnen einer Benutzungshäufigkeit bzw. eines Nutzungsgrades P des Schweißtransformators (2) auf der Grundlage eines Verhältnisses (Gleichung (3)) eines vorliegenden oder Augenblickswerts (Vx) zu einem Höchstwert (V180) des normierten Effektivwerts Vx und

eine mit der P-Recheneinheit (21) verbundene Einheit (22) zum Anzeigen der berechneten Benutzungshäufigkeit P.

6. Verfahren zum Steuern eines Widerstandsschweißers nach Anspruch 1, umfassend die folgenden Schritte:

Berechnen einer Quadratsumme SK in der Weise, daß eine Sinuswelle VK = KOsinRK mit einem vorbestimmten Spitzenwert KO und entsprechend einer Wechselstromkomponente der Wechselstromversorgung (100) in vorbestimmten Phasenintervallen (1º) innerhalb eines vorbestimmten Phasenbereichs (0º-180º) dividiert oder geteilt wird und Quadratwerte VK2 der Sinuswelle (VK) in Einheiten der geteilten Phasen RK (RK = 1, 2, 3, . . . , 180º) berechnet werden, um die Quadratsumme SK (= V1² + V2² + V3² + . . . + VK²) der Sinuswelle VK entsprechend der Sinuswelle VK entsprechend der Phase RK zu berechnen und die berechnete Quadratsumme SK zu speichern,

Auslesen eines Werts einer Quadratsumme Sn (= V1² + V2² + V3² + . . . + Vn²) bei der Zündphase (Rn) und eines Werts einer Quadratsumme Sm (= V1² + V2² + V3² + . . . + Vm²) bei einer Phase (Rm) bei Beendigung der Erregung des Schaltelements (1),

Berechnen eines normierten Effektivwerts Vx, erhalten oder gebildet durch Normierung eines Effektivwerts Vrms der Wechselstromversorgungsspannung auf der Grundlage der berechneten Quadratsummen Sn und Sm (Gleichung (1)),

wobei der Parameter VK die Spannung der Sinuswelle bezeichnet, mit K = eine Indexzahl, die zwischen einem bzw. innerhalb eines vorbestimmten Bereich(s) (vgl. 1 ≤ K ≤ 180 in Tabelle 1 auf Seite 11) definiert ist und den vorbestimmten Phasenintervallen entspricht, der Parameter KO den Spitzenwert von VK bezeichnet,der Parameter SK die Quadratsumme von VK bezeichnet, der. Parameter RK einen Phasenwinkel von VK bezeichnet, der Parameter Sn eine Quadratsumme der Spannung Vn der bei einem Phasenwinkel Rn erhaltenen Sinuswelle bezeichnet, mit n= ein Zusatz einer vorbestimmten Zahl, der Parameter Sm eine Quadratsumme von Vm der Sinuswelle, bei einem Phasenwinkel Rm erhalten, bezeichnet, mit m = ein Zusatz einer vorbestimmten Zahl, und der Parameter Vx die normierte Effektivspannung entsprechend einer an den Schweißtransformator (2) angelegten Effektivspannung (Vt) bezeichnet, Detektieren einer Spannung (v) der Wechselstromversorgung (100),

Berechnen eines Effektivwerts Vrms anhand der detektierten Wechselstromversorgungsspannung (v), Berechnen einer an die Primärwicklung des Schweißtransformators (2) angelegten Effektivspannung Vt unter Heranziehung des Effektivwerts Vrms und des normierten Effektivwerts Vx und

Spannungsregeln des Schaltelements (1) unter Benutzung der Effektivspannung Vt als Regel-Rückkopplungssignal,

Detektieren eines durch den Schweißtransformators (2) fließenden Effektivstrom Irms sowie Stromregeln des Schaltelements (1) unter Benutzung des Effektivstroms Irms als Regel-Rückkopplungssignal.

7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt:

Berechnen einer Benutzungshäufigkeit des Schweißtransformators (2) auf der Grundlage eines Verhältnisses (Gleichung (3)) eines vorliegenden oder Augenblickswertes (Vx) zu einem Höchstwert (V180) des normierten Effektivwerts Vx und Anzeigen der berechneten Benutktivstroms Irms als Regel-Rückkopplungssignal.

7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt:

Berechnen einer Benutzungshäufigkeit des Schweißtransformators (2) auf der Grundlage eines Verhältnisses (Gleichung (3)) eines vorliegenden oder Augenblickswertes (Vx) zu einem Höchstwert (V180) des normierten Effektivwerts Vx und Anzeigen der berechneten Benutzungshäufigkeit P.