DE2319752A1 - Stromquelle zum handschweissen - Google Patents
Stromquelle zum handschweissenInfo
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Description
Pall λ
PATENTA N WX LTE. - ~©*nabrli6*vaen 17. April 1973
Dr. V. BUSSE · Dipl.-ing. D. BUSSEN * : W&$ .* . ;
Osnabrück · Möserstraße 20-24 2319752
Firma Kjellberg-Esab GmbH
565 SOLHiGEN, Beethovenstrasse 135-136
Die vorliegende Erfindung betrifft eine für das Hand-Ssehweissen
mit umhüllten Elektroden bezweckte Stromquelle mit stark abfallender Spannung-Strom-Kennlinie, bestehend
aus einem Drehstromtransforicator nit niedriger magnetischer
Streuung (niedriger Reaktanz), einem an dessen Sekundärwicklung angeschlossenen Drehstromgleichrichter mit gesteuerten
Yentilen, einem Zündwinkelgeber zum Erzeugen von die Ventile steuernden Zündimpulsen, deren Phasenlage
durch die Grosse eines dem Zündwinkeigeber zuceführten,
aus einezi Gleichstrom oder einer Gleichspannung bestehenden Steuersignal bestimmt wird, und einem das Steuersignal
erzeugenden Steuersignalgeber, welcher Mittel zur Herstellung einer konstanten, einstellbaren ersten Komponente
(Grundkomponente) des Steuersignals und Mittel, einschliesslieh eines Gliedes zur Abnahme des Sohweissstroa-Istvrerts,
zur Herstellung einer entgegen der Grundkonponente wirkenden, zum Schweissstrom proportionalen zweiten
des Steuersignals enthält·
309844/0481
Dass die Stromquelle eine stark abfallende Kennlinie . aufweist ist hier so zu verstehen, dass das Verhältnis
Kurzschi'U ssstrom/Lichtbogenstrom höchstens 1,5 "betrage-n
darfo .
Die Yenfile des Drehstromgleichrichters brauchen nicht alle gesteuert au seine Es genügt, wie bekannt, ein .
gesteuertes Ventil in jedem der Phasenzweige vorzusehen.
Bei einer in der USA-Patentschrift Hr0 3„530o359 beschriebenen
Stromquelle der oben angegebenen Art wird die einstellbare
Grundkomponente des Steuersignal durch die
ZusammenlP-gerung zweier je für sich einstellbarer Teilkomponenten
erhalten. Es sind dabei ein Einstellglled für die eine der Tellkomponenten und zwei voneinander
und vom genannten Einstellglied unabhängige Einstell—
glieder' für die zweite Teilkomponente vorgesehen. Das
eine dieser Einstellglieder dient auch zum Einstellen der Neigung der Kennlinie der Stromquelle durch Einstellung
des Verhältnisses zwischen der genannten zweitenlioniponente
des Steuersignals vna dem Schweissstrom-Istwert. v7enn
der Schweisser einen bestimmten Schweissstrom und eine bestimmte Neigung der Kennlinie einstellen will, muss er
somit drei verschiedene Einstellglieder betätigen, was praktisch umständlich ist. Die bekannte Schweissstronquelle
weisst ausserdem den Uachteil auf, dass der Schweissstrom sich stark mit der iietzspannung ändert.
Die störende Einwirkung der ITetzspannungsschwankungen
erhöht sich in demselben Hasse wie die Abweichung der Kennlinie von der Vertikalen,, 7fenn mit Ketzspannuagsschwankungen
zu rechnen ist, muss somit die Kennlinie möglichst stell eingestellt werden,, Andererseits ist
309844/0481
wohlbekannt, dass beim Schweissen mit umhüllten Elektroden
die Kurzsohlussstromstärke die Lichtbogenstromstärke
um einen nicht zu kleinen Betrag übersteigen muss, damit der Tropfenübergang von der Elektrode zum Schweissbad
schnell und störungsfrei vor sich geht und "3?estfrieren" "
der Elektrode und andere unerwünschte Erscheinungen verhindert werden. Mit dein bekannten System ist es deshalb
nicht möglich, günstige Sehweisseigenschaften der Stromquelle gleichzeitig mit der erwünschten Unempfindlichkeit
gegenüber ITetzspannmigssciiwankungen zu bekommen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe au Grunde, eine Schweiss—
stromquelle der eingangs gen.erm.ten Art zu entwickeln,
welche die oben besprochenen ITachteile nicht aufweist. Die erfindungsgemässe Stromquelle kennzeichnet sich im
wesentlichen dadurch, dass der Steuersignalgeber Mittel zum Einführen eine dritten, zum Istwert der Sehweissspannung
proportionalen, entgegen der Grundkomponante wirkenden Komponente des Steuersignals sowie ein Glied
zum Einstellen der Neigung der Kennlinie durch Einstellen des Verhältnisses zwischen der besagten dritten Komponente
und der 3chweissspannung umfasste
Die erfindungsgenasse Stromquelle lässt sich ohne
Schwierigkeit auf die gewünschte Stromstärke und die
gewünschte neigung der Kennlinie einstellen. Die Empfindlichkeit
gegenüber Ii etzspannungs Schwankung en ist
praktisch unabhängig von der neigung der Kennlinie, welche somit ausschliesslich mit Rücksicht auf die erwünschten
Schweisseigenschaften eingestellt v/erden kann.
Es hat sich ferner erwiesen, dass bei der erfindungs-309844/0481
gemässen Stromquelle eine befriedigende Unempfindlichkeit
gegenüber ITe tzspannungs Schwankungen sich dadurch erreichen lässt, dass man den Stromrückkopplungsfaktor
genügend "hoch macht. Unter rfStromrückkopplungsfaktor"
ist hier das bei offener Regelschleife gemessene Verhältnis A Υ/Λΐ zu verstellen, wo Al die Grosse einer .Änderung
eines durch das Glied zur Abnahme des Schweissstrom-Istwerts fliessenden Stromes und Λ, Y die durch diese
änderung verursaohte Änderung der Klemmenspannung des
Gleichrichters darstellt. Der Transformator soll dabei an die Uenn-Netzspannung angeschlossen und der Gleichrichter
auf eine Klemmenspannung innerhalb des BogenspaniTurgsgebietes
eingestellt sein.
Per Stromrückkopplungsfaktor sollte bei der erfindungsgemässe
Stromquelle mindestens 1,5 Volt/Ampere betragen. Vorzugsweise ist ein Yfert von mindestens 2,5 Volt/Ampere
zu wählen« Werte, welche höher als 5 Volt/Ampere sind, können unter Umstänc&idie Gefahr der !Instabilität des
Steuersystems mit sich bringen und sind deshalb am besten zu vermeiden»
Die Erfindung soll jetzt an Hand der anliegenden Zeichnungen
näher erklärt werdene Es zeigen Pig. 1 ein Schaltschema eines Ausführungsbeispieles der
Erfindung,
Pig, 1a eine Abänderung des Schaltschemas der Pig. 1*
Pig. 2 ein Spannung-Strom-r-Diagramm, welches die TTirkungsweise
der Stromquelle der Pig. 1 veranschaulicht,
'309844/04 8 1
!"Ig» 3 ein Schaltscheraa eines zweiten AusfüJirungsbeispieles
der Erfindung,
Pig« 4 ein Spannung-Stroni-Diagranm, welches die Vv'irkungsweise
der Stromquelle der Figo 3 veranschaulicht, Fig. 5 ein Schalt schema eines dritten Ausfülirungsbei-Spieles
der Erfindung, ' . -
Fig. 6 ein Sparmung-Strom-Diagramix:, welches die Wirkungsweise
der Stromquelle der Figo 5 veranschs-ulicht,
Figo 6a ein entsprechendes Spanmmg-Strom-Diagramm bei
einer abgeänderten Ausführung der Stromquelle der Fig. 5, Figo 7 ein Scha.ltschema über einen der Zündwinkelgeber
der Stromquelle der Fig. 5, und
Fig. 8 Spannung-Seit-Diagramme für Spannungen, welche
in gewissen Punkten des Schaltscheaas der Fig. 7 auftreten»
Die in. Figo 1 gezeigte Sbhw.eissstromquelle ist mit einem
DrehstroHStransformator 1 versehen, dessen Singangskleimnen
R, S, ! an das ITetz eingeschlossen sind. Die Ausgangsklemmen
des Transformators sind an einen Gleichrichter 2 mit gesteuerten Ventilen angeschlossen. Der Transformator
1 hat eine geringe Reaktanz und ist vorzugsweise mit einem
dreischenkligen Kern versehen« Der an den Gleichrichter .
angeschlossene Schv/eissstromkreis enthält eine Reihen-Induktanz
3 und einen Polumschalter 4, durch welchen jede
gev/ünschte Polarität der S ehvre iss elektrode 5 in 3ezug auf
das 7/erkstück β erhalten v^erden kann. Eine Freilauf diode
7 ist zwischen dem leiter, welcher die Induktanz mit dein.
Gleichrichter verbindet, und dem anderen Schweissstrom-
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leiter eingeschaltet. Der Gleichrichter 2 wird durch
einen Zündwinkelgeber 8 gesteuert, welche in bekannter :
Weise eine Reihe von mit der riet ζ spannung synchronisierten
Zündimpulsen für die Zündelektröden der gesteuerten Ventile erzeugt. Die Phasenlage der Impulse wird durch ein Steuersignal
bestimmt, welches dem Zündwiiikelgeb'er durch eine
Verstärkervorrichtung 9 zugeführt wird. Die Verstärkervorrichtung 9 ist eingangsseitig.an einen Summierstromkreis
angeschlossen, welcher drei Widerstände 10, 11, 12 enthält. Der Widerstand 12 ist an den Schieber 13a eines an die
Kxmstantspanmingsquelle 14 gelegten Potentiometers 13 angeschlossen.
Der widerstand 12 leitet somit einen'konstanten Strom, dessen Grosse mittels des Schiebers 13a
einstellbar ist. .Der Widerstand 10 ist an einen Schweissstromgeber
angeschlossen, welcher aus dem im einen Schwelssstromleiter
eingeschalteten ITebenwiderstand 15 besteht. Der Widerstand 11 ist an einen Schieber 16a oder eine:·-, sonstige::,
veränderliche Anzapfung eines an dgr Schweissspannur-g
liegenden Potentiometers 16 angeschlossen. Die Widerstände 10, 11 leiten somit Ströme, welche dem Schweissstrome bzw.
der Schweissspannung proportional sind. Die mit "P" bezeichneten
Punkte des Schaltschemas sind miteinander durch nicht gezeigte Leiter galvanisch verbunden und legen das
Full potential des Stetiersignalgebers fest. Die Verstärker—
vorrichtung 9 erhält durch den Sunmierstromkreis 10-12
eine Singangsspannung, welch.e mit der algebraischen Sumne
der durch die einzelnen Widerstände fliessenden Ströme proportional ist. Die Stromrichtungen sind derart, dass
die Ströme in den "widerständen 10, 11 dem Strome im Wider-
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stände 12 entgegenwirken. Das Eingangssignal wie auch ■
das Ausgangssignal der Yerstärkervorrichtung 9 ist somit dem Unterschiede zwischen einer konstanten Komponente
und der Sumse zwei veränderlicher Komponente gleich, welche letztere sich proportional zum Schweissstrom
"bzw. Schv/eissspszmung ändern. Das sich somit ergebende
Steuersignal wird dem Zündimpulsgeber 8 zugeführt und "bestimmt den Phasenwinkel der von dem Zündimpuls geh er
an den Gleichrichter 2 ausgesandten Zündimpulse. Durch die "beschriebene .negative Ruckkoppliing von Strom und
Spannung erhält der G-leichrichter eine steil abfallende
Kennlinie, deren Lage durch die Einstellung der Potentiometer 13 und 16 "bestimmt wird, und zwar so, dass die Einstellung
des Potentiometers 13 die G-rösse des Kurzschlussstromes
festlegt, während die Einstellung der Anzapfung 16a des Potentiometers 16 die neigung der Kennlinie "bestimmt.
Erfindungsge-näss sollte der Stromrückkopplungsfaktor
mindestens 1,5 "Volt/Ampere "betragen, damit Schwankungen
der an die Klemmen R, S, T liegende ITetzspannung nicht
unerwünscht grosse Änderungen des Sehweissstromes herbeiführen.
Eine Llessung des Stromrückkopplungsfaktors kannin der folgenden 77eise durchgeführt werden. Die Yer-
bindung der Punkte χ und χ wie auch die Verbindung der Punkte y, y wird gebrochen. Zwischen die Punkte y und ζ
wird eine unabhängige Gleichstromquelle angeschlossen, und zwar so, dass ihr Pluspol an den Punkt ζ und ihr
Minuspol an den Punkt y gelegt wird. Zwischen die Punirfce
χ und y wird eine unabhängige Gleichspannungsquelle ange-309844/0481
schlossen, d.eren Pluspol an den Punkt χ und deren Minuspol
an den Punkt y gelegt wird. Die Klemmenspannungen der
j Spannungsquelle und/oder der Stromquelle werden so abgepasst,
dass der Gleichrichter 2 eine Ausgangsspannung im Bereiche
normaler Schweissspannungen liefert. Man ändert nun den von
der Stromquelle gelieferten,'durch den liebenwiderstand 15
fliessenden Strom um einen bestimmten Betrag Δ-Ι» ζ·Β. 1
Ampere, und misst die dadurch hervorgebrachte Änderung Δ V
(in Volt) der Ausgangs spannung des Gleichrichters 2. Das Verhältnis Δ V/Δΐ ist der Stromrückkopplungsfalutor der
Stromquelle.
Theoretisch sollte der Gleichrichter während der Messung an einen so bemessenen Belastungswiderstand angeschlossen
sein, dass der Gleichrichter einen Strom derselben Grösseii~
Ordnung wie der der eingestellten Spannung entsprechende Lichtbogenstrom liefert. Der Messfehler, welcher dadurch
entsteht, dass die Messung am nicht belasteten Gleichrichter vorgenommen wird, ist aber vernachlässigbar.
Der Stromrückkopplungsfaktor hängt, wie man einsieht, von der Resistanz des ITebenwiderstandes 15, der Resistanz des
Widerstandes 10, der Verstärkung der Verstärkervorrichtung·
9 und dem Verstärkungsverhältnis des aus dem Gleichrichter
2 und seinem Zündwinkelgeber 8 bestehenden Systems ab. Das letztgenannte Verstärkungsverhältnis wie meistens auch
die Resistanz des ITebenwiderstandes können als gegeben betrachtet
werden. Man hat somit den Widerstand 10 und die Verstärkung der Verstärkervorrichtung 9 so zu bemessen,
dass sich der- erwünschte Stromrückkopplungsfaktor ergibt.
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Der Potentiometer 16 hat nebst der Anzapfung 16a noch
■ eine veränderliche Anzapfung 16Td, welche durch einen
Kondensator 17 mit der Anzapfung 16a verbunden ist. Die Anzapfung 16b liegt an einer Stelle des Potentiometers,
deren Potential höher als dasjenige der Anzapfung 16a ist. Der Kondensatorzweig ist stromlos, solange die
Schweissspannung konstant ist, und hat somit keine Einwirkung
auf die statische Kennlinie« Eine Änderung der zwischen den Schweissstromleitem "bestehenden Spannung
ergibt eineaLade— "bzw, Entladestrom durch den Kondensator
17» v/elcher Strom die Grö'sse der Änderung des durch
den Widerstand 11 hindurch fliessenden Stromes erhöht. Während des Bestehens des Lade- "bzw. Sntladestroms wird
sich somit eine Neigung der Kennlinie einstellen, welche weniger steil als die lieigung der statischen Kennlinie
ist. Beim Auftreten eines Kurzschlusses zwischen Elektrode und Werkstück wird somit die Stromquelle in den nächsten
Augenblicken einen grösseren Kurzschlussstrom als den von der statischen Kennlinie angezeigten abgeben, was
erwünscht ist.
Beim Aufheben eines Kurzschlusses zwischen Elektrode und
Werkstück wird die Steuervorrichtung durch die Einwirkung des Kondensatorzweiges in den nächsten Augenblicken einen
Lichtbogenstrom einstellen, welcher niedriger als der stationäre Lichtbogenstrom ist. Die in Pig. 1a dargestellte
Abänderung beseitigt diese Wirkung, welche nicht erwünscht ist. G-emäss Pig. 1a erfolgt der Anschluss
des Kondensators 17 an die Anzapfung 16a durch ein G-leich-
richterventil 18, welches so gepolt ist, dass es nur den
309844/0481 '
Entlade strom des Kondensators leitet. Zur Ermöglichung
der Ladung des Kondensators ist ein zweites Gleichrichter—
ventil 19 zwischen dein Kondensator und dem am Hullpotential
liegenden Ende des Potentiometers 16 eingeschaltet. Der durch ein Ansteigen der Schweissspannung verursachte Ladestrom
durch den Kondensator 17 kann somit, in diesem Falle
keine Änderung des durch den Widerstand 11 fliessenden
Stromes herbeiführen.
Fig. 2 veranschaulicht.die Arbeitsweise der Schaltung.
Die Linie 20 ist die Kennlinie der Stromquelle "bei voll
ausgesteuerten Gleichrichtern. Die Linie 21 stellt eine durchschnittliche Kennlinie des Schweisslichtbogens dar.
Die Linien. 22, 23 sind zwei Kennlinien, welche sich durch verschiedene Kurzschluss ströme I- bzw. I0o (entsprechend
verschieden Einstellungen der Potentiometeransapfung -13a)
und verschiedene Steilheiten (entsprechend verschiedenen Einstellungen der Anzapfung 16a) unterscheiden. Die gestrichelten
Linien veranschaulichen die transiente (vor~ über'gehende) Herabsetzung der Steilheit (Erhöhung der
Kurzschlussstromstärke), welche durch die Einwirkung des Kondensatorzweiges in Fig. 1 oder 1a bewirkt wird.
Die in Fig. 3 schematisch dargestellte Ausführungsform
der Erfindung umfasst einen Drehstromtransformator 26,
an dessen Sekundärwicklung ein Eauptgleichrichter 27 und ein Hilfsgleichrichter 28 angeschlossen sind. Der Hauptgleichrichter
ist mit gesteuerten Ventilen ausgerüstet. Der Hilfsgleichrichter 28 besteht nur aus Dioden (nicht
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gesteuerten Yentilen). Die beiden G-leichridhter sind an
denselben. Sehweissstromkreis angeschlossen, wobei der
Hilfsgleichrichter in Reihe mit einem Widerstand 29 angeschlossen
ist, welcher den Kurzschlussstrom des Hilfsgleiehrichters
auf einen niedrigen Betrag beschränkt. Der Sehweissstromkreis enthält einen Induktor 30, Zwischen
der Verbindung des Induktors mit der Stromquelle und dem anderen Sehweissstromleiter liegt eine Ireilaufdiode 31«
Der Gleichrichter 27 wird durch einen Zündwinkelgeber 32 gssieuert.
welcher durch ein von der Yerstärkervorrichtung 33 erzeugtes Steuersignal gesteuert wird. Der Eingangskreis
des Verstärkers 33 ist als eine Summierschaltung ausgebildet, welche vier Widerstände 34-, 35, 36, 37 enthält.
38 Der Widerstand 37 ist an ein Abnahmeglied/für den Istwert
des Schweissstromes, z.B. einen in den einen Sehweissstromleiter
eingeschalteten Hebenwiderstand, angeschlossen und leitet somit einen mit dem Schweissstrom proportionalen
Strom. Der Widerstand 3° ist an einen Schieber oder eine
sonstige verstellbare Anzapfung 39 eines an der Konstantspannungsquelle
41 liegenden Potentiometers 40 angeschlossen. Der Widerstand 35 ist'an die verstellbare Anzapfung 42
eines Potentiometers 43 angeschlossen, an welchem eine mit der Schweissspannung sich ändernde Spannung liegt,
welche durch eine Vergleichsschaltung 44 geliefert wird. Die zwischen den Schweissstromleitern bestehenden Schweissspannung
und die konstante Spannung des an eine Konstantspannungsquelle 46 angeschlossenen Potentiometers 45
werden je für sich in die Vergleichsschaltung 44 eingeführt,
welche so ausgeführt ist, dass sie an den Ausgangsleiter
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47 eine Spannung legt, welche zu dem Unterschiede zwischen
der Schweissspannung und einer konstanten Spannung V proportional ist, wobei die Spannung V der durch den
Potentiometer 45 zugeführten Spannung gleich ist oder mit ihr in einem bestimmten Verhältnis steht. Die an den
Leiter 47 abgegebene Spannung wird einem Potentiometer
an
zugeführt, dessen Anzapfung 49/den bereits genannten Potentiometer 43 angeschlossen ist. Zwischen dem Leiter 47 und der Anzapfung 49 des Potentiometers 48 ist ein Kondensator 48 eingeschaltet, dessen Aufgabe derjenigen des Kondensators 17 der Vorrichtung nach J1Ig. 1 entspricht.
zugeführt, dessen Anzapfung 49/den bereits genannten Potentiometer 43 angeschlossen ist. Zwischen dem Leiter 47 und der Anzapfung 49 des Potentiometers 48 ist ein Kondensator 48 eingeschaltet, dessen Aufgabe derjenigen des Kondensators 17 der Vorrichtung nach J1Ig. 1 entspricht.
Die durch die drei Widerstände 35, 36, 37 fliessenden Ströme erzeugen eine entsprechende Eingangsspannung der
Verstärker 33· Wie aus den obigen Angaben hervorgeht, enthält diese Spannung die folgenden (statischen) Komponenten:
a. eine konstante, mittels des Potentiometers 40 einstellbare
Komponente.
b. Eine konstante, mit der Komponente s. gleichsinnige,
mittels der Potentiometer 48.und 43 einstellbare Komponente.
c. Eine mit der Schweissspannung sich ändernde, der Komponente
ja entgegenwirkende Komponente, wobei das Proportionsverhältnis zwischen dieser Komponente und der Schweissspannung
mittels der Potentiometer 48 und 43 einstellbar ist.
d. Eine mit der Schweissstrom sich ändernde, der Komponente
_a entgegenwirkende Komponente (welche dem Stromabnalimeglied
38 entnommen, wird).
Die Summe der beiden einstellbaren Komponenten a und _b
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stellt die konstante G-rundkomponente oder Keferenzkoraponente
des Steuersignals dar -und entspricht somit
derjenigen Steuersignalkomponente, die bei der Vorrichtung
nach PIg. 1 durch den Potentiometer 13 und den Widerstand 12 erzeugt wird. Das Steuern des Gleichrichters
erfolgt in derselben Weise wie bei der Vorrichtung nach Pig. 1. Die Ausführung nach Pig. 3"bringt
aber einen praktischen Vorteil gegenüber der Ausführung nach Pig. 1. Bei der letzteren erfolgt das Sinsteilen
der G-rundkomponente des Steuersignals mittels der Potentiometeranzapfung
13a. Eine Verstellung derselben bewirkt eine Parallelbewegitng der Kennlinie der Stromquelle.
Die Neigung der Kennlinie wird mittels der Potentiometereingestellt,
anzapfung 16a/ Eine Verstellung derselben bewirkt eine Drehung der Kennlinie um den.Schnittpunkt der Kennlinie und der Stromachse. Diese Drehung bewirkt wiederum eine Verstellung des Arbeitspunlctes (d.h. des Schnittpunktes der Kennlinie der Stromquelle und der Lichtbogenkennlinie), u.z. so, dass das Einstellen einer verminderten- Steilheit der Kennlinie den Arbeitspunkt gegen niedrigere Ströme versetzt. Diese Versetzung ist nicht Immer vernachlässigbar, sodass zwischen der Einstellung der Anzapfung 13a und dem Arbeltsstrome keine genaue Beziehung vorliegt. Bei der Vorrichtung nach PIg. 3 bewirkt die Verstellung der Anzapfung 39 des Potentiometers 40 eine Parallelbewegung der Kennlinie der Stromquelle, während die Verstellung der Anzapfung 49 des Potentiometers 48 eine Drehung der Kennlinie um Ihren Schnittpunkt S (Pig. 4) mit der zur Stromachse parallelen Linie V=V -bewirkt, wo V
anzapfung 16a/ Eine Verstellung derselben bewirkt eine Drehung der Kennlinie um den.Schnittpunkt der Kennlinie und der Stromachse. Diese Drehung bewirkt wiederum eine Verstellung des Arbeitspunlctes (d.h. des Schnittpunktes der Kennlinie der Stromquelle und der Lichtbogenkennlinie), u.z. so, dass das Einstellen einer verminderten- Steilheit der Kennlinie den Arbeitspunkt gegen niedrigere Ströme versetzt. Diese Versetzung ist nicht Immer vernachlässigbar, sodass zwischen der Einstellung der Anzapfung 13a und dem Arbeltsstrome keine genaue Beziehung vorliegt. Bei der Vorrichtung nach PIg. 3 bewirkt die Verstellung der Anzapfung 39 des Potentiometers 40 eine Parallelbewegung der Kennlinie der Stromquelle, während die Verstellung der Anzapfung 49 des Potentiometers 48 eine Drehung der Kennlinie um Ihren Schnittpunkt S (Pig. 4) mit der zur Stromachse parallelen Linie V=V -bewirkt, wo V
r ' r
die früher besprochene,durch die Vergleichsschaltung 44
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■ ■ . 14
zugeführte, der Schweissspannung ■". entgegenwirkende, konstante Spannung ist. -Fig. 4 zeigt nebst der Kennlinie
des HauptgleicliriGhters bei voll ausgesteuerten Ventilen
und der Kennlinie 25 des Hilfsgleichrichters einige Kennlinien
55 bis 60, Die gestrichelte Linie entspricht der konstanten Spannung V„. Aus den obigen Angaben folgt,
dass die mit einer Änderung der Steilheit der Kennlinie bei einer gegebenen Einstellung der Po tent iometeranzapfiing
39 (wobei die Kennlinie um den Punkt S gedreht wird) verknüpfte
Änderung des Arbeitsstroms I„ zum. Abstande zwischen
ei
dem Punkte S und der liehtbogenkenrilinie 61 proportional
ist. V kann z.B. annähernd gleich der grössten auftretenden
Bogenspamxung sein» In diesem Falle werden die durch
Änderungen der Steilheitseinstellung verursachten Änderungen des Lichtbogenstroms I„ so klein sein, dass eir.e gute Korrelaticn
zwischen der Einstellung der Anzapfung 39 und der Arbeitsstromeinstellung erhalten wird. Eine noch bessere
Korrelation kann erhalten werden, wenn die konstante Sp
Yr gleich einer mittleren Eogenspannung gewählt wird.
Es ist befunden worden, dass die besten Schweisseigenschaften
erhalten werden, wenn die Steilheit der Kennlinie in einer bestimmten Weise abhängig von der Lichtbogen-Stromstärke
gewählt wird, u.zw. -so, dass das Verhältnis Kurzschlussstronstärke/Lichtbogenstromstärke und somit
auch der beim Kurzschluss entstehende relative Stroman—
stieg wenigstens im Gebiete mittelhöher Stromstärken annähernd konstant ist. Bei hohen Stromstärken kann eine
gewisse Herabsetzung des Verhältnisses KurzSchlussstrom/
Lichtbogenstrom zulässig und zwecknässig sein, u.a. zun
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Zwecke der Vermeidung einer üeberbelastung· der Gleichrichterventile.
Bei niedrigen Strömen kann eine gewisse
Erhöhung des Verhältnisses Eurzschlussstromstärke/Liehtbogenstronstärke
zulässig und zweckmässig sein, ins-besondere "bei Arbeitsströmen unterhalb 50 Ampere. Der
statische Stromanstieg beim Kurzschluss darf doch niemals
höher als 50 i> der Lichtbogenstromstärke sein. Bei den als Beispiel in Fig. 4 gezeigten Kennlinien weisen die
Kennlinien 55 "bis 58 eine bei ansteigenden Lichtbogenstromstärken
abfallende Steilheit auf, während die beiden ' Kennlinien 59, 60, welche den höchsten Lichtbogenströmen
entsprechen, dieselbe Steilheit wie die Kennlinie 58 aufweisen.
Zur selbsttätigen Herstellung der oben erklärten Korrelation zwischen der Steilheit der Kennlinie und der Itromstärkeeinstellung
wird zweckmässig eine Kopplung zwischen den Anzapfungen der Potentiometer ■ 40 und 43 vorgesehen.
In Pig.. 3 ist diese Kopplung als ein geneinsames mechanisches
Betätigungsglied 41 der beiden verstellbaren Anzapfungen· 39 und 42 angedeutet. Die Kennlinien der
beiden Potentiometer müssen so aufeinander.angepasst sein,
dass die erwünschte Korrelation erhalten wird. Es leuchtet ein, dass in diesem Falle auch eine ganz bestimmte Korrelation
zwischen der Einstellung des Gliedes 51 und der Lichtbogenstromstärke vorliegt, ganz unabhängig von der
Yfahl der konstanten Spannung Y .
Die durch den Kondensator 50 eingeführte transiente Spannung wird durch den Potentiometer 43 in demselben
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Verhältnis wie die statische Spannungskomponente herabgesetzt. Am unteren Ende des Stromeinstellungsbereiches
wird die somit erzeugte transiente Steuersignalkoiapqnente
und der sich daraus ergebende transiente Stromanstieg bei Kurzschluss allzu klein. Eine ergänzende transiente
Steuersignalkomponente wird durch den Widerstand 34 eingeführt, welcher einen Teil der Sumnierschaltung am
Eingangsende der Verstärkervorrichtung 33 darstellt. .Der Widerstand 34 ist mit dem Ausgangsleiter 47 der Vergleichsschaltung
44 durch einen Stromkreis verbunden, welcher den Kondensator 52 in Reihe mit dem \7iderstand
53 enthält.
Bei niedrigen Schweissströmen besteht der vom Hauptgleichrichter
gelieferte Strom aus verhältnismässig kurzen Impulsen, welche durch stromlose Pausen getrennt
sind. Der von dem Hilfsgleichricliter 28 in. Reihe mit
dem Widerstand 29 gelieferte niedrige Strom überbrückt die besagten stromlosen Pausen, was bei niedrigen Schweissströmen
eine verbesserte Lichtbogenstabilität ergibt.
Bei der Ausführungsform nach Pig. 3 ist der Hilfsgleichrichter
an dieselbe Transformatörwicklung wie der Hauptgleichrichter 27 angeschlossen. Es ist auch
möglich, den Hilfsgleichrichter an eine besondere Wicklung des Transformators 26 oder an einen besonderen
.Transformator ä&zuschliessen, welche bzw. welcher vorzugsweise eine höhere Sekundärspannung als die den
Hauptgleichrichter versorgende 77icklung aufweist.
09 8-4 4-/0
Tfenn der Stroiarüekkopplungsfaktor der Vorrichtung nach
Fig. 3 gemessen werden soll, muss entweder der Hilfsgleichrlchter
28 ausgeschaltet oder eine Belastung des Schweissgleichrichters vorgesehen werden.
Die Schweissstromquelle der· Pig. 5 hat einen Haupttransformator,
welcher ausser einer Primärwicklung 65 und einer Sekundärwicklung 66 eine Tertiär- oder Hilfswicklung
67 aufweist, welche keine Schweissleistung überträgt,
sondern, lediglich eine für die Steuervorrichtung erforderliche Drehspannung erzeugt. Ein an die Sekundärwicklung
angeschlossener Hauptgleichrichter ist aus drei Dioden 68 und drei !Thyristoren 69 zusammengesetzt. Drei
weitere Dioden 70 stellen zusammen mit den Dioden 68 einen Eilfsgleichrichter dar. Der eine Ausgangsleiter
des Gleichrichters ist mit der Schweisselektrode 71 verbunden.
Der andere Ausgangsieiter 76 des Hauptgleichriehters
ist mit dem 'Werkstück 74 durch einen ITebenwiderstand
72 und einen S chwe iss induktor 73 verbunden. Der ITebenwiderstand 72 stellt das Stromistwert-Abnahmeglied
der Steuervorrichtung dar. Der Hilfsgleichrichter ist mit dem Schweissstroiakreis in Reihe mit dem Strombegrenzungswiderstand
75 verbunden. Eine Freilaufdiode 78 ist zwischen die Schweissstromleiter 76, 77 eingeschaltet.
Die drei Thyristoren 69 sind je von einem Zündwinkelgeber
79, 80, 81 gesteuert, indem die Zünäwinkelgeber- je mit
der Steuerelektrode eines Thyristors 69 durch einen Zündimpulsleiter
82, 83, 84-(welcher in der Figur nur teilweise
gezeigt v/ird) verbunden sind. Das Schaltschema der Zimd-309844/0481
winkelgeber geht aus Fig. 7 hervor.
Die für den Betrieb der Steuervorrichtung erforderlichen Hilfs- oder Betriebsspannungen werden von einem Ein-"
phasen transformator 87 erzeugt, dessen Sekundärwicklung
mit einer iiitte !anzapfung 85 versehen' ist. Die Sekundärspannung
wird von der Gleichrichterbrücke 88 gleichrichtet. Die gleichgerichtete Spannung wird mittels eines aus
Kondensatoren 89 und. Widerständen 90 aufgebauten Filters geglättet und mittels zwei Zenerdioden 91 stabilisiert,
welche in Reihe zwischen dea positiven Betriebsspannungsleiter 93 und den negativen Betriebsspannungsleiter 94
eingeschaltet sind. Der die Zenerdioden verbindende Leiter ist mit der Mittelanzapfung 85 und mit dem ITuIlpotentialleiter
92 verbunden.
Die positive Klemme des Hauptgleichrichters ist mit den Nullpotentiälleiter 92 durch einen Leiter 95 verbunden.
Die Spannung der anderen Klemme, des Hauptgleichrichters,
welche in Bezug auf den ITullpotentialleiter 92 negativ ist, wird einem Leiter 97 durch ein-G-lättungsfilter 96
zugeführt. Der Leiter 97 ist mit einem Ende eines Widerstandes
98 verbunden, dessen anderes Ende mit dein Eingang eines Operationsverstärkers 99 verbunden ist. Ein zweiter
Widerstand 100 verbindet den genannten Eingang mit der
konstanten positiven Spannung des Betriebsspannungsleiters 95. Die dem Eingang der Operationsverstärker sugeführte
Spannung ist somit proportional zu einem Strom, welcher dem Quotienten der konstanten Spannung des Leiters 93
■309844/0481
■und der Resistanz des Widerstandes 100, abzüglich des
Quotienten der Schwe iss spannung· des Leiters 97 und der
Resistanz des Widerstandes 98, gleich ist. Der Operationsverstärker
99 ist mit einem Rückkopplungszwei-g versehen,
welcher aus der Parallelschaltung eines Widerstandes 101 und einer Diode 102 "besteht. Bei der Eingangsspannung
null ist auch der Ausgangsspannung null. Bei positiver Eingangsspannung liefert der Operationsverstärker
eine negative Ausgangsspannung, welche dem Eingangsspannung'proportional ist. Bei negativen Eingangs
spannungen (d.h., wenn die Sohvreissspannungsanhängige
Komponente der Eingangsspannung grosser als die konstante Komponente ist), ist der Ausgangsspannung des
Operationsverstärkers null, weil die Diode 102 das Auftreten einer positiven Ausgangsspannung verhindert.
Wenn K eine Proportionalitätskonstairte, V die Schweissspannung
und V eine konstante Spannung "bezeichnet,
liefert der Operationsverstärker eine Ausgangssparmung
V · = K(Y„ - V„), wenn Y„ kleiner als ."JT ist, tmd eine
cms sr Stt- i
Ausgangsspannung Yn = o, wenn/gleich oder grosser als
aus
V ist. Die Aus gangs spannung wird einem zwi sehen den
Ausgang des Operationsverstärkers 99 und dem ITullpotentialleiter
92 eingeschalteten Potentiometer 103 zugeführt. Die Anzapfung 104 des Potentiometers ist mit
einem zweiten Potentiometer verbunden, welcher zwischen die genannte Anzapfung und den liullpotenti al.leiter 92
eingeschaltet ist und aus der Reihenschaltung der "beiden Widerstände 105 und 106 "besteht. Der Widerstand 105 ist
309844/0481
tLKJ
' ein lichtempfindlicher Widerstand, welcher der Lichtstrahlung
einer Photodiode 105a ausgesetzt ist. Eine Erhöhung der von dem \7iderstaride 105 empfangenen Lichtstrahlung
bey/irkt eine Herabsetzung der Resistanz des
Widerstandes 105. Die Potentiometer 103 und 105-106 entsprechen den Potentiometern 48 "bzw. 43 in Fig. 3.
Die Verbindung der Widerstände 105 und 106 ist mit einem Ende eines Widerstandes 107 verbunden, dessen anderes
Ende mit dem Eingangsleiter 108 einer Verstärkervorrichtung
109 verbunden ist, welche der Verstärkervorrichtung 33 der Pig. 3 entspricht.
Ein Kondensator 110, dessen Aufgabe identisch mit derjenigen
des Kondensators 50 in Pig. 3 ist, ist zwischen den Ausgangsleiter des Operationsverstärkers 99 und die
Potentiometeranzapfung 104 eingeschaltet. Ein zweiter Kondensator 111 in Reihe mit einem Widerstand 112 ist
zwischen, den Ausgang sie it er des Operationsverstärkeis
und den ITullpotentialleiter 92 eingeschaltet. Die Verbindung
des Kondensators 111 mit dem Widerstand 112 ist mit dem Eingangsleiter 108 der Verstärkervorrichtung
durch einen Widerstand 113 verbunden. Die Aufgabe des
aus den Gliedern 111, "112, 113 zusammengesetzten Stromkreises ist identisch mit derjenigen des entsprechenden
Stromkreises 52, 53, 34 der Pig. 3. '
Ein Potentiometer 114 ist zwischen dem Uullpotentialleiter
92 und dem negativen Betriebsspannungsleiter 94
309 844/04 8 1
eingeschaltet. Die einstellbare negative Spannung der Anzapfung 115 wird an die Reihenschaltung der Photodiode
105a und eines Widerstandes 116 und auch an ein Ende
eines 'Widerstandes 117 gelegt, dessen anderes Ende an
den Eingangsleiter 108 der Verstärkervorrichtung 109 angeschlossen ist.
Der durch den Schweissstrom verursachte kleine Spannungsabfall
im Widerstände 72 wird mittels eines aus dem Widerstände
178 und -dem Kondensator 179 bestehenden Filters geglättet und durch einen widerstand 118 dera Eingang eines
mit einem Rüclckopplungswiderstand 119 versehenen Operationsverstärkers
zugeführt. Die Ausgangsspannung dieses Verstärkers,
welche positiv in Bezug auf den ITullpotentialleiter
92 und zum Schweissstrom proportional ist, wird
zugeführt einen Ende eines Y/iderstandes 149/ dessen anferes Ende nit
dem Eingangsleiter 108 der Verstärlcervorrichtung 109 ver~
bunden ist.
Das.Steuersignal, welches dem Eingangsleiter der Verstärkervorrichtung
109 durch die aus den Widerständen 113? 107» 117, 149 zusammengesetzte Summierschaltung zugeführt wird,
setzt sich somit aus den folgenden statischen Komponenten zusammen:
a. ,eine konstante,-negative Komponente, welche mittels
des Potentiometers 103 einstellbar ist,
b. eine durch den Operationsverstärker 99 und die Potentiometer
103 und 105-106 zugeführte Komponente, welche gleich null ist, solange die Schweissspannung höher als ein be-
309 8 4 4/0481
stimmter.Betrag Y liegt, -und welche "bei Schweissspannungen
Tg,. welche kleiner als Yr sind, einen negativen, zum Unterschied
V_ - YQ proportionalen Ytert annimmt.
c. Eine durch den Operationsverstärker 120 zugeführte
positive Komponente, 'weiche zum Schweissstrom proportional
ist.
Die Yerstärkervorrichtung 109 enthält einen Operationsverstärker
121 und einen aus drei parallel geschalteten Zweigen "bestellenden Rückkopplungskreis. Der erste Zweig
enthält einen .Widerstand 122, der zweite Zweig die E einen—
schaltung eines Widerstandes 123 und eines Kondensators 124, und der dritte Zweig eine Diode 125, welche so gepolt ist, "
dass sie das Auftreten von negativen Ausgangsspannungen
verhindert. Der Operationsverstärker 121 wie auch die anderenOperationsverstärker 99 und 120 sind po !umkehrend,-d.h.
sie erzeugen eine Ausgangsspannung, deren Polarität derjenigen der Sing ans s spannung entgegengesetzt ist."
Das .Ausgangssignal der Yerstärkervorrichtung 109 wird von
dem Leiter 126 an Jede der drei Zündwinkelge'ber 79, 80,
übertragen. Die für den Betrieb der Zündwinkelgecer erforderlichen
Betriebsspannungen, werden den Zündwinkelgebern dixrch die Leiter 127, 128 und 129 zugeführt, welche nit
den Betriebsspannungsleitern 93, 94· bzw. dem ITullpotentialleiter
92 verbunden sind. Die für den Betrieb der Zünä— winkelgeber ebenfalls erforderliche pulsierende Spannung
wird von einer, an die Hilfswicklung 67 des Ila/apttransformators
angeschlossenen G-leichrichtervorrichtung erzeugt.
Diese G-leiclirichtervorrich-uuns besteht aus drei miteinander
parallel geschalteten Zweigen, deren jeder aus der Reihenschaltung zweier Gleichrichterventile 130, 131
und eines Widerstandes 132 besteht. Die Ausgangsklemmen der Hilfswicklung 67 sind je mit der Verbindung der
"beiden Gleichrichterventile eines Zweiges verbunden. Die Verbindung der drei Widerstände ist mit dem negativen Betriebsspannungsleiter 94 "verbunden. Die in
Bezug auf diesen Leiter veränderlichen positiven Spannungen an den drei Widerständen werden durch je einen
leiter 133, 134, -135 De einem der drei Zünäwinkelgeber
79, 80, 81 zugeführt. Die Schaltung und die Wirkuhgsweise
der Zündwinkelgeber werden näher in Verbindung mit Pig. 7 und 8 beschrieben. Bis auf weiteres braucht nur
erwähnt zu werden, dass die Phasenlage der von den Zündwinkelgebera
erzeugten Zündimpulse in Abhängigkeit von der. Grosse des durch den Leiter 126 zugeführten Steuersignals
in solcher Yfeise gesteuert wird, dass die Thyristoren ständig nichtleitend bleiben, solange das
Steuersignal null bleibt, und dass beim Auftreten einer Steuerspannung die Thyristoren während einer mit der
Grosse der Steuerspannung anwachsenen Zeitdauer im leitenden
Zustande sind. . . -
In Pig. 6, welche eine Gruppe von Kennlinien entsprechend
darstellt verschiedenen Einstellungen des Potentiometers 114/£ werden
dieselben Bezeichnungen wie in Pig. 4 verwendete Jede der gesteuerten Kennlinien 55-60 enthält ausser dem ge—
55a-6Oa neigten Teil einen vertikalen Tei3/£ welcher sich zwischen
309844/0481
der Spannung V und der durch die Kennlinie 54 der voll
ausgesteuerten Stromquelle gegebenen Höchstspannung er- .·.
streckt. Dieser vertikale Teil entsteht durch die often beschriebene Wirkungsweise des Verstärkers 99, dessen
Ausgangsspannung bei allen Schweissspannungen höher als
V null bleibt, sodass in diesem Spannungsbereich nur die Stromrückkopplung wirksam ist. Die Spannung V wird
zweckmässig innerhalb des Bereiches 40 bis 50 Volt gewählt.
Bei der Wahl der Korrelation zwischen der Steilheit der Kennlinie und der Stromeinstellung sind die in Yerbindung
mit fig. 4 dargestellten Regeln und Gesichtspunkte'zu berücksichtigen. Aus dort erklärten Gründen sollte die
Steilheit der Kennlinie bei ansteigenden Stroaeinstellungen
bis auf eine gewisse Stromstärke abnehmen, aber bei den höchsten Stromeinsteilung en annähernd konstant .beibehalten
werden (Kennlinien 58-60). Bei der Vorrichtung nach Pig. 5 iwurde diese Korrelation durch eine solche
Anpassung der Kennlinie des aus der Photodiode 105a und dem lichtempfindlichen Widerstand 105 bestehenden Einheit
erreicht, dass die Resistanz des Widerstandes 105 bei
ansteigender Spannung der Anzapfung 115 des Potentiometers 114 nur bis an eine gewisse Grenze abfällt und
bei- der weiteren Erhöhung der Spannung im v/es entliehen
konstant bleibt.
In Verbindung mit Fig. 4 wurde erwähnt, dass die konstante Spannung 7p gegebenenfalls so gewählt werden kann,
dass die linie V = V die Lichtbogenlcennlinie schneidet.
309844/0481 .
Bei der Vorrichtung nach Pig. 5 ist dies aber nicht zweckmässig, da der Arbeitspunkt im geneigten Teil der
Kennlinie liegen sollte. Es ist aber trotzden möglich, den Unterschied zwischen der Lichtbogenspannung und der
Spannung V beliebig klein zu machen, indem man die Einstellung
der Spannung V mit der Stromeinsteilung veränderlich
macht, u.zw. so, dass die Spannung V mit der Stromeinstellung ansteigt. Pig. 6a veranschaulicht
diese Möglichkeit, welche z.B. dadurch verwirklicht werden kann, dass man den Widerstand 100 einstellbar macht und
eine solche Kopplung zwischen seinem Einstellglied und der Einstellung des Potentiometers 114 anordnet, dass
die Resistanz-des 7/iderstandes 100 bei zunehmender Poten—
tiometerspannung abnimmt.
Bei der Beschreibung der 7/irkungsweise der Verstärkervorrichtung
109 wurde vorausgesetzt, dass ihr zweiter Eingangsleiter 136 ständig das Potential des ITullpotentialleiters
92 besitzt. Die Vorrichtung gemäss Pig. 5 enthält aber eine besondere Vorspannungsschaltung, welche
zufuhrt dem Eingangsleiter 136 eine negative Vorspannung/ solange der Schweissgleichrichter nicht belastet ist, Der Verstärker
109 sendet dann kein Signal atys, sodass die
Thyristoren des Eauptgleichrichters nicht-leitend bleiben.
Der Zweck dieser Anordnung besteht darin, einen allzu hohen Stromanstieg beim Kurzsehliessen aus den Leerläufzustande
zu verhindern.
309844/0481
Die Vorspaimungsschaltung enthält zwei Transistoren 137,
138. Die Emitter 139, 140 der Transistoren sind an den Fullpotentialleiter 92 angeschlossen. Die Kollektoren
141 f 142 sind an den negativen Betriebsspannungsleiter
durch je einen "Widerstand 143 bzw· 144 verbunden. Der
Kollektor 141 des einen Transistors 137 ist mit der Base des anderen Transistors 138 durch einen Widerstand 145
verbunden. Die Base des Transistors 137 ist an den Yer—
bindungspuntet P1 zweier Widerstände 146, 147 angeschlossen,
deren einer mit dem positiven Betriebsspannungsleiter 93-verbunden
ist,während der andere mit demjenigen Leiter
verbunden ist, welche an die in Bezug auf den ITullpotentialleiter
92 negative Ausgangsspannung des Schweissgleichrichters angeschlossen ist. Die 7/iderstände 146, 147 sind
derart bemessen, dass der Punkt 21 eine negative Polarität in Bezug auf den Uullpotentialleiter 92 bekommt, -solange
der leiter 97 eine hohe Spannung (die Leerlaufspannung)
aufweist, aber eine positive Polarität in Bezug auf den Nullpotentialleiter annimmt, sobald die Ausgangsspannung
des Schweissgleichrichters niedriger als eine vorbestinmte Spannung wird. Der Kollektor 142 des Transistors 138 ist'
mit des Eingangsleiter 136 des Verstärkers 121 durch einen Widerstand 148 verbunden. Ein Widerstand 150 verbindet
ausserdem den Eingangs leiter 136 mit dem liullpotentialleiter
92.
Die beschriebene Schaltung arbeitet in der folgenden V/eise.
Solange der Leiter 97 die Leerlaufspannung besitzt und
das Punkt P1 somit ein negatives Potential aufweist, ist
309844/0481
der Transistor 137 leitend und der Transistor 138 nicht- leitend. Dem Eingangsleiter 136 wird -unter diesen Be~
dingungen ein negatives Potential zugeführt, welches
einen durch die Potentiometeranordnung 144, 148, 150 "bestimmten
Anteil der negativen Betriebsspannung darstellt· Die Ausgangsspannung des Verstärkers 109 ist null, sodass
die Thyristoren nichtleitend bleiben. Wenn die Ausgangsspannung öes Schweissgleichriehters soviel abnimmt, dass
der Punkt P1 ein positives Potential bekommt, wird der Transistor 137 nichtleitend, während der Transistor 138
leitend wird und den Singangsleiter 136 des Verstärkers 121 an den Uullpotentialleiter 92 durch den Widerstand
148 anschliesst.
Aus der obigen Erklärung geht hervor, dass dem aus den Dioden 70' zusammen mit den Dioden 68 bestehenden Hilfsgleichrichter
der Stromquelle nach Fig. 5 auch eine zusätzliche Aufgabe zukommt, und zwar diejenige, bei ganz
nichtleitenden Thyristoren eine Leerlaufspannung aufrecht zu erhalten, welche die eben beschriebene
Schaltung betätigt.
S1Ig. 7 zeigt das Schaltschema des Zündwinkelgebers 79
der !ig. 5. Die folgenden früher besprochenen Leiter werden in j?ig. 7 nochmals gezeigt: Der an dem positiven
Betriebsspannungsleiter angeschlossene Leiter .127; der an den Fullpotentialleiter angeschlossene Leiter 129*
der an die negative Betriebsspannung angeschlossene Leiter 128" der Leiter 133 zur Zufuhr der an einem der
309844/0481
Widerstände 132 auftretenden, mit der ITetzspannung synchronen
Spannungsimpulse; der Leiter 126, welcher das Steuersignal der Verstärkervorrichtung 109 leitet; und
der an die Zündelektrode eines der Thyristoren des Hauptgleichrichters angeschlossene leiter 82.
Die von dem leiter 133 übertragenen G-leichspannungsimpulse
werden einem aus zwei Widerständen 151, 152 "bestehenden Spannungsteiler zugeführt. An den Verbindungspunkt der
beiden Widerstände ist die Base eines Transistors 153 angeschlossen, dessen Emitter durch den Leiter 128 an die
negative Betriebsspannung angeschlossen ist. Der Kollektor des Transistors 153 ist mit dem am positiven Betriebsspannung
liegenden Leiter 127 'durch ein RC-iietz verbunden,
welches aus einem Kondensator 154, den Ladewiderständen 155, 156, 157» einem Entladewiderstand 158 und zwei Dioden
159, 160 besteht. Mittels des Widerstandes 155 wird die
erwünschte Ladezeitkonstanie eingestellt. Der Verbindungspunkt P2 des Widerstandes 156,des Kondensators 154 und der
Diode 159 ist mit der Base -eines Transistors 152 und ausserdem mit dem am ITullpotential liegenden Leiter 129 durch
eine so gepolte Diode 161 verbunden, dass sie nur das Auftreten- eines positiven Potentials in Punkte P2 erlaubt.
Diese Diode hat zum Zweck, dem Transistor 162 vor Ueber-1
spannungen zu schützen· Ein Transistor 163 zusammenwirkt
mit dem Transistor 162 nach Art eines Differentialverstärkers.
Das Steuersignal des Operationsverstärkers 121 (Pig. 5) wird durch den Leiter 126 und den Widerstand 164
der Base des Transistors 163 zugeführt. Die Transistoren 309844/0481
162, 163 sind mii; einem gemeinsamen Emitterwiderstand
165 versehen. Der Kollektor des !Transistors 163 ist
durch den Widerstand 146 und den Leiter 127 mit dem positiven Betriebsspannungsleiter verbunden und ist"
ausserdem direkt mit der Base eines Transistors 167 verbunden,
dessen Smitter an den Leiter 127 angeschlossen ist. Der Transistor 167 stellt die erste Stufe eines
ImpulsVerstärkers dar, dessen zweite und dritte Stufe
von dem Transistor 168 "bzw. 169 dargestellt v/erden.
Dem Kollektor ,des Transistors 169 wird durch die Wider-. stände 170, 171 ein gewisser, durch einen Spannungsteiler
172, 173 "bestimmter Anteil der negativen Betriebsspannung
zugeführt. Die an die Zündelektrode eines der Thyristoren
69 angeschlossene Leiter 82 ist mit dem Kollektor des Transistors 169 durch die Reihenschaltung zweier Widerstände
174, 170 verbunden, wobei der Widerstand 170 mit
einem Kondensator 175 parallel geschaltet ist.
Die Diagramme der Pig. 8 veranschaulichen die Arbeitsweise
des Zündwinkelgebers. Das Diagramm a stellt die durch den Leiter 133 zugeführten Spannungsimpulse dar.
Das Diagramm b stellt die Spannung am Transistor 153 in
Punkte P3 dar. Das Diagramm £ zeigt die Spannung im Punkte P2 (die ganz ausgesogene Linie 176} und die durch
den Leiter 126 übertragene Steuerspannung des Operationsverstärkers
121 (die gestrichelte Linie 177). Das Diagramm
el stellt die Spannung in dem Yerbindungspunkt P4
der Widerstände 170, 171 dar. Das Diagramm j| stellt die
durch den Leiter 82 übertragenen Zündimpulse dar..
309844/0481
Während der Dauer des durch den. Leiter 133 zugeführt en
Spannungsimpulses (Fig 8a) ist der Transistor 153 leitend,
sodass das Potential des Punktes. P3 negativ ist Ci1Ig. 8b).
Es fliesst dabei ein Ladestrom von dem positiven Betriebs-■ Spannungsleiter 93 durch den Leiter 127, den Widerstand
157» den Kondensator 154-, die Widerstände 156, 155, den
Transistor 153 tmd den Leiter 128 nach dem negativen Betriebsspannungsleiter
94. Das Laden des Kondensators b'ewirkt ein "Abfallen des Potentials des Punktes Έ2 (die
Kurve 176 in Mg. 8c). Der mit r "hezeielinete Steile
Spannungsfall am Anfang des -ι.. -Ladevorganges wird durch
die Spannungsteilervrirkung der Widerstände 155-156 und
verursacht. Das Laden des Kondensators setzt fort, bis
der Punkt P2 das Potential des Hulleiters erreicht hat. Das Potential bleibt dann konstant (Kurvenabscimitt s).
,Beim Aufhören des Spannungsimpuls es des Leiters 133 wird
der Transistor 153 nichtleitend. Der Kondensator 154 entladet sich durch den Widerstand 158 in Seine mit den
Dioden 159, 160. Die Resistanz des Entladewiderstandes
158 ist viel kleiner als der Resistanz der Ladewiderstan.de
155, 156, 157. Das Entladen erfolgt deshalb schnell
(Abschnitt u). Der Punkt P2 wie auch der Punkt T3: befinden
sich jetzt wieder am Potential des positiven Betriebsspannungsleiters (Kurvenabschnitt v). Der Transistor
162 ist leitend solange seine Emitterspannung. grosser als die der Steuerspannung des Leiters 126, ent~
sprechende Emitterspannung des Transistors 163 ist.
—re
Heim die letzte/3ciitterspannung überwiegend wird, wird
309844/0481
•ler Transistor 163 leitend und sperrt den'Transistor 162".
Dieser Vorgang tritt im Schnittpunkte der Kurve 176 und
der Linie 177 in Fig. 8c ein. Der entstehende Impuls wird in den drei Stufen cIbs Impuls Verstärkers verstärkt.
Wenn der Transistor 169 der letzten Verstärker stufe leitend
wird, nimmt der Punkt P4 positives Potential an (Fig. 8d). Es entsteht dadurch ein Stromstoss durch den
Kondensator 175 und ein entsprechender Stromstoss durch den Leiter 82 (Pig, 8e). Der Zündstrom wird unterbrochen,
wenn der Punkt P2 "beim Entladen des Kondensators 154 ein so hohes positives Potential erreicht, dass die Emitter—
spannung des Transistors 162 wieder überwiegend wird und der Transistor 163 nichtleitend wird. Dies erfolgt "beim
Schnittpunkte der Ladelinie u (Fig. 8c.) und der Lin^e 177.
Infolgedesse' wird auch der Transistor 169 nichtleitend, wobei der Punkt P4 sofort ein negatives, durch die
Spannungsteilerwiderstände 172, 173 bestimmtes negatives Potential annimmt. Die somit hergestellte negative Vorspannung
der Zündelektrode verhindert Fehlzündungen des Thyristors durch Störungen. Die nächste Zündung des
Thyristors kann nur nach der Zufuhr des nächsten Spannungsimpulses (Fig. 8a) durch den Leiter 133 erfolgen.
Die beschriebene Schaltung des Zündwinkelgebers hat unter anderen den Vorteil, dass die (im allgemeinen grossen)
Herstellungstoleranzen der 'Transistoren nicht den Zündwinkel beeinflussen. Der Ladevorgang de3 Kondensators
hängt nur von der Kapazität des Kondensators .154 und den
Resistanzen der Ladewiderstände 155, 156, 157 ab. Infolge 309844/0 4 81
der unvermeidlichen Toleranzen können diese G-rössen
nicht in den drei Zündwinkelgebern als gleich, angenommen werd-en. ' Dtirch die Einstellung eines einzigen
Gliedes pro Zündwinkelgeber, u.zw. des Widerstandes 155,
erreicht man aber ohne weiteres eine bei sämtlichen Zündwinkelgebern,
gleiche Zeitkonstante und dadurch auch identische Ladungsvorgänge. Die Steilheit der Ladekurve
176 ist ausreichend, um einen scharf definierten Schnittpunkt
mit der horizontalen Linie 177 zu-ergeben, welche dem von Operationsverstärker 121 abgegebenen Steuersignal
entspricht. ■- »
Bei einer praktischen Ausführung einer mit der Schaltung
nach Fig. 5 versehenen Schweissstromquelle mit einem
ArbeitsStromgebiet von 30 bis 400 Ampere beträgt der
Stromrückkopplungsfaktor etwa 3 Yolt/Ampere. Die von
ITetzspannungsschvrankungen von 10 cß>
bewirkte Änderung des Lichtbogenstroms beträgt weniger als 1 p bei allen Stroseinstellungen
über 100 Ampere. Bei Stromeinstellungen unter 100 Ampere erhöht sich die Änderung des Lichtbogenstromes
bei ITetzspannungsschwankungen von 10 # allmählich
auf einen Höchstbetrag von etwa 2,5 i° bei den niedrigsten
Stromeinstellung (30 Ampere).
309844/04
Claims (1)
- AnsprücheοJ Stromquelle zum Handschweissen mit einer stark abfallenden Spannung-Strom-Kennlinie, bestehend aus einem Drehstromtransformator mit niedriger magnetischer Streuung (niedriger Reaktanz), einem an dessen Seicundärwicldung angeschlossenem Drehstromgleichrichter mit gesteuerten Ventilen, einem Zündwinkelgeber zum Erzeugen die Ventile steuernder Zündimpulse., deren Phasenlage durch die Grosse eines dem Zündwinkelgeber zugeführten, aus einem Gleichstrom oder einer Gleichspannung bestehenden Steuersignals bestimmt wird, und einem das Steuersignal erzeugenden Steuersignalgeber, welcher Mittel zur Herstellung einer konstanten, einstellbaren ersten Komponente (Grundkomponente) des Steuersignals und Mittel, einschliesslich eines Gliedes zur Abnahme des Schvveissstrom-Istv/erts, zur Herstellung einer entgegen der Grundkomponente v/irkenden, zum Schweissstrom proportionalen zweiten Komponente des" Steuersignals enthält, dadurch g ekennzeichnet, dass der Steuersignalgeber auch Mittel (16, 11, Fig. 1j 44-, 48, 43, 35, Pig. 3? 98, 99, 103 bis 107, Mg. 5) zum Einführen einen dritten, zum Istwert der Schweissspannung proportionalen, entgegen der Grundkomponente wirkenden Komponente des Steuersignals sowie ein Glied (I6ä, Fig. 1; 51, Fig. 3; 104 oder 115, Fig. 5) zum Einstellen der Neigung der Kennlinie der Stromquelle durch Einstellen des Verhältnisses zwischen der besagten dritten Komponente und der Schweissspannung umfasst.309844/04812« Stromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Herstellung der zweiten Komponente des Steuersignals so "bemessen.sind, dass-sie zusammen mit dem Zündvvinkelgeber und dem G-IeIchrichter einen Stromrückkopplungsfaktor von mindestens etwa 1,5 Volt/Ampere, vorzugsweise mindestens etwa 2,5 Tolt/Ampere ergeben·309844/0 4 81
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