DE3228564C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine wechselstromgespeiste regelbare Gleichstromquelle mit einem Transformator, dessen Primärspule eine höhere Windungszahl aufweist als dessen Sekundärspule, in dessen Primärstromkreis ein Thyristorsteller vorgesehen ist, und dessen Sekundärwicklung eine Gleichrichteranordnung nachgeordnet ist, die auf Ausgangsklemmen zur Speisung eines Gleichstromverbrauchers geführt ist, wobei im Primärkreis des Transformators weiterhin ein den im Primärkreis fließenden Wechselstrom erfassender Stromwandler angeordnet ist, dem ein ein Gleichstromsignal bewirkender Meßgleichrichter nachgeordnet ist, der auf eine Regelanordnung geschaltet ist, die das Gleichstromsignal mit einem einstellbaren Wert vergleicht und aufgrund des Vergleichs ein über eine Steuervorrichtung den Phasenanschnitt des Thyristorstellers regelndes Phasensteuersignal bewirkt, so daß im von der Sekundärwicklung gespeisten Gleichstromkreis eine vorgegebene, dem eingestellten Wert entsprechende Stromstärke eingeregelt wird.

Es werden bereits, beispielsweise zur Speisung von Schweißgeräten, wechselstromgespeiste regelbare Gleichstromquellen der in Fig. 1 dargestellten Schaltung verwendet. In dieser Figur ist ein Gleichstromschweißgerät 40 gezeigt, das von einer Wechselstromquelle 1 gespeist wird. Hierbei liegt die Primärwicklung des Transformators 3 über einen Thyristorsteller 2, der die antiparallel geschalteten Thyristoren 2 a und 2 b aufweist, an der speisenden Wechselstromquelle. Mit der Sekundärwicklung des Transformators 3 ist eine Gleichrichteranordnung 4 verbunden, zu der die in Brückenschaltung angeordneten Dioden 4 a bis 4 d gehören. Der von der Gleichrichteranordnung 4 bewirkte Gleichstrom Idc wird einem Gleichstromverbraucher, beispielsweise den Schweißelektroden 5, zugeführt. Im Sekundärstromkreis ist ein Stromwandler 6 vorgesehen, dessen Ausgangssignal einem Verstärker 7 zugeleitet wird. Das vom Verstärker 7 weitergegebene Signal entspricht dem Durchschnittswert des Ausgangssignals des Stromwandlers 6 und wird in einem Additionsglied 7-1 mit einem als Sollwert vorgegebenen Referenzstrom I _R verglichen, und das hier erhaltene Differenzsignal wird über einen weiteren Verstärker 8 einer Phasensteuerung 9 zugeführt, welche über Zünd- bzw. Phasensteuersignale Vg den geregelten Phasenanschnitt des Thyristorstellers 2 bewirkt. Als nachteilig erweist sich jedoch die Entnahme eines dem starken Gleichstrom Idc proportionalen Werts aus dem Sekundärstromkreis. Bei der Speisung von Schweißelektroden können hier durchaus Ströme in der Größenordnung zwischen 5 und 30 kA auftreten, so daß im Sekundärkreis trotz großer Kupferquerschnitte nur kurze Leitungen verwendet werden sollten und im Sekundärkreis vorgesehene Stromwandler große Abmessungen und auch eine unliebsam große Baulänge aufweisen.

Es ist zwar aus der DE-OS 15 88 746 eine Einrichtung der eingangs genannten Art zum Steuern der Spannung eines Gleichstromverbrauchers bekannt, bei der ein den Primärstrom überwachender Stromwandler verwendet wird. Allerdings findet hier keine Stromregelung statt, sondern nur eine Reduzierung des Zündwinkels des auch hier verwendeten Thyristorstellers sowohl beim Zusammenbruch der Primärspannung infolge eines Kurzschlusses als auch beim Überschreiten des im Primärstromkreis auftretenden Nennstroms. Eine Einregelung des Sekundärstroms, wie sie beispielsweise bei Schweißgeräten erforderlich ist, ist nicht vorgesehen.

Die Erfindung geht daher von der Aufgabe aus, eine wechselstromgespeiste regelbare Gleichstromquelle nach der vorangestellten Gattung zu schaffen, die trotz der Erfassung des Stroms im Primärkreis eine exakte Regelung des im Sekundärkreis auftretenden Gleich- bzw. Halbwellenstroms erlaubt.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Kennzeichens des Patentanspruchs 1. Erreicht wird hiermit, daß die Regelung trotz der Entnahme der Regelgröße aus dem Primärkreis nicht direkt dem Primärstrom folgt, sondern vielmehr aus dem Primärstrom eine Größe abgeleitet wird, aufgrund derer ein die eigentliche Regelgröße, den Sekundärstrom, nachbildender Wert simuliert wird, so daß die Regelgenauigkeit einer Regelung aufgrund der Erfassung des Sekundärstroms gleicht, während andererseits die bei der Erfassung sehr starker Sekundärströme sich ergebenden Nachteile vermieden werden.

Zweckmäßige und vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im einzelnen ist die Erfindung anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit diese darstellenden Zeichnungen erläutert. Es zeigt hierbei

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Gleichstromschweißgeräts herkömmlicher Ausführung, bei dem die Regelgröße dem Sekundärkreis entnommen wird,

Fig. 2 ein Schaltbild eines die Erfindung benutzenden Gleichstromschweißgeräts,

Fig. 3 Zeitdiagramme von beim Betrieb der Anordnung nach Fig. 2 auftretenden elektrischen Signalen,

Fig. 4 das Schaltbild einer praktischen Ausführung des Simulators der Fig. 2,

Fig. 5 und 6 Zeitdiagramme des periodischen Verlaufs des simulierenden Signals Id,

Fig. 7 im Blockschaltbild eine Variante einer Teilschaltung der Fig. 2,

Fig. 8 im Blockschaltbild ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Fig. 9 diagrammatisch den Zeitverlauf beim Betrieb der Anordnung nach Fig. 8 auftretender elektrischer Signale.

In Fig. 2 ist im Blockschaltbild ein Gleichstromschweißgerät 50 aufgezeigt, das abweichend von dem vorbekannten der Fig. 1 die Regelgröße für den Sekundärstrom dem Primärstromkreis entnimmt.

Das Gleichstromschweißgerät 50 der Fig. 2 ist im wesentlichen als Ersatzschaltbild dargestellt, indem zwar der Transformator 3 der Fig. 1 nicht wiedergegeben ist, jedoch die diesem anhaftenden Induktivitäten 10 im Primärstromkreis und 11 im Sekundärstromkreis aufgezeigt sind. Als Verbraucher ist ein Lastwiderstand 12 angegeben. Die gleichstromseitige Zeitkonstante T kann durch die Gleichung T=L/R ausgedrückt werden, wobei L für die Induktivität 11 und R für den Lastwiderstand 12 stehen.

Wie beim Gleichstromschweißgerät 40 der Fig. 1 ist auch beim Schweißgerät 50 der Fig. 2 der im Primärstromkreis fließende, durch den Thyristorsteller 2 bestimmte Wechselstrom Iac durch einen Pfeil dargestellt, der über den in Fig. 2 nicht gezeigten Transformator und die Gleichrichteranordnung 4 in den im Sekundarkreis auftretenden, ebenfalls durch einen Pfeil dargestellten Gleichstrom Idc umgewandelt wird.

Der im Primärkreis fließende Wechselstrom Iac wird durch einen Stromwandler 13 erfaßt und durch einen Gleichrichter 14 mit den Dioden 14 a bis 14 d gleichgerichtet, der seinerseits durch einen Widerstand 15 belastet ist. Das am Widerstand 15 anstehende Gleichstromsignal iac ist damit dem vom Stromwandler erfaßten Wechselstrom proportional und gleichgerichtet. Dieses Gleichstromsignal iac wird sodann durch den Simulator 16 in ein simulierendes Signal Id umgesetzt, welches den im Sekundärkreis des Gleichstromschweißgeräts 50 fließenden Gleichstrom Idc simuliert. Durch einen Rechner 17 wird das simulierende Signal Id sodann in einen Effektivwert des Stroms umgesetzt und in einem Komparator 17-1 mit einem als Sollwert vorgegebenen Referenzstrom I _R verglichen. Das die Differenz darstellende Signal wird, im Verstärker 8 verstärkt, einer Phasensteuervorrichtung 9 A zugeführt, welche den Phasenanschnitt der Thyristoren 2 a und 2 b des Thyristorsstellers 2 derart verschiebt, daß der im Sekundärkreis sich ergebende Gleichstrom Idc durch Regelung dem vorgegebenen Referenzstrom nachgeführt wird. Der Einfachheit halber wird künftig gesagt werden, daß der Gleichstrom Idc "gleich" dem Referenzstrom I _R gemacht werden, auch wenn der Referenzstrom jeweils um einen erheblichen Faktor geringer ist als der Gleichstrom.

In Verbindung mit den diagrammatischen Darstellungen der Fig. 3 soll die Funktion der Schaltung nach Fig. 2 nunmehr ausführlich erläutert werden.

Im obersten Diagramm der Fig. 3 ist die am Ausgang der Gleichrichteranordnung 4 anstehende Gleichspannung Vd wiedergegeben. Sie nimmt dann ihren höchsten Wert an, wenn einer der Thyristoren 2 a bzw. 2 b mittels des von der Phasensteuervorrichtung 9 A abgegebenen Zündimpulses bzw. Phasensteuersignals Vg gezündet wurde. Die Spannung fällt von diesem Zeitpunkt t₁ an ab und nimmt zum Zeitpunkt t₂ den Wert Null an, wenn auch die Ausgangsspannung der Wechselstromquelle 1 auf Null abgesunken ist.

Im Zündzeitpunkt t₁ beginnt auch der Wechselstrom Iac zu fließen. Infolge der geringen primärseitigen Induktivität 10 steigt der Wechselstrom Iac relativ schnell an und fällt nach dem Nulldurchgang der Spannung schnell ab. Der Gleichstrom Idc jedoch steigt der im Gleichstromkreis vorhandenen größeren Induktivität 11 wegen vom Beginn der Gleichspannung Vd zum Zeitpunkt t₁ an relativ langsam an, erreicht seinen Scheitel etwa im Zeitpunkt t₂ und fällt im Intervall zwischen t₂ und t₄ entsprechend der Zeitkonstante T=L/R ab. Das vom Wechselstrom Iac abgeleitete Gleichstromsignal iac ist im wesentlichen dem Wechselstrom Iac proportional; durch die Gleichrichtung am Gleichrichter 14 jedoch sind aufeinanderfolgende Halbwellen nicht, wie beim Wechselstrom Iac, jeweils wechselnder Polarität, sondern werden mit gleichbleibender Polarität dem Simulator 16 aufgeschaltet, der seinerseits unter Einbeziehen einer simulierten Zeitkonstante Ts das simulierende Signal Id bewirkt, das in seiner Gestalt, wie die Diagramme der Fig. 3 zeigen, der des Gleichstroms Idc proportional ist, solange die simulierte Zeitkonstante Ts der im Sekundärkreis vorliegenden Zeitkonstante T gleicht. Nach Passieren des Rechners wird dieses Signal im Komparator 17-1 mit dem Referenzstrom I _R verglichen, und das sich ergebende Differenzsignal wird nach Verstärken im Verstärker 8 der Phasensteuervorrichtung 9 A zugeführt, welche die die Thyristoren zündenden Phasensteuersignale Vg bewirkt.

Zur Angleichung der simulierten Zeitkonstante Ts an die jeweils im Gleichstromkreis vorliegende Zeitkonstante T wird von der Phasensteuervorrichtung 9 A praktisch parallel zum Phasensteuersignal Vg ein Schaltimpuls P bewirkt, dessen Anstiegsflanke der des Phasensteuersignals Vg etwas vorauseilt, so daß die Impulse P kurz vor den Zeiten t₁ und t₄ ansteigen und kurz nach diesen Zeiten wieder abfallen. Dieser Impuls P wird einer Taktschaltung 18 aufgeschaltet, die für jeden Anstieg des Impulses P einen ersten Schaltimpuls P 2 auslöst und für jede abfallende Flanke einen zweiten Schaltimpuls P 3, so daß beispielsweise ein Schaltimpuls P 2 zur Zeit t₃ erfolgt, welche der Zeit t₄ geringfügig vorgeordnet ist, während ein zweiter Schaltimpuls P 3 zu einer Zeit t₅ abgegeben wird, welche der Zeit t₄ geringfügig nachgeordnet ist. Diese Schaltimpulse werden einem Komparator 19 zugeführt, dem weiterhin noch das Gleichstromsignal iac sowie das simulierende Signal Id aufgeschaltet werden. Anhand der Schaltimpulse P 2 und P 3 ermittelt der Komparator 19 die Amplituden I₁ und I₂, welches das simulierende Signal Id zum Zeitpunkt t₃ sehr kurz vor dem Einschalten eines der Thyristoren 2 a oder 2 b in den Durchlaßzustand sowie zum Zeitpunkt t₅ geringfügig nach dem Durchschalten eines Thyristors aufweist. Damit werden das Minimum des Signals Id sowie dessen erster Anstieg erfaßt, und der Komparator 19 vergleicht die Amplituden I₁ und I₂ und bildet aus diesem Vergleich ein Ergebnissignal Sc, das einem im Ausführungsbeispiel für vier Bits ausgelegten, vorwärts und rückwärts zählenden Zähler 20 zugeführt wird. Übersteigt die Amplitude I₁ die Amplitude I₂, so wird der Zähler 20 rückwärts gezählt, und im inversen Falle vorwärts. Der Zähler 20 gibt sein Ergebnis an einen Zeitkonstantenkreis 21 ab, welcher die aus vier Bits bestehenden Ausgangssignale des Zählers 20 dekodiert und als Selektionssignale S₀ bis S₁₅ einem Schaltkreis 22 zuführt, welcher die simulierte Zeitkonstante Ts dem Simulator 16 aufschaltet.

Das Zusammenwirken des Simulators 16 mit dem Schaltkreis 22 wird anhand des Schaltbilds der Fig. 4 erläutert. Hier ist eine ideale Diode 46 erforderlich, die in Durchlaßrichtung eine Schwellspannung Null aufweist. Erreichen läßt sich dieses unter Einsatz eines Operationsverstärkers 48. Dieser Diode 46 wird das am Widerstand 15 abgegriffene Gleichstromsignal iac zugeführt. Zur Simulation der Induktivität 11 des Gleichstromkreises der Fig. 2 ist ein Kondensator 47 in Verbindung mit einem steuerbaren Entladungskreis vorgesehen, der aus dem Festwiderstand 51 sowie in Abhängigkeit von Selektionssignalen S₀ bis S₁₅ des Zeitkonstantenkreises 21 durch Schalter 52-0 bis 52-15 überbrückbaren Widerständen 50-0 bis 50-15 besteht. Weiterhin ist eine den Kondensator 47 zum Zeitpunkt t₄ entladende Rückstellschaltung vorgesehen: Zum Zeitpunkt t₄ ausgelöste Phasensteuersignale Vg schließen den Schalter 54 und entladen den Kondensator 47 über den Widerstand 55.

Die Funktion wird anhand des das simulierende Signal Id darstellende Diagramms der Fig. 5 erläutert. Zwischen den Zeiten t₁ und t₂ entsteht durch Aufladen des Kondensators 47 über die Diode 46 eine Spannung, die der ausgezogenen Kurve entspricht, und die entkoppelt und vorzugsweise mit dem Faktor 1 verstärkt über den OP-Verstärker 48 als erster Teil des simulierenden Signals Id weitergegeben wird. Der folgende Abfall des Signals wird entsprechend der über den Zähler 21 und den Schaltkreis 22 eingesteuerten und den Entladungskreis bestimmenden simulierten Zeitkonstanten Ts bewirkt, die der im Gleichstromkreis vorliegenden Zeitkonstanten angeglichen werden soll. Bei weitgehender Übereinstimmung der simulierten Zeitkonstanten Ts mit der vorliegenden Zeitkonstanten T erfolgt der Abfall im Intervall t₂-t₄ entlang der gestrichelt aufgezeigten Linie. Ist jedoch die vorgegebene simulierte Zeitkonstante Ts zu hoch angegeben, so erfolgt der Abfall des simulierenden Signals Id im Intervall t₂ bis t₄ entlang der ausgezogenen, höher liegenden Linie. Beim Schließen des über Widerstand 55 geführten Rückstellkreises durch das Phasensteuersignal Vg im Zeitpunkt t₄ fällt die Spannung am Kondensator 47 ab, bis mit Wiedereinsetzen des Gleichstromsignals iac zur Zeit t₅ die Amplitude I₂ erreicht ist. Damit hat das simulierende Signal Id bis zur Zeit t₆ einen dem Gleichstromsignal iac identischen Verlauf.

Wie anhand der Fig. 6 erläutert wird, ist diese Schaltung aber auch geeignet, eine Angleichung einer simulierten Zeitkonstante Ts an die jeweils im Gleichstromkreis vorherrschende Zeitkonstante T zu erlauben. Stimmen die simulierte Zeitkonstante Ts und die tatsächliche Zeitkonstante T überein, so ergibt sich für das simulierende Signal Id der durchgezogene Verlauf T₂, und die Amplituden I₁ zur Zeit t₃ und I₂ zur Zeit t₅ gleichen einander. Bei zu geringer simulierter Zeitkonstante ergibt sich im Intervall t₃-t₄ gegenüber dem normalen Spannungsabfall T₂ ein erhöhter, gestrichelt dargestellter Spannungsabfall T₁ bis zu dem unter dem normalen Punkt b liegenden Punkt a, und die Amplitude I₁ ist geringer als die Amplitude I₂. Das vom Komparator 19 festgestellte Ergebnissignal Sc stellt den Zähler 20 und damit den Zeitkonstantenkreis 21 im Sinne einer Erhöhung der Zeitkonstanten.

Bei einer zu hohen vorgegebenen simulierten Zeitkonstante Ts dagegen, ergibt sich ein ebenfalls gestrichelt dargestellter, zu flacher Abfall T₃ nur bis zum Punkt c, wie bereits in Fig. 5 aufgezeigt, und die Amplitude I₁ überwiegt die Amplitude I₂, so daß der Komparator ein Ergebnissignal Sc bewirkt, welches die Zeitkonstante über Zähler 20 und Zeitkonstantenkreis 21 herabsetzt. Hierbei werden im Schaltkreis 22 Schalter 52 derart betätigt, daß durch Kurzschließen von Widerständen 50 die durch diese dargestellte simulierte Zeitkonstante Ts abgesenkt wird. - Wie auch bei den übrigen diagrammatisch gezeigten Vorgängen wiederholen diese sich periodisch. Der Komparator 19 erlaubt damit mittels des Zählers 20, des Zeitkonstantenkreises 21 und des Schaltkreises 22 eine laufende Anpassung der für den Simulator 16 simulierten Zeitkonstante Ts an die im Gleichstromkreis tatsächlich vorliegende Zeitkonstante T, ohne daß es erforderlich wird, dem Gleichstromkreis selbst dessen Stromverlauf charakterisierende Werte zu entnehmen.

In Fig. 7 ist ein Teil eines Blockschaltbilds eines weiteren Gleichstromschweißgeräts 60 aufgezeigt, das innerhalb seiner Regelvorrichtung einen Mikrocomputer verwendet. Auch hier aus dem Gleichstromsignal iac mittels eines Simulators 16 ein simulierendes Signal Id bewirkt, das einem Analog-Digital-Wandler 30 zugeführt wird. Das aus diesem erhaltene Digital-Signal Sd 1 wird einem Mikrocomputer 31 zugeführt, welcher die Funktionen des Rechners 17, des Komparators 19 und des Zählers 20 der Fig. 2 übernimmt und ein digitales Signal Sd 2 bewirkt, welches im Digital-Analog- Wandler 32 in ein analoges Signal Ia rückverwandelt und einem Komparator 17-1 zugeführt wird, dessen Differenzsignal über den Verstärker 8 und die Phasensteuervorrichtung 9 A das Phasensteuersignal Vg bewirkt, wie dies zu Fig. 2 ausgeführt wurde, wobei gleichzeitig über Impulse P mittels der Taktschaltung 18 erste und zweite Schaltimpulse P 2 und P 3 bewirkt werden, welche dem Mikrocomputer 31 zugeführt werden. Dieser blendet aus dem Digital-Signal Sd 1 zu den von den Schaltimpulsen P 2 und P 3 bestimmten Zeiten Amplituden I₁ und I₂ aus, bestimmt deren Differenz und betätigt über das Digital- Signal Sd 3 einen Zeitkonstantenkreis 21, der gegebenenfalls ebenfalls durch einen Mikrocomputer gebildet sein kann, und gibt decodiert die Zeitkonstante Ts korrigierende Selektionssignale S₀ bis S₁₅ auf den mit dem Simulator 16 zusammenwirkenden Schaltkreis 22. Auch hierbei wird analog den Vorgängen nach Fig. 2 verfahren.

Eine weitere Ausführung eines Gleichstromschweißgeräts 70 wird anhand der Fig. 8 erläutert. Hier sind der Komparator 19 und der Zähler 20 der Fig. 2 durch einen Komparator-Rechner 25 ersetzt. Die der Phasensteuervorrichtung 9 A der Fig. 2 entsprechende Phasensteuervorrichtung 9 B der Fig. 8 bewirkt Zünd- bzw. Phasensteuerimpulse Vg, mittels derer der Phasenanschnitt des Thyristorstellers 2 so eingeregelt wird, daß der den Lastwiderstand 12, der beispielsweise durch Schweißelektroden 5 nach Fig. 1 dargestellt sein kann, durchsetzende Gleichstrom Idc dem Referenzstrom I _R angeglichen wird. Anstelle eines Schaltimpulses P bewirkt die Phasensteuervorrichtung 9 B einen Schaltimpuls P 3 zu einer der Zeit t₄ geringfügig nachgeordneten Zeit t₅. Das Gleichstromschweißgerät 70 weist weiterhin eine Detektorvorrichtung 24 zur Erfassung des Nulldurchgangs der Spannung der Wechselstromquelle 1 auf und gibt jeweils beim Nulldurchgang ein Durchgangssignal SVo an den Komparator-Rechner 25 ab, dem auch der zweite Schaltimpuls P 3 sowie das Gleichstromsignal iac aufgeschaltet sind.

In Fig. 9 wird diagrammatisch der zeitliche Verlauf beim Betrieb des Gleichstromschweißgeräts 70 nach Fig. 8 auftretender Spannungen aufgezeigt. Das Durchgangssignal SVo wird während der Nulldurchgänge der Wechselstromquelle 1 zu den Zeiten t₂ und t₆ erhalten. Hierdurch wird die Amplitude I₃ des Gleichstromsignals iac zu den Zeiten t₂ und t₆, d. h. jeweils unmittelbar vor dem Löschen eines der Thyristoren 2 a bzw. 2 b, bestimmt. Weiterhin erfaßt der Komparator-Rechner 25 zur Zeit t₅, gesteuert durch den Schaltimpuls P 3, die Amplitude I₂ des Gleichstromsignals iac zur Zeit des Zündens eines der Thyristoren 2 a bzw. 2 b des Thyristorstellers 2. Darüber hinaus wird das zwischen den Zeiten t₂ und t₅ liegende Zeitintervall t=t₅-t₂ bestimmt.

In der durch die Zeiten t₂ und t₅ begrenzten Zeitperiode fällt der Gleichstrom Idc des Gleichstromschweißgeräts 70 entsprechend der Zeitkonstante T=L/R des Gleichstromkreises ab. Dementsprechend wird auch das simulierende Signal Id des Simulators 16 entsprechend der vorgegebenen simulierten Zeitkonstante Ts abgesenkt. Hierbei werden die Amplituden I₃ und I₂, für die die folgende Gleichung gilt:

I₂ = I₃ · exp (-t/T) (1)

Aus dieser Gleichung kann die Zeitkonstante T mittels der folgenden Gleichung berechnet werden:

Das bedeutet also, daß die Zeitkonstante T aus den Amplituden I₂ und I₃ sowie dem Zeitintervall t zu berechnen ist.

Um diese Rechnung entsprechend der Gleichung (2) durchführen zu können, benutzt der Komparator-Rechner 25 üblicherweise einen Mikrocomputer. Die Amplituden I₂ und I₃ werden zweckmäßig in Größen von beispielsweise 0 bis 255 quantifiziert und hierfür die ln ermittelt und im Hauptspeicher des Mikrocomputers festgehalten. Die Dauer des Zeitintervalls t läßt sich leicht messen, indem eine nur während dieses Intervalls geöffnete Schaltstufe, beispielsweise durch Durchgangssignale SVo geöffnet und Schaltimpulse P 3 geschlossen, während dieses Intervalls Taktimpulse eines Taktgenerators auf einen Zähler gibt, der einen der Dauer des Zeitintervalls proportionalen Zählerstand erreicht. Demnach stehen dem Mikrocomputer des Komparator-Rechners 25 das Gleichstromsignal iac sowie durch das Durchgangssignal SVo und den zweiten Schaltimpuls P 3 die Zeiten t₂ und t₅ zur Verfügung, so daß die Amplituden I₂ und I₃ sowie die Dauer des Zeitintervalls t bestimmbar und aus diesen die Zeitkonstante T berechenbar sind, wobei die erhaltene Zeitkonstante T wiederum in Werte von 0 bis 15 quantisiert wird. Damit wird in jedem Fall die Zeitkonstante T ermittelt, und durch Einstellen der Schaltzustände der Schalter 52-0 bis 52-15 wird die Zeitkonstante Ts als Entladungs- Zeitkonstante des Kondensators 47 durch Einstellen der Widerstände 50 simuliert. Im einzelnen werden die durch Berechnung bestimmten Zeitkonstanten in den Hauptspeicher des Komparator-Rechners 25 eingegeben, und über das Ergebnissignal Sc wird gleichzeitig die Quantisierung und letztlich die Einstellung der Schalter 52-0 bis 52-15 bewirkt, welche die simulierte Zeitkonstante Ts für den Simulator 16 bestimmen. Da die Ausführung der hierzu benötigten Rechenvorgänge eines Mikrocomputers dem Fachmann geläufig sind, kann auf eine ausführliche Beschreibung von dessen Programm verzichtet werden.

Bei der beschriebenen Bestimmung der simulierten Zeitkonstante Ts wurde vom Gleichstromsignal iac ausgegangen. Hierfür kann aber auch das simulierende Signal Id benutzt werden, da zu den Zeitpunkten t₂ und t₅ die Amplituden dieser Signale übereinstimmen. In jedem Fall ergibt sich hierbei der Vorteil, über eine einfache Erfassung des Wechselstroms Iac den Gleichstrom Idc zu simulieren, so daß auf dessen direkte Bestimmung verzichtet werden kann. Die Anwendung ist auch nicht auf Gleichstromschweißgeräte beschränkt, sondern kann auf alle wechselstromgespeiste zu regelnde Gleichstromquellen ausgedehnt werden, wenn die Erfassung des Gleichstroms Idc größere Schwierigkeiten bereitet als die Erfassung des primären Wechselstroms Iac. Ebenso läßt sich die Anwendung auch auf mehrphasige Halbwellen- sowie Vollwellengleichrichterkreise ausdehnen. Die Ausführungsbeispiele der Fig. 7 und 8 zeigen den Einsatz von Computern und damit die Umstellung auf Digitalverfahren für einige der Bausteine; eine solche Umstellung kann auch für andere und gegebenenfalls alle Bausteine vorgenommen werden. Dies bezieht sich auch auf den Simulator 16, der nicht auf diodengespeiste R-C-Kreise nach Fig. 4 beschränkt ist.

Jedenfalls hat es sich in einer Vielzahl von Fällen bewährt, für eine Regelung eines Gleichstroms die Regelgröße nicht dem Sekundärkreis, sondern vielmehr dem Primärkreis zu entnehmen und den im Sekundärkreis sich ergebenden Wert für die Durchführung der Regelaufgaben zu simulieren. Eine Entnahme des Grundwerts für die Regelung aus dem Primärkreis zu entnehmen, gestaltet sich vor allem dann als problemloser, wenn Sekundärkreise sehr starke Ströme führen, mit geringer Spannung betrieben werden oder Veränderungen unterliegen, wie sie durch unterschiedlichen räumlichen Einsatz des Verbrauchers auftreten können. Es hat sich gezeigt, daß hierdurch Kürzungen des sekundären Leitungsweges möglich sind, die sich bei starken Strömen positiv auswirken, und durch die auch der Einfluß von Rausch- und ähnlichen Störungen auf ein Miniumum reduzierbar ist, so daß sich eine exakte, genaue Regelung ergibt.

Claims (9)

1. Wechselstromgespeiste regelbare Gleichstromquelle mit einem Transformator, dessen Primärspule eine höhere Windungszahl aufweist als dessen Sekundärspule, in dessen Primärstromkreis ein Thyristorsteller vorgesehen ist, und dessen Sekundärwicklung eine Gleichrichteranordnung nachgeordnet ist, die auf Ausgangsklemmen zur Speisung eines Gleichstromverbrauchers geführt ist, wobei im Primärkreis des Transformators weiterhin ein den im Primärkreis fließenden Wechselstrom erfassender Stromwandler angeordnet ist, dem ein ein Gleichstromsignal bewirkender Meßgleichrichter nachgeordnet ist, der auf eine Regelanordnung geschaltet ist, die das Gleichstromsignal mit einem einstellbaren Wert vergleicht und aufgrund des Vergleichs ein über eine Steuervorrichtung den Phasenanschnitt des Thyristorstellers regelndes Phasensteuersignal bewirkt, so daß im von der Sekundärwicklung gespeisten Gleichstromkreis eine vorgegebene, dem eingestellten Wert entsprechende Stromstärke eingeregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßgleichrichter (14) ein den Gleichstromverbraucher (12) berücksichtigender Simulator (16) nachgeordnet ist, der aufgrund des vom Meßgleichrichter (14) bewirkten Gleichstromsignals (iac) und einer simulierten Zeitkonstante (Ts) ein den durch den Gleichstromverbraucher (12) fließenden Gleichstrom (Idc) simulierendes Signal (Id) bewirkt, das in ersten Intervallen, während deren mindestens einer der Thyristoren (2 a, 2 b) des Thyristorstellers (2) leitet, die Wellenform des Gleichstromsignals (iac) nachbildet, und das in zweiten Intervallen, während deren keiner der Thyristoren des Thyristorstellers gezündet ist, mit der vorgegebenen simulierten Zeitkonstante von der vor dem Löschen des letzten der Thyristoren anstehenden Amplitude abklingt, und daß das vom Simulator bewirkte simulierende Signal (Id) der Steuervorrichtung (9 A, 9 B) als Eingangssignal zugeführt wird.

2. Gleichstromquelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Ermitteln der dem Simulator (16) vorzugebenen simulierten Zeitkonstante (Ts), welche dessen Zeitkonstante so nachführt, daß die Amplitude des den Gleichstrom simulierenden Signals (Id) zu einer Zeit (t₃) direkt vor dem Zünden des ersten der Thyristoren (2) auf den Wert abgesunken ist, der sich für die Amplitude des Gleichstromsignals (iac) zu einer Zeit (t₅) direkt nach dem Zünden des ersten der Thyristoren einstellt, und welche die durch das Nachführen erhaltene simulierte Zeitkonstante (Ts) dem Simulator (16) vorgibt.

3. Gleichstromquelle nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Taktschaltung (18), die in Abhängigkeit von dem Phasensteuersignal (Vg) der Steuervorrichtung zur diesem vorgeordneten Zeit (t₃) erste Schaltimpulse (P 2) und zur nachgeordneten Zeit (t₅) zweite Schaltimpulse (P 3) bewirkt, und durch einen Komparator (19), dem das Gleichstromsignal (iac), das simulierte Signal (Id) und die ersten und zweiten Schaltimpulse (P 2 und P 3) zugeführt werden, und der den in Abhängigkeit des ersten Schaltimpulses (P 2) zur vorgeordneten Zeit (t₃) erhaltenen ersten Wert (I 1) des simulierten Signals (Id) mit dem in Abhängigkeit vom zweiten Schaltsignal (P 3) zur nachgeordneten Zeit (t₅) anstehenden Wert des Gleichstromsignals vergleicht und vom Ergebnis des Vergleichs ein Ergebnissignal (Sc) ableitet, sowie durch einen durch das Ergebnissignal gesteuerten Zähler (20) und durch einen von diesem bestimmten und dessen Ausgangssignal decodierenden, ein der simulierten Zeitkonstante (Ts) entsprechendes Signal abgebenden Zeitkonstantenkreis (21), welcher die dem Simulator vorgegebene Zeitkonstante der derart ermittelten simulierten Zeitkonstante (Ts) angleicht.

4. Gleichstromquelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Ermitteln der dem Simulator (16) vorzugebenden simulierten Zeitkonstante (Ts), welche die diesem bereits vorgegebene Zeitkonstante so nachführt, daß die Amplitude des zugeführten ausklingenden simulierenden Signals (Id) zu einer Zeit (t₃) direkt vor dem Zünden des ersten der Thyristoren (2) der Amplitude dieses zugeführten simulierenden Signals zur Zeit (t₅) direkt nach Zünden des ersten der Thyristoren gleicht, und daß die so ermittelte simulierte Zeitkonstante dem Simulator (16) vorgegeben wird.

5. Gleichstromquelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Ermitteln der simulierten Zeitkonstante (Ts) eine Taktschaltung (18) aufweist, die in Abhängigkeit von dem Phasensteuersignal (Vg) der Steuervorrichtung (9 A, 9 B) zur diesem vorgeordneten Zeit (t₃) erste Schaltimpulse (P 2) und zur diesem nachgeordneten Zeit (t₅) zweite Schaltimpulse (P 3) bewirkt, daß sie einen Mikrocomputer (31) enthält, dem das simulierende Signal (Id) sowie die ersten und zweiten Schaltimpulse (P 2 und P 3) zugeführt werden, um in Abhängigkeit von diesen Schaltimpulsen (P 2 und P 3) eine erste, zur vorgeordneten Zeit (t₃) anstehende Amplitude (I 1) des simulierenden Signals (Id) mit einer zweiten, zur nachgeordneten Zeit (t₅) anstehenden Amplitude (I 2) des simulierenden Signals (Id) unter Bewirken eines Vergleichssignals zu vergleichen, welches entsprechend seiner Polarität der vorliegenden Zeitkonstante zuaddiert wird oder deren Absenken bewirkt, und daß dem Mikrocomputer (31) ein Zeitkonstantenkreis (21) nachgeordnet ist, welcher dessen Ausgangssignal decodiert und das decodierte, der simulierten Zeitkonstanten (Ts) entsprechende Signal dem Simulator (16) zuführt und die diesem vorgegebene Zeitkonstante der derart ermittelten simulierten angleicht.

6. Gleichstromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sie speisenden Wechselstromquelle (1) eine die Nulldurchgänge der Wechselspannung erfassende Detektorvorrichtung (24) parallelgeschaltet ist, die jeweils beim Nulldurchgang der Wechselspannung ein Durchgangssignal (SVo) bewirkt, und daß der Vorrichtung zum Ermitteln der simulierten Zeitkonstante (Ts) das Durchgangssignal (SVo) sowie das Gleichstromsignal (iac) zugeführt werden, und daß zur durch das Durchgangssignal definierten ersten Zeit (t₂) und zu einer zweiten Zeit (t₅), zu der mindestens einer der Thyristoren (2) gezündet hat, die zu diesen Zeiten sich ergebenden Amplituden (I 3 und I 2) durch Abändern der Zeitkonstante einander angeglichen werden, und daß die hierbei sich ergebende Zeitkonstante dem Simulator (16) als simulierte Zeitkonstante (Ts) vorgegeben wird.

7. Gleichstromquelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Ermitteln der simulierten Zeitkonstante (Ts) eine Taktschaltung (18) aufweist, die aufgrund des Phasensteuersignals (Vg) zur zweiten Zeit (t₅) jeweils einen zweiten Steuerimpuls (P 3) abgibt,
und daß sie Mikrocomputer (25, 31) aufweist, denen das Durchgangssignal (SVo) und der zweite Steuerimpuls (P 3) sowie das Gleichstromsignal (iac) zugeführt werden,
und die aufgrund des Durchgangssignals die Amplitude (I 3) des Gleichstromsignals zur Zeit (t₂) des Nulldurchgangs sowie aufgrund des zweiten Steuerimpulses (P 3) die Amplitude (I 2) des Gleichstromsignals (iac) zur zweiten Zeit (t₅) so feststellen, daß der simulierten Zeitkonstante entsprechende Selektionssignale (S₀ bis S₁₅) bewirkbar sind,
und daß ferner ein Schaltkreis (22) vorgesehen ist, der die Selektionssignale aufnimmt und die dem Simulator (16) vorgegebene Zeitkonstante dem vorgegebenen Wert angleicht.

8. Gleichstromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sie speisenden Wechselstromquelle (1) eine den Nulldurchgang der Wechselspannung erfassende Detektorvorrichtung (24) parallelgeschaltet ist, die jeweils beim Nulldurchgang der Wechselspannung ein Durchgangssignal (SVo) bewirkt, und daß der Vorrichtung zum Ermitteln der Zeitkonstante (Ts) das Durchgangssignal sowie das simulierende Signal (Id) so zugeführt werden, daß die Amplitude (I 3) des simulierenden Signals (Id) zu einer ersten, dem Nulldurchgang entsprechenden Zeit (t₂) sowie die Amplitude (I 3) des simulierenden Signals (Id) zu einem späteren Zeitpunkt (t₅), zu dem gerade der erste der Thyristoren (2) gezündet hat, ermittelt werden, und daß die aufgrund der ausgewählten Amplituden (I 3 und I 2) ermittelte simulierte Zeitkonstante (Ts) dem Simulator (16) vorgegeben wird.

9. Gleichstromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel Rechner (17) aufweisen, die das ihnen zugeführte simulierende Signal (Id) in einen zugeordneten Wert umsetzen,
und daß den Rechnern ein Komparator (17-1) nachgeordnet ist, der den vom Rechner vorgegebenen Wert mit einem Referenzwert (I _R) vergleicht und als Ergebnis des Vergleichs ein Differenzsignal abgibt,
und daß ferner die Phasensteuervorrichtung (9 A, 9 B) aufgrund des Differenzsignals das Phasensteuersignal (Vg) korrigiert.