FI58029C - Kopplingsanordning foer ett svetsaggregat - Google Patents

Description

EÄsFTI M (^KUULUTUSJULKAISU (-onnesi £ l J ' ' UTLÄOONINOSSKRIFT 3 o U Z y C /40 Patentti ny5nnctty 10 11 1930 ^ Patent meddelat (51) Kv.)k.3/int.ci.3 g 05 F 1/02 // B 23 K 9/10

SUOM l — Fl N LAN D (21) P«*nttlh.k*mu* — Ptt«icara5knln( TÖ3TÖU

(22) Hakemltpilvi — Antttknlnpdag 0 8.12.78 ^ ^ (23) AlkuplM — GlM(h«tad«f 08.12.78 (41) Tulkit JulklMluI — Bltvlt offtntllj 09.06.80

Patentti· ja rekisterihallitus NihtMtoip»» j. kuul.wtk.toun pvm.- .. n7 ftn

Patent- och registerstyrelsan An»ök»n utiagd och uti.tkrift«n publicand . u f.ou (32)(33)(31) Pyydetty «tuolkuu*—Bugtrd prlorltat (Tl) Kemppi Oy, PL 233, 15801 Lahti 80, Suomi-Finland(Fl) (72) Toivo Tapani Mäkimaa, Lahti, Suomi-Finland(Fl) (7*0 Berggren Oy Ab (51*) Hitsauslaitteen kytkentäjärjestelmä - Koppiingsanordning för ett svetsaggregat

Esillä oleva keksintö kohdistuu etenkin MIG-hitsaukseen tarkoitetun hitsauslaitteen kytkentäjärjestelyyn, joka käsittää ohjattavan ta-sajännitelähteen, ensimmäiset piirielimet kuorman ottaman virran sekä jännitteen tunnustelemiseksi ja näitä suureita vastaavien jännitesignaalien muodostamiseksi, toiset piirielimet ohjaussignaalin muodostamiseksi mainittujen jännitesignaalien perusteella, sekä kolmannet piirielimet jännitelähteen ohjaamiseksi mainitun ohjaussignaalin mukaisesti. Tämäntapaisia kytkentäjärjestelyjä on esitetty mm. sveitsiläisessä patenttijulkaisussa 512 779 ja saksalaisessa hakemusjulkaisussa 2 455 581 .

Tunnetuissa tasajännitteellä toimivissa hitsauslaitteissa aikaansaadaan halutut hitsausominaisuudet päävirtahaaraan kytketyllä, sopivasti valitulla induktanssin L ja vastuksen R rinnankvtkennällä, kuten on esitetty oheisessa kuvassa 1. Pisaraoikosulkutilanteessa muuttuvat tällöin kuorman ottama jännite U kuvan 2a ja virta I kuvan 2b mukaisesti. Virran muutos pisaraoikosulun alkuhetkellä on tällöin M=E/R ja virran kasvunopeus vastaavasti dI/dt=E/L. Hitsauskoneen hitsausominaisuudet riippuvat suuressa määrin näistä suureista ja ominaisuuksien muuttamiseksi eri tilanteita varten on piiriin kytkettävä eri vastus-kuristinyhdistelmiä. Suurista virroista johtuen muuttaminen on hankalaa ja on pakko käyttää suurikokoisia ja kalliita 2 =8029 komponentteja. Suuretta E muutetaan normaalisti muuntajan ensiöpuolel-la olevalla käämikytkimellä, koska vaiheleikkaussäätö ei sellaisenaan sovellu jännitteen säätöön lukuunottamatta hyvin kapea-alaista hienosäätöä. Syynä tähän on vaiheleikkaussäädön aiheuttama voimakas aaltoi-suus, jota ei dynaamisista syistä johtuen voida poistaa kuristimia käyttäen.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainitut vaikeudet ja aikaansaada sähköisesti ohjattavissa oleva hitsausvirta-lähde, jossa aikaansaadaan halutut dynaamiset ja staattiset ominaisuudet elektronisilla piireillä ja säätöteknillistä tarkastelutapaa soveltamalla. Osoittautuu nimittäin, että mittaamalla koneen antamaa virtaa ja jännitettä ja ohjaamalla elektronisesti riittävän nopean reagointiajän omaavaa tasajännitelähdettä mitatun virran ja jännitteen perusteella voidaan aikaansaada kuvien 2a ja 2b mukainen käyttäytyminen ilman esitettyä vastuksen ja kuristimen rinnankytkentää. Keksintö perustuu juuri tähän oivallukseen ja keksinnön pääasialliset tunnusmerkit selviävät oheisista patenttivaatimuksista.

Keksintöä ja sen muita piirteitä ja etuja selostetaan seuraavassa lähemmin esimerkkien muodossa ja viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää jo selostettua tunnettua kytkentää ja kuvat 2a ja 2b esittävät kuvaan 1 liittyviä jännitteen ja virran muotoja, kuva 3 esittää kaaviomaisesti keksinnön mukaisen kytkentäjärjestelyn periaatetta, kuvat 4 ja 5 esittävät keksinnön mukaisen kytkentäjärjestelyn osapiirejä, kuva 6 esittää kuvan 5 selostukseen liittyvää käyrämuotoa, ja kuva 7 esittää esimerkkinä täydellistä keksinnön mukaista kytkentäjärjestelyä.

Kuten jo edellä esitettiin tähtää siis esillä oleva keksintö kuvan 1 mukaisen vastus-kuristinyhdistelmän korvaamiseen elektronisella piirillä ja tällöin voidaan säätöteknillisen tarkastelun lähtökohdaksi ottaa kuvan 3 mukainen lohkokaavioesitys. Siinä oletetaan siirto-funktion G2<s) olevan sellaisen, että säätöpoikkeama ε on riittävällä tarkkuudella nolla. Lisäksi oletetaan tasajännitelähteen dynaamiset ominaisuudet kuten esim. hitaus sisältyvän lohkoon G2(s).

Jos kuvan 3 lohkon (s) siirto-ominaisuudet ovat muotoa G(s) = ——- 1 + RCs saadaan, olettaen että R ja C ovat vakioita 3 S 8 O 2 9 ΔΙ -n/ R ja dl/dt ^ 1/C.

Sisäänsyötettävä asetteluarvo A määrää toisaalta E:n tyhjäkäyntitilanteessa ja toisaalta se skaalaa oikosulkutilanteen ominaissuureet ΔΙ ja dl/dt.

n '

Esitetynlainen siirtofunktio γγ (s) voidaan aikaansaada esimerkiksi kuvan 4 mukaisella piirillä, jossa kuorman virtaan verrannollinen sisäänmenojännite Ug^ otetaan shuntin sh yli. Tällöin pätee:

Ug^ ^ I = kuormavirta Uj = kuormajännite P = f(U ) = ohjattavan tehonlähteen antama teho, jolloin ΔΙ ^ R5 ja dl/dt ~ 1/C1

Ohjattava tehonlähde voidaan rakentaa tehopuolijohteita käyttäen. Tehonlähteen reagointiajän tulee luonnollisesti olla huomattavasti lyhyempi kuin ohjattavan prosessin keskeisten aikavakioiden. MIG-hitsauksessa tämä edellyttää korkeintaan muutamien satojen mikrose-kuntien reagointiaikoja, mikä on suhteellisen helposti aikaansaatavissa tämän päivän elektronisia komponentteja käyttäen.

Pienillä virroilla hitsattaessa edellyttää moitteeton hitsaustulos sitä, ettei valokaari pääse katkeamaan pisaraoikosulkujen välillä.

Tämä aikaansaadaan esimerkiksi kuvan 5 mukaisella säätöpiirin kytkennällä, jossa vastuksien R3, R4, R6 ja diodin Dl yhdistelmällä saadaan kuvan 6 mukainen staattinen jännite-virtariippuvuus. Siinä vastukset R3 ja R4 määräävät käyrän jyrkkyyden pienillä virroilla, kun taas diodin Dl johtotilan jännite (esimerkiksi noin 0,7 V) yhdessä vastuksien R4 ja R6 sekä asetusarvohaaran u -R7 kanssa määrää vakiojän-

d S

nitteen suuremmilla virroilla. Toinen menettely kaaren sammumisen estämiseksi on kytkeä päävirtapiiriin voimakkaasti kyllästyvä kuristin, joka tunnetulla tavalla tehokkaasti estää virran katkeamisen pienillä virroilla. Suuremmilla virroilla kuristin kyllästyy, jolloin pisara-oikosulut eivät turmellu liian suuren induktanssin vaikutuksesta. Käytännössä voidaan nämä molemmat keinot yhdistää siten kuin on esitetty kokonaiskytkentää esittävässä kuvassa 7.

Kuvan 7 mukaisessa kytkennässä koostuu ohjattava sähkötehon lähde ta-sajännitelähteestä, sarjatransistorista Tl, kyllästyvästä kuristimesta Li; diodista D2 sekä virran mittaamiseen tarkoitetusta shuntista sh. Transistoria Tl ohjataan pulssinleveysmodulaattorilla, jonka antaman pulssin 4 5802 9 leveyttä ohjaa aikaisempien kuvien 4 ja 5 mukainen säätöpiiri.

Kuormavirtaan verrannollinen jännite otetaan shuntin sh yli vastuksen Rl kautta operaatiovahvistimen AI sisäänmenoon ja vahvistimet Ai ja A2 niihin liittyvine komponentteihin vastaavat kuvion 4 ja 5 mukaisia piirejä. Vahvistimen Ai jälkeen on rinnan kytketty kaksi haaraa, joista toinen on kuvan 4 mukainen aikaansaaden halutut dynaamiset ominaisuudet (kuva 2) ja toinen on kuvan 5 mukainen aikaansaaden halutut staattiset ominaisuudet (kuva 6). Vahvistin A2 toimii sekä säätöpiirin eroelimenä että toteuttaa komponenttien C2, C3 ja R8 kanssa halutun dynamiikan. Piiri ei varsinaisesti vaikuta kuvassa 2 esitettyihin käyrämuotoihin, vaan se on todettu käytännössä tarpeelliseksi säätösilmukan riittävän stabilisuuden saavuttamiseksi.

Pulssinleveysmodulaattorin muodostavat operaatiovahvistimet A3 ja A4, joista A3 on Jcolmioaaltogeneraattori ja A4 toimii komparaattorina, jonka sakara-aaltoulostulon taajuuden määrää kolmioaaltogeneraattori. Pulssinleveyden eli pulssisuhteen taas määrää A2:n ulostulo, joka on myös riippuvainen asetteluarvosta U

clS

Komparaattorin A4 pulssimaisella ulostulolla ohjataan transistoria T2, joka vuorostaan ohjaa päävirtapiirin sarjatransistoria Tl sinänsä tunnetulla tavalla. Vahvistimen A4 ja transistorin T2 kantapiirin välissä käytetään esimerkiksi optoeristintä OE galvaanisen erotuksen aikaansaamiseksi. Optoeristintä ja päätransistorin ohjauspiiriä yleensäkin on kuvassa esitetty voimakkaasti yksinkertaistettuna.

On kuitenkin todettava, että kaikki nämä piirit ovat alan ammattimiehelle hyvin tunnettuja ja että ne voidaan toteuttaa monella eri tavalla poikkeamatta keksinnön perusajatuksesta.

Esitetyssä tapauksessa voivat tärkeimmät komponenttiarvot ja tyypit olla esimerkiksi seuraavat:

Rl - 1 k« R7 = 100 kfi Cl = 10 nF Ll= 0,2 mH Ai = 741 Tl BDY 58 R2 » 400 kn R8 = 250 kft C2 = 2 nF kyllästyvä A2 = 741 T2 ESM 1000 R3 = 100 k Ω R9 = 10 kfi C3 = 50 nF A3 = 715 R4 = 5 kft RlO = 10 kfl C4 = 10 nF A4 = 715 R5 = 20 kΩ Rll = 10 ktt R6 = 100 kfi R12 = 500 o R13 = 10 Ω

Claims (5)

5 8029

1. Etenkin MIG-hitsaukseen tarkoitettu hitsauslaitteen kytkentäjärjestely, joka käsittää ohjattavan tasajännitelähteen, ensimmäiset piirielimet (sh, Rl, R2) kuorman ottaman virran (Ij sekä jännitteen (l^) tunnustelemiseksi ja näitä suureita vastaavien jännitesignaalien muodostamiseksi, toiset piirielimet (Α1-Δ4,R3-R11, C1-C3) ohjaussignaalin (U ) muodostamiseksi mainittujen jännite-signaalien perusteella, sekä kolmannet piirielimet (OE, T2, Tl) jännitelähteen ohajäämiseksi mainitun ohjaussignaalin mukaisesti, tunnettu yhdistelmästä, että jännitelähteeksi on valittu sellainen tasajännitelähde, jonka reaktioaika on huomattavan lyhyt hitsausprosessin keskeisiin aikavakioihin nähden, korkeintaan muutamia satoja mikrosekunteja, ja että toiset piirielimet (A1-A4, R3-R11, C1-C3) on sovitettu muodostamaan mainittu ohjaussignaali (UQ) tunnustellun kuorman virran ja jännitteen avulla siten, että ohjaussignaali vastaa pisaraoikosulkutapauksessa, siis jännitteen pudotessa äkillisesti nollaan, toivottujen virtasysäyksen Δΐ ja virran nousunopeuden dl/dt arvoja.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kytkentäjärjestely, tunnet-t u siitä, että ohjaussignaalin (U ) muodostavat toiset piirielimet (A1-A4, R3-R11, C1-C3) käsittävät myös asettelusisäänmenon asettelu-signaalin (U ) vastaanottamiseksi, jonka avulla voidaan asetella eli skaalata mainitut hitsaustapahtuman karakteristiset arvot ( Δ1; dl/dt) oikosulkutapauksessa sekä määrätä jännitelähteen tyhjäkäynti-jänni te.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen kytkentäjärjestely, jossa ohjattava jännitelähde käsittää ohjattavan sarjatransistorin (Tl), tunne ttu siitä, että toiset piirielimet käsittävät pulssin-leveysmodulaattorin (A3, A4, R9-R11, C4), jonka pulssijonoulostulon pulssinleveyden määräävät kuormavirran ja jännitteen hetkelliset arvot yhdessä säätöpiiriin kytketyn asetteluarvon (U ) kanssa. clS

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen kytkentäjärjestely, tunnettu siitä, että mainitut virtasysäyksen Ai ja virran nousunopeuden (Dl/dt) arvot määräävät asetusarvon (U ) ohella säätöpiirissä sarjaankytketty vastus (R6) ja kondensaattori (Cl), jolloin A^~R6 ja dl/dt~ 1/C1. 6 58029

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen kytkentäjärjestely, tunnettu siitä, että haluttujen staattisten ominaisuuksien aikaansaamiseksi on rinnan mainitun sarjakytkennän (R6, Cl) kanssa kytketty vastukset (R4 ja R5) sekä poikittaisdiodi (Dl).