DE2019157A1

DE2019157A1 - Versorgungseinrichtung mit einem saettigbaren Transduktor

Info

Publication number: DE2019157A1
Application number: DE19702019157
Authority: DE
Inventors: Stearns James B; Wendelburg Robert W
Original assignee: Chemetron Corp
Current assignee: Chemetron Corp
Priority date: 1969-04-25
Filing date: 1970-04-21
Publication date: 1970-10-29
Also published as: FR2041204B1; FR2041204A1; US3584186A; GB1314686A; BE749476A; NL7005990A; CH511485A

Description

OR.-INQ. DtPL.-INQ. M. SC. DIPL.-Pl-.Υβ. OR. DIPL.-PHYS.

HÖGER - STELLRECHT-GRIESSBACH -HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

16.April 1970
U.S.Ser.No. 819/334

Chemetron Corporation 840 North Michigan Avenue Chicago, Illinois 60611, U.S.A.

Versorgungseinrichtung mit einem sättigbaren Transduktor.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromversorgungseinrichtung zum Ausbilden und Aufrechterhalten eines Gleichstrom-Lichtbogens zwischen zwei Elektroden, insbesondere für das Lichtbogenschweisser. mit einem Mehrphasen-Transformator und einer Mehrphasen-Gleichrichtereinheit, die eine Anzahl von steuerbaren Gleichrichtern aufweist, über welche die Phasenwicklungen des Transformators an zwei Ausgangsleitungen für den Anschluß der Elektroden angeschlossen sind, und mit einem Transduktor, der einen durch eine Gleichstrom-Steuerwicklung sättigbaren Kern sowie eine mit einer der Ausgangsleitungen in Serie geschaltete Drosselspule aufweist.

Eine derartige Stromversorgungseinrichtung ist in der deutschen

Patentschrift (819 204) beschrieben. Sie ist

auch aus der U.S.A-Patentschrift 3 337 790 bekannt, in welcher ein sogenannter Schweissgleichrichter gezeigt ist, der einen Mehr-

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phasen-Transformator und eine mit steuerbaren Gleichrichtern bestückte Gleichrichtereinheit aufweist. Die steuerbaren Gleichrichter erzeugen eine pulsierende Gleichspannung, die für die Erzielung eines gleichmäßigen Lichtbogens die Verwendung einer Glättungsdrossel in den Ausgangsleitungen der Stromversorgungseinrichtung erforderlich macht, um die Welligkeit zu verringern. Bei der bekannten Einrichtung ist hierfür ein Transduktor mit sättigbarem Kern vorgesehen, dessen Induktivität durch eine Gleichstrom-Steuerwicklung veränderbar ist. Zusätzlich sind bei der bekannten Einrichtung Abfangdioden erforderlich, die an Niederspannungsabgriffen der Sekundärwicklungen des Transformators angeschlossen und den steuerbaren Gleichrichtern parallel geschaltet sind, um eine Grundspannung zu liefern und dadurch bei niedrigen Spannungen und Strömen, wie sie beim Shortarc- und beim Sprühregenlichtbogen-Schweissverfahren verwendet werden, die Welligkeit zu verringern.

Obwohl diese bekannte Einrichtung eine sehr zweckmäßige Stromversorgungseinrichtung für das Lichtbogenschweissen bildet, sind die dort verwendeten Abfangdioden und die erforderlichen angezapften Transformatorwicklungen relativ kostspielig, überdies bilden sie eine zusätzliche Fehlerquelle, welche die Betriebssicherheit der Einrichtung herabsetzt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Stromversorgungseinrichtung zu schaffen, die wesentlich einfacher aufgebaut und zuverlässiger ist als die bekannte Einrichtung, und die darüberhinaus eine lineare Steuerung der Serieninduktivität zum Lichtbogen ermöglicht.

Dies wird bei einer Stromversorgungseinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Induktivität der Drosselspule von einem Wert in der Größenordnung von 600 Mi-

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krohenry auf einen dagegen kleinen Wert, vorzugsweise in der Größenordnung von 100 Mikrohenry, einstellbar ist.

Bei der bekannten Einrichtung wird die Gleichstrom-Steuerwicklung über einen veränderbaren Widerstand erregt. Dieser stellt jedoch bei den zur Verwendung kommenden Strömen eine beträchtliche Wärmequelle dar, welche wärmeempfindliche Bauelemente in ihrer Nähe ungünstig beeinflussen kann.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird eine solche Wärmequelle dadurch vermieden und die Stromversorgungseinrichtung somit für eine Fernbedienung geeignet gemacht, daß die Steuerwicklung an eine steuerbare Gleichspannungsquelle angeschlossen ist, die einen Transformator mit mittelarigezapfter Sekundärwicklung und einen Vollweg-Gleichrichter mit zwei steuerbaren Gleichrichtern enthält, daß die.Steuerwicklung zwischen der Mittelanzapfung und den steuerbaren Gleichrichtern angeschlossen ist und daß mit den Steuerelektroden der steuerbaren Gleichrichter ein Impulsformer verbunden ist, der zum Steuern der Phase sein r Impulse ein Potentiometer niedriger Belastbarkeit aufweist.

Das Potentiometer ist dabei vorteilhafterweise zur Fernbedienung des Transduktors über ein Kabel an den Impulsformer angeschlossen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthält der impulsformer einen Impulsgenerator mit einem Einschichttransistor, in dessen Zündsteuervorrichtung das Potentiometer eingeschaltet ist. Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich, wenn der Impulsgenerator ein mit dem Emitter des Einschichttransistors verbundenes zeitbestimmendes RC-Glied aufweist, in dessen Widerstand das Potentiometer enthalten ist. Vorteilhafterweise ist dabei das Potentiometer, vorzugsweise in Serie mit einem festen Widerstand, mit einem Kondensator hintereinandergeschaltet und der Verbindungspunkt an den Emitter des Einschichttransistors angeschlossen,

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Zur Erhöhung der Einstellgenauigkeit der Serieninduktivität ist es günstig, wenn der Impulsgenerator an eine Gleichstrom-Versorgungseinheit mit einem Vollweg-Gleichrichter angeschlossen ist/ dem ein Spannungsregelglied, vorzugsweise mit einer Zenerdiode, parallel geschaltet ist.

Nach einer anderen Ausgestaltung sind die steuerbaren Gleichrichter als steuerbare Siliziumgleichrichter ausgebildet, und mit gleicher Polarität an je ein Ende der mittelangezapften Sekundärwicklung einerseits und an eine mit der Steuerwicklung gemeinsame Leitung andererseits angeschlossen.

Gemäß der Erfindung ist eine zuverlässige Steuerung für den sättigbaren Transduktor geschaffen worden, welche es ermöglicht, den erforderlichen Induktivitätsbereich ohne kostspielige Zusatzeinrichtungen zu überstreichen und eine lineare Abhängigkeit der Induktivität zu erzielen. Die Einrichtung nach der Erfindung ermöglicht weiterhin eine sehr einfache Fernbedienung.

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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher " erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramra und ■

Fig. 2 ein Schaltbild der Erfindung.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel enthält einen Mehrphasen-Schweißtransformator 1, der Wechselstrom an eine Mehrphasen-Vollweg-Gleichrichtereinheit 2 liefert. Mit der Gleichrichtereinheit sind zwei Ausgangsleitungen 3 und 4 verbunden, von denen die Leitung 3 die positive und die Leitung 4 die negative Leitung ist. Die negative Leitung 4 ist mit einem Werkstück 5 und die positive Leitung mit einer Elektrode 6 verbunden. Wenn die Stromversorgung eingeschaltet wird, bildet sich zwischen der Elektrode 6 und dem Werkstück 5 ein Lichtbogen 7 aus.

Für eine sachgemäße Lichtbogenschweißung nuß die Spannung zwischen der Elektrode 6 und dem Werkstück 5 sorgfältig vorgewählt und dann die Lichtbogenspannung im wesentlichen konstant gehalten werden. Hierfür ist ein Stromrückkopplungs-Summierverstärker 9 und ein Spannungsrückkopplungs-Summierverstärker 12 vorgesehen. Der Verstärker 9 ist mit einen Eingang an eine Bezugsspannungseingabe 8 und mit einem zweiten Eingang über eine Stromrückkopplungseinheit 10 an einen Stromfühler 11 angeschlossen, der ein Signal erzeugt, das dem Strom durch die Leitung 3 proportional ist. Ein Eingang .des Summierverstärkers 12 ist mit dem Ausgang des Summierverstärkers 9 und der zweite Eingang des Verstärkers 12 über eine Spannungsrückkopplungseinheit 14 mit einer Spannungssignalleitung 13 verbunden, die an die Leitungen 3 und 4 angeschlossen ist, und zwar an einen einseitig an Masse liegenden Lastwiderstand 13a (Fig. 2). Am Auegang des Summierverstärkers 12 steht daher ein modifizier-

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tes Spannungssignal zur Verfügung, das durch die,Stromrückkopplung von der Neigung der Kennlinie des Lichtbogens und durch die Spannungsrückkopplung von dem Augenblickswert der Lichtbogenspannung abhängt.

Der Ausgang des Summierverstärkers 12 ist mit einer Zündeinheit 15 verbunden, die an die Gleichrichtereinheit 2 angeschlossen ist und an eine Reihe von steuerbaren Gleichrichtern Zündimpulse in der erforderlichen zeitlichen Staffelung liefert, um.diese mit der Phasenlage leiten zu machen, welche die gewünschte Spannung zwischen der Elektrode 6 und dem Werkstück 5 und somit über dem Lichtbogen 7 ergibt.

In Fig. 2 ist das Ausführungsbeispiel der Erfindung näher dargestellt. Der Schweißtransformator 1 ist ein Dreiphasen-Transformator mit einer Sechsphasen-Sekundärwicklung 16 in Sternschaltung und einer Dreiphasen-Primärwicklung 17 in Dreieckschaltung. Die Wicklungen sind auf einem gemeinsamen Kern 18 angeordnet und liefern eine im wesentlichen konstante Spannung.

Der Sternpunkt der Sekundärwicklung 16 ist mit einer Drosselspule 19 eines Transduktors 20 mit durch Vormagnetisierung sättigbarem Kern in Serie zu zwei parallel geschalteten Hauptstromwiderständen 21 zur Steuerung der Keigung der Lichtbogenkennlinie an das Werkstück 5 angeschlossen. Der Transduktor liefert eine veränderbare Induktivität in Serie mit dem Licht-

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bogen 7» was besonders für das Shortarc-Verfahren wesentlich ist

Der Transduktor 20 enthält eine Drosselspule I9» die zwischen dem Sternpunkt 22 der Sekundärwicklung 16 und den Hauptstromwiderständen 21 eingeschaltet ist. Die Drosselspule 19 ist, wie in Fig. 1 angedeutet, auf einem mittleren Schenkel 23 eines Dreischenkelkernes 24 angeordnet. Auf den beiden äußeren Schenkeln des Dreischenkelkernes 24 sind zwei Gleichstromwicklungen

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25 angeordnet, die hintereinandergeschaltet und an eine gemäß der Erfindung aufgebaute Gleichspannungsquelle 26 angeschlossen sind. . ,

Gemäß der Erfindung ist der Transduktor 20 so aufgebaut, daß er es ermöglicht, die Induktivität von ungefähr 100 Mikrohenry bis zu etwa 600 Mikrohenry zu verändern. Die Einrichtung nach der Erfindung ermöglicht es, in dem Schweißstromkreis stets die erforderliche Induktivität, wie sie beispielsweise für das Shortarc-Verfahren benötigt wird, vorzusehen, ohne daß hierfür Abfangdioden notwendig wären, wie bei den bekannten derartigen Einrichtungen. Dies wirkt sich in einer Vereinfachung des Aufbaus des Schweißtransforcators und dementsprechend in einer Verringerung der erforderlichen Arbeitszeit und der Herstellungskosten aus.

Das äußere Ende jeder. Phasenwicklung der Sekundärwicklung 16 ist jeweils.in Serie mit einem steuerbaren Siliziumgleichr.ich-· ter 27 an die Leitung 3 angeschlossen. Die zu diametral gegen-überliegenden Phasenwicklungen der sterngesohalteten Sekundärwicklung gehörenden Siliziumgleichrichter 27 werden dabei jeweils gleichzeitig leitend gemacht. Die Gleichrichter 27 sind paarweise mit der Leitung 3 verbunder, und führen jeweils den entsprechendn Phasenstrom. Jedes Gleichrichterpaar ist gemeinsam an die Zündeinheit 15 angeschlossen und die drei Paare von dieser jeweils, gleichzeitig mit aufeinanderfolgenden Zündimpulsen beaufschlagt. Durch zeitliche Steuerung der Zündung entsprechender Paare der Siliziumgleichrichter 27 wird dann jeweils ein geeigneter Teil jeder Halbwelle des Wechselstromes an die Leitungen 3 und 4 weitergeleitet.

Die Gleichrichterpaare sind an entsprechende Teile der Zünd-. einheit 15 angeschlossen, von denen die Zündschaltung 28 ausführlicher dargestellt ist. Die Zündschaltungen 2.8' und 28"

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für die anderen beiden Paare der Siliziumgleichrichter 27 sind ähnlich aufgebaut. Die Zündschaltung 28 wird über eine Leitung 29 erregt, die an den Ausgang des Summierverstärkers 12 angeschlossen ist. Das Signal auf der Leitung 29 bestimmt den Zeitpunkt in jeder Halbwelle der an die Gleichrichter 27 angelegten Phasenspannung, zu welchem an die Gleichrichter 27 ein Zundimpuls- angelegt wird und bestimmt damit den Zeitraum in jeder Halbwelle, in dem die Gleichrichter 27 leitend sind.

Der Stromfühler 1ί besteht aus zwei Wicklungen 30, die mit den von den Phasenwicklungen der Sekundärwicklung 16 zu einem Paar der Gleichrichter 27 führenden Leitungen gekoppelt sind. Die Wicklungen 30 sind parallel über zwei Leitungen 30a an . die Stromrückkopplungseinheit 10 angeschlossen. Parallel zu den Leitungen 30a liegt ein Abschlußwiderstand 31. Die Stromrückkopplungseinheit 10 enthält eine Kennlinien-Neigungs-Schaltung 32, deren Ausgang mit dem Eingang des Summierverstärkers 9 verbunden ist.

Die Neigungsschaltung 32 enthält eine Vollweg-Dioden-Gleichrichterbrücke 33, die an die Leitungen 30a angeschlossen ist und einen von dem Strom in den Zuleitungen der Gleichrichter und damit von dem Strom in der Leitung 3 abhängigen pulsierenden Gleichstrom erzeugt. Dieser-Gleichstrom wird durch einen Parallelkondensator 34 gefiltert und einem mit einem Abgriff 36 versehenen Potentiometer 35 zugeführt. Das Potentiometer 35 bildet einen Spannungsteiler, mit dem das Rückkopplungssignal' zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen bei den Stromwandlern auf eine vorgegebene Maximalneigung der Lichtbogenkennlinie eingestellt werden kann, ohne daß hierzu die Stromwandler verändert werden müßten.

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Zwischen dem Abgriff 36 des- Potentiometers 35 und dessen einem Ende ist ein weiterer Spannungsteiler angeschlossen, der aus zwei in Serie geschalteten Widerständen 37 besteht. Die Verbindungsstelle der Widerstände 37.ist mit einer Leitung 38 verbunden, welche die gemeinsame Masseleitung für die Steuerschaltung bildet. Zur Vereinfachung der Darstellung sind die verschiedenen Masseverbindungen durch ein Massesymbol angedeutet worden. Beim tatsächlichen Aufbau der Schaltung werden diese dann durch einen eigenen Leiter miteinander verbunden. Parallel zu den Spannungsteilerwiderständen 37 ist eine .Stromentnahmeschaltung angeschlossen, die einen Potentiometer 39 in Serie zu einer Diode 40 enthält. Ein Abgriff 41 des Potentiometers 39 liefert dann ein Gleichstromsignal, das dem Stromrückkopplungssignal proportional ist. Er ist mit einer Stromrückkopplungsleitung 43 verbunden, welche dieses Signal an den Summierverstärker 9 weiterleitet.

Die Kombination aus dem Potentiometer 39 und den Spannungsteilerwiderständen 37 ermöglicht sowohl eine negative als auch eine positive Rückkopplung in bezug auf die gemeinsame Masseleitung 38. Diese Anordnung ist besonders von Bedeutung bei einer Schweiß-Stromversorgung, die einen Hauptwiderstand 21 oder ein ähnliches Belastungselement in der SchweiSstromzuleitung aufweist, welches eine Neigung der Lichtbogenkennlinie hervorruft. Sie ermöglicht die Einstellung'einer optimalen Schwei3kennlinie.

Der Summierverstärker 9 enthält eine Vollweg-Gleichrichterbrücke 44r die über einen Transformator 45 an eine Phase des Wechaelstromnetzes gelegt ist und eine Gleichstrom-Vorspannung erzeugt. Am Ausgang der Gleichrichterbrücke 44 liegen ein Widerstands-Kondensator-Filter 46 sowie zwei in Serie geschaltete Zenerdioden 47. Die Verbindungsstelle der Zener- dioden 47 ist mit Masse verbunden. Das Filter 46 und die

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Zenerdioden 47 erzeugen eine.geregelte Spannung für den Betrieb des Suramierverstärkers 9 von z.B. +18 Volt an der oberen Leitung 48.

Der eigentliche Verstärker ist ein Differentialverstärker mit zwei npn-Transistoren 49 und 50, die in einer bekannten Differentialverstärkerschaltung den Zenerdioden 47 parallelgeschaltet sind. Parallel zu den Zenerdioden 47 liegt ein Spannungsteilerglied aus einem Potentiometer 51, dem ein Widerstand 52 vorgeschaltet ist. Ein Abgriff 53 des Potentiometers 51 ist in Serie mit einem Widerstand 54 an die Basis 55 des Transistors 49 angeschlossen und verursacht eine Vorspannung, die den Transistor 49 leitend zu machen trachtet, um ein Ausgangssignal an dessen Kollektor zu erzeugen.

Der gegengeschaltete zweite Transistor 50 des Differentialverstärkers wird von einem Summierpotentiometer 56 erregt, dessen eine Seite über einen Widerstand 57 mit der Stromrückkopplungsleitung 43 verbunden ist. Die andere Seite des Sutnmierpotentiometers 56 ist über eine Leitung 58 an eine Fernbedienungs-SteckvorriGhtung 59 angeschlossen. Die Verbindungen im Innern der Steckvorrichtung sind durch gestrichelte Linien angedeutet.

Die Leitung 58 ist durch die Steckvorrichtung 59 tni-t einer Leitung 60 verbunden, die an einen Abgriff 61 eines Potentiometers 62 zum Einstellen der Eingangsspannung angeschlossen ist. Das Potentiometer 62 bildet die Bezugsspannungseingabe 8 von Fig. 1. Es ist an einer Seite über eine Diode 63 und einen gemeinsamen Widerstand 64 mit der Leitung 48 und somit mit der positiven Seite der Gleichrichterbrücke 44 verbunden. Die andere Seite des Potentiometers 62 ist über die Steckvorrichtung 59 an die gemeinsame Masse angeschlossen.

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Im Betrieb des Systemes wird das Potentiometer 51 auf eine vorbestimmte Vorspannung für den Transistor 49 eingestellt. Das Potentiometer 62 wird so eingestellt, daß es auf einer Seite des S.ummierpotentioTaeters 56 eine vorbestimmte, der gewünschten Ausgangsspannung entsprechende Spannung erzeugt. Die Spannung an der anderen Seite' wird von der Stromrückkopplung und insbesondere von der Spannung auf der Leitung 43 bestimmt. Ein Abgriff 65 des Potentiometers 56 leitet die Spannung über einen Widerstand 66 an die Basis des Transistors 50 weiter. Die an den Transistor 50 angelegte Spannung ist proportional der Differenz aus der vorgewählten Bezugsspannung am Potentiometer 62 und der Spannung auf der Leitung 43. Das Ausgangssignal des Summierverstärkers 9, das auf einer mit dem Kollektor des Traneistors 49 verbundenen Leitung 67 erscheint, ist daher- der Summe 'ä'üs der- Singangs-Bezugsspannung und der Stromrückkopplungsspannung direkt proportional.

Das modifizierte Stromrückkopplungssignal auf der Leitung 67 wird an eine Spannungsrückkopplungsschaltung, und zwar an den Verstärker 12 _v angelegt. Die Spannungsrückkcpplungsschaltung ist ähnlich aufgebaut wie die Stromrückkopplungsschaltung. Sie enthält einen Differentialverstärker mit zwei Transistoren, die an eine geregelte Gleichstromversorgung angeschlossen sind, die eine mit dem Transformator 45 verbundene Vollweg-Gleichrichterbrücke 68 und ein Filter 69 enthält. Mit einem Transistor 71 des Differentialverstärkers ist in ähnlicher Weise ein Spannungsteiler-Potentiometer 70 verbunden, das den Transistor 71 in Leitrichtung vorspannt. ,

entgegengeschalteter Transistor 72 des Differentialverstär.kers ■ ist zu seiner Vorspannung mit einem Summierpotentiometer 73 verbunden, dessen eine Seite an die Stromrückkopplungsleitung 67 und dessen andere Seite über einen Widerstand 74 an-* die Spannungsrückkopplungsleitung 13 angeschlossen ist.

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Das Ausgangssigrial des Differentialverstärkers wird über eine Leitung 75, die mit den Eingangsleitungen 29, 29' und 29" der verschiedenen Zündschaltungen 28 in Vielfach geschaltet ist, von dem Kollektor des Transistors 71 abgenommen.

Die Zündschaltungen enthalten eine Impulsschaltung 76 mit einer Vollweg-Gleichrichterbrücke 77, die, ähnlich wie in der Anordnung nach der US-Patentschrift 3 337 769, durch eine Phasenwicklung auf einem der Schenkel des Kernes 18 des Schweiß— transformator 1 durch die Spannung jeweils einer Phase erregt wird. Die Ausgangsspannung der Gleichrichterbrücke 77 ist nicht gefiltert. Sie bewirkt einen gleichphasigen Ladestrom für die Impulsschaltung 76, die einen zweistufigen Verstärker mit den Transistoren 79 enthält, der die Ladung eines Zündkondensators 80 steuert, welcher mit einem Einschichttransistor 81 verbunden ist.

Der erste der beiden Transistoren 79 ist über eine Serienschaltung 82 aus einer Diode und einem Widerstand mit der Leitung 29 verbunden. Die Ausgangsspannung der Impulsschaltung 76 steuert die Entladung eines Kondensators 83, der in Reihe mit einem Widerstand 84 an die Gleichrichterbrücke 77 angeschlossen ist. Parallel zu dem Kondensator S3 liegt ein steuerbarer Siliziumgleichrichter 85 in Serie mit einem Widerstand So. Der Ausgang des Sinschichttransistors 81 ist über eine Leitung 87 mit der Steuerelektrode des steuerbaren Siliziumgleichrichters 85 verbunden. Zwischen den Zündperioden des Einschichttransistors 81 wird der Kondensator 83 über die Gleichrichterbrücke 77 aufgeladen. Durch Zünden des Einschichttransistors wird auch der steuerbare Siliziumgleichrichter 85 gezündet, so daß dieser leitet und den Kondensator 83 entlädt, wodurch an dem Widerstand 86 eine entsprechende Spannung entsteht.

An der Verbindungsstelle zwischen dec steuerbaren Siliziumgleichrichter 85 und dem Widerstand 66 sind zwei Widerstände

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88 und 89 angeschlossen, die·an ihren anderen Enden mit den Steuerelektroden von zwei steuerbaren Siliziumgleichrichtern 27 in der Gleichrichtereinheit 2 verbunden sind. Die in Kaskade geschaltete leistungsverstärkerschaltung ist Gegenstand des Patentes ... (TJS-Anmeldung 819 175).

Die Gleichspannungsquelle 26 bildet eine getrennte Schaltungseinheit 90 zum Steuern des Gleichstromes durch die Steuerwicklung 25. Sie enthält einen Impulsformer 91 mit einem Einschichttransistor, welcher an eine Gleichrichtereinheit 92 mit einem Mittel angezapften Transformator angeschlossen ist. Die Steuerwicklung 25 ist mit .der Gleichrichtereinheit 92 in Serie geschaltet. Die Stärke des in der Steuerwicklung 25 fließenden mittleren Gleichstromes wird durch zeitlich gestaffeltes Zünden von zwei steuerbaren Siliziumgleichrichtern 93 und 94 der Gleichrichtereinheit 92 während der an die betreffenden Gleichrichter angelegten positiven Halbwellen bestimmt. Dies wird wiederum durch die Einstellung des Impulsformers 91 gesteuert, der die Phase oder den Zeitpunkt der Impulse bestimmt.

Der Impulsformer 91 enthält eine Vollweg-Gleichrichterbrücke 95, die an den Transformator 45 angeschlossen ist. An den Ausgang der Gleichrichterbrücke 95 ist in Serie zu einem Widerstand 98 eine Zenerdiode 97 angeschlossen, die eine im wesentlichen konstante Bezugsspannung für den Impulsformer 91 liefert. Palis die Netzspannung ansteigt, leitet die Zenerdiode 97 einen größeren Strom und hält dadurch in bekannter Weise die an die last angelegte Spannung konstant.

Die geregelte Spannung wird an die Interbasisschaltung eines Einschichttransistors 99 angelegt. Wie aus Pig. 2 ersichtlich, sind zwischen den Spannungszuleitungen und den beiden Enden des Einschichttransistors 99 zwei Interbasis-Widerstände 100' und 101' eingeschaltet. Parallel zu den Interbasis-Widerstän-

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den und dem Einschichttransistor 99 ist ein Phasenschieber-Zündglied 100 an die geregelte Spannungsversorgung angeschlossen, das eine Reihenschaltung aus einem Potentiometer 101, einen festen Widerstand 102 und einen Kondensator 103 enthält. Die Verbindungsstelle zwischen dem Kondensator 103 und dem festen Widerstand 102 ist mit einem Imitter 104 des Sinschichttransistors 99 zur Bildung des Impulsformers angeschlossen.

Wenn der Kondensator auf"einen vorbestimmten Wert aufgeladen ist, zündet die Sperrschicht des Einschichttransistors 99 am Emitter 104, wird unter Entladung des Kondensators 103 leitend und spannt den Einschichttransistor 99 in Leitrichtung vor. Dies verursacht einen Spannungsabfall an dem Widerstand 101', welcher die steuerbaren SiliziuEgleichrichter 93 und 94 zündet, so daß diese für den restlichen Teil der .jeweiligen positiven Halbwelle leibend bleiben. Die zun Laden des Kon- "

erforderliche Ze.it

densators 103 bis auf die Zündspannung is* von aer Zeitkonstante der Phasenschieberschaltung abhängig und insbesondere von dem Gesamtwiderstand des festen Widerstandes 102 und des Potentiometers 101, der in Serie mit dem Kondensator 103 liegt.

Die beschriebene Phasenschieberschaltung für den Einschichttransistor 99 ist besonders vorteilhaft, wenn das Potentiometer 101 in einer von der übrigen Steuerschaltung entfernten Bedienungseinheit untergebracht werden soll, weil das Potentiometer 101 klein und mit niedriger Belastbarkeit ausgebildet sein kann und dennoch die notwendige Veränderung des Gleichstromes in der Steuerwicklung 25 bewirkt. In einer praktischen Ausführung.wurde z.B. ein Zweiwatt-Potentioiaeter 101 verwendet, um durch Steuerung der Zeitkonstante der Schaltung und damit des Zündwinkels der steuerbaren Siliziumgleichrichter 93 und 94 die Induktivität zwischen 100 und 600 Mikrohenry zu verändern.

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Dies ist von besonderer Bedeutung, wenn die Steuerung für den Transduktor 20 in einer getrennten und tragbaren Fernbedienungseinheit untergebracht werden soll, wo die üblichen Hoch-. spannungs-Widerstände gefährliche Temperaturen für die übrigen Schaltungselemente in der Fernbedienungseinheit erzeugen können. Die Einrichtung nach der Erfindung-bewirkt schon mit einem kleinen Potentiometer 101 mit niedriger Leistungsaufnahme eine sehr zufriedenstellende Steuerung der Induktivität. des Transduktors 20. Sie kann sehr vorteilhaft zusammen mit den Potentiometern für die Ausgangsspannung und die Kennlinienneigung in der tragbaren Pernbedienungseinheit untergebracht werden, die in dem Patent ... (US-Anmeldung 819 333) beschrieben ist.

Die Gleichrichtereinheit 92 enthält eine mittel angezapfte Transforroatorwicklung 106, die mit einer der drei Phasen -des Schweißtransformators 1 gekoppelt ist« Zwischen einem Ende der Wicklung 106 und einer gemeinsamen Leitung 107 ist der erste ■ steuerbare.Siliziumgleichrichter 93 eingeschaltet. Er ist so g'epolt, daß er den Strom von der Wicklung 106 zur gemeinsamen Leitung 107 leitet." Ein steuerbarer Siliziumgleichrichter sperrt solange den Strom in beiden Eichtungen, bis in dem Zeitraum, in dem seine an die Wicklung 106 angeschlossene Anode positiv ist gegenüber seiner an die gemeinsame Leitung 107 angeschlossene Kathode ein Zündirapuls angelegt wird. Der Stromkreis für den steuerbaren Siliziumgleiehrichter 93 wird über die Steuerwicklung 25 des Transduktors 20 zurück zur Mittelanzapfung 109 der Wicklung 106 geschlossen.

Der zweite steuerbare Siliziumgleiehrichter 94 ist in ähnlicher Weise zwischen dem anderen Ende der Wicklung 106 und der gemeinsamen Leitung 107 eingeschaltet und so gepolt, daß er von der Wicklung 106 zur gemeinsamen Leitung 107 leitet. Die Schallung liefert somit eine Vollweg-Gleichrichtung. Wenn da & linke

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Ende der Wicklung 106 positiv ist, leitet der steuerbare Siliziumgleichrichter 93 und liefert einen Strom, der durch die Steuerwicklung 25 von unten nach oben fließt. Während dieses Teiles der Wechselstromperiode ist das rechte Ende der Wicklung 106 negativ gegenüber der Mittelanzapfung 109» so daß der zweite steuerbare Siliziumgleichrichter 94 gesperrt ist. Während der anderen Halbwelle des Wechselstromes sind die Polaritäten an den entgegengesetzten Enden der Wicklung 106 gegenüber der Mittelanzapfung 109 umgekehrt und es kann nunmehr der zweite steuerbare Siliziumgleichrichter 94 leiten und einen von unten nach oben durch die Steuerwicklung 25 fließenden Strom erzeugen.

Die Gleichrichter 93 ^und 94 werden dadurch ausgesteuert, daß ihre Steuerelektroden 108 gemeinsam über eine Leitung 110 an den Einschichttransistor 99 angeschlossen sind. In Serie zu den Steuerelektroden 108 ist jeweils ein Schutzwiderstand 111 eingeschaltet.

Im Betrieb erzeugt der Impulsformer 91 eine Folge zeitlich gestaffelter Impulssignale, deren Phase oder Impulszeitpunkt unmittelbar durch die Einstellung des kleinen Potentiometers 101 niedriger Belastbarkeit gesteuert wird. Diese steuert wiederum unmittelbar den Zündzeitpunkt der steuerbaren Siliziumgleichrichter 93 und 94 und damit die Dauer von deren Leitfähigkeit. Dadurch wird die mittlere Spannung an der Steuerwicklung 25 und somit auch der durch sie fließende Strom eingestellt, wodurch die Sättigung des Dreischenkelkernes 24 und damit die durch die Drosselspule 19 in die negative Ausgangsleitung 4 eingefügte Induktivität gesteuert wird.

Die Induktivitätssteuerung nach der Erfindung liefert insbesondere für das Shortarc-Schweißverfahren außerordentlich befriedigende Ergebnisse und stellt ein sehr zweckmäßiges und

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zuverlässiges Pernsteuersyste.m dar.

Die Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels der Erfindung gemäß Pig. 2 kann wie folgt zusammengefaßt werden. Über einen hier nicht dargestellten Schalter wird, Netzspannung an die Primärwicklung 17 des Schweißtransformators .1 angelegt. Von dem Ausgangswechselstrom der Sekundärwicklung 16 wird dann abhängig von der Zündung der steuerbaren" Siliziumgleichrichter 27 ein Teil an die Leitungen 3 und 4 angelegt.

Das Eingangsbezugssignal wird durch entsprechendes Einstellen des Abgriffes 61 am Potentiometer 62 vorgegeben, wodurch an eine Seite des Summierpotentiometers 56 eine entsprechende Spannung angelegt wird. Durch die Wicklungen 30 des Stromfühlers 11 wird ein Stromrückkopplungssignal erzeugt, das durch Einstellen des Abgriffes 41 an dem Potentiometer 39 für die -—Einstellung der-Kennlinienneigung, modifiziert und an die andere Seite des Summierpotentiometers 56 angelegt wird. Das differentielle Signal an dem Summierpotentiometer 56 steuert den Transistor 50 des Summierverstärkers 9 für die Stromrückkopplung derart aus, daß dessen Ausgangssignal zum Summierverstärker für die Spannungsrückkopplung die der gewünschten konstanten Ausgangsspannung überlagerte Kennlinienneigung darstellt. Der Summierverstärker 12 vergleicht dieses Signal in ähnlichei-Weise mit dem Spannungsrückkopplungssignal. auf der Leitung 13 und legt an die Zündschaltungen 28 ein Steuersignal für den Zündzeitpunkt der steuerbaren Siliziumgleichrichter 27 an, der erforderlich ist, um die gewünschte Ausgangsspannung und die gewünschte Kennlinienneigung zu erzeugen und aufrecht zu erhalten. Die Drosselspule 19 bildet eine Glättungsinduktivität in der Ausgangsleitung 4_f welche die Welligkeit bei kleinen Strömen und Spannungen beseitigt, die beim Shortarc- und beim Sprühregen-Lichtbogensehweißverfahren stören könnte.

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00 98 4 4/ 128 2 BAD ^

A 58 121 h ■«■ rf-

t - 71 16.4,. 1970

Der Transduktor 20 wird so ausgewählt, daß er die Induktivität zwischen relativ niedrigen und relativ hohen Werten zu verändern gestattet, im allgemeinen zwischen 100 und 600 Mikrohenry. Durch eine relativ hohe Induktivität in der Größenordnung von 600 Mikrohenry kann ohne den Einsatz von zusätzlichen Abfangdioden ein stabiler lichtbogen beim Shortarc- und beim Sprühregen-Verfahren erzielt werden.

Die Sättigungssteuerung mit dem Impulsformer 91, der ein kleines Potentiometer niedriger Belastbarkeit aufweist und zum Erregen der Sättigungs-Steuerwicklung 25 die Gleichrichtereinheit 92 mit dem mittel angezapften Transformator steuert, ermöglicht eine zuverlässige lineare Einstellung der Induktivität über den gewünschten oder notwendigen Bereich. Das infolge des Aufbaues der Sättigungssteuerung verwendbare Potentiometer niedriger Belastbarkeit paßt diese insbesondere an eine Verwendung in einer Pernbedienungseinheit an, -die temperaturempfindliche Bauelemente enthält.

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-Patentansprüche-

009844/1282

BAD —"-^**■'*■■- ' ' ■'■

Claims

A 38 121 h

ν--125. /9

16.4.1970 ^ro

Patentansprüche

1. Stromversorgungseinrichtung zum Ausbilden und Aufrechterhalten ^^mm0^ eines Gleichstrom-Lichtbogens zwischen zwei Elektroden, insbesondere für das Lichtbogenschweissen, mit einem Mehrphasentransformator und einer Mehrphasen-Gleichrichtereinheit, die eine Anzahl von steuerbaren Gleichrichtern aufweist, über welche die Phasenwicklungen des Transformators an zwei Ausgangsleitungen für den Anschluß der Elektroden angeschlossen sind, und mit einem Transduktor, der einen durch eine Gleichstrom-Steuerwicklung sättigbaren Kern sowie eine mit einer der Ausgangsleitungen in Serie geschaltete Drosselspule aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß

von die Induktivität der Drosselspule (19)/einem Wert in der Größenordnung von 600 Mikrohenry auf einen dagegen kleinen Viert, vorzugsweise in der Größenordnung von 100 Mikrohenry_f einstellbar ist.

2. Stromversorgungseinrichtung nach /Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß_ die Steuerwicklung (25) an eine steuerbare Gleichspannungsquelle angeschlossen ist, die einen Transformator mit raittelangezapfter Sekundärwicklung (106) und einen Vollweg- -Gleichrichter mit zwei steuerbaren Gleichrichtern (93, 94) enthält, daß die Steuerwicklung (25) zwis-chen der Mittelanzapfung (.10.9Ol und den steuerbaren Gleichrichtern (93, 94) angeschlossen ist und daß mit den Steuerelektroden der steuerbaren Gleichrichter (93, 94) ein Impulsformer(91) verbunden ist, der zum Steuern der Phase seiner Impulse ein Potentiometer -(LOl)- niedriger Belastbarkeit aufweist.

- 19 ■-■■

00984 471282 ^;

A 38 121 h
t - 125
16.4.1970

2.0

3. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Potentiometer (101) zur Fernbedienung des Transduktors (20) über ein Kabel an den Impulsformer (91) angeschlossen ist.

4. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsformer (91) einen Impulsgenerator mit einem Einschichttransistor (99) enthält, in dessen Zündsteuervorrichtung (95, 97, 98, 100) das Potentiometer (101) eingeschaltet ist.

5. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator ein mit dem Emitter (104) des Einschichttransistors (99) verbundenes zeitbestimmendes RC-Glied (100) aufweist, in dessen Kiderstand (101, 102) das Potentiometer (101) enthalten ist.

6« Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Potentiometer (101) vorzugsweise in Serie mit einem festen Widerstand (102), mit einem Kondensator (103) hintereinandergeschaltet und der Verbindungspunkt an den Emitter (104) des Einschichttransistors (99) angeschlossen ist.

7. Stromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator an eine Gleichstrom-Versorgungseinheit mit einem Vollweg-Gleichrichter (95) angeschlossen ist, dem ein Spannungsregelglied (97, 98), vorzugsweise mit einer Zenerdiode (97), parallel geschaltet ist.

8. Stromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren Gleichrichter (93_f 94) als steuerbare Siliziumgleichrichter ausgebildet und mit gleicher Polarität an je ein Ende der mittelangezapften Sekundärwicklung (106) einerseits und an eine mit der Steuerwicklung

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0 0 9 8 4 4/1282 ,
BAD ORiQINAL

7019157

A 38 121 h ZU I 3 I O /

V- 125 ->er-

16.4.197O

(25) gemeinsame Leitung (107) andererseits angeschlossen sind.

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