DE2709637A1

DE2709637A1 - Pulsed power supply for arc welding - using transistor power stage controlled by welding pulse generator contg. frequency divider

Info

Publication number: DE2709637A1
Application number: DE19772709637
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Albert; Guenter Hahn
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1977-03-05
Filing date: 1977-03-05
Publication date: 1978-09-07

Abstract

Appts. for arc welding, using a power supply with a power stage pref. using switched transistors, and with a welding current pulse generator which has a voltage-controlled oscillator (VCO) with output connected on one side with the power stage, and on the other side to a pre-adjustable frequency divider with pulse frequency adjusters and a phase detector which is also fed by a control generator. The output of the detector is connected via a low pass filter to the input of VCO. Generator is pref. a square wave generator; and a pulse duty factor adjusting stage is pref. located between the output of oscillator and the power stage. A transistor power supply is obtd. without instability in the pulse control circuit; simple digital adjustment of the pulses is achieved without using analogue circuits or analogue-digital converters.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Licht-The present invention relates to a device for light

bogenschweißen mit einer Stromquelle, die eine Leistungsstufe mit vorzugsweise im Schalterbetrieb arbeitenden Halbleitern und einen Schweißstromimpulsgenerator aufweist.arc welding with a power source that has a power level preferably working semiconductors in switch mode and a welding current pulse generator having.

Bei den bisher bei Transistorstromquellen, die beispielsweise ähnlich der DT-OS 22 58 656 und DT-OS 17 65 849 ausgebildet sind, eingesetzten analogen Impulsgeneratoren wurde durch Veränderung einer analogen Eingangsspannung die Schweißstromimpulsfrequenz entsprechend verändert und darüberhinaus durch entsprechende Veränderungen von analogen Schaltgliedern in der Schaltung des Impulsgenerators eine Veränderung des Impulstastverhältnisses erreicht. Von Nachteil ist bei diesen Einrichtungen die umständliche und zeitraubende analoge Einstellung der Impulswerte ( Frequenz- und Tastverhältnis).In the case of transistor current sources, for example, similar the DT-OS 22 58 656 and DT-OS 17 65 849 are formed, used analog Pulse generators became the welding current pulse frequency by changing an analog input voltage changed accordingly and furthermore by corresponding changes from analog Switching elements in the circuit of the pulse generator change the pulse duty factor achieved. The disadvantage of these facilities is that they are cumbersome and time-consuming analog setting of the pulse values (frequency and duty cycle).

Weiterhin ist von Nachteil, daß diese regelbaren analogen -1:mpulsgeneratoren leicht zu Instabilitäten neigen und deshalb die Ausgangsgröße sich in nicht gewünschter Weise bei gleicher Einstellung verändern kann. Insbesondere sind diese Impulsgeneratoren temperaturempfindlich, so daß beim rauhen Schweißbetrieb unerwünschte Verstellungen auftreten können. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Einstellwerte nicht in digitaler Form eingegeben werden können, was insbesondere im Hinblick auf die gewünschte Verwendung derartiger Stromquellen in Maschinenschweißanlagen von Nachteil ist. Zur Vermeidung des letztgenannten Nachteils ist auch schon vorgeschlagen worden, die Einstellwerteingabe digital vozunehmen und den digitalen Einstellwert über einen Analog-Digital-Umformer, in einen analogen Wert umzuformen. Dies führte jedoch zu weiteren Unstabilitäten im gesamten Impulssteuerkreis.Another disadvantage is that these controllable analog -1: pulse generators easily tend to instabilities and therefore the output variable is not desired Way can change with the same setting. In particular, these are pulse generators sensitive to temperature, so that unwanted adjustments in rough welding operations may occur. Another disadvantage is that the setting values are not can be entered in digital form, which is particularly important with regard to the Desired use of such power sources in machine welding systems is disadvantageous is. To avoid the last-mentioned disadvantage, it has already been proposed that enter the setting value digitally and enter the digital setting value via a Analog-digital converter to convert into an analog value. However, this led to further instabilities in the entire impulse control circuit.

-Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Einrichtung der eingangsgenannten Art derart auszubilden, daß diese die oben genannten Nachteile nicht aufweist und mittels der insbesondere ohne Verwendung von analogen Einstellgliedern sowie Analog-Digital-Umformern eine einfache digitale Einstellung der Impulswerte erreichbar ist.- The object of the present invention is therefore to provide a facility of the type mentioned in such a way that they have the above-mentioned disadvantages does not have and by means of the in particular without the use of analog adjustment elements as well as analog-digital converters a simple digital setting of the pulse values is attainable.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Ansteuervorrichtung für die Halbleiter einen spannungskontrollierten Oszillator aufweist, dessen Ausgang einerseits mit der Leistungsstufe und andererseits über einen vorwählbaren Frequenzteiler mit zugeordnetem Impulsfrequenzeinsteller mit dem ersten Eingang eines Phasendetektors verbunden ist, dessen zweiter Eingangmit einem Impulsgenerator und der ausgangsseitig unter Zwischenschaltung eines Tiefpaßfilters mit dem Oszillatoreingang in elektrischer Verbindung steht.To solve this problem it is proposed according to the invention that the control device for the semiconductors is a voltage-controlled oscillator has, the output of which on the one hand with the power stage and on the other hand over a preselectable frequency divider with an associated pulse frequency adjuster is connected to the first input of a phase detector, the second input of which is connected to a pulse generator and the output side with the interposition of a low-pass filter is in electrical connection with the oscillator input.

Durch die Erfindung wird in vorteilhafter Weise eine direkt proportionale Einstellung der Impulswerte erreicht. Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß der Impulswert über den Impulseinsteller in digitaler Form vorgegeben werden kann. Dieser digitale Wert wird dem ersten Eingang des Phasendetektors zugeführt, dessen anderer Eingang mit einem eine festen Frequenz {beispielsweise 10 Hz) vorgebenden, quarzgesteuerten Steuergenerator in Verbindung steht. Ober den Phasendetektor und den -diesem nachgeschalteten Tiefpaßfilter wird der spannungsgesteuert Oszillator in Frequenz und Phase so geregelt, daß die Ausgangsphase des Oszillators mit der Eingansphase am Phasendetektor (auch Phasendiskriminator genannt) übereinstimmt.The invention advantageously provides a directly proportional Setting of pulse values reached. It is particularly advantageous that the Pulse value can be specified in digital form via the pulse adjuster. This digital value is fed to the first input of the phase detector, the other input Input with a fixed frequency (for example 10 Hz) specified, crystal-controlled Control generator is in communication. About the phase detector and the downstream one The frequency and phase of the voltage-controlled oscillator is regulated in such a way that the low-pass filter that the output phase of the oscillator with the input phase on the phase detector (also Called phase discriminator).

Somit wird durch diesen erfindungsgemäß vorgesehenen Phasenregelkreis eine Phasensynchronisation erreicht.Thus, this phase-locked loop provided according to the invention phase synchronization is achieved.

In vorteilhafter Weise wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß der Steuergenerator als Rechteckgenerator ausgebildet ist, wodurch erreicht wird, daß die Synchronisation restfehlerfrei ist und auch keine konstante Phasendifferenz (Phasenverschiebung) bestehen bleibt.Advantageously, it is proposed according to the invention that the control generator is designed as a square wave generator, which achieves that the synchronization is free of residual errors and also no constant phase difference (Phase shift) remains.

Von wesentlichem Vorteil bei der Erfindung ist die möglich gewordene und mit dem tatsächlichen Schweißstromfrequenz- bzw.The one that has become possible is a significant advantage of the invention and with the actual welding current frequency or

Tastverhältniswert zahlenmäßig übereinstimmende Impulswerteinstellung. Damit ist es möglich geworden, jede beliebige Impulsfrequenz direkt als digitaler Wert einzustellen, d.h. der eingestellte Wert von beispielsweise 999,9 Hz entspricht dem mittels bekannter Meßinstrumente am Schweißlichtbogen meßbaren lmpulsfrequenzwert. Die Impulswerteinstellung erfolgt bevorzugt mittels digitaler Kodierschalter.Duty cycle value numerically matching pulse value setting. This makes it possible to use any pulse frequency directly as a digital one Value to be set, i.e. the set value corresponds to 999.9 Hz, for example the pulse frequency value that can be measured on the welding arc using known measuring instruments. The pulse value is preferably set using digital coding switches.

Anstelle der genormten Kodierschalter ist es selbstverständlich auch möglich, den Frequenzteilern die notwendigen digitalen Sollwert-Signale durch Lochstreifen, Lochkarten, Magnetbändern oder dgl. zuzuführen.Instead of the standardized coding switch, it goes without saying possible to provide the frequency dividers with the necessary digital setpoint signals through punched tape, To feed punch cards, magnetic tapes or the like.

Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist zwischen dem Oszi-llatorausgang und der Leistungsstufe eine Impulstastverhältniseinstellstufe geschaltet. Mittels dieser Stufe, auf deren Aufbau in der Zeichnungsbeschreibung näher eingegangen wird, ist es vorteilhaft möglich, das Verhältnis von Schweißstromimpulspause zu - impulslänge ebenfalls in digitaler Form vorzugeben.According to a further proposal of the invention is between the oscillator output and a pulse duty cycle setting stage is switched to the power stage. Means this stage, the structure of which is explained in more detail in the description of the drawing, it is advantageously possible to determine the ratio of the welding current pulse pause to the pulse length also to be specified in digital form.

Im Nachfolgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung sowie unter Hinweis auf weitere vorteilhafte Ausgestaltungen näher erläutert.In the following the invention is based on the drawing and under Reference to further advantageous embodiments explained in more detail.

In der Zeichnung ist eine Einrichtung zum Lichtbogenschweißen qrorzugsweise zum Lichtbogenschweißen mit nicht abschmelzender Elektrode mit 10 bezeichnet. Die Einrichtung 10 weist eine schematisch dargestellte Stromquelle 11 auf, deren Leistungsstufe 12 beispielsweise im Schalterbetrieb arbeitende Halbleiter 13, vorzugsweise Transistoren, aufweist. Den Halbleitern 3 ist ein Schweißstromimpulsgenerator 14 zugeordnet. Erfindungsgemäß weist diesereinen spannungskontrollierten Oszillator 15 auf, dessen Ausgang 16 unter Zwischenschaltung einer in ihrer Gesamtheit 87 bezeichneten Impulstastverhältniseinstellstufe mit den Halbleitern 13 verbunden ist. Ferner ist der Ausgang 16 über vorwählbare Frequenzteiler 18 mit zugeordneten digitalen Sollwerteinstellern 19 mit dem ersten Eingang 20 eines Phasendetektors 21 verbunden. Der zweite Eingang 22 des Phasendetektors steht mit einem quarzgesteuerten Rechteck-Impulsgenerator 23 in Verbindung. Ausgangsseitig ist der Phasendetektor 21 unter -twischenschaltung eines Tiefpaßfilters 24 mit dem Oszillatoreingang 25 elektrisch verbunden. Die Einsteller 19 für die Impulsfrequenz sind bevorzugt als digitale Kodierschalter ausgebildet.In the drawing, a device for arc welding is qrorweise denoted by 10 for arc welding with a non-consumable electrode. the Device 10 has a schematically illustrated power source 11, the power level 12, for example, semiconductors 13 working in switch mode, preferably transistors, having. A welding current pulse generator 14 is assigned to the semiconductors 3. According to the invention this has a voltage-controlled oscillator 15, the output 16 of which is below Interposition of a pulse duty cycle setting stage designated in its entirety 87 is connected to the semiconductors 13. In addition, output 16 can be preselected Frequency divider 18 with associated digital setpoint adjusters 19 with the first Input 20 of a phase detector 21 connected. The second input 22 of the phase detector is connected to a quartz-controlled square-wave pulse generator 23. Output side the phase detector 21 is interposed by a low-pass filter 24 with the Oscillator input 25 electrically connected. The adjuster 19 for the pulse frequency are preferably designed as digital coding switches.

Die einzelnen Zähler des vorwählbaren Frequenzteilers18 weisen bevorzugt ein Teilerverhältnis von 1 : 10 auf.The individual counters of the preselectable frequency divider18 preferably have a division ratio of 1:10.

Die Impulstastverhältniseinstellstufe 17 weist zwei hintereinander geschaltete Zähler 26, 27 auf, wobei der Eingang des Zählers 26 mit dem Ausgang 16 des Oszillators 15 in Verbindung steht. Dem Ausgang des Zählers 26 und dem Ausgang des Zählers 27 ist je ein Vergleicher 28, 29 zugeordnet, denen digitale Kodierschalter 30, 31 als Einsteller für das Tastverhältnis zugeordnet sind. Der Vergleicherausgang 32 ist mit dem ersten Eingang eines Flip-Flop 33 verbunden, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des Zählers 27 in elektrischer Verbindung steht.The pulse duty factor setting stage 17 has two in a row switched counters 26, 27, the input of the counter 26 to the output 16 of the oscillator 15 is in communication. The output of the counter 26 and the output of the counter 27 is each assigned a comparator 28, 29, to which digital coding switches 30, 31 are assigned as adjuster for the duty cycle. The comparator output 32 is connected to the first input of a flip-flop 33, the second input of which is in electrical communication with the output of the counter 27.

Ausgangsseitig ist das Flip-Flop 33 mit dem Sollwerteingang der Schweißstromregelstufe 36 derart gekoppelt, daß der Schweißstromwert für Impulsbetrieb entsprechend der eingestellten Frequenz und dem Tastverhältnis getaktet wird. Der mit der Stromquelle verbundene Schweißbrenner, vorzugsweise WIG-Schweißbrenner, ist mit 34 und das Werkstück mit 35 bezeichnet.The output side is the flip-flop 33 with the setpoint input of the welding current control stage 36 coupled in such a way that the welding current value for pulse operation corresponding to the set frequency and the duty cycle is clocked. The one with the power source connected welding torch, preferably TIG welding torch, is at 34 and the workpiece denoted by 35.

Beim Impulsbetrieb wird durch den Impulsgenerator 23 eine Vergleichsfrequenz, beispielsweise 10 Hz, erzeugt und diese dem Phasenkomperator 21 zugeführt. Der Ausgang des Phasenkomperators 21 ist über den Tiefpaßfilter 24 mit dem Eingang des spannungsgesteuerten Oszillator 15 verbunden. Zwischen dem Oszillatorausgang 15 und zweiten Eingang 20 des Phasenkomperators 21 sind die vorzugsweise von 000,1 bis 999,9 einstellbaren Teiler 18 vorgesehen, welche vierZähler 18 mit entsprechend zugeordneten vier dekadischen digitalen Kodierschaltern 19 aufweisen. Während des Betriebes werden die vier Zähler jeweils nach dem Erreichen der vorgewählten Zahl zurückgesetzt.In the case of pulse operation, the pulse generator 23 generates a comparison frequency, for example 10 Hz, and this is fed to the phase comparator 21. The exit of the phase comparator 21 is via the low-pass filter 24 to the input of the voltage-controlled Oscillator 15 connected. Between the oscillator output 15 and the second input 20 of the phase comparator 21 are preferably adjustable from 000.1 to 999.9 Divider 18 provided, which four counters 18 with correspondingly assigned four decadic have digital coding switches 19. During operation, the four counters reset after reaching the preselected number.

Der mittels dieser Digitalschalter 19 eingestellte digitale Wert wird mit dem aus dem Impulsgenerator kommenden Wert im Phasendetektor verglichen und der durch eine Gleichspannung in seiner Frequenz steuerbare Oszillator so geregelt, daß die Phase des Oszillator - Ausgangssingnals mit der Phase des vorgegebenen Sollwertes übereinstimmt.The digital value set by means of these digital switches 19 becomes compared with the value coming from the pulse generator in the phase detector and the oscillator, whose frequency is controlled by a direct voltage, is regulated in such a way that that the phase of the oscillator output signal matches the phase of the specified setpoint matches.

Wenn dieser Phasenwert den eingestellten Wert erreicht hat, liefern die dazwischen geschalteten Vergleicher 28, 29 ein Signal, durch welches der Flip-Flop 33 gesetzt (eingeschaltet) wird. Beim Zurücksetzen der Vorwählzähler 18 sowie 26 u.27 wird auch der Flip-Flop 33 zurückgesetzt (ausgeschaltet) und damit ein Tastverhältnis entsprechend den mit dem Digitalschaltern 30, 31 eingestellten Wert erreicht. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel kann das Tastverhältnis zwischen 1 und 99% und die Schweißstromimpulsfrequenz zwischen 0,1 und 999,9Hzeingestellt werden.When this phase value has reached the set value, deliver the interposed comparators 28, 29 a signal through which the flip-flop 33 is set (switched on). When resetting the preselection counters 18 and 26 u.27, the flip-flop 33 is also reset (switched off) and thus a pulse duty factor reached according to the value set with the digital switches 30, 31. At the illustrated embodiment, the duty cycle between 1 and 99% and the welding current pulse frequency can be set between 0.1 and 999.9 Hz.

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Claims

Keyword: PLL transistor power source Designation: Device for arc welding Claims 1. Device for arc welding with a power source, the power level preferably has semiconductors working in switch mode, and with a welding current pulse generator, characterized in that the pulse generator (14) is a voltage-controlled one Has oscillator (15), the output (16) of which on the one hand with the power stage (12) and on the other hand via a preselectable frequency divider (18) .with assigned Pulse frequency adjuster (19) with the first input (20) of a phase detector (21) is connected, the second input (22) of which with a control generator (23) and the output side with the interposition of a low-pass filter (23) with the oscillator input (25) is in electrical communication.

2. Device according to claim 1, characterized in that the control generator (23) is designed as a square wave generator.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that a pulse duty cycle setting stage between the oscillator output (16) and the power stage (12) (17) is switched.

4. Device according to claim 3, characterized in that the setting stage (17) has two counters (26, 27) connected in series, the input side with the oscillator output (16) and on the output side both with comparators (28, 29), which pulse duty factor adjusters (30, 31) are assigned, as well as the first input of a flip-flop (33) are connected, the second input of which is connected to the output of the comparator (29) and whose output is connected to the power stage (12).

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the adjusters (19, 30, 31) are designed as digital coding switches.