DE4133263A1 - Operating a resistance welding machine - by ensuring symmetric magnetisation in the transformer core - Google Patents
Operating a resistance welding machine - by ensuring symmetric magnetisation in the transformer coreInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Widerstandsschweißmaschine mit einem Mittelfrequenz-Schweißtransformator. Derartige Schweiß transformatoren bieten den Vorteil, daß sie bei gleicher Leistung erheblich leichter als ein Netzfrequenztransfor mator sind, sich daher vorteilhafterweise direkt mit der Schweißzange verbinden und bei Verwendung flexibler Fer tigungssysteme, beispielsweise Industrieroboter, direkt vom Roboterarm anordnen und so leicht in jede Schweißpo sition bringen lassen. Statt einer flexiblen, wasserge füllten Kochstromverbindungsleitung ist nur zu dem eine leichte Verbindungsleitung erheblich geringeren Quer schnitts vom Roboterarm mitzuschleppen.The invention relates to a method and a device for operating a resistance welding machine with a Medium frequency welding transformer. Such sweat Transformers have the advantage that they are the same Performance considerably lighter than a mains frequency transform mator are, therefore advantageously directly with the Connect welding gun and when using flexible fer manufacturing systems, for example industrial robots, directly Arranged by the robot arm and so easily into any welding po let sition bring. Instead of a flexible, water resistant filled cooking power line is only to one light connecting line significantly lower cross cut from the robot arm.
Um einen Mittelfrequenztransformator mit einem Strom be stimmter Frequenz zu versorgen, wird der Netzstrom zunächst ein-, zwei- oder dreiphasig in einem gesteuerten Gleichrichter umgewandelt. Der Gleichstrom kann direkt oder über eine Puffer- oder Kondensatorbatterie einem ge steuerten Wechselrichter zugeführt werden.To be a medium frequency transformer with a current To supply the tuned frequency, the mains current initially one, two or three phases in one controlled Rectifier converted. The direct current can be direct or a ge via a buffer or capacitor bank controlled inverters.
Bei einer aus der deutschen Offenlegungsschrift 36 18 348 bekannten Vorrichtung zum Betrieb einer Widerstands schweißmaschine dient als Wechselrichter ein selbstge führter Pulswechselrichter, der aus einer vom Gleichrich ter gespeisten Batterie mit möglichst hoher Frequenz von etwa 500 Hz pulst. Anstelle von Batterien bzw. Akkumula toren lassen sich bei der bekannten Vorrichtung auch große Elektrolyt-Kondensatoren verwenden, wenn die Schweißmaschine mit sehr kurzen Einschalt- und langen Pausenzeiten arbeitet. Ladestrom, Laststrom und Batterie spannung werden von einer Steuerung überwacht und entsprechend dem Last- bzw. Energiebedarf durch Steuerung des Gleich- und Wechselrichters verändert.In one of the German published patent application 36 18 348 known device for operating a resistor welding machine serves as an inverter leading pulse-controlled inverter, which consists of a rectifier ter powered battery with the highest possible frequency of pulses about 500 Hz. Instead of batteries or accumulators gates can also be in the known device use large electrolytic capacitors if that Welding machine with very short switch-on and long ones Break times works. Charging current, load current and battery voltage are monitored by a controller and according to the load or energy requirement through control of the rectifier and inverter changed.
Die Nachteile der bekannten Vorrichtung liegen im rege lungstechnischen Teil, insbesondere in der Regelung des Schweißstroms sowie in der Magnetisierung des Schweiß transformators.The disadvantages of the known device lie in the brisk technical part, in particular in the regulation of Welding current and in the magnetization of sweat transformers.
Eine wichtige Voraussetzung beim Speisen von Transforma toren durch Wechselrichter oder Wechselstromsteller ist deren symmetrische Magnetisierung durch die aufgeprägte Spannung. Es ist erforderlich, daß die zugeführten nega tiven und die positiven Halbwellen jeweils den gleichen Energieinhalt besitzen, da sonst der Transformator auch bei kleineren Differenzen unsymmetrisch magnetisiert wird. Bei Fortbestand einer Differenz wird ein immer grö ßerer Teil der zugeführten Energie zur Ummagnetisierung aufgewendet, da die Permeabilität des Eisenkerns zurück geht.An important requirement when dining on Transforma is by inverters or AC power controllers their symmetrical magnetization by the imprinted Tension. It is necessary that the nega tives and the positive half waves each the same Have energy content, otherwise the transformer too with smaller differences magnetized asymmetrically becomes. If a difference persists, a will always be large Major part of the energy supplied for magnetic reversal spent because the permeability of the iron core returned goes.
Aufgrund der Ummagnetisierungsverluste erwärmt sich der Eisenkern des Transformators immer mehr, wodurch sich die Permeabilität zusätzlich verschlechtert. Diese Rückwir kung bewirkt ein Sinken des Wirkungsgrads des Transforma tors bis zu dem Bereich, in dem er unipolar gesättigt wird und dadurch fast keine Energie mehr übertragen kann und statt dessen der größte Teil der zugeführten Energie als Blindleistung zwischen Speisung und Transformator pendelt, wobei ein Teil in Wärme umgesetzt wird.Due to the magnetic losses, the Iron core of the transformer more and more, whereby the Permeability also deteriorated. This feedback kung causes the efficiency of the transforma to decrease tors up to the area in which it is unipolar saturated and therefore almost no more energy can be transmitted and instead most of the energy supplied as reactive power between supply and transformer commutes, with a part being converted into heat.
Bei Schweißtransformatoren treten diese Zustände im Ver gleich zu normal genutzten Transformatoren aufgrund der extremen Einschalt- und Betriebsbedingungen wesentlich früher auf, da bei einem Schweißtransformator der Sekun därkreis im Einschaltmoment kurzgeschlossen ist und Schweißtransformatoren aus wirtschaftlichen Gründen ohne hin an der Sättigungsgrenze betrieben werden.These conditions occur in welding transformers equal to normally used transformers due to the extreme switch-on and operating conditions essential earlier, because the secun därkreis is short-circuited at the moment of switching on and Welding transformers without economic reasons towards the saturation limit.
Zwar äußert sich dieser Nachteil bei Schweißtransformato ren mit kurzer Einschaltdauer und Taktrate nur durch hö here Verluste und damit durch einen schlechteren Wir kungsgrad, da sich der Schweißtransformator unter diesen Betriebsbedingungen in den Strompausen magnetisch entre gen kann und dadurch wieder magnetisch neutral wird. Bei Schweißtransformatoren mit längerer Einschaltdauer und/oder hoher Taktrate treten jedoch schnell eine sehr hohe Stromaufnahme und Erwärmung bis zur Sättigung auf, so daß ein Dauerbetrieb von unsymmetrisch magnetisierten und gesättigten Transformatoren nicht möglich ist.This disadvantage manifests itself in welding transformato with a short duty cycle and clock rate can only be here losses and thus by a worse we degree of efficiency, since the welding transformer is among these Operating conditions in the power pauses magnetically can and becomes magnetically neutral again. At Welding transformers with longer duty cycles and / or high clock rate, however, very quickly occur high current consumption and heating up to saturation, so that continuous operation of asymmetrically magnetized and saturated transformers is not possible.
Eine unsymmetrische Magnetisierung und Sättigung des Schweißtransformators der Vorrichtung gemäß der deutschen Offenlegungsschrift 36 18 348 läßt sich mit der beschrie benen Schaltung nicht vermeiden, so daß bei dieser be kannten Widerstandsschweißmaschine die geschilderten Nachteile auftreten.An asymmetrical magnetization and saturation of the Welding transformer of the device according to the German Laid-open application 36 18 348 can be described with benen circuit not avoid, so that this be knew the resistance welding machine described Disadvantages occur.
In "Schweißen und Schneiden 33", 1981, Heft 8, Seiten 368 bis 371, ist eine Widerstandsschweißmaschine beschrieben, bei der die oben geschilderten Unsymmetrien im Schweiß transformator durch einen Ausgangsreihenschwingkreis aus einem Schwingkreiskondensator und der Steuerinduktivität des Schweißtransformators vermieden werden. Der Schwing kreis wird durch den Wechselrichter gespeist. Nachteilig ist bei dieser Widerstandsschweißmaschine, daß ein zu sätzlicher Kondensator im Ausgangsreihenschwingkreis er forderlich ist, der die gesamte Schweißenergie übertragen und daher entsprechend groß dimensioniert sein muß. Des weiteren sind ein zusätzlicher Mittelfrequenztrenntrans formator und im Sekundärkreis des Schweißtransformators ein Hochstromgleichrichter in Mittelpunktschaltung erfor derlich.In "Welding and Cutting 33", 1981, Issue 8, pages 368 to 371, a resistance welding machine is described, where the asymmetries in sweat described above transformer through an output series resonant circuit a resonant circuit capacitor and the control inductance of the welding transformer can be avoided. The swing circuit is fed by the inverter. Disadvantageous is with this resistance welding machine that a too additional capacitor in the output series resonant circuit is required to transmit the entire welding energy and therefore must be dimensioned accordingly large. Of others are an additional medium frequency separation trans formator and in the secondary circuit of the welding transformer a high-current rectifier in the center circuit is required such.
Nachteilig ist ferner, daß es nicht möglich ist, den Schweißstrom periodenweise zu regeln, um so eine Peri odenmodulation des Schweißstroms zu erreichen, wie es beim Verschweißen beschichteter Werkstoffe erforderlich ist. Auch kurze, steile und hochenergetische Schweißim pulse lassen sich nicht geregelt erzeugen, wie sie zum Verschweißen von Werkstücken mit größerem Dickenverhält nis benötigt werden, da der Schweißstromsollwert bei hö heren Schweißströmen erst nach 50 ns erreicht wird. Daran ändert auch die kurze Totzeit nach Erreichen des Strom- Sollwertes nichts, da der Strom nach einer voreingestell ten Rampe hochgefahren wird. Schließlich überträgt der Ausgangsreihenschwingkreis nur bestimmte Frequenzen ohne Dämpfung.Another disadvantage is that it is not possible to To regulate the welding current periodically in order to create a peri to achieve electrode modulation of the welding current like it required when welding coated materials is. Also short, steep and high-energy welding pulses cannot be generated in a controlled manner, as they are for Welding workpieces with a larger thickness ratio nis are required because the welding current setpoint at higher welding currents is only reached after 50 ns. That also changes the short dead time after reaching the current Setpoint nothing because the current after a preset is ramped up. Finally, the broadcasts Output series resonant circuit only certain frequencies without Damping.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver fahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Wider standsschweißmaschine mit einem netzgespeisten, gesteuer ten Gleichrichter, einem gesteuerten Wechselrichter und einem Schweißtransformator zu schaffen, bei denen eine unsymmetrische Magnetisierung verhindert bzw. in kürzest möglicher Zeit ausgeglichen und eine Leistungssteuerung auf einfache Weise erreicht wird.The invention is therefore based on the object, a Ver drive and a device for operating a contra stationary welding machine with a mains-powered control rectifier, a controlled inverter and to create a welding transformer where one asymmetrical magnetization prevented or in the shortest possible time balanced and a performance control is achieved in a simple manner.
Ausgehend von dieser Aufgabenstellung wird bei einem Ver fahren der vorerwähnten Art erfindungsgemäß der Augen blickswert des Laststroms jeder Halbwelle im Primärkreis des Schweißtransformators und synchron dazu die entspre chende Spannung gemessen, der Energieinhalt jeder Halb welle ermittelt und die folgende, entgegengesetzt gepolte Halbwelle auf im Hinblick auf eine symmetrische Magneti sierung des Schweißtransformators denselben Energieein halt geregelt. Based on this task, a ver drive the aforementioned type of eyes according to the invention current value of the load current of each half-wave in the primary circuit of the welding transformer and synchronously with that voltage measured, the energy content of each half wave determined and the following, opposite polarity Half wave on with regard to a symmetrical magnet welding transformer using the same energy stop regulated.
Auf diese Weise läßt sich der Transformatorkern nach je der Periode magnetisch neutral halten und dennoch ggf. auch der Laststrom für jede einzelne Periode entsprechend einem einstellbaren Sollwert regeln.In this way, the transformer core can be adjusted as required keep the period magnetically neutral and still possibly also the load current for each individual period accordingly control an adjustable setpoint.
Um des weiteren den Eintritt des Transformatorkerns in die Sättigungsgrenze zu verhindern, kann aus der Stroman stiegsgeschwindigkeit des Laststroms für jede einzelne Halbwelle das Erreichen der Sättigungsgrenze des Schweiß transformators ermittelt, diese Halbwelle abgeschaltet und die folgende, entgegengesetzt gepolte Halbwelle mit demselben Energieinhalt eingeschaltet werden.In addition, the entry of the transformer core in Preventing the saturation limit can come from the current rate of increase of the load current for each individual Half wave reaching the sweat saturation limit transformers determined, this half-wave switched off and the following, half-wave with opposite polarity the same energy content can be switched on.
Die Energieinhalte der Halbwellen lassen sich vorteilhaf terweise über die Einschaltdauer der jeweiligen Brücken zweige des Wechselrichters regeln.The energy content of the half-waves can be advantageous usually over the duty cycle of the respective bridges regulate branches of the inverter.
Zur Energieversorgung des Wechselrichters kann eine Kon densatorbatterie während des Schweißens bei abgeschalte tem Gleichrichter dienen, wobei die Schweißleistung gleichbleibend bei Absinken der Kondensatorspannung auf einen einstellbaren Sollwert geregelt sein kann. Die Kon densatorbatterie kann dann durch den gesteuerten Gleich richter während der Schweißunterbrechungen nachgeladen werden.A con capacitor battery during welding when switched off serve rectifier, the welding performance constant when the capacitor voltage drops an adjustable setpoint can be regulated. The con The capacitor battery can then be controlled by the DC refilled during the breaks in welding will.
Die Regelung des Energieinhalts jeder Halbwelle des Last stroms für jede einzelne Periode und das Umschalten der Halbwellen entsprechend der Stromanstiegsgeschwindigkeit läßt sich in Echtzeit durchführen und besonders vorteil haft erreichen, wenn die Augenblickswerte des Laststroms und der Spannung in gleich langen Zeitintervallen digita lisiert, einem digitalen Signalprozessor zugeführt, der Energieinhalt für jedes Zeitintervall berechnet, die Ein zelwerte aufaddiert und mit einem Sollwert verglichen werden und als Regelgröße zum Einschalten der jeweiligen Brückenzweige des Wechselrichters für die errechnete Zeitdauer dienen.The regulation of the energy content of each half-wave of the load currents for each individual period and switching the Half waves corresponding to the rate of current rise can be carried out in real time and is particularly advantageous reached when the instantaneous values of the load current and the voltage digita in equally long time intervals lized, fed to a digital signal processor, the Energy content calculated for each time interval, the on added up and compared with a setpoint and as a controlled variable for switching on the respective Bridge branches of the inverter for the calculated Serving time.
Durch die Digitalisierung lassen sich mit derzeit verfüg baren Schaltkreisen Zeitintervalle von 50 bis 200 ns er reichen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist immer sichergestellt, daß der Schweißtransformator in jedem Be triebsfall symmetrisch magnetisiert wird, woraus ein ho her Wirkungsgrad der Widerstandsschweißmaschine resul tiert. Des weiteren wird der Schweißtransformator auf grund der laufenden Echtzeitmessung der zugeführten elek trischen Größen nie unvorhergesehen in die Sättigung ge trieben. Dies führt zu einer optimalen Ausnutzung des Ei senkerns. Durch das Speisen des Wechselrichters aus einer während des Schweißens vom Netz getrennten Kondensator batterie wird die absinkende Spannung bei der Berechnung der Schweißleistung in Echtzeit berücksichtigt und kon stant zum Sollwert gehalten.Digitization can currently be used switchable time intervals from 50 to 200 ns pass. With the method according to the invention is always ensured that the welding transformer in each loading drive case is magnetized symmetrically, resulting in a ho efficiency of the resistance welding machine resul animals. Furthermore, the welding transformer is on due to the ongoing real-time measurement of the supplied elec saturation never unforeseen drove. This leads to optimal use of the egg lowering. By feeding the inverter from one disconnected capacitor during welding battery will calculate the falling voltage when calculating the welding performance in real time and con kept at the setpoint.
Da sich für jede einzelne Periode ein eigener Stromsoll wert einstellen läßt, ist es möglich, den Schweißstrom verlauf entsprechend den Anforderungen zu modulieren.Since there is a separate electricity target for each individual period value, it is possible to adjust the welding current modulate the course according to the requirements.
Die Schweißfolge läßt sich bis zur maximal übertragbaren Frequenz des Schweißtransformators steigern. Die erreich baren Frequenzen können bis 2 kHz gehen, so daß sich der Schweißtransformator sehr klein und leicht bauen läßt.The welding sequence can be up to the maximum transferable Increase the frequency of the welding transformer. The reach frequencies can go up to 2 kHz, so that the Welding transformer very small and easy to build.
Insgesamt paßt sich das Regelsystem automatisch an den jeweiligen Schweißtransformator an, wobei sich die Lage der Grenzwerte innerhalb dieser Anpassung frei wählen läßt.Overall, the control system automatically adapts to the respective welding transformer, the location freely select the limit values within this adjustment leaves.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben einer Wi derstandsschweißmaschine weist ein Meßgerät für den Augenblickswert des Laststroms jeder Halbwelle im Primär kreis des Schweißtransformators, ein Meßgerät für den entsprechenden Augenblickswert der Spannung jeder Halb welle im Primärkreis des Schweißtransformators, einen Rechner zum Berechnen des Energieinhalts jeder Halbwelle und einen mit dem Rechner und dem Wechselrichter verbun denen Regler zur Regelung der folgenden, entgegengesetzt gepolten Halbwelle auf denselben Energieinhalt auf.The inventive device for operating a Wi derstandsschweißmaschine has a measuring device for Instantaneous value of the load current of each half-wave in the primary circuit of the welding transformer, a measuring device for the corresponding instantaneous value of the tension of each half wave in the primary circuit of the welding transformer, one Calculator to calculate the energy content of each half-wave and one connected to the computer and the inverter those controllers for regulating the following, opposite polarized half-wave on the same energy content.
Vorzugsweise wird ein Digitalrechner eingesetzt, da ein solcher Rechner, wenn er mit 20 MHz getakteten Ana log/Digitalwandlern für die gemessenen Augenblickswerte des Laststroms und der Spannung in Verbindung steht, das Berechnen und Aufaddieren der Augenblickswerte der Ener gieinhalte in Echtzeit ermöglicht und über einen mit dem Rechner und dem Wechselrichter verbundenen Regler mit Um setzung der digitalen Steuersignale des Rechners in Steu ersignale den Wechselrichter entsprechend betätigen kann.A digital computer is preferably used, since a such a computer when it clocked at 20 MHz Ana log / digital converters for the measured instantaneous values of the load current and voltage related Calculate and add up the instantaneous values of the energy content in real time and via one with the Computer and controller connected to the inverter with Um setting the digital control signals of the computer in Steuer signals the inverter can operate accordingly.
Der Rechner kann aus einem Signalprozessor bestehen, mit dem ein schnelles statisches RAM (Random Access Memory) zum Zwischenspeichern der Meßwerte, der Rechenergebnisse und der Operanten verbunden ist. Des weiteren kann mit dem Signalprozessor ein schnelles bipolares PROM (Programmable Read Only Memory) zum Speichern des Ablauf- und Steuerprogramms verbunden sein.The computer can consist of a signal processor, with a fast static RAM (Random Access Memory) for buffering the measured values, the calculation results and the operand is connected. Furthermore, with a fast bipolar PROM to the signal processor (Programmable Read Only Memory) to save the sequence and control program.
Um zu gewährleisten, daß die Augenblickswerte des Last stroms und der zugehörigen Spannung richtig zugeordnet und verarbeitet werden, können die Analog/Digitalwandler über eine Steuerleitung mit dem Signalprozessor verbunden sein und von diesem synchron getaktet werden.To ensure that the instantaneous values of the load current and the associated voltage correctly assigned and processed, the analog / digital converter connected to the signal processor via a control line be and be synchronized by this.
Für einen schnellen und korrekten Signaltransfer zwischen dem Signalprozessor, dem RAM sowie dem PROM und dem Reg ler bezüglich der Sollwerte, Grenzwerte, Ein- und Ausschaltsignale und der Protokollierung der Schweißpara meter kann zwischen den Signalprozessor und den Regler ein mit dem PROM und dem RAM verbundener Zentralrechner geschaltet sein.For a fast and correct signal transfer between the signal processor, the RAM as well as the PROM and the reg with regard to the setpoints, limit values, inputs and Switch-off signals and logging of the welding par meter can be between the signal processor and the controller a central computer connected to the PROM and the RAM be switched.
Der Regler kann außer mit dem Wechselrichter auch mit dem Gleichrichter verbunden sein, um eine zwischen den Gleichrichter und den Wechselrichter geschaltete Konden satorbatterie während der Schweißunterbrechungen gesteu ert auf zuladen und eine Notabschaltung bei Eintreten von Gefahren durchzuführen.In addition to the inverter, the controller can also be used with the Rectifiers connected to one between the Rectifiers and the switched condensers sator battery controlled during welding interruptions load and an emergency shutdown if To carry out dangers.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeich nung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren er läutert. In der Zeichnung zeigenThe invention is based on a in the drawing tion shown embodiment of the closer he purifies. Show in the drawing
Fig. 1 ein Schaltschema der erfindungsgemäßen Vorrich tung sowie Fig. 1 is a circuit diagram of the Vorrich device according to the invention and
Fig. 2 eine Stromanstiegskurve und eine Spannungskurve, die in Echtzeit in Intervallen von 200 ns gemes sen werden. Fig. 2 shows a current rise curve and a voltage curve, which are measured in real time at intervals of 200 ns.
Ein gesteuerter Gleichrichter 1 ist mit drei Phasen L1, L2, L3 eines Netzes verbunden. Die erzeugte Gleichspan nung dient zum Aufladen einer aus Elektrolytkondensatoren bestehenden Kondensatorbatterie 2. Die Kondensatorbatte rie 2 steht mit einem gesteuerten Wechselrichter 3 in Verbindung, der seinerseits einen Primärkreis 15 eines Schweißtransformators 4 mit Mittelfrequenzstrom einer Frequenz von bis zu 2 kHz versorgt. Im Primärkreis 15 ist ein Stromwandler 5 mit weitgehend verzögerungsfreier Er fassung des Laststroms des Schweißtransformators mittels Hall-Elementen in seinem Luftspalt angeordnet. Das Messen der Primärspannung am Schweißtransformator 4 erfolgt mit tels eines optoelektronischen Spannungsmessers 6, der vom Primärkreis 15 des Schweißtransformators 4 galvanisch ge trennt ist. Der Sekundärkreis 16 des Schweißtransforma tors 4 bildet den Schweißkreis.A controlled rectifier 1 is connected to three phases L1, L2, L3 of a network. The generated DC voltage serves to charge an existing capacitor battery 2 made of electrolytic capacitors. The capacitor battery 2 is connected to a controlled inverter 3 , which in turn supplies a primary circuit 15 of a welding transformer 4 with medium-frequency current of a frequency of up to 2 kHz. In the primary circuit 15 , a current transformer 5 with largely delay-free detection of the load current of the welding transformer by means of Hall elements is arranged in its air gap. The measurement of the primary voltage on the welding transformer 4 is carried out by means of an optoelectronic voltmeter 6 , which is galvanically separated from the primary circuit 15 of the welding transformer 4 . The secondary circuit 16 of the welding transformer 4 forms the welding circuit.
Zwei funktionsgleiche Analog/Digitalwandler 7, 8 setzen die analog gemessenen Augenblickswerte der Spannung und des Stroms in einen digitalen Wert mit einer Auflösung von neun bit um. Die Analog/Digitalwandler 7, 8 werden von einem Signalprozessor 9 über eine Steuerleitung 14 synchron mit 20 MHz getaktet.Two functionally equivalent analog / digital converters 7 , 8 convert the instantaneously measured instantaneous values of the voltage and the current into a digital value with a resolution of nine bits. The analog / digital converters 7 , 8 are clocked synchronously at 20 MHz by a signal processor 9 via a control line 14 .
Der Signalprozessor 9 dient dazu, sämtliche mathemati schen Operationen und Größenvergleiche einschließlich der im Programm vorgesehenen Entscheidungen vorzunehmen. Mit dem Signalprozessor 9 ist ein schnelles statisches RAM 10 verbunden, das zur Zwischenspeicherung der Meßwerte, Re chenergebnisse und Operanten dient. Des weiteren ist mit dem Signalprozessor 9 ein schnelles bipolares PROM 11 verbunden, in dem das Ablauf- und Steuerprogramm gespei chert ist.The signal processor 9 serves to carry out all mathematical operations and size comparisons including the decisions provided in the program. With the signal processor 9 , a fast static RAM 10 is connected, which is used for the intermediate storage of the measured values, computing results and operants. Furthermore, a fast bipolar PROM 11 is connected to the signal processor 9 , in which the sequence and control program is stored.
Ein Zentralrechner 12 ist mit dem Signalprozessor 9 sowie dem RAM 10 und dem PROM 11 verbunden; er führt den ge samten Signaltransfer für Sollwert, Grenzwert, Ein- und Ausschaltsignale und die Protokollierung der Schweißpara meter durch. Der Zentralrechner 12 wirkt auf einen Regler 13, der als Hilfssteuerung dazu dient, die vom Zentral rechner 12 empfangenen Signale in vom Gleichrichter 1 und dem Wechselrichter 3 umsetzbare Signale umzuwandeln. Im Regler 13 wird somit die Hardware-Signalverknüpfung vor genommen; die dafür benötigten Potentiale werden umge setzt und/oder galvanisch getrennt.A central computer 12 is connected to the signal processor 9 as well as the RAM 10 and the PROM 11 ; It carries out the entire signal transfer for the setpoint, limit value, switch-on and switch-off signals and the logging of the welding parameters. The central computer 12 acts on a controller 13 , which serves as an auxiliary control to convert the signals received by the central computer 12 into signals which can be implemented by the rectifier 1 and the inverter 3 . In the controller 13 , the hardware signal linkage is thus taken before; the potentials required for this are implemented and / or galvanically isolated.
Wie in Fig. 2 dargestellt, werden die Augenblickswerte des Stroms und der Spannung im Abstand von 200 ns erfaßt, in digitale Größen mit gleichlangen Zeitintervallen mittels der Analog/Digitalwandler 7, 8 umgewandelt und dem Signalprozessor 9 zugeleitet. Der Signalprozessor 9 berechnet die Augenblickswerte des Energieinhalts einer Halbwelle und addiert sie auf. Die Zwischenwerte, Meß werte, Rechenergebnisse und Operanten werden im RAM 10 gespeichert. Mittels der im PROM 11 gespeicherten Ablauf und Steuerprogramme berechnet der Signalprozessor 9 den Energieinhalt, den die jeweils nächste, entgegengesetzt gepolte Halbwelle beinhalten muß. Für den ganzen Berech nungsvorgang wird der Sollwert für die Schweißenergie als Grundwert herangezogen. Über den Zentralrechner 12 und die Regelvorrichtung 13 werden dann die jeweiligen Brückenzweige des Wechselrichters für die errechnete Zeitdauer eingeschaltet. Der Signalprozessor 9 erkennt auch durch Auswertung der Stromanstiegsgeschwindigkeit di/dt den Eintritt in die Sättigungsgrenze des Schweiß transformatorkerns und veranlaßt das Abschalten der ge rade anstehenden Halbwelle. Die Strom- und Spannungswerte bleiben durch die induktive Komponente des Schweißtrans formators zwischen den Meßintervallen praktisch konstant.As shown in FIG. 2, the instantaneous values of the current and the voltage are detected at a distance of 200 ns, converted into digital quantities with equally long time intervals by means of the analog / digital converters 7 , 8 and fed to the signal processor 9 . The signal processor 9 calculates the instantaneous values of the energy content of a half wave and adds them up. The intermediate values, measured values, calculation results and operants are stored in RAM 10 . Using the sequence and control programs stored in the PROM 11 , the signal processor 9 calculates the energy content which the next, oppositely polarized half-wave must contain. The target value for the welding energy is used as the basic value for the entire calculation process. The respective bridge branches of the inverter are then switched on for the calculated time period via the central computer 12 and the control device 13 . The signal processor 9 also recognizes by evaluating the current rise rate di / dt the entry into the saturation limit of the welding transformer core and causes the current half wave to be switched off. The current and voltage values remain practically constant between the measuring intervals due to the inductive component of the welding transformer.
Der Wechselrichter 3 ist somit das Stellglied der Regel strecke. Er bezieht während des Schweißens die Energie aus der Kondensatorbatterie 2, formt sie unter Berück sichtigung der vom Signalprozessor 9 errechneten Korrek turwerte um und führt sie dem Schweißtransformator 4 zu. Während des Schweißens ist der Gleichrichter 1 abgeschal tet, so daß die Kondensatorbatterie 2 während dieser Zeit vom Netz getrennt ist. Die absinkende Spannung der Kon densatorbatterie 2 wird bei der Berechnung der Schweiß leistung in Echtzeit berücksichtigt und konstant zum Sollwert gehalten. Während der Schweißunterbrechungen lädt der gesteuerte Gleichrichter 1 die Kondensatorbatte rie 2 nach. The inverter 3 is thus the final control element of the rule. It draws the energy from the capacitor bank 2 during welding, forms it taking into account the correction values calculated by the signal processor 9 and feeds it to the welding transformer 4 . During welding, the rectifier 1 is switched off, so that the capacitor bank 2 is disconnected from the mains during this time. The falling voltage of the capacitor bank 2 is taken into account in the calculation of the welding power in real time and kept constant at the setpoint. During the welding interruptions, the controlled rectifier 1 recharges the capacitor bank 2 .
Bei Gefahren, wie Lastabwurf durch offenen Sekundärkreis oder Kontaktfehler, findet eine Notabschaltung des Gleichrichters 1 durch den Regler 13 statt.In the event of dangers, such as load shedding due to an open secondary circuit or contact errors, the rectifier 1 is switched off by the controller 13 .
Claims (17)
- - einem netzgespeisten, gesteuerten Gleichrichter,
- - einem gesteuerten Wechselrichter,
- - einem Schweißtransformator, bei dem
- - der Augenblickswert des Laststroms jeder Halbwelle im Primärkreis des Schweißtransforma tors und
- - synchron die entsprechende Spannung im Primär kreis gemessen,
- - der Energieinhalt jeder Halbwelle ermittelt und
- - die folgende, entgegengesetzt gepolte Halbwelle auf denselben Energieinhalt für eine symmetrische Magnetisierung des Schweißtransformators geregelt wird.
- - a mains-powered, controlled rectifier,
- - a controlled inverter,
- - a welding transformer in which
- - The instantaneous value of the load current of each half-wave in the primary circuit of the welding transformer and
- - synchronously measured the corresponding voltage in the primary circuit,
- - The energy content of each half-wave is determined and
- - The following, oppositely polarized half wave is regulated to the same energy content for a symmetrical magnetization of the welding transformer.
- - einem netzgespeisten, gesteuerten Gleichrichter (1),
- - einem gesteuerten Wechselrichter (3),
- - einem Schweißtransformator (4),
- - einem Meßgerät (5) für den Augenblickswert des Laststroms jeder Halbwelle im Primärkreis (15) des Schweißtransformators,
- - einem Meßgerät (6) für den entsprechenden Augen blickswert der Spannung jeder Halbwelle im Pri märkreis des Schweißtransformators,
- - einem Rechner (9) zum Berechnen des Energiein halts jeder Halbwelle sowie
- - einem mit dem Rechner und dem Wechselrichter ver bundenen Regler (13) zur Regelung der folgenden, entgegengesetzt gepolten Halbwelle auf denselben Energieinhalt für eine symmetrische Magnetisie rung des Schweißtransformators.
- - a mains-powered, controlled rectifier ( 1 ),
- - a controlled inverter ( 3 ),
- - a welding transformer ( 4 ),
- a measuring device ( 5 ) for the instantaneous value of the load current of each half-wave in the primary circuit ( 15 ) of the welding transformer,
- - A measuring device ( 6 ) for the corresponding eyesight of the voltage of each half-wave in the primary circuit of the welding transformer,
- - A calculator ( 9 ) for calculating the energy content of each half-wave and
- - A ver with the computer and the inverter connected controller ( 13 ) for controlling the following, oppositely polarized half-wave on the same energy content for a symmetrical magnetization of the welding transformer.
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DE19914133263 DE4133263A1 (en) | 1991-10-08 | 1991-10-08 | Operating a resistance welding machine - by ensuring symmetric magnetisation in the transformer core |
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-
1991
- 1991-10-08 DE DE19914133263 patent/DE4133263A1/en not_active Withdrawn
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0860048A4 (en) * | 1995-10-24 | 2000-03-29 | Aquagas New Zealand Ltd | An ac-dc power supply |
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CN102079009A (en) * | 2010-12-30 | 2011-06-01 | 哈尔滨工业大学 | Device for monitoring positive and negative half-wave asymmetry of primary current of transformer in resistance welding machine |
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