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Regeltransformator.
Es ist bekannt, Transformatoren, die eine Veränderung des Übersetzungsverhältnisses gestatten sollen, derart zu bauen, dass ein Teil des Eisenweges eine zusätzliche magnetische Gleichstromerregung von einer Hilfswicklung erhält und durch Veränderung dieser Erregung das tbersetzungsverhältnis der Arbeitswicklungen zu beeinflussen.
Der Regeleingriff kann in ebenfalls bekannter Weise auch automatisch erfolgen, derart, dass beispielsweise der Primär-oder Sekundärstrom über einen kleinen Stromtrafo über Gleichrichter die Erregung der Gleichstromhilfswieklung besorgt. In dieser Art ist das Verfahren zur Kompensation des mit der Belastung zunehmenden Spannungsabfalles des Transformators geeignet und liefert beispielsweise automatisch konstante Spannung. Erfindungsgemäss wird eine Eiweiterurg dieser Regelanordnung zur Erzielung einer Spannungscharakteristik, etwa nach Fig. 1 verwendet, wie sie für manche Sonderzwecke, beispielsweise Lichtbogenschweissung erwünscht ist.
Beim Schweissbetrieb soll der unbelastete, leerlaufende Transformator eine möglichst geringe Klemmenspannung aufweisen, da im Schweissbetrieb eine Berührung der spannungsführenden Teile niemals sicher vermieden werden kann und somit eine Gefährdung des Arbeiters nur durch niedrige Leerlaufspannung zu verhindern ist. Im Betrieb beim normalen fliessenden Schweissstrom beträgt die Spannung zwischen den Trafoklemmen bzw. Werkstück und Elektrode, je nach Länge des jeweils verwendeten Lichtbogens nur etwa 25 Volt, ist also durchaus ungefährlich.
Um bei den unvermeidlich durch die Handhabung der Elektrode bedingten Längeschwankungen des Lichtbogens ausreichende Stabilität zu erzielen, weiters auch um genügend sichere Lichtbogenzündung zu erreichen, muss die Charakteristik des Schweisstransformators im allgemeinen möglichst steil abfallen, d. h. die Spannung mit sinkendem Strom rasch steigen, eine Forderung, die im Widerspruch mit dem Wunsch nach kleiner Leerlaufberührungsspannung steht. Tatsächlich weisen alle bisher ausgeführten Transformatoren eine Leerlaufspannung von etwa 80 Volt, also das 3-bis 4fache der eigentlichen Bogenspannung auf und diese Bemessung ist bereits als Kompromisslösung zu bezeichnen, da 80 Volt als Berührungsspannung schon zu hoch, für die Erzielung einer möglichst zweckentsprechenden steilen Charakteristik schon zu niedrig ist.
Bei Verwendung eines Transformators mit Kennlinien nach Fig. l lässt sich eine Leerlaufspannung von 25 bis 40 Volt, also ein tatsächlich ungefährlicher Wert ohne Schwierigkeiten erreichen, wobei gleichzeitig eine Maximalspannung von etwa 90 bis 100 Volt auftritt.
Während bei den bisher üblichen Schweisstransformatoren die Steilheit der Charakteristik durch den ziemlich linearen Abfall zwischen maximaler Leerlaufspannung und Betriebsbogenspannung bedingt war, weist der erfindungsgemässe Transformator im eigentlichen Arbeitsteil seiner Kennlinie eine weitaus grössere Steilheit auf.
Die gewünschte Charakteristik wird durch entsprechende Auslegung von Windungszahl und Eisenquerschnitt des Trafos und Erregung der Hilfswicklung nach Kennlinie der Fig. 2 erreicht, wobei die Wahl einer Leerlaufspannung von angenähert der Hälfte der Maximalspannung und die Verlegung des betriebsmässigen Arbeitspunktes in den steil abfallenden Teil der Charakteristik bei etwa 25% der Maximalspannung bemerkenswert ist.
Eine Veränderung der Erregung der Hilfswicklung, etwa entsprechend den strichlierten und strichpunktierten Kennlinien der Fig. 2, ergibt eine Veränderung der Charakteristik des Haupttrafos, die ebenfalls strichliert und strichpunktiert in Fig. 1 eingezeichnet ist.
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Man sieht, dass für kleinere Kurzschlussströme auch der Maximalwert der Spannung kleiner wird. Eine weitere Verbesserung ergibt sieh erfindungsgemäss dadurch, dass für die Erregung der Hilfs- wicklung nicht nur ein, sondern zwei Stromtransformatoren, mit geeigneten verschiedenen Übersetzungs- kennlinien gegensinnig geschaltet, verwendet werden.
Der eine Stromstrafo arbeitet wie früher mit hoher Sättigung, der andere im Gegensatz dazu ganz schwach gesättigt.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, werden durch die Überlagerung der beiden Kennlinien nur die resul- tierenden Amperewindungen in der Nähe des Arbeitspunktes beeinflusst, während für geringfügige
Ströme, also im Gebiet der Maximalspannung des Haupttrafos, der Einfluss durch die Gegenspannung des Stromtransformators 2 verschwindet.
Für die Beaufschlagung der Hilfswickhung durch die Stromtransfoimatoren ist es zweckmässig, die Hilfswicklung entweder zu teilen, oder die Dimensionierung der beiden Stromtrafos so zu wählen, dass sie ohne Beeinflussung ihrer Charakteristik in Serienschaltung betrieben werden können. In diesem letzteren günstigeren Fall braucht sowohl die Hilfswicklung als auch der Trockengleichrichter nur für die Differenzleistung bemessen werden.
Durch Veränderung des Übersetzungsverhältnisses der beiden Stromtrafos, vorzugsweise des
Trafos 2 oder auch durch Widerstandsregelung in ihrem Sekundärkreis, kann nun die resultierende
Kennlinie für die Erregung der Hilfswicklung weitgehend variiert weiden, was erfindungEgemäss zur
Wahleinstellung der Kennlinie des Haupttrafos für verschiedene Schweissstromstärken verwendet wird.
Die vorerwähnten Überlegungen gelten sinngemäss auch für mehrphasige Anordnungen, ebenso ist auch die Art der Trafobelastung ohne Belang. Man kann beispielsweise unter Verwendung der beschriebenen Überlegungen auch einen Sehweissgleichrichter bauen, dessen Gleichstiomspannungs- charakteristik der Fig. 1 entspricht.
Weiters sind sämtliche Überlegungen genau so verwendbar, wenn der Regelteil nicht einen Teil des Eisenkernes des Haupttrafos bildet, sondern mit selbständigem Eisenkern, als eigene Regeldrossel, dem Trafo vor-oder nachgeschaltet ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Regelanordnung unter Verwendung eines Regeltrafos mit gleichstromdurchflossener Hilfs- wicklung, bei der die Hilfserregung vom Belastungsstrom abgeleitet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Belastungsstrom auf zwei Wegen mit verschiedener Charakteristik auf die Hilfswicklung einwirkt, derart, dass die Leerlaufspannung ungefähr 50% der Maximalspannung und die Spannung bei betriebs- mässiger Strombelastung nur etwa 25% der Maximalspannung ist.