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Bürstenloser Gleichstromschweissgenerator
Die Erfindung betrifft einen bürstenlosen Gleichstromschweissgenerator. Bekannte Generatoren dieser Bauart und Zweckbestimmung bestehen im wesentlichen aus einem umlaufenden Polrad mit Dauermagnetpolen sowie einer im feststehenden Ständer angeordneten Drehstromwicklung, der ein Gleichrichter, vorzugsweise ein Siliziumgleichrichter, in Drehstrombrückenschaltung nachgeschaltet ist und der infolgedessen einen gleichgerichteten Schweissstrom abgibt. Diese bekannten Schweissgeneratoren sind hinsichtlich ihrer Charakteristik nur sehr schwar beeinflussbar, bedingt durch die Dauermagneterregung, zu deren Steuerung konstruktiv aufwendige Luftspaltdrosseln bzw. wegen der Notwendigkeit hoher Steuerströme mit grossen Verlusten arbeitende, herstellungstechnisch komplizierte gleichstromvormagnetisierte Drosseln erforderlich sind.
Eine Steuermöglichkeit von einer weiter entfernten Stelle, also etwa vom Schweissplatz aus, ist daher praktisch ausgeschlossen oder nur unter erheblichem betrieblichem Aufwand möglich.
Es ist auch ein bürstenloser Synchrongenerator bekanntgeworden, bei dem in jeden Pol der Erregermaschine ein Dauermagnet eingesetzt ist, der gemeinsam mit wenigstens zwei zusätzlichen Erregerkreisen eine Summenerregung erzeugt. Hiebei sind die Erregerwicklungen über einen Regler einerseits durch Anklemmen unmittelbar und anderseits mittels eines Stromwandlers mittelbar mit der Ständerwicklung des Hauptgenerators verbunden. Ziel dieser Anordnung ist die Schaffung einer Möglichkeit zur weitgehenden Regelung des Generators auf beliebige, den jeweiligen Anforderungen genügende und in der voreingestellten Höhe konstant bleibende Spannungs- und Stromwerte.
Ziel der Erfindung ist demgegenüber die Schaffung eines Gleichstromschweissgenerators, der bei einfacher und räumlich kleiner Bauweise der Steueranordnung eine einfache Steuerung des Schweissstromes von einer entfernten Stelle aus zulässt und insbesondere die bei Schweissgeneratoren unvermeidbar auftretenden Bogenspannungsänderungen infolge Annäherung der Schweisselektroden an das Schweissstück unmittelbar verzögerungsfrei ausgleicht.
Gegenstand der Erfindung ist ein bürstenloser Gleichstromschweissgenerator, bestehend aus einem Drehstromgenerator mit nachgeschaltetem Gleichrichter, der durch eine auf gleicher Welle umlaufende Erregermaschine mit zwei Erregerwicklungen erregt wird. Die Erfindung besteht darin, dass die eine Erregerwicklung über einen Einstellwiderstand fremderregt und zur Auferregung die andere Erregerwicklung über einen Gleichrichter mit der Sekundärwicklung eines Stromwandlers verbunden ist, dessen Primärwicklung in einem Strompfad des Schweissgleichrichters liegt.
Der erfindungsgemässe Generator gewährleistet ein ausgezeichnetes dynamisches Verhalten derart, dass nach Einstellen des Schweissstromes mittels des Fernreglers etwa durch Änderung des Elektrodenabstandes auftretende Bogenspannungsänderungen durch die schweissstromabhängige Kompoundierungswicklung unmittelbar ausgeglichen werden.
Hiebei wird bei der infolge der Annäherung der Schweisselektroden an das Schweissstück eintretenden Verminderung des Widerstandes, die bis zum Kurzschluss im Zeitpunkt des Aufsetzens der Elektroden führt, auf Grund der hiedurch bewirkten Erhöhung des Stromflusses über den Stromwandler ein proportional ansteigender Erregerstrom in die Kompoundierungswicklung eingespeist, der durch entsprechend erhöhte Erregung
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des Erregergenerators und damit des Schweissstromgenerators die Erhaltung des Lichtbogens bzw. dessen sofortigen Wiederaufbau nach dem Zusammenbruch gewährleistet. Die Steuerung erfolgt elektrisch und daher ohne Zeitverzögerung.
Infolge der Phasensymmetrie der drei Drehstromphasen wird bei einfachster konstruktiver Gestaltung ein dem Schweissstrom absolut proportionaler Strom über die Sekundärwicklung des Wandlers in die Kompoundierungswicklung des Erregergenerators eingespeist.
Bei entsprechender Dimensionierung braucht dieser schweissstromabhängige Anteil der Erregung über den gesamten Einstellbereich nicht verändert zu werden.
Die willkürlich gesteuerte Fremderregung kann mittels einer Fremdspannungsquelle, beispielsweise einer Batterie, erfolgen, die eine Regelung des Schweissstromes in ausserordentlich weiten Grenzen, beispielsweise in einem Bereich zwischen 80 und 200 A Schweissstrom zulässt. Die Verstellung erfolgt hiebei beispielsweise über einen einfachen Drehwiderstand, wobei-bedingt durch die Verstärkung der Erregermaschine-der Fremderregerstrom sehr gering gehalten und daher der für die Regelung erforderliche Widerstand in seinen Abmessungen klein gehalten und als Fernregler zur Vorsteuerung des Schweissstromes vom Schweissplatz aus benutzt werden kann.
Die Zweiteilung der Wicklung kann beliebig entweder nach der Zahl der Pole oder nach der Gesamtwicklungszahl vorgenommen werden, d. h., es können bei etwa einer Zweiteilung der Wicklung im Verhältnis 3 : 1 von acht Magnetpolen zwei Magnetpole der einen Wicklung und sechs Magnetpole der andern Wicklung zugeordnet oder die Magnetpole bei Zugrundelegung der Gesamtwindungszahl zu jeweils 75% mit Wicklungen des einen Kreises und zu 25% mit Wicklungen des andern Kreises versehen sein. Für die schweissstromabhängige Kompoundierung genügen im allgemeinen zwei Pole der in der Regel sechs- oder mehrpoligen Erregermaschine.
Zur Erreichung einer gleichbleibend hohen, von der Höhe der Bogenspannung unabhängigen Zündspannung, wie sie bei speziellen Schweissmaschinen, etwa bei mit Zelluloseelektroden arbeitenden Schweissmaschinen erforderlich ist, ist effmdungsgemäss zweckmässig eine Transistorsteuerung vorgesehen. Zu diesem Zweck ist vorteilhaft ein parallel zum Einstellwiderstand geschalteter Transistor vorgesehen, der einerseits über einen Gleichrichter mit einem in einem Strompfad des Schweissgenerators angeordneten Stromwandler und anderseits vorzugsweise über eine Zenerdiode sowie einen parallel hiezu geschalteten Widerstand mit der Fremdspannungsquelle verbunden ist, wobei bei Leerlauf des Schweissstromgenerators durch die Leistungsstrecke des Transistors der Einstellwiderstand überbrückt wird.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung des Schweissstromgenerators ermöglicht weiterhin auf einfachste Weise die Schaffung einer lHilfsspannungsquelle zum Betreiben erforderlicher Nebengeräte.
Zu diesem Zweck ist zweckmässig in den Nuten des Hauptständerpaketes des Schweissstromgenerators eine durch entsprechende Bemessung der Wicklungszahl auf die gewünschte Klemmenspannung ausgelegte Hilfswicklung angeordnet, die ausserhalb der Schweissbetriebszeiten als Wechsel- oder Drehstromquelle zum Betrieb von Hilfsgeräten, beispielsweise von Nach- oder Vorbearbeitungsgeräten dient. Die Steuerung des Generators bei Hilfsbetrieb kann in der gleichen Weise wie bei Schweissbetrieb über die Kompoundierungswicklung erfolgen, wozu es lediglich erforderlich ist, dem Stromwandler des Kompoundierungskreises eine zweite, aus dem Hilfsstromkreis gespeiste Primärwicklung zu überlagern.
Es erfolgt somit in der gleichen Weise wie bei der schweissstromabhängigen Steuerung des Generators eine hilfsstromabhängige Steuerung derart, dass der über den Stromwandler unter Einfluss der zusätzlichen Primärwicklung induzierte und im Gleichrichter des Kompoundierungskreises gleichgerichtete Strom auf die Kompoundierungswicklung des Erregergenerators wirkt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen veranschaulicht ; es zeigen Fig. 1 das Schaltschema einer Ausführungsform eines bürstenlosen Gleichstromschweissgenerators gemäss der Erfindung, Fig. 2 eine auf gleichbleibende Zündspannung gesteuerte Ausführungsform des Schweissgenerators nach Fig. 1 und schliesslich Fig. 3 das Schweissstromdiagramm des in Fig. 2 dargestellten Schweissgenerators.
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Schweissstromgenerators bezeichnet ; zu seiner Magnetisierung ist ein weiterer Drehstromgenerator --4, 5, 6--vorgesehen, der seinerseits aus der Ständerpolwicklung--5, 6--und dem auf der
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Drehstrombrückenschaltung nachgeschaltet ist.
Die Gesamtanordnung ist infolge der synchron umlaufenden Anordnung des Polrades--2--des Schweissstromgenerators, des Drehstromläufers
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vorgesehen, zu welchem Zweck parallel zum Einstellwiderstand--7--ein Transistor--11-vorgesehen ist, der einerseits über einen Gleichrichter--16--mit der Sekundärwicklung eines in einem Strompfad des Schweissstromgenerators -1-- angeordneten Stromwandlers --15-- und anderseits über eine Zenerdiode --12-- sowie einen parallel hiezu geschalteten Widerstand-IS-- mit der Fremdspannungsquelle derart verbunden ist,
dass er bei Leerlauf des Schweissstromgenerators den Stellwiderstand--7--überbrückt und bei Stromfluss im Schweissstromkreis gesperrt ist.--17-- bezeichnet eine Induktivität und--17a--eine Kapazität.
Im Leerlauf, d. h. bei Unterbrechung des Schweissbetriebes, wird-ausgehend von der Fremdspannungsquelle-der Basis des Transistors --11-- über den Widerstand --13-- ein durch die Zenerdioden--12--stabilisierter Gleichstrom zugeführt, der den Transistor--11--unter Überbrückung des Einstellwiderstandes--7--leitend macht. Der Stellwiderstand--7--ist somit ausser Funktion, so dass der Schweissgenerator auf einen am Stellwiderstand--18-einstellbaren Zündspannungswert erregt wird.
Wird nunmehr nach erfolgter Zündung ein Schweissstrom entnommen, so tritt durch den im Stromwandler--15--induzierten und im Gleichrichter--16-gleichgerichteten Strom eine Kompensation des Basisstromes und damit Sperrung des Transistors --11-- ein, wodurch der Stellwiderstand--7--wirksam wird. Die Erregung wird damit auf den jeweils an diesem Widerstand eingestellten Wert eingeregelt, so dass der Generator auf der durch den Einstellwiderstand-7-gewählten statischen Kennlinie arbeitet. Tritt nunmehr eine Unterbrechung
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In Fig. 3 ist das Stromspannungsdiagramm wiedergegeben. Es zeigt vier, jede für sich durch Betätigung des Einstellwiderstandes--7--wählbare statische Kennlinien, die im Bereich kleiner Schweissströme-J--infolge der überbrückung des Stellwiderstandes--7--durch den Transistor --11-- in einen gemeinsamen Zweig übergehen, der bei -- J = 0-- den maximalen Widerstand --18-- voreingestellten Wert der Zündspannung--Uz--erreicht.
PATENTANSPRÜCHE :
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der Erregermaschine über einen Einstellwiderstand fremderregt und zur Auferregung die andere Erregerwicklung (5) über einen Gleichrichter mit der Sekundärwicklung (8e) eines Stromwandlers (8) verbunden ist, dessen Primärwicklung (8a) in einem Strompfad des Schweissgleichrichters (1, 2) liegt.