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Die Erfindung betrifft eine Gleichstromquellenanordnung für Lichtbogenschweissung bei der parallel zu einer Hauptgleichstromquelle einer herkömmlichen Stromquelle für Lichtbogenschweissung eine Zusatz- schweissstromquelle mit steuerbaren Halbleiterventilen geschaltet ist.
Unter einer herkömmlichen Stromquelle ist dabei vor allem eine solche zu verstehen, die einen im wesentlichen konstanten, jedoch einstellbaren, geglätteten Gleichstrom liefert. Es hat sich nun gezeigt, dass sich bei der Verarbeitung von Spezialschweisselektroden, insbesondere von solchen mit zellulose- haltiger Umhüllung, ein konstanter Gleichstrom ungünstig auswirkt. Es ist in diesem Falle vielmehr notwendig, bei einem Tropfenkurzschluss den durch die Elektrode und das Werkstück fliessenden Strom plötzlich nennenswert zu erhöhen, damit der von der Elektrode auf das Werkstück übergehende Metalltropfen flüssig bleibt.
Aus derartigen Überlegungen heraus schlägt bereits die GB-PS Nr. 1, 293, 350 vor, einen Energie- speicher in Form einer sehr grossen Kapazität oder eines Akkumulators über ein Ventil dem Schweisslicht- bogen parallelzuschalten, wobei die Spannung des Energiespeichers niedriger als die Lichtbogenspannung ist, so dass das Ventil nur bei Tropfenkurzschluss leitend wird und der Speicher, wie gewünscht, nur in diesem Fall einen Zusatzstrom liefert. Gemäss der GB-PS Nr. 1, 293, 350 dürfte dabei das Vorurteil vorliegen, dass der Zusatzstrom extrem steil und hoch ansteigen und deshalb der Energiespeicher eine weitgehend induktionsfreie Stromquelle, also eben ein Kondensator oder ein Akkumulator sein müsse.
Gemäss der FR-PS Nr. 2, 260, 415 wird ebenfalls, wie bei der GB-PS Nr. 1, 293, 350, als Zusatzstromquelle ein Akkumulator oder ein geladener Kondensator verwendet.
Durch die Anordnung gemäss der DE-AS 1185318 wurde bekannt, als Zusatzstromquelle einen ungesteuerten Gleichrichter zu verwenden.
Aufgabe der Erfindung ist es, die mit der Verwendung sehr grosser Kapazitäten bzw. Kondensatoren oder eines Akkumulators verbundenen Unzukömmlichkeiten, wie begrenzte Lebensdauer, sowie Temperaturabhängigkeit bzw. Wartungsbedürftigkeit u. dgl. zu vermeiden, indem der Zusatzstrom einem mit entsprechend herabgesetzter Spannung transformatorisch oder generatorisch gespeisten Gleichrichter entnommen wird.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Gleichstromquellenanordnung für Lichtbogenschweissung der eingangs angeführten Art erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatz-Schweissstromquelle ein voll ausgesteuerter Halbleiterventilsatz mit mindestens einer dreiphasig als Schalter angesteuerten Halbleiterventilgruppe vorgesehen ist.
Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können insbesondere ohmsche Widerstände im Wechselstromkreis des gesteuerten Halbleiterventilsatzes geschaltet sein. Diese Widerstände begrenzen den Zusatzstrom auf einen vom Übergangswiderstand Elektrode-Werkstück beim Tropfenkurzschluss weitgehend unabhängigen Wert.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können sowohl die Haupt-Schweissstromquelle als auch der an vorzugsweise eine Maschinenanzapfung der gemeinsamen dreiphasigen Wechselstromquelle angeschlossene Halbleiterventilsatz halbgesteuerte Halbleitergleichrichter-Brückenschaltungen sein, welchen beiden Brückenschaltungen eine vorzugsweise dreiphasige ungesteuerte Halbleiter-Ventilgruppe gemeinsam ist. Auf diese Weise wird vorteilhaft eine Einsparung von drei weiteren ungesteuerten Ventilen erreicht, weil die drei verwendeten Ventile für beide Gleichrichterbrücken gemeinsam sind.
Gemäss einem weiteren Vorschlag der Erfindung können zur Erhöhung der Impedanz der dreiphasigen Wechselstromquelle des schaltbaren zusätzlichen Halbleiterventilsatzes eine Vergrösserung der magnetischen Streuung oder zusätzliche zweipolige Schaltelemente, wie Drosselspulen, dienen.
Diese Massnahme stellt eine Alternative zu der Verwendung von ohmschen Widerständen dar und hat den gleichen Effekt, eine Unabhängigkeit des Zusatzstromes vom Übergangswiderstand Elektrode-Werkstück zu erreichen.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt schematisch eine aus der genannten GB-PS Nr. 1, 293, 350 bekannte Anordnung, wobei --G2-- ein Kondensator oder Akkumulator ist, Fig. 2 zeigt eine Schaltung mit einem ungesteuerten Ventilsatz in der Zusatzbrücke, vergleichbar der Anordnung gemäss der DE-AS 1185318, während die Fig. 3 und 4 zwei verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen.
In den Fig. 1 und 2 stellt-Gi bzw. G-- symbolisch die Hauptschweissstromquelle (herkömmliche Gleichstrom-Schweissstromquelle) dar, während-G-in Fig. l den nach der GB-PS Nr. 1, 293, 350 zu
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verwendenden Energiespeicher, u. zw., wie erwähnt, in Form einer grossen Kapazität oder eines Akkumulators versinnbildlicht, dem ein Ventil-D--nachgeschaltet ist, über welches sich der eine kleinere Spannung als die Lichtbogenspannung besitzende Energiespeicher --G2-- immer nur beim Tröpfchenübergang entlädt.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltung ist der Energiespeicher --G2-- und das Ventil --D-- durch eine von einer fixen, dreiphasigen Spannung R, S, t gespeisten Zusatz-Schweissstromquelle--Di bis D6-- in Drehstrombrückenschaltung ersetzt, dem ein den Strom begrenzender Widerstand --R-- nachgeschaltet ist.
Beim Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäss Fig. 3 ist die Haupt-Schweissstromquelle eine regelbare Thyristorgleichrichterbrücke --Ty 1 bis Type-, deren Gleichstrom durch die Drossel-Dr-- geglättet wird.
Die Zusatz-Schweissstromquelle besteht hier aus einer sogenannten halbgesteuerten Drehstrombrücke mit
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können ebenso wie für die (unter der Lichtbogenspannung liegende) Gleichrichterspannung durch mit den jeweils zu verschweissenden Elektroden zu machende Schweissversuche günstige bzw. optimale Werte gefunden werden. Die Anordnung funktioniert in der Weise, dass beim normalen Schweissvorgang, d. h. wenn der Lichtbogen brennt, zwischen Elektrode und Werkstück etwa eine Lichtbogenspannung von 25 V ansteht. Fällt nun ein flüssiger Metalltropfen von der Elektrode auf das Werkstück, tritt für sehr kurze Zeit ein elektrischer Kurzschluss ein, wobei die Lichtbogenspannung auf Null absinkt.
In diesem Augenblick liefert die Zusatz-Schweiss stromquelle einen zusätzlichen, sich dem Strom aus der HauptSchweissstromquelle überlagernden Strom und hält damit den Metalltropfen in flüssigem Zustand. Eine Zusatzeinrichtung mit dieser Wirkung ist bei allen einfachen Schweissstromquellen mit Vorteil anwendbar, da diese nicht in der Lage sind, in der kurzen Zeit, die der Tropfenübergang dauert bzw. dauern darf, den Strom entsprechend rasch und hoch anzuheben. Der zusätzliche Strom wird also nur im Fall des Tropfenkurzschlusses geliefert, u. zw. insbesondere dann zu keiner andern Zeit, wenn der dank der Brückenschaltung verhältnismässig wenig wellige Leerlaufspannungsverlauf der Zusatz-Schweiss stromquelle durchwegs unterhalb der kleinsten in der Praxis vorkommenden Lichtbogenbrennspannung liegt.
Die Verwendung von steuerbaren Gleichrichterelementen in dieser Zusatzgleichrichterbrücke in Fig. 3 gestattet die beliebige Aus- und Einschaltung der Zusatzeinrichtung über eine die Lichtbogenspannung erfassende oder miterfassende Steuerelektronik. Daraus ergibt sich eine noch bessere Anpassungsmöglichkeit der Schweisseigenschaften der gesamten Einrichtung an die Wünsche des Anwenders. Die Wechselstrom- anschlüsse --R, S, T bzw. U, V, W-- in Fig. 3 werden von zwei galvanisch getrennten Wicklungen eines Transformators bzw. von getrennten Wicklungen auf einem Generator bzw. einem rotierenden Schweissumformer gespeist.
Fig. 4 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung eine in wirtschaftlicher Hinsicht besonders günstige Schaltung, u. zw. ist hier sowohl die Haupt-SchweissstromqueIle als auch die Zusatz-Schweissstromquelle jeweils eine halbgesteuerte Drehstrom-Gleichrichterbrückenschaltung, wobei die
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--D1, D2, D3-- beidenDioden --D4 und Dus--sino Freilaufdioden. Die Drossel --Dr2-- dient zur Verlangsamung des Stromanstieges beim Tropfenkurzschluss. Der Widerstand --R-- hat dieselbe Funktion wie in Fig. 2. Alternativ oder zusätzlich kann aber auch der vorzugsweise dreiphasigen Zusatz-Schweissstromquelle durch bauliche Massnahmen, also etwa durch Erhöhung der magnetischen Streuung, oder durch zusätzliche Schaltelemente, wie Drosselspulen, eine erhöhte Impedanz gegeben werden.
Der Haupt-Schweissstromquelle können statt nur eines einzigen auch mehrere Zusatz-Schweissstromquellen mit gleichen oder verschiedenen (gestaffelten) Leerlaufspannungen und gleichen oder verschiedenen Charakteristiken bzw. wechsel- oder gleichstromseitigen Impedanzen parallelgeschaltet werden.
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The invention relates to a direct current source arrangement for arc welding in which an additional welding current source with controllable semiconductor valves is connected in parallel to a main direct current source of a conventional current source for arc welding.
A conventional current source is to be understood primarily as one which supplies an essentially constant, but adjustable, smoothed direct current. It has now been shown that a constant direct current has an unfavorable effect when processing special welding electrodes, in particular those with a cellulose-containing coating. In this case it is rather necessary to suddenly and appreciably increase the current flowing through the electrode and the workpiece in the event of a drop short circuit, so that the metal drop transferred from the electrode to the workpiece remains liquid.
For such considerations, GB-PS No. 1, 293, 350 already suggests connecting an energy storage device in the form of a very large capacity or an accumulator via a valve to the welding arc, the voltage of the energy storage device being lower than the arc voltage so that the valve only becomes conductive in the event of a droplet short circuit and the accumulator, as required, only supplies an additional current in this case. According to GB-PS No. 1, 293, 350, the prejudice is likely that the additional current rises extremely steeply and high and therefore the energy store must be a largely induction-free power source, i.e. a capacitor or an accumulator.
According to FR-PS No. 2, 260, 415, as in GB-PS No. 1, 293, 350, an accumulator or a charged capacitor is used as an additional power source.
The arrangement according to DE-AS 1185318 made it known to use an uncontrolled rectifier as an additional power source.
The object of the invention is to overcome the inconveniences associated with the use of very large capacitors or capacitors or an accumulator, such as limited service life, as well as temperature dependency or maintenance requirements. The like. To avoid, in that the additional current is taken from a rectifier fed by a transformer or generator with a correspondingly reduced voltage.
To solve the problem, the direct current source arrangement for arc welding of the type mentioned at the beginning is characterized according to the invention in that a fully controlled semiconductor valve set with at least one three-phase switch controlled semiconductor valve group is provided as the additional welding current source.
According to a further embodiment of the invention, ohmic resistances in particular can be connected in the AC circuit of the controlled semiconductor valve set. These resistances limit the additional current to a value that is largely independent of the contact resistance between the electrode and the workpiece in the event of a drop short circuit.
In a further embodiment of the invention, both the main welding current source and the semiconductor valve set preferably connected to a machine tap of the common three-phase alternating current source can be semi-controlled semiconductor rectifier bridge circuits, which two bridge circuits share a preferably three-phase uncontrolled semiconductor valve group. In this way, a saving of three further uncontrolled valves is advantageously achieved because the three valves used are common for both rectifier bridges.
According to a further proposal of the invention, an increase in the magnetic scatter or additional two-pole switching elements such as choke coils can serve to increase the impedance of the three-phase alternating current source of the switchable additional semiconductor valve set.
This measure represents an alternative to the use of ohmic resistors and has the same effect of making the additional current independent of the electrode-workpiece contact resistance.
The invention is explained in more detail below with reference to the drawings. Fig. 1 shows schematically an arrangement known from the aforementioned GB-PS No. 1, 293, 350, where --G2-- is a capacitor or accumulator, Fig. 2 shows a circuit with an uncontrolled valve set in the additional bridge, comparable to that Arrangement according to DE-AS 1185318, while FIGS. 3 and 4 show two different embodiments of the invention.
In FIGS. 1 and 2, -Gi or G-- symbolically represents the main welding current source (conventional direct current welding current source), while -G- in FIG. 1 is the one according to GB-PS No. 1, 293, 350
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using energy storage, u. between, as mentioned, symbolized in the form of a large capacity or an accumulator, which is followed by a valve-D - via which the energy storage device --G2--, which has a voltage less than the arc voltage, is only discharged when the droplets pass.
In the circuit shown in FIG. 2, the energy store --G2-- and the valve --D-- are in a three-phase bridge circuit through an additional welding current source - Di to D6-- fed by a fixed, three-phase voltage R, S, t replaced, which is followed by a current-limiting resistor --R--.
In the embodiment of the invention according to FIG. 3, the main welding current source is a controllable thyristor rectifier bridge -Ty 1 to Type-, the direct current of which is smoothed by the choke-Dr-.
The additional welding power source here consists of a so-called semi-controlled three-phase bridge
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As well as for the rectifier voltage (which is below the arc voltage), favorable or optimal values can be found by welding tests to be made with the electrodes to be welded. The arrangement works in such a way that in the normal welding process, i. H. when the arc burns, an arc voltage of around 25 V is present between the electrode and the workpiece. If a liquid metal drop falls from the electrode onto the workpiece, an electrical short circuit occurs for a very short time, with the arc voltage falling to zero.
At this moment, the additional welding power source supplies an additional current that is superimposed on the current from the main welding power source and thus keeps the metal drop in a liquid state. An additional device with this effect can be used with advantage in all simple welding power sources, since these are not able to raise the current quickly and at a correspondingly high level in the short time that the droplet transfer lasts or may last. The additional current is therefore only supplied in the event of a drop short circuit, u. in particular at no other time if the relatively little wavy open circuit voltage curve of the additional welding power source is consistently below the lowest possible arc voltage in practice, thanks to the bridge circuit.
The use of controllable rectifier elements in this additional rectifier bridge in FIG. 3 allows the additional device to be switched on and off as required via control electronics that detect or co-detect the arc voltage. This results in an even better possibility of adapting the welding properties of the entire device to the wishes of the user. The AC connections --R, S, T or U, V, W-- in Fig. 3 are fed by two galvanically separated windings of a transformer or by separate windings on a generator or a rotating welding transducer.
Fig. 4 shows as a further embodiment of the invention a circuit which is particularly advantageous from an economic point of view, u. Between here, both the main welding current source and the additional welding current source are each a semi-controlled three-phase rectifier bridge circuit
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--D1, D2, D3-- both diodes --D4 and Dus - sino free-wheeling diodes. The throttle --Dr2-- is used to slow down the current rise in the event of a drop short circuit. The resistance --R-- has the same function as in Fig. 2. Alternatively or additionally, the preferably three-phase additional welding current source can also be increased by structural measures, for example by increasing the magnetic leakage, or by additional switching elements such as choke coils Impedance can be given.
Instead of just a single one, several additional welding current sources with the same or different (staggered) open circuit voltages and the same or different characteristics or alternating or direct current-side impedances can be connected in parallel to the main welding current source.