DE1113770B

DE1113770B - Rectifier arrangement for arc welding and melting systems

Info

Publication number: DE1113770B
Application number: DES62501A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Erich Bergmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1959-04-09
Filing date: 1959-04-09
Publication date: 1961-09-14

Description

Gleichrichteranordnung für Lichtbogenschweiß-und Abschmelzanlagen Zur Speisung von Gleichstromlichtbögen, insbesondere in Schweiß- bzw. Abschmelzanlagen, werden in bekannter Weise vorteilhaft Gleichrichter verwendet. Solche ruhenden Anordnungen haben niedrigere Leerlaufverluste sowie einen guten Leistungsfaktor. Ferner stellen sie eine symmetrische Belastung des Drehstromnetzes dar.Rectifier arrangement for arc welding and melting systems For supplying direct current arcs, especially in welding or melting systems, rectifiers are advantageously used in a known manner. Such dormant arrangements have lower no-load losses and a good power factor. Furthermore put they represent a symmetrical load on the three-phase network.

Der Nachteil bei den bekannten Anordnungen dieser Art liegt in der Schwierigkeit ihrer Steuerbarkeit und dem hierfür notwendigen großen Aufwand. Es hat nicht an Versuchen zur Behebung dieser Mängel gefehlt, doch hat noch keiner zu einem Ergebnis geführt, das wesentlich besser gewesen wäre als bei den bisher angewendeten Bauarten. Die Ursache dafür liegt an den einer Vorausberechnung schwer zugänglichen und sich bei den verschiedenen Schweißverfahren oft widersprechenden, geforderten Schweißeigenschaften.The disadvantage of the known arrangements of this type is that Difficulty in their controllability and the great effort required for this. It There has been no lack of attempts to remedy these deficiencies, but none have yet led to a result that would have been much better than before applied types. The reason for this is difficult because of a forecast accessible and often contradicting each other in the various welding processes, required welding properties.

Von einer neuzeitlichen Steuerung wird erwartet, daß sie stufenlos ist. Mechanische Bauelemente zur Steuerung, wie z. B. bei verstellbaren Luftspaltlängen oder gegeneinander verstellbaren Spulen, haben den Nachteil von auftretenden Rüttelkräften, die sich auch bei festester Gestängeführung nicht mit ausreichender Betriebssicherheit beherrschen lassen. Transduktordrosseln, die mit einem Stehwiderstand gesteuert werden, weisen zwar keine Rüttelkräfte auf, haben aber für Schweißzwecke andere unerwartete Nachteile. Bei dem bisher meistens angewendeten, stromsteuernden Transduktor sind das hohe Gewicht, die beträchtliche Magnetisierungsleistung, die Abhängigkeit der Steuerung von der Erwärmung und von Schwankungen der Netzspannung sowie die ausschließliche Verwendbarkeit für Schweißverfahren mit fallender Stromspannungskennlinie als Nachteile zu nennen. Es ist zwar bekanntgeworden, statt des stromsteuernden Transduktors den spannungsteuernden Transduktor in Verbindung mit einem Kontaktregler zur Strombegrenzung zu verwenden. Die Bedingungen, unter denen der Kontaktregler in diesem Fall befriedigend arbeiten könnte, sind aber so ungünstig, daß diese Anordnung praktisch nicht brauchbar ist.Modern control is expected to be stepless is. Mechanical components for control, such as. B. with adjustable air gap lengths or mutually adjustable coils, have the disadvantage of occurring vibratory forces, which, even with the most rigid boom guidance, do not provide sufficient operational reliability let control. Transductor chokes that are controlled with a withstand resistance do not have any vibration forces, but have different forces for welding purposes unexpected downsides. In the case of the current-controlling transductor, which has so far mostly been used are the heavy weight, the considerable magnetization power, the dependency the control of the heating and fluctuations in the mains voltage as well as the Can only be used for welding processes with falling current-voltage characteristics to be mentioned as disadvantages. It has become known instead of the current-controlling one Transduktors the voltage-controlling transductor in connection with a contact regulator to be used for current limitation. The conditions under which the contact regulator could work satisfactorily in this case, but are so unfavorable that this arrangement is practically unusable.

Wenn eine Gleichrichteranordnung für Lichtbogenschweßung mit wirtschaftlichem Aufwand herzustellen ist, spielt neben der Steuerung und Regelung auch die erforderliche Leerlaufspannung eine wesentliche Rolle. Die Leerlaufspannung soll zwecks leichter Zündung des Lichtbogens möglichst hoch sein, darf aber zur Vermeidung von Unfällen einen noch zulässigen Wert nicht überschreiten. Da die Lichtbogenspannung beträchtlich kleiner ist, ist es bekanntgeworden, die Leerlaufspannung der Schweißstromquelle von der erforderlichen Zündspannung zu trennen. Bei Schweißgleichrichtern, die an Einphasen-Wechselstrom angeschlossen sind:, ist es bekanntgeworden, dem aus gleichgerichteten Halbwellen bestehenden Hauptstrom mit niedrigerer Leerlaufspannung einen phasenverschobenen Hilfsstrom mit höherer Leerlaufspannung zur Zündung und Stabilisierung des Lichtbogens zu überlagern. Dabei ist aber die Leerlaufspannung des Hilfsstromes, der gleich dem Hauptstrom aus dem Stromverteilungsnetz von 50 Hz durch Umspannen und Gleichrichten entstanden ist, unzulässig hoch. Es ist ferner bei Schweißgleichrichteranordnungen dieser Art bekanntgeworden, die überlagerung eines Hilfsstromes nur zur Stabilisierung des Lichtbogens auszunutzen. Es müssen dabei aber Haupt- und Hilfsgleichrichter die zulässige Leerlaufspannung haben. Bei weiter bekannten Anordnungen werden dem Schweißstrom höherfrequente Zündimpulse überlagert, mit denen sowohl ein Stabilisieren des Schweißstromes in den Nulldurchgängen als auch ein Zünden aus Abstand zwischen Elektrode und Werkstück erreicht wird. Bei keiner dieser bekannten Anordnungen ist aber durch Anwendung des Hilfsgleichrichters bzw. Zündgerätes möglich, den Hauptgleichrichter für eine niedrigere Leerlaufspannung zu bemessen, als zum einwandfreien Zünden des Lichtbogens - sei es durch Berühren des Werkstückes mit der Elektrode oder allein durch Annäherung derselben - erforderlich ist.When a rectifier arrangement for arc welding with economical In addition to the control and regulation, the necessary also play a role Open circuit voltage plays an essential role. The open-circuit voltage is supposed to be easier Ignition of the arc should be as high as possible, but may be allowed to avoid accidents do not exceed a still permissible value. Because the arc voltage is considerable is smaller, it has become known, the open circuit voltage of the welding power source from the required ignition voltage. For welding rectifiers that are connected to Single-phase alternating current are connected :, it has become known that from rectified Half-waves existing main current with lower open circuit voltage a phase-shifted Auxiliary current with higher open circuit voltage for ignition and stabilization of the arc to overlay. In this case, however, the no-load voltage of the auxiliary current is the same the main current from the power distribution network of 50 Hz through reclamping and rectification has arisen is impermissibly high. It is also used with welding rectifier assemblies became known of this type, the superimposition of an auxiliary current only for stabilization to exploit the arc. But there must be main and auxiliary rectifiers have the permissible open circuit voltage. In more known arrangements are the Welding current superimposed higher-frequency ignition pulses, with which both a stabilization of the welding current in the zero crossings as well as ignition from a distance between Electrode and workpiece is reached. In none of these known arrangements is but possible by using the auxiliary rectifier or ignition device, the main rectifier to be dimensioned for a lower open circuit voltage than for a faultless one Ignite of the arc - be it by touching the workpiece with the electrode or by itself by approximation of the same - is required.

Bei einer solchen Gleichrichteranordnung, die über einen Transformator zum Netz gespeist und durch einen spannungssteuernden und strombegrenzenden Transduktor gesteuert wird, werden die genannten Nachteile gemäß der Erfindung dadurch vermieden und das Steuern, Regeln und Zünden bei den jeweils gewünschten Schweißeigenschaften auf wirtschaftliche Weise dadurch ermöglicht, daß in an sich bekannter Weise dem für die Schweißleistung bemessenen Gleichrichter (Hauptgleichrichter) ein die Zündspannung liefernder Hilfsgleichrichter parallel geschaltet ist und die Leerlaufspannungen beider Gleichrichter gleich groß und unterhalb der Zündspannung gewählt sind und daß der Hilfsgleichrichter über Regelorgane von einem Streutransformator abhängig ist zur Erzeugung einer vorübergehenden Zündspannung bei Berührung des Werkstückes mit der Elektrode.In such a rectifier arrangement, which has a transformer fed to the mains and through a voltage-controlling and current-limiting transductor is controlled, the disadvantages mentioned are avoided according to the invention and controlling, regulating and igniting with the welding properties required in each case made possible in an economical manner that in a known manner the for the welding power rated rectifier (main rectifier) the ignition voltage supplying auxiliary rectifier is connected in parallel and the no-load voltages both rectifiers are selected to be the same size and below the ignition voltage and that the auxiliary rectifier is dependent on a scatter transformer via regulating elements is used to generate a temporary ignition voltage when the workpiece is touched with the electrode.

Fig. 1 zeigt die Stromspannungskennlinie der bekannten Schweißgleichrichteranordnung mit stromsteuerndem Transduktor. Die einzelnen Standtrennlinien gehen von der praktisch konstanten, ziemlich hohen Leerlaufspannung aus und werden im Steuerbereich Stb durch Vormagnetisierung des Kerns der Transduktordrosseln eingestellt. Die auf den Standkennlinien liegenden Schweißpunkte liegen auf der Eichgeraden Eg. Wären die Schweißeigenschaften nur von dem Verlauf der statischen Kennlinien abhängig, würde eine durch den Schweißpunkt gelegte Hyperbel U.J#,=const. den anzustrebenden idealen Verlauf kennzeichnen.Fig. 1 shows the current-voltage characteristic of the known welding rectifier arrangement with current-controlling transducer. The individual stand dividing lines are based on the practical constant, fairly high open circuit voltage and are in the control area Stb adjusted by biasing the core of the transductor chokes. The on the Weld points lying on the level characteristic lines lie on the calibration line Eg. Would they be Welding properties would only depend on the course of the static characteristics a hyperbola U.J #, = const. the ideal to strive for Mark the course.

In Fig. 2 ist ein Beispiel des Gegenstandes. der Erfindung mit Hilfsgleichrichter dargestellt. An den Transformator T mit umschaltbarer Primärwicklung für z. B. 220/3ß0/500 V ist auf der Sekundärseite der Haupttransduktor HT mit den Gleichrichterzellen G geschaltet. Parallel zum Hauptgleichrichter liegt der Hilfsgleichrichter für die erforderliche Leerlaufspannung, bestehend aus dem Streutransformator ST, dem Einphasen-Transduktor ET und den Gleichrichterzellen G1. In dem einpolig gezeichneten Schaltbild ist der Haupttransduktor in Dreiphasen-Brückenschaltung, der Transduktor des Hilfsgleichrichters in Einphasen-Doublerschaltung zu verstehen. Die Gleichrichterzellen werden für den rauhen Schweißbetrieb vorzugsweise in der gekapselten Bauart der Siliziumgleichrichterzellen angewendet.In Fig. 2 is an example of the article. the invention shown with auxiliary rectifier. To the transformer T with switchable primary winding for z. B. 220/30/500 V, the main transducer HT is connected to the rectifier cells G on the secondary side. The auxiliary rectifier for the required open circuit voltage, consisting of the leakage transformer ST, the single-phase transducer ET and the rectifier cells G1, is located parallel to the main rectifier. In the single-pole circuit diagram, the main transducer is to be understood as a three-phase bridge circuit, the transducer of the auxiliary rectifier is to be understood as a single-phase doubler circuit. For the rough welding operation, the rectifier cells are preferably used in the encapsulated design of the silicon rectifier cells.

Fig.3 zeigt die zugehörige Stromspannungskennlinie. Die Kennlinie des mit Spannungsregelung und Strombegrenzung ausgerüsteten Hauptgleichrichters G verläuft in bekannter Weise praktisch rechtwinklig; die Kennlinie des parallel arbeitenden Hilfsgleichrichters G1, die unter dem Einfluß des Streutransformators einen stark fallenden Verlauf nimmt bis zu einem begrenzten Kurzschlußstrom IK 1, ist durch den Transduktor so geregelt, daß Leerlaufspannung und Zündspannung voneinander getrennt werden. Auf diese Weise überschreitet weder die Leerlaufspannungnoch die Zündspannung die zulässige Grenze.Fig. 3 shows the associated current-voltage characteristic. The characteristic of the main rectifier equipped with voltage regulation and current limiting G runs practically at right angles in a known manner; the characteristic of the parallel working auxiliary rectifier G1, which is under the influence of the leakage transformer takes a sharply falling course up to a limited short-circuit current IK 1, is regulated by the transducer in such a way that the open-circuit voltage and ignition voltage are separate from each other be separated. In this way, neither the open circuit voltage nor the Ignition voltage is the permissible limit.

In Fig. 4 bedeutet die stark gezeichnete Kennlinie UZ (1Z) die Zündspannung, Uo die zulässige Leerlaufspannung, Uö den Spitzenwert der Zündspannung, JT den bei Leerlauf im Transduktor fließenden Strom, itt den spannungsabhängigen und i", den stromabhängigen Steuerstrom des Transduktors. Durch die Parallelschaltung von Haupt- und Hilfsgleichrichter wird erreicht, daß die Sekundärspannung des Transformators T unabhängig von der erforderlichen Zündspannung nur so hoch zu sein braucht, wie die maximale Schweißspannung und der Spannungsabfall im Gerät dies vorschreiben. Die wesentlich höhere Zündspannung dagegen wird von dem kleinen Hilfsgleichrichter geliefert. Die unfallsichere Leerlaufspannung wird von keinem der beiden Gleichrichter überschritten. Die Spannungsregelung des Hilfsgleichrichters geschieht mit ausschließlich ruhenden Bauelementen, so daß keine Wartung notwendig ist. Bei einer Schweißspannung von beispielsweise 42V (Fig. 3) können auch Tiefeinbrandelektroden verarbeitet werden, was bei bekannten Schweißgleichrichteranordnungen (Fig.1) nicht möglich ist, da bei ihnen dem Nennstrom eine kleinere, für Tiefeinbrandschweißungen nicht ausreichende Lichtbogenspannung zugeordnet ist. Die Gleichrichteranordnung gestattet als universale Schweißstromquelle sowohl das Schweißen mit konstantem Strom als auch das Schweißen mit konstanter Spannung. Die Schweißspannung ist infolge der Regelung auf einen steuerbaren Sollwert unabhängig von Schwankungen der Netzspannung. Der Schweißstrom ist infolge der Begrenzung auf einen steuerbaren Sollwert unabhängig von Schwankungen der Erwärmung des Gerätes.In Fig. 4, the strongly drawn characteristic UZ (1Z) means the ignition voltage, Uo the permissible open circuit voltage, Uö the peak value of the ignition voltage, JT the at No-load current flowing in the transducer, itt the voltage-dependent and i ", the current-dependent control current of the transducer. The parallel connection of main and auxiliary rectifier is achieved that the secondary voltage of the transformer T only needs to be as high as the maximum welding voltage and the voltage drop in the device dictate this. The much higher ignition voltage, on the other hand, is provided by the small auxiliary rectifier delivered. The accident-proof open circuit voltage is not supplied by either of the two rectifiers exceeded. The voltage regulation of the auxiliary rectifier is done with exclusively resting components, so that no maintenance is necessary. At a welding voltage of, for example, 42V (Fig. 3), deep penetration electrodes can also be processed, which is not possible with known welding rectifier arrangements (FIG. 1) because their rated current is a smaller one, which is not sufficient for deep penetration welding Arc voltage is assigned. The rectifier arrangement allows as universal Welding power source both constant current welding and welding with constant tension. The welding voltage is due to the regulation on one controllable setpoint regardless of fluctuations in the mains voltage. The welding current is independent of fluctuations due to the limitation to a controllable setpoint the heating of the device.

In Fig. 2 ist in an sich bekannter Weise ein Spannungsgleichhalter SG angewendet, mit dem der Spannungs-Sollwert unabhängig von Schwankungen der Netzspannung eingestellt werden kann. Der Sollwert wird im Steuerkreis eines Vorstufentransduktors VT in an sich bekannter Weise mit dem Spannungs-Istwert verglichen und ein passender Steuerstrom auf sgruppe I des Haupttransduktors die Steuerwicklung HT gegeben. Die Steuerwicklungsgruppe II ist in an sich bekannter Weise zur Vermeidung von Pendelungen als Rückführung an eine der Steuerwicklungen des Vorstufentransduktors angeschlossen. Die dritte Steuerwicklungsgruppe III dient zur Einstellung des Arbeitsbereiches auf der Steuertrennlinie des Haupttransduktors. Das vom Strom des Hauptgleichrichters G abhängige, über einen Wandler Wal und einen Gleichrichter G2 gespeiste, den Strom steuernde Potentiometer Pj liegt über ein die Zündspannung sperrendes Hilfsventil G3 in Reihe mit dem Spannungs Istwert und einem der zulässigen Spannungsänderung bzw. kürzesten Ansprechzeit des Vorstufentransduktors zugeordneten Widerstand RS an einer weiteren, der Sollwertsteuerwicklung entgegenwirkenden Steuerwicklung des Vorstufentransduktors VT. Der Wandler Wal gibt bei Erreichen des Grenzstromes, d. h. Wandlersteuerstrom gleich Istwertsteuerstrom, eine Zusatzspannung in den betreffenden Steuerkreis des Vorstufentransduktors VT, der seinerseits den Haupttransduktor HT abmagnetisiert. Ein Überlaufventil ÜV, z. B. in Gestalt einer Siliziumgleichrichterzelle, bewirkt, daß die Stromregelung erst dann die Spannungsregelung ablöst, wenn der Grenzstrom erreicht ist. Die zur Regelung dienenden Bauelemente sind sämtlich von kleiner Leistung, da die Steuerleistung des Transduktors sehr klein ist.In FIG. 2, a voltage equalizer SG is used in a manner known per se, with which the voltage setpoint value can be set independently of fluctuations in the mains voltage. The setpoint value is compared in the control circuit of a preliminary stage transducer VT in a manner known per se with the actual voltage value and a suitable control current is applied to group I of the main transducer, the control winding HT. The control winding group II is connected to one of the control windings of the pre-stage transducer in a manner known per se to avoid oscillations. The third control winding group III is used to set the working area on the control separation line of the main transducer. The current-controlling potentiometer Pj, which is dependent on the current of the main rectifier G and is fed via a converter Wal and a rectifier G2, is connected via an auxiliary valve G3 that blocks the ignition voltage in series with the actual voltage value and a resistor associated with the permissible voltage change or the shortest response time of the pre-stage transducer RS to a further control winding of the pre-stage transducer VT, which counteracts the setpoint control winding. When the limit current is reached, that is, the converter control current equal to the actual value control current, the converter Wal gives an additional voltage to the relevant control circuit of the preliminary stage transducer VT, which in turn demagnetizes the main transducer HT. An overflow valve ÜV, z. B. in the form of a silicon rectifier cell, causes the current control to replace the voltage control only when the limit current is reached. The components used for regulation are all of low power, since the control power of the transducer is very small.

Zur Spannungsregelung beim Hilfsgleichrichter G1 ist noch zu bemerken, daß die gewünschte Leerlaufspannung mit dem Widerstand RV eingestellt wird. Der Wandler Wal mit Hilfsgleichrichter G5 muß bereits bei kleinem Primärstrom den Transduktor ET sperren, damit eine möglichst hohe, der Leerlaufspannung Uo* des Streutransformators ST möglichst nahe kommende Zündspannung Uö erreicht wird. Der Hilfsgleichrichter G" ist daher für den höheren sekundären Nennstrom des Wandlers zu bemessen. Einfacher und ebenso wirksam ist es, statt des Wandlers und des Hilfsgleichrichters in an sich bekannter Weise eine Siliziumzelle Si anzuwenden, die sich durch eine niedrige Durchlaßspannung von annähernd 0,7V auszeichnet. Der Transformator ST des Zündgleichrichters G1 ist nur als Streutransformator verwendbar, da bei einem normalen Transformator bzw. bei einer Hilfswicklung auf dem Haupttransformator mit praktisch konstanter Spannung die Geschwindigkeit der Strombegrenzung nicht ausreicht, um eine der Spannung des Zündtransformators nahekommende Zündspitze zu erzielen.Regarding the voltage regulation of the auxiliary rectifier G1, it should also be noted that the desired open circuit voltage is set with the resistor RV. The converter Wal with auxiliary rectifier G5 must block the transducer ET even at a low primary current so that the highest possible ignition voltage Uö, which comes as close as possible to the open circuit voltage Uo * of the scatter transformer ST, is achieved. The auxiliary rectifier G "must therefore be dimensioned for the higher secondary rated current of the converter. Instead of the converter and the auxiliary rectifier, it is simpler and just as effective to use a silicon cell Si in a manner known per se, which is characterized by a low forward voltage of approximately 0.7V The transformer ST of the ignition rectifier G1 can only be used as a scatter transformer, since with a normal transformer or with an auxiliary winding on the main transformer with a practically constant voltage, the speed of the current limitation is not sufficient to achieve an ignition peak that comes close to the voltage of the ignition transformer.

Da die Steuerleistung des spannungssteuernden Haupttransduktors HT sehr klein ist, kann zur Spannungskonstanthaltung auch eine Zenerdiode, z. B. einer Silizium- oder Germanium-Zenerdiode benutzt werden. Eine solche Diode hat den Vorteil eines einfachen, keine Wartung erfordernden Aufbaues und kleiner Abmessungen. Die Diode arbeitet als Widerstand mit konstantem Spannungsabfall unter Vorschalten eines festen Widerstandes, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Dabei sind die mit Fig. 2 übereinstimmenden Teile mit denselben Buchstaben bezeichnet.Since the control power of the voltage-controlling main transducer HT is very small, a Zener diode, z. B. one Silicon or germanium zener diodes can be used. Such a diode has the advantage a simple, maintenance-free structure and small size. the Diode works as a resistor with a constant voltage drop with an upstream fixed resistance as shown in FIG. These are the same as in FIG Parts labeled with the same letters.

In Fig. 5 ist nur die Steuerschaltung des Haupttransduktors HT gezeigt. Durch die in der Einrichtung nach Fig. 5 verwendete Zenerdiode können der Vorstufentransduktor VT und der Spannungsgleichhalter SG in der Einrichtung nach Fig. 2 ersetzt werden.In Fig. 5 only the control circuit of the main transducer HT is shown. The Zener diode used in the device according to FIG. 5 can replace the pre-stage transducer VT and the voltage equalizer SG in the device according to FIG.

Die Steuerwicklungsgruppe I des spannungssteuernden Haupttransduktors HT ist über den festen Widerstand R1 mit dem Widerstand R,, des Spannungspotentiometers Pu sowie über das vom Stromwandler Wal mit Gleichrichter G2 gespeiste und durch ein überlaufventil üV überbrückte StrompotentiometerP, mit dem Istwert der Spannung verbunden. Das überlaufventil bewirkt ebenso wie in Fig. 2, daß die Stromregelung erst dann die Spannungsregelung ablöst, wenn derGrenzstrom erreicht ist. Die beiden anderen Steuerwicklungsgruppen I1 und III sind in Reihe geschaltet und über den Widerstand Rsot, des Spannungspotentiometers Pu und einen festen Vorwiderstand R2 an die Zenerdiode ZDl mit festem Vorwiderstand RF, angeschlossen. Das Spannungspotentiometer PU ist wie in Fig. 2 als Tandempotentiometer gebaut, so daß sein Ist- und Sollwertwiderstand miteinander mechanisch fest gekoppelt sind und nur gemeinsam betätigt werden können.The control winding group I of the voltage-controlling main transducer HT is connected to the resistor R ,, of the voltage potentiometer Pu via the fixed resistor R1 and via the current potentiometerP, which is fed from the current transformer Wal to the rectifier G2 and bridged by an overflow valve, to the actual value of the voltage. As in Fig. 2, the overflow valve has the effect that the current control only replaces the voltage control when the limit current is reached. The other two control winding groups I1 and III are connected in series and connected via the resistor Rsot, the voltage potentiometer Pu and a fixed series resistor R2 to the Zener diode ZD1 with a fixed series resistor RF. The voltage potentiometer PU is constructed as a tandem potentiometer, as in FIG. 2, so that its actual and setpoint resistance are mechanically firmly coupled to one another and can only be actuated together.

Bei der Einrichtung nach Fig. 5 ergibt sich gegenüber der Einrichtung nach Fig. 2 noch der Vorteil, daß infolge Fortfalls des Vorstufentransduktors VT nur die Ansprechzeit des Haupttransduktors vorhanden ist und ein Pendeln des Istwert-Steuerstromes nicht auftreten kann. Es entfällt also auch eineRückführung zur Unterdrückung von Pendelungen. Da die Ansprechzeit des Haupttransduktors wesentlich kleiner ist als die des Vorstufentransduktors, ist ein besonderer SteuervorwiderstandRs bzw. RS' bei der Einrichtung nach Fig. 5 nicht erforderlich. Auf diese Weise kann die Zenerspannung einer einzigen Sihziumdiode zur Steuerung ausreichen.The device according to FIG. 5 has the advantage over the device according to FIG. 2 that, due to the omission of the preliminary stage transducer VT, only the response time of the main transducer is present and the actual value control current cannot oscillate. There is therefore also no need for feedback to suppress oscillations. Since the response time of the main transducer is significantly shorter than that of the pre-stage transducer, a special control series resistor Rs or RS 'is not required in the device according to FIG. In this way, the Zener voltage of a single Sihziumdiode can be sufficient for control.

Bei der genannten Anordnung ergibt sich ein sehr kleiner Steuerstrom, der innerhalb des Arbeitsbereiches einer Silizium-Zenerdiode liegt. Für den Stehbereich Stb, (Fig. 3) von 15 bis 42 V ergeben sich beim Ausführungsbeispiel für die Widerstände R,,t und Rsoia die in Fig. 6 angegebenen Werte.The above arrangement results in a very small control current, which is within the working range of a silicon zener diode. For the standing area Stb, (Fig. 3) from 15 to 42 V result in the embodiment for the resistors R ,, t and Rsoia the values given in FIG.

In Fig. 7 ist die Abhängigkeit des auf die Nennwindungszahl der Steuerwicklung bezogenen resultierenden Steuerstromes IS des Haupttransduktors HT vom Verhältnis E der jeweiligen Lastspannung zur Lastspannung bei voller Aussteuerung des Haupttransduktors gezeigt. In Fig. 8 ist die Abhängigkeit des Steuerstromes von Änderungen der Netzspannung dargestellt. Hiernach ändert sich der Steuerstrom zwischen den Punkten A und B der in Fig. 7 gezeichneten Steuerkennlinie. Man erkennt daraus, daß bei Fig. 5 im Gegensatz zu Fig. 2 eine feste Vormagnetisierung mittels einer besonderen Steuerwicklung nicht notwendig ist.7 shows the dependence of the resulting control current IS of the main transducer HT, which is related to the nominal number of turns of the control winding, on the ratio E of the respective load voltage to the load voltage when the main transducer is fully modulated. 8 shows the dependence of the control current on changes in the mains voltage. The control current then changes between points A and B of the control characteristic curve shown in FIG. It can be seen from this that in FIG. 5, in contrast to FIG. 2, a fixed premagnetization by means of a special control winding is not necessary.

Bei der Schaltung nach Fig. 5 sind zur Verringerung der Belastung der Zenerdiode die Steuerwicklungsgruppen II und III hintereinandergeschaltet. In vielen Fällen ist die Steuerleistung so klein, daß die Zenerdiode nicht überlastet wird, auch wenn nur eine einzige Steuerwicklungsgruppe zur Sollwertsteuerung benutzt wird. Es stehen dann für die Strombegrenzung und für die Istwertsteuerung voneinander getrennte Steuerwicklungen -zur Verfügung. Dabei ist die Spannung am Strompotentiometer Pj gegen eine feste Bezugsspannung zu schalten, bei deren Erreichen die Abmagnetisierung der Transduktordrosseln und damit die Stromregelung einsetzt. Die erforderliche, feste Bezugsspannung ist durch Anwendung einer zweiten Zenerdiode leicht herzustellen. In Fig. 9 ist diese Schaltung dargestellt. Die Bezeichnungen sind dieselben wie in Fig. 2 und 5. In ihrer Wirkungsweise unterscheidet sich Fig. 9 von Fig. 2 und 5 dadurch, daß auch die Strombegrenzung bzw. Strom= regelung unabhängig ist von Schwankungen der jeweils vorhandenen Netzspannung. Die Unabhängigkeit der Stromregelung von Schwankungen der Netzspannung ist aber auch in einfacher Weise erreichbar bei Schaltungen nach Fig. 2 und 5, wenn die Zusatzspannung in dem abmagnetisierenden Istwertsteuerkreis über eine Zenerdiode gegeben wird, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist. Das L7berlaufventil üV inFig. 9 und 10, z. B. in Gestalt einer Siliziumgleichrichterzelle, sorgt dafür, daß über die Zenerdiode in Durchlaßrichtung kein Strom fließen kann.In the circuit of FIG. 5 are to reduce the load the Zener diode, the control winding groups II and III connected in series. In In many cases the control power is so small that the Zener diode is not overloaded is used even if only a single control winding group is used for setpoint control will. It then stands for the current limitation and for the actual value control of each other separate control windings available. Here is the voltage on the current potentiometer To switch Pj against a fixed reference voltage, when reached the demagnetization the transductor chokes and thus the current control begins. The required Fixed reference voltage can easily be established by using a second Zener diode. This circuit is shown in FIG. The names are the same as in FIGS. 2 and 5. FIG. 9 differs from FIGS. 2 and 5 in its mode of operation 5 in that the current limitation or current = regulation is independent of Fluctuations in the respective existing mains voltage. The independence of the current control of fluctuations in the mains voltage can also be achieved in a simple manner Circuits according to FIGS. 2 and 5, when the additional voltage in the demagnetizing Actual value control circuit is given via a Zener diode, as shown in FIG is. The L7 overflow valve in Fig. 9 and 10, e.g. B. in the form of a silicon rectifier cell, ensures that no current can flow through the Zener diode in the forward direction.

Mit dem Haupttransduktor und einer Silizium-Zenerdiode können Schwankungen der Netzspannung im Bereich von -I-15 bis -10 % bis auf ± 2 % ausgeregelt werden bei einer Ansprechzeit von 0,1 Sekunde. Sind in Sonderfällen die Regelgeschwindigkeit und Regelgenauigkeit höheren Bedingungen unterworfen, gibt es außer den beschriebenen, besonders einfachen Einrichtungen für die Spannungsregelung und Strombegrenzung nach Fig. 2, 5, 9 und 10 noch weitere Möglichkeiten. Es können mehrere Silizium-Zenerdioden hintereinandergeschaltet werden. Es kann ein Transistorverstärker oder auch ein Zweipunktregler in an sich bekannter Ausführung angewendet werden. Mit der großen Ausgangsleistung des Zweipunktreglers kann auch in schwierigeren Fällen die erforderliche Regelgeschwindigkeit erreicht werden, wobei die passende Mischung der verschiedenen Einflüsse mit sehr kleinen Steuerleistungen geschieht.With the main transducer and a silicon zener diode, fluctuations can occur of the mains voltage in the range from -I-15 to -10% down to ± 2% with a response time of 0.1 second. Are in special cases the control speed and control accuracy subject to higher conditions, there are in addition to the described, particularly simple devices for voltage regulation and current limitation 2, 5, 9 and 10 still further possibilities. Several silicon zener diodes can be used can be connected in series. It can be a transistor amplifier or a Two-point controller can be used in a known design. With the big one The output power of the two-position controller can also be the required in more difficult cases Control speed can be achieved, with the appropriate mix of the various Influences with very small tax payments happens.

Bei Leerlauf setzt sich der zeitliche Spannungsverlauf aus der mit geringer Welligkeit pulsierenden Spannung des Hauptgleichrichters und aus den gleichgerichteten Halbwellen des Zündgleichrichters zusammen. An den Ausgangsklemmen der Gleichrichteranordnung würde also ohne weiteres eine höhere Spannung gemessen als die 42 V des Hauptgleichrichters, und zwar würden sich beträchtlich verschiedene Spannungswerte für den Mittelwert, gemessen mit Drehspulinstrument und für den Effektivwert, gemessen mit Dreheiseninstrument. ergeben, Dies läßt sich leicht ändern, indem auch die Spannung des Hauptgleichrichters bei Leerlauf selbsttätig herabgeregelt wird. Hierzu wird am einfachsten der Potentialunterschied zwischen den durch das Ventil G3 (Fig. 2) gegeneinander gesperrten Klemmen des Hauptgleichrichters und des Zündgleichrichters verwendet. Dieser Potentialunterschied beträgt in Abhängigkeit vom eingestellten Sollwert der Spannung des Hauptgleichrichters 10 bis 50 V bei Leerlauf und geht auf Null zurück, sobald eine Belastung der Gleichrichter eintritt. Es kann also die Leerlaufspannung des Hauptgleichrichters so weit herabgeregelt werden, daß die Klemmenspannung des Schweißgleichrichters den zulässigen Betrag von 4.2 V bei Leerlauf einhält.When idling, the voltage curve over time is made up of the low ripple pulsating Main rectifier voltage and from the rectified half-waves of the ignition rectifier together. To the Output terminals of the rectifier arrangement would therefore easily have a higher one Voltage measured as the 42V of the main rectifier, and that would be considerable different voltage values for the mean value, measured with a moving coil instrument and for the effective value, measured with a moving iron instrument. result, this can be easily change by also automatically adjusting the voltage of the main rectifier when idling is regulated down. The easiest way to do this is to use the potential difference between the terminals of the main rectifier blocked against each other by valve G3 (Fig. 2) and the ignition rectifier are used. This potential difference is dependent from the setpoint value of the voltage of the main rectifier 10 to 50 V. Idle and goes back to zero as soon as the rectifier is loaded. So the open circuit voltage of the main rectifier can be reduced so much that the terminal voltage of the welding rectifier is the permissible amount of 4.2 V when idling.

Die gewünschten Schweißeigenschaften werden, wie schon erwähnt, in Ergänzung der praktisch rechtwinklig verlaufenden statischen Kennlinie (Fig.3) durch Anpassung des Reglers an das jeweils gewünschte dynamische Verhalten erzielt. BeimTropfenfall müßte der Haupttransduktor HT sehr schnell sperren und wieder öffnen, wenn die Stromerhöhung im Moment des Tropfenüberganges sich nicht durch Spritzen des geschmolzenen Werkstoffes und durch Abreißen des Lichtbogens störend bemerkbar machen soll. Zur Entlastung des Transduktors wird daher nach vorliegender Erfindung der Schweißstrom vor dem Ausgang aus dem Gerät durch eine normale Luftspaltdrossel (D in Fig. 2) geglättet. Die Stromwandler Wal und Gleichrichterzellen G., können mit Vorteil ersetzt werden durch einen in Reihe mit der Drossel D geschalteten, gestrichelt gezeichneten Nebenwiderstand Sh in gestrichelt dargestellter Verbindung. Der Aufbau des Gegenstandes nach der Erfindung vereinfacht sich dadurch beträchtlich. Der Nebenwiderstand Sh bietet außerdem den beachtlichen Vorteil einer geradlinigen Abhängigkeit von Belastungsstrom und Spannungsabfall. Auf diese Weise ergibt sich für den Hauptgleichrichter G eine statische Kennlinie, die dem Verlauf nach Fig. 3 entspricht. Es wird dadurch nicht nur die verfügbare Schweißleitung U - J so groß wie möglich gehalten, es ergibt sich auch bei Parallelschaltung mehrerer Schweißgleichrichtereinheiten ohne weiteres eine annähernd gleichmäßige Verteilung der Last.The desired welding properties are, as already mentioned, in Supplement to the static characteristic curve, which runs practically at right angles (Fig. 3) Adjustment of the controller to the respectively desired dynamic behavior achieved. When a drop falls the main transducer HT would have to lock and reopen very quickly when the current increase at the moment of the drop transfer not due to the splashing of the molten material and should make it noticeable by breaking the arc. For relief of the transducer is therefore according to the present invention, the welding current before Output from the device smoothed by a normal air gap throttle (D in Fig. 2). The current transformers Wal and rectifier cells G. can advantageously be replaced by a shunt resistor connected in series with the choke D and shown in dashed lines Sh in the connection shown in dashed lines. The structure of the object according to the This simplifies the invention considerably. The shunt resistance Sh also offers the considerable advantage of a straight line dependence on load current and Voltage drop. In this way, the main rectifier G is static Characteristic curve which corresponds to the curve according to FIG. 3. It doesn't just do that available welding cable U - J kept as large as possible, it also arises if several welding rectifier units are connected in parallel, one without any problems approximately even distribution of the load.

Zusammenfassend ist zu sagen, daß derVorteil der Einrichtung nach derErfindung in dem einfachen und wirtschaftlichen Aufbau aus wartungsfreien ruhenden Bauelementen mit niedriger Steuerleistung und in der stufenlosen Einstellung der Sollwerte von Spannung U und Strom J lediglich durch Betätigung zweier auch für Fernsteuerung geeigneten Potentiometer besteht und daß durch die geringe Leerlaufspannung die Spannung am Haupttransduktor so klein und der Leistungsfaktor so groß sind, daß eine Kompensierung der auftretenden induktiven Blindlast in Fortfall kommen kann. Die Einrichtung nach der Erfmdung ist nicht nur als UJ-Schweißgleichrichter mit Vorteil verwendbar; sie ist ebenso vorteilhaft als Stromquelle für Vakuum-Lichtbogenöfen und für andere Zwecke geeignet, bei denen mit Hilfe des Lichtbogens hohe Temperaturen zu stabilisieren sind.In summary, the advantage of the facility after derErfindung in the simple and economical construction from maintenance-free dormant Components with low control power and in the stepless adjustment of the Setpoint values of voltage U and current J simply by pressing two also for Remote control suitable potentiometer exists and that due to the low no-load voltage the voltage at the main transducer is so small and the power factor is so large, that compensation for the inductive reactive load that occurs is no longer necessary can. The device according to the invention is not only a UJ welding rectifier can be used with advantage; it is also useful as a power source for vacuum arc furnaces and suitable for other purposes where high temperatures with the help of the electric arc are to be stabilized.

Claims

CLAIMS: 1. rectifier arrangement for arc welding and Abschmelzanlagen, which is fed via a transformer from the mains and controlled by a voltage-regulating and current limiting transductor, characterized in that in per se known manner which, for the welding power designed rectifier (main rectifier G) the ignition voltage supplying auxiliary rectifier (G1) is connected in parallel and the open circuit voltages of both rectifiers are selected to be the same and below the ignition voltage and that the auxiliary rectifier (G1) is dependent on a scatter transformer (ST) via regulating devices to generate a temporary ignition voltage when the electrode and workpiece come into contact.

2. Rectifier arrangement according to claim 1, characterized in that a device (VT, SG, ZD, TV, ZR) which keeps the voltage of the main rectifier constant is arranged in the control circuit of the transducer (main transducer HT) of the main rectifier (G).

3. Rectifier arrangement according to claim 2, characterized in that to keep the voltage constant of the main rectifier (G) the working winding of a precursor transducer (VT) via a resistor (R, st) from a voltage equalizer (SG) of a tandem potentiometer (PU) to a control winding ( I) of the main transducer (HT) placed, a second control winding (II) of the main transducer connected in series with a resistor (RP) to a control winding of the pre-stage transducer, a third control winding (III) of the main transducer to a parallel to the second resistor (Rs, tl ) of the tandem potentiometer lying voltage divider resistor (P) is connected and that a second control winding of the pre-stage transducer, which is in parallel with the voltage equalizer on the input side, is connected to the resistor (Rsoat) via a resistor (RS ") which shortens the response time of the pre-stage transducer.

4. Rectifier arrangement according to Claim 3, characterized in that the nominal voltage value is derived from an actual voltage value with the help of a Zener diode (ZD1) and the variable resistors in the actual value and setpoint control circuit of the main transducer are dimensioned so that the effective Control current uses the straight part of the control characteristic of the transducer.

5. Rectifier arrangement according to Claims 1 to 4, characterized in that current limitation with the help of means that keep the reference voltage constant, z. B. a Zener diode (ZD "), made independent of fluctuations in the mains voltage is.

6. Rectifier arrangement according to claim 1, characterized in that for the separation of the no-load and ignition voltage of the auxiliary rectifier (G ) this on the AC side a single-phase transducer in doubler circuit (ET) is connected in parallel and its control windings with a control current determining the open-circuit voltage and with one of the load of the auxiliary rectifier dependent, demagnetizing control current are fed.

7. Rectifier arrangement according to claim 6, characterized in that the load-dependent voltage of a rectifier valve is tapped. B.

Rectifier arrangement according to claim 1, characterized in that the welding current off before the exit the device is smoothed by a throttle (D).

9. Rectifier arrangement according to claim 1, characterized in that the load-dependent voltage required to limit the current is tapped at a shunt resistor. Considered publications: German Auslegeschriften No. 1011095, 1039 159, 1013 372, 1020135; Belgian Patent Nos. 476 972 and 476 982, respectively; U.S. Patent Nos. 2,763,771, 2,785,337; British Patent No. 208165 from 1924; Welding and Metal Fabrication magazine, April 1958, p. 130.