DE1116331B - Arc welding transformer of dormant design with stepless control of the welding current and automatically down-regulated open circuit voltage - Google Patents
Arc welding transformer of dormant design with stepless control of the welding current and automatically down-regulated open circuit voltageInfo
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Description
Lichtbogen-Schweißtransformator ruhender Bauart mit stufenloser Steuerung des Schweißstromes und selbsttätig herabgeregelter Leerlaufspannung Die Erfindung betrifft einen Lichtbogen-Schweißtransformator ruhender Bauart mit stufenloser Steuerung des Schweißstromes und selbsttätig herabgeregelter Leerlaufspannung, wobei dieselbe Transduktordrossel zur Einstellung des Schweißstromes und zur Herabregelung der Leerlaufspannung dient und der Steuerstrom auch vom Schweißstrom abhängig ist.Arc welding transformer of static design with stepless control of the welding current and automatically down-regulated open circuit voltage The invention relates to an arc welding transformer of static design with stepless control of the welding current and automatically downregulated open circuit voltage, the same Transductor choke for setting the welding current and for reducing the Open circuit voltage is used and the control current is also dependent on the welding current.
Es ist bekannt, daß Lichtbogen-Schweißtransformatoren zum Verarbeiten normal umhüllter Schweißelektroden eine stark fallende Stromspannungskennlinie haben müssen, damit der durch den Tropfenfall verursachte Kurzschlußstrom nur unwesentlich größer wird als der Schweißstrom. Die Leerlaufspannung soll im Interesse eines leichten Zündens und Haltens des Lichtbogens möglichst groß sein. Sie darf zur Vermeidung von Unfällen jedoch nicht höher als 70 Volt sein. Auch bei dieser Spannung können noch Unfälle eintreten, wenn in engen Behältern und Kesseln oder auf größeren Stahlbauten geschweißt werden muß. Es ist bekannt, zur Anpassung an diese Betriebsbedingungen bei der Speisung der Schweißelektroden aus einem Wechselstromnetz in den Stromkreis Drosseln einzuschalten, welche die Begrenzung des Kurzschlußstromes auf einen geeigneten Wert bewirken. Ferner sind Einrichtungen bekannt, die den bei Leerlauf gewünschten Verlauf der Kennlinie annähernd erreichen. Dabei werden Relaisschaltungen angewendet oder gleichstromvormagnetisierte Regeldrosseln. Diese Einrichtungen haben den Nachteil einer mangelhaften Betriebssicherheit bewegter Teile bzw. eines unerwünscht hohen Aufwandes und haben sich daher in der Praxis nicht durchsetzen können. Schließlich sind Drosselspulen und auch Transformatoren bekannt, die einen Luftspalt aufweisen.It is known to use arc welding transformers for processing normally coated welding electrodes have a sharply falling current-voltage characteristic must so that the short-circuit current caused by the drop is only insignificant becomes greater than the welding current. The open circuit voltage is intended for the sake of an easy Igniting and holding the arc should be as large as possible. She is allowed to avoid it in the event of accidents, however, do not exceed 70 volts. Even with this tension you can Accidents still occur when in narrow containers and boilers or on larger steel structures must be welded. It is known to adapt to these operating conditions when feeding the welding electrodes from an alternating current network into the circuit Switch on chokes, which limit the short-circuit current to a suitable one Create value. Furthermore, devices are known that the desired when idling Reach approximately the course of the characteristic. Relay circuits are used here or DC-biased regulating chokes. These facilities have the disadvantage poor operational reliability of moving parts or an undesirably high Effort and have therefore not been able to prevail in practice. In the end inductors and transformers are known which have an air gap.
Mit keiner der bekannten Vorrichtungen kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst werden; die vor allem in der selbsttätigen Herabregelung der Leerlaufspannung auf eine für den Schweißer ungefährliche Spannung besteht, wobei die zur stufenlosen Steuerung des Schweißstromes notwendigen Bauteile mitbenutzt werden. Dies wird gemäß der Erfindung auf einfache Weise dadurch erreicht, daß der magnetische Hauptkreis des Transformators und die Transduktordrossel einen Luftspalt aufweisen. Ferner ist es vorteilhaft, daß zur Erzielung hoher dynamischer Steilheit die Arbeitsspule und die Steuerspule in an sich bekannter Weise auf verschiedenen Schenkeln des Transduktorkernes angeordnet sind. Ferner ist es von Vorteil, daß zur Unterdrückung der Rückkopplung von Laststößen auf die Steuerwicklung für die Transduktordrossel in an sich bekannter Weise ein Mantelkern gewählt ist, dessen Mittelkern durch einen Luftspalt unterbrochen ist. Mit Vorteil ist der Transformator als Streutransformator aufgebaut, so daß er den Schweißnennstrom als größtmöglichen Strom abgibt und die Steuerdrossel nur den Steuerbereich zu erfassen braucht. Ferner ist es vorteilhaft, daß zur Verbesserung der dynamischen Eigenschaften und Verringerung von Rüttelgeräuschen infolge von magnetischen Streuflüssen die Arbeitswicklung und die Steuerwicklung der Transduktordrossel zum Teil fest, zum Teil lose miteinander gekoppelt sind. Schließlich ist es vorteilhaft, daß zur Erhaltung der Sinusform des Schweißstromes die Arbeitswicklung auf dem Mittelschenkel der Transduktordrossel angebracht ist.The invention cannot be based on any of the known devices task to be solved; especially in the automatic down regulation the open circuit voltage is safe for the welder, the components required for the continuous control of the welding current are also used will. This is achieved according to the invention in a simple manner in that the main magnetic circuit of the transformer and the transductor choke an air gap exhibit. It is also advantageous that to achieve high dynamic steepness the work coil and the control coil in a manner known per se in different ways Legs of the transductor core are arranged. It is also advantageous that to suppress the feedback of load surges on the control winding for the Transduktordrossel is selected in a known manner, a jacket core whose Central core is interrupted by an air gap. The transformer is advantageous constructed as a scatter transformer, so that it has the nominal welding current as the greatest possible Outputs current and the control throttle only needs to detect the control area. Further it is advantageous that to improve the dynamic properties and decrease of shaking noises as a result of magnetic leakage fluxes the working winding and the control winding of the transductor choke partly fixed, partly loose with each other are coupled. Finally, it is beneficial to maintain the sinusoidal shape of the welding current the working winding on the middle leg of the transducer choke is appropriate.
Unter der Bezeichnung Transduktordrossel wird eine Stelldrossel mit ruhendem Aufbau verstanden, die aus einem Magnetkern mit einer Arbeitswicklung und einer Steuerwicklung besteht. Diese Drossel arbeitet als stromsteuernder, stromgesteuerter Transduktor und braucht nicht wie beim spannungssteuernden, stromgesteuerten Transduktor eine angenähert rechteckige Magnetisierungskennlinie zu besitzen.A regulating throttle with Understood resting structure, consisting of a magnetic core with a working winding and a control winding. This choke works as a current-controlling, current-controlled Transductor and does not need as with the voltage-controlling, current-controlled transducer to have an approximately rectangular magnetization characteristic.
Bei Leistungstransformatoren wird zur Verringerung der Leerlaufverluste dafür gesorgt, daß der magnetische Fluß im Kern keine Luftspaltlängen zu überwinden hat. Die Stoßfugen der Bleche, aus denen der Kern geschichtet ist, werden durch Überlappen der Bleche vernachlässigbar klein gehalten. Der Leerlaufstrom nimmt einen kleinstmöglichen Wert an. Der Schweißtransformator gemäß der vorliegenden Erfindung dagegen soll einen Leerlaufstrom besitzen, der ausreicht, um in einer für den Nennstrom bemessenen Drosselwicklung mit verhältnismäßig kleiner, wirtschaftlicher Windungszahl denSpannungsabfall zu erreichen, der die Leerlaufspannung des Transformators auf einen berührungssicheren Wert herabregelt.In the case of power transformers, it is used to reduce no-load losses made sure that the magnetic flux in the core does not have to overcome any air gap lengths Has. The butt joints of the sheets from which the core is layered are through Overlap of the sheets kept negligibly small. The no-load current takes a value that is as small as possible. The welding transformer according to the present Invention, however, should have an idle current that is sufficient to in a for the rated current rated inductor winding with relatively small, more economical Number of turns to achieve the voltage drop that corresponds to the no-load voltage of the transformer down to a touch-safe value.
Nimmt man einen zulässigen Leerlaufstrom an, läßt sich die EMK des Transformators und die Windungszahl seiner Wicklung berechnen. Es kann dann auch die magnetische Spannung bei Leerlauf und mit ihr die gesuchte Luftspaltlänge berechnet werden.Assuming a permissible no-load current, the EMF of the Calculate the transformer and the number of turns in its winding. It can then too the magnetic voltage at no load and with it the required air gap length is calculated will.
Die Windungszahl der Drosselwicklung ist bei gleichbleibendem Leerlaufstrom und gleichbleibender Induktion abhängig von der Luftspaltlänge im Drosselkern. Da die Leerlaufspannung an der Drossel sich nach dem Leerlaufstrom des Transformators und der Windungszahl der Drosselwicklung richtet, ist die gesuchte selbsttätige Herabregelung der Leerlaufspannung bedingt durch die Luftspaltlängen im Transformatorkern und im Drosselkern.The number of turns of the inductor winding is with constant no-load current and constant induction depending on the length of the air gap in the reactor core. There the no-load voltage at the choke varies according to the no-load current of the transformer and the number of turns of the inductor winding is the automatic one we are looking for Reduction of the open circuit voltage due to the air gap lengths in the transformer core and in the choke core.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Hand der Zeichnung näher erläutert: In Fig. 1 ist zunächst die angestrebte Standkennlinie dargestellt, die von einer Leerlaufspannung von etwa 42 Volt aus steil ansteigt bis annähernd 70 Volt und dann einen stark abfallenden Verlauf nimmt, wobei der Kurzschlußstrom 1K nur unwesentlich größer als der Schweißstrom IN ist. Die strichpunktierte Linie E ist die Eichgerade des Transformators, auf der die zu den verschiedenen Stellungen gehörenden Schweißpunkte liegen. Der Steuerbereich ist mit St bezeichnet.Further details and advantages of the invention are explained in more detail with reference to the drawing: In Fig. 1, the desired level characteristic is shown, which rises steeply from an open circuit voltage of about 42 volts to approximately 70 volts and then takes a steeply falling course, with the Short-circuit current 1K is only insignificantly greater than the welding current IN . The dash-dotted line E is the calibration line of the transformer on which the welding points belonging to the various positions lie. The control area is denoted by St.
Fig. 2 zeigt zur Erläuterung der im folgenden beschriebenen Erfindung eine Schaltung, in der die Steuerung und Regelung durch je eine Drossel geschieht. Der Transformator 1 wird durch einen im Sekundärkreis angeordneten Reihentransduktor 2 mit Gleichrichter 3 und Spannungsteiler 4 gesteuert, entsprechend dem Steuerbereich St in Fig. 1. Zur Herabregelung der Leerlaufspannung dient der Reihentransduktor 5 mit Stromwandler 6 und Gleichrichter 7. Der Kondensator 8 kompensiert den Blindstrom.Fig. 2 shows to explain the invention described below, a circuit in which the control and regulation is done by a throttle. The transformer 1 is controlled by a series transducer 2 with rectifier 3 and voltage divider 4 arranged in the secondary circuit, corresponding to the control area St in FIG. 1. The series transducer 5 with current converter 6 and rectifier 7 is used to reduce the open circuit voltage.
In Fig. 3 ist eine kombinierte Steuer- und Regeldrossel verwendet. Der Hilfsgleichrichter 3 ist dabei ebenfalls auf die Primärseite des Transformators zu verlegen, damit für die Steuerung der Stehdrossel bei belastetem Transformator die erforderliche Spannung vorhanden ist. Der Hilfsgleichrichter wird nach Fig. 3 an die in Reihe geschaltete Primärwicklung des Transformators und Sekundärwicklung des Stromwandlers geschaltet. Bei Leerlauf drosselt der Stromwandler den Steuerstrom des Transduktors auf einen verschwindend kleinen Betrag. Bei Belastung wird durch die in der Wandlerwicklung induzierte Spannung zunächst die Drosselung aufgehoben und dann die Transformatorspannung verstärkt bis zu einem Betrag, der durch die Sättigung des Wandlerkernes bestimmt ist. Am Spannungsteiler wird die dem gewünschten Schweißstrom entsprechende Stromspannungskennlinie eingestellt.In Fig. 3, a combined control and regulating throttle is used. The auxiliary rectifier 3 is also on the primary side of the transformer to be laid so that it can be used to control the standing reactor when the transformer is loaded the required voltage is available. The auxiliary rectifier is shown in Fig. 3 to the series connected primary winding of the transformer and secondary winding of the current transformer switched. When idling, the current transformer throttles the control current of the transducer to an infinitesimally small amount. When under load is through the voltage induced in the converter winding initially lifted the throttling and then the transformer voltage is amplified up to an amount determined by the Saturation of the converter core is determined. At the voltage divider is the desired Welding current corresponding voltage characteristic is set.
Mit dem Aufbau nach Fig. 3, der wesentlich wirtschaftlicher ist als der nach Fig. 2, wird also derselbe Kennlinienverlauf erreicht. Seine praktische Bedeutung erhält dieser Aufbau dadurch, daß der Leerlaufstrom. des Transformators 1 durch Anordnung eines Luftspaltes im Transformatorkern auf die herabgeregelte Leerlaufspannung von z. B. 42 V eingestellt wird. Auf diese Weise ergeben sich für die bestimmte kleinste Zahl von Bauelementen die gesuchten kleinsten Abmessungen. Hilfsgleichrichter 3, Stromwandler 6 und Spannungsteiler 4 brauchen nur für etwa 2 1/o der Leistung der Steuerdrossel 2 bemessen zu werden.With the structure of Fig. 3, which is much more economical than that according to FIG. 2, the same characteristic curve is achieved. Its practical This structure is important because the no-load current. of the transformer 1 by arranging an air gap in the transformer core on the downregulated Open circuit voltage of z. B. 42 V is set. In this way arise for the specific smallest number of components the sought-after smallest dimensions. Auxiliary rectifier 3, current transformer 6 and voltage divider 4 only need for about 2 1 / o of the power of control throttle 2 to be measured.
Bei Anwendung der kombinierten Steuer- und Regeldrossel 2 nach Fig.3 werden in der Steuerwicklung Oberwellen induziert, die nicht wie die Grundwelle durch die Gegenschaltung der Steuerwicklungen kompensiert werden, zu deren Unterdrückung daher an die Klemmen der Steuerwicklung ein Kondensator 9 mit geerdeter Mittelanzapfung zu schalten ist. Dasselbe wird auch ohne Kondensator erreicht, wenn die beiden Arbeitsspulen 10 der Drossel parallel geschaltet werden (Fig. 4). Die Schaltung der Steuerspulen 11 bleibt unverändert.When using the combined control and regulating throttle 2 according to Fig. 3 harmonics are induced in the control winding that are not like the fundamental be compensated by the counter-connection of the control windings to suppress them therefore a capacitor 9 with a grounded center tap at the terminals of the control winding is to be switched. The same thing is achieved without a capacitor if the two work coils 10 of the throttle can be connected in parallel (Fig. 4). The circuit of the control coils 11 remains unchanged.
Die. erforderliche dynamische Steilheit, nämlich das Verhältnis von Leerlaufspannung zu Stoßkurzschlußstrom bzw. Leerlauf-Stoßspannung zu Kurzschlußstrom des Schweißtransformators ist bei Transformatoren mit Transduktorsteuerung besonders zu beachten. Bei Schweißtransformatoren für mehr als etwa 100 A genügt es nicht, daß Arbeitsspule und Steuerspule auf verschiedenen Schenkeln des Transduktorkernes angebracht werden, um mit der damit erzielten Streumöglichkeit des magnetischen Flusses eine Rückwirkung auf den Steuerstrom zu unterdrücken. Es ist notwendig, die Kerne der zwei Drosseln 2 in Fig. 3 zu einem Mantelkern zu vereinigen (Fig.5), wobei die zwei Außenschenkel die zwei Arbeitsspulen 10 tragen und der durch einen Luftspalt unterbrochene Mittelschenkel die Steuerspule 11. Der Luftspalt der Drossel liegt nur im magnetischen Kreis des durch die Steuerwicklung erregten Flusses, der durch die Arbeitswicklung erzeugte Wechselfluß findet seinen Weg in dem aus den Außenschenkeln und den Jochen ohne zwischenliegende Luftspalte geschlossenen magnetischen Kreis.The. required dynamic steepness, namely the ratio of Open-circuit voltage to surge short-circuit current or no-load surge voltage to short-circuit current of the welding transformer is special for transformers with transducer control to be observed. In the case of welding transformers for more than about 100 A, it is not sufficient to that work coil and control coil on different legs of the transducer core be attached to with the achieved scattering possibility of the magnetic To suppress the flow of a reaction on the control current. It is necessary, to combine the cores of the two chokes 2 in Fig. 3 to form a jacket core (Fig. 5), wherein the two outer legs carry the two work coils 10 and the one through one Air gap interrupted middle limb the control coil 11. The air gap of the throttle lies only in the magnetic circuit of the flux excited by the control winding, the Alternating flux generated by the working winding finds its way into that from the Outer legs and the yokes with no air gap between them, closed magnetic Circle.
Die Steuer- und Regeldrossel 2 wird also zur Erreichung der erforderlichen dynamischen Steilheit so gebaut, daß bei unstetigen Stromänderungen ein Streufluß entsteht, der eine Rückwirkung auf den Steuerstrom unterdrückt. Beim Aufbau des eigentlichen Transformators kann von einer Streuwirkung Gebrauch gemacht werden, die den Schweißstrom auf den größten zu erreichenden Strom begrenzt. Dadurch wird eine wesentliche Entlastung der Steuerdrossel erreicht, die dann nur vom größten Schweißstrom (IN in Fig. 1) auf den kleinsten herabzusteuern braucht. Der Kern des Transformators kann ebenso wie bei der Drossel als Mantelkern aufgebaut werden Wie. 6). Ein Teil der Primärwicklung 13 ist fest, der andere Teil lose mit der Sekundärwicklung 14 gekoppelt, wobei die Verteilung von fester und loser Kopplung so getroffen ist, daß der gewünschte größte Schweißstrom erzielt wird.The control and regulating throttle 2 is so built to achieve the required dynamic steepness that a leakage flux is created in the case of discontinuous changes in current, which suppresses a reaction on the control current. When setting up the actual transformer, use can be made of a scattering effect that limits the welding current to the highest current that can be achieved. This results in a substantial relief of the control throttle, which then only needs to be reduced from the largest welding current (IN in FIG. 1) to the smallest. As with the choke, the core of the transformer can be constructed as a jacket core. 6). One part of the primary winding 13 is fixed, the other part loosely coupled to the secondary winding 14, the distribution of the fixed and loose coupling being made such that the greatest desired welding current is achieved.
Die Verwendung eines Mantelkernes für den Transformator hat den Vorteil, daß sich die der Wicklungsanordnung entsprechenden magnetischen Streuflüsse durch Rüttelgeräusche an benachbarten Eisenteilen außerhalb des Eisenkernes kaum bemerkbar machen können. Bei der Drossel nach Fig.5 können die entsprechenden Streuflüsse eine benachbarte eiserne Gehäusewand rütteln. Zur Abschirmung gegen derartige mit Geräusch verbundene Rütte-Lungen werden in geringem Abstand von den auf den Außenschenkeln sitzenden Arbeitsspulen Abschirmbleche 15 angebracht, die durch Haltebügel 16 am Drosselkern befestigt sind. Eine Verringerung der Streuwirkung ergibt sich auch ohne wesentliche Verschlechterung der dynamischen Eigenschaften des Schweißtransformators, wenn ein Teil der Steuerwicklung auf den Außenschenkeln der Drosseln in fester Kopplung mit der Arbeitswicklung aufgebracht wird (Fig. 7).The use of a jacket core for the transformer has the advantage of that the magnetic leakage fluxes corresponding to the winding arrangement pass through Shaking noises on neighboring iron parts outside the iron core are barely noticeable can do. In the case of the throttle according to Fig. 5, the corresponding leakage fluxes shake an adjacent iron housing wall. For shielding against Such noise-related Rütte lungs are at a short distance from the on the outer thighs seated work coils shielding plates 15 attached, the are attached to the throttle core by retaining bracket 16. A reduction in the scattering effect also results without any significant deterioration in the dynamic properties of the welding transformer when part of the control winding is on the outer legs the chokes is applied in tight coupling with the working winding (Fig. 7).
Bei einer Transduktordrossel nach Fig. 7 findet der durch die Arbeitswicklung erzeugte Wechselfluß seinen Weg in dem aus den Außenschenkeln und den Jochen gebildeten magnetischen Kreis. Dadurch wird die Ausbildung von Oberwellen im Schweißstrom begünstigt, die den Nulldurchgang des Stromes abflachen und die Stabilität des Lichtbogens verringern. Durch Vertauschen der Steuerwicklung 11 und der Arbeitswicklung 10, also durch Führung des Wechselflusses über den Luftspalt der Drossel, bleibt die vorteilhafte Sinusform des Schweißstromes erhalten. Außerdem erhöht sich dadurch die bei Leerlauf an der Drossel liegende Spannung, so daß der Leerlaufstrom des Transformators den Nennstrom nur um einen kleinen Betrag zu vergrößern braucht.In the case of a transducer choke according to FIG. 7, the alternating flux generated by the working winding finds its way in the magnetic circuit formed by the outer legs and the yokes. This promotes the formation of harmonics in the welding current, which flatten the zero crossing of the current and reduce the stability of the arc. By interchanging the control winding 11 and the working winding 10, that is, by guiding the alternating flux across the air gap of the throttle, the advantageous sinusoidal shape of the welding current is retained. In addition, this increases the voltage at the choke when it is idling, so that the no-load current of the transformer only needs to increase the rated current by a small amount.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DES58506A DE1116331B (en) | 1958-06-06 | 1958-06-06 | Arc welding transformer of dormant design with stepless control of the welding current and automatically down-regulated open circuit voltage |
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| DES58506A DE1116331B (en) | 1958-06-06 | 1958-06-06 | Arc welding transformer of dormant design with stepless control of the welding current and automatically down-regulated open circuit voltage |
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| DE1116331B true DE1116331B (en) | 1961-11-02 |
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ID=7492588
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|---|---|
| DE (1) | DE1116331B (en) |
Cited By (1)
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1958
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