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Anordnung.zur hichtbogenstabilisierung von regelbaren Yehrverfahren-Sch,weißgleichrichtern
T)ie neuzeitliche Lichtbogen-Schweißtechnik verlangt immer häufiger nach einer einzigen
für mehrere Schweißverfahren, wie die Hand-, Sprüh- und Kurzlichtbogenschweißung,
gleich,gut geeigneten Stromquelle.
So ist bereits eine Schweißgleichrichteranordnung
vorgeschletg@Ü '-worden,die im wesentlichen aus einem Wetztransförmatoz'in Spgr-"
Schaltung, einem Gleichrichtertransformator mit zwei gleichenin Reihe oder parallelschaltbaren
Sekundärwicklungen, einem- " Gleichrichtersatz in Drehstrombriickenschaltung und
einer Glättvun9sdrossel aus zwei gleichen, ebenfalls in Reihe oder parall'elschait=
baren Teilwicklungen besteht-. Über eine drehstromseitige Anschnittsteuerung mit
antiparallel geschalteten steuerbaren Ventilen; vorzugsweise Thyristoren, können
der Schweißstrom und die Schweißspannung stufenlos verstellt werden. Diese Schweißgleichrichter-
f` anordnung ist nicht nur für den Hand-, Sprüh- und Kurzlichtbogen-' betrieb gleich
gut geeignet, sondern ermöglicht auch nach einem einfachen Ilmschalt;rcrgang der
Sekundärwicklungen des Gleichrichtertransformators die Speisung von Plasmabrennern
zum Schweißen, Schneiden und Besprühen: Im folgenden soll unter einem Mehrverfahren-Schweißgleichrichter
ein Schweißgleichrichter verstanden werden, der sowohl für den Hand-, Sprüh-, Kurzlichtbogen-
und Plasmabrennerbetrieb'mit@ gleich gutem Erfolg verwendbar ist.
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Eine besondere Schwierigkeit bei der Schaffung derartiger Mehrverfahren-Schweißgleichrichter
ist dadurch gegeben, daß die Glättungsdrossel induktivitätsmäßig nach den Anforderungen
d,es Kurzlichtbogenbetriebes auszulegen ist. Wegen der erforderlichen 'y hohen Stromanstiegsgeschwindigkeiten
(di/dt = U/L bis zu 15G/msj muß die Induktivität der Glättungsdrossel klein,gehalteh,
werden. Trotz dieser Bedingung sind aber auch die dynamischen
Anfordermen
sowohl des Hand-- und Sprühlichtbogen- als auch des Plasmabpennerbetrle es weitgehend
erfüllt. Versuche haben ergeben,_.daß lediglich im üandschweißbetrieb bei Stromstärken,
die ' .kleiner als etwa 20 bis 25 % des Nennstromes sind, eine höhere Induktivtät
der Glättungsdrossel erforderlich ist. Ein Weg zur Verbesserung dieser Verhältnisse
ist durch die Zuschaltung einer Zusatzdrossel in Reihe zur Glättunesdrossel bereits
vorgeschlagen worden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung anzugeben,
mit der. bei Mehrverfahren-Schweißgleichrichtern der Lichtbogen im Handschwei.-1'betrieb
bei den erwähnten geringen @'tromstärken noch besser stabilisiert werden kann.
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Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, da!3 am rcrwei?-gleichrichterausgang
ein 1-;panniingstei'er angebracht und zwischen der Spannungsteilerabzweigung und
de.-. Stromregler ein Vierpo' geschaltet ist*, dergestalt, dan bei der Z#ffnung
der Kurzschlta9iiberbrüekung oder bei einer p1 i@tzlichen r.tna.--me der el:-s tung
des Schweißgleichrichters ein zusätzlicher Strömsollwert auf den Eingang des Stromreglers
geschalt e.t wird: Mit Vor~ei«'ist zur Ein-`.t'r-Stellung der, hältnS (1c1"
erner ist, es--vorteilhaft, da 2 der Vierpo-. ?!lc rintesven#z Zwe' Widerständen
und einem, kondensator begeht, wobei durch die- "ahl .r?er Vierpclelemente
die Dauer und. sie 7.che des zusä@^li.chen Schwertes bestimmt ist. Weiterhin ist
zur VerYinäerung einer zusätzlichen So.lwertaufschal jung 'ei der maximal. aril-iegenden
Lastspannung mixt Vorteil dem Vierpol eine Zenerdicde i ergeschal tet. Schließlich
ist
zur Entkopplung des Regelkreises und der Gleichrichterschaltung mit Vorteil dem
Vierpol eine weitere Diode vorgeschaltet. Weitere Einzelheiten und Vorteile der
Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert.
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-Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer regelbaren Schweißgleichrichteranoränung
für den Mehrverfahrenbetrieb, vorzugsweise den Vierverfahrenbetrieb.
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Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung für die Vortäuschung eines erhöhen
Stromsollwertes für den Stromregler.
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In rig. 1 ist mit 1 ein Netztransformator in Sparschaltung bezeichnet,
der an verschiedene Netzspannungen (beispielsweise 220, 380, 500 V) anschlie;3bar
und mittels eines Umschalters 2 beispielsweise von 220 V auf 110 V umschaltbar ist.
Mit 3 ist ein Drehstromsteller bezeichnet, der in bekannter Weise aus antiparallel
geschalteten steuerbaren Ventilen, beispielsweise Thyristoren, aufgebaut ist. An
den Drehstromsteller 3 ist ein Gleichrichtertransformator 4 angeschlossen, dessen
Sekundärwicklungen aus je zwei gleichen, in Reihe oder parallelschaltbaren
Teilwicklungen
4a und 4b bestehen. Der Gleichrichtertransformator 4 speist,
eine Gleichrichterschaltung, vorzugsweise eine Drehstrombrückenschaltung 5. An den
einen Ausgang der Drehstrombrückenschaltung 5 ist eine Glättungsdrossel 6 angeschlossen,
die aus den beiden Teilwicklungen 6a und 6b, die in Rehe oder parallelschaltbar
sind, aufgebaut ist. In Reihe zur Glättungsdrossel 6 liegt eine Zusatzdrossel 7.
Stram und Spannung der Schweißgleichrichteranordnung 1,3,4,5,6,7 sind ..
über
einen Strbmregler 8 und einen Spannungsregler 9 geregelt.
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Dem cpannungsregler 9 wird vom Sollwertpotentiometer 10.ein stufenlos
verstellbarer Spannungasollwert und von dem positiven Ausgang der. Gleichrchterschaltung
5 der Span=ngsistwert eingespeist. Weiterhin wird dem Spannungsregler 9 auch der
am Sollwertpotentiometer 11 einstellbare Stromsollwert aufgeschaltet. Am Ausgang
des Spannungsreglers 9'erscheint die Stellgröße als-Sollwert für den Stromregler
B. Dem Stromregler 8 wird außerdem der am Nebenwiderstand 12 abgegriffene Stromistwert
eingespeist. Die Stehgröße des Stromreglers 8 wird auf den Eingang des Gittersteuersatzes
13 eingegeben, der die Aufgabe hat, die Thyristoren des Drehs.tromsteller 3 in Abhängigkeit
von einer-Steuergleichspannung mit zeitlicht verschiebbaren Gitterimpulsen zu zünden.
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Zur Kontrolle der richtigen Phasenfolge des speisenden Netzes im Hinblick
auf di-e drehstromseitige Anschnittsteuerung des Dreh-.stromatellers 3, ist parallel
zu den Eingangsklemmen der Schweißgleichrichteranordnung 1, 3,: 4, 5 ein von einem
Drehstrommotor 14 angetriebener Lüfter 15 geschaltet. Der Lüfter 15 wirkt auf ein
Luftklappenrelais 16 ein, dessen Kontakte17, 18 an eine Stromversorgungseinrichtung
19 und den Impulslöscheingang des Gittersteuersat.zes 13 angeschlossen sind. Solange
der Drehstrommotor 14 steht, sich im Hochlaufen befindet oder in Bezug auf die von
Drehstromsteller 3 erforderliche Phasenfolge in-falscher Richtung läuft, wird auf
den Impulslöscheingang des Gittersteuersatzes 13 über das Luftklappenrelais 16 eine
positive Spannung angeschaltet, die die Gleichspannung Ud an der Gleiehrichterschaltung
5 sperrt. Die °tromversorgungseinrichtung 19 dient zur zentralen Speisung des Gittersteuersatzes
13, des Stromreglers 8, des Spannungsreglers 9, sowie der Sollwertpotentiometer
für Strom 11 und Spannung 10
mit Gleichstrom bzw. mit den.Steuerwechselapannungen.
Die in Figur 1 dargestellte Sahweißgleichrichteranordnung 1, 3, ¢, 5,6,7 ermöglicht
sowohl den Hand- und Sprühlichtbogenbetrieb (Netztransformator 1 an 220 V, Teilwicklungen
4a und 0, 6a und 6b parallelgeschaltet), als auch den Kurzlichtbogenbetrieb (Netz-
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transformator 1 an 110 V , Teilwia#lungen 4a und 4b, 6g uPd 6b parallelgeschaltet)
als auch den Plasmabrennerbetrieb (Netztransformator an 220 V, Teilwicklungen 4g
und 4b, 6a und 6b in Reihe geschaltet) mit gleich gutem Erfolg. Lediglich im Handschweißbetrieb
bei einer Schweißstromstärke Id kleiner als etwa 0,20 bis 0,25 % der NenpuahWeißstromstärke
Idn ist die Induktivität der Glättungedrossel 6, die nduktivitätsmäßig für den Kurzlichtbogenbetriab
ausgelegt ist, nicht mehr groß genug. Für diesen Betriebsfall iut die Zusatzdrosuel
7 vorgesehen, die zur Glättungsd.rossel 6 in Reihe geschaltet ist und etwa den dreifachen
Induktivitätswert besitzt, wie die Glättungsdrossel 6. Da nun aber erfahrungsgemäß
eine Stromregelung bei Teilströmen nicht nur mit größeren Abweichungen behaftet
ist, sondern auch die Regelzeiten bei kleiner werdenden Strömen ein reziprokes Verhalten
zeigen, wird der stabile Handschweißbetrieb bei Schweißströmen 1d< 0,25 Idn sehr
erschwert. Hinzukommt noch, daß der Lichtbogen bei Teilströmen eine geringere thermische
Zeitkonstante J besitzt und aus diesem Grunde eine schnellere Regelung als bei hohen
Strömen erfordert. Neben der bereits beschriebenen Abhilfe mit der Reihenschaltung
der Zusatzdrossel 7 zur Glättungsdrossel 6 fuhrt erfindungagemäß.folgender Weg zu
einer wesentlichen Ver-
Besserung der Lichtbogenstabilisierung im
Teilstrombereich: Dem Stromregler 8 wird während eines Überganges vom Kurzschluß
in den Leerlauf oder während einer plötzlichen Stromentlastung ein erhöhter Stromsollwert
vorgetäuscht.
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Eine Schaltung zur Vortäuschung eines erhöhten Stromsollwertes ist
in Fig. 2-dargestellt. In Fig.,2 sind die gleichen Teile mit den gleichen Ziffern
wie in Fig. 1 versehen.
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Mit 20 ist eine Kurzschlußüberbrückung bezeichnet, die die
Kurzschließung der Schweißstromquelle durch die Schweißelektrode veranschaulicht.
An den Ausgangsklemmen der Gleichrichterschaltung 5 ist ein Spannungsteiler 21 angeschlossen,
der beispielsweise aus den ohmschen Widerständen 22 und 23 aufgebaut oder auch als
Potentiometer'ausgeführt sein kann. An die Spannungsteilerab-.zweigung 24 ist eine
Zenerdiode 25 angeschlossen, die über eine 1-
Diode r Diode 26 zum Eingang
eines Vierpols f@ihrt, der beispielsweise aus den Widerständen 2.8, 29 und dem Kondensator
30 aufgebaut sein kann. Anstelle der dargestellten Vierpolelemente kann auch eine
Vierpolkette aus in Reihe geschalteten ohmschen Widerständen und Querkapazit4ten
verwendet werden. Der Ausgang des Vierpols 27 ist mit dem Eingang des Stromreglers
8 verbunden.
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Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 2 ist folgende: Beim Aufheben
des Kurzsciaußes an der Kurzschlu?überbrückung bei 20 oder bei einer schnellen Abnahme
der Belastung wird die in den Kreisinduktivitäten, beispielsweise in der Glättungsdrossel
6 gespeicherte Energie frei. Die hierbei entstehende Überspannung wird über den
Spannungsteiler 21 und den Vierpol 27 auf den Eingang des Stromreglers 8 als erhöhter
°tromsollwert aufgeschaltet.
Hierdurch wird der Proportionalsprung
des Stromreglers 8 erhöht. Der Kondensator 30-verlängert die Wirksamkeit des zusätzlich
aufgeschalteten Sollwertes. Die Zenerdiode 25 verhindert, daß bei der maximal vorhandenen
Lastspannung ein zusätzlicher Sollwert in den Stromregler 8 eingespeist wird. Die
Diode 26 hat lediglich Entkopplungsaufgaben. Mit der Änderung des Widerstands.-verhältnisses-.2-2,
23 läßt sich der Eingriffswert der Sollwertaufschaltung und mit der Wahl der Vierpolelemente
28, 29, 30 die Dauer und die Höhe des zusätzlichen Stromsollwertes einstellen.
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f Anstelle an den Ausgangsklemmen der Gleichrichterschaltung 5, könnten
die Teilerwiderstände 22, 23 auch an den Klemmen der Glättungsdrossel 6 angeschlossen
sein.
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Ferner kann anstelle eines erhörten Stromsollwertes natürlich auch
dem Spannungsregler 9 ein erhöhter Spannungssollwert vorgetäuscht werden. Ferner
ist es*möglich, die Vortäuschung eines erhc:hten Scllwertes durch die Vortäuschung
eines niedrigeren
Strom- oder Spannungsistwertes zu ersetzen.
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Abschließend sei noch ein weiteres Mittel zur hichtbogenstabili-.
sierung im Teilstrombereich erwähnt: Die Verwendung eines an sich
bekannten
Funktionsgenerators (aktiver Vierpol) zur linearisierung. oder eventuellen Anhebung
der Streckenverstärkung-bei kleineren
Nennströnen. 2 Figuren 5 Patentansprüche