DE1690590C3 - Vorrichtung zum Herabsetzen der Leerlaufspannung von Lichtbogen-Schweißtransformatoren ' - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Herabsetzen der Leerlaufspannung von Lichtbogen-Schweißtransformatoren mit einem Schweißtransformator und einer Vorrichtung zur Erzeugung einer der Leerlaufspannung entgegenschaltbaren Zusatzspannung.

Lichtbogen-Schweißtransformatoren besitzen normalerweise Leerlaufspannungen, die unter ungünstigen Umständen zur Gefährdung des Schweißpersonals fuhren können. Es ist deshalb üblich, für das Schweißen, z. B. in beengten Räumen, die Leerlaufspannung der Transformatoren auf einen Wert herabzusetzen, der auch unter extrem ungünstigen Bedingungen dem Schweißer nichi gesundheitsgefährdend werden kann. Es sind eine Vielzahl von Vorschlägen gemacht worden, die in der Praxis jedoch alle gewisse Mängel aufweisen.

Man kann die Vorschläge in drei große Gruppen aufteilen:

1. Anordnungen unter Verwendung von Zusatz wicklungen zur Herabsetzung der Spannung, wobei die Zusatzwicklungen auf dem Transformator oder auf Regeldrosseln (s. a. DT-AS 12 15 837) aufgebracht sind, die zu dem eigentlichen Schweißgerät gehören;

2. Anordnung mit Vorwiderständen oder Spannungsteilern auf der Primärseite des Schweißtransformators;

3. Anordnungen mit Widerständen oder Spannungsteilern auf der Sekundär(Schweiß)seite des Schweißtransformators.

Unter den Ausführungen der ersten Gruppe befinden sich befriedigende Geräte; nur ist bekanntlich nicht in jeder Werkstatt, in der Stahl verarbeitet wird, bereits ein Schweißtransformator zu finden, welcher dazu geeignet ist, die unter Punkt 1 genannten Maßnahmen nachträglich vorzunehmen, da dieser Lösungsvorschlag zur Leerlaufspannungsherabsetzung nur bei Schweißgeräten mit einer Regeldrossel anwendbar und nicht auf Schweißgeräte übertragbar ist, bei denen keine Regeldrossel, sondern ein anderes Organ (Widerstände, Halbleiter od. dgl.) zur Schweißstrom- und/oder Spannungseinstellung vorgesehen ist.

Die Anordnung nach Punkt 2 erscheint auf den ersten Blick als vielversprechend. Bei genauerer Betrachtung zeigt sich aber eine grundsätzliche Schwierigkeit: Der dem Primäranschluß des Schweißgerätes vorzuschaltende Widerstand oder Spannungsteiler liefert an seinem Abgriff eine Spannung, die von dem entnommenen Strom abhängt Nun ist es üblich

a) den Transformator möglichst ökonomisch auszulegen, & h. mit wenig Primärwindungen — gleichbedeutend mit einem relativ hohen Magnetisierungsstrom — zu versehen (der Magnetisierungsstrom

ίο hängt überdies in seiner Größe noch sehr stark von der momentan vorhandenen Anschlußspannung ab) und

b) den dem Schweißen inhärenten, induktiven Blindleistungsverbrauch durch sogenannte Kompensations-Kondensatoren auf der Primärseite herabzudrücken.

Unkompensierte Schweißtransformatoren ziehen also einen unkontrollierbar hohen induktiven Blindleerlaufstrom, kompensierte Maschinen einen relativ hohen kapazitiven Blindleerlaufstrom. Das bringt es mit sich, daß der vorzuschaltende Widerstand oder gegebenenfalls Spannungsteiler nicht allgemein vorherbestimmt werden kann.

Bei der dritten Gruppe bestehen die erwähnten Spannungsteiler oder Widerstände aus Bauelementen vorwiegend induktiver Impedanzen (Drosseln) oder aus ohmschen Widerständen.

Durch geeignete Dimensionierung ist es dann immer zu erreichen, daß am Spannungsteilerabgriff die vorgeschriebene Maximal-Leerlaufspannung — im allgemeinen 42 V effektiv — nicht überschritten wird. Diesen Schaltungen haftet der Nachteil an, daß der erste auftretende Kurzschlußstrom (Zündstrom), bedingt durch die Anordnung, immer wesentlich kleiner als der eigentliche Schweißstrom sein muß.

Es läßt sich leicht zeigen, daß der erste Kurzschlußstrom Iko (vor Einsetzen der Automatik) nur einen bestimmten Faktor im Vergleich zum Strom /0 durch den unbelasteten Spannungsteiler annehmen kann.

Dieser Faktor ist

¹KO

Ό ^UO ^usch

oder mit £/₀ = 70V Quellenspannung und L/_SC/,=42V Schutzspannung also

-^²- = 2,5.

Es leuchtet ein, daß aus verschiedenen Gründen der Spannungsteilerstrom nicht sehr hoch gewählt werden kann. In der Praxis neigen dann auch diese Schaltungen dazu, daß die zum Zünden aufgesetzte Elektrode am Werkstück festschweißt (klebt) und damit wenig Zündfreudigkeit zeigt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Herabsetzen der Leerlaufspannung zu schaffen, welche auf jeden bereits vorhandenen Schweißtransformator anwendbar ist und bei Einhalten der erforderlichen Schutzspannung einen brauchbaren Zündstrom liefert. Zur Lösung des Problems wird bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Vorrichtung

ft 5 zur Erzeugung der Zusatzspannung einen Zusatztransformator geringer Leistung aufweist, dessen Primärseite parallel zur Primärse te des Schweißtransformators am Netz angeschlossen ist und dessen Sekundärseite in

Reihe mit der Sekundärseite des Schweißtransformators geschaltet ist Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Zusatztransformator wird es vorteilhaft möglich, bei jedem bereits vorhandenen Schweißgerät eine Herabsetzung der Leerlaufspannung auf ungefährliche Werte zu ermöglichen, und zwar ohne daß am Schweißtransformator oder an dessen Strom- bzw. Spannungseinsteil- und -verstellorganen (Transduktoren oder Widerstände) entsprechende Veränderungen (Zusatzwicklungen od. dgl.) vorgenommen werden müssen.

Durch geeignete Polung der Sekundärseite des Zusatztransformators wird deren Spannung der Quellenspannung des Haupttransformators entgegengeschaltet, so daß zwischen Elektrode und Werkstück als Schutzspannung die Differenz der beiden vorstehend genannten Spannungen auftaucht Der unmittelbar nach dem Aufsetzen der Elektrode auf das Werkstück fließende Zündstrom ist nun bestimmt durch die Schutzspannung, den Innenwiderstand des Haupttransformators und den Widerstand, welcher dem Zusatztransformator vorgeschaltet ist Dieser Widerstand kommt jedoch lediglich in seiner transformierten Form zur Wirkung, d. h., sein ursprünglicher Wert muß mit dem Quadrat des Übersetzungsverhältnisses von Sekundärspannung dss Zusatztransformators zu Primärspannung des Haupttransformators multipliziert werden. Da dieses Übersetzungsverhältnis weseitlich kleiner als 1 ist und damit das Quadrat desselben noch geringer wird, erreicht der wirksame Widerstandswert einen Betrag, der größenordnungsmäßig etwa der/» geringen Widerstand des Haupttransformators entspricht. Bedingt durch die beiden vergleichsweise geringen Widerstandsbeträge kann ohne weiteres ein Zündstrom von über 100 A mit bei dieser Höhe guten Zündeigenschaften erreicht werden.

Die Abschaltung des Zusatztransformators nach Zündung des Lichtbogens kann erfindungsgemäß derart erfolgen, daß die Sekundärseite des Zusatztransformators durch einen Kontakt überbrückbar ist, der durch ein Stromrelais schließbar ist, wobei das Stromrelais durch einen in Reihe mit der Sekundärseite des Hauptschweißtransformators geschalteten Stromwandler steuerbar ist.

Ferner ist es möglich, diesen Kontakt durch einen speziellen Halbleiter zu ersetzen, dessen Eigenschaften denen von zwei Thyristoren in Antiparallelschaltung entspricht, deren Steuerelektroden von einem Hilfskontakt bedient werden. Derartige Halbleiter besitzen die Fähigkeit, bei Anlegen einer geeigneten Steuerenergie in beiden Richtungen Wechselstrom führen zu können.

In der Zeichnung ist zur näheren Erläuterung der Erfindung ein Ausführungsbeispiel dargestellt.

Nach der Zeichnung ist der Haupttransformator einer Lichtbogenschweißanlage mit 10 bezeichnet. Seine Primärseite 11 ist am Wechselstromnetz 12 angeschlossen. Die Verbindung der Sekundärseite 13 mit der Schweißelektrode 14 bzw. dem Werkstück 15 erfolgt durch Leitungsstränge 16 bzw. 17.

Der Primärseite 11 des Haupttransformators 10 ist die Primärseite 18 eines gesonderten Zusatztransformators 19 geringerer Leistung parallel geschaltet. Ein Vorschaltwiderstand 20 dient zur Herabsetzung des Spannungsabfalls an der Primärseite 18 des Zusatztransformators. Die mit 21 bezeichnete Sekundärseite desselben ist in Reihe mit der Sekundärseile 13 des Haupttransformators 10 geschaltet und zwar derart daß die Spannung der Sekundärseite 21 der Spannung der Sekundärseite 13 phasengedreht entgegengerichtet ist. Die Spannungen des Haupttransi'ormators bzw. des Zusatztransformators sind in der Zeichnung durch Pfeile d, a bzw. b veranschaulicht Als Schutzspannung zwischen Elektrode 14 und Werkstück 15 ergibt sich die Differenzspannung c=a — b.

ίο Die Sekundärseite 21 des Zusatztransformators ist durch einen Kontakt 22 überbrückbar, welcher durch ein Stromrelais 23 schließbar ist Das Stromrelais selbst wird durch einen im Stromkreis 16, 17 angeordneten Stromwandler 24 gesteuert, der auf den Schweißstrom nach Zündung des Lichtbogens anspricht. Der Kontakt 22 wir-J daraufhin durch das Relais 23 geschlossen und der Zusatztransformator 19 damit abgeschaltet.

An einem Beispiel sei die Wirkungsweise der im vorstehenden beschriebenen Schaltung erläutert:

Wird die Elektrode 14 auf das Werkstück 15 aufgesetzt (Zünden), dann fließt (bei angenommenem Innenwiderstand 0 des Haupttransformators 10 und sonstigen verschwindend kleinen Verlustwiderständen im Schweißkreis) ein Strom, der durch die Spannung a — bund der transformiertenlmpedanz 20, nun genannt X, bestimmt ist. Bekanntlich transformiert sich eine Impedanz durch einen Transformator mit dem Quadrat der. Übersetzungsverhältnisses, im Beispiel dlb. Der erste Stromstoß beträgt also

Unterstellt man einmal gebräuchliche Werte

a b (c d

70 V,
28 V,
42 V),
380 V,
38 Ohm,

so ergibt sich ein Stromstoß der Größe /au = 203 A.

Bei dieser vereinfachten Rechnung wurde vorausgesetzt, daß der Haupttransformator 10 keinen Innenwiderstand besitzt. In der Praxis wird jedoch der Schweißstrom durch den Innenwiderstand des Trafos /o bestimmt:

/ - "
's — ~n— ■

Um die Verhältnisse beispielsweise abzuschütten, sei

A₀ so gewählt, daß gerade ein Sekundär-Kurzschlußstrom (das entspricht auch etwa dem Schweißstrom) von 203 A flosse (X₀ = 0,345 Ohm). Dann ergibt sich aus der obigen Rechnung für den Stoßkuirzschlußstrom

a_- b

X₀ + X

ti-.d¹

also mit den obigen Werten

Ικη = 127 A.

Es leuchtet ein, daß ein Transformator mit diesem günstigen Verhältnis /^_n : /.vgute Eigenschaften hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Lichtbogenschweißen mit einem Schweißtransformator und einer Vorrichtung zur Erzeugung einer der Leerlaufspannung entgegenschaltbaren Zusatzspannung, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung der Zusatzspannung einen Zusatztransformator (19) geringer Leistung aufweist, dessen Primärseite parallel zur Primärseite (U) des Schweißtransformators (10) am Netz (12) angeschlossen ist und dessen Sekundärseite (21) in Reihe mit der Sekundärseite (13) des Schweißtransformators (10) geschaltet ist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärseite (21) des Zusatztransformators (19) durch einen Kontakt (22) überbrückbar ist, der durch ein Stromrelais (23) schließbar ist, wobei das Stromrelais (23) durch einen in Reihe mit der Sekundärseite (13) des Hauptschweißtransformators (10) geschalteten Stromwandler (24) steuerbar ist