DE1904737A1

DE1904737A1 - Wechselstrom-Transformator und Stromquelle mit einem Transformator

Info

Publication number: DE1904737A1
Application number: DE19691904737
Authority: DE
Inventors: Landis George Gideon
Original assignee: Lincoln Electric Co
Current assignee: Lincoln Electric Co
Priority date: 1968-02-02
Filing date: 1969-01-31
Publication date: 1969-09-11
Also published as: FR2001270B1; SE366421B; DE1904737B2; BE726666A; JPS5613010B1; DE1904737C3; FR2001270A1; GB1261073A; US3535617A

Description

Wechselstrom-'Transformator und Stromquelle mit einem

Transformator

Die Erfindung "betrifft einen Wechselstrom-Transformator sowie eine Stromquelle mit einem Transformator, dessen sekundärseitige Ausgangsspannung durch Auswahl verschiedener Zapf- bzw. Abgriffsstellen der Sekundärwicklung veränderlich ist.

Insbesondere betrifft die Erfindung Stromversorgungseinrichtungen unter Verwendung von Dreiphasentransformatoren, die zur Speisung einer elektrischen Lichtbogen-Schweißelektrode über einen Vollweggleichrichter Verwendung finden, obwohl die Erfindung hierauf nicht beschränkt ist, sondern auch in Verbindung mit bestimmten einphasigen Transformatoren oder mit anderen Transformatoren zur Anwendung kommen kann, die als Gleichstromquelle auf anderen Anwendungsgebieten verwendbar sind.

Die für die Speisung einer elektrischen Lichtbogen-Schweißelekbrode verwendeten Transformatoren arbeiten normalerweise mit Ausgangsspannungen, die zwischen 15 unl 60 Volt oinsbell-

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bar sind, wobei die Stromwerte zv/ischen einem Mindestwert von 50 Ampere und einem Maximalwert von 1.000 Ampere oder darüber variieren. Im allgemeinen liegen die Stromwerte zwischen 100 und 600 Ampere. Die- Transformatoren werden üblicherweise primärseitig an ein dreiphasiges Anschlußnetz angeschlossen, dessen Spannung in einigen Fällen 110 "Volt, im allgemeinen Jedoch etwa 220 oder 440 YoIt beträgt. Je nach der KVA-Nennleistung weisen die Primär- und Sekundärwicklungen der meisten wirtschaftlich arbeitenden Transformatoren einen Spannungswert je Einzelwindung auf, der größer als 2 Volt ist. Die Sekundärwicklungen können entweder in Dreiecks- oder in Sternschaltung mit den Eingangsklemmen des Vollweggleichrichters verbunden sein, dessen Ausgangsseite an die Elektrode bzw. das Werkstück angeschlossen ist. Transformatoren dieser Art haben gewöhnlich bei veränderlicher Stromstärke eine konstante Ausgangsspannung.

Bei zahlreichen Lichtbogen-Schweißverfahren, die mit konstanter Spannung arbeiten, ergibt sich die Notwendigkeit einer genauen Einstellung der Spannung. Es hat sich jedoch gezeigt, ™ daß die Einstellung der Ausgangsspannung des Transformators in solch hinreichend kleinen"Spannungsstufen, wie dies zur Erzielung der gewünschten genauen Ausgangsspannung erforderlich ist, erhebliche Schwierigkeiten mit sich bringt. Es ist natürlich bekannt, die Sekundärseite des Transformators zur Einstellung der Spannung anzuzapfen. Da jedoch die Spannung an jeder /Jindung der Sekundärwicklungen des auf hohe Nennleistung ausgelegten Transformators im allgemeinen mehr als

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3 Volt beträgt, läßt sich die Ausgangsspannung bzw. die Lichtbogenbrennspannung nur in solch großen Stufen einstellen.

Bei mehrphasigen Transformatoren hat man es bisher stets als notwendig angesehen, bei der Spannungseinstellung die Abgriffsstellen gleichzeitig an jeder einzelnen Phasenwicklung zu verändern, so daß die Ausgangsspannung der einzelnen Wicklungen untereinander gleich war.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden, an der Primärseite des Transformators Abgriffsstellen vorzusehen, so daß Je primärseitige Windungsänderung Einstellstufen erhalten werden, die proportional dem Untersetzungsverhältnis des Transformators sind. Eine solche Ausführung des Transformators ist jedoch wegen der Gefahr, die mit den auf der Hochspannungsseite des Transformators vorzunehmenden Änderungen verbunden ist, sehr unzweckmäßig. Außerdem führt jede Änderung in der Anzahl der .findungen an der Primärseite zu einer Veränderung der magnetischen Sättigung des Transformatorkerns.

Es ist auch bereits bekannt, einen sekundärseitig mit Abgriff sstellen versehenen Zusatztransformator in Reihe mit der Sekundärwicklung eines Haupttransformators mit geringerer Spannung je sekundärseitige Einzelwindung zu schalten, wobei die Spannung dieses Transformators je nach seiner Phasenlage zu dem Eaupttransformator entweder addiert oder subtrahiert wird.

In diesem Zusammenhang ist es auch bekanntgeworden, einen

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zweiten Transformator so anzuordnen, daß er parallel zu einem Abschnitt der Sekundärwicklung des Haupttransformators geschaltet ist. Der Zusatztransformator weist an seiner Wicklung eine größere Anzahl an freigelegten Windungen auf, so daß zusätzlich zu der durch Wechsel der Abgriffsstellen am Haupttransformator erzielten Grobeinstellung eine Feineinstellung in sehr kleinen Spannungsstufen mit Hilfe eines an den. freigelegten Windungen beweglichen Gleitkontakts vorgenommen werden kann. Solche mit einem zweiten Transformator ausgerüstete Vorrichtungen sind jedoch vergleichsweise kosten- und raumaufwendig.

Der Erfindung liegt vornehmlich die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Wechselstrom-Transformator bzw. eine Stromversorgungseinrichtung, insbesondere für das Lichtbogenschweißen, zu schaffen, mit der die vorgenannten Nachteile auf einfache Weise vermieden werden können.

Die Erfindung geht von einem Wechselstrom-Transformator aus, dessen Kern mindestens ein Paar Außen- und Mittelschenkel und ψ dieselben endseitig magnetisch verbindende Brücken- bzw. Jochteile aufweist, wobei auf dem Mittelschenkel die eine Mehrzahl an Windungen-umfassende Sekundärwicklung angeordnet ist. Gemäß der Erfindung weist die Endwindung der Sekundärwicklung einen Endabgriff und einen Zwischenabgriff auf, dessen Abstand von dem Sndabgriff kleiner ist als die halbe Länge dieser Endwindung. Dabei ist der Anschluß einer dieser Abgriffe durch eine in Nähe iss Abgriffs befindliche Durchführung bzw. Öff-

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nung des Jochteils od.dgl. hindurchgeführt.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die genannte Endwindung mehrere Zapfstellen bzw. Abgriffe, vorzugsweise drei Zwischenabgriffe auf, die zwischen dem Endabgriff und einem am Anfang der zweiten Windung befindlichen Abgriff angenähert in gleichen Abständen angeordnet sind. Die Anschlüsse zweier einander nicht benachbarter Abgriffe sind hierbei jeweils durch eine dem Abgriff benachbarte Öffnung des Jochteils nach außen herausgeführt. "Vorzugsweise ist die Anordnung so getroffen, daß jeder Abgriff an einen zugeordneten Kontakt eines Schalters od.dgl. angeschlossen ist.

Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal der Erfindung weist die zweite Windung der Sekundärwicklung einen Sndabgriff auf, der gegenüber einem Endabgriff am Anfang der dritten Windung isoliert ist. Die zweite. Windung ist hierbei mit einem zwischen ihrem Anfangs- und Endabgriff liegenden Mittelabgriff,versehen, wobei die drei Abgriffe der zweiten Windung an die Kontakte eines Wählschalters od.dgl. angeschlossen sind, dessen Schaltglied mit dem Endabgriff der dritten Windung verbunden ist. Der Endabgriff der ersten Windung, deren Zwischenabgriffe und der Abgriff am Anfang der zweiten Windung sind ebenfalls an die Kontakte eines Wählschalters angeschlossen, so daß die Ausgangsspannung der Sekundärwicklung in Stufen verstellbar ist, die kleiner sind als die Spannung an den einzelnen Windungen der Wicklung.

Weiterhin ist gemäß der Erfindung eine Ausführung des Traris-

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formators vorgesehen, der sich dadurch kennzeichnet, daß die Außenschenkel des Kerns ebenfalls Sekundärwicklungen tragen und daß ein Zweiweg-Brückengleichrichter vorgesehen ist, dessen Eingangsklemmen jeweils an einen Abgriff an einer dieser Sekundärwicklungen angeschlossen ist. Hierbei sind weitere Abgriffe dieser Sekundärwicklungen in Sternschaltung verbunden. Zur Änderung der Ausgangsspannung des Gleichrichters ist eine Einstellvorrichtung vorgesehen, mit der sich die Spannung an der einen Wicklung gegenüber derjenigen an der bzw. den anfe deren Wicklungen ändern läßt.

Nach Vorstehendem stellt es somit ein wesentliches Merkmal der Erfindung dar, daß die Sekundärwicklung am Mittelschenkel des Kerns eine Endwindung mit einer Anzahl an Zapf- bzw. Abgriff sstellen aufweist, von denen mindestens eine über eine durch das Jochteil des Kerns hindurchführende Leitung nach außen herausgeführt ist. Ein solcher Transformator kann als einphasiger oder mehrphasiger Transformator ausgebildet sein. In jedem Fall ist die Spannung zwischen den genannten Abgriffsfc stellen kleiner als die Spannungen über den Einzelwindungen der Sekundärwicklung.

Weiterhin ist erfindungsgemäß eine in der Spannung veränderbare Gleichstromquelle mit einem mehrphasigen Transformator und einem Gleichrichter vorgesehen, der für jede Phase eine Eingangsklemme sowie gemeinsame Ausgangsklemmen mit positivem bzw. negativem Potential aufweist, wobei für jede Phase eine oekundärwickLung inib jeweils einer Vielzahl an Windungen und einer Ait.::'ihl an abgriffen vorgesehen ist und wobei feimer

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ein Abgriff einer jeden Wicklung an eine zugeordnete Eingangsklemme des Gleichrichters angeschlossen ist, während weitere Abgriffe der Wicklungen unter Herstellen einer Sternschaltung der Wicklungen untereinander verbunden sind. Erfindungsgemäß ist hierbei eine "Vorrichtung vorgesehen, mit der der Anschluß von zumindest einem Abgriff an einer der genannten Wicklungen mit einem anderen Abgriff dieser Wicklungen vertauschbar ist, derart, daß die Ausgangsspannung des Gleichrichters in Spannungsstufen verstellbar ist, die kleiner sind als die Spannungen über einer jeden Einzelwindung der Sekundärwicklung.

Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, mit der sich eine Grobeinstellung der Spannung vornehmen läßt. Zu diesem Zweck sind erfindungsgemäß die Wicklungen mit Grobeinstell-Abgriffen versehen, die an Klemmen so angeschlossen sind, daß mit Hilfe eines einzigen Kurzschlußgliedes die genannten Abgriffe an den verschiedenen Wicklungen so zusammengeschaltet werden können, daß die maximale Spannungsdifferenz zwischen der Spannung einer jeden Wicklung niemals größer ist als die Spannungen ^: je Einzelwindung der 'wicklungen. Dies läßt sich in baulich zweckmäßiger "/eise dadurch erreichen, daß eine Klemmleiste od.dgl. mit zv*ei Kontaktreihen vorgesehen ist, in denen die Kontakte untereinander in gleichen Abständen angeordnet sind, wobei die Kontakte in der zweiten Seihe mit den zwei benachbarten Kontakten der ersten Heine ein gleichschenkliges Dreieck bilden. Die Kontakte sind hierbei fortschreitend von dem einen ünde der Klemmleiste od.dgl. an entsprechende, stufen-

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weise versetzt angeordnete Kontakte der Wicklungen angeschlossen, derart, daß mit Hilfe der Kurzschlußplatte od.dgl. jeweils drei benachbarte Kontakte aus den beiden Kontaktreihen untereinander verbunden werden können.

Wie erwähnt, wird erfindungsgemäß die Möglichkeit geschaffen, die Ausgangsspannung eines Transformators in Stufen einzustellen, die kleiner sind als die Spannungsbeträge je Windung der Sekundärwicklung. Die Einstellungen erfolgen dabei auf der Sekundärseite des Transformators. Weiterhin besteht die Möglich-) keit, bei einem mehrphasigen Transformator die Ausgangsspannung in sehr kleinen Stufen in verhältnismäßig weiten Grenzen zu ändern.

In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Stromquelle gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch, teilweise in perspektivischer Darstellung;

Fig. 2, 3 und 4 Vektordiagramme und Spannungs-Zeitdiagramme, aus denen die Spannung-en über den Einzelwicklungen bei den unterschiedlichen Sekundärwicklungen sowie die durchschnittliche Ausgangsspannung der Stromquelle zu ersehen sind.

Die Zeichnung, in der das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, läßt in Fig. 1 einen Transformator T zur Umspannung der Leitungsspannung in die gewünschte Arbeitsspannung, ferner einen Gleichrichter R zur Gleichrich-

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tung des Transformator-Ausgangsstromes in Gleichstrom sowie eine Klemmenleiste S od.dgl. erkennen, die mit einer Kurzschlußplatte P zusammenwirkt. Die letztgenannten Bauteile dienen zur Grobeinstellung der Ausgangsspannung des Transformators , während die Feineinstellungen mit Hilfe von Schaltern SWl und SW2 erfolgen.

Der Transformator T kann für eine beliebige Anzahl an Phasen eingerichtet sein. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Dreiphasen-Wechselstrom-Transformator, dessen Kern drei parallel zueinander angeordnete Schenkel 11, 12 und 13 aufweist, die endseitig über ein oberes und ein unteres Brücken- bzw. Jochteil 14 bzw. 15 magnetisch verbunden sind. Jeder Schenkel 11, 12 und IJ weist eine (nicht dargestellte) Primärwicklung und eine Sekundärwicklung 1 bzw. 2 bzw. 3 auf.

Der Aufbau des Kerns und seine Abmessungen werden vor allem yon der KYA-Leistung des Transformators bestimmt. Die Primärwicklungen können jede beliebige Windungsanzahl aufweisen, wie dies unter Berücksichtigung der KVA-Leistüng und der Leitungsspannung üblich und in wirtschaftlicher Hinsicht zweckmäßig ist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Transformator auf eine Leistung von angenähert 30 KVA bei 440 Volt Speisespannung des dreiphasigen Wechselstroms ausgelegt. Hierbei weist jede Primärwicklung vierunddreißig Windungen auf.

"Die Sekundärwicklungen 1, 2 und 3 repräsentieren jeweils eine Phase des dreiphasigen Transformators; sie können jeweils mit

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der zugeordneten Primärwicklung zusammengewickelt sein oder auch unterhalb oder seitlich der Primärwicklung angeordnet werden. Die Sekundärwicklungen 1, 2 und 3 weisen vorzugsweise dieselbe Windungsanzahl ab, die ihrerseits abhängig ist von der gewünschten Ausgangsspannung des Transformators T. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist jede Sekundärwicklung sechs Windungen mit einer Windungsspannung von 3»9 Volt auf, so daß die Gesamtspannung über der Wicklung jeweils 23j4 Volt beträgt. Diese Wicklungen sind vorzugsweise in ™ Sternschaltung verbunden, so daß die effektive Spannung Je Phase 40,5 und die Scheitelspannung 57,3 Volt betragen,

Der Gleichrichter R ist von herkömmlicher Ausführung; er weist sechs Dioden 30 auf, die in Standard-Dreiphasen-Brückengleichrichterschal tung mit drei Eingangsklemmen 31» 32 und und mit einer gemeinsamen positiven bzw. negativen Ausgangsklemme 34 bzw. 35 verbunden sind. Die beiden Ausgangsklemmen 34 und 35 sind an die positive bzw. die negative Klemme 36 bzw. 37 der Stromzuführung angeschlossen. Die Klemme 31 ist W an einen oberen Endabgriff Zl der Spule 1 angeschlossen, während die Klemme 33 mit dem oberen Endabgriff Z3 der Spule 3 verbunden ist. Die Klemme 32 ist dagegen an einen Arm 42 eines Wählerschalters SWl angeschlossen, dessen Kontakte mit den verschiedenen Zapfstellen bzw. Abgriffen der iificklung 2 In Verbindung stehen.

Die Wicklungen 1, 2 und 3 weisen jeweils einen unteren Endabgriff A und an jeder darüberliegendea Wijiung einen Zwischenabgriff auf, die für die Wicklung 1 ait; Bl, Gl, Dl₁ El, für. die Wicklung 2 mit B2, C2, D2, E2 und für die Wicklung 3 mit

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B3, 031 D3» E3 bezeichnet sind.

Die Klemmenleiste S ist mit einer Anzahl an Klemmen bzw. Kontakten versehen, die in zwei horizontalen Reihen angeordnet und mit den Abgriffen der Wicklungen 1, 2 und 3 verbunden sind. Die Kontakte tragen die Bezugszeichen derjenigen Abgriffe, mit denen sie in Verbindung stehen. Die Kontakte der oberen Reihe sind in horizontaler Richtung in gleichen Abständen zueinander angeordnet, während die Kontakte der unteren Reihe zu denjenigen der oberen Reihe versetzt so angeordnet sind, daß sie jeweils mittig zwischen zwei Kontakten der oberen Reihe liegen, derart, daß der Abstand zwischen einem oberen Kontakt und dem hierzu am nächsten liegenden unteren Kontakt von dem Abstand zweier benachbarter Kontakte der oberen Reihe abweicht. Demgemäß bilden jeweils zwei Kontakte der einen Reihe mit dem benachbarten Kontakt der anderen Reihe ein gleichschenkliges Dreieck, an dessen Eckpunkten die Kontakte angeordnet sind.

In der Reihenfolge von links nach rechts sind die Kontakte der beiden Reihen so an die Abgriffe angeschlossen, daß· der : erste Kontakt an den Abgriff Al, der darunterliegende zweite Kontakt an den Abgriff A2, der darüberliegende folgende Kontakt an den Abgriff A3, der vierte Kontakt an den Abgriff Bl, der fünfte Kontakt an den Abgriff B2, der sechste Kontakt an den Abgriff B3 usw. angeschlossen ist. An der Klemmenleiste ist daher jedem Abgriff Al bis El bzw. A2 bis E2 bzw. A3 bis E3 jeweils ein Kontakt bzw. eine Klemme zugeordnet.

Die Kurzschlußplatte P besteht aus einem flachen Kupferblech,

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welches mit drei öffnungen versehen ist, so daß diese Öffnungen jeweils mit drei benachbarten, in Dreiecksanordnung ange- ordneten Kontakten fluchten. Über die Platte P können daher jeweils drei Abgriffe der Wicklungen 1, 2 und 3» z.B. die Abgriffe bzw. Kontakte Al, A2, A3 zusammengeschlossen werden, wobei in diesem Fall die Wicklungen 1, 2 und 3 untereinander dieselbe Windungsanzahl aufweisen. Andererseits kann die Platte P, wie in Fig. 1 gestrichelt dargestellt, umgekehrt werden, so daß nun die Kontakte A2, A3 und Bl zusammengeschlos- ^ sen werden, wobei in diesem Fall die Wicklung 1 um eine Win-. dung kleiner ist als die Wicklungen 2 und 3. Bs ergibt sich daher, daß in jeder möglichen Stellung der Platte P entweder sämtliche über die Platte verbundenen Wicklungen untereinander dieselbe Windungsanzahl haben oder aber um eine Windung voneinander abweichen. Die an den Wicklungen jeweils abgegriffenen Spannungen überlagern sich, wobei sich am Gleichrichter R eine- Durchschnittsspannung einstellt«

Mit der Verstellung der Platte P in der vorstehend beschrie- ^ benen Weise läßt sich somit eine Grobeinstellung der Ausgangsspannung des Transformators innerhalb weiter Grenzen vornehmen. Um zugleich eine Feineinstellung zu ermöglichen, ist die Wicklung 2 aus zwei Wicklungsabschnitten aufgebaut, und zwar der Hauptwicklung, die vier Windungen umfaßt, und einer Zusatzwicklung, welche aus den beiden Windungen 4-9 und 50 besteht. Die obere Windung 50 weist einen Endabgriff Z2 sowie Zwischenabgriffe Z'2, Z"2, Z"'2 und Y2 auf, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils um eine viertel Windung in Richtung auf den Abgriff A2 versetzt angeordnet sind. Der Abgriff Y2

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liegt demgemäß um eine volle Windung versetzt zu dem Endabgriff Z2. Von dem Abgriff Y2 ausgehend, weist die nächstfolgende Windung 49 einen Abgriff Y"2 auf, der um die halbe Windungslänge versetzt zu der;': Abgriff Y2 angeordnet ist. Die Windung 49 endet an dem Endabgriff X2. Die nächstfolgende Windung 48 weist einen Endabgriff E2 auf, der mit einem Anschluß bzw. einer Klemme X2 fluchtet, jedoch gegenüber diesem isoliert ist. Die Wicklung setzt sich dann in gleichmäßigen Windungen nach unten fort, wobei sie in der beschriebenen Weise an den Stellen D2, 02, B2 und A2 angezapft ist. Die Gesamtanzahl der Windungen der Wicklung 2 entspricht derjenigen der Wicklungen 1 und 3> wobei jedoch die beiden oberen Windungen 49 und 50 von den übrigen Windungen getrennt und in der genannten V/eise abgegriffen sind.

Die Abgriffe der Windung 49 sind mittels eines Wählerschalters SW2 wahlweise an den Endabgriff E2 anschließbar. Der Endabgriff E2 ist mit dem Arm 60 od.dgl. des Schalters SV/2 verbunden. Die "drei Kontakte dieses Schalters sind an die verschiedenen Abgriffe di.eser Windung angeschlossen, derart, daß der Abgriff X2 mit dem Kontakt X22, der Abgriff Y"2 mit dem Kontakt Y"22 und der Abgriff X2 mit dem Kontakt Y22 sowie mit dem Kontakt Y24 des Schalters verbunden ist. Ferner sind der Abgriff Z¹¹'2 mit dem Kontakt Z¹" 24, der Abgriff Z"2 mit dem Kontakt Z"24, der Abgriff Z·2 mit dem Kontakt Z■24 und der Endabgriff Z2 mit dem Kontakt Z24 des Schalters SWl verbunden.

Erfindungsgemäß sind die Abgriffe Z"'2 und Z¹2 mit den ihnen zugeordneten Kontakten über isolierte Leitungen 24 und 25 ver-

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bunden, die, wie Fig. 1 erkennen läßt, durch Löcher 26 und in dem oberen Jochteil 14 des Kerns nach oben herausgeführt sind.

Bei dieser Anordnung ist somit die Spannungsdifferenz zwischen Abgriff Z2 und Abgriff Y"2 gleich der Hälfte der über jeder Windung dieser Wicklung liegenden Spannung, so daß die Ausgangsspannung der Vvicklung 2 durch entsprechende Einstellung des Armes 60 des Schalters SW2 in Stufen verstellt werden kann, die gleich der halben Windenspannung der Wicklung 2 ist.

Ferner ergibt sich, daß die Spannungsdifferenz zwischen Abgriff Z2 und Abgriff Z*2 sowie zwischen Abgriff Z "2 und Abgriff Z'2 gleich dem vierten Teil der über „jeder Windung der Wicklung 2 liegenden Spannung ist,, Entsprechend ist die Spannungsdifferenz zwischen den Abgriffen Z^SII2 und Z"2 gleich ein Viertel der über der Gesamtwindung liegenden Spannung. Durch Betätigen des Schalters SWl kann die Spannung an seinem Arm 42 demgemäß in Stufen verstellt werden, die de*Q vierten Teil der über der Einzelwindung liegenden Spannung entspricht.

Palis, wie bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, die Spannung über jeder Windung des Transformators 3»9 Volt beträgt, ist demgemäß die Spannungsdifferenz zwischen den einzelnen Kontakten des Schalters SWl 0,975 VoIt₀ Diese Spannungsdifferenz ist so klein, daß selbst bei Verwendung eines verhältnismäßig einfachen Schalters ein Schalten unter Last ohne weiteres möglich ist_c

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Durch entsprechende Einstellung der Eontaktplatte P an den Kontakten der Tafel oder Leiste S läßt sich überdies eine Grob-Spannungseinstellung von jeweils 5,9 Volt erreichen. Da über die Platte P nur jeweils drei, benachbarte Kontaktstifte zusammengeschlossen werden können, ist die maximale Spannungsdifferenz , die zwischen den Endabgriffen Zl, Z2 und Z$ erhalten werden kann, entsprechend 3j9 Volt.

Bei den herkömmlichen Dreiphasen-Transformator- und Gleichrichterkombinationen sind die Spannungsdifferenzen zwischen den drei Eingangsklemmen des Gleichrichters stets untereinander gleich. Im Gegensatz hierzu läßt sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch entsprechende Wahl und Einstellung der Abgriffe die Spannung an. jedem Klemmenpaar so einstellen, daß sie von der an den beiden anderen Klemmenpaaren liegenden Spannung abweicht. Die Einzelspannungen werden gleichgerichtet und erscheinen an den Ausgangsklemmen des Gleichrichters R als pulsierende Gleichspannung mit bestimmten Spannungsspitzen. Diese Spannungsspitzen können mittels einer Reiheninduktanz und/oder einer parallelgeschalteten Kapazität im Bedarfsfall ausgeglichen werden. In jedem Fall hat die Gleichspannung einen Durchschnittswert VaV₁ der gleich der effektiven Aus gangs spannung der. Stromquelle ist.

In den Fig. 2, 3 und 4- sind diese Verhältnisse graphisch dargestellt: Die Vektoren Vl, V2 und V3 repräsentieren die Spannungen sowie die Phasenlage der Ausgangsspannungen der Wicklungen 1, 2 und J bei verschiedenen typischen Einstellungen

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der Platte P und der Schalter SWl und SW2. Mit V12, V23 und YJl sind die Spitzenspannungen an den Gleichrichterklemmen 31, 52 und 53 bezeichnet. Der Durchschnittswert der Gleichstrom-Aus gangs spannung Vav des Gleichrichters R hat eine Wellenform.

Fig. 2 gibt den Betriebszustand wieder, bei dem die Platte P in der in Fig. 1 voll ausgezeichneten Lage und der Arm 42 des Schalters SWl am Kontakt Z24 sowie der Arm 60 des Schalters SW2 am Kontakt X22 liegen. Bei diesem Betriebszustand umfassen die Sekundärwicklungen jeweils sechs Windungen, wobei Vl, V2 und V3 jeweils 25,4 Volt, V12, V25 und V51 Jeweils 40,5 Volt Effektivspannung oder 57,3 Volt Spitzenspannung betragen. Die durchschnittliche Gleichspannung Vav am Ausgang des Gleichrichters R beläuft sich auf 54,5 Volt.

Die Darstellung gemäß Fig. 3 entspricht einem Betriebszustand, bei dem sich die Platte in der in Fig. 1 gestrichelt dargestellten Lage und die beiden Schalter in den Schaltstellungen gemäß Fig. 2 befinden. Dieser Betriebszustand entspricht zugleich einem Betriebszustand, bei dem die Platte P und der Schalter SWl die Einstellung gemäß Fig. 2 und der Arm 60 des Schalters SW2 am Kontakt 122 liegt. Der gleiche Betriebszustand kann auch dadurch erreicht werden, daß die Platte P und der Schalter S7/2 in die Stellung gemäß Fig. 2 und der Schalter SWl auf den Kontakt Y24 geschaltet werden. In allen diesen Stellungen sind zwei Sekundärwicklungen mit jeweils sechs Windungen eingeschaltet, während die dritte Sekundärwicklung nur mit fünf Windungen wirksam ist. In dem zweit-

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genannten Pall (Platte P und Schalter SV/1 in der Stellung gemäß Fig. 2 und Arm 60 des Schalters SiV2 am Kontakt Y22) "betragen die Spannungen Vl und V3 jeweils 23,4- Volt, während sich die Spannung V2 auf 19«5 Volt beläuft. Die effektiven Spannungen betragen für V31 40,5 Volt und für V12 und V23 jeweils 37»2 Volt bei einer Spitzenspannung von 52,5 Volt. Die Durchschnittsspannung ist demgemäß 51,7 Volt.

Fig. 4 gibt einen Betriebszustand wieder, bei dem die Platte P und die Schalter SiVl und SW2 so eingestellt sind, daß die Wicklung 1 auf sechs Windungen und die Wicklungen 2 und 3 jeweils auf fünf Windungen eingestellt sind. Die Spannung Vl beträgt 23,4 Volt, die Spannungen V2 und V3 jeweils 19,5 Volt. Die effektiven Spannungen V12 und V3I belaufen sich jeweils auf 37»2 Volt, während die Spitzenspannungen 52,5 Volt betragen. Die Spannung V23 ist gleich 33,4 Volt bzw. 4-7,2 Volt Spitzenspannung. Die Durchschnittsspannung Vav beträgt 43,7 Volt.

Durch Verminderung der wirksamen Windungsanzahl zunächst um eine Windung in nur einer Wicklung und dann um eine Windung in der zweiten Sekundärwicklung und schließlich um eine Windung in der dritten Sekundärwicklung kann die Ausgangsspannung ^vav von 54,8 Volt auf 51,7, 48,7 und 45,0 Volt, d.h. jeweils um etv/a 3 Volt für jede abgeschaltete Windung herabgesetzt werden. Würden dagegen sämtliche Sekundärwicklungen gleichzeitig um jeweils eine Windung vermindert werden, wie dies bisher der Fall war, so würde an allen Windungen dieselbe

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Spannung anliegen und der Transformator im Gleichgewicht sein. Andererseits würde aber die Sp annungs änderung "bei Verminderung der Wicklungen um jeweils eine V/indung im vorliegenden Fall 9,3 Volt betragen. Die Erfindung ermöglicht somit eine Spannungsregelung in erheblich kleineren Stufen, wobei eine Grobeinstellung der Spannung innerhalb weiter Grenzen mittels der Kontaktplatte P erreichbar ist. Innerhalb der verschiedenen Stufen der Grobeinstellvorriehtung lassen sich feinstufige Spannungsänderungen mit Hilfe der Schalter SWl und SW2 erreichen, wobei mit dem Schalter SWl die Ausgangsspannung Vav in Stufen von etwa O_s78 YoIt je Schaltstellung vermindert und mit dem Sehalter SW2 Verstellungen um etwa 1,56 Volt je Schalt stellung durchgeführt wer·= den können.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel lassen sieh durch Verstellung der Platte P und der Schalter SWl und S#2 folgende Spannungswerte einstellen:

Kurzschlußplatte P;	Stellung von SW2	Stellung von SV/1	Vav
Einstellung auf:	*22	Z24	54,8
Al A2 A3		Z¹24	54,02
		Z"24	53,24
		Z^SSS24	52,46
		Y24-	51_s7O
	Y '22	Z24	53,24
Al A2 A3		Z'24	52,46
		Z⁵¹24	51,70
		Z^!:'2->	50,92
		X24	50,12

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Kurzschlußplatte P;

Einstellung auf: Stellung von SW2 Stellung von SWl Vav

Al A2 A3 Y22

A2 A3 Bl X22

Z24	51,70
Z'24	50,92
Z »24	50,14
Z"'24	49,36
Ϊ24	48,58
Z24	51,70
Z'24	50,92
Z "24	50,14
Z"'24	49,36
Y24	48,58

Es ist ersichtlich, daß bei Bewegung der Platte P in der Weise, daß die weiteren Abgriffe kurzgeschlossen werden, z.B. die Abgriffe 02, G3, Dl bzw. Bl, B2, B3 bzw. D3, Bl, E2 usw., andere Spannungswerte für die Ausgangsspannung eingestellt werden können, wobei diese Spannungswerte wiederum mittels der Schalter SWl und SW2 in kleinen Abstufungen verändert werden können.

Es ergibt sich, daß die Feineinstellungen der Spannung, nur mit Hilfe der auf dem Mittelschenkel angeordneten Wicklung erreicht werden kann und daß hierbei der Abgriff durch eine Öffnung in dem die Schenkel verbindenden Jochteil unmittelbar nach außen geführt werden muß. Eine Feineinstellung an den auf den Schenkeln 11 und 13 angeordneten Wicklungen ist dagegen nicht möglich.

Es ist gleichermaßen möglich, die Feineinstellung bei einem Einphasentransformator vorzunehmen, bei dem die Sekundär-

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wicklung auf dem Mittelschenkel eines Mantelkerns gewickelt ist. Bei einem solchen Einphasentransformator braucht natürlich kein Gleichrichter für die Überlagerung der Spannungen vorgesehen zu werden.

Die Anwendung der Erfindung ist auch dann möglich, wenn auf einem Mittelschenkel zwei Sekundärwicklungen in V-Verbindung angeordnet sind.

Die beschriebene Strοmversorgungsvorrichtung weist eine ver- ^ hältnismäßig flache Volt-Ampere-Kurve und einen verhältnismäßig hohen Kurzschlußstrom-Anstiegswert auf. Sie ist überall dort verwendbar, wo eine Stromquelle mit einer solchen Charakteristik erforderlich ist. Es versteht sich, daß durch eine entsprechende Auslegung des-Transformators oder mittels einer im Ausgangskreis des Gleichrichters R befindlichen Induktivität der Anstiegswert des Stroms unter Kurzschlußbedingungen herabgesetzt werden kann, so daß die Stromquelle als Hauptstromquelle in Verbindung mit einer Sekundärstromquelle mit hohem Stromanstiegswert verwendet werden kann, wie dies in P der deutschen Patentanmeldung P 17 65 751.7 beschrieben ist. Entsprechend kann die Stromquelle gemäß der Erfindung bei hohem Stromanstiegswert als Sekundärstromquelle bei der Vorrichtung gemäß dieser älteren Patentanmeldung Verwendung finden.

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Claims

Patentansprüche

f1.1 Wechselstrom-Transformator, dessen Kern mindestens ein Paar Außen- und Mittelschenkel und dieselben endseitig magnetisch verbindende Jochteile aufweist, wobei auf dem Mittelschenkel die eine Mehrzahl an Windungen umfassende Sekundärwicklung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Endwindung (50) der Sekundärwicklung (2) einen Endabgriff (Z2) und einen Zwischenabgriff (Z'2) aufweist, dessen Abstand von dem Endabgriff kleiner ist als die halbe Länge dieser Windung, und daß ein Anschluß einer dieser Abgriffe durch eine in Nähe dieses Abgriffs befindliche Durchführung (26, 27) des Jochteils. (14·) hindurchgeführt ist.
2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endwindung (50) drei Zwischenabgriffe (Z'2, Z"2, Z"'2) aufweist, die zwischen dem Endabgriff (Z2) und einem am Anfang der- zweiten Windung (4-9) befindlichen Abgriff (Ϊ2) angenähert im gleichen Abstand angeordnet sind, und daß die Anschlüsse (24-, 25) zweier einander nicht benachbarter Abgriffe jeweils durch eine dem Abgriff benachbarte öffnung (26, 27) des Jochteils (14·) herausgeführt sind.
3. Transformator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Abgriff an einen ihm zugeordneten Kontakt eines Schalters (SWl, SW2) angeschlossen ist.
4-, Transformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

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die zweite Windung (4-9) der Sekundärwicklung (2) einen Endabgriff (X2) aufweist, der gegenüber einem Endabgriff (E2) am Anfang der dritten Windung (48) isoliert ist, daß ferner die zweite Windung (4-9) einen zwischen ihrem Anfangsund Endabgriff liegenden Mittelabgriff (Y^IS2) aufweist, wobei die drei Abgriffe (Y2,Y^S32, X2) der zweiten Windung an die Kontakte (T22,Y"22, X22) eines Wählschalters (SW2) angeschlossen sind, dessen Sohaltarm (60) mit dsm lindabgriff (E2) der dritten Windung (48) verbunden ist, und daß der Endabgriff (Z2) der ersten Windung (5O)₈ deren Zwischenabgriffe sowie der Abgriff (Y2) am Anfang der zweiten Windung ebenfalls an die Kontakte (Z24> Z »24-, Z^!324) eines Wählschalters (SWl) angeschlossen sind,, so &aB die Ausgangsspannung der Sekundärwicklung in Stufen verstellbar ist, die kleiner sind als die Spannung zx^ischen den einzelnen Windungen der Wicklung.
5· Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 4·, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschenkel (11, 13) des Kerns ebenfalls Sekundärwicklungen (I₁ J) tragen, und daß ein Zweiweg-Brückengleichrichter (R) vorgesehen ist, dessen Eingangsklemmen (31, 32* 33) jeweils sun einen Abgriff (Zl, Z2,-Z3) an einer dieser Sekundärwicklungen angeschlossen sind, daß ferner weitere Abgriffe dieser Sekundärwicklungen in Sternschaltung verbunden sind vmd. daß 2ur Änderung der Ausgangsspannung des Gleichrishters (R) eine Einstellvorrichtung (P, S) zur Yerändsram^ der Spannung über einer dieser Wicklungen gegenüber al·? Spannung an der anderen,Wicklung vorgesehen isu»

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6. Mehrphasiger Transformator mit drei Sekundärwicklungen, die jeweils mit einem Abgriff an die Eingangslclemme eines mehrphasigen Boppelweggleichrichters angeschlossen sind und die eine Mehrzahl weiterer Abgriffe aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung der Ausgangsspannung des Gleichrichters (R) jeweils vorbestimmte Abgriffe (Al, Bl, Gl usw. bzw. A2, B2,.02 usw. bzw. A3, B3, C3 usw.) einer jeden Wicklung (1, 2, 3) in Sternschaltung schaltbar sind.
7. Transformator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Klemmleiste (S) od.dgl. mit zwei Kontaktreihen vorgesehen ist, in denen die Kontakte in gleichen Abständen angeordnet sind, wobei die Kontakte (Al, A3, B2, Gl usw.) der einen Reihe abstandsgleich zu den benachbarten Kontakten (A2, Bl, B3, usw.) der anderen Reihe liegen, und daß die Kontakte fortschreitend von dem einen Ende der Klemmleiste od.dgl. beginnend an entsprechende, stufenversetzt angeordnete Kontakte der Wicklungen (1, 2, 3) angeschlossen sind, wobei eine Kurzschlußplatte (P) od.dgl. vorgesehen ist, mit der jeweils drei benachbarte Kontakte aus beiden Kontaktreihen miteinander verbindbar sind.
8. In der Spannung veränderbare Gleichstromquelle, insbesondere für das elektrische Lichtbogenschweißen, mit einem mehrphasigen Transformator und einem Brückengleichrichter, der für jede Phase eine Eingangsklemme sowie gemeinsame Ausgangsklemmen mit positivem bzw. negativem Potential aufweist, wobei für jede Phase eine Sekundärwicklung mit

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jeweils einer Vielzahl an Windungen und einer Anzahl an Abgriffen vorgesehen ist und wobei ferner ein Abgriff einer jeden Wicklung an eine zugeordnete Eingangsklemme des Gleichrichters angeschlossen ist, während weitere Abgriffe der Wicklungen unter Herstellen einer Sternschaltung der Wicklungen untereinander verbunden sind, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung, mit der der Anschluß von zumindest einem Abgriff an einer der genannten Wicklungen (1, 2, 3) mit einem anderen Abgriff dieser Wicklungen vertauschbar ist, derart, daß die Ausgangsspannung des Gleichrichters (R) in Spannungsstufen verstellbar ist, die kleiner sind als die Spannungen über einer jeden Sinzelwindung der Sekundärwicklung.
9· Gleichstromquelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Klemmleiste (S) od.dgl. mit zwei Klemmreihen vorgesehen ist, in denen die Kontakte untereinander in gleichen Abständen angeordnet sind, wobei die Kontakte in der zweiten Reihe mit den zwei benachbarten Kontakten der ersten Reihe ein gleichschenkliges Dreieck bilden, und daß die Kontakte in beiden Reihen fortlaufend in der einen Richtung mit entsprechenden, fortlaufenden Abgriffen der Sekundärwicklungen (1, 2, 3) verbunden sind, daß ferner eine Kurzschlußplatte (P) od.dgl. vorgesehen ist, mit der jeweils drei benachbarte Kontakte aus beiden Kontaktreihen zusammenschal tbar sind.
10. Gleichstromquelle nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß der Transformator (T) einen Kern mit einem Mittelschenkel (12) und zwei Außenschenkeln (11, 13) aufweist, die endseitig über Jochteile (14, 15) verbunden sind, wobei auf jedem Schenkel eine Sekundärwicklung (1, 2, 3) angeordnet ist, von denen die auf dem Mittelschenkel (12) angeordnete Sekundärwicklung (2) in ihrer Endwindung vier im wesentlichen in gleichen Abständen angeordnete Abgriffsstellen aufweist j von denen zwei Abgriffe mit Anschlüssen (24, 25) versehen sind, die durch eine öffnung (26, 27) in dem Jochteil (14) nach außen geführt sind.
11. Gleichstromquelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgriffe an die Kontakte eines Wählschalters (SWl, SW2) angeschlossen sind, wobei der Einstellarm des Schalters zur wahlweisen Verbindung der Kontakte mit einer Klemme des Gleichrichters (R) verbunden ist.
12. Gleichstromquelle nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (2) eine zweite Windung (49) aufweist, deren Endabgriff (X2) von dem Endabgriff (E2) der dritten Windung (48) isoliert ist, und daß ein Abgriff (Y"2) vorgesehen ist, der etwa um die halbe Länge der Windung von dem Endabgriff entfernt angeordnet ist, wobei der Endabgriff der dritten Windung wahlweise mit dem Abgriff der zweiten Windung verbindbar ist·

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