DE2526359A1 - Schweisstromquelle - Google Patents

Description

The Lincoln Electric Company, Cleveland/Ohio (V.St.A.)

Schweißstromquelle

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schweißstromquelle und insbesondere auf einen Schweißgleichrichter mit Drehstromtransforraator und veränderlicher Speisegleichspannung für das Handschweißen und das verdeckte Lichtbogenschweißen. Speziell betrifft.die Erfindung eine Schweißstromquelle für das Gleichstrom-Lichtbogenschweißen, mit einem drei Primär- und drei Sekundärwicklungen aufweisenden Drehstromtx ansformator und mit einer Steuerschaltung für wenigstens drei an die Sekundärwicklungen des Drehstromtransformators angeschlossene siliciumgesteuerte Gleichrichter einer Vollweg-Gleichrichterbrücke, deren Gleichspannungsausgang Anschlußleitungen für eine Schweißelektrode und

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für ein Werkstuck aufweist, wobei in eine Anschlußleitung eine Drossel geschaltet ist.

Bei der Verwendung von herkömmlichen Schweißstromquellen dieser Art für das Handschweißen und das verdeckte Lichtbogenschweißen ist es nachteilig, daß die siliciumgesteuerten Gleichrichter nicht die Arbeitskennlinie aufweisen, welche in Verbindung mit der zum guten Schweißen in der Anschlußleitung notwendigen Drossel eigentlich gebraucht wird. Man hat deshalb Drosseln eingesetzt, deren Induktivität kleiner ist, als sie für einen ruhigen, gut stehenden Lichtbogen zu sein hätte. Außerdem mußte der maximale Nennstrom der siliciumgesteuerten Gleichrichter viel größer als der Nennschweißstrom sein, um Beschädigungen durch auftretende Kurzschlüsse entweder beim Zünden des Lichtbogens oder während der Schweißarbeiten zu verhindern.

Es ist ein wichtiges Ziel der Erfindung, unter Überwindung dieser und weiterer Nachteile des Standes der Technik mit möglichst wirtschaftlichen Mitteln eine verbesserte Schweißstromquelle für das Gleichstrom-Lichtbogenschweißen zu schaffen, deren einstellbare Kennlinie für einen ruhigen, gleichmäßigen Lichtbogen sorgt, soLdaß die Neigung zum Spratzen und Ausplatzen namentlich bei Niedrig-Wasserstoff— Elektroden (low hydrogen electrodes) herabgesetzt ist; die Konstruktion der Bauteile soll bei vereinfachter, weitestgehend ausschußfreier Fertigung einen kompakten Aufbau er-

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möglichen. Ferner bezweckt die Erfindung die Schaffung einer trotz kleiner Gesaratabmessungen hochleistungsfähigen Schweißatromquelle, die bei erhöhter Kurzschlußfestigkeit gut steuerbar ist und auch unter Schwankungen der Netzspannung eine stabile Ausgangsspannung besitzt.

Die erfindungsgemäße Schweißstromquelle weist einen Mehrphasentransformator mit einer Spannungs-Strom-Charakteristik auf, die der maximalen Abgabeleistung der Schweißstromquelle angepaßt ist, ferner einen Reihenblindwiderstand, eine thyristorgesteuerte Gleichrichterbrücke und am Ausgang eine Drossel von ungewöhnlich großer Induktivität, wodurch zusammen mit einer Steuerschaltung für Thyristoren bei hochinduktivem Ausgang eine gute Stabilität des Lichtbogens und eine solche Spannungs-Strom-Kennlinie erzielt wird, daß Schwierigkeiten, die durch Verwendung einer so großen Drossel beim Einschalten und bei Kurzschlüssen auftreten könnten, sicher vermieden sind. Hierzu ist eine Steuerschaltung mit Hilfseinrichtungen vorgesehen, welche die Leitungswinkel der siliciumgesteuerten Gleichrichter richtig zu steuern erlauben, so daß die Schweißleistung optimal ist. Darüberhinaus ermöglicht die Erfindung unter Abtastung des Transformatorstroms die Steuerung der Thyristoren in der Weise, daß für jeden voreingestellten Wert des Lichtbogenstroms dessen Konstanz erreicht wird. Die Einstellbarkeit wird durch eine fallende Spannungs-Strom-Charakteristik des Ausgangs verbessert. Auch das Verhält-

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nis von Schweiß- zu Kurzschlußstrom ist steuerbar; es sinkt mit zunehmendem Schweißstrom ab. Für den Fall längerer Kurzschlüsse oder Überlastungen sind Schutzmaßnahmen gegen eine Beschädigung der Schweißstromquelle vorhanden, bei der auch Netzspannungsschwankungen ausgeregelt werden können.

Erfindungsgemäß ist mit jeder Sekundärwicklung ein Blindwiderstand in Reihe geschaltet und eine Einrichtung zum Erzeugen eines dem Strom in den Sekundärwicklungen proportionalen Gleichspannungssignals vorhanden, von dem ein Anteil zur Zündsteuerung der Gleichrichter rückkoppelbar ist. Insbesondere enthält die Steuerschaltung eine mit einem Eisenkern versehene Drossel, die von dem Spannungssignal durchlaufen wird und die Geschwindigkeit von Änderungen, die am Steuerungs-Eingangssignal bei schnellem Wechsel der Gleichrichterströme hervorgerufen werden, verzögert. Nimmt der Lj[chtbogenstrom zu, so gelangt der Drosselkern in die Sättigung; daher ist die Anderungsgeschwindigkeit des Steuerungs-Eingangssignals bei hohen Schweißströmen größer als bei niedrigen Schweißströmen, so daß die Gleichrichtersteuerung mit größer werdendem Schweißstrom schneller anspricht.

Je nach dem voreingestellten Ausgangsstrom der Schweißstromquelle werden der Steuerschaltung veränderliche Anteile des Steuersignals zugeführt, und zwar vorzugsweise größere Anteile bei kleineren Strömen. Dank dieser Ausgestaltung ist das Verhältnis von Kurzschluß zu Schweißstrom bei niedri-

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gen Ausgangsströmen größer als bei hohem Ausgangs strom. Für die Einstellung dieses Verhältnisses besteht ein weiter Spiolraufi, doch ist bei minimalem Ausgang ein Verhältnis von 4 : 1 und bei maximalem Ausgang ein Verhältnis von 1,25 i 1 zweckmäßig.

Tritt ein Kurzschluß auf, so wird bei der erfindungsgemäßen Schweißstromquelle ein kurzer iiochstrom-Impuls an die Elektrode abgegeben, um den Kurzschluß zu unterbrechen; geschieht letzteres nicht in einer vorgegebenen Zeit, so werden die niliciumgesteuerten Gleichrichter in ihrer Phase auf niedrigen Strom zurückgestellt, und zwar innerhalb einer gesteuerten Anzahl von Perioden, um eine Beschädigung der Leistungsbauteile zu verhindern.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der Steuerschaltung zwecks Veränderung des Leitungswinkels der Thyristoren eine Spannung zugeführt wird, die der Netzspannung proportional ist und daher auch bei deren Ungleichmäßigkeit einen konstanten Spannungsausgang ermöglicht. Durch Veränderung des Leitungswinkels der siliciumgesteuerten Gleichrichter wird automatisch die Anzahl der Leitfähigkeitsperioden der Thyristoren geregelt, so daß diese einen dem voreingestellten Schweißstrom entsprechenden stationären Zustand anlaufen. Durch die Steuerschaltung werden erfindungsgemäß die Steuerelektroden der Haupt-Thyristoren mit einer hohen "hinteren Schulter-Spannung" (back porch voltage)

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aufgetastet, wodurch die Einschaltung der siliciumgesteuerten Gleichrichter bei dem vorgesehenen Leitungswinkel gewährleistet wird.

Eine wichtige Maßnahme der Erfindung besteht darin, daß die Reihenblindwiderstände eingebaut sind und einen Bestandteil der Wicklungs-Kern-Anordnung des Drehstromtransformators bilden. Dieser hat einfachen Aufbau und vorzugsweise einen hohen eingebauten inneren Blindwiderstand.

rline überaus vorteilhafte Konstruktion des Drehstromtransformators, für die selbständiger Schutz in Anspruch genommen wird, sieht eine Ausbildung mit drei Schenkeln und eingebautem magnetischen Nebenschluß vor, der die Schenkel in einen lose und einen fest angekoppelten Abschnitt unterteilt, wobei letzterer die Primärwicklung trägt und wobei die Sekundaärwicklungen jeweils auf beide Schenkelabschnitte verteilt sind, so daß der Transformator eine fallende Spannungs-Strorn-Kennlinie hat. Vorzugsweise sind die Sekundärwicklungen derart unterteilt, daß an jeder Sekundärwicklung der gleiche Spannungsausgang besteht.

Man erkennt, daß ein Transformator mit solcher Kerbengestaltung bei kleinsten Gesamtabmessungen größtmögliche Leistung abzugeben vermag. Dabei ist es ein wichtiges Merkmal der Erfindung, daß die Kernbleche ohne Abfall hergestellt werden können.

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Die eriindungsgeraäße Schweißstromquelle ermöglicht ein verbessertes, erleichtertes Handschweißen. Für das Lichtbogenschweißen mit der erfindungsgemäßen Schweißstromquelle ist es günstig, daß die Lichtbogenspannung zur Konstanthaltung des Ausgangsstroms steuerbar ist. Durch kurze, hohe Kurzschlußströme kann, wenn etwa die Elektrode das Werkstück berührt, der auftretende Kurzschluß unterbrochen werden; die ,-Lnderungsgeschwindigkeit von in solchem Fall auftretenden Stromstößen an die Steuerschaltung wird erfindungsgemäß proportional zu dem Lichtbogen-Schweißstrom gesteuert, und wenn der Kurzschluß nicht rasch unterbrochen wird, erfolgt eine Herabsetzung der Ausgangsleistung.

V/eitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 ein Schaltschema der Schweißsteuerschaltung einer erfindungsgemäßen Schweii3stromquelle,

Fig. 2 eine schematisierte Ansicht eines Drehstromtransformators für eine Schweißstromquelle nach der Erfindung,

Fig. 3 ein Schaltbild der Einrichtungen für die Zündsteuerung und den Überlastungsschutz einer erfindungsgemäßen Schweißstromquelle,

Fig. 4 ein Spannungs-Strom-Schaubild bei minimalem und maximalem Schweißstromquellenausgang und

Fig. 5 ein schematisiertes Diagramm des zeitlichen Spannungsverlaufs mit der Auslösespannung für den Thyristor-Zündkreis einer erfindungs^emäßen Schweißstromquelle.

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Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 hat der Drehstromtransformator T Primärwicklungen sowie Sekundärwicklungen S₁, S₀, S-,, die an eine VollwellenJ-Halbleiter-Gleichrichterbrücke angeschlossen sind. Mit dem Gleichspannungsausgang der Brücke liegt eine Drossel L₁ in Reihe. Vor einen Elektrodenanschluß E und einen Werkstückanschluß \I ist ein Polumkehrschalter Stf.« geschaltet. Die Ausgangsleitungen jeder Sekundärwicklung durchsetzen jeweils einen Stromwandler CT₁,CTp,CT^; diese haben ihrerseits Sekundärwindungen, die zu weiter unten geschilderten Zwecken sternförmig geschaltet sind.

Die Gleichrichterbrücke besteht aus drei Dioden D*,D_B,D_C sowie aus drei siliciumgesteuerten Gleichrichtern SCR., SCR,,, SCRp in einer herkömmlichen Stromrichter-Brückenschaltung. Diese siliciumgesteuerten Gleichrichter v/erden im folgenden auch als Haupt-Thyristoren bezeichnet. Parallel zum Brückenausgang liegt eine Diode D- . Durch Steuerung des Phasenwinkels der Zündimpulse an die Thyristoren in Bezug auf die speisende Wechselspannung der Gleichrichterbrücke wird der Leitungswinkel der siliciximgesteuerten Gleichrichter in an sich bekannter Weise eingestellt und dadurch die Ausgangsspannung der Schweißstromquelle bequem geregelt.

Die erfindungsgemäße Schweißstroraquelle ist in erster Linie durch die Steuerschaltung für die Zündung der Thyristoren und die Konstruktion des Transformators T charakterisiert.

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Eoj. dem Transformator T wird eine hohe innere Verlustreaktanz durch Verwendung eines Eisen-Iiebenschlußwe/;es in der Kernbleel !anordnung erzielt, wodurch ein Teil der Sekundärwicklungen von den Primärwicklungen getrennt wird. Im Ausführun.'Sbeispiel der Fig. 2 besteht die Kernblechanordnunr; aus vier T-i'örmigen Eisenschenkeln, nümlich einen rechten Schenkel 10, einem linken Schenkel 11, einem oberen Mittelschenkel 12 und einem unteren Mittelschenkel 13. Die Seitenschenkel einerseits und die beiden Mittelschenkel andererseits sind untereinander gleichartig gestaltet. Die Oberteile oder Ste^e aller vier T-Schenkel sind in einem Rechteck so angeordnet, daß die T-Füße ins Innere des Rechtecks gerichtet sind. Während die Enden des oberen und des unteren ..ittelschenkels 12 bzw. 13 stumpf aneinander stoßen, befinden sich ihre Ste^e zwischen den im Abstand dazu angeordneten Enden der Seitenschenkel 10 und 11. Die waagerechten T-Füße letzterer bilden einen magnetischen Nebenschluß. Man erkennt, daß der Transformatorkern auf diese l/eise drei senkrechte Schenkel hat, wobei ein Abschnitt eines jeden Gobenkels unterhalb und ein anderer Abschnitt oberhalb des Nebenschlusses sitzt.

Auf jedem der drei senkrechten Schenkel, die von den vier Kernabsclinitten gebildet sind, ist unterhalb des magnetischen Nebenschlusses eine Primärwicklung 20 angebracht. Die Sekundärwicklungen S^,Sp₁S^ sind jeweils in einen fest angekoppelten Abschnitt 2,1, der an einem der drei senkrech-

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ten Schenkel unterhalb des Nebenschlusses und mithin neben der zugehörigen Primärwicklung angeordnet ist, und in einen lose angekoppelten Abschnitt 22 unterteilt, den die vertikalen Schenkel oberhalb des Nebenschlusses tragen. Dadurch hat der Transformator T einen eingebauten Verlustblindwiderstand mit einer entsprechend abfallenden Spannungs-Strom- Ausgangs-Kennlinie, deren Neigung bzw. Verlauf von vornherein durch die Bemessung des Nebenschluß-Luftspalte, der Blechstapellänge und des Verhältnisses der Windungszahlen an den lose bzw. fest angekoppelten Abschnitten festgelegt werden kann.

Bei der gezeichneten Anordnung des magnetischen Nebenschlusses haben die lose angekoppelten mittleren Sekundärwicklungen nur etwa die Hälfte der bei den äußeren lose angekoppelten Sekundärwicklungen vorhandenen Flußverkettung mit aen Primärwicklungen. Infolgedessen muß die mittlere Sekundärwicklung eine andere Wicklungsverteilung der lose bzw. fest angekoppelten Sekundärwindungen haben als die äußeren Sekundärwicklungen. Erfindungsgemäß ist eine solche Verteilung vorgesehen, daß bei einer Reihenschaltung der lose bzw. fest angekoppelten V/indungen auf jedem Schenkel die resultierende Ausgangsspannung entsprechend der Addition der einzelnen Wicklungen ausgeglichen ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Gesamtwindungszahl bei allen Sekundärwicklungen gleich, wobei die fest angekoppelte mittlere Sekundärwicklung etwa

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70 bis 75 % der Gesamtwindungszahl aufweist, während an den beiden äußeren fest angekoppelten Wicklungen etwa 40 bis 42 % der Gesamtwindungszahl vorhanden sind.

Die Gestaltung des Transformators T ermöglicht einen inneren magnetischen Nebenschluß in einem abfallfreien Drehstrom-Blechkern. Dadurch ist ein Transformator mit hohen Blindwiderstand erzielt, der unter optimaler Materialausnutzung eine große Blechstapellänge,und Schenkelhöhe sowie eine günstige Wicklungsanordnung besitzt. Wegen dieser inneren Reaktanz des Transformators T können auch die Haupt-Thyristoren nahe dem maximalen Leitungswinkel betrieben werden, so daß die Schweißstromquelle maximale Leistung abgibt. Außerdem können die Thyristoren bei gegebenem Leitungswinkel mit geringstmöglichem Effektivstrom arbeiten.

Die Filterdrossel L^ am Gleichspannungsausgang verringert die Welligkeit der Spannung bei niedrigem Ausgangsstrom. Die folgenden Daten haben sich für Stromquellen mit verschiedenem llennstrom als zweckmäßig erwiesen:

Nenn-Höchststrom A	Induktivität mH	Kraftflußdichte Vs/cm2	Strom bei A
300 400 500	8,4 6,7 5,5	12500 13000 14000	45 50 60

Der Eisenteil der Drossel L₁ ist ein Ring, der aus einem

Stahlprofil von 1,63 nun Durchmesser aus kohlenstoffarmem, warm gewalztem Stahl gewickelt ist. Dieser Ring-Eisenteil wird dann in zwei um 180° auseinanderliegenden Stellen geschnitten und eine Schraubenwicklung um den Eisenteil herum angebracht. Letzterer wird dann durch Luftspalt-Abstandshalter, die an den beiden Schnittstellen eingesetzt werden, verschlossen und schließlich verschweißt. Die Induktivität der Drossel L. ist für einen Drehstrom-Schweißgleichrichter ungewöhnlich groß; sie gewährleistet hervorragende Stabilität des Lichtbogens und verringert das Spratzen bzw. Ausplatzen.

Die Steuerschaltung beeinflußt die Thyristoren in der Weise, daß am Spannungsausgang der Schweißstromquelle eine Spannungs-Chrakteristik zur Verfugung steht, welche Schwierigkeiten beim Einschalten oder bei Kurzschlußbelastung überwindet, die eine so hohe Induktivität sonst hervorrufen würde. Schweißversuche haben gezeigt, daß die Thyristor-Steuerschaltung der Schweißstromquelle eine Ansprechzeit von 10 ms verleihen muß. Diese Anlaufzeit wird benötigt, um bei einer Belastungsänderung eine stufenförmige Übergangsfunktion ohne Überschwingen zu erzielen. Das bedeutet, daß bei momentanem Elektrodenschluß im normalen Lichtbogenbetrieb die Stromstärke des Kurzschluß-Stromstoßes jene eines Dauer-Kurzschlusses auf dem gleichen Widerstandsweg nicht überschreitet.

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Für die Hauptgleichrichterbrücke sind. Dämpfungskreise vorgesehen, die aus RC-Gliedern bestehen und schnelle Spannungsänderungen (dU/dt) verzögern bzw. abflachen. Im Ausiuhrungsbeispiel sinu vier getrennte RC-Glieder vorgesehen, nämlich Ra,Ca; Rb,Cb; Rc,Cc, die zum Schutz der Hauptthyristoren dienen, und Cd,Rd zum Schutz der Drehstrombrücke. Eine Diode Dq schützt die Brücke gegen Strom- bzw. Spannungsstöße mit umgekehrter Polung und unterstützt die Umsteuerung· der Haupt-Leistungsthyristoren.

Die Ausgangsstromsteuerung erhält ein Steuersignal von den sterngeschalteten Sekundärwicklungen der Stromwandler CT₁, CT₂, CT₃. Dioden D20 bis D25 bilden eine Drei-Phasen-Brücke, welche die Spannung an den Sekundärwicklungen gleichrichtet und so ein Steuersignal von den Stromwandlern CT.., CT₂, CT, gewinnt, das zum Laststrom des Transformators T proportional ist und zwei getrennte Funktionen hat.

Die erste B'unktion des gleichgerichteten Signals besteht in der Steuerung des Schweii3stromquellen-Ausgangs durch den Grad an Rückkopplung, welcher den Zündkreisen der Hauptthyristoren zugeführt wird. Diese Rückkopplung bestimmt den Leitungswinkel bzw. die Phasen-Nacheilung der Hauptthyristoren. Als Leitungswinkel wird hierbei die Zeit bezeichnet, während welcher die in Vorwärtsrichtung betriebenen Thyristoren eingeschaltet sind bzw. geöffnet

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haben; die Phasen-Nacheilung*ist gegeben durch die Zeitdauer, während welcher die in Vorwärtsrichtung betriebenen Thyristoren abgeschaltet bzw. gesperrt sind.

Wie man aus Fig. 3 ersieht, sind zwei Strom-Einstellmöglichkeiten A und B vorgesehen, welche durch miteinander gekuppelte Schalter SW^, SW^, SW₅ gewählt werden könnenj gezeichnet ist die B-Stellung. Die Einstellung A dehnt die Dreh-Verstellung auf das untere Drittel des Strombereichs aus; die Einstellung B ermöglicht eine weitgehend lineare Einstellung im gesamten Strombereich der Schweißstromquelle.

Die Ausgangssteuerung wird durch zwei Gruppen von Bauelementen bewerkstelligt, nämlich je eine Gruppe für die Einstellung A und für die Einstellung B, wobei einzelne Schaltelemente beiden Einstelleinrichtungen zugeordnet sind, nämlich Widerstände R33 und R37, ein Kondensator C20, Dioden D26, D33, D34 und D35, Widerstände R1 und R3, eine Drossel L₂, zwei Dioden D1 und D2 sowie die gekuppelten Schalter SW₃, SW^, SW,-. Ausgangs-Schaltelemente, die nur der Einstelleinrichtung B zugehören, sind die Dioden D27 und D28 sowie der Widerstand R20. Ausschließlich zu der Einstelleinrichtung A gehörige Ausgangssteuerelemente sind Dioden D30 und D31 sowie Widerstände R34, R35, R36, R4 und RJj.

In der Einstellung B wird die Rückkopplungsspannung der

* β der Phasenrüekstellwinkel (phase back angle)

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Stromwandler an dem Widerstand R1 erzeugt und durch die Wicklung Lp gefiltert. Die geglättete Spannung wird dem 'Widerstand R3 zugeführt, das ist der Stromsteuerungs-Stellwiderstand, welcher zu dem Widerstand R33 parallel liegt. Von einer Leitung 205 wird die Rückkopplungsspannung dann auf eine Leitung 204 übertragen und mittels der Dioden D27 und D28 im Pegel gehalten, so daß eine zu hohe Rückkopplungsspannung nicht in die Zündschaltung einlaufen kann. R20 ist ein Stellwiderstand (trimmer), mit dem die Einstellskala B geeicht wird und der die Funktion hat, die Belastungspunkte gleichmäßig über den Drehbereich des Stromsteuerungs-Stellwiderstandes R3 zu verteilen. C20 ist ein Hochfrequenz-Ableit-Filterkondensator, der beiden Einstelleinrichtungen A und B gemeinsam ist. Die Diode D26 wird bei den StörungeSchutzmaßnahmen erläutert.

In der Einstellung A fällt die Rückkopplungsspannung der Stromwandler an den Widerständen R1 und R4 ab; sie wird durch die Drossel Lp gefiltert und dann dem zu R33 parallel liegenden Stromsteuerungs-Stellwiderstand R3 zugeführt. Zwischen den Punkten bzw. Leitungen 205 und wird die Rückkopplungsspannung dann abgenommen und mittels des Widerstandes R35 sowie der Dioden D30 und D31 blockiert. Die Zusammenschaltung von R4 und R35 bewirkt bei einem gegebenen niedrigen Stromwert eine größere Rückkopplungsspannung als die Einstellung B. Weiter enthält die Schaltung für die Einstellung A einen Wi !erstand

R 34 sowie einen Stellwiderstand (trimmer) R36, der zusammen mit R34 die Eichung der gedehnten Α-Skala für niedrige Ströme gestattet.

Die Dioden D1 und D2 verhindern eine gegenseitige Beeinflussung der Einstelleinrichtungen A und B. Der Widerstand R5 begrenzt die maximale Stromeinstellung für die gedehnte Einstellung A mit niedrigem Strom. Mit dem aus den Einzelelementen SW^, SWr, SW,- bestehenden Wahlschalter werden die Bauteile um- bzw. eingeschaltet, die ausschließlich der einen oder der anderen Einstelleinrichtung A bzw. B zugeordnet sind. Mit den Dioden D33, D34, D35 wird die Rückkopplung zu den'Zündkreisen auch dann aufrechterhalten, wenn der Strom-Wahlschalter unter Last betätigt wird.

Der Stromsteuerungsausgang wird über die Leitung 205 jeweils der Basis eines Transistors Q40 in jedem der drei Thyristor-Zündkreise zugeführt.

Im Betrieb ist die Rückkopplungsspannung bzw. das Rückkopplungssignal dem Laststrom proportional. Die Erzeugung geht durch jeden Stromwandler CT vor sich, welcher jeweils einer Sekundärwicklung S in dem betreffenden Schenkel des Drehstromtransformators T zugeordnet ist. Anschließend wird die Rückkopplungsspannung durch die Dioden D20-D25 gleichgerichtet und mittels der Drossel L_p gefiltert, die ein Einzel-Drossel-System bildet, einen Eisenkern aufweist

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und eine Nenn-Induktivität von 10 H sowie einen Wirkwiderstand von 17 Ohm hat. Die den Schweißgleichstrom führende Leitung 5 wird mit dem Eisenkern dadurch gekoppelt, daß sie ihn durchsetzt, so daß sie zur Sättigung der Drossel Lp beiträgt und ihre Induktivität bei höheren Schweißströmen herabsetzt. Außerdem hat die Drossel L₂ einen Ableitwiderstand R37, durch den schnelle Veränderungen des Schv/eißstromes zum unverzögerten Abzweigen eines Signal- bzw. Spannungsanteils an die Steuerschaltung gebracht werden können. Bei niedrigen Strömen dauert es doppelt so lang wie bei hohen Strömen, bis die Hauptthyristoren einen neuen Gleichgewichtszustand erreichen.

Das erfindungsgemäß benutzte Drosselsystem mit veränderlicher Induktivität und Ableitwiderstand R37 ermöglicht eine ausreichende Filterung, um ein Überschwingen bei Rückkopplung zu vermeiden; gleichzeitig ist ein guter Dämpfungsfaktor sowie das richtige Ansprechen des Systems gewährleistet, so daß Änderungen am Ausgang der Hauptthyristoren die entsprechende Systemregelung für einwandfreies Schweißen mit konstantem Strom bewirken. Durch das Drosselsystem werden die bei niedrigem Strom erzeugten Spannungen bzw. Signale mit kleinem Leitungswinkel gefiltert. Je mehr die Schweißstrom-Belastung ansteigt, desto geringer wird die Induktivität und infolgedessen die Wirksamkeit der Drossel Lp. Dies ist von Bedeutung, weil dadurch ein guter Gleichlauf der drei Hauptthyristoren SCR., SCRg, SCRp sichergestellt wird, d.h. die Fähigkeit aller drei Thyristoren, mit gleichem Öffnungswinkel zu arbeiten.

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Das Systemverhalten ist beim Elektroden-Einschalten und bezüglich der Lichtbogen-Stabilität im dynamischen Schweißbetrieb äußerst wichtig. Bei minimalem Schweißstrom dauert es drei Thyristor-Öffnungsperioden, bis beim Übergang von Leerlauf auf Kurzschluß ein Gleichgewichtszustand erreicht wird. Jeder nachfolgende Impuls wird in der Phase weiter zurückgesetzt, bis der eingeschwungene Zustand erzielt ist. Wird bei Minimaleinstellung des Ausgangsstroms ein Kurzschluß unterbrochen, so dauert es sechs bis sieben Thyristor-Öffnungsperioden, bis der Leerlaufzustand besteht, wobei jeder Impuls den Öffnungs- bzw. Leitungswinkel vergrößert, bis der Stromkreis voll geöffnet ist. Dies ist auf die Drossel L₂ im Signalverarbeitungsteil der Schaltung zurückzuführen. Um vom Leerlauf auf einen anderen Lastzustand als Kurzschluß überzugehen, wird eine Zeit von ein bis zwei Thyristor-Öffnungsperioden benötigt.

Bei höheren Stromeinstellungen des Stromsteuerungs-Stellwiderstandes R3 wird für die Regelung des Ausgangs ein kleinerer Anteil des Rückkopplungssignals benutzt. Weil sich die Drossel Lp bei diesen höheren Strömen bereits in der Sättigung befindet, dauert es im Kurzschlußfalle zwei Thyristor-Öffnungsperioden, bis der eingeschwungene Zustand erreicht ist, und es sind nur drei Thyristor-Öffnungsperioden erforderlich, um aus dem Kurzschluß- in den Leerlauf-Zustand zurückzukehren.

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Die zweite Funktion der von den Stromwandlern kommenden Signalspannung besteht darin, den Betrag des Ausgangsstroms abzutasten und nach einer bestimmten Zeitdauer einer Überlastung den Leitungswinkel zu verringern, wodurch die Stromabgabe der Schweißstromquelle solange herabgesetzt wird, bis die Überlastung des Transformators T aufhört. Man erreicht dadurch einen Schutz der Bauteile der Schweißstromquelle gegen eine zu hohe Beanspruchung, die von einer zu lang anhaltenden Überlastung herrührt.

Die Überlastungsschutzschaltung setzt den Leitungs- oder Öffnungswinkel der Haupt-Thyristoren bei Überlastung gemeß der zweiten Funktion des Signals mit gesteuerter Geschwindigkeit herab. Ist ein Überlastungszustand eingetreten, so bewirkt das Spannungsteilersystem R30, R31, R29 zusammen mit dem Filterkondensator C26 die Einschaltung oder Öffnung des Schalttransistors Q21. Sobald dieser in den leitenden Zustand übergeht, lädt sich der Kondensator C24 über den Widerstand R27 mit fester RC-Zeitkonstante auf. Wenn die Spannung an C24 die Sehaltspannung des einsinnig wirkenden Siliciumschalters (silicon unilateral switch, SUS) erreicht, löst letzterer die Zündung des Thyristors SCR,, aus. Sobald dieser gezündet hat, entlädt sich der Kondensator C25 über den Widerstand R23, wodurch der Haltestrom für den siliciumgesteuerten Gleichrichter' SCR₁ geliefert wird.

Für den Thyristor SCR₁ bilden R25 und C21 einen Dämpfungskreis, der Fehlauslösungen verhindert. Die Schaltelemente

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C23 und R26 schützen die Steuerelektrode des Thyristors SCR. vor Fehlauslösungen bei Vorhandensein von Funkstörungen. Nachdem SCR. gezündet hat, steht an den Wider ständen' R22, RJ52, R24 und R28 eine Spannung an. Durch die Spannung an R22 und R32 wird der Kondensator C22 aufgeladen; dieses Zeitkonstantenglied bewirkt die allmähliche Öffnung des Transistors Q20. Eine Zenerdiode DZ20 blockiert die an R22, R32 und R24 anliegende Spannung, so daß die Zeitkonstante wiederholbar ist. Gegen Spannungsstoße wird die Schaltung von einer Zenerdiode DZ22 geschützt. Sobald der Transistor Q20 öffnet, fließt über die Widerstände R20 und R21 ein Strom, dessen Betrag von der Gesamt-Rückkopplungsspannung abhängt. Demgegenüber wird von dem Spannungsteilersystem R3 ein Spannungsanteil geliefert. Die Diode D26 sperrt den Stromfluß durch den eingestellten Widerstand von R3. Sobald über die Leitung 205 die Gesamt-Paickkopplungsspannung von dem Stromwandler CT in die Zündschaltung eingelaufen ist, steht der Ausgang auf Minimum. Weil nun die Speisung der Schaltung nur von der Stromrückkopplung kommt, muß für die Rückstellung der Schaltung der Strom aufhören zu fließen, d.h., die Belastung muß unterbrochen werden. Dadurch wird der Überlastungsschutzkreis rückgestellt, wenn SCR., abschaltet.

Die Störungsschutzschaltung hat verschiedene besondere Eigenschaften. Wird nach der vorgegebenen Zeitverzögerung des R27-C24-Gliedes der Überlastungsschutzkreis aktiviert, so steigt die gesteuerte Rückkopplung über die Zeitkonstante der Schaltelemente C22, R24, R28 allmählich auf den vollen

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Betrag an, so daß die siliciumgesteuerten Gleichrichter in der Phase maximal zurückgestellt werden und der Ausgang auf Minimum voreingestellt wird. Dies ist notwendig, um einen Durchschuß (shoot through condition) zu verhindern, welcher einen der Hauptthyristoren mit Maximalstrom belasten würde. Als Störung gilt hier ein während einer Sekunde auftretender Kurzschluß der Schweißstromquelle, v/ährend eine ihre Nenndaten zwei bis drei Sekunden lang überschreitende Last als Überlastung bezeichnet wird. In beiden Fällen findet nach der Anfangsdauer der Überlastung oder der Störung ein allmähliches Absenken der Phasen-Rückstellung statt, typischerweise um 500 ms.

Die Signalverarbeitung durch die Steuerschaltung und die Rückkopplungselemente ist sehr kritisch. Zuviel Filterung oder Glättung bewirkt einen instabilen Betrieb wegen der nicht richtigen Ansprechzeit. Zu wenig Glättung oder Filterung verursacht bei der Rückkopplung eine zu rasche Ladung sänderung, wodurch der dynamische Betrieb instabil wird.

Die Zündkreise liefern die zum Auslösen der Haupt-Thyristoren benötigte Energie unter den Zeitbedingungen, die zum Einstellen des Soll-Leitungswinkels für die Abgabeleistung der Schweißstromquelle erforderlich sind. Wird letztere unter Last gefahren, so gleicht die Zündschaltung auch NetzspannungsSchwankungen aus. Für jeden der drei Haupt-Thyristoren SCR., SCRg, SCRp ist jeweils eine symmetrische Zündschaltung vorhanden, weshalb die nachfolgende Erläuterung anhand der Figur 3 sich auf eine solche Schaltung beschränkt. SG9881/0844

Eine Diode D40 bewirkt eine Halbwellen-Gleichrichtung von einer Wechselspannungsquelle, die mit dem Spannungseingang an dem zugehörigen Haupt-Thyristor in Phase ist. Diese Spannung wird von (nicht gezeichneten) Hilfswicklungen auf dem Transformator T abgegeben. Ein Widerstand R40 begrenzt den Strom für eine Spannungsregel-Zenerdiode DZ40. Mit Kondensatoren C40 und C49 werden Spannungsstoße bzw. Hochfrequenz-Störungen (Funkstörungen) abgeblockt. Eine Sperrdiode D43 verhindert die Entladung eines Kondensators C43 durch die Zenerdiode DZ43, glättet die Spannung für die Zeitgeberschaltung und liefert auch den auslösenden Leistungsimpuls an den Hauptthyristor. Das Dämpfungsglied für- den Leit-Thyristor SCR₂ besteht aus R64 und C58. Die Steuerelektrode des Hauptthyristors wird durch den Kondensator C55 vor Hochfrequenz bewahrt. Die Steuerelektrode des Leit-Thyristors SCR₂ wird durch C53 und D52 gegen Hochfrequenz geschützt. Der Ableitstrom von der Anode zur Steuerelektrode fließt über den Widerstand R82. Der den Leit-Thyristor SCR₂ durchfließende Strom wird mittels eines Widerstandes R67 begrenzt, der zusammen mit R79 den Steuerelektrodenstrom des Hauptthyristors begrenzt. Der Schaltungseingang wird gegen Hochfrequenzstörungen (Funkstörungen) und Spannungsstöße durch einen Kondensator C61 abgesichert. Sobald der Leit-Thyristor SCR₂ öffnet, liegt zu R40 ein Widerstand R76 parallel, wodurch genügend "hinteres Schulterpotential" ("back porch" energy) zum Auslösen des Hauptthyristors geliefert wird.

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Eine Diode D49 sperrt den Stromfluß durch den Widerstand R76, bis SCR₂ geöffnet hat.

Die übrigen Schaltelemente, nämlich Transistor Q43, Kondensator C46 und Widerstände R58 sowie R61, dienen zur Erzeugung des Zeitgabesignals, das den Leit-Thyristor ₂ auslöst, um den Soll-Ausgang zu bewirken. Diese Bauteile bilden einen herkömmlichen Kipposzillator (relaxation oscillator).

Der Schalt- oder Unijunction-Transistor Q43 löst aus, . sobald die an C46 anstehende Spannung seinen Triggerpunkt erreicht, das ist die zwischen Basis Eins und Basis Zwei anliegende Spannung multipliziert mit dem inneren Spannungsverhältnis des Schalttransistors. Der an die Basis Zwei angeschlossene Widerstand R61 ist mit R63 verbunden und daher nicht durch die Zenerdiode DZ40 gesteuert. Bei einem Anstieg oder Abfall der Netzspannung findet ein Spannungsausgleich infolgedessen statt, indem die Spannung zwischen Basis Eins und Basis Zwei zu- bzw. abnimmt.

Für den Ladestrom zu dem Kondensator C46 stehen zwei Wege zur Verfügung. Der erste Stromweg verläuft über die Widerstände R55 und R73; er erzeugt eine zeitlich ansteigende Auflauf-Spannung 50 (Fig. 5). Ein zweiter, niederohmiger/·: Strompfad verläuft über R49,D46 und R52, so daß der Kondensator C46 sehr rasch bis zu einem Punkt aufgeladen wird,

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welcher durch das Spannungsteilersystem R49,040,R70 und R46 festgelegt ist, das eine Sockel- oder Schwellenwertspannung 51 liefert. Eine Veränderung des Leitungswinkels wird durch Veränderung des Sockel- bzw. Schwellenwertverlaufs hervorgerufen und durch den Strom der Schweißstromquelle gesteuert. Die Höhe der Sockelspannung wird durch die Stromrückkopplung beeinflußt, indem die zwischen Kollektor und Emitter des Transistors 0.40 anliegende Spannung verändert wird, was durch Zuführen des Rückkopplungssignals über die Leitung 205 an die Basis des Transistors Q40 geschieht. Diese in den Basiskreis eingespeiste Signalspannung setzt die Kollektor-Emitter-Spannung am Transistor Q40 herab und vergrößert die Auslösezeit für den Schalttransistor Q43.

Die Zündschaltung ist so ausgelegt, daß bei Minimum-Ausgang das Verhältnis von Kurzschluß- zu Schweißstrom vorzugsweise 4 : 1 beträft. Man erreicht dies durch Einstellung des Widerstandes R70, womit der Pegel festgelegt wird, auf den die Sockel- bzw. Schwellenwertspannun;:; am Transistor Q43 bei minimaler Ausgangslast abfällt. Dieser Sockelspannungs-Abfall bestimmt das Ausmaß der Phasenrückstellung der Hauptthyristoren. Bei Strömen oberhalb des minimalen Ausgangs ist das Verhältnis von Kurzschlußzu Schweißstrom verkleinert, und zwar bei den Nenndaten der Schweißstromquelle vorzugsweise auf 1,25 : 1.

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Die erwähnten Steuerungsvorgänge finden durch Einstellung der Zündschaltung sowie der Steuerungs- und Rückkopplungs-Stellglieder der Schaltung statt. Bei minimalem Schweißstronquellen-Ausgang wird die gesamte Rückkopplung benutzt, um den Hauptthyristor-Ausgang in der Phase zurückzustellen und so die Ausgangsspannung der Hauptthyristoren herabzusetzen. Das hat zur Folge, daß eine kleine Stromänderung eine große Veränderung der Rückkopplungsspannung bewikkt, was wiederum eine große Änderung des Phasenrückstellwinkels hervorruft.

Hit zunehmendem Schweißstrom wird durch Einstellung des Stromsteuerungs-Potentiometers R3 der Anteil der Rückkopplungsspannung vermindert. Bei einer gegebenen Stromänderum; wird der Zündschaltung daher ein kleinerer Rückkopplungsanteil zugeführt, so daß der Leitungswinkel eine geringere Änderung erfährt. Derartige Veränderungen des Rückkopplungsanteils sind besonders günstig, um bei einem Anstieg des Ausgangsstroms das Verhältnis von Kurzschluß- zu Schweißstrom zu steuern. Dies bewährt sich namentlich beim Stangenschweißen (stick welding) und beim verdeckten Lichtbogenschweißen. Würde die Ausgangskennlinie senkrecht abfallen, so würde bei sämtlichen Stromstärken das gleiche oder nahezu gleiche Verhältnis von Kurzschluß- zu Schweißstrom bestehen und die Elektrode würde hängenbleiben. Wäre der Kennlinien-Abfall jedoch streng reaktiv, so daß eine kleine Spannungsarm.- .

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derung einer größeren Stromänderung entspricht, so würde der Kurzschlußstrora bei den höheren Stromeinstellungen zu groß und bei den niedrigeren Stromeinstellungen zu klein sein. Die Erfindung sieht eine Doppel-Kennlinien-Schweißstroinquelle vor, bei der die Möglichkeit besteht, für einen gegebenen Schweißstrom den Kurzschlußstrom auszuwählen.

Für die Zündschaltung sind zwei Einstellungen vorgesehen, nämlich eine mittels R73 für den größtmöglichen Phasenrückstellwinkel und eine andere mittels R70 für die Kurzschluß-Stromstärke bei minimalem Ausgang. Die Zündschaltung ermöglicht ferner den Ausgleich von Netzspannungsschwankungen, indem die an die Basis Zwei des Schalttransistors Q43 über RAO angelegte Spannung nicht blokkiert wird.

Einen besonderen Teil der Zündschaltung bildet der "Schulterkreis" ("back porch" circuit), der an die Diode D40 anschließt und eine in richtiger Phasenlage zu dem Hauptthyristor stehende Halbwellenspannung von z.B. 50 oder 60 Hz liefert, um ihn zu Öffnen bzw. einzuschalten. Sobald der gesteuerte Gleichrichter SCRp zündet, wird der Steuerelektrode des zugehörigen Hauptthyruistors ein großer Energieimpuls zugeführt. Besteht zwischen der Anodenspannung, die an den Hauptthyristoren anliegt, und der Steuerelektroden-Signalspannung eine Phasenverschiebung,

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was bei großen Stromänderungen der Fall ist, so erhält der Hau.ptth3Tis.t0r den Auftastimpuls nicht zur richtigen Zeit, so daß er nicht eingeschaltet wird. Um Schwierigkeiten dieser Art zu begegnen, ist bei der erfindungsgemäßen Schweißstromquelle über D40,R76,SCR₂ und R79 eine ausbleichende Schulterspannung vorgesehen, um den Hauptthyristor leitend zu machen. Das Schultersignal folgt dem Anfangs-Auftastimpuls, bleibt während der restlichen Halbperiode bestehen und gelangt an die Steuerelektrode des Hauptthyristors, um diesen einzuschalten, falls dies der Anfangs-Zündimpuls nicht tun sollte.

Man erkennt aus der vorstehenden Erläuterung, daß die Erfindung eine Steuerschaltung vorsieht, welche den Zündwinkel der Hauptthyristoren rasch genug verändert, um die Y/irkung der großen Induktivität der Drossel L^ im Falle eines Kurzschlusses zwischen Elektrode E und Werkstück W zu kompensieren. Dennoch sind Überlastungen sowohl durch die Phasenrückstellung der siliciungesteuerten Gleichrichter als auch die abfallende Spannungs-Strom-Kennlinie des Transformators T ausgeschlossen. Letzterer hat vorzugsweise eine Höchst-Leerlaufspannung von etwa 70 bis 100 V, so daß für den Maximalausgang der Schweißstromquelle die Hauptthyristoren höchstens mit einem Phasenrückstell^winkel von 20° zu arbeiten brauchen.

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Fig. 4 zeigt typische Ausgangskennlinien der erfindungsgemä.Oen Schweißstromauelle bei Maximal- und Minimal ausgang, wobei zu beachten (und gestrichelt angedeutet)ist, daß sich der Maximalstrom bei Kurzschluß selbst begrenzt, Die Hauptthyristoren können eine dementsprechende Nennstromstärke haben.

Man sieht ferner, daß bei minimalem Ausgangsstrom die Spannungs-Strom-Kennlinie sehr steil verläuft, daß ihre Neigung aber bei oder nahe Kurzschlußbedingungen abnimmt. Dadurch wird der Betrieb bei niedrigem Schweißstrom verbessert.

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Der Vollständigkeit halber seien nachfolgend die Werte von !Schaltelementen bei einem Ausführun^sbeispiel der Fi'/. 3 angegeben.

	V1'
Ca, Cb, Cc	0,63 (400 V
Cd	1,0 (400 V
C 20	0,022
021	0,22
C 22	100
C23	0,047
C 24	100
025	30
C26	50
C61	0,022
C 43	4,7
(!46, C52	0,1
C49	0,47
C55	0,022
C5B	0,22
	Ohm
Ra, Rb, Rc	47 (2 W)
Rd	27 (2 W)
R20	500 (1/4 W)
R21	100
R22	2700
R23	330
R24	27000
R25	10
R26	100
R27	^9000
R26	2700
R23	10000
R30	1000
R31	500 (1/3 W)
R32	6800
R33	500 (5 W)
R34	1500

D40,	D43, D46 1 A	1 Λ
D49,	D52	1 A
D20 I	Dis D35	40 20 V
DZ20	bis DZ	6,2 V
DZ21		0,82 V
DZ22		20 V (1 W)
DZ40		4 A, 300 W
SCR1	+ SCR2	2N4989
SUS		2N5679, PNP
Q20 η	l· Q21	2N2393, NPN
Q40		D5E43UJT
Q43		4 A, 300 V
		Ohm
		27
R 35		500 (1/4 W)
R36		330
R37		500 (5 W)
R40		27
R43		150
R46		3300
R49		150
R52		47000
R55		47
R58		680
R61		10
R64		47
R67		500 (1/4 W)
R70		100 (1/4 W)
R73		330 (5 W)
R76		5,1
R79		100
R82

Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung, einscbJ-ießlich konstruktiver Einzelheiten, elektrischer und räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungsv/esentlich sein.

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Claims (4)

PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. BUSCHHOFF DlPL-ING. HENNICKE DlPL-ING. VOLLBACH 5 KÖLN/RH. KAISER-WILHELM-RING 24 Aktenz.: Reg.-Nr. 4 "j KÖLN, den 10.6.1975 bitte angeben C\-h /QH The Lincoln Electric Company, Cleveland/Ohio (V.St.A.) Schweißstromquelle G> Patentansprüche

1. /Schweißstromquelle für das Gleichstrom-Lichtbogenschweißen, mit einem drei Primär- und drei Sekundärwicklungen aufweisenden Drehstromtransformatör und mit einer Steuerschaltung für wenigstens drei an die Sekundärwicklungen des Drehstromtransformators angeschlossene siliciuragesteuerte Gleichrichter einer Vollweg-Gleichrichterbrücke, deren Gleichspannungsausgang Anschlußleitungen für eine Schweißelektrode und für ein Werkstück aufweist, wobei in eine Anschlußleitung eine Drossel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß mit jeder Sekundärwicklung (S^,S2,S,) ein Blindwiderstand (21,22;10...13) in Reihe geschaltet und daß eine Einrichtung(CT^ ,) zum Erzeugen eines dem Strom in den Sekundärwicklungen proportionalen Gleichspannungssignals vorhanden ist, von dem ein Anteil zur Zündsteuerung der siliciumgesteuerten Gleichrichter (SCR. _n) rückkoppelbar ist (Fig. 1 und 3).

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2. Schweißstromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenblindwider stände (21,22;10...13) eingebaut sind und einen Bestandteil der Wicklungs-Kern-Anordnung des Drehstromtransformators (T) bilden (Fig.2)

3. Schweißstromquelle insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern des Drehstromtransformators (T) aus drei parallel im Abstand zueinander angeordneten Schenkeln besteht, nämlich zwei Seitenschenkeln (10,11) und einem Mittelschenkel (12,13), deren beide Enden jeweils zur Bildung geschlossener magnetischer Kreise überbrückt sind, daß ein magnetischer Nebenschluß zwischen den Enden benachbarter Schenkel jeden davon in einen fest und einen lose angekoppelten Abschnitt unterteilt, daß jeder festangekoppelte Abschnitt eine Primärwicklung (20) sowie einen Sekundärwicklungsteil (21) trägt und daß der andere Sekundärwicklungsteil (22) auf dem lose angekoppelten Abschnitt angeordnet ist (Fig.2).

4. Schweißstromquelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle Sekundärwicklungen (S^,S₂,S^) des Drehstromtransformators (T) die gleiche Windungsanzahl haben und daß der fest angekoppelte Abschnitt (21) der Seitenschenkel (10,11) etwa 40 bis 42 % dieser Windungsanzahl sowie der fest angekoppelte Abschnitt (21) des Mittelschenkels (13) etwa 70 bis

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75 % dieser Windungsanzahl trägt.

Schweißstromgleichrichter nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit einem Eisenkern versehene Drossel (lJ elektrisch in Reihe zu dem Gleichspannungssignal liegt und daß dieser Kern mit einer Ausgangsleitung (5) der Gleichrichterbrücke magnetisch gekoppelt ist, so daß der Schweißstrom zur magnetischen Sättigung des Kerns beiträgt.

Schweißstromquelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung der Änderungsgeschwindigkeit des an die Steuerschaltung rückgekoppelten Gleichspannungssignals ein Widerstand (R3) zu der Eisenkern-Drossel (Lp) parallel liegt.

Schweißstromquelle nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung auf große Beträge von durch Kurzschlüsse oder Überlastungen hervorgerufenen, gegebenenfalls modifizierten Gleichspannungssignalen in der Weise anspricht, daß der Leitungswinkel der siliciumgesteuerten Gleichrichter (SCR. _n) auf einen sicheren Wert herabgesetzt wird, wobei eine Verzögerungseinrichtung (R^#C)

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das Ansprechen um eine vorgegebene Zeitdauer nach Beginn des Kurzschlusses bzw. der Überlast\mg hinausschiebt.

. SchweiGstroinquelle nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Ansprech-iSinrichtung (L^,CT,SUS) auch die Abnahmegeschwindigkeit des Leitungswinkels der silicium;gesteuerten Gleichrichter (SCR. .-,)

nach der vorgegebenen Zeitdauer steuerbar und insbesondere absenkbar ist.

Cj ^f. Schweißstromquelle nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (R3) zum Abgreifen eines Anteils des modifizierten Gleichspannungs-Rückkoppluiißs-Sigiials vorhanden und dieser der Steuerschaltung zum Konstanthalten des Schweißstroms durch Steuerung der Ausgangsspannung der Schweißstromquelle zuführbar ist.

· Schweiöstromquelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte modifizierte Gleichspannungs-Rückkopplungs-Signal einer auf große,durch Kurzschluß bzw. überlastung hervorgerufene Signalspannungen ansprechenden Steuerungseinrichtung zuführbar ist, bei deren Ansprechen mittels einer der Steuerschaltung zugehörigen Anordnung der Leitungswinkel der siliciumgesteuerten Gleichrichter (SCR. _r,) absenkbar ist, und daß die

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Sf

Funktion der Ansprech-Einrichtung (L₂,CT,SUS) während einer vorgegebenen Zeitdauer nach dem Beginn des Kurzschlusses bzw« der Überlastung verzögerbar ist.

Schweißstromquelle nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (SCRp usw.) zum Verringern der Abnahmegeschv/indigkeit des Leitungswinkels der siliciumgesteuerten Gleichrichter (SCR. .,) nach Wirksamwerden der Ansprech-Einrichtung (Lp,CT,SUS) vorhanden sind.

Schweiß stromquelle nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung je einen Oszillator (Q4j5 usw.) für jeden siliciumgesteuerten Gleichrichter (SCR. _n) aufweist, der mit der an letzterem anliegenden Anodenspannung phasengleich zündet, daß zum Verringern des Leitungswinkels des siliciumgesteuerten Gleichrichters die Zündsignalspannung verzögerbar ist und daß zum Ausregeln des Schweißstromquellenausgangs bei Netzspannungsschwankungen eine Einrichtung vorhanden ist, mittels deren ein zur Netzspannung proportionaler unverriegelter Gleichspannungsimpuls von dem Ausgang an den Oszillator (q43 usw.) zuführbar ist, um die Zündung bei Netzspannungsschwankungen einzustellen.

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SS

Schweißstromquelle nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennz ei.chnet, daß die Steuerschaltung je einen Oszillator (Q43 usw.) für jeden siliciumgesteuerten Gleichrichter aufweist, der mit der an letzterem anliegenden-Anodenspannung phasengleich zündet, daß zum Verringern des Leitungswinkels des siliciumgesteuerten Gleichrichters (SCR. _n) die Zündspannung verzögerbar ist, daß der Oszillator je einen Transistor (0.43) und Kondensator (C46) sowie zwei parallele Widerstandswege zum Aufladen des letzteren auf das Zündpotential des Transistors (Q43) aufweist, wobei der eine Widerstandsweg (R55,R73) verhältnismäßig hochohmig ist, wogegen der andere Widerstandsweg (R49,D46,R52) einen verhältnismäßig niedrigen Widerstand besitzt und die über ihn bewirkbare Höchstladespannung mittels einer Einrichtung (SCR₁ usw.) steuerbar ist, die einen weiteren Transistor (Q21) aufweist, dessen Leitfähigkeit zu dem vorgewählten Anteil des modifizierten Gleichspannungs-Rückkopplungs-Signals proportional ist.

4*5. Schweißstromquelle nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungs-Strom-Charakteristik (Fig. 4) am Ausgang der Transformator-Blindwiderstands-Anordnung (Fig. 1 und 2) eine Leerlaufspannung im Bereich von etwa 70 bis 100 V hat und daß die siliciumgesteuerten Gleichrichter (SCR. für die Maximal-Ausgangsleistung der Schweißstromquelle mit einer Phasenrückstellung von höchstens 20° arbeiten.

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Schweißstromquelle für das Gleichstrom-Lichtbogenschweißen, mit einem drei Primär- und drei Sekundärwicklungen aufweisenden Drehstromtransformator und mit einer Steuerschaltung für wenigstens drei an die Sekundärwicklungen des Drehstromtransformators angeschlossene silidumgesteuerte Hauptgleichrichter einer Vollweg-Gleichrichterbrücke, deren Gleichspannungsausgang Anschlußleitungen für eine Schweißelektrode und für ein Werkstück aufweist, wobei in eine Anschlußleitung eine Drossel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß mit jeder Sekundärwicklung (S₁JS₂JS₃) ein Stromwandler (CT₁,CT₂,CT,) in Reihe liegt, der seinerseits Sekundärwindungen hat, welche eine dem Strom in dem betreffenden Sekundärwicklungsanschluß proportionale Spannung führen und welchen zur Erzeugung eines Gleichspannungs-Rückkopplungs-Signals jeweils Dioden (D20 bis D25),eine Drossel (Lp) und Parallelwiderstände (R1,R4) zugeordnet sind, die von dem Rückkopplungssignal durchlaufen werden und es dabei modifizieren, daß die Induktivität der Drossel (Lp) mit zunehmendem Schweißstrom absenkbar ist, daß ein Anteil des modifizierten Rückkopplungssignals abgreifbar ist, daß eine Steuerschaltung für die siliciumgesteuerten Hauptgleichrichter (SCR. p) einen Oszillator mit einem ersten Transistor (Q43) und einem bei Aufladung auf einen vorbestimmten Betrag letzteren leitend machenden Kondensator (C46) sowie mit einer Steuerleitung besitzt, die eine der Netzanschlußspannung der Schweißstromquelle proportionale Gleich-

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spannung führt, so daß der Schwellenwert für die Umsteuerung des ersten Transistors (Q43) proportional zur Netzspannung ist, daß zur Aulladung des Kondensators (C46) je ein mit Festspannung gespeister hochohmiger und ein niederohmiger Strompfad (R55,R73;R49,D46,R52) vorhanden sind, daß zur Steuerung der HÖchstladespannung des Kondensators (C46) über den niederohmigen Strompfad (R49,D46, R52) ein zweiter Transistor (Q40) vorhanden ist, dem der vorgewählte Anteil des modifizierten Rückkopplungssignals zuführbar ist, so daß die Leitfähigkeit des zweiten Transistors (Q4O) diesem Signalanteil proportional ist, daß zur vollständigen Aufsteuerung des zweiten Transistors (Q4O) diesem eine Kurzschluß-Steuereinrichtung (SW, ^) zugeordnet ist, die einanvom modifizierten Gesamt-Rückkopplungssignal gespeisten dritten Transistor (Q20) aufweist, dessen volle Leitfähigkeit durch ein von den Höchstnennstrorn der Schweißstromquelle überschreitenden Schweißströmen erzeugtes modifiziertes Rückkopplungssignal bewirkbar ist, daß die Aufsteuerung eines siliciumgesteuerten Gleichrichters (SCR₁) um eine vorbestimmte Zeitdauer nach Zuführung des kurzschlußmodifizierten Rückkopplungssignals verzögerbar ist und daß bei voll leitendem siliciumgesteuertem Gleichrichter (SCR.) ein vierter Transistor (Q21) aufsteuerbar ist, dessen Änderungsgeschwindigkeit des Leitendwerdens verzögerbar ist und der ausgangsseitig den zweiten Transistor (Q40) beaufschlagt, bei dessen Leitendwerden die Ladezeit des Oszillator-Kon-

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densators (C46) so weit ansteigt, daß der Leitungswinkel der siliciumgesteuerten Hauptgleichrichter (SCR in einen Bereich mit "betriebssicherem Ausgangs strom verringert wird.

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