DE3030038A1

DE3030038A1 - Vorrichtung zum wechselstromschweissen

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Publication number: DE3030038A1
Application number: DE19803030038
Authority: DE
Inventors: Petr Grigor'evi&ccaron; &Scaron;ukovsky; Vladimir Ivanovi&ccaron; Dedjuch; Anatoly Dmitrievi&ccaron; Kachovka Chersonskaja oblast' Glu&scaron;enko; Viktor Aleksandrovi&ccaron; Kiev Koritsky; Vladimir Konstantinovi&ccaron; Lebedev; Aleksei Mefodievi&ccaron; Malachov; Vladimir Aleksandrovi&ccaron; Nagaitsev; Nikolai Ivanovi&ccaron; Postolaty; Vladimir Aleksandrovi&ccaron; Troitsky; Stanislav Nikolaevi&ccaron; Varkentin; Igor Ivanovi&ccaron; Zaruba
Original assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Current assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Priority date: 1980-08-08
Filing date: 1980-08-08
Publication date: 1982-02-25

Description

VORRICHTUNG ZUM WECHSbLSTR0MSC HWE IßEN
Die Erfindung bezieht sich auf Stromversorgungsquellen und betrifft insbesondere eine Vorrichtung zum Wechselstromschweißen. Die Erfindung kann zum Lichtbogenschweißen von Metallen benutzt werden.
In der weiteren Darleung wird unter dem Fachausdruck "'Transformator mit vergrößerter magnetischer Streuung" ein Transformator mit steil abfallender Sußenkennlinie verstanden. Unter dem Fachausdruck "Transformator mit Jochstreuung" wird ein Transformator mit vergrößerter magnetischer Streuung verstanden, dessen Primär- und Sekundärwicklung an verschiedenen Schenkeln des Magnetleiters angeordnet sind.
Eine allgemeine Forderung die an sämtliche für Schweißarbeiten gebrauchte Stromversorgungsgeräte gestellt wird, ist die Gewährleistung eines stabilen Brennens des Lichtbogens im ganzen Bereich der Arbeitsströme.
Im Vergleich mit einem Gleichstromlichtbogen besteht die Besonderheit eines Wechselstromlichtbogens darin, daß während jeder Halbperiode des Stroms des Stromversorgungsnetzes der Lichtbogen erlischt und darauf wiederholt erregt wird. Diese Srscheinung bedingt eine weitere Borderung, die an die Stromversorgungsquelle gestellt wird, und zwar die Gewährleistung zuverlässiger widerholter Erregungen des Lichtbogens.
Die als Stromversorgungsquellen des Wechselstromlichtbogens weitgehend verwendeten Schweißtransformatoren genügen dieser Forderung lediglich in dem Fall, wenn sie eine hohe LeerlauSspannung aufweisen, was die installierten und Leistungen der Stromversorgungsquellenv ihre Kosten erhöht, den Wirkungsgrad vermindert und darüber hinaus die Bedienungsperson gefährdet.
Ein bekanntes Verfahren zur Verminderung der Leer-Iaufspannung ist das Einschalten eines lC-$chwingkreises, eine der in Resonanz auf v der Frequenz des Stromversorgungsnetzes nahliegende Frequenz abgestimmt ist, in den Schweißkreis (S. W.K. Lebedew, I.R. Naruschkjawitschus "Stabilität des Brennens eines Wechselstromlichtbogens in einem fondensatorstromkreis", Zeitschrift "Automatisches Schweißen", Nr. 4, 1971, S. 3 bis 5).
Dieses Verfahren ist insbesondere in der im uA-Pa-tent Nr. 3617689, Klasse 219/131X, 1971 beschriebenen Vorrichtung verwirklicht. Eine derartige Vorrichtung enthält einen Transformator mit starrer Außenkennlinie, dessen Pridessen märwicklung mit dem Stromversorgungsnetz undSekundärwicklung mit der Elektrode und dem zu schweiß enden Erzeugnis elektrisch verbunden sind. Die Vorrichtung enthält ebenfalls eine Blindleistungseinheit, zu der ein Kondensator gehört.
Die ßlindleistungseinheit ist mit der Sekundärwicklung des Transformators in Reihe geschaltet. Im Stromkreis der Sekundärwicklung entsteht dabei ein äquivalenter Serienstromkreis aus der Drosselspule und dem Kondensator. Der auf diese Weise gebildete iC-Schwingkreis ist im wesentlichen in Resonanz auf die Frequenz des Stromversorgungsnetzes abgestimmt. Die elektrischen Parameter des Stromkreises der Primärwicklung genügen dabei der folgenden Forderung : IXL = IXc = Vs Hierin bedeuten: XL den induktiven Widerstand, Xc den kapazitiven Widerstand, den Schweißstrom, V5 die zur wiederholten Erregung des Lichtbogens in Erlöschens jedem Fall seines w erforderliche minimale Spannung.
Die Vorrichtung der angegebenen konstruktiven Ausführung gestattet es, zum Zeitpunkt des lsichtoogeniöschens an der Lichtbogenstrecke eine Spannung von ausreichender Größe zum wiederholten Erregen des Lichtbogens ohne Benutzung irgendwelcher behelfsmäßigen Btabilisierenden Mittel zu erzeugen. Dabei kann in der Vorrichtung ein Transformator mit solcher Leer lauf spannung benutzt werden, die die als gefahrlos festgelegte Größe nicht überschreitet.
Die Auswahl der Parameter des IC-Schwingkreises, die diesen in Resonanz auf die Frequenz des Stromversorgungsnetzes abstimmen, gewährleistet die günstigsten energetischen Kennwerte rür die gegebene konstruktive Ausführung der Vorrichtung.
Da aber in der beschriebenen Vorrichtung ein Dransformator mit starrer Außenkennlinie benutzt ist, der fast keinen induktiven Streuwiderstand besitzt, kann der dem 1C-Schwingkreis äquivalente Stromkreis praktisch nur durch eine Blindleistungseinheit verwirklicht werden, zu der sowohl ein Nondensator als auch eine Drosselspule gehört. Das Vorhandensein einer Drosselspule bedingt einerseits Snergieverluste, die durch ihren Wirkwiderstand bedingt sind, und macht andererseits die konstruktive Ausführung der Vorrichtung kompliziert Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Wechselstromschweißen zu schaffen, in der die uverlässigkeit der wiederholten Erregungen des Lichtbogens und die Stabilität seines Brennens durch Ausnutzung eines lC-Schwingkreises erreicht wird, der konstruktiv derart geändert ist, daß die Snergieverluste nerabgesetzt und die Anzahl der Elemente des Stromkreises der Vorrichtung vermindert werden.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der Vorrichtung zum Wechselstromschweißen, die einen llraiisformator enthält, dessen Primärwicklung mit dem Stromversorgungsnetz und dessen Sekundärwicklung mit der Elektrode und dem zu sciiweißenden erzeugnis elektrisch verbunden sind, und die ebenfalls eine Blindleistungseinheit besitzt, die einen Isondensator aufweist und die mit einer der Wicklungen des Transformators in Reihe geschaltet ist, so daß dabei im Stromkreis der angegebenen wicklung ein IC-Serienschwingkreis gebildet wird, der in Resonanz auf eine der Frequenz des Stromversorgungsnetzes naheliegende Frequenz abgestimmt ist, erfindungsgemäß als Transformator ein Trans-Iormator mit vergröBerter magnetischer Streuung verwendet wird, während der IC-Serienschwingkreis von der Kapazität des kondensators und der Streuinduktivität des Transformators gebildet ist.
Die beschriebene Ausführung der Vorrichtung erntöglicht es, im Transformator die ihm eigene Funktion der Anpassung der Parameter des Stromversorgungsnetzes an die Parameter des Schweißkreises und die Funktion der i3lindleistungseinheit zu vereinigen und eine besondere Drosselspule wird entbehrlich.
Dadurch gelingt es, die £nergieverluste zu vermindern und den Wirkungsgrad der Vorrichtung zu erhöhen. Dabei werden ebenfalls ihre konstruktive Ausführung einfacher, die Betriebssicherheit größer und die V£asse geringer.
Es ist zweckmäßig, daß in der Vorrichtung zum liechselstromschweißen der induktive Kurzschlußwiderstand des Transformators im vergleich mit dem kapazitiven Widerstand des Kondensators größer bzw. kleiner ist, da eine Gleichheit dieser Widerstände, bei der der IC-Schwingkreis in Resonanz auf die Frequenz des Stromversorgungsnetzes abgestimmt ist, die Gefahr eines andauernden Kurzschlusses mit sich bringt, während dessen der Strom nur durch die Wirkwiderstände des Stromkreises der Vorrichtung begrenzt wäre.
Eine Ausführungsforn mit dem Übergewicht des kapazitiven Widerstandes über dem induktiven ist hauptsächlich im bereich der geringen Schweißstronwerte (bis 400 A) vorzuziehen, und es ist sinnvoll, diese in den Vorrichtungen für manuelle lichtbogenschweißung zu benutzen.
Dabei kennzeichnet sich die Vorrichtung durch eine parametrische Gegenkopplung, die eine Stromstabilisierung des Lichtbogens ermöglicht.
Die Ausführungsform mit dem tioergewicht des induktiven Widerstandes über dem kapazitiven ist für große (über 400 A) Schweißstromwerte vorzuziehen und in den Vorrichtungen rür automatisiertes Schweißen anwendbar.
Dabei gewährleistet die Vorrichtung eine Spannungsstabilisierung aes Lichtbogens.
Es ist zweckmäßig, aen lC-Schwingkreis im Stromkreis aer Primärwicklung des i'ransformators zu bilden. Dies gestattet, die Kapazität des izondensators im Vergleich mit der bei seinem Einschalten in den Stromkreis der Sekundarwicklung des Transformators erforderlichen Kapazität bedeutend zu vermindern und dadurch die Abmessungen und die tasse des tiondensators und der Vorrichtung im ganzen zu verringern.
Da beim Vorhandensein eines Kondensators im Stromkreis der Primärwicklung des Transformators die Gefahr einer Funktionsstörung im Zusammenhang mit der möglichen Entstehung einer ferromagnetischen Resonanz während der mit dem Einschalten der Vorrichtung in den Stromversorgungskreis, ihrem Abschalten vom Stromversorgungskreis sowie mit dem schließen und öffnen des Stromkreises der Sekundärwicklung verbundenen Übergansprozesse entstehen kann, ist es erforderlich, daß der induktive Leerlaufwiderstand des Transfoimators den induktiven Widerstand des Kondensators überschreitet, dabei soll das Verhältnis der angegebenen Größen so bestimmer werden, der die Induktivität des Transformators bei dem maximalmöglichen Schalt strom innerhalb des Bereiches des linearen Abschnittes der Magnetisierungskurve des Magnetkerns bleibt.
Bei der erfüllung dieser Bedingung ist die öglichkeit der Sättigung des IgIagnetkerns des Transformators während der Ubergangsprozesse ausgeschlossen, und dadurch wird die Ursache der Bildung einer beständigem ferromagnetischen Resonanz beseitigt.
Es ist auch eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung möglich, bei der die Wahrscheinlichkeit der ferromagnetischen Resonanz dadurch verhütet ist, daß der Kondensator rslit einer ihm parallel geschalteten und ein Element mit veränderlicher Leitfähigkeit enthaltenden Scllutzeinrichtung versehen ist. Das angegebene element gewährleistet das ansprechen der Schutzeinrichtung zu den Zeitpunkten des möglichen Entstehens der Serroaagnetischen-Resonanz.
Als Element mit veränderlicher Leitfähigkeit kann ins besondere ein Schalter mit einem Steuereingang benutzt werden, der an eine Steuereinheit angeschlosserl ist, die eine falls zur Schutzeinrichtung gehört und einen mit dem Stromkreis der Sekundärwicklung des Transformators elektrisch verbundenen Schweißstromgeber, ein mit dem Schweißstromgeber verbundenes Schwellwertelement, einen mit dem Schwellwertelement verbundenen Wechselrichter und er eine U1-Schaltung enthalt, deren einS Eingang mit dem ifechselrichter verbunden ist und deren anderer eingang ans Stromversorgungsnetz angeschlossen ist, während der Ausgang mit dem Steuereingang des Schalters verbunden ist.
Bei derartiger konstruktiver Ausführung der Schutzeinrichtung wird der Kondensator durch den Schalter im Leerlaufbetrieb des 1'ransformators, d.h. zum Zeitpunkt, der vom Standpunkt der ferromagnetischen Resonanz am gefährlichsten ist, überbrückt.
Zur Begrenzung der Leerlauf spannung des ï'ransformators ist es zweckmäßig, daß mit dein Schalter der Schutzeinrichtung ein Ende der Zusatzwicklung verbunden ist, das mit der Primärwicklung des Transformators gleichsinnig in Reihe geschaltet ist.
Dies gestattet, in der Vorriclltung zum Schweißen einen Transformator zu benutzen, in dem der Nennwert der Leerlaufspannung den Grenzwert der von der Norm vorgesehenen gefahrlosen Spannung überschreitet, und dadurch die Bedingungen der wiederholten Erregung des Lichtbogens zu verbessern.
Als Transformator mit vergrößerter magnetischer Streuung kann in der Vorrichtung zum Wechselstromschweißen insbesondere ein Transformator mit Jochstreuung verwendet werden.
In diesem Fall iEt es zweckmäßig, daß die Zusatzwicklung an dem gleichen ,Schenkel des I.agnetleiters wie die Sekundärwicklung angeordnet ist.
Die Bedingungen der wiederholten Erregung des Lichtbogens verbessern sich zusätzlich, da durch die starre Kopplung der Zusatz- und der Sekundärwicklung eine Lokalisierung der Energie des Kondensators im Stromkreis der Sekundärwicklung gewährleistet wird, die insbesondere eine Ionisierung der Lichtbogenstrecke fördert.
Es ist zweckmäßig, wenn zur auf dem gleichen Schenkel wie die Sekundärwicklung sitzenden dem Zusatzwicklung eine auf v gleichen Schenkel wie die rimärwicklung angeordnete Hilfswicklung gegengeschaltet ist.
Aus den auf diese Weise geschalteten zwei Wicklungen, der Hilf s- und der Zusavbzwicklung, entsteht eine Differentialschaltung, die als ein Schweißstromgeber in der Schutzeinrichtung des londensators benutzt werden kann. Dies gestattet, durch den Wegfall des X,etransCormators, der normal in den Stromkreis der Sekundärwicklung als Schweißstromgeber eingeschaltet wird, aus der Schutzeinrichtung den Verbrauch an Aktivmaterialien zu vermindern, die für die Herstellung der Vorrichtung benutzt werden.
Der gleiche hSfekt kann bei der Ausführung des Schweißstromgebers als eine am Joch des Magnetkerns des Transformators im Streukraftfluß angebrachte Meßwicklung erreicht werden.
Im weiteren wird die Erfindung durch die Beschreibung der Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. as zeigen: Fig. 1 ein elektrisches Schaltbild der erfindungsgenafen Vorrichtung zum Wechselstronsohweißen; Fig. 2 ein dem in Fig. 1 gezeigten äquivalentes vereinfachtes Schaltbild; zeigt 3 ein elektrisches Schaltbild eines Ausfuhrungs-Deispiels der erflndungsgemäßen Vorrichtung, in dem der kondensator in den Stromkreis der Primärwicklung des Transformators eingeschaltet ist; Fig. 4 ein Funktionsschaltbiid eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemaß.en Vorrichtung, in dem der Kondensator mit einer Schutzeinrichtung versehen ist; Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel eines elektrischen SchaLtbildes der Vorrichtung in Ubereinstimmung mit dem Funktionsschaltbild von Fig. 4; Slig. 6 ein Funktionsschaltbild eines Ausiührungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit gesteuertem Schalter im sesrsnd der chutzeinrichtung; Fig. 7 ein unktionsschaltbild des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Zusatzwicklung im Stromnetz der Sekundärwicklung des Transformators; Fig. 8 ein Funktionsschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Zusatz-Kern wicklung, die auf demselben v wie die Sekundärwicklung des Xl'ralsformators . angeordnet ist; Fig. 9 ein Funktionsschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer als ein Schweißstromgeber dienenden Differentialschaltung zur Ein schaltung der musatz- und der Hilfswicklung; Fig. 10 ein Funktionsschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer am Transformatoråoch angeordneten und als Schweißstromgeber dienenden Meßwicklung; Fig. 11 eine elektrische Schaltung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 12 ein Diagramm von Strömen und Spannungen der Elemente des Schweißstromkreises; Fig. 13 eine i'agnetisierungskurve des Magnetkerns des Transformators.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Wechselstromschweißen enthält einen Transformator i mit vergroßerter magnetischer Streuung (s. Fig. 1), der einen Magnetkern 2 sowie eine Primär- und eine Sekundärwicklung 3 bzw. 4 besitzt, die an dem Magnetkern 2 angeordnet sind. Die Primärwicklung 3 des Transformators 1 ist in den an der Schaltung durch die Klemmen A und D dargestellten Wechselstromversorgungskreis eingeschaltet und bildet in der Gesamtheit mit der Verbindungsapparatur einen Stromkreis 5 der Primärwicklung.
Die Sekundärwicklung 4 ist mit der Elektrode 6 und dem zu schweißenden erzeugnis 7 elektrisch verbunden und bildet zusammen mit diesen und der Verbindungsapparatur einen Stro:reis 8 der Sekundärwicklung.
Die Vorrichtung enthält weiterhin einen mit einer der Wicklungen 3 bzw. 4 des Transformators 1 in Reihe geschalteten xondensator 9. Der hondensator und die mit diesem verbundene Wicklung bilden eine Blindleistungseinheit. In Fig. 1 ist der Kondensator 9 mit der Sekundärwicklung 4 in Reihe geschaltet. In Fig. 2 ist ein dem in Fig. 1 dargestellten äquivalentes Schaltbild gezeigt (der Vereinfachung der überlegung halber sind im äquivalenten Schaltbild die Wirkwiderstände nicht berücksichtigt, deren Widerstandswerte im Vergleich mit denen der Blindwiderstände vernachlässigbar klein sind).
In diesem Schaltbild sind anstelle des Transformators 1 induktive Streuwiderstände Xs1 und S's2 entsprechend der Primär- und der Sekundarwicklung 3 und 4 und ein induktiver Magnetisierungswiderstand Xm verwendet, der die gegenseitige Induktivitaten der Wicklungen 3 und 4 kennzeichnet. Dem Kondensator 9 entspricht ein Kapazitiver Widerstand Xc, während Za den Widerstand des Lichtbogens in der Strecke Elektrode 6 - Erzeugnis 7 darstellt.
Die kapazität des Kondensators 9 (Fig. 1) und die Streuinduktivität des Transformators 1 bilden eine LC-Serienschwingkreis. Das Verhältnis der Größen des apazitiven Widerstandes Sc (Fig. 2) und des induktiven btreuwiderstandes X5 des Transformators 1, der mit der Summe der ininduktiven Widerstände Xs und XS seiner Wicklungen (unter Berücksichtigung des Ubersetzungsverhältnisses) übereinstimmt, wurde so gewählt, daß der erhaltene lC-Schwingkreis in Resonanz auf eine der Frequenz des Stromversorgungsnetzes nahliegende Frequenz abgestimmt ist.
Je näher dabei das angegebene Verhältnis an i liegt, aesto geringer sind die nergieverluste, die durch die 31indkomponenten des durch die Vorrichtung aus dem Stromversorgungsnetz aufgenommenen Stroms bedingt sind. Bei Xc = Xs werden dem Stromversorgungsnetz nur die Wirkkomponenten entnommen, was es gestattet, auch bei begrenzter Leistung des Netzes (beispielsweise, des Nicht netzes) die maximal mögliche Größe des Schweißstroms zu erreichen. Ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, in dem die Gleichheit der Größen Xc = Xs eingehalten wird, die die Abstimmung des I-Schwingkreises in Resonanz auf die Frequenz des Stromversorgungsnetzes gewährleistet, wird jedoch deswegen nicht bevorzugt, weil der Kurzschlußstrom in diesem Fall praktisch lediglich durch die irkwiderstände der Wicklungen 3 und 4 begrenzt ist. In diesem Zusammenhang erreicht der Kurzschlußstrom eine Größe, bei der er das zu schweißende erzeugnis verbrennen kann. Die Spannung, die die Arbeitsspannungen dabei bedeutend überschreitet, kann den Ausfall des Kondensators 9 und eine Sättigung des agnetkerns 2 des Transformators herbeiführen.
Da im Betriebszustand und im Kurzschlußbetrieb die be samte Energie des tUransformators auf die Brzeusunb von Streukraftflüssen der Primär- und der Sekundärwicklung 3 und 4 aufgewendet wird, besteht in diesem Fall, wie aus dem äquivalenten Schaltbild von Fig. 2 ersichtlich ist, der Schweißkreis aus den ins Stromversorgungsnetz in Reihe geschalteten Elementen Xs1, Xs2, Xfc und Za, Das Ubergewicht eines der vorstehend angegebenen Blindwiderstande in diesem Stromkreis gestattet es, den Strom während des Kurzschlusses zu begrenzen und dadurch die Gefahr einer betriebsstörung zu vermeiden. Das läßt sich anhand der bekannten Gleichung erklären, die die Größe I des Stroms im Schweißkreis bestimmt: Hierin bedeuten: die Spannung im Schweißkreis ; r den gesamten Wirkwiderstand der Elemente des Schweißkreises; XL den resultierenden induktiven Widerstand der Elemente des Schweißkreises. Im gegebenen Fall: Xc den kapazitiven Widerstand, im gegebenen Fall, den Widerstand Xc des Kondensators 9 (s. Fig. 1).
(s. K.E. Polivanow "Theoretische Grundlagen der Slektrotechnik", Weil i, Lineare Stromkreise", 1965, Moskau-Leningrad, S. 147).
Wie aus der angeführten Abhängigkeit ersichtlich ist, wird der Strom im Schweißkreis bei einem Kurzschluß von der Differenz der Blindwiderstände Xs - Xc bestimmt. Der IG- -Schwingkreis der Vorrichtung ist also erfindungsgemäß in Resonanz auf eine solche frequenz abgestimmt, die einem Verhältnis der Größen Xs und Xc entspricht, das eine Begrenzung des Kurzschlußstroms auf eine maximal zulässige Größe gewährleistet.
nur Begrenzung des -Kurzschlußstroms ist es gleichgültig, ob der kapazitive bzw. der induktive Widerstand im Stromkreis vorherrscht. Es wurde jedoch testgestellt, daß in den im bereich der kleinen Schweißstromwerte (bis 400 A ) funktionierenden und hauptsächlich rür eandlichtbogenschweiBen vorgesehenen Vorrichtungen eine Ausuhrung mit Übergewicht des kapazitiven Widerstandes über dem induktiven vorzuziehen ist. Dabei kennzeichnet sich die Vorrichtung durch eine parametrische Gegenkopplung, die eine Stromstabilisierung des Lichtbogens bedingt.
Eine Ausführungsforn der Vorrichtung, in der der induktive Widerstand ein tuergewicht über dem kapazitiven hat, ist im Bereich der großen (über 400 A) Schweißstrom-Werte bei automatischem Vorschub der Elektrode zum erzeugnis vorzuziehen. In diesem Fall wird eine Spannungsstabilisierung des flichtbogens gewährleistet. Die Schaltung mit dem Übergewicht des induktiven Widerstandes über dem kapazitiven wird in den Vorrichtung en für halbautomatische bzw. automatische Schweißung benutzt.
Die Absolutwerte der Blindwiderstände Xc und Xs wurden so gewählt, daß eine für das wiederholte Erregen des Lichtbogens ausreichende Spannung Uz an der Strecke Elektrode 6 - Erzeugnis 7 liegt.
Es ist bekannt, daß diese Spannung in einem Schweißkreis mit einem LC-Serienschwingkreis beträgt: Uz = Em sind # + XCIm (3) Hierin bedeuten: Em den Amplitudenwert der elektromotorischen Kraft des Stromversorgungsnetzes; den Phasenverschiebungswinkel ; Xc den tapazitiven widerstand ; Im den Amplitudenwert des Stroms im Schweißkreis (s. W.K. Lebedew, I.R. Naruschkjawitschus "Beständigkeit des Brennens eines Wechselstromlichtbogens im Stromkreis mit einem Kondensator?!, Zeitschrift "Automatisches Schwei-Ben", Nr. 4, 1971, S. 3).
Es ist offensichtlich, daß für eine Vorrichtung, dessen elektrische Schaltung mit der in Fig. 1 angeführten übereinstiImat, die Gleichung gilt Em sind Nr = U0 (4) Itierin ist: Uo die Leerlaufspannung des Transformators 1.
Entsprechend gilt XcIm = Uc (5) Hierin ist: Uc die Spannung des Kondensators 9.
Die Leerlaufspannung U0 des Transformators ist durch die Bedingung der Arbeitssicherheit des Bedienungspersonals begrenzt und darf die höchstzulässige Größe nicht überschreiten.
Die zum wiederholten Erzeugen des Lichtbogens ausreichende Spannung U ist im allgemeinen Fall von den Ausgangsparametern der Schweißung (Zusammensetzung des Flußmittels oder Schutzmedium, Lichtbogenlänge, Elektrodendurchmesser) abhängig und schwankt im Bereich von 20 bis 160 V.
bei Kenntnis der Größe Im in AbhängiOkeit von den Forderungen der konkreten Schweißtechnologie (bei bekannter Zusammensetzung und Stärke des zu schweißenden metalls, bekanntem Elektrodendurohmesser usw.) läßt sich der kapazitive widerstand Xc aus den Ausdrücken (3) bis (5): bestimmen.
Der Absolutwert des induktiven Streuwiderstandes des Transformators 1 wird von der Größe Xc und dem Verhältnis Xc und X5 bestimmt, die anhand der vorstehend angeführten erwägungen gewählt wurden.
Die beschriebene Vorrichtung weist im Vergleich mit anderen bekannten Vorrichtungen, in denen zum Halten des Lichtbogens und zur Stabilisierung seines Brennens ein LC-Serienschwingkreis benutzt wird, höhere energetische Nennwerte auf. Da der induktive Streuwiderstand Xs des Transformators 1 den induktiven Teil des Blindwiderstandes des LC-Schwingkreises bildet, wird eine Drosselspule entbehrlich, was eine Verminderung von Wirkverlusten zur Folge hat.
Daraus folgt eine Steigerung des Wirkungsgrades der Vorrichtung.
Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der das Schweißen bei einem Strom von 100 A von Hand geführt wurde, betrug der Wirkungsgrad 63% während in einer Vorrichtung, deren Schaltung mit der im USA-Patent Nr. 3617689 beschriebenen übereinstimmte, in der die Induktivität des Iß-Schwingkreises durch eine einen Wirwiderstand von R = 5,5 52 aufweisende Drossel (bei gleichen Parametern des übrigen StromKreisteils, wie auch bei der ersten der gegenübergestellten Vorrichtungen) erzeugt wurde, der Wirkungsgrad lediglich 52% betrug.
Das Wegfallen der Drosselspule vereinfacht die konstruktive Ausführung der Vorrichtung, erhöht ihre Betriebssicherheit und vermindert ihre Abmessungen und Masse, was für Handlichtbogenschweißen von besonderer Bedeutung ist.
Das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel der Vorrichtung bei dem der Kondensator 9 in den Kreis 5 der frimarwicklung eingeschaltet ist, bildet einen weiteres Schritt auf dem Wege der Verminderung der tasse und der Abmessungen der Vorrichtung, da in diesem Fall bei der gleichen blindleistung der Kondensator 9 eine kleinere Kapazität aufweist als in dem Fall, wenn er in den Stromkreis 8 der Sekundärwicklung eingeschaltet ist, und zwar weil in diesem Fall die Spannung an seinen Belägen höher und die 3lindleistung des Kondensators proportional dem iuadrat seiner Spannung ist Das Einschalten des Kondensators 9 in den Stromkreis 5 der Primärwicklung ist mit der Wahrscheinlichkeit des Entstehens einer ferromagnetischen Resonanz während der durch Einschalten der Vorrichtung ins Stromversorgungsnetz, ihr Abschalten vom Netz sowie durch Schließen und 02-nen des Stromkreises 8 der Sekundärwicklung verursachten Ubergangsprozesse verbunden.
Wie nachstehend gezeigt wird, ist zum Vermeiden dieser Erscheinung erforderlich, daß der induktive iiagnetisierungswiderstand Xm des Transformators 1 den kapazitiven Widerstand Xc des Londensators 9 überschreitet, dabei ist der Absolutwert Xm (bei gegebenem X) mit Rücksicht darauf zu wählen, daß bei dem maximal möglichen Schaltstrom die Induktion im ransformator 1 nicht außerhalb des linearen Abschnittes der Magnetisierungskurve des Magnetkerns 2 liegt. Für jeden konkreten Schweißkreis kann diese Größe je nach den konstruktiven Parametern des Transformators 1 und der Spannung des :romversorgungsnetzes bestimmt werden.
Da die Erfüllung der flgegeoenen bedingung mit einer Vergrößerung des Wirk querschnitts des Magnetkerns 2 und entsprechend einer Vergrößerung der Abmessungen und der Masse der Vorrichtung verbunden ist, ist das beschriebene Austührungsbeispiel hauptsächlich für das automatisierte Schweinen anwendbar, bei dem keine Minimisierung der angeebenen Parameter erforderlich sind.
Für das Handschweißen, bei dem die Tragbarkeit der Vorrichtung eine der wichtigsten Bedingungen ist, die die Arbeit des Schweißers bequem gestaltet,wird ein anderer Weg des Aus schließens der ferromagnetischen Resonanz vorgesch~lagen, der darin besteht, daß der Kondensator 9 im Stromkreis 5 der Primärwicklung mit einer Schutzeinrichtung 10 (s. Fig. 4) versehen ist.
Die Schutzeinrichtung 10 ist parallel dem Kondensator 9 geschaltet und enthält ein Element mit veränderlicher Leitfähigkeit.
Fig. 5 zeigt ein Ausführunsbeispiel der erfindungsgemiZen Vorrichtung, in der das Element mit veränderlicher Leitfähigkeit in der Schutzeinrichtung 10 aus zwei gegensinnig hintereinandergeschalteten Zenerdioden S1 und besteht. Anstatt der zwei auf diese Weise geschalteten Zenerdioden kann eine symmetrische Zenerdiode angeordnet werden. Weiterhin können auch andere bekannte ilalbleiter- bzw. ontakt;auelemente, beispielsweise, ein Dynistor bzw. ein Funkenableiter als ein Element mit veränderlicher Leitfähigkeit benutzt werden. Es ist wichtig, daß ein solches Element das Ansprechen der Schutzeinrichtung 10 in Abhängigkeit von der maximalzulässigen Spannung am Kondensator 9 im StromKreis 5 der iTimärwicklung gewährleistet.
Da die Gefahr des entstehen einer ferromagnetischen Resonanz grundsätzlich während des Sinschaltens der Vorrichtung mit offenem Stromkreis d der Sekundärwicklung ins Stromversorgungsnetz DZW. während des Abreißens des Lichtbogens entsteht, ist eine Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, in der das blement mit veränderlicher Leitfänigkeit den Kondensator 9 in sämtlichen bällen des Ausbleibens des Lichtbogens in der Strecke elektrode 6 - Erzeugnis 7 überbrückt.
Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung mit einer Schutzeinrichtung, in der das Element mit veränderlicher Leitfähigkeit als ein Schalter 11 ausgebildet ist.
Der Steuereingang 12 des Schalters 11 ist an die ebenfalls zur Schutzeinrichtung 10 gehörende Steuereinheit 13 angeschlossen. Die Steuereinheit enthält einen Schweißstromgeber 14, der mit dem Stromkreis O der Sekundärwicklung verbunden ist, und eine UND-Schaltung 15, deren erster Eingang 16 mit dem Geber 14 über einen Wechselrichter 17 und ein Schwellwertelement 18 verbunden ist, während der zweite Eingang 19 ans St-romversorgungsnetz im Punkt F angeschlossen und der Ausgang 20 mit dem Steuereingang 12 des Schalters 11 verbunden sind.
Als Schweißstromgeber 14 dient in der beschriebenen Schaltung in der Regel ein in den Stromkreis 8 der Sekundärwicklung eingeschalteter jeßtransformator. Der Schalter 11 ist mit einem Symistor aufgebaut. Es lassen sich ebenfalls zwei gegenparallel geschaltete Thyristoren benutzen. Das Schwellwertelement 8 und der Wechselrichter 17 sind ein Stromrelais mit einem Offner. Es sind auch andere bekannte Ausführungsvarianten der Bauelemente der Schutzeinrichtung 10 möglich.
Fig. 7 zeigt ein Funktionsschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Gemäß diesem Schaltbild ist mit der Primärwicklung 3 des Transformators 1 eine Zusatzwicklung 21 gleichsinnig geschaltet, deren freies Ende mit den Schalter 11 der Schutzeinrichtung 10 verbunden ist. Dieser Wicklung kommt die rufgabe zu, die Leerlaufspannung des Transformators 1 zu begrenzen.
3eim Vorhandensein der Zusatzwicklung 21 kann die Nennleerlaufspannung U0 des Transformators die zulässige gefahrlose Spannung überschreiten, was die Zuverlässigkeit von wiederholten Erregungen des Lichtbogens erhöht, wie aus den Gleichungen (3) und (4) ersichtlich ist.
Durch eine änderung der Anzahl der Sindungen W21 der Zusatzwicklung 21 und des Wertes des kapazitiven Widerstandes des hondensators 9 gestattet dies außerdem, ein solches Verhältnis der Parameter des Stromkreises der Vorrichtung zu wählen, bei denen ihre Abmessungen und ihre tasse sich als minimal erweisen.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung können mit einem beliebigen, eine erhöhte magnetische Streuung aufweisenden Transformator ausgeführt werden. Wie nachstehend gezeigt wird, ist jedoch der bekannte Typ des Transformators mit Jochstreuung vorzuziehen, dessen Magnetkern 2 als ein Rahmen ausgebildet ist, der von einem ersten Schenkel 22 und einem zweiten Schenkel 23 (s. Fig d) ebildet ist, die parallel einander angeordnet sind und durch Joche 24 und 25verbunden sind.ie Primärwicklung 3 dieses Transformators ist an dem ersten Schenkel 22, die Sekundärwicklung 4 an dem zweiten Schenkel 23 angebracht.
Die Verwendung eines TrailforLators mit Jochstreuung macht insbesondere ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung möglich, in dem die Zusatzwicklung 21 an dem zweiten Schenkel 23 des :lagnetkerns 2 (s. Fig. d) angeordnet ist.
leise nachstehend gezeigt wird, verbessert eine so angeordnete Zusatzwioklung 21 zusätzlich die bedingungen für die Erregung des lichtbogens infolge einer starren Kupplung mit der Sel.undärwicklung 4.
Die Verwendung eines Transformators mit Jochstreuung ermöglicht ebenfalls die Anordnung eines Schweißstromgebers 14 darin. Dabei erübrigt sich die Notwendigkeit des Sinschaltens des XuteBtransformators in den Stromkreis 8 der Sekundärwicklung, und es vermindert sich in diesem Zusammenhang der Verbrauch an Aktivmaterialien.
Eine Ausführungsform eines derartigen Gebers ist in Fig. 9 gezeigt.
Gemäß dieser Ausführungsform ist der Geber 14 eine Differentialschaltung, die von der Zusatzwicklung 21 und der Hilfswicklung 26 gebildet ist. Die letztere ist gegensinnig zur Zusatzwicklung 21 geschaltet und ist an dem ersten Schenkel 22 des Magnetkerns 2 des Transformators 1 angeordnet. Dabei ist die Anzahl der Windungen W26 der Hilf swicklung der Anzahl von Windungen W21 der Zusatzwicklung gleich. Die freien Enden dieser Wicklungen sind ans Schwellwertelement 18 angeschlossen.
Fig. 10 zeigt ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, in der der Schweißstromgeber 14 als eine Mebwicklung 27 ausgeführt ist, die am Joch 24 des 'llransformators 1 im Streu feld angeordnet ist. In der angegebenen Ausführungsform kann die Wicklung 27 neben der Zusatzwicklung 21 in den Ausführungsbeispielen der Vorrichtungen von Fig. 7 und 8 benutzt werden.
Fig. ii zeigt eine elektrische Schaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in ihrem bevorzugten Ausführungsbeispiel, in dem eine so wie in Fig. 8 gezeigt angeordnete Zusatzwicklung 21 und eine in lein. 10 gezeigte Meßwicklung 27 benutzt sind.
In der in Fig. 11 angeführten Schaltung kommt dem Schwellwertelement id (Fig. 8, 10) die Aufgabe eines Stromrelais K (Fig. 11) zu, dessen Öffner K1 als ein Wechselrichter 17 (Fig. 8, 10) dient, während der Symistor V (Fig. 11) die Aufgaben des Schalters 11 (Fig. 8, 10) und der UND-Schaltung 15 vereinigt. Die Widerstände R1 und R2 (Fig. 11) dienen zur Strombegrenzung im Öffner K1 bzw.Symistor V. Der Umschalter P dient zum stufenweisen Einstellen der Spannung am jransformator 1, der in Abhängigkeit von der konkreten Schweißtechnologie den vorgegepenen Schweißstrom gewährleistet. Die Einstellung des Schweißstroms kann ebenfalls auf eine andere bekannte Weise darunter auch stufenlos durch zügige Änderung des obersetzllngsfaktors beispielsweise mit Hilfe der Vormagnetisierung vorgenommen werden.
Die beschriebene Vorrichtung funktioniert in ihrem in Fig. 1 gezeigten einfachsten Ausführungsbeispiel folgendermaßen.
Beim Anschalten der Vorrichtung ans Stromversorgungsnetz liegt an der Strecke Elektrode 6 - Erzeuginis 7 eine Leerlauf spannung, die durch die Spannung des Stromversorgungsnetzes und den Übersetzungsfaktor k bestimmt wird, hierin sind W3 und W4 die Anzahl der Windungen der Primär- bzw. der Sekundärwicklung 3 und 4 des Transformators 1.
Bei der Erregung des Lichtbogens (beispielsweise durch das Kurzschließen der Elektrode 6 ans Erzeugnis 7) ist der Stromkreis 8 der Sekundärwicklung geschlossen. Am Kondensator 9 entsteht eine Spannung Uc.
Im Betrieb der Vorrichtung liegt an der Strekke Elektrode 6 - Erzeugnis 7 zum Zeitpunkt des Stromiurchdurch ganges 0 eine Spannung Uz, die die Leerlaufspannung UO um eine Größe Uc überschreitet, wie dies aus den Gleichungen (3) und (4) ersichtlich ist. Die Spannung Uc des Kondensators 9 erreicht zu diesem Zeitpunkt den Maximalwert (s. das Diagramm in Fig. 12, in dem I und U . den Strom bzw. die Spannung des Lichtbogens, UL den Spannungsabtall am induktiven Streuwiderstand Xs des Transformators,U' die Speisespannung und t die Zeit bedeuten.
Die hohe Spannung U z fördert die Ionisierung der Lichtbogenstrecke. Es beginnt ein wiederholtes Erregen des Lichtbogens. Der Entladestrom des Kondensators 9 (Fig. 1) ist bezüglich der Spannung UC (Fig. 12) gegenphasig, aber bezüglich der bevorstehenden Richtung des SchweiJstroms gleichphasig, so daß er den Vorlichtbogenstrom verstärkt.
Im Betrieb der Vorrichtung beim tjbergewicht des kapazitiven Widerstandes (Fig. 2) erfolgt eine Stabilisierung des Lichtbogenstroms Bei der Zunahme des Schweißstroms I vermindert sich der resultierende induktive Widerstand, was zur Steigerung der Differenz zwischen den Blindwiderständen führt, die eine Verminderung des Schweißstroms bis auf den vorherigen Wert (s. Gleichung) bedingt. Die Verminderung des Schweißstroms führt eine Zunahme des resultierenden induktiven Widerstandes, eine Verminderung der Differenz zwischen den Blindwiderständen und eine Steigerung des Stroms bis auf die vorherige Größe herbei.
Diese Eigenschaft gewährleistet ein parametrisches stabiles Brennen des Lichtbogens unter den Bedingungen des Handlichtbogenschweißens.
In den Schweißvorrichtungen, in denen die Stromstabilisierung des Lichtbogens durch die Geschwindigkeit des automatischen Vorschubs der Elektrode 6 gewährleistet wird, wird es bevorzugt, die Spannung durch ein bbergewicht des induktiven Streuwiderstandes X5 des Transformators 1 über den kapazitiven Widerstand Xc des hondensators 9 zu stabilisieren.
Bei der Änderung des Schweißstroms ändert sich in diesem Fall der Blindwiderstand des Schweißkreises, in dem der induktive Widerstand das Übergewicht hat, in der entgegengesetzten Richtung (d.h. bei der Stromzunahme vermindert er sich, bei der Stromabnahme vergröbern er sich), so daß im Ergebnis am Ausgang der Vorrichtung eine Spannungskonstanz gewährleistet wird, die durch das Produkt der angegebenen Größen des Stroms und des Widerstandes bestimmt wird.
Die Vorrichtung, deren Schaltung in Fig. 3 gezeigt ist, funktioniert ähnlicherweise, wie vorstehend beschrieben wurde, nur mit dem Unterschied, daß der Kondensator 9 noch vor dem Schließen des Stromtreises 8 der Frimärwicklung im Leerlauf der Vorrichtung geladen wird.
Der induktive Widerstand des iransformators 1 besteht zu diesem Zeitpunkt aus dem Widerstand Xm (Fig. 2) des Voraagnetisierungsstromkreises, da bei einem offenen Stromkreis 8 der Sekundärwicklung keine Streuung vorkommt und Während der Ubergangsprozesse (bei Einschaltungen und Ausschaltungen der Vorrichtung, Zünden und Abreißen des Lichtbogens, Kurzschluß) entstehen durch Umschaltungen verursachte Stronisprünge. In diesem Zusammenhang kann bei relativ geringen Werten Xm, (die mit Xc vergleichbar sind), eine Sättigung des lsiabnetkerns 2 des Transformators 1 stattfinden, die eine heftige Verminderung des induktiven Widerstandes bedingt.
Infolgedessen kann eine Gleichheit zwischen dem kapazitiven und dem induktiven Widerstand eintreten, was eine stabile ferromagnetische Resonanz und eine Betriebsstörung der Vorrichtung verursacht.
Falls die Werte der Größen Xm und Xc richtig gewählt sind, tritt beim höchsten Schaltstrom und der ihm korrespondierenden magnetischen Feldstärke H (Fig. 13) die Induktion 3 des Transformators 1 nicht außerhalb des Bereiches des linearen Abschnittes ON der Magnetisierungskurve m. In diesem Fall kommt keine Sättigung des Magnetkerns 2 vor, die Ungleichheit der Größen Xm und Xc wird nicht gestört, und es tritt keine ferromagnetische Resonanz ein.
In den in Fig. 4 bis 11 gezeigten Ausführungsbeispielen der Vorrichtung wird die Entstehung einer ferromagnetischen Resonanz durch die Schutzeinrichtung 10 verhütet.
Das dieser Einrichtung zugehörige Element mit veränderli-Ubesbrückt cher Leitfähigkeit v den kondensator 9, punkt, wenn die Spannung daran eine gefährliche Größe erreichen kann.
Insbesondere im in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeisich spiel öffnet eine der Zenerdioden S1 bzw. 52 dann, wenn während des Übergangsprozesses die Spannung im Stromkreis 5 der Primärwicklung den höchstzulässigen Wert erreicht, dessen Uberschreitung einen Durchschlag des Kondensators 9 verursacht, und die Schutzeinrichtung 10 überbrückt den sich Kondensator 9. Beim Wechsel der Strompolarität i££net die zweite Zenerdiode (S2 bzw. S1). Bei der Spannungsverminderung unter die maximal zulässigen Werte werden die Zenerdioden S1 und S2 gesperrt, und der Stromkreis schließt über den Kondensator 9.
In dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel der iiberbriickt Vorrichtung v die Schutzeinrichtung 10 den Kondensator 9 dann, wenn der Stromkreis 8 der Sekundärwicklung offen ist, was mit dem Leerlaufbetrieb der Vorrichtung übereinstimmt. Dabei wird der Geber 14 durch den Strom nicht durchflossen, so daß an den Wechselrichter 17 kein Signal gelangt, während vom Wechselrichter 17 an den ersten Eingang 16 der UD-Schaltung 15 ein Signal kommt. Da der zweite Eingang 19 der Schaltung 15 mit dem Stromversorgungsnetz verbunden ist, erhält die UND-Schaltung 15 in diesem halle zwei Signale, so daß an ihrem Ausgang 20 ebenfalls ein Signal erscheint. Dieses Signal gelangt an den Steuereingang 12 des Schalters 11. Der Schalter 11 öffüberbrückt net und V den Kondensator 9. Dadurch wird die Mö6-lichkeit des entstehen der ferromagnetischen Resonanz im Stromkreis der Vorrichtung vollkommen ausgeschlossen.
Beim Kurzschluß bzw. während des Brennens des Lichtbogens ist der Stromkreis d der Sekundärwicklung geschlossen, und vom Schweißstromgeber 14 gelangt ein Signal ans Schwellwertelement 18. Wenn die Größe dieses Signals den vorgegebenen Minimalwert überschreitet, der durch den Ein stellwert des Schwellwertelementes 18 bestimmt wird, läßt das letztere dieses an den Wechselrichter 17 durch, an dessen Ausgang das Signal von diesem Zeitpunkt an ausbleibt.
Da an den ersten Eingang 16 der UND-Schaltung 15 kein Signal gelangt, so kommt von ihrem Ausgang 20 an den Steuereingang 12 des Schalters 11 ebenfalls kein Signal, so daß der Schalter 11 gesperrt wird, und der Strom im Stromkreis 5 der Prnmnrvicklung durch den Kondensator 9 fließt. Im Schweißkreis der Vorrichtung entsteht ein lC-Serienschweißdas kreis, der günstige Bedingungen fürV3rregen und Halten des Lichtbogens schafft, wie vorstehend bereits erwähnt wurde.
Eine Besonderheit der in Fig. 7 und 8 gezeigten Ausführungsbeispiele der Vorrichtung besteht im forhandensein einer Zusatzwicklung 21.
beim Einschalten der Vorrichtung ins Netz ist der Schalter 11 der Schutzeinrichtung 10 offen, die Frimärwickwicklung 3 und die Zusatzwicklung 21 werden vom Strom durchflossen. Im Vergleich mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist bei einer und derselben Spannung des Stromversorgungsnetzes die Leerlauf spannung Uo des Transformators 1 in diesem Ausführungsbeispiel geringer, was durch eine Vergrößerung der Anzahl von Wicklungen auf der Seite der Primärwicklung 3 bedingt ist, da anstatt von beträgt.
Hierin bedeutet: W21 die Anzahl von Windungen der Zusatzwicklung 21.
Bei der Berührung der Elektrode 6 und des i!;rzeugnisses 7 erfolgt ein Kurzschluß, während dieser Zeit wird der Schalter 11 gesperrt, und der Stromkreis schließt über den Kondensator 9. Bei der Abführung der Elektrode 6 vom nr zeugnis 7 öffnet wieder der Stromkreis 8 der Sekundärwicklung, der Schalter 11 wird durch das Signal der Steuereinheit 13 geöffnet, und der Kondensator wird über die Zusatzwicklung 21 entladen.
In dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel wi: infolge der starren Kopplung zwischen der Zusatz- und der Sekundärwicklung 21 bzw.4 (über den Schenkel 24 des Magnetkerns) im Stromkreis 8 der Sekundärwicklung ein Hochspannungsimpuls induziert.
Dadurch erhöht sich der Ionisierungagrad der Nicht bogenstrecke und verbessern sich die Bedingungen für ein wiederholtes Erregen des Lichtbogens Im Betriebszustand der Vorrichtung (Fig. 7 und 8) ist die Zusatzwicklung 21 stromlos.
In dem in Fig. 9 gezeigten Ausführungsbeispiel kommt der Zusatzwicklung 21 eine andere Aufgabe zu.
Im Leerlauf der Vorrichtung sind die Größen des Spannungsabfalls an den Enden der Zusatzwicklung 21 und der Hilfswicklung 26 .einander gleich. Da die Wicklungen 21 und 26 gegensinnig geschaltet sind, ist die resultierende Spannung im durch diese Wicklungen gebildeten Stromkreis gleich 0. Bei einem Kurzschluß bzw. im Betriebszustand der Vorrichtung wird in der Zusatzwicklung 21 eine Spannung induziert, die der SpnurJg des Stromkreises 8 der Sekundärwickling gleich isU, während die Spannung in der Rilfswicklung 26 so hoch wie im Leerlaufbetrieb verbleibt. Die Ungleichheit der Spannungen verursacht einen Stromfluß im geschlossenen Kreis der auf diese Weise entstandenen Differentialschaltung. Uber das Schwellwertelement 18 gelangt das Signal an den Wechselrichter 17, so daß der Schalter 11 gesperrt wird, wie vorstehend beschieben wurde.
Die Differentialschaltung aus Zusatz- und Hilfswicklung 21 und 26 erfüllt somit im beschriebenen Ausführungsbeispiel die Aufgabe eines Schweißstroingebers 14.
Die Wirkungsweise der Meßwicklung 27 (Fig. 10), der ebenfalls die Aufgabe des Schweißstromgebers 14 zukommt, beruht darauf, daß im Leerlauf der Vorrichtung der Streukraftfluß ausbleibt, und beim Schließen des Stromkreises 8 der Frimärwicklung (im betriebszustand bzw. im leerlauf) entsteht dieser Fluß, so daß im ersten der erwähnten Fälle die Spannung in der Meßwicklung 27 gleich 0 ist, im zweiten Fall wird darin eine elektromotorische Kraft induziert. Im übrigen unterscheidet sich die Funktion der Schaltung nicht von der in Fig. 6 bis 8 gezeigten Ausführungsbeispiele.
Die in Fig. 11 veranschaulichte Vorrichtung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung realisiert wird, funktioniert folgendermaßen.
In Leerlauf der Vorrichtung ist der Offner K1 geschlos sen, da in der von den Wicklungen 21 und 26 gebildeten Differentialschaltung Strom ausbleibt, und das Relais K stromlos ist. Dabei ist der Symistor V offen. Der Transformator ist ans Stromversorgungsnetz über den Symistor V und den #Widerstand R2 mit seiner ganzen Anzahl von Windungen W3 + W21 der Primär- und der Zusatzwicklungen 3 und 21 angeschlossen, was eine niedrige Leerlaufspannung U0 am Ausgang der Vorrichtung bedingt.
Während des durch die Berührung zwischen dem i;rzeugnis 7 und der Elektrode 6 zwecks Erregung des Lichtbogens bedingten Kurzschlusses entsteht im Transformator 1 ein Streukraftfluß, der in der Meßwicklung 27 einen Strom erregt. Dabei spricht das den Kontakt K1 öffnende Relais K an. Der Symistor V wird gesperrt, und der Strom im Stromkreis 5 der Primärwicklung fließt über den Koiidensator 9.
Bei der Abführung der Elektrode 6 vom Erzeugnis 7 um einen Abstand, die von der vorgegebenen Länge des Lichtbogens bestimmt wird, wird der Kondensator 9 auf die Wicklung 21 entladen, so daß im Stromkreis 8 der Sekundärwicklung ein Hochspannungsimpuls induziert wird, der die Erregung des Lichtbogens fördert.
Beim Fließen des Schweißstroms durch den Stromkreis b der Sekundärwicklung hält das Relais K den Kontakt K1 im offenen Zustand. Dabei ist der Symistor V gesperrt, und der Kondensator 9 ist in den Scfiweireis eingeschaltet, dabei bildet sein Widerstand zusammen mit dem induktiven Streuwiderstand des Transformators eine IC-Serienschwingkreis, der die wiederholten Erregungen des Lichtbogens auf die vorstehend beschriebene Weise zuverlässig gewährleistet und die Stabilisierung des Brennens des Lichtbogens bedingt.
Bei der Beendigung der Schweißung wird das Relais K stromlos, sein Kontakt K1 schließt, und die Schaltung kommt in den Leerlauf zurück.
Bei der Beibehaltung der Vorteile der bekannten Schweißvorrichtungen, in denen die fluverlassigkeit der wiederholten Erregungen und die Stabilität des Brennens des Lichtbogens durch einen IC-berienschwingkreis gewährleistet wird, unterscheidet sich die beschriebene Vorrichtung vorteilhaft von diesen durch ihre einfache Konstruktive Ausführung, hohe energetische Kennwerte, eine hohe Wirtschaftlichkeit, geringe Abmessungen und Masse.
Die Vorrichtung kann nicht nur für das Lichtbogen-, sondern auch für das Plasmaschweißen verwendet werden. Dabei erfolgt das Lichtbogenerregen ohne Kurzschluß zwischen der Elektrode und dem Erzeugnis, was es gestattet, die maximal mögliche Spannung am Kondensator und die Spannung, die zum Zeitpunkt des Stromdurchgangs durch Oder Frimärwicklung des Transformators zugeführt wird, zu verringern.
Der angegebene Umstand gestattet es, die eingestellten Beistungen der Blindelemente und eventuell ihre Abmessungen und kosten zu vermindern. Da die Plasmavorgänge erfordern, daß die Vorrichtung eine steilfallende Außenkennlinie aufweist, ist es nötig, daß im für die angegebene Schweißungsart verwendeten LC-Schwingkreis ein induktiver Widerstand das WDergewicht hat.

Claims

VORRICHTUNG ZUM WECHSELSTROMSCHWEISSEN PATENTANSPRUCHE Vorrichtung zum Wechselstromschweißen, die einen Transformator enthält, dessen Primärwicklung mit dem Stromversorgungsnetz und dessen Sekundärwicklung nut der blek trode und dem Zu schweißenden erzeugnis elektrisch verbunden sind, und die ebenfalls eine Blindleistungseinheit besitzt, die einen Kondensator aufweist und die mit einer der Wicklungen des Transformators in Reihe geschaltet isz, so daß dabei im Stromkreis der angegebenen Wicklung ein IC--Serienschwingkreis gebildet wird, der in Resonanz auf eine der Frequenz des Stronversorgungsnetzes nahliegende Frequenz abgestimmt ist, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß als Transformator ein Transformator (1) mit vergrößerter magnetischer Streuung verwendet wird, während der LC-Serienschwingkreis von der Kapazität des Kondensators (9) und der Streuinduktivität des Transformators (1) gebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß der induktive wurzschlußwiderstand des Transformators (1) den kapazitiven ^Widerstand des Kondensators (9) überschreitet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß der induktive Kurzschlußwiderstand des Kondensators (1) unter Gem kapazitiven Widerstand des Kondensators (9) liegt.
4. Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der lC-Serienschwingkreis im Stromkreis (5) der Primärwicklung des Transformators (1) gebildet ist, dabei überschreitet der induktive Leerlaufwiderstand des Transormators (1) den kapazitiven Widerstand des Kondensators (9), dabei besteht zwischen den angegebenen Größen ein solches Verhältnis, daß die Induktivität des Transformators (1) nicht außerhalb des Bereiches des linearen Abschnittes der Ltnetisierungskurve seines Magnetkerns (2) bei dem maximal möglichen Schaltstrom tritt.
5. Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der IC-Serienschwingkreis im Stromkreis (5) aer Primärwicklung des Transrormators gebildet ist, dabei ist der Londensator (9) mit einer Schutzeinrichtung (10) versehen, die zu ihm parallel geschaltet ist und ein Element mit veränderlicher Ieiträhigkeit enthält.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, d a Q u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Schutzeinrichtung (10) eine Stenereinheit (13), die einem mit dem Stromkreis (8) der Sekundärwicklung des Transformators (1) elektrisch verbundenen Schweißstromgeber (14) besitzt, ein mit dem Schweißstromgeber (14) verbundenes Schwellwertelement (18), einen mit dem Schwellwertelement (18) verbundenen Wechselrichter (17) und eine UAD-Schaltunbr (15) enthält, von der ein Eingang (16) mit dem echselrichter (17) verbunden, während der zweite Eingang (19) ans Stromversorgungsnetz angeschlossen ist, dabei ist das Element mit veränderlicher Leitfähigkeit als ein Schalter (11) mit einem Steuereingang (12) ausgeführt, der an den Ausgang (20) der UND-Schaltung (15) der Steuereinheit (13) angeschlossen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß mit dem Schalter (11) der Schutzeinrichtung (10) ein Ende der Zusatzwicklung (21) verbunden ist, das mit der Primärwicklung (3) des l'ransformators (1) in Reihe gleichsinnig verbunden ist.
8. Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 7, d a dur c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als ein Transformator (1) mit vergrößerter magnetischer Streuung ein Transformator mit Jochstreuung verwendet ist.
9. Vorrichtung nach Ansprüchen 7 und 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Zusatzwicklung an demselben Schenkel des Lagnetterrls des iransformators, wie auch die Sekundärwicklung angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Ansprüchen 6 und 9, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Schweißstromgeber in der Steuereinheit als eine Differentialschaltung ausgeführt ist, die von der Zusatz- und der dieser entgegen geschalteten Hilfswicklung gebildet ist, die an demselben Schenkel des Magenetkerns des Transformators, wie auch die Primärwicklung angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Ansprüchen 6 und 8 bzw. nach Ansprüchen 6 und 8 und einem beliebigen der Ansprüche 7 und 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Schweißstromgeber in der Steuereinheit als eine Ifeßwicklung funktioniert, die am Joch des Magnetkerns des Transformators im Streukraftfluß angeordnet ist.