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Einrichtung zur Erniedrigung der Leerlaufspannung bei Wechselstromsystemen
mit relativ großem Spannungsabfall, insbesondere für die elektrische Lichtbogenschweißung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung und Schaltung zur Erniedrigung der
Spannung eines Wechselstromsystems bei Leerlauf ohne wesentliche Beeinflussung der
Charakteristik dieses Systems bei Belastung.
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Die Erfindung ist anwendbar bei allen Systemen mit relativ großem
Spannungsabfall. In diesen Systemen ist die Leerlaufspannung bedeutend höher als
die Spannung bei Belastung. Die Erfindung besteht in der Anwendung einer eisenhaltigen
Drossel, die ständig zwischen die Belastungsklemmen des Systems geschaltet ist,
und die so bemessen ist, daß ihr magnetischer Irreis bei Leerlauf ganz oder teilweise
hoch gesättigt ist, während die Sättigung bei der Belastungsspannung des Systems
niedrig ist.
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In weiterer Ausbildung der Eifindung kann diese Drossel gleich den
Primärteil eines Transformators bilden, an dessen Sekundärwicklung die Belastung
angeschlossen ist. Hierbei ist der magnetische Kreis dieses Transformators in derselben
Weise, =wie oben für die Drossel angegeben, bemessen.
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Die Erfindung findet im besonderen Anwendung bei der elektrischen
Lichtbogenschweißung mit Wechselstrom. Die Zeichnung veranschaulicht verschiedene
Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im besonderen zeigt Abb. i das normale System
für elektrische Lichtbogenschweißung, Abb. 2 Schaubilder der Spannungsänderung ohne
und mit Benutzung einer Einrichtung gemäß der Erfindung.
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Abb. ; bis 6 zeigen verschiedene Anordnungen der Einrichtung.
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Bei der in Abb. i gezeigten üblichen Anordnung sind die Klemmen 3
und 4 mit der Speisespannung (z. B. ioo Volt) verbunden. Die Klemmen i und 2 dagegen
sind an den Schweißkreis angeschlossen, dessen Elektrode mit E bezeichnet ist. Eine
Impedanz i dient dazu, den nötigen Spannungsabfall zur Stabilisierung des Lichtbogens
zu geben.
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Schaltet man zwischen die Klemmen i und 2 Belastungswiderstände verschiedener
Größe und zeichnet inan die Kurve auf, die die Spannung an den Klemmen i und 2 in
Abhängigkeit von dem durch den Belastungswiderstand bedingten Strom angibt, so erhält
man die Kurve I der Abb. 2, worin K der Kurzschlußpunkt und L der Leerlaufpunkt
ist. Die Spannung des Leerlaufpunktes ist
auf i oo Volt angenommen.
Die Spannungsänderung nach der Kurve I ist sehr passend für die Speisung des elektrisclhen
Flammbogens, da der Strom in der Belastungszone, zwischen 2o und 3o Volt, für verschiedene
Spannungen nahezu konstant ist.
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Nimmt man zwischen den Klemmen 3 und 4. der Abb. i eine geringere
Leerlaufspannung, z. B. 6o Volt, an, so wird sich die Spannung gemäß der Kurve II
der Abb. 2 ändern, d. h. innerhalb der Belastungszone von 2o und 3o Volt ist der
Strom nicht mehr nahezu konstant, sondern ändert sich wesentlich.
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Z%-,neck der Erfindung ist nun, bei einer Erniedrigung der Leerlaufspannung
beispielsweise von r oo auf 6o Volt für die Belastungs;-tone eine Spannungsänderung
zu :erzwingen, die den in Kurve I gezeigten günstigen Verlauf hat. Erreicht wird
dies dadurch, daß zwischen den Klemmen i und 2 eine Drossel R angeschlossen ist
(s. Abb. 3), deren magnetischer Kreis so gewählt ist, daß er bei Leerlauf gesättigt
und bei Belastung ungesättigt ist. Damit soll gesagt sein, daß die Induktion des
Eisens über bzw. unter dem Knie der Magnetisierungslcuve liegt. Durch eine derart
bemessene Drossel tritt bei Leerlauf ein großer Magnetisierungsstrom auf, der einen
Abfall in der Impedanz i gibt und die Spannung bei Leerlauf erniedrigt, bei Belastung
dagegen, d. h. bei einer Spannung von 2o bis 3o Volt, ist das Eisen der Drossel
ungesättiggt, so daß bei dieser Spannung der Strom in der Drossel zu vernachlässigen
ist und keinen wesentlichen Einfluß auf den Verlauf der Strönispannungskurve hat.
Man erhält daher als Ergebnis der Zuschaltung der Reaktanz die Kurve III der Abb.
2. Der Leerlaufpunkt dieser Kurve ist in diesem Beispiel weit unter L. In der Belastungszone
fällt die Kurve III jedoch mit der günstigen Kurve I zusammen.
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Die Erfindung ermöglicht daher, die maximal auftretende Spannung zwischen
Elektrodenhalter und Werkstück möglichst niedrig zu halten, was in bestimmten Fällen,
wie z. B. beim Arbeiten in Kesseln, wegen der damit verbundenen Gefahr vorteilhaft
ist.
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Bei den bis jetzt bekannten Systemen wurde versucht, das gleiche Resultat
durch Anwendung eines Relais zu erhalten. Das Relais, bedeutet jedoch mit seinen
beweglichen Teilen und Kontakten immer eine Komplikation, die möglichst vermieden
werden soll. Die Drossel nach der Erfindung bleibt fortwährend eingeschaltet und
hat weiter keine beweglichen Teile oder Kontakte.
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Abb. ¢ zeigt eine Ausführung, bei welcher der den Primärklemmen 3
und 4 zugeführte iNTetzstromerst noch durch einen Transformator T transformiert
wird, der ein normaler Transformator oder ein Transformator mit großem inneren Spannungsabfall
oder irgendeine -andere Sondertype sein kann. Die Belastung wird zwischen den Klemmen
i und 2 angeschlossen, desgleichen die Drossel R.
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Bei der Einrichtung nach Abb. 5 ist T ein Transformator, dessen Primärklemmen
3 und 4 mit dem Netz verbunden sind. Die Impedanz i, die zur Erzielung eines großen
Ab-£alles dient, ist in diesem Falle mit verschiedenen Anzapfungen versehen. Die
Belastung wird einerseits an die Abgabeklemme 2 angeschlossen und kann anderseits
an die Abgabeklemmen 5, 6, 1, 7 oder 8 angeschlossen werden.
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In Abb. 5 ist die Belastung zwischen den Klemmen i und 2 angeschlossen.
Die Drossel R kann immer zwischen der Abgabeklemme 2 und einer der Abgabeklemmen
5, 6, 1, 7 oder 8 angeschlossen werden, oder zwischen der Abgabeklemme 2 und den
Abgabeklemmen 5, 6, 1, 7 oder 8, welche jeweils mit der Belastung verbunden sind.
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In Abb. 6 ist gezeigt, daß die Drossel zugleich als Primärteil eines
Transformators ausgebildet sein kann, an dessen Sekundärwicklung, d. h. an die Klemmen
i und 2, die Belastung angeschlossen ist. Die Primärwicklung des auf diese Weise
gebildeten Transformators T R, dessen magnetischer Kreis derart gesättigt ist, daß
bei Leerlauf des Transformators sein Magnetisierungsstrom groß, bei Belastung dagegen
niedrig ist, wirkt in gleicher Weise wie die Drossel nach Abb.3, wobei die vorgeschaltete
Impedanz i zur Erzielung des richtigen Spannungsabfalles dient.
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Der Transformator T R kann auch eine Spezialtype sein, z. B.
mit großem inneren Spannungsabfall.
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Diese Einrichtung nach Abb.6 hat den Vorteil, daß sie Beine @einfache
und bequeme Umformung des erzwungenen Spannungsverlaufs ermöglicht.
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In allen Abbildungen sind nur Einphasenschaltungeri gezeigt; die Erfindung
kann auch für Mehrphasenstromsysteme angewendet werden.
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Die Drossel nach vorliegender Erfindung kann außer den oben angegebenen
magnetischen Eigenschaften auch Widerstand haben, oder es kann auch noch ein Widerstand
in Reihe oder parallel mit der Drossel geschaltet werden. .