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Transformator mit regelbarem Spannungsabfall, insonderheit für die
Zwecke der elektrischen Lichtbogenschweißung Ein Transformator für Lichtbogenschweißung
muß folgende Eigenschaften besitzen: i. eine genügend hohe Leerlaufspannung, im
allgemeinen 65 bis 9o Volt, um die Ziindung des Lichtbogens zu ermöglichen;
2. einen starken Spannungsabfall bei Belastung, so daß die Spannung an den Kleminen
des Verbrauchskreises auf einen zwischen 2o und 30 Volt gelegenen Betrag
herabgedrückt wird, der dem Spannungsabfall im Lichtbogen entspricht; 3. die Möglichkeit,
den Belastungsstrom entsprechend der Eigenart der verwendeten Elektroden und der
Masse der zusammenzuschweißenden Stücke einstellen zu können.
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Um diesen Bedingungen zu genügen, benutzt man gemeinhin entweder eine
regelbare Induktionsspule oder einen magnetischen Nebenschluf? (mit regelbarem Luftspalt)
oder eine äußere Hilfswicklung, die so angeordnet wird, daß sie einen Teil des Streuflusses
des Transformators umschließt. Im letzteren Falle ist der von der Hilfswicklung
beeinflußte Teil des Streuflusses verhältnismäßig klein, so daß der Bereich, in
dem praktisch eine Regelung möglich ist, ebenfalls nur klein ist. Bei dem Transformator
nach der Erfindung wird zur Regelung zwar auch eine Hilfswicklung benutzt, sie wird
aber so angeordnet, daß sie auf den gesamten Streufluß einwirkt, daß also die höchste
Nutzwirkung erreicht werden kann. Diese Hilfswicklung wird im folgenden als Tertiärwicklung
bezeichnet. Erfindungsgemäß wird die Tertiärwicklung außen über den Primär- und
Sekundärwicklungen angeordnet und mit einer von ihnen gleichsinnig oder ungleichsinnig
in Reihe geschaltet, wobei die Primär- und Sekundärwicklungen auf getrennte Schenkel
aufgebracht sind, damit ein starker Streufluß erzielt wird. Hierdurch wird es ermöglicht,
den Betrag des Spannungsabfalles im Transformator zu regeln, wie es im einzelnen
beschrieben werden wird.
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Die Abb. i und 3 veranschaulichen schematisch als Ausführungsbeispiel
der Erfindung einen Einphasen-Transformator mit starkem Spannungsabfall und einem
einfachen magnetischen Kreis.
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Die Abb. 2 und 4. sind Schnitte längs der Linie M -f- N der Abb. i
und 3.
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Bei den Einphasen-Transformatoren nach den Abb. i bis 4 ist die Primärwicklung
i
vollständig auf den Kern i i aufgebracht, die Sekundärwicklung
2 dagegen vollständig auf den Kern 12,-. es sei jedoch darauf hingewiesen, daß eine
solche Anordnung nicht unbedingt erforderlich ist für die Erreichung des angestrebten
Zweckes. Die zusätzliche, tertiäre Wicklung 3 ist einfach um die beiden Kerne i
i und 12 herumgelegt, wie man dies ohne weiteres den Abb. z und 4. entnehmen kann.
Diese Tertiärwicklung besitzt A.nzapfungen für die Regelung und wird mit der Sekundärwicklung
:2 in Reihe geschaltet; dabei können die Verbindungen entweder so gemacht werden,
daß der Strom in der Tertiärwicklung im gleichen Sinne fließt wie in der Sekundärwicklung,
oder daß der Strom in der Tertiärwicklung im umgekehrten Sinne fließt wie in der
Sekundärwicklung. Die Abb. i und 2 beziehen sich auf den erstgenannten, die Abb.
3 und .1 auf den letztgenannten Fall.
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Die Anzapfungen a., b, c usw. sind an verschiedene Punkte der
Tertiärwicklung 3 geführt. über die Klemmen A und B wird die Primärwicklung i gespeist.
Der Verbrauchsstrom wird bei kleinen Stromstärken, vgl. die Abb. i und 2, an der
Klemme A' und an einer der Anzapfungen B', a, b, c ... p, bei großen
Stromstärken dagegen, vgl. die Abb. 3 und 4, an der Klemme A' und an einer der Anzapfungen
B', c, b, a ... q abgenommen.
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Da bei Leerlauf des Transformators der von der Tertiärwicklung 3 umschlossene
magnetische Kraftfluß sehr schwach ist, ändert sich bei verschwindend kleinem Verbrauchsstrom
die sekundäre Klemmenspannung nur sehr wenig, ungeachtet der jeweils eingeschalteten
tertiären Windungszahl. Dies ist eine notwendige Bedingung, um ein leichtes und
gleichmäßiges Zünden des elektrischen Lichtbogens zu gewährleisten.
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Bei Belastung des Transformators dagegen durchsetzt der gesamte magnetische
Streufluß der Primärwicklung i und der Sekundärwicklung 2 die Tertiärwicklung.
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Der beschriebene Einphasen-Transformator mit regelbarem Spannungsabfall
durch eine mit der Sekundärwicklung in Reihe geschaltete zusätzliche tertiäre Wicklung,
mittels deren der Spannungsabfall und infolgedessen auch der '.\7utzstrom beim Schweißen
eingestellt werden kann, wird bei einem vorhandenen Dreiphasennetz einfach zwischen
zwei Phasenleitungen geschaltet; um eine vorteilhaftere Verteilung der Stromstärke
in allen drei Phasenleitungen zu erhalten, empfiehlt sich die Verwendung zweier
Einphasen-Transformatoren, deren Primärwicklungen in TI-Schaltung liegen und deren
sekundäre und tertiäre Wicklungen jeweils in Reihe geschaltet sind.
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Von besonderer Bedeutung ist allerdings der Aufbau eines nach den
erfindungsgemäßen Grundsätzen gestalteten und im folgenden beschriebenen besonderen
Transformators. Die Abb. 5 und 8 veranschaulichen beispielsweise das Schaltschema
eines gemäß der Erfindung aufgebauten Dreiphasen-Transformators; die Abb. 6 und
9 sind Schnitte längs der Linie M -@ N der Abb. 5 bzw. der Abb. B. Abb. 7 ist ein
Kraftflußdiagramm.
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Die drei Kerne des Dreiphasen-Transformators sind mit 11, 12 und 13
bezeichnet. Auf zwei willkürlich wählbare Kerne ist je eine primäre Wicklung i und
3 aufgebracht: aus Gründen der Symmetrie sind im veranschaulichten Beispiel hierfür
die Kerne i i und 13 gewählt worden. Eine solche Anordnung ist indessen nicht in
allen Fällen unerläßlich. Die Primärwicklungen liegen in herkömmlicher Weise in
V-Schaltung und sind, wie dies aus den Abb. 5 und 8 zu ersehen ist, über die Klemmen
A, B und C an das Dreiphasen-Verteilungsnetz geführt. Die Zusammenschaltung wird
dabei so bewirkt, daß die in den Kernen i i und 13 erzeugten Kraftflüsse 01 und
03 gegeneinander um 6o° phasenverschoben sind. Diese Flüsse setzen sich dann so
zusammen, wie es das Diagramm der Abb. 7 zeigt, und der Kern 12 führt einen resultierenden
Kraftfluß 02, der
mal so groß ist als der Kraftfluß 01 oder 03 im Kern ii bzw. 13. Die Sekundärwicklung
wird vollständig auf den Kern 12 aufgebracht. Der so entstehende Transformator zeichnet
sich durch einen im Belastungsfalle beträchtlichen Streufluß und infolgedessen durch
einen starken Spannungsabfall aus. Es ist zu beachten, daß dieser Streufluß mit
dem Verbrauchsstrom in Phase ist.
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Zum Ermöglichen einer Regelung kann, wie beim Einphasen-Transformator,
mit der Sekundärwicklung eine Tertiärwicklung in Reihe geschaltet werden, die bei
Belastung den gesamten Streufluß umschließt. Diese Tertiärwicklung kann beispielsweise
so um alle drei Kerne des Transformators herumgelegt werden, wie dies aus den Abb.
5, 6 bzw. 8 und 9 ersichtlich ist; sie wird mit der Sekundärwicklung 2 derart geschaltet,
daß der in ihr fließende Strom entweder, wie es die in Abb. 5 und 6 eingetragenen
Pfeile andeuten, im gleichen Sinne wie in der Sekundärwicklung fließt, oder aber
sie wird so geschaltet, daß, wie es die in Abb. 8 und 9 eingetragenen Pfeile andeuten,
der in ihr entstehende Strom im umgekehrten Sinne wie in der Sekundärwicklung fließt.
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Anzapfungen a, b, c usw. für die Regelung sind an verschiedenen Punkten
der Tertiärwicklung q._ vorgesehen.
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Die Primärwicklung wird über die Kleintuen
A, B und
C gespeist. Der Verbrauchsstrom wird bei kleinen Stromstärken, vgl. die Abb. 5 und
6, an der Klemme .?' und an einer der Anzapfungen B', a, b, c
... p, bei großen Stromstärken dagegen. vgl. die Abb. 8 und 9. an der Klemme
.4 und an einer der Anzapfungen B', c, b_, a ... q abgenommen.
Zum Zwecke der Regelung des Spannungsabfalls kann die Tertiärwicklung oder ein Teil
von ihr entweder gleichsinnig oder ungleichsinnig mit der Sekundärwicklung hintereinandergeschaltet
werden, wie es bereits erklärt worden ist.
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Eine besondere Beachtung verdient der Umstand, daß man, ohne das Wesen
der Erfindung zu verlassen, eine Regelung des Belastungsstromes auch dadurch bewirken
kann, daß man die Tertiärwicklung in Reihe mit der Primärwicklung schaltet, anstatt
sie mit der Sekundärwicklung hintereinanderzuschalten.
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Die Tertiärwicklung unterscheidet sich also von den bisher bekannten
Einrichtungen nicht nur dadurch, daß sie eine besonders leichte Regelung des Belastungsstromes
in weiten Grenzen erlaubt, sondern auch durch die Einfachheit der Ausführung, die
immer dieselbe bleibt, wieviel Primärphasen auch vorhanden sein mögen. Man kann
die Tertiärwigklung entweder unmittelbar auf die Primär- und Sekundärspulen wickeln,
oder man kann sie auf einen Dorn aufwickeln und dann über die Primär- und Sekundärwicklungen
herüberschieben.
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Verglichen mit den gebräuchlichen Transforrnatoren, bietet der erfindungsgemäße
Transformator folgende Vorteile: i. ein geringes Gewicht; 2. einen gedrängten Aufbau;
3. einen hohen Wirkungsgrad aus Gründen der Einfachheit des magnetischen Kreises;
eine große Einfachheit des Aufbaues und 5. eine hohe Wirtschaftlichkeit im Bau und
Betrieb.