DE686931C - Anordnung zum Speisen eines Schweisslichtbogens mit Wechselstrom - Google Patents

Description

Zum Speisen von Lichtbögen für Sehweißzwecke, die mit Wechselstrom betrieben werden, hat man bisher hauptsächlich Transformatoren benutzt, die eine starke Streuung auf weisen und eine bei Belastung fallende Charakteristik besitzen; die elektromotorische Kraft auf der Sekundärseite war dabei sinusförmig.

Die sekundärseitige Leerlaufspannung war im allgemeinen ziemlich hoch und in der Größenordnung von 60 bis 100 V, während bei Belastung die Spannungsdifferenz automatisch auf Grund der eigentümlichen Charakteristiken dieser Transformatoren auf 25 bis 30 V fiel.

Die Schweißtransformatoren dieser Art besaßen infolge der Wirkung der Selbstinduktion, welche den Spannungsabfall bei Belastung hervorruft, einen Leistungsfaktor von 0,25 bis 0,35. Ebenso wie das Verhältnis von Leerlaufspannung zur Spannung bei Belastung recht hoch war (3 bis 4), war auch die Scheinleistung des Transformators eine ziemlich beträchtliche und der Nutzeffekt der Anlage ein recht mäßiger.

Um diese Übelstände zu verringern, hat man insbesondere vorgeschlagen, außer der üblichen niederfrequenten Spannung den Anschlußklemmen des Bogens noch eine hoch-. frequente Spannung zuzuführen, die beispielsweise aus der Entladung eines Schwingungskreises erhalten wurde. Es sind insbesondere Einrichtungen bekanntgeworden, welche einen Haupttransformator, der den Schweißstrom hergibt, enthalten sowie einen dem Haupttransformator parallel geschalteten Hilfstransformator. Der letztere liefert einen sowohl hochfrequenten als auch hochgespannten Strom, welcher in einer sehr häufigen Wiederholung während der Dauer eines Wechsels der Hauptspannung zugeführt wird. Die in einem jeden Wechsel zugeführte Spannung des hochfrequenten Stromes reicht aus, um den Bogen zu zünden.

Diese Anordnungen lassen mehrere Übelstände erkennen. Bei längerem Betriebe zeigen sie leicht einen Verschleiß, und die Isolation ihres Hochfrequenzkreises ist schwierig aufzubringen.

Die Erfindung hilft in weitestem Maße den Übelständen der herkömmlichen Anordnungen und denen, die mit den Hochfrequenzkreisen verknüpft sind, ab, da die Unterhaltung durch eine Quelle sinusförmigen Stromes geschieht.

Hierzu ist in der Anordnung nach der Erfindung der Hilfstransformator so ausgebildet,

daß er auf seiner Sekundärseite bei Jedem Wechsel der Speisespannung eine einzige Spannungsspitze liefert; die Spannung auf der Primärseite dieses Hilf stransf ormators ist außerdem noch im Vergleich zu der Spannung auf der Primärseite des Haupttransformators derart phasenverschoben, daß die besagte Spannungsspitze jedesmal zu Anfang' des Spannungswechsels auf der Sekundärseite des ίο Haupttransformators erscheint.

Die Abb. ι ist eine schematische Darstel-

■ ■ lung einer Einrichtung gemäß der Erfindung.

Abb. 2 stellt--den Spannungsverlauf an der

Sekundärseite des Haupttransformators dar.

Abb. 3 zeigt schematisch eine Ausführungsf orm des Hilf stransf ormators.

Abb. 4 stellt schematisch den Spannungsverlauf an den Sekundärenden des Hilf stransformators dar. . Abb. 5 zeigt schematisch eine geänderte Ausführungsform des Hilfstransformators. . Abb. 7 zeigt schematisch die Leer lauf spannung für den Fall, daß die sekundär erzeugten effektiven elektromotorischen Kräfte des Haupttransformators und Hilfstransformators gleich sind und daß die Transformatoren durch um 120⁰ phasenverschobene Spannungen gespeist werden. .

Abb. 7 ist eine Kurve ähnlich der der Abb. 6 und zeigt den Fall, wo der Hilfstransformätor eine'höhere Sekundärspannung entwickelt als der Haupttransformator.

Abb. 8 ist ein Schema zur Speisung eines Transformators gemäß der Erfindung aus einem Einphasennetz.

In diesen verschiedenen Abbildungen stellen

gleiche Bezeichnungen-gleiche Elemente dar.

Es seien i, 2, 3 (Abb. 1) die drei Leitungen

eines Dreiphasennetzes. Die Primärwicklung 4⁰ eines Transformators 4, der im folgenden Hilfstransformätor genannt wird, ist an die Phase i, 2 angeschlossen. Die Leitung dieses Hilfstransformators ist gering und z. B. 500 bis 1000 VA.

Die Primärwicklung ζ^α eines Transformators 5, der im folgenden Haupttransformator genannt wird, ist an die Phase 2,3 angeschlossen. Die Sekundärwicklung 4* des Hilfstransformators 4 ist durch Leiter 6 und 7 parallel mit der Sekundärwicklung 5^&! des Haupttransformators 5 geschaltet. Die Elektrode 8 und das Schweißstück 9 werden also parallel durch die beiden Transformatoren 4 und 5 gespeist,

^; Der Haupttransformators ist ein gewöhnlicher Lichtbogenschweißtransformator,, aber er ist so bemessen, daß er im Leerlauf nur eine Spannung entwickelt, welche notwendig und ausreichend ist| um den^: Bogen aufrechtzuerhalten. Diese Spannung ist z. B. 45 bis

Die Kurve, welche die Leerlaufspannung in der Sekundärwicklung zeigt, ist z. B. von der Form 10 der Abb. 2.

Der Hilfstransformätor 4 ist ein Transfermator, dessen sekundärer Kern so bemessen ist, daß er unter der Wirkung des magnetischen Flusses, welcher durch den Strom der Primärspule erzeugt wird, hoch gesättigt wird. Dieser Kern enthält z. B., wie dies in Ί° Abb. 3 dargestellt ist, einen Teil 12 aus Permalloy oder irgendeine andere magnetische Legierung, welche ähnliche Permeabilitätseigenschaften besitzt. Der Hilfstransformätor 4 enthält in gleicher Weise magnetische Nebenschlüsse 4^, welche regelbar sind, um den durch sie hindurchgehenden Streufiuß verändern zu können.

Ein Transformator dieser Art ergibt infolge •der Sättigung .des sekundären Kerns eine Spannungskurve22 (Abb. 4) mit einer scharfen Spitze und einer Halbwertsbreite von 10 bis 15° elektrisch, je nach dem Wert der Sättigung.

Die maximale elektromotorische Kraft in der Hilfssekundärwicklung ist z. B. 2- bis 3mal so hoch als die mit Voltmeter abgelesene Spannung, d. h. in dem obengenannten Fall 2- bis 3mal 45 V.

Der Hilfstransformätor 4 könnte auch noch in anderer Weise ausgebildet sein, als es in Abb. 3 dargestellt ist. Sein Kern könnte z. B., wie dies in Ab*b. 5 wiedergegeben ist, einen Teil besitzen, dessen senkrechter Querschnitt verkleinert ist im Vergleich zum übrigen Kern. Dies kann durch eine Kerbe i.i^a in dem Kern 11 der Sekundärwicklung geschehen.

In dem anderen Zweig des magnetischen Kreises ist ein veränderlicher Eisenkern angeordnet, der als magnetischer Nebenschluß dient, um den Sekundärstrom verändern zu können.

Die Transformatoren 4 und 5 sind an das Dreiphasenrietz in der Weise angeschlossen, daß der Hilfstransformätor 4 durch eine um I2o° elektrisch phasenverschobene Spannung gespeist wird, welche der Spannung des Haupttransformators 5 vorauseilt.

Die Spannungskurve im Leerlauf, welche sich aus der Parallelschaltung der Transformatoren 4 und S ergibt, kann durch einen Os- zillographen aufgenommen werden; sie ist von der Art der Kurve 13 in Abb. 6. Man sieht, daß diese Kurve eine scharfe Spannungsspitze iß* zeigt neben einer praktisch horizontalen Strecke 13*. Die beiden Kurventeile sind durch eine Einsattlung 1-3^ getrennt; die ger rade Strecke reicht beinahe bis zum Ende des Wechsels. Die Spannung erreicht in einem kurzen Augenblick (ungefähr ¹Z₈₀₀ Sekunde) einen relativ sehr hohen Wert (ungefähr z. B. 100 V). Diese Spannung fällt sofort hinterher auf ungefähr 45 V, behält diesen Wert

während des Restes des Wechsels bei und fällt am Ende desselben schnell auf Null.

Um die Bildung der Einsattelung 13^d zu vermeiden, genügt es, den Hilfstransformator 4 so zu bemessen, daß die sekundäre Effektivspannung ein wenig höher liegt als die des Haupttransformators 5. Man hat z. B. günstige Verhältnisse erzielt, wenn die Effektivspannung auf der Sekundärseite des Hilfstransformators 18 bis 20 °/o höher als die des Haupttransformators war.

Unter diesen Bedingungen erhält die in einem Oszillographen aufgenommene Kurve einen Verlauf etwa wie die Kurve 14 nach Abb. 7. Bei Last, d.h. beim Brennen des Schweißbogens, fällt die mittlere Spannung automatisch von 45 V auf 25 V.

Die Spannungskurve zwischen den Polen des Bogens, d. h. also unter Last, ist von derselben Art wie die Kurve 14 der Abb. 7 und ist durch 17 dargestellt. Üblicherweise ist diese Kurve gegen die Leerlaufkurve phasenverschoben. Sollte aus irgendeinem Grunde der Bogen zum Verlöschen kommen, so würde die Spannungsspitze des Hilfstransformators ihn augenblicklich wieder zünden. Man erhält also eine ausgezeichnete Stabilität.

Eine Phasenspule auf demselben Kern, auf dem die Primärwicklung des Hilfstransformators liegt, kann vorgesehen werden, um die sekundäre Spannung des Hilfstransformators in ihrer Phase zu verschieben, was für den Fall erfolgen soll, daß die Speisung aus einem Emphasen- oder Zweiphasennetz erfolgt.

Die Speisung eines Hilfstransformators aus einem Einphasennetz ist beispielsweise aus der Abb. 8 ersichtlich. Die Phasenwicklung ist mit 15 bezeichnet.

Die Phasenverschiebung kann so geregelt werden, daß die Spannungsspitze des Hilfstransformators zu Beginn der resultierenden Spannungskurve auftritt und geschieht dadurch, daß man die Stromstärke in der Phasenwicklung 15 vorzugsweise mit Hilfe eines Widerstandes 16 verändert.

In der Abb. 3 ist ebenfalls eine Phasenwicklung 15, und zwar auf dem gleichen Kern wie die Primärwicklung 4." dargestellt. Zusätzliche magnetische Nebenschlüsse 4^f ähnlich den magnetischen Nebenschlüssen 4^rf sind auch in diesem Fall vorgesehen.

Für die Speisung des Hilfstransformators aus einem Zweiphasennetz kann man eine Phasenwicklung ähnlich der Wicklung 15 vorsehen, welche jedoch eine andere Phasenverschiebung ergibt, wie »dies in diesem Fall erforderlich ist.

Um die Ausgleichströme zwischen den beiden parallel geschalteten Transformatoren' zu vermindern, richtet man es so ein, daß die Kurzschlußspannung, die Reaktionsspannung und der Ohmsche Spannungsabfall des einen Transformators gleich oder ungefähr gleich den entsprechenden Spannungen und dem Ohmschen Spannungsabfall des anderen Transformators sind. Es müssen daher die beiden nach der bekannten graphischen Methode von Kapp ermittelten Dreiecke (Kapp-Dreiecke) gleich sein. Der Hilfstransformator kann mit einem beliebigen Schweißtransformator parallel geschaltet werden, vorausgesetzt, daß die vorher genannten Bedingungen bezüglich der Kapp-Dreiecke erfüllt sind. Der Haupttransformator kann z. B. primär dreiphasig, sekundär einphasig ausgebildet sein.

Die erfindungsgemäße Einrichtung hat den Vorteil, daß sie eine leichte Zündung des Bogens bewirkt, obschon sie nur einer niedrigen Leerlauf spannung bedarf. Dies ergibt einen sehr günstigen Ausnutzungsfaktor der Einrichtung. Das Verhältnis der Leerlaufspannung zur Lastspannung beträgt "45 : 25 anstatt wie üblich 80 : 25. Schließlich wird der Leistungsfaktor durch die vorliegende Einrichtung verbessert.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Anordnung zum Speisen eines Schweißlichtbogens mit Wechselstrom, bei der zwei Transformatoren zusammengeschaltet (parallel geschaltet) sind, von denen einer, Haupttransformator genannt, im Leerlauf an seiner Sekundärseite eine Spannung zu erzeugen gestattet, welche notwendig und ausreichend ist, um den Bogen aufrechtzuerhalten, während der andere, Hilfstransformator genannt, an seiner Sekundärseite eine Spannung zu erzeugen gestattet, die notwendig und ausreichend ist, um den Bogen zu zünden, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfstransformator derart ausgebildet ist, daß er auf seiner Sekundärseite während jedes Wechsels der Speisespannung eine einzige Spannungsspitze erzeugt, und daß die Primärspannung dieses Hilfstransformators außerdem so phasenverschoben ist gegenüber der Primärspannung des Haupttransformators, daß die genannte Spannungsspitze zu Beginn jedes in der Sekundärwicklung des Haupttransformators auftretenden Wechsels erzeugt wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1 für die Speisung aus einem Dreiphasennetz, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfstransformator durch die Phase gespeist wird, welche um 120 ° elektrisch der Phase voreilt, die den Haupttransformator speist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsfransformator so bemessen ist, daß seine

   Effektivspannung höher, vorzugsweise um 18 bis 20% höher als die Effektivspannung des Haupttransformators ist.
4. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche ι und' 3 bei Speisung aus einem Ein- oder Zweiphasennetz, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Primärseite des Hilfstransformators eine Phasenwicklung vorgesehen ist, mit Hilfe deren der Sekundärstrom gegenüber dem sinusförmigen primären Wellenzug verschoben werden kann.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen