DE689731C

DE689731C - Purposes of arc welding

Info

Publication number: DE689731C
Application number: DE1936S0121938
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Karl Baudisch
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1936-03-13
Filing date: 1936-03-13
Publication date: 1940-04-05

Description

Einrichtung zur Erzeugung von Gleichstrom für die Zwecke der Lichtbogenschweißung Es ist bekannt, ;bei der Lichtbogenschweißung niit Gleichstrom den Schweißstrom aus dem Wechselstromnetz zu entnehmen und mit Hilfe eines mechanischen Kontaktgleichrichters gleichzurichten. Der Kontaktgleichrichter hat gegenüber den sonst meist verwendeten :Quecksilberdampfgleichrichtern den Vorteil, daß er einen sehr viel geringeren Spannungsabfall besitzt als jene. Während nämlich der Spannungsabfall des 'Quecksilberdampfgleichrichters etwa i5 bis 2o Volt beträgt, hat der Kontaktgleichrichter einen Spannungsabfall von nur etwa a Volt. Diese Eigenschaft des Kontaktgleichrichters ist für Schweißeinrichtungen von großer Bedeutung, da die Spannung im Schweißstromkreis "verhältnismäßig niedrig ist, so daß jeder Spannungsverlust eine fühlbare Herabsetzung des Wirkungsgrades bedeutet.Device for generating direct current for the purposes of arc welding It is known that in arc welding with direct current the welding current can be taken from the AC network and with the help of a mechanical contact rectifier rectify. The contact rectifier has compared to the otherwise mostly used : Mercury vapor rectifiers have the advantage that they have a much lower voltage drop owns than that. While namely the voltage drop of the 'mercury vapor rectifier is about 15 to 20 volts, the contact rectifier has a voltage drop of only about a volt. This property of the contact rectifier is useful for welding equipment of great importance because the voltage in the welding circuit is "relatively low is, so that any loss of voltage is a noticeable reduction in efficiency means.

Da der Lichtbogenschweißbetrieb eine vom Leerlaufzustand bis zum Kurzschluß stark abfallende Spannungslinie-erfordert, werden bei einer bekannten, ebenfalls mit einem Kontaktgleichrichter .arbeitenden Gleichstromlichtbogenschweißeinrichtung zur Erzielung dieser Kennlinien Widerstände in den Schweißstromkreis eingeschaltet. Bei anderen Gleichrichtern hat man zu demselben Zweck auch Drosselspulen verwendet, die den induktiven Widerstand des Wechselstromkreises erhöhen.Since the arc welding operation is from an open circuit to a short circuit sharply decreasing voltage line-required, are also known in the case of a known with a contact rectifier .working direct current arc welding device To achieve these characteristics, resistors are switched into the welding circuit. In other rectifiers, reactors have also been used for the same purpose, which increase the inductive resistance of the AC circuit.

In Weiterentwicklung dieser bekannten Anordnungen werden nun bei einer Einrichtung zur Erzeugung von Gleichstrom für Lichtbogenschweißungen, bei der der Lichtbogen aus einem Wechselstromnetz über einen mit periodisch bewegten Schaltkontakten arbeitenden Gleichrichter und über Drosselspulen, die in Reihe mit den Schaltkontakten des Kontaktgleichrichters liegen, gespeist wird, gemäß der Erfindung diese Drosselspulen als hochgesättigte Drosselspulen ausgebildet und mit Vormagnetisierungswicklungen aasgerüstet, die zum Zwecke der An- . passurig der Gleichrichtercharakteristik an die Lichtbogencharakteristik an der Schweißspannurig liegen bzw. mittelbar oder unmittelbar vom .Schweißstrom durchflossen werden, und es wird .gegebenenfalls noch eine Vorrichturig,, vorgesehen, die die Synchronlage der Schaltzeitpunkte in Abhängigkeit von den genannten Betriebsgrößen des Schweißstromkreises verändert.In a further development of these known arrangements are now in a Device for generating direct current for arc welding, in which the Arc from an alternating current network via one with periodically moving switch contacts working rectifier and via inductors, which are in series with the switching contacts of the contact rectifier are fed, according to the invention, these inductors designed as highly saturated choke coils and with bias windings carrion, which for the purpose of an. the rectifier characteristic the arc characteristics lie on the welding span or indirectly or are flowed through directly by the .Schweißstrom, and it will .possibly a Vorrichturig ,, provided, which the synchronous position of the switching times as a function changed by the stated operating variables of the welding circuit.

Die Verwendung hochgesättigter Drosselspulen in Reihe -mit den Kontakten eines Schaltgleichrichters ist an sich bereits bekannt. Diese Drosselspulen, im folgenden kurz Schaltdrosseln genannt, - haben .die Eigenschaft, die Kurve des über .den einzelnen Schaltkontakt fließenden Stromes so zu verzerren, daß sie beim Nulldurchgang sehr flach verläuft und sich dabei längere Zeit innerhalb eines Strombereiches hält, der funkenlos unterbrochen werden kann. Diese Wirkung wird dadurch erreicht, daß sich die Schaltdrosseln bei Unterschreitung eines bestimmten niedrigen - Strombetrages sprunghaft entsättigen und dabei ihre Induktivität stark erhöhen, so daß sich der Strom nur noch ganz langsam ändern kann. Die dadurch eintretende Verflachung der Stromkurve ermöglicht einen funkenlosen Betrieb, ohne daß es dazu erforderlich ist, den Üffnüngszeitpunkt mit dem Nulldurchgang der Stromkurve genau ,zusammenfallen zu lassen. Gerade die letztere Bedingung bzw. die Unmöglichkeit, sie zu erfüllen, ist aber für die Funkenbildung an Kontaktgleichrichtern verantwortlich zu machen. Die Erfindung benutzt nun diese an sich bekannten Schaltdrosseln gleichzeitig zur Erzielung der gewünschten Spannungscharakteristik. Die Wirkungsweise der Schaltdrosseln und insbesondere der Einfluß der Vorerregung auf sie möge an Hand der Fig. i und 2 näher erläutert werden. In Fig. i ist zunächst die Magnetisierungs'kennlinie einer Schaltdrossel dargestellt. Man erkennt, däß die magnetische Induktion Bs mit wachsendem Strom i zunächst außerordentlich schnell ansteigt, daß aber bereits bei einem sehr .geringen .Strom i5 die Sättigungsgrenze erreicht wird, oberhalb deren dann die Induktion nur noch ganz wenig mit dem Strom zunimmt.The use of highly saturated reactors in series -with the contacts a switching rectifier is already known per se. These reactors, im The following are briefly referred to as switching throttles - .the Characteristic, to distort the curve of the current flowing through the individual switching contact in such a way that that it is very flat at the zero crossing and is within it for a longer period of time a current range that can be interrupted without sparking. This effect is achieved in that the switching throttles when falling below a certain low - current amount by leaps and bounds and at the same time their inductance is high increase so that the current can only change very slowly. The resulting Flattening the current curve enables sparkless operation without it it is necessary to exactly match the opening time with the zero crossing of the current curve to collapse. Precisely the latter condition or the impossibility however, fulfilling them is responsible for sparking on contact rectifiers close. The invention now uses these switching throttles, which are known per se, at the same time to achieve the desired voltage characteristics. How the switching chokes work and in particular the influence of the pre-excitation on them should be based on FIGS 2 will be explained in more detail. In Fig. I, first of all, the magnetization characteristic is a Switching throttle shown. It can be seen that the magnetic induction Bs increases with increasing Current i initially rises extremely quickly, but that already with a very .low. Current i5 the saturation limit is reached, above which the Induction only increases a little with the current.

Wie sich das Vorhandensein einer solchen Drossel auf den Kommutierungsvorgang von einer Phase zur nächsten auswirkt, zeigen die Fig. 2a und 2b. In Fig. 2a sind die Spannungskurven -u und e" zweier benachbarter Phasen dargestellt. Der zu der Phase v gehörige Schaltkontakt möge im Zeitpunkt to der Spannungsgleichheit, d. h. im Schnittpunkt der beiden Kurven ez und e" geschlossen werden, während der Kontakt der abzulösenden Phase u zunächst noch nicht geöffnet wird. Von dem Zeitpunkt to an hat also der Strom das Bestreben, von der Phase u auf die Phase v überzugehen. Der Gleichstrom Id möge völlig geglättet sein, so daß die Summe der Ströme in beiden Phasen in jedem Augenblick konstant ist. In :dem Zeitpunkt to, in dem der Kommutierungsvorgang beginnt, ist nun die in der Phase v liegende Drossel noch ungesättigt, da diese Phase ja zunächst keinen Strom führt. Diese Drossel besitzt infolgedessen eine sehr große Induktivität, so daß das Anwachsen des :Stromes i" in der Phase v Lind .dementsprechend die Abnahme :des Stromes i" in der Phase 2c nur mit geringer Geschwindigkeit vor sich gehen kann. In Fig: 2b ist die Änderung der Ströme der Einfachheit halber linear dargestellt, obwohl die Kurvenstücke, streng genommen, Teile von Sinuslinien sein müßten.How the presence of such a choke affects the commutation process from one phase to the next is shown in FIGS. 2a and 2b. In Fig. 2a are the voltage curves -u and e "of two adjacent phases are shown Switching contact belonging to phase v may equal voltage at time to, i.e. H. at the intersection of the two curves ez and e "are closed while the contact the phase u to be detached is not yet opened. From the time to on the current tends to pass from phase u to phase v. Let the direct current Id be completely smoothed so that the sum of the currents in both Phases is constant in every moment. In: the point in time to when the commutation process begins, the choke in phase v is still unsaturated because it Phase does not initially carry any electricity. As a result, this throttle has a very high large inductance, so that the increase in: current i "in phase v Lind. accordingly the decrease: of the current i ″ in phase 2c occurs only at a low speed can go. In FIG. 2b, the change in the currents is linear for the sake of simplicity although the curve pieces are, strictly speaking, parts of sine lines would have to.

Im Zeitpunkt t1 erreicht dann die Drossel der Phase v ihre Sättigungsgrenze i, Ihre Induktivität verschwindet sprunghaft, und es beginnt nun eine Zeitspanne sehr rascher Stromänderung, die ihr Ende im Zeitpunkt t3 dadurch erreicht, daß nunmehr der Strom in der Phase as die Sättigungsgrenze i, unterschreitet. Hieran schließt sich wiederum ein Zeitraum langsamer Stromänderung an, wobei der Strom i" im Zeitpunkt t4 die Nullgrenze .durchschreitet und schließlich im Zeitpunkt to die Sättigungsgrenze mit umgekehrtem Vorzeichen wieder erreicht. Von to an würde wieder eine rasche Stromänderung einsetzen.At time t1 the choke of phase v then reaches its saturation limit i, its inductance disappears abruptly, and a period of very rapid current change begins, which ends at time t3 because the current in phase as now reaches saturation limit i, falls below. This is in turn followed by a period of slow current change, the current i ″ crossing the zero limit at time t4 and finally reaching the saturation limit again with the opposite sign at time to.

Der Sättigungsstrom is; der in den Diagrammen übertrieben groß dargestellt ist, ist nun in Wirklichkeit so klein, daß man während des ganzen Zeitintervalls von t3 bis to die Phase u unterbrechen kann, ohne daß dabei eine Funkenbildung zu beobachten ist: Es braucht also nicht darauf gesehen zu werden; daß `die Stromunterbrechung genau in dem Augenblick auftritt, in dem der Strom in .der abzulösenden Phase gerade gleich Null ist; es steht vielmehr ein längeres Zeitintervall hierfür zur Verfügung; was naturgemäß die Steuerung außerordentlich erleichtert, wenn nicht sogar überhaupt erst möglich macht.The saturation current is; which is exaggerated in the diagrams is is now so small in reality that one during the whole time interval can interrupt phase u from t3 to to without sparking observing is: So it does not need to be seen; that `the power interruption occurs exactly at the moment in which the current is in the phase to be replaced equals zero; rather, a longer time interval is available for this; which of course makes the control much easier, if not at all makes it possible.

Infolge der Kleinheit des Sättigungsstromes spielen die Stromänderungen in den Zeitintervallen von to' bis t1 und t3 bis to keine nennenswerte Rolle in bezug auf den Stromübergabevorgang. Der eigentliche Stromübergang spielt sich während :des Zeitraumes der raschen Stromänderung, in diesem Falle also zwischen 1i und t3, ab. Man kann also sagen, daß der Strom in diesem sehr kurzen Zeitintervall von der Phase u auf die Phase v übergeht. Man erkennt, daß durch die Wir- i kung der Drosseln bereits eine Verzögerung des Stromüberganges gegenüber dem Zeitpunkt der Spannungsgleichheit oder, allgemein gesprochen, gegenüber dem Zeitpunkt der Kontaktschließung stattfindet. Es liegt hier also bereits Teilaussteuerung vor.As a result of the smallness of the saturation current, the current changes in the time intervals from to 'to t1 and t3 to to play no significant role in relation to the current transfer process. The actual current transition takes place during: the period of the rapid current change, in this case between 1i and t3. It can therefore be said that the current passes from phase u to phase v in this very short time interval. It can be seen that the effect of the chokes already causes a delay in the current transition compared to the point in time when the voltage equals or, generally speaking, compared to the point in time when the contacts are closed. So there is already partial modulation here.

Gibt man nun der Schaltdrossel eine Vorerregung, wie sie in Fig. i mit i, bezeichnet ist, so wird dadurch für den die Arbeitswicklung durchfließenden Strom die Sättigungsgrenze erhöht, so daß sich, wenn man der Einfachheit halber einmal gleiche Windungszahlen von Arbeits- und Vorerregungswicklungen voraussetzt, eine Sättigungsgrenze is = i, + i, ergibt. Infolgedessen dauert es nunmehr längere Zeit als vorher, bis die Drossel in der ablösenden Phase 2: ihre Sättigungsgrenze erreicht hat. Diese Verhältnisse sind in Fig. zc dargestellt. Auch hier ist es wiederum so, @daß der Sättigungsstrom is gegenüber dem Gleichstrom ig in Wirklichkeit keine Rolle spielt, so daß der eigentliche Strömübergang erst einsetzt, wenn die Sättigungsgrenze überschritten wird, d. h. also im Zeitpunkt t5. Auf diese Weise wird der Stromübergang gegenüber dem Zeitpunkt der Spannungsgleichheit noch mehr verzögert, so daß die Aussteuerung weiter herabgesetzt wird. Durch eine umgekehrte Vormagnetisierung kann man sinngemäß eine Heraibsetzung der Sättigungsgrenze und dadurch eine Vorverlegung des Stromübergabezeitpunktes erreichen. Macht man die Vorerregung so groß, daß die Sättigungsgrenze allein schon dadurch erreicht ist, so setzt die schnelle Stromänderung, deren Geschwindigkeit im wesentlichen nur noch durch die Induktivität des Transformators bestimmt wird, unmittelbar im Zeitpunkt der Spannungsgleichheit ein. Durch Vormagnetisierungswicklun.gen, die an der Schweißspannung liegen bzw.mittelbar oder unmittelbar vom Schweißstrom durchflossen werden, gelingt es also, die gewünschte Abhängigkeit.der gleichgerichteten Spannung von dem Schweißstrom zu erzielen.If the inductor is given a pre-excitation, as it is denoted by i in FIG assuming a saturation limit is = i, + i, results. As a result, it now takes a longer time than before until the throttle in the replacing phase 2: has reached its saturation limit. These relationships are shown in Fig. Zc. Here, too, the saturation current is really does not play a role compared to the direct current ig, so that the actual flow transition only begins when the saturation limit is exceeded, ie at time t5. In this way, the current transition is delayed even more compared to the point in time when the voltages are equal, so that the modulation is further reduced. By reversing the premagnetization, the saturation limit can be reduced and the current transfer time can be brought forward. If the pre-excitation is made so great that the saturation limit is reached by this alone, the rapid current change, the speed of which is essentially only determined by the inductance of the transformer, starts immediately at the point in time when the voltage equals. By means of bias windings which are connected to the welding voltage or through which the welding current flows directly or indirectly, it is possible to achieve the desired dependency of the rectified voltage on the welding current.

Der zu beherrschende Regelbereich ist für die Bemessung der Schaltdrossel nicht ohne Einfluß. Die gesamte Flußänderung der Schaltdrossel muß um so größer sein, je länger die Verzögerung des Stromübergabevorganges dauern soll. Es ist daher unter Umständen zweckmäßig, um nicht zu große Schaltdrosseln zu bekommen, zusätzlich die Synchronlage der Schaltzeitpunkte in Ab- hängigkeit von der Spannung oder dem Strom im Schweißstromkreis zu .beeinflussen und damit eine Änderung der Aussteuerung herbeizuführen, die nicht mehr von den Schaltdrosseln bewältigt zu werden braucht.The control range to be controlled has an influence on the dimensioning of the switching throttle. The total change in flux of the switching throttle must be greater, the longer the delay in the current transfer process is to last. It is therefore appropriate in certain circumstances, not to get too much switching chokes, additional dependency to .beeinflussen the synchronous position of the switching times in the absence of the voltage or current in the welding circuit and thus bring about a change in the modulation that is no longer handled by the switching chokes needs to become.

In Fig. 3 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Der Gleichstromlichtbogen r ist über einen Transformator z, eine Reihe von Schaltdrosseln 3 und eine mechanische Schaltvorrichtung 4 an ein Drehstromnetz 5 -angeschlossen. Die Schaltvorrichtung q. besteht bei dem Ausführungsbeispiel aus Nockenschaltern, die durch eine gemeinsame Nockenwelle betätigt werden. Die konstruktive Ausbildung der Schaltkontakte und ihre Betätigung sind jedoch für die Erfindung unwesentlich.. Es können auch andere für Schaltgleichrichter bereits vorgeschlagene Schalteinrichtungen angewendet werden.In Fig. 3 of the drawing is an embodiment of the invention shown. The direct current arc r is through a transformer z, a series of switching chokes 3 and a mechanical switching device 4 to a three-phase network 5 - connected. The switching device q. consists in the embodiment of Cam switches that are operated by a common camshaft. The constructive one However, the design of the switching contacts and their actuation are essential for the invention insignificant .. Other already proposed for switching rectifiers can also be used Switching devices are applied.

Außer den Arbeitswicklungen besitzen die Schaltdrosseln noch Vormagnetisierungswicklungen zo, die alle in Reihe geschaltet sind, also vorn ,gleichen Strom durchflossen werden, und deren Erregerspannung an dem mit dem Schweißlichtbogen in Reihe liegenden Meßwiderstand 6 abgegriffen wird. Wie schon erwähnt, können diese Vormagnetisierungswicklungen auch auf andere Weise mit dem Schweißstromkreis verbunden sein, z. B. derart, .daß sie unmittelbar an der Schweißspannung liegen.In addition to the working windings, the switching reactors also have premagnetization windings zo, which are all connected in series, i.e. in front, the same current flows through them, and its excitation voltage at the measuring resistor in series with the welding arc 6 is tapped. As already mentioned, these bias windings can also be connected to the welding circuit in other ways, e.g. B. such, .that they are directly connected to the welding voltage.

Um die Synchronlage der. Schaltzeitpunkte zusätzlich in Abhängigkeit von Betriebsgrößen :des .Schweißstromkreises verstellen zu können, möge der Synchronmotor 9, der die Nockenwelle q. antreibt, mit zwei räumlich gegeneinander versetzten Gleichstromerregerwicklungen ausgerüstet sein. Die eine Erregerwicklung ' kann dabei in bekannter' Weise konstant erregt sein, während di-e andere ihre Spannung von dem Meßwiderstand 6 im .Schweißstromkreis erhält. Je nach dem Verhältnis der beiden Erregerströme in den verschiedenen Wicklungen ändert sich dann die relative Lage der Erregerachse gegenüber dem von .dem Drehstromnetz 5 erzeugten Drehfeld und damit die Synchronlage des Läufers.To the synchronous position of the. Switching times also dependent on of operating variables: the welding circuit, may the synchronous motor 9, which the camshaft q. drives, with two spatially offset DC exciter windings be equipped. The one field winding 'can be constant in a known' way be excited, while the other their voltage from the measuring resistor 6 in the .Schweißstromkreis receives. Depending on the ratio of the two excitation currents in the different windings then changes the relative position of the exciter axis compared to that of .dem three-phase network 5 generated rotating field and thus the synchronous position of the rotor.

Das gleiche Ziel läßt sich auch durch einen Drehtransformator erreichen, der zwischen dem Motor 9 und dem Drehstromnetz 5 geschaltet ist und der von dem Schweißstromkreis in seiner Stellung beeinflußt wird.The same goal can also be achieved with a rotary transformer, which is connected between the motor 9 and the three-phase network 5 and that of the Welding circuit is influenced in its position.

Man kann schließlich noch eine weitere Regelmethode zusätzlich anwenden, die auf der Wirkung von dem Transformator z vorgeschalteten Reihendrosselspulen 7 beruht. Durch eine Regeleinrichtung 8, der die Spannung an dem Meßwiderstand 6 zugeführt wird, kann die Induktivität dieser Reihendrosselspulen, wie das schematisch angedeutet ist, stromabhängig beeinflußt werden. Die beiden zuletzt erwähnten Regelmethoden arbeiten verhältnismäßig träge, weswegen sie auch nur ,zusätzlich zur Entladung der Schaltdrosseln angewendet sind. Dagegen arbeitet die auf der Vormagnetisierungsänderung der Schaltdrosseln beruhende Regelung praktisch ohne Trägheit.Finally, you can also use another control method, the series reactors connected upstream of the action of the transformer z 7 is based. By means of a control device 8, which controls the voltage across the measuring resistor 6 is fed, the inductance of these series reactors, as shown schematically is indicated, can be influenced in a current-dependent manner. The two last mentioned control methods work relatively sluggishly, which is why they only work in addition to discharging the switching reactors are used. In contrast, it works on the change in bias control based on switching throttles with practically no inertia.

Claims

PATENT CLAIM: Device for generating direct current for the Purposes of arc welding, in which the arc from an alternating current network about a. fed rectifier working with periodically moving switch contacts is, whose switching contacts are in series with choke coils, characterized -that the choke coils with bias windings, which are highly saturated in a manner known per se are equipped that for the purpose of adapting the rectifier characteristics to the arc characteristics are due to the welding voltage or indirectly or are flowed through directly by the welding current, and that .possibly a device is provided that the synchronous position of the switching times depending on the , mentioned operating variables of the welding circuit changed.