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Steuereinrichtung für elektrische Verbraucher, insbesondere Widerstandsschweißmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf die Ausbildung eines Steuerkreises für elektrische
Entladungsröhren, die die Energieversorgung eines Lastkreises, insbesondere einer
Widerstandsschweißanordnung, regeln.
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Zur Steuerung derartiger Röhren, insbesondere solcher, die mit Dampf
oder Gas gefüllt sind, ist es häufig vorteilhaft, Steuerspannungen mit senkrechter
Wellenform zu verwenden. Hierdurch wird ein genauer Einsatz der Entladung in der
Röhre bewirkt. Dieses ist besonders wichtig bei Steuerkreisen für Entladungsröhren,
die den Stromfluß für den angeschlossenen Lastkreis in vorgegebenen Intervallen
regeln sollen und bei denen die Energiemenge während des Intervalls genau bemessen
werden soll. Um diese Ergebnisse zu erzielen, waren bisher große und umfangreiche
Steuerapparate nötig, die in keinem Verhältnis zur Größe des gesteuerten Gerätes
standen. Hieraus ergab sich die Notwendigkeit, ein Steuergerät von großer Präzision
und doch geringen Abmessungen zu schaffen.
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Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für elektrische Verbraucher,
insbesondere Widerstandsschweißmaschnen, über einen Reihentransformator, dessen
Sekundärwicklung durch ein Paar gegensinnig geschaltete gittergesteuerte Dampf-
oder Gasentladungsstrecken im Takte der gewünschten Energiespeisung kurzgeschlossen
wird und die dadurch
gekennzeichnet ist, daß die Kurzschlußdauer
der Sekundärwicklung durch einen aus einer Entladungsstrecke und Kondensator bestehenden
Zeitkreis bestimmt wird, während gleichzeitig zwei gittetgesteuerte Entladungsstrecken
den Energiebetrag regeln.
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Gemäß dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist ein Steuerkreis für elektrische Entladungsröhren vorgesehen. Der Steuerkreis
besitzt eine Anordnung, um den Energieübergang zwischen den Netzen zu steuern, wobei
die Periode der Energieversorgung und der Betrag der Energie während der Periode
genau geregelt werden kann. Hierzu werden Entladungsröhren mit Steuergittern benutzt,
und der Steuerkreis besitzt eine Induktanz, wie. z. B. einen Transformator und ein
Paar gegensinnig geschaltete Entladungsröhren, um in der Sekundärwicklung des Transformators
eine Wechselspannung zu induzieren, die auf die Steuergitter der Röhren wirkt. In
den Kreisen ist ein Paar von Entladungsröhren vorgesehen, um die Phasenbeziehung
und Wellenform der Steuerwechselspannung zu regeln, und andere Entladungsröhren
dienen zur Bestimmung der Zeitdauer 'der Energieversorgung der Steuergitter und
bewirken auf diese Weise eine Steuerung der Energiemenge.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung sei die Zeichnung betrachtet.
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Abb. i zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in
der Anwendung auf eine Schweißmaschine; Abb. 2 und 3 stellen Diagramme dar.
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In Abb. i wird der Lastkreis, z. B. die Schweißmaschine 2, über den
Transformator 3 aus dem Wechselstromnetz i gespeist. Ein Regelorgan, wie z. B. die
Drossel 4., die eine Primärwicklung 5 und eine Sekundärwicklung 6 besitzt, ist in
Reihe zu dem Haupttransformator 3 geschaltet und dient zur Regelung des zugeführten
Stromes zum Schweißkreis z. Zwei Entladungsgefäße 7 und 8, die gegensinnig parallel
geschaltet sind, überbrücken die Sekundärwicklung 6 des Transformators 4 und regeln
damit die effektive Impedanz der Primärwicklung 5, wodurch wiederum die dem Schweißtransformator
3 zugeführte Energie geregelt wird. Jede der Röhren 7 und 8 hat eine Anode 9, eine
Kathode io und ein Steuerglied ii und ist vorzugsweise mit Dampf- oder Gasfüllung
versehen.
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Zur Steuerung des Entladungseinsatzes in den Röhren 7 und 8 ist ein
Steuerkreis 12 vorgesehen. Dieser besitzt eine Wechselspannungsquelle 13, eine Impedanz,
wie z. B. Transformator 14 mit der Primärwicklung 15, von der ein Mittelabgriff
16 abgeht, und Sekundärwicklungen 17 und i&; und ferner einen Transformator
i9 mit der Primärwicklung 2o und Sekundärwicklungen 21 und 22. Die Wechselspannungsquelle
13 kann eine beliebige Stromquelle sein, sie muß nur in Phase und Frequenz mit der
Hauptstromquelle i übereinstimmen. Zweckmäßigerweise sind die Stromquellen 13 und
i identisch. Der Steuerkreis 12 hat ferner eine Entladungsröhre 23 mit einer Anode
24, Kathode 25 und zwei Steuergitter 26 und 27, die eine Dampf-oder -Gasfüllung
aufweist und die zur Zeitsteuerung des Schweißkreises 2 verwendet wird. Die Kathode
25 der Zeitröhre 23 ist an den Mittelabgriff 16 der Primärwicklung 15 des Transformators
14 geschaltet. Es sind ferner Hilfsröhren 28 und 29 an die Sekundärwicklungen 2i
und 22 des Transformators i9 geschaltet. Jede dieser Hilfsröhren 28 und 29 besitzt
eine Anode 30, Kathode 31 und Steuerglied 32. Die Kathoden 31 dieser Hilfsröhren
sind mit der Anode 24 der Zeitröhre 23 durch eine Leitung 33 verbunden. Die äußeren
Enden der Sekundärwicklungen 2i und 22 des Transformators i9 sind an die Enden der
Primärwicklung 15 des Transformators 14 durch die Leitungen 34 und 35 angeschlossen.
Die..Sekundärwiclclungen 2i, 22 in Verbindung mit den zugehörigen Hilfsröhren 28
und 29 und der gemeinsamen Zeitröhre 23 bilden ein Paar von elektrischen Stromkreisen,
die abwechselnd die Primärwicklung- 15 des Transformators 14 in entgegengesetzter
Richtung mit Strom versorgen und auf diese Weise in den Sekundärwicklungen 17 und
18 des Transformators 14 Wechselspannungen von vorgegebener Dauer und Wellenform
erzeugen. Die Hilfsröhren 28 und 29 dienen auch zur Regelung der Zeitdauer, während
der die entsprechenden Halbwellen der angelegten Spannung die Stromleitung in den
zugehörigen Stromkreisen durch die Primärwicklung 15 des Transformators 14 bewirkt.
Die Widerstände 36 liegen parallel zu den Wicklungen 17 und 18 des Transformators
14 und stellen eine vorwiegend ohmsche Last an diesen Wicklungen dar. Ferner sind
Strombegrenzungswiderstände 37 vorgesehen, um die Gitterströme der Hauptröhren 7
und 8 zu begrenzen. Die Vorspannungsbatterien 3-8, die in den Steuerkreisen der
Röhren 7 und 8 liegen, sorgen für negative Vorspannungen an den Gittern.
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Zur Zeitsteuerung an de Hilfsröhren 28 und 29 während jeder positiven
Halbwelle dient der Phasenschieberkreis 39, der aus einer Induktivität 40 zur Erzeugung
einer Wechselspannung besteht und eine Spannung von einem mittleren Wert ergibt
und der ferner aus einem regelbaren Widerstand 41, einem Kondensator 42 und einem
Transformator 43 gebildet wird. Außerdem sind Strombegrenzungswiderstände 44 in
die Gitterkreise der Hilfsröhren gelegt. Der Phasenschieberkreis 39, der auf die
Röhren 28 und 29 einwirkt, regelt die Größe des Stromes, die von der Stromquelle
i an den Schweißkreis 2 geliefert wird. Diese Steuerung" wird bewirkt durch Verschiebung
der Phase der Gitterspannung an den Steuergittern ii im Verhältnis zu den Anodenspannungen
der Röhren 7 und 8, was über den Transformator 14 erfolgt. Durch Phasenverzögerung
der an die Gitter 32 der Hilfsröhren 28 und 29 angelegten Spannungen erhält
die Wechselspannung, die auf die Steuergitter ii der Hauptröhren 7 und 8 gegeben
wird, eine senkrechte Wellenfront und bewirkt damit einen genauen Zündeinsatz der
Röhren 7 und B. Die Phasenschiebung im Kreis 39 erfolgt durch Veränderung des Widerstandes
41. In der Abbildung wird der Phasenschieberkreis von der Wechselstromquelle 13
gespeist.
Er kann auch von jeder anderen mit dieser und mit der
Stromquelle i in Phase und Frequenz übereinstimmenden Wechselstromquelle gespeist
werden.
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Zur Steuerung der Zeitröhre 27 dient der Zeitkreis 45, der eine Art
Kippschwinganordnung darstellt. Das Steuergitter 26 der Zeitröhre 23 sei mit der
Kathode 25 verbunden oder besitzt ein anderes geringeres Potential als das der Anode
24. Der Zeitkreis 45 besteht aus einer Gleichstromquelle 46, einem Spannungsteiler
47 mit den Abgriffen 48 und 49, einem Kondensator 5o, der von der Gleichstromquelle
46 durch einen regelbaren Widerstand 5o' aufgeladen wird, und einer Entladungsröhre
5 i, um den Kondensator 5o periodisch zu entladen. Die Röhre 5 i besitzt eine Anode
52, Kathode 53 und Steuergitter 53' und hat vorzugsweise eine Dampf-oder Gasfüllung.
In Reihe zur Röhre liegt eine Drossel 54, die zum Löschen der Entladung vorteilhaft
ist. Ferner ist noch ein Schalter 55 vorgesehen. Ein Phasenschieberkreis, der z.
B. aus einem Drehregler 56 besteht, steuert über den Transformator 57 das Gitter
53' der Röhre 5 1 und bewirkt deren Entladungseinsatz in Abhängigkeit von
den Spannungen i und 13. Der Transformator 57 kann von der Art sein, daß
er eine spitze Wellenform liefert.
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Obwohl gemäß der Abb. i der Steuerkreis 12 dazu dient, um eine weitere
Röhrenanordnung zu steuern, ist es selbstverständlich, daß die Erfindung auch zur
Steuerung von anderen Lastkreisen benutzt werden kann. Weiterhin kann man, wenn
es erforderlich sein sollte, nur einen der Steuerkreise 12 vorsehen und auf diese
Weise nur Impulse eines Vorzeichens auf den Lastkreis geben. Das wird erreicht durch
Verwendung nur einer Hilfsröhre, z. B. 28, zugehöriger Zeitröhre 23 und Sekundärwicklung
21 des Transformators i9, um Folgen von gleichgerichteten periodischen Impulsen
in den Sekundärwicklungen 17 und 18 zu erzeugen, wobei jede Folge eine vorgegebene
Zahl von Spannungsimpulsen umfaßt.
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Die Wirkungsweise gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Abb. i ist folgende.
Es sei angenommen, daß die Energieversorgung des Schweißkreises 2 gerade erfolgen
soll. Der Steuerkreis 12 regelt die Wechselspannungen, die auf die Steuerglieder
i i der Hauptröhren 7 und 8 gegeben werden, so daß diese Röhren die Impedanz der
Primärwicklung 5 des Transformators 4 regeln. Die Länge der Perioden, in denen der
Schweißkreis 2 mit Energie gespeist wird, und die Häufigkeit der Perioden werden
durch die Zeitröhre 23 und den Zeitkreis 45 bestimmt. Der Betrag der Energie während
der Perioden wird durch die Hilfsröhren 28 und 29 und den Phasenschieber 39 geregelt.
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Es sei noch im besonderen die Wirkungsweise der einzelnen Kreise.
auf die Anordnung betrachtet. Wenn die Steuerspannung an den Gittern i i der Röhren
7 und 8 mit den Anodenspannungen in Phase ist, dann ist die Impedanz der Primärwicklung
5 des Transformators 4 ein Minimum, und wenn die Phasenlage um i8o° verschoben ist,
dann ist die Impedanz der Wicklung 5 ein Maximum. Für dazwischenliegende Phasenbeziehungen
hat die Impedanz der Wicklung 5 entsprechende Werte. Auf dieseWeise kann die Stromversorgung
des Schweißkreises a in einfacher und zuverlässiger Art gesteuert werden.
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Der Steuerkreis 12 erzeugt im Transformator 14 Wechselspannungen,
die in der Phase und der Form veränderlich sind, und zwar mit Hilfe der beiden Sekundärwicklungen
21 und 22, Hilfsröhren 28 und 29 und der Zeitröhre 23. Die zwei Kreise leiten abwechselnd
den Strom und speisen die Primärwicklung 15 des Transformators 14 in entgegengesetzten
Richtungen und erzeugen auf diese Weise in den Sekundärwicklungen 17 und 18 die
gewünschten Wechselspannungen. So ist z. B. während der Halbwellen der einen Polarität
die obere Hälfte der Primärwicklung 15 des Transformators 14 durch den einen Stromkreis
gespeist, bestehend aus Sekundärwicklung 2 i des Transformators 19 und den
Entladungsröhren 28 und 23. Während der nächsten Halbwelle entgegengesetzter Richtung
wird die untere Hälfte der Primärwicklung 15 durch den anderen Stromkreis gespeist,
bestehend aus Sekundärwicklung 22 des Transformators i9 und Entladungsröhren 29
und 23. Da diese Speisungen der Primärwicklung 15 in entgegengesetzten Richtungen
erfolgen, werden in den Sekundärwicklungen 17 und 18 Wechselspannungen induziert.
Die Periode der Speisung des Transformators 14 und des Intervalls zwischen den Speisungen
wird durch die Zeitröhre 23 und Zeitkreis 45 gesteuert. Der Zeitkreis 45 erzeugt
eine periodische Spannung, deren Frequenz durch Regelung eines Widerstandes 50'
geregelt wird und deren Anpassung an die Zeitröhre 23 durch Verschiebung des Abgriffes
48 am Widerstand 47 erfolgen kann. Die im Zeitkreis 45 erzeugte periodische Spannung
wird an das Steuergitter 27 der Röhre 23 gelegt und bewirkt deren periodische Zündung.
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Die Wirkung der Einrichtung ist in Abb. 2 schematisch dargestellt.
Die Kurven stellen die gleichgerichtete Wechselspannung dar, die an die Zeitröhre
23 durch die Sekundärwicklungen 2 1 und 22 über die Hilfsröhren 28 und 29 während
der Dauer von zwei vollen Perioden der Wechselspannungsquelle i erhalten wird. Durch
Veränderung der Phasenlage durch den Phasenschieber 39 können die Hilfsröhren 28
und 29 ungefähr im Maximum jeder Halbwelle gezündet werden, wie durch die Punkte
a, b, c und d dargestellt ist, so daß die Zeitröhre 23 in den Intervallen,
die durch die ausgezogenen Kurvenstücke A, B, C und D dargestellt sind, stromleitend
ist. In den Zeiten, die durch die gestrichelten Kurven angedeutet sind, wird kein
Strom übertragen. Diese Folge von Spannungsimpulsen, die auf die Primärwicklung
15 des Transformators 14 gegeben wird, induziert in den Sekundärwicklungen 17 und
18 Wechselspannungen, wie sie durch die Kurve E in Abb. 3 dargestellt sind. Durch
Steuerung der Spannung an der Primärwicklung 15 kann der Energiebetrag geregelt
werden. Die Zahl der aufeinanderfolgenden Halbwellen von Spannungen, die in jeder
Folge in den Sekundärwicklungen 17 und 18 erzeugt
werden,
wird durch die Zeitröhre 23 gesteuert. In den nichtleitenden Zeiten, wie sie durch
die gestrichelte Kurve dargestellt sind, gewinnt das Steuergitter 27 der Zeitröhre
23 die Steuerfähigkeit wieder.