DE945943C - Anordnung zum Betrieb von stabil brennenden Gleichstrom-Lichtboegen - Google Patents

Anordnung zum Betrieb von stabil brennenden Gleichstrom-Lichtboegen

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DE945943C
DE945943C DES4383D DES0004383D DE945943C DE 945943 C DE945943 C DE 945943C DE S4383 D DES4383 D DE S4383D DE S0004383 D DES0004383 D DE S0004383D DE 945943 C DE945943 C DE 945943C
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DE
Germany
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voltage
current
arc
control
rectifier
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Expired
Application number
DES4383D
Other languages
English (en)
Inventor
Dipl-Ing Ernst Kottenhahn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/10Other electric circuits therefor; Protective circuits; Remote controls

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Description

  • Anordnung zum Betrieb von stabil brennenden Gleichstrom-Lichtbögen Es ist bekannt, daß man zum Betrieb von Gleichstromlichtbögen eine Gleichspannung braucht, die mit zunehmendem Strom stark abfällt und einer plötzlichen Stromänderung möglichst schnell folgt. Gleichstromquellen bzw. Regeleinrichtungen für solche Stromquellen, welche diese Aufgabe lösen sollen, sind mehrfach vorgeschlagen worden, ohne daß es jedoch bisher gelungen wäre, ein im praktischen Betriebe allen Anforderungen gerecht werdendes Lösungsmittel zu finden.
  • Eine bekannte Regeleinrichtung dieser Art besteht darin, daß der Lichtbogen über einen Gleichrichter gespeist wird, dessen Spannung zwecks Stabilisierung des Lichtbogens in Abhängigkeit von dem Lichtbogenstrom oder der Lichtbogenspannung selbsttätig geregelt wird. Die Steuergitter oder andere dem gleichen Zweck dienende Steuerelektroden erhalten ein Potential, das ihnen durch eine trägheitslose oder doch durch eine nur mit geringer Trägheit arbeitende Steuereinrichtung aufgedrückt wird (deutsche Patentschrift 658 9r7). Eine praktische Ausführungsform dieser bekannten Regeleinrichtung besteht darin, daß zu dem Lichtbogen ein Widerstand parallel geschaltet ist, von dem eine Teilspannung abgegriffen wird, die in Reihe mit einer konstanten Vergleichsspannung in den Steuerkreis eines die Gitter des Hauptgleichrichters steuernden Hilfsentladungsgefäßes geschaltet ist. Auf diese Weise wird die Steuerung von der Spannung des Lichtbogens abhängig gemacht. Unter Anwendung anderer aus der Stromrichtertechnik bekannter Vorrichtungen zur Steuerung der von einem Gleichrichter abgegebenen Spannung in Abhängigkeit von einer Betriebsgröße läßt sich das gleiche Ziel ebenfalls im Sinne einer trägheitslosen Steuerung erreichen. In jedem Fall ist-dabei die steuernde Größe entweder der Strom oder die Spannung des von dem Gleichrichter gespeisten Lichtbogens.
  • Es hat sich gezeigt, daß die vorstehend - beschriebene bekannte Art der Steuerung noch nicht zu dem gewünschten Ziel einer einwandfreien Steuerung des Gleichstromlichtbogens führt. Wenn der den Lichtbogen speisende Gleichrichter nur in Abhängigkeit von dem Strom geregelt wird, so wird im Arbeitsbereich des Lichtbogens eine praktisch senkrecht verlaufende Strom-Spannungs-Kennlinie erzeugt. Mit einer solchen Kennlinie kann der Bogen zwar theoretisch stabil betrieben werden, praktisch zeigt sich aber, daß die Steilheit der Kennlinie die Stabilität stört, weil schon bei ganz geringen Stromschwankungen verhältnismäßig große Spannungsänderungen eintreten. Steuert man auf der anderen Seite den Gleichrichter nur in Abhängigkeit von der Spannung, so hat das wiederum den Nachteil, daß die Strom-Spannungs-Kennlinie des Gleichrichters die Kennlinie des zu speisenden Lichtbogens in einem sehr flachen Winkel schneidet, wodurch der Betrieb ebenfalls sehr unstabil wird.
  • Gemäß der Erfindung wird diesem Nachteil dadurch begegnet, daß der den Lichtbogen speisende Steuergleichrichter nicht nur in Abhängigkeit von dem Strom oder von der Spannung des Lichtbogens, sondern im Gegensatz - dazu sowohl in Abhängigkeit von der Spannung als auch in Abhängigkeit von dem Strom des Lichtbogens gesteuert wird. Läßt man beide Betriebsgrößen gleichzeitig auf den Steuergleichrichter einwirken, so gelingt die Stabilisierung in befriedigendem Maße. Mit Hilfe der doppelten Abhängigkeit der Steuerung kann man eine Strom=Spannungs-Kennlinie de"s Gleichrichters erzeugen, die den jeweils im praktischen Betriebe vorliegenden Anforderungen des zu speisenden Lichtbogens weitgehend angepaßt ist.
  • Mit Rücksicht darauf, daß die Spannungs- und Stromwerte des Lichtbogens sich sehr schnell ändern, muß ein Regelverfahren verwendet werden, das diesen Änderungen fast -augenblicklich folgt. Zweckmäßig wird daher für die Regelung des den Lichtbogen speisenden Gleichrichters ein Röhrenregler verwendet. In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung ein solcher Röhrenregler dargestellt.
  • Der in seinen Einzelheiten nicht dargestellte Lichtbogenverbraucher L wird aus- einem Drehstromnetz über einen Transformator i und einen gittergesteuerten Gleichrichter 2 gespeist. Im Primärstromkreis des Gleichrichtertransformators liegen Stromwandler 3, die über einen Hilfstransformator q., einen Trockengleichrichter 5 und Glättungsmittel 6 einen Potentiometerwiderstand 7 speisen, an dem die stromabhängige Steuerspannung abgegriffen wird. Ein Potentiometer 9 ist an die Klemmen des Lichtbogens angeschlossen und liefert die von der Spannung abhängige Steuergröße. An den beiden Potentiometern 7 und 9 können die Einflüsse dieser beiden Größen sowohl ihrem Verhältnis entsprechend als auch ihrer Größe nach eingestellt werden. Zur Erhöhung der Genauigkeit wird der aus diesen beiden Teilgrößen gewonnenen Regelspannung eine Vergleichsspannung io entgegengeschaltet. Die Differenz dieser Spannungen wirkt auf den Gitterkreis eines Verstärkers i i, der aus einem Gleichrichter 14 im Anodenkreis gespeist wird. Ein weiterer Verstärker 12, d. h. die zweite Stufe des Röhrenreglers, ändert den rrregerstrom einer g1eichstromvormägnetisierten Drosselspule i9, die in an sich bekannter Weise in den Steuerkreis des Hauptgleichrichters 2 geschaltet ist. Die Gleichspannung für den Verstärker 12 wird einem Gleichrichter 15 entnommen.
  • Die vormagnetisierte Drosselspule i9 ist zwischen den in seinen Einzelheiten nicht dargestellten Steuersatz 22 des Hauptgleichrichters 2 und das speisende Drehstromnetz geschaltet. Zwischen den Drosselspulen i9 und dem Netz liegt Isoliertransformator 16, ein von Hand einstellbarer Drehtransformator 18 und außerdem noch ein Drehtransformator 17, der durch motorischen Antrieb verstellt werden kann. Durch diesen Drehtransformator soll unabhängig von der selbsttätigen Regelung der Aussteu.erüngsgrad des Gleichrichters geändert werden. Der Drehregler 17 wird dabei durch ein Relais 13 gesteuert, welches. im Anodenstromkreis der Endstufe 12 des Röhrenreglers bzw. im Regelkreis der Drosselspule i9 liegt: Der gesamte Regelbereich von ioo°/o Aussteuerung bis auf Null kann von den Drosselspulen nicht bewältigt werden. Bei größeren Regelungen ist es daher erforderlich, die Aussteuerung durch Veränderung der Stellung des Drehreglers 17 so zu beeinflussen, _ daß der Arbeitspunkt des Röhrenreglers ungefähr auf der Mitte der jeweiligen Aussteuerung liegt, und daß daher die auftretenden Schwankungen in voller Höhe ausgeregelt werden können. Beim überschreiten eines bestimmten Stromwertes steuert aus diesem Grunde das Relais 13 den Drehregler 17 im Sinne einer Vergrößerung, beim Unterschreiten eines bestimmten Stromwertes im Sinne einer Verringerung der Aussteuerung. Die Ansprechwerte des. Relais 13 sind so gewählt, daß nicht bei jedem Anschlag des Röhrenreglers ein Kommando erteilt wird, sondern daß das Relais auf einem- gewissen mittleren Bereich in Ruhe bleibt. Hier übernimmt der Röhrenregler allein die Regelung. Zwischen das Relais 13 und den Drehregler 17 bzw. den zu seinem Antrieb dienenden Steuermotor sind noch Hilfseinrichtungen 2o, 21 und 24 geschaltet. Da der Umschaltkontakt des Relais 13 nur eine geringe Schaltleistung hat, sind Relais 2o zur Verstärkung eingefügt. Zur Potentialtrennung werden bei nicht geerdeter Kathode und hoher Spannung die Isoliertransformatoren 21 benötigt, da der Regler Kathodenpotential annimmt. Mit den Schützen 2q. wird dann der Motor des Drehreglers getrennt. Der Betrieb der vorstehend beschriebenen Anlage geht wie folgt vor sich: Durch Annäherung der Elektroden des Lichtbogenapparates L bis zum Kurzschluß und durch darauffolgen.de langsame Entfernung der Lichtbogenelektroden voneinander wird der Lichtbogen gezündet. Vorher wird mit Hilfe der beiden Potentiometer 7 und 9 die für den Betrieb gewünschte Neigung der Gleichrichterkennlinie eingestellt. Durch den von Hand verstellbaren Drehregler i8 wird die Spannung des Gleichrichters bis auf Null herabgesenkt, dann werden die beiden Lichtbogenelektroden zum Kurzschluß gebracht, und nach Heraufregeln des Drehreglers 18 auf volle Aussteuerung wird die selbsttätige Regeleinrichtung freigegeben. Zunächst wird der Strom in dem kurzgeschlossenen Lichtbogenkreis so weit ansteigen, daß die Spannung am Potentiometerwiderstand 7 allein der Spannung io das Gleichgewicht hält. Der Röhrenregler wird jetzt den Gleichrichter so aussteuern, daß er einen gewissen Überstrom bei der Spannung Null führt. Der Drehregler 17 wird durch den Röhrenreglerstrom auf einen Wert eingestellt, der eine Aufrechterhaltung dieses Stromes gewährleistet. Zieht man nun langsam die beiden Elektroden des Lichtbogens auseinander, so steigt der Einfluß der Spannung immer mehr, wobei zunächst eine flach geneigte Kennlinie in der Neige des. Nullpunktes durchfahren wird. In dem Augenblick, in dem Strom und Spannung den Wert erreicht haben, der an den Potentiometern 7 und 9 eingestellt ist, beginnen Strom- und Spannung sich in dem .eingestellten Verhältnis zu ändern. Der Drehregler 17 wird durch den Röhrenreglerstrom so eingestellt, daß der Röhrenregler um die vom Drehtransformator eingestellte Mittellage pendeln kann. Die Vergrößerung der Lichtbogenlänge bedingt ein immer stärkeres Ansteigen der Spannung und ein entsprechendes Zurückgehen des Stromes. Hat der Lichtbogen seine vorgeschriebene Länge erreicht, so ist auch der Drehregler 17 auf den nunmehr gewählten Arbeitspunkt eingestellt, wobei vorausgesetzt ist, daß die Verstellgeschwindigkeit des Drehreglers 17 größer ist als die Verstellgeschwindigkeit des Elektrodenabstandes im Lichtbogen. Nach diesem Anlaßvorgang werden weiterhin sämtliche Strom-und Spannungsschwankungen von dem Röhrenregler aasgeregelt. Steigt bei gleichbleibender Spannung am Lichtbogen der Strom des Bogens an, so wird durch den Röhrenregler selbsttätig die ausgesteuerte Spannung abgesenkt. Die dem Lichtbogen zur Verfügung stehende Spannung sinkt unter den für den ansteigenden Strom erforderlichen Wert der Lichtbogenkennlinie herab. Der Strom nimmt dementsprechend wieder ab, so daß der Lichtbogen wieder den stabilen Brennpunkt einnimmt. Sinkt dagegen der Strom im Lichtbogen, so wird die Spannung entsprechend ansteigen und damit eine Stromerhöhung im Lichtbogen eintreten, die wiederum den Lichtbogen auf den bisher eingenommenen Arbeitspunkt zurückbringt. Da der Regler mit einer konstanten Vergleichsspannung arbeitet, können die Schwankungen der Primärspannung oder Frequenz auf der Gleichspannungsseite nicht wirksam werden, da diese sofort vom Regler mit erfaßt und angeregelt werden.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zum Betrieb von stabil brennenden Gleichstromlichtbögen, die über steuerbare Gleichrichter gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Gleichrichter abgegebene Spannung selbsttätig sowohl in Abhängigkeit von dem Strom als auch in Abhängigkeit von der Spannung des Lichtbogens geregelt wird.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzspannung zwischen der von. Strom und Spannung des Lichtbogens abhängigen Regelspannung und einer konstanten Vergleichsspannung auf den Gitterkreis eines Röhrenreglers einwirkt, der den Vormagnetisierungsstrom einer die Phasenlage der Steuerspannung des Hauptgleichrichters ändernden Drosselspule steuert.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ausgangskreis des Röhrenreglers ein Relais geschaltet ist, welches den Arbeitspunkt der Regeleinrichtung verändert, sobald der Reglerstrom einen bestimmten Grenzbereich nach oben oder unten über-bzw. unterschreitet. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 62o 642, 641 920, 648 725, 658 9i7; USA.-Patentschrift Nr. 2:234 239.
DES4383D 1941-12-03 1941-12-03 Anordnung zum Betrieb von stabil brennenden Gleichstrom-Lichtboegen Expired DE945943C (de)

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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE620642C (de) * 1932-01-30 1935-10-24 Aeg Einrichtung zur Regelung der Helligkeit elektrischer Lampen oder Lampengruppen
DE641920C (de) * 1933-09-06 1937-02-17 Siemens Schuckertwerke Akt Ges Elektrische Lichtbogenschweisseinrichtung, bei der die zum Schweissen erforderliche Gleichstromspannung einem Wechselstromnetz entnommen wird
DE648725C (de) * 1932-07-07 1937-08-07 Aeg Regeleinrichtung fuer Lampenstromkreise
DE658917C (de) * 1932-02-26 1938-04-21 I G Farbenindustrie Akt Ges Anordnung zum Betrieb von stabil brennenden Gleichstromlichtboegen
US2234239A (en) * 1938-03-15 1941-03-11 Patentverwertungs Gmbh Automatic regulation and control of the electrodes of an electric arc furnace

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