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Wechselrichter, insbesondere zur Erzeugung der Steuerspannungen für
Punktnaht-Schweißmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf einen aus zwei gittergesteuerten
Gas- oder Dampfentladungsstrecken und einem Löschkondensator bestehenden Wechselrichter
in Parallelanordnung. Bei dieser Wechselrichterschaltung liegen die beiden Entladungsstrecken
in parallelen Stromzweigen zwischen den beiden Polen des speisenden Gleichstromnetzes.
Ihre Kathoden sind über den Löschkondensator miteinander verbunden. Der Löschkondensator
lädt sich, wenn eine der beiden Entladungsstrecken brennt, so auf, daß die an der
Kathode dieser Entladungsstrecke liegende Belegung positives, die andere dagegen
negatives Potential erhält. Wird jetzt die andere Entladungsstrecke gezündet, so
entlädt sich der Kondensator über die beiden nunmehr gegensinnig in Reihe liegenden
Entladungsstrecken. Dabei ist sein Entladungsstrom der Durchlaßrichtung der zuvor
brennenden Entladungsstrecke entgegengerichtet und bringt diese Entladungsstrecke,
deren Gitter vorher an ein Sperrpotential gelegt wurde, zum Erlöschen.
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Es ist bekannt, derartige Wechselrichteranordnungen zur Lieferung
der Steuerspannungen für über Stromrichtergefäße gespeiste Punktnaht-Schweißmaschinen
zu verwenden. Man kann nämlich zwischen zwei geeigneten Punkten der Wechselrichterschaltung
eine Spannung abgreifen, die positiv ist, wenn die eine Entladungsstrecke brennt,
und negativ, wenn die andere brennt. Durch das abwechselnde Brennen der beiden Entladungsstrecken
des Wechselrichters erhält man also eine Steuerwechselspannung von nahezu rechteckiger
Kurvenform,
die nunmehr zur abwechselnden Freigabe und Sperrung der Stromrichtergefäße der Punktnaht-Schweißmaschine
benutzt werden kann. Diese Anwendungsart des Wechselrichters ist das bevorzugte
Anwendungsgebiet der Erfindung.
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Da je nach der Eigenschaft und der Stärke des zu schweißenden Materials
die Schweißstromzeiten und die dazwischenliegenden Pausen verschieden gewählt werden
müssen, ist es notwendig, den Wechselrichter so zu gestalten, daß die Brennzeiten
seiner beiden Entladungsstrecken unabhängig voneinander eingestellt werden können.
Besondere Hilfseinrichtungen sorgen dafür, daß das Zünden bzw. Erlöschen der Wechselrichter-Entladungsstrecken
synchron mit dem Verlauf der Spannung des die Schweißmaschine speisenden Wechselstromes
ist. Die Einstellung der Brennzeiten der Wechselrichter-Entladungsstrecken erfolgt
mit Hilfe von Zeitkondensatoren, deren Ladungszustand die Gitterpotentiale der beiden
Entladungsstrecken bestimmt. Mit Hilfe von regelbaren Widerständen und Kondensatoren
wird der Ablauf der Ladungsänderung des Zeitkreises eingestellt und damit der zeitliche
Verlauf der Gitterpotentiale beeinflußt.
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Bei einer bekannten Anordnung dieser Art liegt der Zeitkondensator
für das eine der beiden Entladungsgefäße parallel zu einem Widerstand in dem Anodenkreis
des anderen Entladungsgefäßes. Er wird durch den Anodenstrom des letztgenannten
Entladungsgefäßes über den einstellbaren Widerstand aufgeladen, wobei sich das Gitterpotential
des ersten Entladungsgefäßes in positiver Richtung verschiebt. Eine Sperrspannungsquelle
im Gitterkreis dieses Entladungsgefäßes sorgt dafür, daß es erst zündet, wenn der
Kondensator auf eine bestimmte Spannung aufgeladen ist. Sobald das zweite Entladungsgefäß
gezündet hat, erlischt das erste, und der Kondensator wird nicht mehr weiter aufgeladen.
Er entlädt sich vielmehr über einen bisher durch ein Hilfsventil abgeriegelten Weg
auf einen Widerstand, wodurch das Gitterpotential der nunmehr brennenden Entladungsstrecke
infolge der Sperrspannungsquelle wieder auf einen negativen Wert kommt. Genauso
ist der der anderen Entladungsstrecke zugeordnete Zeitkondensator geschaltet, so
daß die Entladungsstrecken abwechselnd gezündet werden, wobei jeweils die Brennpause
der betreffenden Entladungsstrecke mit Hilfe des regelbaren Ladewiderstandes im
Kondensatorkreis eingestellt werden kann.
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Diese Anordnung benötigt, wie man aus dem vorher Gesagten erkennt,
in den Gitterkreisen der Entladungsgefäße besondere Sperrspannungsquellen, deren
Spannung, um die Brennzeiten eindeutig festzulegen, genau konstant gehalten werden
muß. Ein weiterer Nachteil dieser Schaltung ist darin zu sehen, daß die erwähnten
Hilfsventile, über die sich der Kondensator wieder entladen kann, mit ihren Kathoden
nicht an ein und demselben Schaltungspunkt liegen. Nun ist es wegen des kurzzeitigen
und deshalb sehr hohen Entladestromes des Kondensators und in Anbetracht der hohen
Spannung, die diese Hilfsventile aushalten müssen, zweckmäßig, sie als Entladungsstrecken
auszubilden. Da die beiden Kathoden der Hilfsventile, wie schon erwähnt, nicht auf
gleichen Potentialen liegen, müssen hierfür zwei getrennte Entladungsstrecken vorgesehen
werden. Die Erfindung beseitigt die geschilderten Nachteile; sie benötigt vor allem
keine besonderen Sperrspannungsquellen in den Gitterkreisen der Entladungsstrecken
des Wechselrichters. Außerdem können die Kathoden der Hilfsventile auf gemeinsames
Potential gebracht werden, so daß beide Hilfsventile durch ein zweianodiges Entladungsgefäß
mit gemeinsamer Kathode gebildet werden können. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch
erreicht, daß der zwischen Gitter und Kathode in jeder Entladungsstrecke 9 des Wechselrichters
liegende besondere Zeitkondensator durch den Anodenstrom der zugehörigen Entladungsstrecke
so aufgeladen wird, daß er ihrem Gitter ein Sperrpotential aufdrückt und sich nach
Erlöschen dieser Entladungsstrecke über den ihm zugeordneten besonderen regelbaren
Widerstand wieder entlädt. Als Ladespannung für den Zeitkondensator dient zweckmäßig
der Spannungsabfall an einem zwischen der Kathode der zugehörigen Entladungsstrecke
und dem Minuspol der speisenden Gleichspannungsquelle liegenden Belastungswiderstand,
an dessen Endpunkte die Parallelschaltung aus Zeitkondensator und regelbarem Entladewiderstand
über das Hilfsventil angeschlossen ist, welches beim Erlöschen der Entladungsstrecke
eine Entladung des Zeitkondensators über den Belastungswiderstand verhindert.
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Die Erfindung möge an Hand der Zeichnung näher erläutert werden, die
in der Fig.1 das Schaltbild einer Punktnaht-Schweißmaschine mit dem die Steuerspannung
liefernden Wechselrichter wiedergibt; Fig. 2 zeigt die Kurvenform der von dem Wechselrichter
gelieferten Steuerwechselspannung.
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Im Schaltbild nach Fig. i speist das Wechselstromnetz RS über den
Schweißtransformator 13dieSchweißelektroden 7 der Punktnaht-Schweißmaschine. Als
Schalter im Primärkreis des Schweißtransformators 13 dienen zwei gegensinnig parallelgeschaltete
Quecksilberdampf-Entladungsgefäße 1 und 1', die mit Hilfe von ständig in die Kathoden
tauchenden Zündelektroden aus halbleitendem Material gesteuert werden. Jedes Entladungsgefäß
zündet, sobald während der positiven Anodenspannungshalbwelle ein Strom von bestimmter
Stärke über die Zündelektrode geführt wird. Diese Zündströme werden mit Hilfe von
gittergesteuerten Dampfentladungsgefäßen 2 bzw. 2' mit Glühkathode geschaltet, deren
Steuergitter mit Hilfe des Symmetriertransformators 3 zunächst auf dem mittleren
Potential zwischen ihren Kathoden gehalten werden. Zwischen die Mittelpunkte der
Primär- und der Sekundärwicklung des Symmetriertransformators 3 wird nun eine Steuerwechselspannung
Ug ungefähr rechteckförmiger Kurvenform gelegt, deren zeitlicher Verlauf in Fig.
2 dargestellt ist. Während der Zeitabschnitte ts, in denen diese Wechselspannung
positiv ist, sind die Hilfsentladungsstrecken 2 und 2' und damit die Schaltgefäße
1 und 1' der Schweißmaschine freigegeben, während sie in den negativen Zeitabschnitten
tp gesperrt sind.
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Die Wechselspannung Ug wird nun zwischen den Punkten a und
b der in Fig. 1 auf der rechten Seite dargestellten Wechselrichterschaltung
abgegriffen. Diese Wechselrichterschaltung besteht in der Hauptsache
aus
den beiden gittergesteuerten Gas- oder Dampfentladungsgefäßen q. und q.' und dem
schon erwähnten Löschkondensator io. In jedem Hauptstromkreis der beiden Entladungsstrecken
liegt ein Belastungswiderstand 14 bzw. 1q.'. Die Anordnung wird von einem Gleichstromnetz
PN gespeist. Denkt man sich den Schalter 8 geschlossen und das linke Entladungsgefäß
4 gezündet, so ruft der über dieses Entladungsgefäß fließende Entladungsstrom an
dem Belastungswiderstand 14 einen Spannungsabfall hervor, über den der dem Entladungsgefäß
4. zugeordnete Zeitkondensator ii so aufgeladen wird, daß seine rechte Belegung
positiv, seine linke negativ wird. Da der Zeitkondensator ii, wie die Schaltung
zeigt, mit seiner rechten Belegung an der Kathode, mit seiner linken Belegung an
dem Gitter der zugehörigen Entladungsstrecke q. liegt, wird diese Entladungsstrecke
mit einem Sperrpotential beaufschlagt, freilich ohne daß die Entladungsstrecke etwa
schon dadurch erlischt, weil sie ja mit Gleichstrom gespeist wird.
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Der Kondensator ii' sei zunächst noch ungeladen. Die rechte Entladungsstrecke
4.' ist also zündbereit. Sobald jetzt der Druckknopfschalter 9 geschlossen wird,
zündet demgemäß die Entladungsstrecke q.' und bringt in der vorher beschriebenen
Weise infolge der Wirkung des Löschkondensators io die linke Entladungsstrecke q.
zum Erlöschen. Nunmehr entlädt sich der linke Zeitkondensator ii über den einstellbaren
Widerstand 6, so daß nach einer an 6 einstellbaren Zeit das Gitter der Entladungsstrecke
q. wieder positiv wird und diese erneut zündet, was nach dem- vorher Gesagten ein
Erlöschen derrechtenEntladungsstrecke4' zur Folge hat. Das Hilfsventil 12 sorgt
dafür, daß der Kondensator zwar durch den Spannungsabfall an dem Widerstand 14 geladen
wird, sich aber nicht wieder über diesen Widerstand entladen kann, so daß sein Entladestrom
nur den Weg über den einstellbaren Widerstand 6 nehmen kann.
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Solange der Druckknopfschalter 9 offen ist, wird also nur die linke
Entladungsstrecke q. brennen. Dabei liegt, wie man ohne weiteres erkennt, der Punkt
b am negativen Potential der Gleichspannungsquelle PN, der Punkt a dagegen
an einem gegenüber b positiven Potential, weil er einen Zwischenpunkt der
durch die Widerstände 15 und -16 gebildeten Spannungsteilerschaltung darstellt.
Infolgedessen sind die beiden Entladungsstrecken 2 und 2' gesperrt und die Schweißelektroden
stromlos. Wird jetzt der Druckknopfschalter 9 geschlossen, so zündet sofort das
Entladungsgefäß q.', wodurch der Punkt b auf positives Potential gegenüber dem Punkt
a gehoben wird. Die Entladungsstrecken 2 und 2' werden freigegeben, und die Schaltgefäße
i und i' zünden, solange q' brennt, jeweils in ihrer positiven Anodenspannungshalbwelle.
Der Schweißstrom fließt. Nach einer durch die Einstellung des linken Widerstandes
6 festgelegten Zeit zündet die linke Entladungsstrecke 4., und die rechte Entladungsstrecke
4.' erlischt. Der Schweißstrom wird wieder unterbrochen, und es entsteht eine Strompause,
deren Länge von der Einstellung des rechten Widerstandes 6' abhängt. Denn sobald
sich der Kondensator ii' über den Widerstand 6' wieder hinreichend entladen hat,
zündet die Entladungsstrecke q.' von neuem, und der Schweißstrom beginnt wieder
zu fließen. Dieses Spiel wiederholt sich so lange, wie der Druckknopfschalter 9
geschlossen bleibt. Wird er wieder geöffnet, so brennt lediglich die linke Entladungsstrecke
q., was eine Sperrung des Schweißstromes bedeutet.
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Damit zur Vermeidung von Einschaltüberströmen :in: Schweißtransformator
13 und zur Verhinderung einer Restmagnetisierung seines Eisenkernes jeweils nach
beendetem Schweißimpuls das Ein- und Ausschalten des Schweißtransformators jeweils
in einer bestimmten Phasenlage in bezug auf die die Schweißmaschine speisende Wechselspannung
erfolgt, werden den Gittern der Entladungsstrecken q. und q.' über die nur mit ihrer
Sekundärwicklung angedeuteten Transformatoren 5 und 5' zusätzlich noch Wechselspannungen
spitzer Kurvenform und geeigneter Phasenlage zugeführt. Die Anordnung ist dabei
so bemessen, daß die Zündung jedes der beiden Entladungsgefäße erfolgt, sobald das
erste Mal die positive Spitze der genannten zusätzlichen Gitterwechselspannung den
Zündwert überschreitet.
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Aus dem Gesagten geht hervor, daß die beschriebene Anordnung keine
besondere Sperrspannungsquelle in den Gitterkreisen der Wechselrichtergefäße benötigt,
da die Zeitkondensatoren selbst als Sperrspannungsquellen wirken. Die Hilfsventile
12 und 12' liegen beide mit ihrer Kathode an dem negativen Pol N der Gleichspannungsquelle
und können somit ohne Schwierigkeit in einem zweianodigen Entladungsgefäß mit gemeinsamer
Kathode untergebracht werden. Mit 17 und 17' sind Begrenzungswiderstände für den
Umladestromstoß bezeichnet.
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Die in Fig. i dargestellten Belastungswiderstände 14 und 1q.' sind
dann notwendig, wenn Entladungsgefäße verwendet werden, die bei sehr kleinen Anodenströmen
(bei langen Zeiten) nicht mehr sicher brennen. Diese Erscheinung tritt auf, wenn
der Anodenstrom in die Größenordnung des Gitterstromes kommt. Wenn Entladungsgefäße,
z. B. Doppelgitterröhren, angewendet werden, die diese Erscheinung nicht zeigen,
kann man bei der Erfindung auch Schaltungen anwenden, in denen die erwähnten Belastungswiderstände
nicht nötig sind. Als Ausführungsbeispiel hierfür ist in Fig. 3 eine entsprechendeWechselrichterschaltung
dargestellt. Die Einzelteile, welche denen in Fig. i entsprechen, tragen die gleichen
Bezugszeichen. Auch in diesem Fall wird der zwischen Gitter und Kathode jeder Entladungsstrecke
liegende Zeitkondensator ii bzw. ii' durch den Anodenstrom der zugehörigen Entladungsstrecke
so aufgeladen, daß er ihrem Gitter ein Sperrpotential aufdrückt und sich nach Erlöschen
der Entladungssfrecke über den regelbaren Widerstand 6 bzw. 6' wieder entlädt. Die
Kathode der Entladungsstrecken ist in diesem Fall über die aus Zeitkondensator ii
und dem regelbaren Widerstand 6 bestehende Parallelschaltung und den in Reihe dazu
liegenden Begrenzungswiderstand 17 an den Minuspol N angeschlossen.