DE1127013B

DE1127013B - Arc welding transformers

Info

Publication number: DE1127013B
Application number: DEE14519A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Franz Lebok
Original assignee: IAELEKTRONIA FABRIK fur PHYSI
Current assignee: IAELEKTRONIA FABRIK fur PHYSI
Priority date: 1957-08-10
Filing date: 1957-08-10
Publication date: 1962-04-05

Description

Lichtbogenschweißtransformatoren Die Lichtbogenschweißtechnik, die sich auf allen Gebieten der Metallverarbeitung in großem Umfang durchgesetzt hat, bezieht ihren Schweißstrom entweder von besonderen Schweißgeneratoren oder aus dem Netz unter Zwischenschaltung besonders ausgestalteter Schweißtransformatoren. Die Hauptforderungen, die von der Schweißtechnik gestellt werden, sind dabei die, daß der Kurzschlußstrom bei der Berührung zwischen Elektrode und Werkstück auf ein zulässiges Maß begrenzt sein soll, daß weiterhin die Leerlaufspannung der Stromquelle so bemessen ist, daß sich dvr Lichtbogen leicht ziehen läßt. Schließlich soll der Lichtbogen elastisch sein, d. h., er soll bei Änderung seiner Länge, wenigstens in gewissen Grenzen, nicht abreißen. Diese Bedingungen erfüllen Schweißaggregate mit sogenannter fallender Charakteristik. Diese fallende Charakteristik wurde bei Schweißtransformatoren bisher ganz allgemein in erster Linie durch Herbeiführung einer magnetischen Streuung durch Zu- oder Abschalten von Windungen oder durch Anordnung von Streupaketen erzielt.Arc welding transformers Arc welding technology, which has become widely accepted in all areas of metalworking, draws its welding current either from special welding generators or from the network with the interposition of specially designed welding transformers. The main demands made by welding technology are that the short-circuit current at the contact between the electrode and the workpiece should be limited to a permissible level, that the open-circuit voltage of the power source should continue to be such that the arc can be drawn easily. Finally, the arc should be elastic, i. that is, it should not tear off when its length changes, at least within certain limits. Welding units with so-called falling characteristics meet these requirements. In welding transformers, this falling characteristic has so far generally been achieved primarily by bringing about magnetic scattering by connecting or disconnecting windings or by arranging scatter packets.

Sollen Schweißarbeiten in engen Behältern, z. B. in Kesseln, Rohrleitungen od. dgl. oder auch an Bord von Schiffen ausgeführt werden, müssen über die obengenannten Bedingungen hinaus von den zur Verwendung gelangenden Lichtbogenschweißtransformatoren weitere Bedingungen erfüllt werden. So soll die Klemmen- oder Berührungsspannung im Leerlauf eine gewisse Höchstgrenze nicht überschreiten. Nach Unterbrechen des Schweißstromkreises müssen auftretende höhere Spannungen innerhalb von Sekundbnbruchteilen wieder auf die Leerlauf-Klemmenspannung abklingen, wobei schließlich auch für diese kurzzeitigen höheren Spannungen eine obere Grenze gesetzt ist. Die Zulassungsbestimmungen sehen als solche Grenzen für die Klemmen- oder Berührungsspannung im Leerlauf 42V,ff, für die kurzzeitig bei Unterbrechung des Schweißstromkreises auftretende höhere Spannung 70 V", vor; diese muß innerhalb von 0,2 Sekunden auf 42V,ft abklingen.Should welding work in narrow containers, e.g. B. in boilers, pipes or. The terminal or contact voltage should not exceed a certain maximum limit when idling. After the welding circuit has been interrupted, the higher voltages that occur must decay to the open-circuit terminal voltage again within fractions of a second, with an upper limit ultimately also being set for these brief higher voltages. The approval provisions provide for limits for the terminal or contact voltage in no-load operation 42V, ff, for the briefly higher voltage 70 V ", which occurs when the welding circuit is interrupted; this must decrease to 42V, ft within 0.2 seconds.

Zur Einhaltung dieser Bedingungen sind insbesondere in neuerer Zeit eine Reihe von Einrichtungen für die selbsttätige Senkung der Leerlaufspannung an Schweißtransformatoren entwickelt worden. So wurde vorgeschlagen, am Transformator eine zusätzliche Spule anzuordnen, durch die bei Leerlauf der magnetische Fluß des Transformators verdrängt wird, womit eine Herabsetzung der Leerlaufspannung verbunden ist. Die Hilfsspule wird hierbei im Leerlauf durch einen Schützschalter kurzgeschlossen. Die Verwendung von irgendwelchen Schaltungsteilen mit mechanischer Wirkung bringt aber immer eine gewisse Unsicherheit des Betriebes mit sich, so auch die Verwendung von Schützschaltern. Weiterhin fließt im Leerlauf in der Hilfsspule ein nicht zu vernachlässigender Strom, der die Leerlaufverluste erheblich erhöht und damit den Wirkungsgrad des Transformators verschlechtert. Dasselbe gilt für eine Einrichtung nach einem weiteren bekannten Vorschlag, nach dem parallel zur Sekundärwicklung des Transformators eine Drosselspule geschaltet wird. Diese nimmt im Leerlauf Strom auf, wird hoch gesättigt und reduziert damit die Spannung. Bei Last wird sie mehr oder weniger entsättigt.To comply with these conditions are particularly in recent times a range of devices for the automatic lowering of the open-circuit voltage Welding transformers have been developed. So it was suggested on the transformer to arrange an additional coil through which the magnetic flux of the when idling Transformer is displaced, which is associated with a reduction in the open circuit voltage is. The auxiliary coil is short-circuited by a contactor switch when idling. The use of any circuit parts with mechanical effect brings but always a certain uncertainty of the operation with it, including the use of contactor switches. Furthermore, a does not flow into the auxiliary coil when idling Negligible current, which significantly increases the no-load losses and thus the Transformer efficiency deteriorated. The same goes for a facility according to another known proposal, according to the parallel to the secondary winding of the transformer a choke coil is switched. This takes electricity when idling on, becomes highly saturated and thus reduces the tension. It becomes more under load or less desaturated.

Betriebssicherer und vorteilhafter ist eine weitere bekannte Einrichtung, bei der in den Primärkreis des Schweißtransformators eine eisenhaltige Drosselspule geschaltet ist, die zwei magnetisch starr gekoppelte Wicklungen aufweist und deren Induktivität im Leerlauf groß und bei Last praktisch gleich Null ist. Im einzelnen ist die Wirkungsweise dieser Einrichtung so, daß die eine der beiden magnetisch starr gekoppelten Wicklungen vom Primärstrom und die andere vom Schweißstrom derart durchflossen werden, daß sich bei Last die beiden Erregungen gegeneinander aufheben, während im Leerlauf die Erregung des Leerlaufstromes wirksam ist und die Drosselspule zur Spannungsaufnahme veranlaßt. Die geschilderte Einrichtung arbeitet verzögerungsfrei. Weiterhin treten auch keine nennenswerten Leerlaufverluste auf. Von Nachteil ist jedoch, daß bei mehreren Strombereichen die Vorschaltdrossel umgeschaltet werden muß.Another known device is more reliable and more advantageous, at which in the primary circuit of the welding transformer a ferrous choke coil is connected, which has two magnetically rigidly coupled windings and their Inductance is large when idling and practically zero when loaded. In detail the mode of operation of this device is such that one of the two is magnetic rigidly coupled windings from the primary current and the other from the welding current in such a way be traversed so that the two excitations cancel each other out under load, while at no-load the excitation of the no-load current is effective and the choke coil caused to take up voltage. The device described works without delay. Furthermore, there are also no noteworthy idling losses. Is disadvantageous however, that the series chokes are switched over when there are several current ranges got to.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen Lichtbogenschweißtransformator zu schaffen, der die eingangs aufgeführten Bedingungen erfüllt, wie sie insbesondere bei Schweißarbeiten unter örtlich be- engten Verhältnissen gelten, der aber weiterhin nicht die Nachteile der bisher bekannten und ebenfalls im vorhergehenden geschilderten Einrichtungen aufweist.The invention has the task of creating an arc welding transformer that meets the conditions set forth at the beginning, as they apply in particular when welding under localized loading restricted conditions, but which is still not known the disadvantages previously and has also in the previous mentioned facilities.

Diese Aufgabe löst die Erfindung durch einen Lichtbogeenschweißtransformator mit selbsttätiger Senkung der Leerlaufspannung, dem erfindungsgemäß zu seiner Steuerung als sogenannt-- Ramey-Verstärker (= »Rücklaufinagnetverstärker«) bekannte Rücklaufmagnetverstärker oder Verstärkerdrosseln vorgeschaltet sind.This object is achieved by the invention by means of an arc welding transformer with automatic lowering of the open circuit voltage, which according to the invention is connected upstream of the so-called Ramey amplifier (= "return magnet amplifier") known return magnet amplifiers or amplifier chokes for its control.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß das zeitliche Verhalten dieser Rücklaufmagnetverstärker nicht die üblicherweise bei Verwendung von magnetischen Verstärkem auftretende Schwierigkeiten mit sich bringt. Im allgemeinen ist es nämlich mit magnetischen Verstärkern nicht möglich, die vorgeschriebene Zeitkonstante von 0,2 Sekunden beim Ab- bau der Spannung nach Unterbrechen des Schweißstromkreises auf 42 V,ff einzuhalten.It has surprisingly been found that the time behavior of these flyback magnetic amplifiers does not entail the difficulties that usually occur when using magnetic amplifiers. In general, it is in fact with magnetic amplifiers not possible, the prescribed time constant of 0.2 seconds for the waste of the voltage build after interruption of the welding circuit at 42 V, ff observed.

Erfindungsgemäß können weiterhin zur trägheitslosen Steuerung der vorgeschalteten Ramey-Verstärker Hilfsverstärkerdrosseln in die Steuerstromkreise derselben eingeschaltet sein.According to the invention can continue to control the inertia upstream Ramey amplifier auxiliary amplifier chokes in the control circuits same be switched on.

Vorzugsweise besteht der Schweißtransformator aus zwei sekundärseitig, in Reihe geschalteten Teiltransfonnatoren, von denen nur einem zu dessen Steuerung ein Ramey-Verstärker vorgeschaltet ist.The welding transformer preferably consists of two secondary sides, Series-connected partial transformers, only one of which is used to control it a Ramey amplifier is connected upstream.

Zur trägheitslosen Steuerung der gegebenenfalls, vorgesehenen Hilfsverstärkerdrosseln kann ein Stromwandler fin Lastkreis des Transformators vorgesehen sein.For the inertia-free control of the auxiliary amplifier chokes that may be provided A current transformer can be provided in the load circuit of the transformer.

Schließlich können noch gleichstromvormagnetisierte, die Gleichstromwicklung nicht induzierende geschaltete Einstelldrosseln mit vom Teiltransformator abgenommener und gleichgerichteter Einstellgleichspannung vorgesehen sein.Finally, direct current bias, the direct current winding non-inducing switched setting chokes with one removed from the transformer section and rectified setting DC voltage can be provided.

Weitere, Merkmale der Erfindung und Einzelheiten der durch dieselbe erzielten Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer in den Zeichnungen dargestellten beispielsweisen Schaltung eines Lichtbogenschweißtransformators gemäß der Erfindung sowie der Wiedergabe entsprechender Kennlinienfelder.Further features of the invention and details of the same The advantages achieved result from the following description of a in the Drawings shown exemplary circuit of an arc welding transformer according to the invention as well as the reproduction of corresponding characteristic curves.

Fig. 1 gibt dabei das Schaltschema des Schweißtransformators wieder; Fig. 2 zeigt die statischen Kennlinien; Fig. 3 läßt an Hand des dort wiedergegebenen Oszillogramms das dynamische Verhalten der Spannung der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 erkennen.Fig. 1 shows the circuit diagram of the welding transformer again; Fig. 2 shows the static characteristics; FIG. 3 shows the dynamic behavior of the voltage of the circuit arrangement according to FIG. 1 on the basis of the oscillogram reproduced there.

In der Schaltung gemäß Fig. 1 sind zwei Transformatoren Trl und Tr2 vorgesehen, wobei sich die gesamte Leistung auf zwei etwa gleich große Kerne verteilt. Im einzelnen sind im Schaltschema der Fig. 1 die Primärwicklungen des Transformators Trl mit 1, dessen Sekundärwicklungen mit 2 bezeichnet. Die Primärwicklungen des Transformators Tr 2 sind mit 3, dessen Sekundärwicklungen mit 4 bezeichnet. Die beiden Rücklaufmagnetverstärkerdrosseln sind mit 5, die beiden diesen zugeordneten Verstärkerglei-chrichter mit 6 und 7 bezeichnet.In the circuit according to FIG. 1 , two transformers Tr1 and Tr2 are provided, the entire power being distributed over two cores of approximately the same size. In detail, in the circuit diagram of FIG. 1, the primary windings of the transformer Trl are denoted by 1, and its secondary windings are denoted by 2. The primary windings of the transformer Tr 2 are denoted by 3, its secondary windings by 4. The two return magnetic amplifier chokes are denoted by 5, and the two amplifier rectifiers assigned to them are denoted by 6 and 7 .

Jeder Kein der Transformatoren Tr 1 und Tr 2 ist etwa für die Hälfte der gesamten Leistung bemessen. Durch diese Anordnung wird erreicht daß die Gleichrichter 6 und 7, die mit den Verstärkerdrosseln 5 (Ramey-Verstärker) in Reihe geschaltet sind, nur für einen entsprechend halb so großen Primärstrom bemessen zu sein brauchen. Der Transformator Tr2 wirkt als Zusatztransformator und addiert sekundärseitig seine volle Spannung zur Sekundärspannung des Transformators Trl hinzu, wenn der Vormagnetisierungsstrom im Rücklaufmagaetverstärker 5 ein Minimum erreicht. Dagegen geht die sekundärseitige Spannung des Transformators Tr2 fast auf Null herab, wenn der Vormagnetisierungsstrom im Steuerkreis des Rücklaufmagnetverstärkers 5 ein Maximum erreicht.Each of the transformers Tr 1 and Tr 2 is dimensioned for about half of the total power. This arrangement ensures that the rectifiers 6 and 7, which are connected in series with the amplifier chokes 5 (Ramey amplifiers), only need to be dimensioned for a primary current correspondingly half as large. The transformer Tr2 acts as an additional transformer and on the secondary side adds its full voltage to the secondary voltage of the transformer Trl when the bias current in the flyback magnet amplifier 5 reaches a minimum. In contrast, the secondary-side voltage of the transformer Tr2 goes down almost to zero when the bias current in the control circuit of the flyback magnet amplifier 5 reaches a maximum.

Die an dem Zusatztransformator Tr2 angelegte Netzspannung wird im Rücklaufmagnetverstärker 5 in ihre beiden Halbwellen aufgetrennt, so daß in je- dem Zweig des Rücklaufmagnetverstärkers 5 ein pulsierender Gleichstrom fließt, der die Selbstsättigung der einzelnen Drosselkerne herbeiführt. Zur Steuerung des Rücklaufmagnetverstärkers dient ein Gleichrichter 10 in Doubler-Schaltung, ferner zwei durchflutungsgesteuerte Vorverstärkerdrosseln 8 und 9 und ein kleiner niederohmiger Widerstand 11. Die einzelnen Ventile des Gleichrichters 10 sind mit den Gleichrichtem 6 und 7 derart geschaltet, daß nur der Vormagnetisierungsstrom, über die Ventile des Gleichrichters 10 fließt. Je nach der Größe des Widerstandes 11 nimmt hierbei der Vormagnetisierungsstrom sein Maximum oder sein Minimum an. In der dargestellten Schaltung ist der Widerstand 11 so klein bemessen, wie es die Herabsetzung der Leerlaufspannung erfordert. Wenn der Vormagaetisierungsstrom ein Maximum hat, sind die beiden Verstärkerdrosseln 5 völlig entmagnetisiert. Sie haben also ihren maximalen, induktiven Widerstand angenommen.The voltage applied to the additional transformer Tr2 line voltage is separated in the return magnetic amplifier 5 into its two half-waves, so that the branch of the return magnetic amplifier 5, a pulsating direct current flows in JE, which brings about the self-saturation of each inductor cores. A rectifier 10 is used to control the return magnetic amplifier in doubler circuit further comprises two flux-controlled Vorverstärkerdrosseln 8 and 9 and a small low-impedance resistor 11. The individual valves of the rectifier 10 are connected to the Gleichrichtem 6 and 7 are connected such that only the bias current on the Valves of the rectifier 10 flows. Depending on the size of the resistor 11 , the bias current assumes its maximum or its minimum. In the circuit shown, the resistor 11 is as small as required to reduce the open circuit voltage. When the Vormagaetisierungsstrom has a maximum, the two amplifier chokes 5 are completely demagnetized. So you have assumed your maximum inductive resistance.

Der induktive Widerstand des Transformators Tr2 wird dann bei maximaleni Vormagnetisierungsstrom in den Verstärkerdrosseln 5 iin Verhältnis zu dem induktiven Widerstand der Drosseln 5 sehr klein. Daher wird, fast die ganze angelegte Spannung von den Drosseln 5 aufgenommen, während der Transformator Tr2 nur einen geringen Bruchteil aufnimmt.The inductance of the transformer Tr2 is then at maximaleni bias current to the amplifier 5 chokes iin proportion to the inductance of the inductors 5 very small. Therefore, almost all of the applied voltage is absorbed by the reactors 5 , while the transformer Tr2 only receives a small fraction.

Die beiden Vorverstärkerdrosseln 8 und 9 haben folgende Wirkung: Beim Schweißen oder bei Belastung sind gewisse Spannungserhöhungen erforderlich, vor allem, um eine leichtere Zündung zu ermöglichen oder allgemein, um auf Leistung zu kommen. Daher muß der Vormagnetisierungsstrom in den Verstärkerdrosseln 5 verkleinert werden, damit den Primärwicklungen 3 des Transformators Tr2 eine größere Spannung zugeführt wird.The two preamplifier chokes 8 and 9 have the following effect: Certain voltage increases are required when welding or when under load, above all to enable easier ignition or in general to achieve power. Therefore, the bias current in the booster chokes 5 must be reduced so that a higher voltage is supplied to the primary windings 3 of the transformer Tr2.

Mit Hilfe einer durch einen Stromwandler 12 und einen Hilfsgleichrichter 13 erzeugten Hilfsspannung werden bei Belastung die beiden Vorverstärkerdrosseln 8 und 9 zugestenert, was gleichbedeutend mit einer Erhöhung des Widerstandes 11 ist. Wird der Schweißstromkreis unterbrochen, werden die beiden Vorverstärker wieder geöffnet, d. h., ihr induktiver Eigenwiderstand geht wieder auf nahezu Null herunter.With the aid of an auxiliary voltage generated by a current transformer 12 and an auxiliary rectifier 13 , the two preamplifier chokes 8 and 9 are closed under load, which is equivalent to an increase in the resistance 11 . If the welding circuit is interrupted, the two preamplifiers are opened again, i. That is, their inductive inherent resistance goes back down to almost zero.

Zur Einstellung des Schweißstromes sind gleichstronivormagnetisierte Drosseln 14 vorgesehen, welche so geschaltet sind, daß in ihrer gemeinsamen Gleichstrom-Vormagnetisierungswicklung keine Wechselspannung induziert wird. Zur Vormagnetisierung dieser Drosseln 14 wird über eine Wicklung 15 eine Hilfsspannung vom Transformator Trl abgenommen, die in dem Hilfsgleichrichter 16 gleichgerichtet wird. Ein Regelwiderstand 17 dient schließlich zur Veränderung des Magnetisierungsstromes und damit zur Regelung des Schweißstromes. Fig. 2 gibt die statischen Kennlinien der gezeigten und beschriebenen Schaltung wieder, wobei an der Abszisse die Stromstärken, an der Ordinate die Spannungen aufgetragen sind.In order to set the welding current, dc-magnetized chokes 14 are provided which are connected in such a way that no alternating voltage is induced in their common dc-bias winding. In order to premagnetize these chokes 14, an auxiliary voltage is taken from the transformer Tr1 via a winding 15 and is rectified in the auxiliary rectifier 16. Finally, a control resistor 17 serves to change the magnetizing current and thus to regulate the welding current. 2 shows the static characteristics of the circuit shown and described, the current intensities being plotted on the abscissa and the voltages being plotted on the ordinate.

Bedeutend aufschlußreicher ist jedoch die Wiedergabe eines aufgenommenen Oszillogramms in Fig. 3, das das dynamische Verhalten der Spannung erkennen läßt. Wie erkennbar, steigt die Spannung von normal 42 V,ff bei Unterbrechen des Schweißstromkreises auf 65 V,ff, fällt jedoch inne#rhalb 0,14 Sekunden wieder auf 42 V,f f ab. Die Vorrichtung genügt also in jedem Falle den eingangs aufgestellten strengen Forderungen.However, the reproduction of a recorded oscillogram in FIG. 3, which shows the dynamic behavior of the voltage, is significantly more informative. As can be seen, the voltage increases from the normal 42 V, ff when the welding circuit is interrupted to 65 V, ff, but falls back to 42 V, f f within 0.14 seconds. In any case, the device satisfies the strict requirements set out at the beginning.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Arc welding transformer with automatic lowering of the no-load voltage, characterized in that so-called Ramey amplifiers (5) are connected upstream of it to control it.

2. Transformer according to claim 1, characterized in that for the inertia-free control of the upstream Ramey amplifier (5) preamplifier chokes (8, 9) are switched into the control circuits of the same. 3. Transformer according to claim 1, characterized in that it consists of two sub-transformers (Trl, Tr2) connected in series on the secondary side, of which only one is connected upstream of a Ramey amplifier (5) to control it. 4. Transformer according to claim 2, characterized in that a current transformer (12) is provided in the load circuit of the transformer (Trl) for the inertia-free control of the preamplifier chokes (8, 9). 5. Transformer according to claim 1, characterized in that direct current pre-magnetized, the direct current winding non-inducing switched adjusting throttles (14) are provided with the partial transformer (Trl) removed and rectified adjusting DC voltage. Documents considered: German Patent No. 915 015; German Auslegeschrift No. 1013 372; U.S. Patent No. 2,310,886; French Patent No. 1017 146; German patent applications E3243 VIIM / 21h (published on January 21, 1953), B 30130V1lIa / 21 a2 (published on October 27, 1955); Book: »transducers« from Giesenhagen-K. G., Munich, 1956, p. 25 and Figs. 31 to 33; "Funk-Technik" magazine, No. 19/1953, pp. 628, 629.