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Die Erfindung betrifft eine Kurzschlußstrombegrenzung für Schweißgleichrichter,
die aus einem Einphasen-Wechselstromnetz gespeist werden, zum Lichtbogen-Schutzgasschweißen
mit abschmelzender Elektrode, insbesondere für die Kurzlichtbogentechnik.
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Beim Lichtbogen-Schutzgasschweißen mit abschmelzender Elektrode (MIG-
und C02 Schweißen) werden heute vorwiegend Stromquellen mit fast horizontalen Belastungskennlinien
im Bereich der Schweißwerte angewendet. Diese Stromquellen besitzen bekanntlichen
den Vorteil eines guten Selbstregeleffektes, wenn Störgrößen auf den Drahtvorschub
einwirken. Durch den Selbstregeleffekt werden Längenänderungen in der Bogenstrecke
weitgehend ausgeglichen. Des weiteren erfolgt die Werkstoffübertragung speziell
bei der CO#.-Schutzgasschweißung oder bei der Schweißung mit Mischgasen im Bereich
der Drahtdicken < 1,2 mm Durchmesser und Stromstärken <200Ä--unter Kurzschlußbildung.
Hierdurch entstehen bei nicht richtiger Dimensionierung der Stromquelle hohe Kurzschlußstromspitzen,
die zur verstärkten Spritzerbildung führen.
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Es sind deshalb eine Reihe von Maßnahmen und Einrichtungen bekannt,
die zur Stoß-Kurzschlußstrombegrenzung dienen. Bei diesen Einrichtungen wird der
Kurzschlußstrom z. B. durch eine größere Kennlinienneigung begrenzt. Mit dieser
Maßnahme wird aber der bereits beschriebene Selbstregeleffekt verschlechtert. Die
Kennlinienneigung soll daher < 4 V/100 A sein, so daß eine ausreichende Kurzschlußstrombegrenzung
nicht möglich ist.
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Weiterhin ist bekannt, in den Schweißwänden Induktivitäten einzuschalten,
die die Stromspitzen begrenzen, wobei die Stromanstiegsgeschwindigkeit gleichfalls
vermindert wird. Diese Induktivitäten können in bekannter Weise als einfache Luftdrosseln,
Eisendrosseln oder als gleichstromvormagnetisierte Drosseln mit konstanter oder
einstellbarer Induktivität ausgebildet sein.
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Es sind Strombegrenzungsschaltungen unter Verwendung von gleichstromvormagnetisierten
Drosseln in Verbindung mit Halbleiterbauelementen (Transistoren, Zenerdioden) bekannt.
Alle bekannten Zusatzeinrichtungen beziehen sich vornehmlich auf Schweißgleichrichter
mit einer Dreiphasen-Gleichrichtung und geringer Welligkeit der Ausgangsspannung.
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Der Einfuß der Welligkeit der Ausgangsspannung auf die innere und
äußere Nahtform beim CO, Schweißen ist zwar bekannt, aber eine Begrenzung der Welligkeit
erfolgte bisher nicht. ; Es wurde nun gefunden, und zwar in Untersuchungen über
den Einfluß der Welligkeit auf die Schweißungen, daß auch dann noch gute Ergebnisse
erzielt werden können, wenn eine Abstimmung zwischen der Anzahl der Maxima der Welligkeit
der Ausgangsspannung und der Anzahl der Kurzschlüsse in der Bogenstrecke besteht.
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Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kurzschlußstrombegrenzung
für aus einem Einphasen-Wechselstromnetz gespeiste Schweißgleichrichter zum Lichtbogen-Schutzgasschweißen
mit abschmelzender Elektrode, insbesondere für die Kurzlichtbogentechnik, zu schaffen,
die gleichzeitig den Einfluß der Welligkeit des Schweißstromes und der Stromanstiegsgeschwindigkeit
berücksichtigt.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Kombination folgender Merkmale
gelöst: Ein als Zweischenkeltyp ausgebildeter Transformator trägt auf beiden Schenkeln
gleichmäßig aufgeteilte Primär- und Sekundärwicklungen, wobei die Primärwicklungen
in Reihe geschaltet und an einem Einphasen-Wechselstromnetz angeschlossen sind.
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Die ebenfalls geteilten Sekundärwicklungen sind durch einen Mittelabgriff
mit einem Schweißanschluß verbunden, während der andere Schweißanschluß von den
über Gleichrichter parallelgeschalteten Spulenenden abgegriffen wird. In dem Schweißkreis
befindet sich weiterhin eine einstellbare Drossel vorzugsweise mit einem geschlossenen
Eisenkreis ohne Luftspalt.
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Die Kurzschlußstrombegrenzung resultiert aus der speziellen Anordnung
der Transformatorwicklungen in Verbindung mit der hierfür erforderlichen Gleichrichteranordnung
in Mittelpunktschaltung und der außerdem noch angeordneten Induktivität (Drossel)
im Schweißkreis.
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Bei einer derartigen Gleichrichteranordnung wird jedes Ventil nur
während einer Halbwelle abwechselnd belastet. Dementsprechend wird auch nur jede
auf einem Schenkel befindliche Sekundärwicklung des Transformators abwechselnd beansprucht.
Der Primärstrom fließt jedoch, da eine Reihenschaltung vorliegt, durch beide Teilwicklungen.
Bei den auftretenden Kurzschlüssen in der Bogenstrecke erhöht sich der Sekundärstrom
plötzlich in der Teilwicklung, und zwangläufig fließt ein höherer Primärstrom. Die
Stromspitzen werden durch die in Reihe geschaltete zweite Primär-Teilwicklung gedämpft
bzw. begrenzt.
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Bei richtiger Anpassung der Zeitkonstante des Schweißkreises an die
Schweißparameter wird eine übereinstimmung zwischen den Maxima der Ausgangsspannung
und der Anzahl der Kurzschlüsse pro Zeiteinheit erreicht. Bei der Abstimmung der
Zeitkonstante des Schweißkreises muß außer der Beeinflussung des Kurzschlußstromes
auch die der Welligkeit und die der Stromanstiegsgeschwindigkeit gleichzeitig berücksichtigt
werden. Für einen Schweißgleichrichter mit einem Einphasen-Wechselstromanschluß
zum MIG- oder CO.,-Schweißen ist es erforderlich, unbedingt den gesamten Aufbau
der Gleichrichterschaltung im Hinblick auf die Kurzschlußstrombegrenzung und die
Abstimmung der Kurzschlußfrequenz in bezug auf die Welligkeit auszulegen.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Kurzschlußstrombegrenzung liegen
darin, daß erst durch die Kombination eines an sich bekannten Zweischenkel-Transformators
bei beschriebener Wicklungsschaltung mit einer ebenfalls bekannten Gleichrichteranordnung
in Mittelpunktschaltung und einer auch bekannten Drossel, insbesondere mit einem
geschlossenen luftspaltlosen Eisenkreis, die richtige Abstimmung der Zeitkonstante
erreicht wird. Außerdem ist es durch die erfindungsgemäße Kurschlußbegrenzung möglich,
mit nur zwei Gleichrichtereinheiten (Siliziumdioden) gegenüber vier bei einer Einphasen-Brückenschaltung
auszukommen.
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Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher
erläutert werden. In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 das Schaltschema der Kurzschlußstrombegrenzung,
F i g. 2 die Anordnungen der Wicklungen auf einem Zweischenkeltransformator der
Kurzschlußstrombegrenzung.
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Die Kurzschlußstrombegrenzung für einen aus einem Einphasen-Wechselstromkreis
gespeisten Schweißgleichrichter wird durch die Kombination eines an
sich
bekannten Zweischenkel-Transformators 1 mit auf beiden Schenkeln gleichmäßig aufgeteilten
Primärwicklungen 2, 3 und Sekundärwicklungen 4, 5 und einer Gleichrichteranordnung
7, 8 in Mittelpunktschaltung mit einer in den Schweißkreis geschalteten Drossel
10 erreicht. Hierbei sind die Primärwicklungen 2, 3 des Transformators 1
in Reihe an ein Einphasen-Wechselstromnetz 6 und die in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen
4, 5 an die Gleichrichteranordnung 7, 8 in Mittelpunktschaltung angeschlossen. Eine
Spulenverbindung 9 dient als Mittelabgriff. Die in dem Schweißkreis liegende Drossel
10 besitzt vorzugsweise einen geschlossenen Eisenkreis ohne Luftspalt.