DE2530436C3

DE2530436C3 - Einrichtung zur Plasmabearbeitung von Metallen

Info

Publication number: DE2530436C3
Application number: DE19752530436
Authority: DE
Inventors: Nikolai Grigorievitsch Bely; Viktor Dmitrievitsch Borisenko; Jury Alekseevitsch Chuk; Petr Grigorievitsch Chukovsky; Jury Efimovitsch Godlis; Leonid Naumovitsch Kozlov; Vladimir Konstantinovitsch Lebedev; Vladimir Aleksandrovitsch Nagaitsev; Vitaly Vasilievitsch Scherbaks; Jury Fedorovitsch Schevchenko; Bentsion Iosifovitsch Schnaider; Anatoly Sergeevitsch Svetsinsky; Vladimir Aleksandrovitsch Troitsky; Dmitry Mironovitsch Tuzov; Vladimir Dmitrievitsch Yareschko
Original assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Current assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Priority date: 1975-07-08
Filing date: 1975-07-08
Publication date: 1979-07-12
Also published as: DE2530436A1; DE2530436B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Plasmabearbeitung von Metallen mit einem eine Elektrode und eine Düse aufweisenden Plasmabrenner, bei dem zwischen der Elektrode und dem Werkstück ein Hauptlichtbogen und zwischen der Düse und dem Werkstück ein Hilfslichtbogen gezündet werden kann, mit einem dreiphasigen symmetrischen Leistungstransformator mit regelbarem Kurzschlußwiderstand, der drei in den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks angeordnete Schenkel und zwei Joche sowie in jeder Phase eine Primär- und zwei Sekundärwicklungen aufweist, von denen die eine Sekundärwicklung über eine Thyristorschalteinrichtung mit einer Kommutierungskapazität an eine den Hauptlichtbogen speisende Gleichrichterschaltung und die andere Sekundärwicklung ebenfalls über die Thyristorschalteinrichtung an eine den Hilfslichtbogen speisende Gleichrichterschaltung angeschlossen ist.

Aus der DE-AS 12 94155 ist eine Einrichtung zur Plasmabearbeitung von Metallen mit einem eine Elektrode und eine Düse aufweisenden Plasmabrenner, bei dem zwischen der Elektrode und dem Werkstück ein Hauptlichtbogen gezündet werden kann, mit einem dreiphasigen symmetrischen Leistungstransformator mit regelbarem Kurzschlußwiderstand bekannt. Allerdings hat hier der Hilfslichtbogen eine eigene Speiseeinheit und er brennt auch nicht zwischen der Düse und dem Werkstück, sondern zwischen der Düse und der Plasmabrennerelektrode, um den zwischen diesen austretenden Gasstrahl zu ionisieren.

Eine Plasmabearbeitungsanlage, bei der, wie vorliegend vorausgesetzt, ein Hilfslichtbogen intermittierend zwischen der Düse und dem Werkstück brennt, wurde bereits im älteren Patent 21 07 057 vorgeschlagen. Es geht dabei insbesondere um das Schweißen von s Leichtmetallen und Leichtmetallegierungen und das Brennen des Hilfslichtbogens, bei dem das Werkstück als Katode geschaltet ist, bewirkt eine Zerstörung der Oberflächenoxydfüme, während der Hauptlichtbogen, der das Werkstück als Anode beaufschlagt, zum ι ο Schmelzen des Werkstückmetalls führt Bei dieser Ausbildung wird jedoch jeder Lichtbogen von einer eigenen Gleichspannungsquelle gespeist

Aus der DE-PS 7 07 221 ist ein dreiphasiger symmetrischer Leistungstransformator für eine Schweißanlage mit regelbarem KurzschluBwiderstand zur Speisung von Lichtbogen bekannt, dessen Schenkel in den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind und der einen magnetischen Nebenschluß in Form eines Vielecks mit Vormagnetisierungswicklungen aufweist Dieser Transformator ist jedoch nicht zur Speisung eines Haupt- sowie eines Hilfslichtbogens vorgesehen und geeignet, er weist auai nicht die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Anordnung und Verschaltung zwischen den einzelnen Wicklungsteilchen auf.

Keine der bekannten Einrichtungen gestattet die Regelung des Schweißbetriebs in der Weise, daß das Verhältnis von Schweißstrom des Hauptlichtbogens zum Schweißstrom des Hilfslichtbogens unabhängig voneinander optimal eingestellt werden kann.

Wenn der Plasmabrenner z. B. zur Erkennung und Beseitigung von Defekten auf der Oberfläche eines Aluminiumgußstücks eingesetzt werden soll, so sollte der Strom des Hilfslichtbogens den des Hauptlichtbogens übersteigen. Beim Schweißen mit abschmelzender Elektrode sollen die Effektivwerte der Ströme beider Lichtbogen gleich sein.

Beim üblichen Schweißen mit nicht abschmelzender Elektrode ist dagegen der Schweißstrom des Hauptlichtbogens größer als der des Hilfslichtbogens. In allen Fällen hängt das Verhältnis der Lichtbogenströme von der Stärke und Konfiguration des Werkstücks, den Eigenschaften des Werkstückwerkstoffs und der Art des Schweißprozesses ab.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Plasmabearbeitung von Metallen mit einem Leistungstransformator anzugeben, die bei hoher Betriebszuverlässigkeit und gutem Wirkungsgrad eine stufenlose und voneinander unabhängige Regelung der Ströme der beiden Lichttogen ermöglicht.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Dreiphasentransfoimator einen magnetischen Nebenschluß, der mit den Mittelbereichen der Transformatorschenkel verbunden und mit Vormagnetisierungswicklungen y, versehen ist, aufweist, daß jede der Sekundärwicklungen in zwei hintereinandergeschaltete Teile untergliedert ist, von denen der eine zwischen dem einen Transformatorjoch und dem Nebenschluß und der andere zusammen mit der Primärwicklung zwischen dem t>o anderen Transformatorjoch und dem Nebenschluß angeordnet ist, und daß jeweils das Verhältnis der Quadrate der Windungszahlen der auf einer Seite des Nebenschlusses liegenden Teile der zwei Sekundärwicklungen proportional zum Verhältnis der Ströme des b^r, Haupt- und des Hilfslichtbogens ist.

Es kann zweckmäßig sein, den Magnetleiter des Nebenschlusses in Forrr. iines geschichteten Sechsecks auszuführen, dessen Eckpunkte außerhalb der Transformatorschenkel angeordnet sind, eine andere, ebenfalls zweckmäßige Ausbildungsform ist es, wenn der Magnetleiter des Nebenschlusses in Form eines geschichteten dreistrahligen Sternes ausgeführt ist, dessen Strahlen durch die Schenkel begrenzt sind.

Weitere zweckmäßige Ausbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen 4 bis 10 angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 die elektrische Schaltung einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Plasmabearbeitung von Metallen,

F i g. 2 eine Ausführung eines bei der 'vorliegenden Einrichtung verwendeten symmetrischen Dreiphasentransformators, dessen Joche und Nebenschluß in Form eines Sechsecks ausgeführt sind,

Fig. 3 den Transformator gemäß Fig. 2 in Draufsicht,

Fig.4 eine andere Ausföhrungsviiri?.nte des Transformators, und zwar eines Transformators mit einem Nebenschluß in Form eines dreistrahligen Sternes,

Fig.5 den Transformator gemäß Fig.4 in Draufsicht,

Fig.6 einen Schnitt durch eine Phase eines bei der Einrichtung zur Plasmabearbeitung von Metallen verwendeten symmetrischen Transformators,

Fig.7 äußere Stromspannungskenr.linien der erfindungsgemäßen Einrichtung,

F i g. 8 elektrische Schaltung eines Thyristorschalters, in der die Richtung des Arbeitsstroms des Hauptlichtbogens und des Hilfsstroms des Hilfslichtbogens angedeutetsind,

Fig.9a und b Stromverläufe des Hauptlichtbogens im Dauer- und Impulsbetrieb der Umschalieinrichtung,

Fig. I0a und b Stromverläufe des Hilfslichtbogens und eines bipolaren Impulsschweißstromes.

Fig. 1 zeigt die elektrische Prinzipschaltung einer Einrichtung zur Plasmabearbeitung von Metallen mit ein .m dreiphasigen symmetrischen Leistungstransformator. Am Magnetleiter 1 des Transformators sind im Stern geschaltete, von einem Drehstromneiz gespeiste Primärwicklungen 2 angeordnet.

Der Dreiphasentransformator weist einen magnetischen Nebenschluß 7 mit Vormagnetisierungswicklungen 8 auf.

Am Magnetleiter 1 sind zwei Gruppen von Sekundärwicklungen angeordnet, deren eine den Hauptlichtbogen und deren andere den Hilfslichtbogen über jeweils eine zugehörige Gleichrichterschaltung 11 bzw. 12 speist. Jede Sekundärwicklung ist in zwei Teile unterp'.kdert: die den Gleichrichter 12 des Hilfslichtbogens speisenden Wicklungen sind in der Schaltung mit 4 und 6 und die den Gleichrichter 11 des Hai'.ptlichtbogens speisenden Wicklungen mit 3 bzw. 5 bezeichnet. Die Wicklungen 3 und 4 sind im Stern geschaltet, und die Teile jeder Wicklung, beispielsweise 3 und 5, sind miteinander gleichsinnig in Reihe geschaltet.

Der Gleichrichter 11 speist im Plasmabrenner die Bogenstrecke Elektrode 17-Werkstück 18 des Hauptlichtbogens über einen Thyristor 13 einor Thyristorschalteinrichtung A.

Die zweite Gruppe der gleichsinnig in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen 4 und 6 wirkt auf den Gleichrichter 12 der die Bogenstrecke Düse 19 — Werkstück 18 des Hilfslichtboßens über einen Thyristor

14 der Thyristorschalteinrichtung A speist.

Die Stromregelung beider Lichtbogen erfolgt durch einen Gleichstrom von einer Oiiflle E\. Der Strom von der Stromquelle E, fließt durch die Vormagnetisierungswicklungen 8 und ändert die magnetische Leitfähigkeit des Nebenschlusses 7.

Die Wicklungen 6 im Kreis des Hilfslichtbogens sind von je einem Streufeldkonzentrator 9 umschlossen. Am Magnetleiter jedes Konzentrator 9 ist eine Wicklung 10 angeordnet, die zusammen gleichsinnig in Reihe geschaltet sind. Ein durch eine Quelle £2 erzeugter Steuerstrom durchfließt die Wicklungen 10 und kann den Konzentrator 9 sättigen. Die Vormagnetisierung des Konzentrators ändert also die Streuflüsse und den Strom im Kreis des Hilfslichtbogens.

Die Gleichrichter 11 und 12 werden durch die aus zwei hintereinandergeschalteten Thyristoren 13 und 14 aufgebaute Thyristorschalteinrichtung A an den Plasmabrenner angeschaltet. Am gemeinsamen Anschlußpunkt der Thyristoren ist das Werkstück 18 angeschlossen. Die anderen Enden der Thyristoren 13 und 14 sind mit den Gleichrichtern des Hauptlichtbogens und des Hilfslichtbogens verbunden. Der Umschaltkreis besteht aus der Reihenschaltung einer Kommutierungskapazität 15 und einer Drosselspule 16. Dieser Stromkreis ist parallei zu den zwei Thyristoren 13 und 14 geschaltet. Auf die Steuerelektroden der Thyristoren sind nicht iizeigte Impulsgeneratoren angeschlossen, die den Betriebszustand des Plasmabrenners vorgi L-;i.

In Fig. 2. 3 ist eine erste Konstruktion eines symmetrischen, durch die Vormagnetisierung des Nebenschlusses regelbaren Dreiphasentransformators gezeigt.

Der Magnetleiter 1 dieses Transformators besteht aus drei auf den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks angeordneten Schenkeln Xa und zwei Jochen \b. Die Transformatorjoche sind in Form geschichteter Sechsecke ausgeführt, deren Eckpunkte außerhalb der Transformatorschenkel liegen.

Zwischen den Transformatorjochen liegt der aus einem Magnetleiter 7 und den Vormagnetisierungswicklungen 8 zusammengesetzte magnetische Nebenschluß. Der Magnetleiter 7 stellt ein geschichtetes, in Form und Material den Transformatorjochen entsprechendes Sechseck dar. Auf die zwischen den Transformatorschenkeln 1 verlaufenden Abschnitte des Magnetleiters 7 sind die Vormagnetisierungswicklungen 8 angeordnet. Diese Wicklungen sind miteinander, wie in F i g. 1 gezeigt, gleichsinnig in Reihe geschaltet.

Durch den Nebenschluß 7 werden »Fenster« gebildet, wobei das untere Fenster B durch eine Stirnseite des Nebenschlusses und das untere Joch und das obere Fenster Cdurch die andere Stirnseite des Nebenschlusses und das obere Joch begrenzt sind.

Die den Gleichrichter des Hauptlichtbogens speisenden Sekundärwicklungen sind in zwei Teile untergliedert. Der eine Teil 3 dieser Wicklungen liegt im unteren Transformatorfenster B, während sich der zweite Teil 5 im oberen Transformatorfenster C befindet Die den Gleichrichter des Hilfslichtbogens speisenden Sekundärwicklungen sind gleichfalls in zwei Teile untergliedert, von denen der Teil 4 im unteren und der Teil 6 im oberen Transformatorfenster liegt Die Primärwicklungen liegen im unteren Transformatorfenster. Die gleichnamigen Teile der Sekundärwicklungen des unterer, und oberer¹. Fensters sind gleichsinnig in Reihe geschaltet. Die Primär- und Sekundärwicklungen sind im Stern oder im Dreieck geschaltet

Die den Gleichrichter des Hilfslichtbogens speisenden, im oberen Fenster befindlichen Sekundärwicklungen 6 sind von Streiifeldkon/entratoren 9 umschlossen. Sie sind in Form von U-förm'gen Magnetleitern -, ausgeführt, an denen die Steuerwicklungen 10 angeordnet sind.

In Fig.4, 5 ist eine zweite Konstruktion eines ähnlichen Transformators gezeigt, bei dem die Joche und der Nebenschluß in Form eines dreistranligen in Sternes ausgeführt sind. Die Strahlen dieses Sternes sind durch die Transformatorschenkel la begrenz· Die Primär und Sekundärwicklungen dieses Iransformators sind analog der beschriebenen ersten Transfonnatorkonstruktion ausgeführt. Der Magnetleiter des ii Nebenschlusses ist in Form eines geschichtficn dreistrahügen Sternes ausgeführt. Im Fenster dieses Magnetleiters liegt die Vormagnetisierungswicklung 8.

F i g. 6 zeigt eine Phase eines dieser Transformatoren

im Schnitt. Die Wicklungen im unteren und oberen

j'i Fenster sind koaxial gewickelt, daß die mittlere Windungslänge der den Gleichrichter 11 des Hauptlichtbogt >·. speisenden Wicklung kleiner als die mittlere Länge der den Gleichrichter 12 des Hilfslichtbogens speisenden Wicklung ist. Oie Wicklungen des oberen

j-, Fe'i,ters sind auch koaxial ausgeführt, wobei die den Gleichrichter 11 des Hauptlichtbogens speisende Wicklung eine kHnere mittlere Windungslänge auf-

Das Wirkungsprinzip der beschriebenen Transforma- !< > toren mit einem Nebenschluß beruht auf einer Umverteilung des Magnetflusses durch Änderung der magnetischen Leitfähigkeit des Nebunitiilusses.

Mit zunehmender Sättigung des Nebenschlusses durch den die Vormagnetisierungswicklungen 8 durchr > fließenden Gleichstrom nimmt die magnetische Leitfähigkeit des Nebenschlusses ab. Indem man also die Leitfähigkeit des Nebenschlusses vom Maximum bis zum Minimum mit Hilfe der Gleichstromvormagnetisierung ändert, bekommt man eine Möglichkeit, den 4Ii Schweißstrom zu regeln.

Beim erfindungsgemäßen Transformator ändert sich mit der Änderung der Leitfähigkeit des Nebenschlusses der induktive Widerstand der Sekundärwicklungen.

Der induktive Gesamtwiderstand der Sekundärwick-4> lungen beträgt

X = X,+ Λ%

wobei

X] — induktiver Widerstand der im unteren Fenster

liegenden Wicklungen
AS — induktiver Widerstand der im oberen Feilster liegenden Wicklungen

bedeuten.

Der induktive Widerstand hängt von der Geometrie der Wicklung und der Windungszahl ab. Bei koaxialer Bewicklung der Spulen (Fig.6) ist die mittlere Windungslänge der den Gleichrichter des Hilfslichtbogens speisenden Wicklung größer als die mittlere Windungslänge des Teiles der den Gleichrichter des Hauptlichtbogens speisenden Sekundärwicklung. Dies führt dazu, daß der induktive Widerstand der Wicklung 3 kleiner als der induktive Widerstand der Wicklung 4 ist Der Wert des Kurzschlußstromes dieser Wicklungen ist umgekehrt proportional zu deren induktiven

\iijiiwiii u

Aar

gens ist daher größer als der Lichtbogenstrom des Hilfsfichtbogens.

Darüber hinaus kann man verschiedene Verhältnisse für die Ströme von Haupt- und Hilfslichtbogen durch die verschiedene Aufteilung der Sekundärwicklungen in das obere und untere Fenster erhalten.

Meist ist in der Schweißtechnik der Strom des ·-, Hauptlichtbogens größer als der des Hilfslichtbogens. Die Abhängigkeit des Verhältnisses dieser Ströme wird durch eine Reihe technologischer Faktoren bestimmt. Aul häufigsten begegnet man beim Schweißen von Aluminium und Aluminiumlegierungen einem Strom- in verhältnis von Hauptlichbogen zu Hilfslichtbogen gleich 2 : 1. Zur Erhallung eines derartigen Verhältnisses ist ausreichend, daß das Verhältnis der Quadrate der Windungszahl der Wicklungen 3 und 4 gleich 1 :2 ist. Das Verhältnis zwischen den restlichen Wicklungsteilen π wird dementsprechend durch eine reziproke Abhängigkeit charakterisiert. In Abhängigkeit vom technologischen Prozeß kann sich dieses Verhältnis ändern. In der Praxis bewegt sich das Verhältnis des Quadrates der windungszahl der den Hauptiichtbogen speisenden 2n Wicklungen zum Quadrat der Windungszahl der den Hilfslichtbogen speisenden Wicklungen in den Grenzen von ca. 4/3 bis ca. 4/1.

Fig. 7 zeigt äußere Kennlinien der vorliegenden Finrichtung. Das Verhältnis des Hauptlichtbogenstro- 2> mes zum Hilfslichtbogenstrom beträgt 1/3 (Kurven a und b). Beim Regeln des Stromes bleibt dieses Verhältnis (Kurven c und d) konstant. Zur Änderung dieses Verhältnisses ist es notwendig, die Wicklungen des unteren und oberen Transformatorfensters umzu- jn schalten.

Aus dem oben Gesagten folgt, daß im allgemeinen Fall die Bedingung eingehalten werden muß, daß das Verhältnis der Quadrate der Windungszahl der im gleichen Transformatorfenster angeordneten Teile der r> zwei Sekundärwicklungen proportional zum Verhältnis des Hauptlichtbogenstroms zum Hilfslichtbogenstrom ist.

In einigen technologischen Prozessen der Plasmabearbeitung ist es notwendig, daß der Hilfslichtbogen- 4n strom den Hauptlichtbogenstrom übertrifft. In diesem Falle müssen die induktiven Widerstände der Wicklungen des Hilfslichtbogens kleiner als die Widerstände der Wicklungen des Hauptlichtbogens sein. Dies wird dadurch erreicht, daß im unteren Transformatorfenster 4Ί der größere Teil der Windungen der Wicklung des Hauptlichtbogens und der kleinere Teil der Windungen der Wicklung des Hilfslichtbogens angeordnet werden. Die praktischen Untersuchungen haben ergeben, daß sich das Verhältnis des Quadrates der Windungszahl der 5n Hauptbogenwicklung zum Quadrat der Windungszahl der Hilfsbogenwicklung von ca. 3/4 bis ca. 1/2 bewegen muß. Bei derartigen Verhältnissen übertrifft der Hilfslichtbogenstrom den Hauptlichtbogenstrom um das 1,5- bis 2fache.

Beim Schweißen und Schneiden profilierter Werkstücke wird es notwendig, den Hilfslichtbogenstrom unabhängig vom Hauptlichtbogenstrom zu regeln. Zu diesem Zweck sind die Hilfsbogenwicklungen 6 von Streufeldkonzentratoren 9 aus U-förmigen Magnetlei- μ tern umfaßt. Bei der Sättigung dieser Magnetleiter durch einen in den Wicklungen 10 fließenden Gleichstrom ändert sich deren magnetische Permeabilität. Dies hat eine Änderung der Streuflüsse um die Wicklung 6 herum zur Folge. Die Verringerung des Streufeldes bewirkt eine Verringerung des magnetischen Widerstandes. Der Strom in den Hilfsbogenwicklungen 6 und 3 nimmt zu.

Der Magnetleiter 1 des vorliegenden Transformators besteht aus nur zwei Lamellentypen. Aus den Lamellen des einen Typs sind die Transformatorschenkel la aufgebaut und aus den Lamellen des anderen Typs die Joche Xb und der Nebenschluß 7. Es ist auch eine Kombination der Ausbildungen gemäß Fig. 2/3 einerseits und Fig. 4/5 andererseits möglich; beispielsweise werden die Joche in Form eines Sechsecks und der Nebenschluß in Form eines dreistrahligen Sternes ausgeführt.

Ein weiterer Vorteil des Transformators ist die Möglichkeit einer Amplitudenregelung des Stromes ohne dessen Formverzerrung. Bei Dreiphasentransformatoren mit ebenen (nicht räumlichenj Magnetleitern ergibt sich im Miitelschenkel eine Überlastung der Phase, was zu einer Verzerung der Sinusform von Spannung und Strom führt. Darüber hinaus werden zum Aufbau des Magnetleiters eines derartigen Transformators mindestens drei Lamellentypen benötigt.

Bei der vorliegenden Einrichtung zur Plasmabearbeitung von Metallen dient zur Vorgabe des Plasmabrennerbetriebs die Thyristorschalteinrichtung A, deren Funktionsprinzip in Fig.8 herausgestellt ist. Sie hat zwei gleichsinnig in Reihe geschaltete Thyristoren 13 und 14. Der Gleichrichter 11 des Hauptlichtbogens ist an die Elektrode 17 des Plasmabrenners und an die Anode des Thyristors 13 angeschlossen, und der Gleichrichter

12 des Hilfslichtbogens ist an die Düse 19 des Plasmabrenners und die Katode des Thyristors 14 angeschlossen. Die Katode des Thyristors 13 und die Anode des Thyristors 14 sind miteinander und mit dem Werkstück 18 verbunden. An die Anode des Thyristors

13 und die Katode des Thyristors 14 ist ein aus einer Kommutierungskapazität 15 und einer Drosselspule 16 bestehender Umscnaltkreis angeschlossen.

Zur Vorbereitung des Betriebs der Einrichtung wird zwischen der Düse 19 und der Elektrode 17 des Plasmabrenners ein Bereitschafts-Lichtbogen gezündet, dessen Speisespule nicht gezeigt ist. Bei der Berührung der ionisierten Bogensäule mit dem Werkstück 18 wird zwischen der Elektrode 17 und dem Werkstück 18 der Hauptlichtbogen /ι gezündet, der durch den Gleichrichter 11 über den leitenden Thyristor 13 gespeist wird. Ein Öffnungssignal kommt am Thyristor 13 von einem (nicht gezeigten) Impulsgenerator an. Im Stromkreis fließt ein Strom, und der Kondensator 15 lädt sich bis zu einer Spannung gleich der Summe der Leerlaufspannung der Gleichrichter 11 und 12 auf. Die Polarität der Kondensatorladung ist in F i g. 8 gezeigt.

Beim Hießen des Stromes des Hauptlichtbogens liegt an der Anode des Thyristors 14 ein positives Potential und beim Eintreffen eines Steuerimpulses wird er leitend. In dem Augenblick, wo die beiden Thyristoren 13 und 14 durchschalten, beginnt sich die Kapazitt 15 durch h über den Stromkreis: Thyristoren 13 und 14 und Drosselspule 16 zu entladen. Hierbei entsteht in der Drosselspule 16 eine Gegenspannung, die mit ihrem Potential die beiden Thyristoren sperrt.

Wenn auf die Steuerleketrode des Thyristors 14 ein zweiter Impuls gelangt, wird er leitend, und im Stromkreis beginnt ein Strom /5 umgekehrter Polarität zu fließen. Der Kondensator 15 lädt sich erneut auf die frühere Spannung auf.

Gelangt zum Thyristor 13 ein Steuersignal, wird er leitend. Es erfolgt eine Umladung des Kondensators 15, und in der Drosselspule entsteht eine Gegenspannung, die die beiden Thyristoren sperrt. Bei der Einspeisung eines wiederholten Steuerimpulses schaltet der Thyri-

stör 13 nochmals durch, und es wird wieder ein Hauptlichtbogen gezündet. Der Arbeitszyklus des Umschalters wiederholt sich.

Auf solche Weise werden beim Aufhören de* Brennens des Lichtbogens der einen Polarität günstige Bedingungen für die Zündung des anderen Lichtbogens umgekehrter Polarität geschaffen. Die Kommutierungskapazität 15 wird über einen von der Bogenstrecke entkoppelten Stromkreis entladen, weshalb die vorliegende Schalteinrichtung bei Vorgängen verwendet werden kann, wo die Düse 19 fehlt, beispielsweise beim Argonarc-Schweißen und beim Schneiden von Hand sowie beim Schweißen mit abschmelzender Elektrode.

Der Kommutierungsvorgang könnte auch ohne eine zusätzliche Drosselspule durch induktive Innenwiderstände verwirklicht werden. Jedoch hängt der Wert dieser Widerstände von den Paramtern des Schweißkreises ab, weshalb es zu Störungen im Betrieb der Schaltung kommen kann. Rei Finhaii der Drosselspule ist deren induktiver Widerstand wesentlich kleiner als der kapazitive Widerstand des Kondensators 15, was. eine sichere Arbeit des Umschalters bei beliebigen Paramtern des Kreises gewährleistet. Der Wert der induktiven Innenwiderstände ist geringer als der Widerstand der Drosselspule 16.

Zur Betrachtung der Arbeitsweise der vorliegender, Einrichtung sei die Regelung der Ströme des Hauptlichtbogens und des Hilfslichtbogen entsprechend den in Fig. 7 wiedergegebenen äußeren Kennlinien des Transformators vorzunehmen, wo die Kurve a die untere Grenze des Regelbereiches für den Strom des Hauptlichtbogens und die Kurve b die untere Grenze des Regelbereiches für den Strom des Hilfslichtbogens darstellt. Die Kurven cund c/stellen die oberen Grenzen des Regelbereiches für den Strom des Haupt- bzw. des Hilfslichtbogens dar, und die gestrichelten Kurven e und /"sind Regelkurven für den Strom des Hilfslichtbogens, unabhängig von der Regelung des Hauptlichtbogen-

Stroms im Falle der Vormagnetisierung der Strcufcldkonzentratoren.

In Fig. 7 ist auf der Abszissenachse der Kurzschlußstrom des Transformators und auf der Ordinatenachse die Leerlaufspannung des Transformators aufgetragen.

Die Feldänderung in den Spulen 8 bewirkt eine Änderung der Magnetisierung des Nebenschlusses 7. Dies hat seinerseits eine Umverteilung des Magnetflusses zwischen dem Magnetleiter 1 und dem Nebenschluß 7 zur Folge. Im Falle eines Maximalstromes in den Spulen 8, d. h. einer maximalen Magnetisierung des Nebenschlusses 7, wird der gesamte im Magnetleiter durch die Primärwicklungen 2 des Transformators erzeugte Magnetfluß im Magnetleiter 1 über die Joche Xb geschlossen. Auf den äußeren Kennlinien des Transformators entsprechen dieser Magnetisierungsart die Kurven c/(Hilfslichtbogen)und c(Hauptlichtbogen).

Fließt in den Spulen 8 kein Gleichstrom, so ist der Nebenschluß 7 nicht magnetisiert, und der größte Teil des im Magnetleiter 1 durch die Primärspulen 2 erzeugten Magnetflusses schließt sich durch den Nebenschluß 7. Durch die im oberen Transformatorfenster angeordneten Teile der Sekundärwicklungen geht also nur ein kleiner Teil des Magnetflusses. Auf den äußeren Kennlinien des Transformators entsprechen dieser Magnetisierungsart die Kurven b (Hilfslichtbogen) und a (Hauptlichtbogen).

Eine Änderung der Magnetisierung des Nebenschlusses 7 bewirkt eine gleichzeitige Regelung der Kurzschlußströme des Hauptlichtbogens (von der Kurve a bis zur Kurve c) und des Hilfslichtbogens (von der Kurve b bis zur Kurve d).

Eine Änderung der Vormagnetisierung des Streufeldkonzentrators9führtzur Regelung des Kurzschlußstromes des Hilfslichtbogens (von der Kurve b bis zur Kurve d) unabhängig vom Kurzschlußstrom des Hauptlichtbogens.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Si.
W)

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Plasmabearbeitung von Metallen mit einem eine Elektrode und eine Düse aufweisenden Plasmabrenner, bei dem zwischen der Elektrode und dem Werkstück ein Hauptlichtbogen und zwischen der Düse und dem Werkstück ein Hilfslichtbogen gezündet werden kann, mit einem dreiphasigen symmetrischen Leistungstransformator mit regelbarem Kurzschlußwiderstand, der drei in den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks angeordnete Schenkel und zwei Joche sowie in jeder Phase eine Primär- und zwei Sekundärwicklungen aufweist, von denen die eine Sekundärwicklung Ober eine Thyristorschalteinrichtung mit einer Kommutierungskapazität an eine den Hauptlichtbogen speisende Gleichrichterschaltung und die andere Sekundärwicklung ebenfalls über die Thyristorschalteinrichtung an eine den Hilfslichtbogen spei- in sende GJclchrichterschaltung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dreiphasentransformator einen magnetischen Nebenschluß (7), der mit den Mittelbereichen der Transformatorschenkel verbunden und mit Vormagnetisierungswicklungen (8) versehen ist, aufweist, daß jede der Sekundärwicklungen in zwei hintereinandergeschaltete Teile (4 und 6, 3 und 5) untergliedert ist, von denen der eine zwischen dem einen Transformatorjoch und dem Nebenschluß und der andere zusammen mit der Primärwicklung (2) zwischen dem anderen Transformatorjoch und dem Nebenschluß angeordnet ist, und daß jeweils das Verhältnis der Quadrate dei Windungszahlen der auf einer Seite des Nebenschlusses liegenden Teile s5 der zwei Sekundärwicklungei. proportional zum Verhältnis der Ströme des Haupt- und des Hilfslichtbogens ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetleiter des Nebenschlusses in Form eines geschichteten Sechsecks ausgeführt ist, dessen Eckpunkte außerhalb der Transformatorschenkel angeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetleiter des Nebenschlusses in Form eines geschichteten dreistrahligen Sternes ausgeführt ist, dessen Strahlen durch die Schenkel begrenzt sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf dem Abschnitt des >o Magnetleiters, wo die Primärwicklung des Transformators angeordnet ist, der größere Teil der die Gleichrichterschaltung (11) des Hauptlichtbogens speisende Sekundärwicklung und der kleinere Teil der die Gleichrichterschaltung (12) des Hilfslichtbo- >> gens speisenden Sekundärwicklung befinden.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Quadrates der Windungszahl der die Gleichrichterschaltung des Hauptlichtbogens speisenden Sekundärwicklung zum Quadrat der Windungszahl der die Gleichrichterschaltung des Hilfslichtbogens speisenden Sekundärwicklung, die in demselben Teil eines Schenkels angeordnet sind, in Grenzen von 4/3 bis 4/1 gewählt ist. h->

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Quadrates der Windungszahl der die Gleichrichterschaltung des Hauptlichtbogens speisenden Sekundärwicklung zum Quadrat der Windungszahl der die Gleichrichterschaltung des Hilfslichtbogens speisenden Sekundärwicklung in Grenzen von 3/4 bis 1/2 gewählt ist

7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung und die Teile der Sekundärwicklung koaxial angeordnet sind, wobei der Teil der Sekundärwicklung mit größerer Windungszahl näher zur Primärwicklung liegt

8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß der Dreiphasentransformator mit Streufeldkonzentratoren (9) versehen ist, deren Magnetleiter in Form eines geschichteten U-förmigen Kernes mit Vormagnetisierungswicklungen (10) ausgeführt sind, die die die Gleichrichterschaltung des Hilfslichtbogens speisenden Sekundärwicklungen des Transformators umschließen.

9. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß die Thyristorschalteinrichtung zwei Thyristoren umfaßt die jeweils mit dem Werkstück (18) und einem Ausgang einer der Gleichrichterschaltungen verbunden sind, daß zwischen der Katode des einen und der Anode des anderen Thyristors eine Kommutierungskapazität (15) geschaltet ist und daß jeder der Thyristoren durch einen Impulsgenerator gesteuert ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der Kommutierungskapazität (15) eine Drosselspule (16) geschaltet ist, deren induktiver Widerstand kleiner als der kapazitive Widerstand der Kommutierungskapazität ist.