DE3722382A1 - Load-dependent reactive-current compensation - Google Patents

Abstract

The invention relates to a load-dependent reactive-current compensation with compensation capacitance for transformers whose secondary operating voltage is considerably smaller than the no-load voltage, as they are for example applied in arc welding with so-called small transformer welders. It is the object to reduce the outlay in terms of material and to enlarge the application range of the transformers with predetermined primary connection parameters. In addition, there is the object of developing a reactive-current compensation which acts load-proportionally across a wide range without switching devices and additional windings, which does not over-compensate in no-load and in which the primary short-circuit currents are not larger than the primary nominal currents. According to the invention, the object is achieved by arranging a compensation capacitance in series with the secondary winding of the transformer and of the load. The capacitive reactance of the compensation capacitance is approximately the same in terms of magnitude as the inductive equivalent reactance acting on the connecting points of the compensation capacitance, or is between this inductive equivalent reactance and twice the inductive reactance of the leakage inductance for larger output currents.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine lastabhängige Blindstromkom­ pensation mit Kompensationskapazität für Transformatoren, deren sekundäre Arbeitsspannung wesentlich kleiner als die Leerlaufspannung ist.The invention relates to a load-dependent reactive current comm compensation with compensation capacity for transformers, whose secondary working voltage is much smaller than that Open circuit voltage is.

Beispielsweise werden in der Lichtbogenschweißtechnik der­ artige Blindstromkompensationen bevorzugt bei sogenannten Kleinschweißtransformatoren angewendet, die für Schweißar­ beiten in Handwerks-, Reparatur- und Montagebetrieben und von Heimwerkern eingesetzt werden.For example, in arc welding technology like reactive current compensation preferred in so-called Small welding transformers applied for welding ar work in craft, repair and assembly plants and used by DIY enthusiasts.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Bei Schweißtransformatoren wird die Leerlaufspannung vor­ wiegend durch induktive Mittel auf die wesentlich kleinere Brennspannung des Lichtbogens abgesenkt. Der dadurch beding­ te kleine Leistungsfaktor wird häufig durch primärseitig pa­ rallel geschaltete Kompensationskondensatoren verbessert. Für Kleinschweißtransformatoren steht meist ein mit nur 16 A bzw. 10 A abgesicherter Netzanschluß zur Verfügung. Daher muß die angewendete Blindstromkompensation für diese beson­ ders im Bereich der großen Schweißströme möglichst vollkom­ men sein. Dies erfordert einen verhältnismäßig hohen Auf­ wand an Kompensationskondensatoren. Neben ökonomischen Ge­ sichtspunkten sind der Vergrößerung der Kompensationskapa­ zität auch prinzipbedingte Grenzen gesetzt. Bei der Blind­ stromkompensation mit primärseitig parallel geschalteten Kondensatoren kommt es bei Vergrößerung der Kompensations­ kapazität bereits vor dem Erreichen optimaler Kompensations­ bedingungen bei Lichtbogenlast im Leerlauf zur Überkompensa­ tion mit beträchtlichen kapazitiven Blindströmen. Ihre Größe muß begrenzt werden, da Kleinschweißtransformatoren für Nenneinschaltdauern von 15% bis 35% vorgesehen sind und somit größtenteils im Leerlauf betrieben werden.With welding transformers, the open circuit voltage is pre-set weighing by inductive means to the much smaller one Arc voltage lowered. The condition te small power factor is often determined by pa on the primary side parallel compensation capacitors improved. For small welding transformers there is usually only 16 A or 10 A protected mains connection available. Therefore the reactive current compensation must be used for this in the area of large welding currents as completely as possible be men. This requires a relatively high level wall on compensation capacitors. In addition to economic ge The focus is on increasing the compensation capa also set limits based on principles. At the blind current compensation with primary side connected in parallel Capacitors occur when the compensation is increased capacity even before optimal compensation is reached Arc load conditions at idle to overcompensate tion with considerable capacitive reactive currents. Your Size has to be limited because small welding transformers intended for nominal duty cycles from 15% to 35%  are and therefore mostly operated at idle will.

Zur Vermeidung dieser Nachteile hat man die Blindstrom­ kompensation bereits lastabhängig ausgeführt. Die Last­ abhängigkeit kann erreicht werden durch Schalteinrich­ tungen oder auf magnetischer Grundlage. Bei einer zweck­ mäßigen Ausführung (DD-PS 1 42 829) wird ohne zusätzliche Schalteinrichtungen die Lastabhängigkeit erreicht, indem die Kompensationskapazität bei Kerntransformatoren mit unterteilter Wicklung, bei denen ein Teil der Primär­ wicklung allein auf einem Schenkel und der andere Teil der Primärwicklung gemeinsam mit der Sekundärwicklung auf dem anderen Schenkel angeordnet ist, nur an Windungen an­ geschlossen ist, die sich auf dem Schenkel befinden, auf dem sich ein Teil der Primärwicklung allein befindet. Bei den gegenwärtig üblichen Ausführungen von Klein­ schweißtransformatoren kommt diese lastabhängige Blind­ stromkompensation allerdings auch nicht ganz ohne Zusatz­ windungen aus.To avoid these disadvantages you have the reactive current compensation already performed depending on the load. The burden dependency can be achieved by switching device or on a magnetic basis. With a purpose moderate version (DD-PS 1 42 829) without additional Switching devices achieved the load dependency by the compensation capacity for core transformers divided winding, in which part of the primary winding alone on one leg and the other part the primary winding together with the secondary winding the other leg is arranged only on turns is closed, which are located on the leg which is part of the primary winding alone. In the current versions of Klein welding transformers comes this load-dependent blind However, current compensation is not entirely without addition turns out.

Nachteilig bei dieser, wie auch bei allen bisher bekannt­ gewordenen lastabhängigen Blindstromkompensationen ist weiter, daß jeweils nur eine teilweise lastproportionale Kompensation erreichbar ist. Dadurch bedingt ist bei­ spielsweise der beim Tropfenkurzschluß bzw. beim Kleben der Elektrode fließende primäre Kurzschlußstrom immer wesentlich größer als der Primärstrom bei Lichtbogenlast.A disadvantage of this, as with all previously known load-dependent reactive current compensation further, that each is only partially proportional to the load Compensation is achievable. This is due to for example, when droplets short circuit or when gluing primary short-circuit current always flowing much larger than the primary current with an arc load.

Ziel der ErfindungAim of the invention

Ziel der Erfindung ist eine lastabhängige Blindstromkom­ pensation mit Kompensationskapazität, die sich gegenüber den bekannten Lösungen durch einen geringeren Material­ aufwand auszeichnet und bei vorgegebenen primären An­ schlußparametern einen erweiterten Anwendungsbereich der Transformatoren ermöglicht.The aim of the invention is a load-dependent reactive current comm compensation with compensation capacity that oppose each other the known solutions with a smaller material excellence and given given primary requirements final parameters an extended scope of application Transformers.

Darlegung des Wesens der ErfindungState the nature of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine lastab­ hängige Blindstromkompensation mit Kompensationskapazität für Transformatoren, deren sekundäre Arbeitsspannung we­ sentlich kleiner als die Leerlaufspannung ist, wie sie beispielsweise für bestimmte Aufgaben der Lichtbogen­ schweißtechnik Anwendung finden, zu entwickeln, die ohne Schalteinrichtungen und Zusatzwindungen in einem weiten Bereich lastproportional wirkt, bei der es im Leerlauf nicht zur Überkompensation kommt und bei der die primä­ ren Kurzschlußströme nicht größer als die entsprechenden primären Nennströme sind, so daß gegenüber den bekannten Lösungen bei vorgegebenen Ausgangsparametern eine geringe­ re Netzbelastung eintritt bzw. bei vorgegebenen Anschluß­ parametern des Netzes der Betrieb von Schweißtransformato­ ren mit größeren Ausgangsparametern möglich ist.The invention has for its object a lastab Pending reactive current compensation with compensation capacity for transformers whose secondary working voltage we is considerably less than the open circuit voltage, like them for example for certain tasks of the arc welding technology find application to develop without Switching devices and additional turns in a wide range Range acts load-proportional, when it is idle does not lead to overcompensation and in which the primary ren short-circuit currents not greater than the corresponding are primary rated currents, so that compared to the known Solutions with given initial parameters a small one re network load occurs or given connection parameters of the network the operation of welding transformato ren with larger output parameters is possible.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Kompensationskapazität in Reihe mit der Sekundärwicklung des Transformators und der Last angeordnet ist, und daß der kapazitive Blindwiderstand der Kompensationskapazität betragsmäßig etwa gleich ist dem an den Anschlußpunkten der Kompensationskapazität wirkenden induktiven Ersatz­ blindwiderstand.According to the invention the object is achieved in that the Compensation capacity in series with the secondary winding of the transformer and the load is arranged, and that the capacitive reactance of the compensation capacitance the amount is approximately the same at the connection points the compensation capacity of inductive replacement blind resistance.

Durch die vorgeschlagene Anordnung der Kompensationskapa­ zität entsteht an ihr ein kapazitiver Spannungsabfall, der den induktiven Spannungsabfall kompensiert. Da der kapazi­ tive Spannungsabfall dem Sekundärstrom direkt proportional ist, wirkt die Blindstromkompensation im gesamten Bereich ohne Schalteinrichtungen und Zusatzwindungen lastproportio­ nal. Außerdem kommt es mit zunehmender Last im Bereich der sekundären Kernabschnitte zu Flußerhöhungen. Diese be­ wirken eine Erniedrigung der Magnetisierungsinduktivität und damit eine weitere Begrenzung des Primärstromes in Kurzschlußnähe. Im Leerlauf kann es unabhängig von der Größe der Kompensationskapazität prinzipbedingt nicht zur Überkompensation kommen. Due to the proposed arrangement of the compensation capa a capacitive voltage drop arises at it compensates for the inductive voltage drop. Because the kapazi tive voltage drop directly proportional to the secondary current is the reactive current compensation in the entire range without switching devices and additional turns lastproporio nal. It also comes with increasing load in the area the secondary core sections to river elevations. These be act to lower the magnetization inductance and thus a further limitation of the primary current in Short circuit proximity. At idle it can work regardless of the In principle, the size of the compensation capacity is not sufficient Overcompensation coming.  

Wenn der kapazitive Blindwiderstand der Kompensationska­ pazität betragsmäßig etwa gleich dem an den Anschlußpunk­ ten der Kompensationskapazität wirkenden induktiven Ersatz­ blindwiderstand ist, besitzt der Primärstrom ein Minimum. Da unter dieser Bedingung der sekundäre Ausgangsstrom rela­ tiv klein ist, kann es zur Erreichung größerer Ausgangs­ ströme zweckmäßig sein, von diesem Minimum abzuweichen. Dabei sollte der kapazitive Blindwiderstand der Kompensa­ tionskapazität betragsmäßig kleiner als der an den An­ schlußpunkten der Kompensationskapazität wirkende induktive Ersatzblindwiderstand und größer als der doppelte induktive Blindwiderstand der Streuinduktivität gewählt werden. Bei weiterer Verkleinerung des kapazitiven Blindwiderstandes der Kompensationskapazität sinkt die erfindungsgemäß an­ gestrebte Wirkung der Kompensation, und man nähert sich dem kritischen resonanzbedingten Maximum des Sekundärstro­ mes.If the capacitive reactance of the compensation capacitor capacity is approximately equal to that at the connection point th of the compensation capacity acting inductive replacement is reactive resistance, the primary current has a minimum. Since the secondary output current rela tiv is small, it can help achieve greater output currents should be appropriate to deviate from this minimum. The capacitive reactance of the Kompensa tion capacity is smaller in amount than that on the An end points of the compensation capacitance inductive Replacement reactive resistance and larger than double the inductive one Reactive resistance of the leakage inductance can be selected. At further reduction of the capacitive reactance the compensation capacity decreases according to the invention desired effect of the compensation, and one approaches the critical resonance-related maximum of the secondary current mes.

Besonders zweckmäßig wirkt die vorgeschlagene lastabhängige Blindstromkompensation, wenn die Sekundärwicklung eines als Kerntransformator ausgeführten Transformators auf einem Schenkel und die Primärwicklung auf beide Schenkel verteilt angeordnet ist, wobei sich auf dem Schenkel mit der Sekun­ därwicklung etwa die halbe Windungszahl der Primärwicklung befindet. Bei dieser Ausführung wird erreicht, daß der Primärstrom im Kurzschluß sogar kleiner werden kann als bei Lichtbogenlast.The proposed load-dependent effect is particularly expedient Reactive current compensation if the secondary winding is a Core transformer running transformer on a The legs and the primary winding are distributed over both legs is arranged, on the thigh with the Sekun därwickung about half the number of turns of the primary winding located. In this embodiment it is achieved that the Primary current in the short circuit can even be less than at arc load.

AusführungsbeispielEmbodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbei­ spiel näher erläutert werden.
In der Zeichnung ist ein Schema für eine er­ findungsgemäße Schaltungsanordnung zur lastabhängigen Blindstromkompensation dargestellt.
Die Schaltungsanordnung besteht im wesentlichen aus einem Transformator (1), einem Kondensatorblock (2), einem Mehrstu­ fenschalter (3) und einer Elektrode-Werkstück-Strecke (4). The invention will be explained in more detail in a game Ausführungsbei.
In the drawing, a diagram for an inventive circuit arrangement for load-dependent reactive current compensation is shown.
The circuit arrangement consists essentially of a transformer ( 1 ), a capacitor block ( 2 ), a multi-stage switch ( 3 ) and an electrode-workpiece path ( 4 ).

Der Transformator (1) besitzt ein Blechpaket (5), eine in die Spulen (6) und (7) unterteilte Primärwicklung und eine Sekun­ därwicklung (8). Der Kondensatorblock (2) besitzt mehrere ein­ zeln einsetzbare Teilkapazitäten, die jeweils mit einem Entladewiderstand versehen sind.The transformer ( 1 ) has a laminated core ( 5 ), a primary winding divided into the coils ( 6 ) and ( 7 ) and a secondary winding ( 8 ). The capacitor block ( 2 ) has several individual capacities that can be used, each of which is provided with a discharge resistor.

Entsprechend der Zeichnung ist ein Ausgang der Sekundär­ wicklung (8) des Transformators (1) mit je einem Anschluß der Teilkapazitäten des Kondensatorblockes (2) verbunden. Mit Ausnahme einer ständig eingeschalteten Teilkapazität befin­ det sich in Reihe zu jeder Teilkapazität des Kondensator­ blockes (2) ein Schaltkontakt des Mehrstufenschalters (3). Die­ se Schaltkontakte sind andererseits untereinander und mit der ständig eingeschalteten Teilkapazität sowie der Elek­ trode-Werkstück-Strecke (4) verbunden. Der andere Ausgang der Sekundärwicklung (8) des Transformators (1) ist an die Elektro­ de-Werkstück-Strecke (4) angeschlossen.According to the drawing, an output of the secondary winding ( 8 ) of the transformer ( 1 ) is connected to one connection of the partial capacitances of the capacitor block ( 2 ). With the exception of a constantly switched-on partial capacitance, a switching contact of the multi-stage switch ( 3 ) is located in series with each partial capacitance of the capacitor block ( 2 ). On the other hand, these switching contacts are connected to each other and to the constantly switched-on partial capacitance and the electrode-workpiece path ( 4 ). The other output of the secondary winding ( 8 ) of the transformer ( 1 ) is connected to the Elektro de workpiece path ( 4 ).

Der Kondensatorblock (2) mit einzeln einsetzbaren Teilkapa­ zitäten ist so auszulegen, daß sein kapazitiver Blindwi­ derstand für den Arbeitspunkt mit den kleinsten Strom-Span­ nungs-Werten betragsmäßig etwa gleich ist dem an den An­ schlußpunkten des Kondensatorblockes wirkenden induktiven Ersatzblindwiderstand.The capacitor block ( 2 ) with individually usable partial capacities is to be designed so that its capacitive reactive resistance for the working point with the smallest current-voltage values is approximately the same as the inductive equivalent reactive resistance at the connection points of the capacitor block.

Zur Erreichung von Ausgangskennlinien mit größeren Schweiß­ strömen kann es zweckmäßig sein, von dieser Auslegung abzu­ weichen. Dabei sollte der kapazitive Blindwiderstand des Kondensatorblockes betragsmäßig kleiner als der an den An­ schlußpunkten des Kondensatorblockes wirkende induktive Ersatzblindwiderstand und größer als der doppelte indukti­ ve Blindwiderstand der Streuinduktivität gewählt werden. Die Spule (7) der Primärwicklung des als Kerntransformator ausgeführten Transformators (1), die gemeinsam mit der Se­ kundärwicklung (8) auf einem Schenkel angeordnet ist, sollte dabei zweckmäßig etwa die halbe Windungszahl der Primär­ wicklung enthalten. To achieve output characteristics with larger sweat currents, it may be advisable to deviate from this design. The capacitive reactance of the capacitor block should be chosen to be smaller in magnitude than the inductive equivalent reactive resistor acting at the connection points of the capacitor block and larger than twice the inductive reactive resistance of the leakage inductance. The coil ( 7 ) of the primary winding of the transformer ( 1 ), which is arranged together with the secondary winding ( 8 ) on one leg, should expediently contain about half the number of turns of the primary winding.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen zur Erfindungs­ anmeldung "Lastabhängige Blindstromkompensation"List of the reference numerals used for the invention registration "load-dependent reactive current compensation"

1 Transformator
2 Kondensatorblock
3 Mehrstufenschalter
4 Elektrode-Werkstück-Strecke
5 Blechpaket
6; 7 Spulen
8 Sekundärwicklung 1 transformer
2 capacitor block
3 multi-stage switches
4 electrode-workpiece path
5 sheet stack
6; 7 coils
8 secondary winding

Claims (3)

1. Lastabhängige Blindstromkompensation mit Kompensa­ tionskapazität für Tranformatoren, deren sekundäre Arbeitsspannung wesentlich kleiner als die Leerlauf­ spannung ist, wie sie beispielsweise für bestimmte Aufgaben der Lichtbogenschweißtechnik Anwendung finden, gekennzeichnet dadurch, daß die Kompensationskapazität in Reihe mit der Se­ kundärwicklung (8) des Transformators (1) und der Last angeordnet ist, und daß der kapazitive Blindwider­ stand der Kompensationskapazität betragsmäßig etwa gleich ist dem an den Anschlußpunkten der Kompensa­ tionskapazität wirkenden induktiven Ersatzblindwider­ stand.1. Load-dependent reactive current compensation with compensation capacity for transformers whose secondary working voltage is significantly less than the open circuit voltage, as used for example for certain tasks in arc welding technology, characterized in that the compensation capacity in series with the secondary winding ( 8 ) of the transformer ( 1 ) and the load is arranged, and that the capacitive reactance was the compensation capacitance in terms of amount is approximately equal to that at the connection points of the compensating capacitance inductive dummy reactance. 2. Lastabhängige Blindstromkompensation nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der kapazitive Blindwiderstand der Kompensations­ kapazität betragsmäßig kleiner als der an den Anschluß­ punkten der Kompensationskapazität wirkende induktive Ersatzblindwiderstand und größer als der doppelte in­ duktive Blindwiderstand der Streuinduktivität ist.2. Load-dependent reactive current compensation according to claim 1, characterized by that the capacitive reactance of the compensation capacity smaller than that at the connection points of the compensation capacitance acting inductive Substitute reactive resistance and greater than double in is the reactive inductance of the leakage inductance. 3. Lastabhängige Blindstromkompensation nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Sekundärwicklung (8) des als Kerntransformator ausgeführten Transformators (1) auf einem Schenkel und die Primärwicklung auf beide Schenkel verteilt ange­ ordnet ist, wobei sich auf dem Schenkel mit der Sekun­ därwicklung etwa die halbe Windungszahl der Primär­ wicklung befindet.3. Load-dependent reactive current compensation according to claim 1 or claim 2, characterized in that the secondary winding ( 8 ) of the transformer designed as a core transformer ( 1 ) is distributed on one leg and the primary winding is distributed over both legs, being on the leg with the second the winding is about half the number of turns of the primary winding.