DE709102C - Anordnung zur Speisung von mit Lichtbogen arbeitenden Stromverbrauchern - Google Patents

Anordnung zur Speisung von mit Lichtbogen arbeitenden Stromverbrauchern

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DE709102C
DE709102C DES117494D DES0117494D DE709102C DE 709102 C DE709102 C DE 709102C DE S117494 D DES117494 D DE S117494D DE S0117494 D DES0117494 D DE S0117494D DE 709102 C DE709102 C DE 709102C
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DE
Germany
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arrangement
transformer
voltage
transformers
arcs
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Application number
DES117494D
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Erich Friedlaender
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
Original Assignee
Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/02Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions for non-linear operation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Arc Welding Control (AREA)

Description

  • Anordnung zur Speisung von mit Lichtbogen arbeitenden Stromverbrauchern Für den Anschluß von Gleichrichtern an ein mehrphasiges Wechselstromnetz ist eine Transformatoranordnung vorgeschlagen worden, über .die der Gleichrichter mit trapezförmigen Anodenspannungen gespeist werden kann. Diese Anordnung hat die Eigenschaft, daß der primäre elektrische Sternpunkt des im Sättigungsgebiet arbeitenden Speisetransformators für die dreifache Netzfrequenz frei beweglich ist und daß sich die jeder Anode des Gleichrichters zugeführte Spannung aus n um je versetzten Phasenspannungen des speisenden Wechselstromnetzes zusammensetzt. Die freie Beweglichkeit des primären Sternpunktes wird dabei entweder durch einen oder mehrere zusätzliche bzw. überzählige Schenkel des Speisetransformators oder auch .dadurch erzielt, daß der Transformator aus mehreren Einphasentransformatoren besteht. Der Vorteil .dieser Transformatoranordnung liegt darin, daß denn angeschlossenen Apparat, also im vorliegenden Fall dem Gleichrichter bzw. den Gleichrichteranoden, eine annähernd rechteckförmige Wechselspannung zugeführt wird.
  • Diese Transformatoranordnung wird nun zur Speisung von mit Lichtbogen arbeitenden Stromverbrauchern verwendet, bei denen also der Lichtbogen der Verbraucherwiderstand ist. Zu diesem Zweck wird bei einer Anordnung zur Speisung von mit Lichtbogen arbeitenden Stromverbrauchern erfindungsgemäß zwischen die Verbraucher und ein mehrphasiges Wechselstromnetz eine Speisetransformatoranordnung geschaltet, bei der der primäre elektrische Sternpunkt der im Sättigungsgebiet arbeitenden Transformatoranordnung, die entweder aus einem Mehrphasentransformator mit einem oder mehreren überzähligen Schenkeln oder aus mehreren Einphasentransformatoren besteht, für die dreifache Netzfrequenz frei beweglich ist und sich weiterhin die Verbraucherspannung aus n um je versetzten Phasenspannungen des mehrphasigen Wechselstromnetzes zusammensetzt. An die Stelle des Gleichrichters und des Gleichstromverbrauchers der obererwähnten vorgeschlagenen Anordnung tritt somit ein Lichtbogengerät; solche Geräte sind beispielsweise Schweißgeräte, Bogenlampen, Hochdruckdampflampen (Natrium- oder Quecksilberdampflampen), Lichtbogenöfen und ähnliche. Durch die Anwendung der für Gleichrichter vorgeschlagenen Anordnung für diese Geräte erreicht man den Vorteil, daß der Lichtbogen nahezu während der ganzen Periode mit konstantem Strom arbeitet, so daß die Strom-und Energiepausen sehr kurz sind, was wiederum bewirkt, daß keine zu hohe Zündspannungsspitze nach dem Erlöschen des Lichtbogens zum Neuzünden erforderlich ist: Auch wird das Flimmern der Bogenlampen und Hochdruckdampflampen weitgehend herabgesetzt.
  • In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Fig. i zeigt die Speisung eines Schweißlichtbogens mit annähernd rechteckförmiger Spannung. An das Wechselstromnetz mit den Phasen R, S. T sind die im Sättigungsgebiet arbeitenden Transformatoren f, 11, 11I, IV, V und VI angeschlossen. Die Transformatoren I, III und V bilden den einen, die Transformatoren 1I, IV und VI den zweiten Satz. An Stelle dreier Einphasentransformatoren kann auch ein Dreiphasentransformator mit einem oder mehreren überzähligen Schenkeln treten. Die Primärwicklungen 21, 22, 23, 2.1, 25 und 26 der Transformatoren sind in Zickzack geschaltet, und zwar derart, daß die Grundwellen der Flüsse in je zwei übereinanderliegenden Transformatorensätzen um 30° gegeneinander versetzt sind. Die Unterteilung der Wicklungen und der Anschluß an das Drehstromnetz muß also so erfolgen, daß gegenüber einer positiven Richtung die Flüsse in den oberen Transformatoren I, IIT und V um i5° nach der einen, die Flüsse in den unteren Transformatoren 1I, IV und VI um 15' nach der anderen Seite verdreht sind. Statt alle Transformatoren in Zickzack-Zickzack- zu schalten, könnte man auch den einen Satz in Stern- und den anderen Satz mit 30° Zickzackschaltung schalten.
  • Jeder Transformator erhält eine Sekundärwicklung 11, 12, 13, 14, 15 bzw. 16. Die Sekundärwicklungen sind in Reihe geschaltet und speisen den Schweißlichtbogen 17. Die Wicklungen 13 und 14 sind gegenüber den anderen Sekundärwicklungen mit entgegengesetztem Wicklungssinn angeschlossen. Da jeder Transformator zwei Teilspannungen liefert, eine positive und eine um i8o° versetzte negative, so setzt sich also die Gesamtspannung aus sechs um je 30° gegeneinander versetzten positiven und sechs um je 30° gegeneinander versetzten negativen Teilspannungen zusammen.
  • In Fig. 2 sind diese Teilspannungen, die mit i bis 12 bezeichnet sind, dargestellt. Der Transformator i liefert die Teilspannungen i und 7,. der Transformator II liefert die Teilspannungen 2 und 8 usw. Da die von den Transformatoren III und IV gelieferten Teilspannungen um i8o° in :der Phase verschoben sind, so schließen sich die Spannungen 3 und :4 an die Spannungen i und 2 in der Weise an, wie es in der Figur dargestellt ist.
  • Auf ,den Schweißlichtbogen wirkt daher @::ene Spannung ein, die nahezu rechteckg ist. Dadurch wird erreicht, daß auch ';c,`t^ Strom nahezu rechteckförmig wird.
  • der Anordnung nach Fng. i war angenommen worden, daß alle Transformatoren eine gleich große Spannung liefern. Für Schweißlichtbogen, aber auch für die anderen obengenannten Geräte, kann es vorteilhaft sein, ,die Spannungen verschieden groß zu machen, um einen schroffen Nulldurchgang von Strom und Spannung zu erzwingen. Wie bekannt, neigt der Lichtbogen stets dazu, den Stromdurchgang durch Null zu verzögern, um dadurch eine erhöhte Zündspannungsspitze für die nächste Halbwelle zur Verfügung zu erhalten. Diese erhöhte Zündspannung kann man nun durch entsprechend erhöhte Windungszahlen derjenigen Transformatorwicklung, welche zur Zeit nach dem Nulldurchgang der Verbraucherspannung den Spannungsbetrag liefert, erzwingen, so daß der Strom sehr scharf durch Null hindurchgeht. Zu diesem Zweck kann man beispielsweise bei der Anordnung nach Fig. i die Windungszahl des Transformators I gegenüber,den Windungszahlen der übrigen Transformatoren erhöhen. Wie sich die resultierende Spannung dann gestaltet, zeigt die Fig.3, in welcher die Spannung, welche auf den Lichtbogen einwirkt, dargestellt ist, wenn die vom Transformator I gelieferten Spannungen größer sind als die von den übrigen Transformatoren gelieferten Spannungen. Unter Umständen kann es vorteilhaft sein, auch den Spannungsbetrag vor dem Nulldurchgang zu erhöhen.
  • Es ist auch möglich, unsymmetrische Spitzen, d. h. Teilspannungen, die eine steil ansteigende und flach abfallende bzw. eine flach ansteigende und steil abfallende Form besitzen, zu verwenden.
  • Ein Beispiel einer, solchen Zusammensetzung von unsymmetrischen Spitzen zeigt die Fig. q.. Die Teilspannungen, welche die Transformatoren I, III und V liefern, besitzen einen steilen Anstieg und einen flachen Abfall, die Spitzen, die die Transformatoren 1I, IV und VI liefern, einen flachen Anstieg und steilen Abfall. Außerdem ist noch bei der Anordnung nach Fig.4 durch entsprechende Wahl der Windungszahlen dafür gesorgt, daß die Teilspannungen der Transformatoren I und VI eine höhere Amplitude besitzen. Zur Erzeugung dieser unsymmetrischen Spitzen kann man für alle sechs Transformatoren einen gemeinsamen Eisenkern verwenden, der zweimal sechs Schenkel und ein Mitteljoch besitzt. Auf die ersten beiden oberen Schenkel werden die Wicklungen des Transformators I aufgebracht, auf den ,dritten und vierten oberen Schenkel die Wicklungen des Transformators III und auf den fünften und sechsten .die Wicklungen des Transformators V. Auf .den ersten und- zweiten unteren Schenkel werden die Wicklungen des Transformators 1I, auf den dritten und vierten unteren die Wicklungen des Transformators IV und auf den fünften und sechsten unteren die Wicklungen .des Transformators VI aufgebracht. Die Transformatoren I, III und V sind in offenem Stern, die Tranform:atoren II, IV und VI in Zickzack geschaltet. Wählt man bei dieser Anordnung das Mitteljoch so, daß im ungesättigten Gebiet sein magnetischer Widerstand nicht mehr gegenüber .dem der Schenkel im ungesättigten Gebiet zu vernachlässigen ist, dann treten unsymmetrische Spitzen in der Phasenspannung der einzelnen Transformatoren auf, und zwar sind die Spannungen der Transformatoren I, III und V in der Form gleich, besitzen aber die entgegengesetzte Unsymmetrie wie die untereinander formgleichen Spannungen der Transformatoren II, IV und VI. Welche von beiden Gruppen eine steil ansteigende Spannung besitzt und welche eine flach ansteigende, hängt von der Phasenfolge, in welcher die Transformatoren erregt werden, ab. Wesentlich ist, daß in dem gemeinsamen Weg, in dem die um 30° versetzten Flüsse von zwei Transformatoren auftreten, ein beiden Transformatoren gemeinsamer Amperewindungsverbrauch auftritt, der gegenüber dem Amperewindungsverbrauch des übrigen Teiles des magnetischen Kreises nicht mehr zu vernachlässigen ist. In Fig. 4 wurde angenommen, .daß dieTransformatoren I, III und V ,eine steil ansteigende Spannung besitzen.
  • Es ist nicht erforderlich, zur Erzeugung der unsymmetrischen Spitzen allen Transformatoren einen gemeinsamen Eisenkern zu geben, sondern es .genügt, daß zwei Transformatoren, deren Flüsse um 30° gegeneinander versetzt sind, einen Teil des magnetischen Kreises gemeinsam haben, dessen Widerstand gegenüber dem Widerstand der Schenkel im ungesättigten Teil nicht mehr zu vernachlässigen ist.
  • Die für die Stabilisierung des Lichtbogens erforderlichen Widerstände oder Induktivitäten sind im Ausführungsbeispiel in Serie mit den Primärwicklungen der Transformatoren geschaltet. Diese Drosselspulen sind im Ausführungsbeispiel mit 18, i9 und 2o bezeichnet. Besonders zweckmäßig ist es jedoch, die Widerstände bzw. die Drosselspulen auf die Sekundärseite, also unmittelbar in Reihe mit dem Lichtbogen zu legen. Wenn man in diesem Fall der Spannung eine Kurvenform gibt, wie sie in Fig.3 dargestellt ist, so erhält man einen rechteckförmigen Strom. Untersucht man nämlich, wie bei einem Lichtbogen mit einer Vordrossel die Spannung. bei annähernd rechteckförmigem Strom verlaufen muß, so findet man, daß beim Nulldurchgang des Stromes eine hohe Spitze in der Spannung auftritt. Sorgt man .daher dafür, -daß wie bei der Anordnung nach Fig. 3 diese Spitze in der Spannung vorhanden ist, so wird der Strom rechteckförmig.
  • Es ist nicht erforderlich, :besondere Vorwiderstände oder Vordrosseln zu nehmen. Man kann auch dasselbe erreichen, wenn man den Transformator mit Streuung zwischen Primär- und Sekundärwicklung ausbildet, wie es bei .dem Transformator III durch Anbringung eines Mittelschenkels mit Luftspalt angedeutet ist. Die übrigen Transformatoren werden entsprechend .ausgebildet. Sättigt man bei einer derartigen Anordnung nur den Schenkel, auf welchem die Primärwicklung liegt, so wirkt der magnetische Nebenschluß so, als ob eine Drossel in dem Lichtbogenkre?s läge. Sättigt man nur den Schenkel, auf welchem die Sekundärwicklung liegt, so wirkt die Anordnung so, als ob eine Drosselspule in Reihe mit der Primärwicklung läge.
  • An Stelle eines Schweißlichtbogens können auch, wie bereits erwähnt, andere Geräte treten, bei denen der Licht-bogen den Verbraucherwiderstand bildet. Insbesondere ist die Anordnung nach der Erfindung geeignet, für Bogenlampen normaler Konstruktion und für Hochdruckbogenlampen (Quecksilberdampf- und Natriumlampen), weil man durch den nahezu rechteckförmigen Strom, den man durch eine derartige Anordnung erreichen kann, das Flimmern der Lampen auf ein Mindestmaß herabsetzen kann.
  • Im Ausführungsbeispiel wurden zur Erzeugung der rechteckförmigen Spannung sechs Transformatoren verwendet und die resultierende Spannung aus sechs positiven und sechs negativen Spitzen zusammengesetzt, die um 3o° gegeneinander verschoben sind. Man kann aber auch eine annähernd rechteckförmige Spannung bereits bei Verwendung von drei Transformatoren erzielen, deren Grundwellenflüsse um izo° gegeneinander versetzt sind.
  • Es ist aber auch möglich, eine größere Anzahl von Transformatoren als sechs zu verwenden. Die Flüsse werden dann entsprechend um einen geringeren Betrag versetzt.

Claims (5)

  1. PATENTANSFRÜCHE: i. Anordnung zur Speisung von mit Lichtbogen arbeitenden Stromverbrauchern, wie Schweißlichtbogen, Hochdruckdampflampen o. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Verbraucher und ein mehrphasiges Wechselstromnetz eine Speisetransformatoranordnung geschaltet ist, bei der der primäre elektrische Sternpunkt der im Sättigungsgebiet arbeitenden Transformatoranordnung, die entweder aus einem Mehrphasentransformator mit einem oder mehreren überzähligen Schenkeln oder aus mehreren Einpliasentransformatoren besteht, für die dreifache -Netzfrequenz frei beweglich ist, und daß sich die Verbraucherspannung aus n um je versetzten Phasenspannungen des Wechselstromnetzes zusammensetzt.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß diejenige Sekundärwicklung der Transformatoranordnung, welche den zur Zeit nach dem Nulldurchgang der Verbraucherspannung liegenden Spannungsbeitrag liefert, eine gegenüber den anderen Sekundärwicklungen erhöhte Windungszahl besitzt.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die resultierende Verbraucherspannung aus unsymmetrischen Teilspannungen zusammengesetzt ist. .
  4. 4. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Lichtbogen und (las speisende Wechselstromnetz Drosselspulen geschaltet sind.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformatoranordnung mit Streuung zwischen Primär-und Sekundärwicklungen ausgeführt ist.
DES117494D 1935-03-12 1935-03-12 Anordnung zur Speisung von mit Lichtbogen arbeitenden Stromverbrauchern Expired DE709102C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1565523B1 (de) * 1965-09-24 1971-03-25 Oerlikon Buehrle Elektroden Schweissgleichrichteranordnung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1565523B1 (de) * 1965-09-24 1971-03-25 Oerlikon Buehrle Elektroden Schweissgleichrichteranordnung

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