DE956145C - Gleichrichter-Schaltungsanordnung zur Speisung von Gleichstromverbrauchern mit elektrischem Lichtbogenbetrieb - Google Patents

Description

Stromverbraucher, die mit einem Lichtbogen arbeiten, z. B. Kinobogenlampen, Lichtbogenschweißapparate, werden bisher über Gleichrichter gespeist, die entweder im. Primärkreis oder im Sekundärkreis ohmsche oder induktive Widerstände besitzen, um zu vermeiden, daß beim Zünden des Lichtbogens, also praktisch bei einem Kurzschluß der Elektroden, ein zu hoher Strom auftritt. Die Arbeitsspannung des Lichtbogens beträgt bei Betrieb des Lichtbogens zwischen Kohlen 25 bis 40 Volt und beim Lichtbogenschweißen etwa 15 bis 22 Volt. Zur Zündung des Lichtbogens ist jedoch eine Spannung erforderlich, die über 60 Volt liegen muß und bei Kinogleichrichtern im allgemeinen zwischen 75 und 100 Volt und bei Schweißgleichrichtern zwischen 60 und 72 Volt gelegt wird.

Durch Veränderung des Widerstandes bzw. durch Änderung des induktiven Widerstandes z. B. durch Herausdrehen des Eisenkernes oder durch Drosseln mit veränderlichem Joch bzw. Luftspalt oder aber durch Verwendung vormagnetisierter Drosseln kann der Kurzschlußstrom, d. h. der Strom bei der Spannung Null, stetig verkleinert werden bis zu einem Wert, der bei etwa 15 bis 2O°/₀ des Endwertes liegt. Bei Schweißgleichrichtern kann man diese Charakteristik auch dadurch erzeugen, daß die Primär- und Sekundärspulen nicht übereinander, sondern nebeneinander angeordnet werden, und zwar mit einem bestimmten

Abstand, so daß dadurch die Streuung erhöht wird.

Außerdem wird der magnetische Kreis zwischen den Spulen durch einen mittels Spindel verschiebbaren Eisenkern so geschlossen, daß je nach Stellung dieses 'Eisenkernes eine mehr oder minder große Zahl von Kraftlinien von der Sekundärspule ferngehalten wird.

Dadurch werden praktisch ähnliche Kennlinien erzielt wie bei Gleichrichtern mit vorgeschalteten Drosseln.

In Bild ι ist gestrichelt der Kennlinienverlauf eingetragen, der sich erzielen läßt, wenn man außer den bereits bekannten Mitteln zur Erhöhung der Streuung noch zusätzliche Drosseln ohne Luftspalt einschaltet, die bereits bei kleinen Werten des Stromes gesättigt sind, unter der Annahme, daß für diesen Fall eine etwas höhere Sekundärspannung angewandt wird, damit der sonst übliche Kurvenlauf erzielt wird.

Im übrigen ist es zweckmäßiger, die Drosseln in den Sekundärkreis einzuschalten, weil dann die Leerlaufspannung, die für die Zündung wichtig ist, nahezu erhalten bleibt. Bild ι zeigt z. B. solche Kurven U₁ = f (J) für verschiedene Einstellungen der Regeldrosseln bzw. des Streutransfbrmators. Weiterhin ist in Bild ι die Kennlinie U₂ = f (J) eines Lichtbogens bei verschiedenem Elektrodenabstand eingetragen, und zwar gilt die obere Kurve mit höheren Spannungswerten für größere Elektrodenabstände. Diese Kurve sei mit B und die Kurve für kleinere Elektrodenabstände mit A gekennzeichnet. Angenommen, der Gleichrichter sei auf höchste Stromstärke eingestellt, dann sind für den Lichtbogen nur zwei Arbeitspunkte möglich, entweder der stabile Arbeitspunkt α bzw. der Zündpunkt b. Bei den dazwischenliegenden Bereichen ist ein stabiles Arbeiten nicht möglich, weil die Kennlinie des Gleichrichters U₁ =.f (J) und die Kennlinie des Lichtbogens JJ₂ = f (J) keine übereinstimmenden Werte haben. Bei dem Übergang von b nach α muß jedoch der Lichtbogen kurzzeitig die vom Gleichrichter aufgezwungene Spannung U₁ = f (J) annehmen, bis der Punkt« erreicht ist. Die füi den Lichtbogen überschüssige Energie wird durch ein Verbrennen und Verspritzen der Elektroden abgegeben. Weiterhin hat die bisherige Anordnung den Nachteil, daß die Einzelteile für eine relativ hohe Leistung entsprechend dem Produkt aus Leerlauf spannung und der höchsten Arbeitsstromstärke zu bemessen sind. Außerdem, ist nachteilig, daß das Netz mit einer erheblichen Blindstromleistung belastet wird, da nur etwa einiDrittel bis ein Viertel der Spannung bzw. der Leistung im Lichtbogen nutzbringend verwertet wird. Für die verhältnismäßig große Leistung ergeben sich hohe Anschaffungskosten, und der hohe Blindstromanteil erfordert laufend hohe Betriebskosten oder den zusätzlichen Aufwand von relativ großen Blindstromkondensatoren.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Schaltungsanordnung, bei der die beschriebenen Nachteile vermieden werden, die also mit höherem. Wirkungsgrad arbeitet, eine kleinere Leistung des Gesamtaggregates erfordert und außerdem, eine bessere Anpassung der Gleichrichterkennlinie an die Kenn-• linie des Lichtbogens gestattet. Das Prinzip der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ist für das Beispiel des einphasigen Primäränschlusses in Bild 2 gezeigt. Die Schaltung enthält einen Hauptgleichrichterteil G₁, der aus dem Transformator T₁, dem Gleichrichtersatz Gl₁ und einer der bisher bekannten und üblichen Einrichtungen für die Erhöhung der Streuung bzw. des Widerstandes sowie für die Regelung besteht. In Bild 2 ist als Beispiel die Regelung mittels einer vormagnetisierten Drossel D₁ über einen Vorwiderstand 'R₁ gezeigt. Durch Abgreifen der Gleichspannung an dem. Gleichrichtersatz Gl₁ wird eine Rückkopplungswirkung erzielt. Man kommt also mit einer relativ kleinen Drossel D₁ und einer geringen Vormagnetisierungsleistung aus. Im übrigen kann für die Regelung statt des Vorwiderstandes R₁ auch ein Potentiometer dem Gleichrichtersatz parallel geschaltet werden. Eine solche Regelschaltung mit vormagnetisierter Drossel ist an sich bekannt und wurde hier nur als Beispiel erwähnt. Der Hauptgleichrichterteil G₁ ist für den höchsten vorkommenden Lichtbogenstrom zu bemessen, aber nur für einen Teil der Zündspannung, z.B. nur für 40 bis 50%. Weiterhin enthält die Schaltungsanordnung nach der Erfindung und nach Bild 2 einen Gleichrichterteil G₂, der im. ganzen mit dem Hauptgleichrichterteil G₁ in Serie geschaltet ist. G₂ besteht aus einem Transformator T₂ mit einer kleineren Leistung und einem Gleichrichtersatz Gl₂ mit dazu passender Leistung, der nicht für den höchsten vorkommenden Lichtbogenstrom, sondern nur für einen kleineren Teil, der z.B. zwischen 15 und 30% liegt, ausgelegt ist. Ferner besteht G₂ aus einer Drossel D₂, die bei Kurzschluß der ganzen Anordnung nur einen begrenzten Strom im Stromkreis von G₂ zuläßt, sowie aus einer Gleichrichtersäule Gl₂a, die in der Lage ist, nahezu den vollen Lichtbogenstrom zu führen, wenn die Spannung an den Klemmen des Gleichrichters Gl₂ die Polarität gewechselt hat.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit dem. Beispiel nach Bild 2 wird in Bild 3 für den Fall des Schweißgleichrichters erläutert. Der Gleichrichter G₁ liefert, für sich allein betrachtet, im Leerlauf eine Spannung CZ₁ und im. Kurzschluß einen Strom J₁, wobei zunächst nur die Kennlinie mit dem höchsten einstellbaren Strom betrachtet werden soll. Der Gleichrichter G₂ soll zunächst auch nur für sich allein betrachtet werden und ergibt dann im Leerlauf die Spannung U₂ und im Kurzschluß den Strom. J₂. -Da die beiden Teilgleichrichter G₁ und G₂ hintereinandergeschaltet sind, ist vom Leerlauf ausgehend zunächst der beide durchfließende Strom 7 gemeinsam, und es ergibt sich für den Verbraucher mit Lichtbogen die Surnrnenkennlinie U₁ = f (J), die bei-Strömen, die kleiner als J₂ sind, oberhalb von U₁ = f - (/) und bei Strömen über J₂ unterhalb U₁ = f (J) verläuft, weil von jetzt an der Strom, über Gl₂ und über das parallel geschaltete Ventil Gl₂a verläuft. Dieses hat den größten Teil des Stromes zu übernehmen und an dem für einen schwächeren Strom bemessenen Gleichrichter Gl₂ vorbeizuleiten. Das elektrische Ventil Gl₂ α ist nur in Speirichtung beansprucht, solange der Gleichrichter Gi₂ einen Strom liefert, der unter dem Wert J₂ liegt. Wird der Lichtbogenstrom größer, so wechselt die Polarität an den Klemmen des Gleichrichters GZ₂, und

das Ventil Gl₂α wird jetzt in Durchlaßrichtung beansprucht und führt von jetzt an den vollen Lichtbogenstrom, abgesehen von einem kleineren Teil, der durch den parallel dazu liegenden Gleichrichter Gl₂ fließt. Daraus ist also ersichtlich, daß der Gleichrichterteil G₁ für Arbeitsbetrieb und der Gleichrichterteil G₂ für den Zündbetrieb des Lichtbogens ausgelegt ist. Bei der sekundärseitigen Einschaltung der Lichtbogenberuhigungsmittel, wie sie-im Beispiel

ίο in Bild 2 gezeigt ist, kann für die beiden Teilgleichrichter G₁ und G₂ auch ein gemeinsamer Transformator verwendet werden, dessen Primärwicklung an das Netz angeschlossen ist und dessen Sekundärwicklungen elektrisch getrennt sind und von denen jede ein Teilgleichrichtersystem, speist. Als Gleichrichterteil G₁ und G₂ werden in diesem Falle dann nur die eigentlichen Gleichrichtersysteme ohne Transformator, aber mit den induktiven oder ohmschen Widerständen und mit dem Gleichrichterventil Gl₂ a verstanden.

Es ist ohne weiteres zu ersehen, daß eine solche Summenkennlinie im Arbeitspunkt A eine genügend große Steilheit besitzt und andererseits sich der Lichtbogenkennlinie U₂ = f (I) wesentlich besser anpaßt als die bisher verwendeten Anordnungen. Der Gleichrichtersatz G₁ und gegebenenfalls- auch der Gleichrichter G₂ können auch in dreiphasiger Schaltung ausgeführt werden, wobei das gleiche Prinzip angewandt wird. Hierbei ergibt sich der Vorteil, daß der Lichtbogenstrom eine kleinere Welligkeit besitzt, so daß Glättungsdrosseln, die bei einphasigem Betrieb erforderlich sind, entfallen können.

Die Drossel D₂ kann auch in den Primärkreis von T₂ eingeschaltet oder durch einen Widerstand ersetzt werden, der auch in den Gleichstromkreis eingeschaltet werden kann. T₂ kann auch als Streutransformator ausgebildet sein; dann entfällt die Drossel D₂. Für Bild 1 und 3 wurden als Beispiel die Kennlinie eines Schweißgleichrichters gewählt, wobei die Angaben über die Lichtbogenspannung ebenfalls als Beispiel zu werten sind.

Mit der neuartigen Kombination an sich bekannter Mittel wird also für Gleichstromverbraucher mit elektrischem Lichtbogenbetrieb ein neuer Effekt erreicht, der gegenüber der bisher bekannten und üblichen Ausführung wesentliche Vorteile bezüglich der Anschaffungskosten und der Betriebskosten der erfoiderlichen Gleichrichtergeräte mit sich bringt.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Gleichrichter-Schaltungsanordnung zur Speisung von Gleichstromverbrauchern mit elektrischem Lichtbogenbetrieb, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit erhöhter Streuung oder mit Zusatz-· widerstand versehener, gegebenenfalls auch geregelter Hauptgleichrichter für den höchsten vorkommenden Lichtbogenstrom ausgelegt, jedoch nur für einen Teil — etwa 40 bis 5o°/₀ —· der Lichtbogenzündspannung bemessen ist und daß dieser Gleichrichter mit einem zweiten Gleichrichter hintereinandergeschaltet ist, der nur für einen Teil ·—■ etwa 15 bis 30 °/₀ — des Lichtbogenstromes ausgelegt ist und der eine Spannung ■ liefert, die ebenfalls nur einen Teil — etwa 50 bis 60 °/₀ —· der Lichtbogenzündspannung beträgt, aber durch ein parallel geschaltetes Ventil solcher Durchlaßrichtung überbrückt ist, daß der höchste vorkommende Lichtbogenstrom im wesentlichen über dieses Überbrückungsventil fließt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Teilgleichrichter" einen gemeinsamen Transformator besitzen, wobei an jede der elektrisch getrennten Sekundärwicklungen ein Teilgleichrichtersystem der im Anspruch ι erläuterten Art angeschlossen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 609 S48/185 6. (609 756 1. 57)