Dreiphasen-Lastausgleich- und -Steuereinrichtung für Es ist bekannt, dass Wechselstrom-Wider stands-Schweissmaschinen mit einer einzigen Schweissstelle für Direktanschluss nur mit. Einphasenwechselstrom betrieben werden können. Es ergeben sieh daraus unsymmetri sche Phasenbelastungen und sehr ungünstige, speziell vom Standpunkt der Elektrizitäts werke aus unerwünschte Netzbelastungsver hältnisse. Es sind nun bereits verschiedene Ge räte und Einrichtungen vorgeschlagen wor den, welche bezwecken, diesen Übelstand zu be seitigen, z. B. der Scottsche Spannungsteiler, statische, aus Drosseln und Kapazitäten auf gebaute Lastausgleichgeräte, rotierende Pha sen-Umformeraggregate sowie auf dem Prin- s sen zip der Gleichrichtung arbeitende Röhren geräte.
Alle diese bekannten Geräte und Ein richtungen erfüllen aber ihren Zweck nur teilweise und weisen ausserdem --wisse Nach teile auf. Diese Nachteile werden bei der vor liegenden Erfindung vermieden.
Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Dreiphasen-Lastausgleich- und -Steuer einrichtung für Widerstands-Schweissmaschi nen, bei welcher denn Schweisstransformator ein Drehstrom-Hilfstransformator vorgeschal tet ist, dessen in Zickzack geschaltete Sekun därwicklung einerseits durch eine von ihrem.
0-Punkt ausgehende Leitung und anderseits durch sechs Leiter mit der Primärwicklung des Schweisstransformators verbunden ist, in welche sechs Leiter je ein elektrisches Ventil eingeschaltet ist, welche elektrische Ventile durch ein Steuergerät gesteuert sind, in der Weise, dass während der Schweissung in wähl barem, durch das Steuergerät, bestimmten Takte abwechselnd drei der sechs elektrischen Ventile, welche an den drei Phasen der Se kundärwicklung des Drehstrom-Hilfstransfor mators liegen, nacheinander geöffnet.
und die drei andern gesperrt werden, derart, dass die Primärwicklung des Schweisstransformators abwechselnd von einem aus den gleichgerich teten Halbwellen der drei Phasen des Dreh strom-Hilfstransformators gebildeten Gleich strom in der einen und in\ der andern Rich tung durchflossen wird.
Gegenüber denn Scottschen Spannungs- teiler ergeben sich ganz erhebliche Vorteile. So erhält man einen vollkommenen, unabhän gig vom Belastungszustand der Schweissma schine und ohne Reguliermanipulationen erreichbaren Belastungsausgleich auf alle drei Phasen. Die Einrichtung- gemäss der Erfin dung kann gleichzeitig auch die Aufgabe eines automatischen Röhren-Zeitsteuergerätes erfül len, wenn man die elektrischen Ventile dazu verwendet, auch die Schaltfunktion für den primären Schweissstrom zu übernehmen.
In folge des der Schweissmaschine zugeführten Weeliselstromes reduzierter Frequenz, die tim ein Vielfaches kleiner sein kann als die Netz frequenz, arbeitet die Schweissmaschine mit einem sehr guten Leistungsfaktor, welcher nahezu den Wert 1 erreichen kann. Damit re duziert sich die vom Netz aufzubringende Seheinleistun-- ganz beträchtlich. Beim Sehwei ssen von Eisenblech tritt praktisch keine Be- einflussung des Schweissstromes durch das in die Rachenöffnung der Elektrodenarme hin einragende Werkstück auf, da die sekundäre Streureaktanz bei der reduzierten Frequenz ,keinen wesentlichen Einfluss ausübt.
Diese Vorteile bestehen im wesentlichen auch gegenüber rotierenden Frequenz-Umfor meraggregaten. Solche Umformeraggregate sind aber bedeutend teurer, im Wirkungsgrad schlechter, voluminöser und in der Bedienung komplizierter als die Dreiphasen-Lastaus gleich- und -Steuereinrichtung gemäss der vor liegenden Erfindung.
Gegenüber einer weiteren bekannten Drei phasen-Lastausgleichschaltang besitzt die er findungsgemässe Einrichtung den Vorteil, dass nur zwei oder drei Zuleitungen zum Schweisstransformator benötigt werden und dass der Schweisstransformator kleiner und leichter ausfällt, da er nur eine Primärwick lung besitzt. Es ist dies besonders für trans portable Schweissmaschinen, z. B. Schienen schweissmaschinen, von grosser Bedeutung. Die erfindungsgemässe Einrichtung erlaubt ferner, mittels geeigneter Anzapfungen an der Primärwicklung des Hilfstransformators die Sekundärspannung des Schweisstransfor mators und damit den Schweissstrom zu re gulieren.
Die Schweissanlage kann auch di rekt für Anschluss an ein Hochspannungs- Speisenetz gebaut werden, während bei der erwähnten bekannten Dreiphasen - Lastaus- gleichschaltan.g ein speziellem Transformator erforderlich wird, was zu bedeutenden Mehr kosten führt.
In Fig. 1, 2 und 3 der Zeichnung sind drei Ausführungsformen der Dreiphasen- Lastausgleich- und -Steuereinrichtung für Widerstands-Schweissmaschinen gemäss der Erfindung schematisch dargestellt.
In Fig. 1 sind mit R, S und T die Leiter eines Drehstromnetzes bezeichnet, an welche mittels der Stufenschalter 1, 2 und 3 die drei Stränge 4, 5 und 6 der in Stern geschalteten Primärwicklung eines Drehstrom-Hilfstrans formators, dessen Kern mit 7 bezeichnet ist, angeschlossen sind. Die Sekundärwicklung dieses Drehstrom-Hilfstransformators ist in zwei Teile mit den Strängen 8, 9 und 10 bzw. 8', 9' und 10', die in Zickzack geschal tet sind, unterteilt. Die 0-Punkte der beiden Teile der Sekundärwicklung sind miteinander durch einen Leiter 11 und durch einen Lei ter 12 mit dem Mittelpunkt 0 der Primär wicklung 13 eines Schweisstransformators, dessen Kern mit 14 und dessen Sekundärwiek- hing mit 15 bezeichnet ist, verbunden.
Die Stränge 8, 9 und 10 der Sekundärwicklung des Drehstrom-Hilfstransformators sind durch die Leiter<I>r,</I> s und<I>t</I> mit dem einen und deren Stränge 8', 9' und 10' durch die Leiter r', s' und t' mit dem andern Ende der Primär wicklung 13 des Schweisstransformators ver bunden. In jedem der sechs Leiter<I>r, s, t, r', s'</I> t' ist ein elektrisches Ventil, im dargestellten Falle sind es die Röhren 16, 17, 18 und 16', 17', 18', eingeschaltet, deren sperrende Or gane, z. B. Zündstifte oder die Gitter 19, 20, 21 und 19', 20' und 21', durch ein Steuergerät 22 (ein solches wird nachstehend an Hand der Fig. 3 noch eingehend beschrieben) ge steuert werden.
Die Arbeitsweise der beschriebenen Drei phasen-Lastausgleich- und -Steuereinrichtung ist folgende: Durch das Steuergerät 22 werden zuerst die elektrischen Ventile bzw. Röhren 16, 17, 18 nacheinander finit einer Phasenverschie bung von 120 geöffnet und die Röhren 16', 17', 18' gesperrt, so dass die eine Hälfte der Primärwicklung 13 des Schweisstransforma tors von einem aus den gleichgerichteten Halbwellen der drei Phasen des Drehstromes gebildeten Gleichstrom durchflossen wird. Nach einer gewissen, durch das Steuergerät 22 regulierten, einstellbaren Zeit werden die elektrischen Ventile bzw. Röhren 16, 17 und 18 gesperrt und die Röhren 16', 17' und 18' nacheinander, wiederum mit einer Phasen verschiebung von 120 , geöffnet.
Dies hat zur Folge, dass nun durch die andere Hälfte der Primärwicklung 13 des Schweisstransforma tors ein analoger Gleichstrom in -umgekehrter Richtung fliesst. Durch abwechslungsweises Umsteuern der sperrenden Glieder 19, 20 und 21 bzw. 19', 20' und 21' der elektrischen Ventile bzw. Röhren 16, 17 und 18 und 16', 17' und<B>18'</B> in einem beliebig wählbaren und durch das Steuergerät 22 zu übermittelnden Takt ergibt sich in der Sekundärwicklung 15 des Schweisstransformators ein Schweissstrom entsprechender Frequenz. Ist die Schwei ssung beendigt, so werden alle sechs elektri schen Ventile bzw. Röhren 16, 7.7, 18 und 16 ', 17', 18' gesperrt.
Es besteht die Möglichkeit, die Sekundär spannung des Schweisstransformators und damit auch den Schweissstrom selbst durch mehr oder weniger grosse Aussteuerung der elektrischen Ventile in bestimmten Grenzen zu variieren.
Die beiden in Zickzack gestalteten Teile der Sekundärwicklung des Drehstrom-Hilfs transformators könnten auch durch eine ein zige, in Sechsphasen-Gabelschaltung geschal tete Sekundärwicklung ersetzt sein.
In Fig. 2 sind mit R, S und T wiederum die Leiter eines Drehstromnetzes bezeichnet, an welche mittels der Stufenschalter 23, 2-1 und 25 die drei Stränge 26, 27 und 28 der in Stern geschalteten Primärwicklung eines Drehstrom-Hilfstransformators, dessen Kern mit 29 bezeichnet ist, angeschlossen sind. Die drei Stränge der in Zickzack geschalteten Se kundärwicklung dieses Drehstrom-Hilfstrans formators sind mit 30, 31 und 32 bezeichnet, und ihr 0-Punkt ist durch einen Leiter 33 mit dem einen Ende der Primärwicklung 34 eines Schweisstransformators, dessen Kern mit 35 und dessen Sekundärwicklung mit 36 bezeichnet ist, verbunden.
An jedem der Stränge 30, 31 und 32 der Sekundärwicklung des Drehstrom-Hilfstransformators ist ein Leiter<I>r,</I> s bzw.<I>t</I> angeschlossen. Diese Leiter <I>r,</I> s und<I>t</I> teilen sieh je in zwei Zweige<I>r'</I> und 9'", S' und S" sowie t' lind t". Sechs im Ge gentakt wirkende elektrische Ventile, im dar gestellten Falle die Röhren 38, 39, 40, 41, 42 und 43, sind einerseits je an einem der Zweige T', <I>Y",</I> S', S",
t' und t" und anderseits an einen gemeinsamen Leiter 37 angeschlossen und durch diesen mit dein andern Ende der Primärwicklung 34 des Schweisstransforma- tors verbunden. Die sperrenden Organe 44, 45, 46, 47, 48 und 49 der Röhren 38-43 wer den durch ein Steuergerät 50 gesteuert. Durch die elektrischen Ventile bzw. Röhren 38, 40 und 42 kann der Strom nur in der einen und durch die elektrischen Ventile 39, 41 rund 43 nur in der andern Richtung flie ssen, d. h. diese elektrischen Ventile sind im Gegentakt geschaltet. Ausserdem sind aber alle Röhren für den Stromdurchgang in beiden Richtungen sperrbar.
Die Wirkungsweise dieser Dreiphasen- Lastausgl.eich- und -Steuereinrichtung ent spricht genau derjenigen des in Fig. 1 darge stellten., vorbeschriebenen Ausführungsbei spiels. Die Sekundärwicklung- des Drehstrom- Hilfstransformators wird jedoch in diesem Falle einfacher, und die Primärwicklung des Schweisstransformators besitzt lediglich zwei Anschlüsse, so dass sich also dieser Schweiss transformator von einem normalen Schweiss transformator nicht mehr unterscheidet.
In Fig. 3 sind mit R, S und T ebenfalls die Leiter eines Drehstromnetzes bezeichnet, an welche die drei Stränge 51, 52 und 53 der in Stern. geschalteten Primärwicklung eines Drehstrom-Hilfstransformators angeschlossen sind. Die drei Stränge der in Zickzack ge schalteten Sekundärwicklung dieses Dreh strom-Hilfstransforinators sind mit 54, 55 und 56 bezeichnet, und ihr 0-Punkt ist durch einen Leiter 57 zeit dem einen Ende der Pri- niärwicklung 58 eines Schweisstransformators, dessen Kern mit 59 und dessen Sekundär wicklung mit 60 bezeichnet ist, verbunden.
An jeden der Stränge 54, 55 und 56 der Se kundärwicklung- des Drehstrom-Hilfstrans formators ist ein Leiter r, s bzw. t ange schlossen, und diese Leiter teilen sich in die Zweige<I>Y'</I> lind r", S' und S" bzw. t' lind<I>t".</I>
Sechs im Gegentakt wirkende, zündstift- gesteuerte Einanodenventile 61, 62, 63, 64, 65 und 66 sind einerseits je an einen der Zweige <I>I'',</I> r", S', S", l' lind<I>t"</I> leid anderseits an einen gemeinsamen Leiter 67 angeschlossen und durch diesen letzteren mit dem. andern Ende der Primärwicklung 58 des Schweisstransfor- mators verbunden. Die Zündstifte der Ein anodenventile 61-66 werden je durch eine Gitterröhre 68, 69, 70, 71, 72 bzw. 73 ge steuert.
Durch die Einanodenventile 61, 63 und 65 kann der Strom -nur in der einen und durch die Einanodenventile 62, 64 und 66 nur in der andern Richtung fliessen. Alle Einanodenventile 6l-66 sind aber für den Stromdurchgang in beiden Richtungen sperrbar.
An das Drehstromnetz R, S, <I>T</I> ist ein Synchronmotor 74 angeschlossen, welcher eine Welle 75 mit 300 T/min antreibt. Auf dieser Welle 75 sitzen die umlaufenden Bürsten zweier Kollektoren 76 und 77, welche je drei Lamellen 76a, 76b, 76c und 77a, 77b, 77c auf weisen. Diese sechs Lamellen sind gemeinsam mittels eines Hebels 78 um etwa 60 verstell bar.
Auf der Welle 75 sitzt ferner eine Schnecke 79, welche mit einem Schneckenrad 80 im Eingriff steht, auf dessen Welle 81 die umlaufende Bürste eines dritten Kollektors 82 sitzt. Die Lamellen dieses Kollektors 82 sind abwechslungsweise mit den umlaufenden Bürsten der Kollektoren 76 und 77 ver bunden. Die Lamellen 76a, 76b, 76c und 77a, 77b, 77o sind je mit dem einen Ende der Pri- märwicklung eines Isoliertransformators 83, 84, 85, 86, 87 bzw. 88 verbunden, deren an dere Enden mit dem negativen Pol einer Gleichstromquelle x verbunden sind.
Die Se- krmdärwicklungen dieser Isoliertransforma- toren 83-88 sind über negative Vorspan nungen je mit dem Gitter einer der die Ein anodenventile 61-66 steuernden Gitter röhren 68-73 verbunden.
Über einen Betätigungsschalter 89 wird die umlaufende Bürste des Kollektors 82 an den positiven Pol des Gleichstromnetzes x gelegt. Über diesen Kollektor 82 kommt<B>im</B> Rhythmus der gewünschten Schweissfrequenz positive Spannung auf je eine der umlau fenden Bürsten der Kollektoren 76 oder 77. Läuft nun z. B. die Bürste des Kollektors 76 auf dessen Lamelle 76a auf, so wird die Pri märwicklung des Isoliertransformators 83 kurzzeitig an positive Spannring gelegt.
Die- sei Impuls tritt ebenfalls in der Sekundär wicklung dieses Isoliertransformators 83 auf, und er ist so gross, dass das Gitter der Gitter röhre 68 positiv wird und diese Gitterröhre zündet, welche nun ihrerseits das Einanoden ventil 61 zündet. Der eigentliche Primär strom fliesst nun über den Strang 54, die Leiter r und r', das Einanodenventil 61, den Leiter 67 durch die Primärwicklung 58 des Schweisstransformators und über den Leiter 57 in den 0-Punkt der Sekundärwicklung des Drehstrom-Hilfstransformators zurück. Nach Drehung der Welle 75 um 120 läuft die Bürste des Kollektors 76 auf dessen Lamelle 76b auf, was einen analogen Spannungsim puls über den Isoliertransformator 85 auf das Gitter der Gitterröhre 70 zur Folge hat.
Dies bewirkt, dass das Einanodenventil 63 zündet und das Einanodenventil 61 ablöst. Nach einer weiteren Drehung der Welle 75 um weitere 120 wird auf gleiche Weise das Einanodenventil 65 gezündet. Die Lamellen zahl des Kollektors 82 und die Drehzahl von dessen innlaufender Bürste sind so gewählt, dass nach einer Drehung der Welle 75 um 3600 die umlaufende Bürste des Kollektors 82 eine Lamelle dieses letzteren abgeschritten hat und nun auf dessen nächste Lamelle aufläuft, welche mit der umlaufenden Bürste des Kol lektors 77 verbunden ist.
Bei der -Weiterdre hung der Welle 75 läuft nun die umlaufende Bürste des Kollektors 77 zuerst auf dessen Lamelle<B>77e,</B> auf, was bewirkt, dass der Isolier- transformator 88 einen positiven Spannungs impuls erhält und zur Folge hat, dass über die Gitterröhre 73 das Einanodenventil 66 gezün det wird. Der Hauptstrom fliesst nun in um gekehrter Richtung vom 0-Punkt der Sekun därwicklung des Drehstrom-Hilfstransforma tors über den Leiter 57, die Primärwicklung 58 des Schweisstransformators, den Leiter 67, das Einanodenventil 66, die Leiter t'' und t und den Strang 56 des Drehstrom-Hilfstrans- formators zu dessen 0-Punkt zurück.
Nach weiteren Drehringen der Welle 75 um je 1200 werden nacheinander die Einanodenventile 64 und 62 gezündet. Erlischt, nachdem in dieser Weise die Einanodenventile 61, 63, 65, 66, 64, 62 in dieser Reihenfolge sich ablösend gezün det haben, das letzte Einanodenventil 62, so ist eine Periode der Schweissfrequenz abgelaufen und der Vorgang wiederholt sich. Die in der beschriebenen Weise erhaltene Frequenz be trägt etwa 27. Hz. Durch andere geeignete Wahl der Lamellenzahl des Kollektors 82 und des Übersetzungsverhältnisses zwischen der Schnecke 79 und dem Schneckenrad 80 kann dem Schweisstransformator auch eine andere Frequenz gegeben werden.
Durch Verschie bung der Lamellen 76a,<I>76b, 76c, 77a,</I> 77b und 77c der Kollektoren 76 und 77 mittels des He bels 78 wird die Phasenlage der Steuerimpulse verändert, und es kann damit eine stufenlose Spannungs- bzw. Stromregulierung erzielt werden.