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Einphasenwechselstronnschweißanlage für Lichtbogen- und Widerstand'sschweißung
Dlie elektrische Wechselsiromlichtbogenschweißung besitzt bekanntlich gegenüber
der Gleichstromlichtbogenschweißung den Nachteil, daß es schwierig ist, den Lichtbogen
über den Nulldurchgang des Stroms hinweg, aufrechtzuerhalten. Man ist daher gezwungen,
die Schweißung beispielsweise mit umhülltem Draht vorzunehmen, um auf diese Weise
durch Thermoionisation den Lichtbogen auch beim Nulldurchgang des Stroms aufrechtzuerhalten.
Ferner hat die elektrische Wechselstromlichtbogenschweißung den Nachteil, daß der
Leistungsfaktor des Wechselstromlichtbogenschwei.ßtransformators niedrig ist. Er
beträgt beispielsweise o,2 bis 0,3.
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Zur Lieferung des Schweißstroms, insbesondere zur Speisung des Wechselstromlichtbogens,
kann nun ein ruhender Frequenzwandler verwendet werden. In diesem Falle ist es dann
möglich, dem Strom des Wechselstromlichtbogens eine derartige Frequenz zu geben,
daß ein Erlöschen des pLichtbogens während des Nulldurchgangs des Stroms nicht `eintreten
kann.
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Ruhende Frequenzwandler sind an sich zwar in mehreren Ausführungsformen
bekannt. Es sind ferner bereits zahlreiche Vorschläge bekannt, diese ruhenden Frequenzwandler
zur Speisung von elektrischen Maschinen und Geräten mit Strom höherer Frequenz auf
mancherlei Anwendungsgebieten zu verwenden. In allen bisher bekannten Anwendungsfällen
blieb es aber bei den Vorschlägen bzw. Versuchen. Der tatsächlichen praktischen
Verwertung der ruhenden Frequenzwandler stand stets der verhältnismäßig schlechte
Leistungsfaktor entgegen. Im Gegensatz zu den bekannten Anwendungsfällen spielt
im vorliegenden Falle der verhältnismäßig geringe Leistungsfaktor der ruhenden Frequenzwandler
keine Rolle, da die bisher bei - der Wechselstromlichtbogenschweißung verwendeten
Wechselstromlic$tbogenschweißtransformatoren, wie bereits oben erwähnt, einen viel
schlechteren Leistungsfaktor besitzen. Dier ruhende Frequenzwandler wirddaher den
Leistungsfaktor gegenüber den bekannten Anordnungen nicht verschlechtern, sondern
sogar beträchtlich, beispielsweise auf etwa o,6, verbessern. Außerdem wird das Netz
symmetrisch durch die Schweißanlage belastet. Auch die Kennlinie der ruhenden Frequenzwandler
eignet sich sehr gut für Schweißzwecke. Die Zündspannung ist niedrig, und die Stromstöße
sind gering.
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Der ruhende Frequenzwandler muß auch dem Schweißumformer und den Röhrenschaltungen
vorgezogen werden. Die Belastung
des Dreiphasennetzes ist bei einem
Schweißumformer zwar genau so symmetrisch wie bei dem ruhenden Frequenzwandler;
der Aufwand bezüglich Wartung und Pflege ist je-
doch wie wie bei allen rotierenden
Maschinen bedeutend größer. Die Verwendung einer Röhrenschaltung ist wegen der Röhrenersatzkosten
nicht vorteilhaft. Man pflegt mit einer Lebensdauer der Röhren von iooo Stunden
oder 4.o Tagen zu rechnen; das bedeutet bei achtstündigem Betrieb pro Tag eine Lebensdauer
von 12o Tagen oder rund dreimaligem Röhrenwechsel in jedem Betriebsjahr.
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Erfindungsgemäß wird nun eine Verbesserung an dem ruhenden Frequenzwandler
dadurch erzielt, daß in denn Schweißstromkreis in Reihe oder parallel zum Lichtbogen
Kondensatoren, insbesondere Elektrolytkondensatoren, geschaltet werden. Bei Verwendung
von Reihenkondensatoren erhält man den Vorteil, daß der Lichtbogen fast nicht mehr
auszulöschen ist, und der Schweißstrom verstärkt wird. Sofern es erwünscht ist,
kann auch noch eine Hilfswicklung im Transformator vorgesehen werden, um die Kondensatoren
an eine für sie wirtschaftliche Spannung legen zu können. -Die Erfindung ist in
der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht, und zwar gilt die gezeichnete
Schaltung für den Fall einer Kaskadenwandlung von 5o Hertz Drehstrom des Netzes
i in Einphasenstrom von 45o Hertz in einem aus drei Gruppen 2,.3 und 4 besehenden
Wandlersatz.
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Das Dreiphasensystem i wird zuerst durch die -40°- und +4o°-Schaltungen
der Wicklungen der Wandlergruppe z' und der Wicklungen der Wandlergruppe 4' der
ersten Stufe des Kaskadenwandlers in 'ein Neunphasensystem umgewandelt. Die Wicklungen
der zweiten Stufe des Kaskadenwandlers sind gruppenweise in Dreieck geschaltet.
Durch die Anordnung der drei Dreieckgruppen 2", 3" und 4" wird das Fließen der dritten
Harmonischen im Magnetisierungsstrom erreicht und damit höhere Sättigungen und ein
besserer Wirkungsgrad erzielt. Die Dreieckgruppen 2", 3" -und 4" haben einen gemeinsamen
Sternpunkt. Ferner ist mit Hilfe der Kondensatoren 5, 6 und 7, welche den Zweck
haben, den Kurzschlußstrom der dritten Harmonischen durch eine Resonanzschaltung
zu verstärken, ein künstlicher Nullpunkt gebildet. Mit diesem künstlichen Nullpunkt
und dem Sternpunkt-der D:reieckgrup:pen'2", 3"- und 4" ist die Elektrode 8 bzw.
das Schweißgut 9 verbunden.
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Um die Wicklungen der ersten Stufe des Kaskadenwandlers und damit
das Netz i von den etwa vorhandenen Blindströmen zu entlasten, ist noch ein Kondensator
io zu der Schweißstelle parallel geschaltet.
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Ähnliche Schaltungen lassen sich auch für andere Übersetzungsverhältnisse
der Wandler, wie beispielsweise 1 .5, angeben. Grundsätzlich bieten solche Schaltungen
jedoch nichts wesentlich Neues, so daß ein näheres Eingehen auf diese Schaltungen
sich erübrigt.
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Falls noch höhere Vielfache der Anfangsfrequenz gewünscht werden,
so ist dies durch Zusatz einer weiteren Wandlergruppe ohne weiteres möglich. Bei
der Kaskadenschaltung werden die Wandlersätze mit zunehmender Frequenz in den Abmessungen
kleiner, so daß sich ruhende Frequenzwandler der vorstehend beschriebenen Art auch
mit hohem ü bersetzungsverhältnis durchaus wirtschaftlich herstellen lassen. .
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In manchen Fällen wird es wahrscheinlich gar nicht erforderlich sein,
einen Kaskadenwandler zu verwenden. Es wird vielfach bereits genügen, einen einstufigen,
ruhenden Frequenzwandler zur Lieferung des Schweißstroms zu benutzen.
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Zum Schluß sei noch der nicht geringe Vorteil erwähnt, der darin besteht,
daß mit den angegebenen Schaltungen gleichzeitig eine Phasenzahlumformung, und zwar
von Mehrphasen- auf Einphasenstrom mit vorgenorn. men werden kann. Dies ist für
Schweißanlagen besonders wichtig, - da bei dem gewöhnlich vorhandenen Drehstromsystem
die einzelnen Schweißstellen symmetrisch auf die Phasen verteilt werden müssen.
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Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das veranschaulichte
Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann gewünschtenfalls der ruhende Frequenzwandler
auch noch mit einem Wechselstromlichtbogenschweißtransformator vereinigt sein, sofern
eine Transformierung der Netzspannung erforderlich ist. Ferner kann die Schaltung
natürlich in der bei Schweißtransformatoren üblichen Weise noch beispielsweise durch
Relais o. dgl. ergänzt werden.
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Die Erfindung ist auch nicht nur auf Wechselstromlichtbogenschweißung
beschränkt, sondern kann in gleicher Weise mit Vorteil bei der Widerstandsschweißung,
insbesondere wenn es auf hohe Schweißgeschwindigkeit ankommt, verwendet -werden.