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Querfeldgleichstrommaschine.
Die Erfindung betrifft Querfeldgleichstrommaschinen, z. B. Querfeldschweissgeneratoren nach dem bekannten Schaltbild Fig. 1. Bei solchen entsteht eine mit zunehmendem Arbeitsstrom steil ab- fallende Belastungscharakteristik nach Fig. 2 dadurch, dass das Ankerfeld des Arbeitsstromes dem von den Ständerpolen aus erregten Felde entgegenwirkt. Das resultierende Längsfeld (Hauptfeld) der Maschine induziert einen ihm proportionalen Kurzsehlussstrom über kurzgeschlossene Hilfsbürsten, der seinerseits das Querfeld erregt, das die Klemmenspannung an den Arbeitsbürsten induziert.
Hiebei ist das Feld im Polsehenkel, der mit zunehmendem Strom stark gesättigt wird, begrenzt, das fiktive Ankerfeld hingegen, das sich hauptsächlich durch Luft schliesst, kann mit anwachsendem Arbeitsstrom linear ansteigen.
Daher nimmt das tatsächlich vorhandene Differenzfeld, das den Maschinenluftspalt zwischen den kurzgeschlossenen Querfeldbürsten überbrückt, mit zunehmendem Strom im Arbeitsbereich A-B (Fig. 2) sehr rasch ab.
Um verschiedene Belastungscharakteristiken nach Fig. 3 zu erhalten, hat man bisher entweder mit Reglern im Nebenschluss zur Polerregung das Übersetzungsverhältnis zwischen Erreger- und Ankeramperewindungen oder mit sogenannten Regulierpolen den magnetischen Querschnitt im Polschenkel oder durch verstellbare Eisenteile das Ständerstreufeld in der neutralen Zone verändert.
Solche Regelmassnahmen erzeugen verschiedene Längsfeldeharakteristiken nach Fig. 4, wobei bei gleichem
Amperewindungsaufwand A W1 Längsfelder von verschiedener Grösse erregt werden können.
Nach der Erfindung ist ein ausserhalb der neutralen Ständerzone liegender Teil des wirklich vorhandenen, von den Ankeramperewindungen erregten Feldpfades durch Änderung der Länge des in Luft verlaufenden Feldpfades, also mittels eines oder mehrerer Luftspalte von verstellbarer Weite regelbar.
Die Regelung vollzieht sich hiebei unter wesentlicher Änderung der Ankerfeldcharakteristik im Sinne einer Verbesserung des Schweissvorganges bei kleinen Kurzschlussstromstärken, was mit Regelpolen oder durch die bekannte Art der Regelung des Streufeldes in der neutralen Ständerzone praktisch nicht möglich ist.
Die verschiedenen Charakteristiken der Querfeldbürstenspannung Eq, die aus der Differenzwirkung von fiktivem Ankerfeld Fa (s. Fig. 5) und fiktivem Ständerfeld Fm entstehen, kommen bei bekannten Maschinen mit Regelpol ihrem Wesen nach dadurch zustande, dass das Ankerfeld Fa ungeändert bleibt, das Ständerfeld hingegen je nach der Änderung des Querschnittes auf die Länge des Sättigungsweges sich früher oder später vom geraden Teil der Luftcharakteristik abbiegt. In den Schnittpunkten S, < S* , usw. der Ankerfeld-und Ständerfeldcharakteristiken herrscht die Querfeldspannung Null ; bei widerstandsloser Maschine wäre dieser Schnittpunkt zugleich der Kurzschlusspunkt für den Schweissstrom.
Fig. 5 zeigt, dass von den Kurzsehlusspunkten 8 an die Querfeldspannung rasch auf einen Höchstwert ansteigt und gegen den Ursprung der Charakteristiken wieder auf Null abfällt. Je rascher der Anstieg der Querfeldspannung vom Kurzschlusspunkt aus erfolgt, um so steilere Sehweisscharakteristiken erhält man. Je steiler aber die Schweisscharakteristik ist, um so weniger Schulung ist für das Schweissen notwendig. Die Erfindung strebt daher möglichst steile Sehweisscharakteristiken an.
Bei der Querfeldmaschine nach der Erfindung ist beispielsweise nach Fig. 8-11 ein Raum für den zu regelnden wirklichen Ankerfeldpfad mit parallelem Kraftlinienverlauf zwischen zwei Niveau- flächen geschaffen. Nähert man diese Flächen einander, so wird sich wegen der damit verbundenen Luftwegänderung auch die Neigung der Charakteristik des fiktiven Ankerfeldes (Fig. 6) stark ändern.
Da aber der wesentliche Widerstand des Feldpfades im Luftspalt liegt, bleibt die Charakteristik eine
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zugeordnet. Aus der Differenz beider Charakteristiken ergeben sich die Querfeldspannungen. Ein Vergleich (Fig. 7) zeigt, dass man den neuen Kurzschlusspunkt 8'1 bei der Regelung mit veränderlichem Luftspalt des Ankerfeldes mit geringerer Polschenkelsättigung erreicht als den Kurzschlusspunkt S1 bei Regelung mit veränderlichem Querschnitt des Ständerfeldes. Man erreicht daher unter einem den weiteren Vorteil, dass auf den meisten Regelstufen ein geringerer Aufwand von Erregeramperewindungen notwendig ist.
Da des weiteren der Winkel a'l kleiner ist als der Winkel al, ist der Spannungsanstieg im Kurzschlusspunkt an den Querfeldbürsten nach der neuen Regelungsart steiler, bei geeigneter Bemessung der Querfeldcharakteristik daher auch die Schweisseharakteristik günstiger.
Eine Regelungsanordnung, bei der nicht nur die Charakteristik des fiktiven Ständerfeldes, sondern auch die des fiktiven Ankerfeldes geändert wird, ist bereits bekannt. Bei dieser bekannten Anordnung erfolgt aber die Regelung in der neutralen Ständerzone durch Eisenbrücken, deren vom Fluss durchströmter Querschnitt veränderbar ist, es ist also dabei ein geradliniger Verlauf der Charakteristiken des fiktiven Ankerfeldes nicht gesichert. Sind aber diese Charakteristiken gekrümmt, dann ist die bei geraden Charakteristiken im Sinne der Erfindung mögliche Vergrösserung des Schnittwinkels nicht oder nur in wesentlich geringerem Mass erreichbar.
Bei Anordnung nur einer Erregerwicklung je Pol kann das Ankerfeld mittels seitlicher verstellbarer Eisenstege a nach Fig. 8 geändert werden. Zu baulich einfacher und magnetisch symmetrischer Anordnung gelangt man, wenn der Ständerpol nach Fig. 9 mehrschenkelig ist und zwischen den Schenkeln
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ordnet. Wird der Steg adern Poljoch genähert, so vergrössert sich das Ankerfeld, berührt er das die Polschenkel verbindende Querfeldjoch, so ist der Pol praktisch magnetisch kurzgeschlossen.
Um auch für die Einstellung kleiner Arbeitsströme einen genügend grossen Verstellweg des Steges a zu erhalten, ist es vorteilhaft, dem Querfeldjoch nach lfig. 10 und 11 stirnseitig magnetisch wirksame Ansätze b zu geben, die über den Querfeldjochrücken hinausragen, wie besonders der Seitenriss Fig. 11 zeigt. Wenn man die Erregerwicklungen und Regeleinrichtungen nur auf einem Teil der Pole, also nur auf den Südpolen oder nur auf den Nordpolen, anbringt (Fig. 10,11), kann die Regeleinrichtung ohne Vergrösserung der Gesamtabmessungen der Maschine leicht untergebracht werden.
Es ist an sich bei zweipoligen Maschinen bekannt, Regelpole zur Änderung des Hauptfeldes der Maschine nur an einem Pol anzubringen und den andern unbewickelt und ungeregelt zu lassen. Dies geschieht aber dort nur zu dem Zweck, die Gesamtstreuung der Maschine zu erhöhen und ihre Charakteristik stabiler zu machen. Bei Maschinen mit mehrschenkeligen Ständerpolen und einer Regeleinrichtung im Sinne der Erfindung ergibt sich dagegen eine wesentliche Vereinfachung und Gewichtsersparung.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Querfeldgleichstrommaschine, dadurch gekennzeichnet, dass ein ausserhalb der neutralen Ständerzone liegender Teil des von den Ankeramperewindungen erregten, vom wirklich auftretenden Ankerfeld durchströmten Feldpfades durch Veränderung eines oder mehrerer Luftspalte von verstellbarer Weite regelbar ist.