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Verfahren zum Betriebe eines mehrpoligen Weehselstromgenerators der Gleichpoltype zum Speisen mehrerer voneinander unabhängiger Stromkreise.
Es ist bekannt. mehrere voneinander unabhängige Stromkreise durch ein und denselben Wechselstromgenerator zu speisen. Der Wechselstromgenerator wurde zu diesem Zwecke mit mehreren Wicklungen ausgerüstet, die gleichmässig über den Umfang des Generators verteilt waren. Bei mehrpoligen Generatoren konnten zu benachbarten Gruppen von nebeneinanderliegenden Polen gehörige Wicklungen zum Speisen der verschiedenen Stromkreise benutzt werden. Um bei verschiedenartiger Belastung der einzelnen Stromzweig am Maschinenumfang magnetische Unsymmetrieen zu verhindern, die den Lauf der Maschine beunruhigende Exzenterkräfte hervorrufen, können die einzelnen Stromkreise je aus zwei diametral zueinander liegenden Spulen der Arbeitswicklung gespeist werden. Die einen Stromkreis speisenden Spulen können dabei entweder in Reihe oder parallel geschaltet werden.
Werden nun einzelne Stromkreise nicht benutzt, so entsteht die Gefahr, dass an ihnen Spannungen auftreten, die den mit der Maschine Arbeitenden gefährden können. Dieser Nachteil wird durch die Erfindung dadurch behoben, dass nichtbelastete Zweige der Arbeitswicklung kurzgeschlossen werden.
Durch den Kurzschluss werden die belasteten Zweige nicht schädlich beeinflusst. Im Gegenteil, es ergibt sich noch der Vorteil, dass die durch offene Kreise hervorgerufene unerwünschte Vergrösserung der Streureaktanz wegfällt, die eine erhöhte Spannung erfordert und damit grössere Verluste verursacht.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht. Diese zeigt die induzierte Wicklung eines Generators, die aus mehreren nebeneinanderliegenden Spulen 1 bis 12 besteht.
Ferner zeigt sie zwei Stromkreise 1 3 und 14, die aus einem Teil der Spulen gespeist werden, der erste aus den Spulen 1 und 7, der zweite aus den Spulen 2 und 8. Die zu einem Kreis gehörigen Spulen sind in diesem Falle parallel geschaltet. Ausserdem liegen sie diametral einander gegenüber. Die beiden Stromkreise speisen Schweissstellen. 15 und 16, von denen die Stelle 15 in Betrieb ist, während die Stelle 16 ausser Betrieb ist. In den beiden Kreisen sind ferner Kurzschlusssehalter 17 und 18 vorgesehen, von denen der Schalter 17 offen ist, während der Schalter 18 geschlossen ist und damit den an der Schweissstelle 16 offenen Kreis 14 kurzschliesst.
Bei Mittel-und Hochfrequenzmaschinen sind die Kurzsehlussströme in den kurzgeschlossenen Zweigen bei der hohen Streuung, die bei derartigen Maschinen vorliegen, verhältnismässig gering, so dass die Verluste nicht wesentlich grösser sind als bei offenen Zweigen, die Ausnutzung der Maschine im ganzen aber verbessert wird. Soweit hiebei mehrere Zweige unabhängig voneinander belastet werden, ist durch die gleichbleibende Erregung nicht die Möglichkeit gegeben, durch Änderung der Erregung die einzelnen Zweige an die zugehörigen Belastungsverhältnisse anzupassen. Diese Anpassung kann nach der Erfindung in der Weise erreicht werden, dass zu dem zu regelnden Zweig regelbare Widerstände in Reihe geschaltet werden.
Diese Widerstände können Ohmsche Widerstände oder auch Scheinwiderstände, Induktivitäten oder Kapazitäten sein. Die Anwendung von Schein widerständen bietet hier den Vorteil einer verlustlosen Regelung. Die Widerstände können auch parallel zu dem Verbraucher an den Zweig gelegt werden. Eine derartige Regulierung kann hiebei je nach Bedarf bei jedem einzelnen der unabhängig voneinander arbeitenden Zweige erfolgen ; wenn mehrere Zweige zueinander parallel geschaltet sind, auch für diese gemeinsam.
Eine derartige verschiedenartige Belastung hat eine gegenseitige Beeinflussung der einzelnen Arb ? itszweige zur Folge, die unter Umständen die Arbeitsbedingungen unerwünscht beeinträchtigen
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könnten. Dieser Nachteil lässt sich dadurch vermeiden, dass zwischen einzelnen Zweigen im magnetischen Kreis, beispielsweise im Ständerblech, Trennuten angeordnet werden, die ein Übertreten des Streuflusses in die Eisenwege von Nachbarzweigen unterbinden.
Jeder einzelne Zweig kann aus einer oder auch aus mehreren Spulen bzw. Spulengruppen bestehen. Die einzelnen Zweige können unter Umständen auch verschiedenen, der bei der Maschine der Gleichpoltype axial nebeneinanderliegenden Blechpaketen (Nutenkränzen) zugehören. Bei der Auswahl der einzelnen kurzzuschliessenden Zweige wird mit besonderem Vorteil auf die Lage dieser Zweige hinsichtlich der belasteten Zweige in der Maschine Rücksicht genommen, da die Verminderung der Streureaktanz um so wirksamer ist, je näher der kurzgeschlossene Zweig an dem belasteten Zweig liegt. Bei Maschinen mit den vorerwähnten Trennuten wird es vor allem wesentlich sein, dass zwischen zwei in dieser Weise zusammenarbeitenden Zweigen keine Trennuten liegen.
Wenn einer oder einzelne der Zweige über einen entsprechend abgestimmten Kondensator geschlossen werden, so tritt durch diesen Kreis eine Selbsterregung der Maschine ein, so dass unter Umständen auf die Fremderregung durch die zwischen den einzelnen Nuten bzw. Polkränzen angeordneten Ringwicklungen verzichtet werden kann. Eine wesentliche weitere Vereinfachung kann in diesem Fall dadurch erreicht werden, dass die Maschine lediglich mit einem Pol-und einem Nutenlaanz ausgeführt wird, wodurch also der Materialaufwand für die magnetische Verbindung der beiden parallel liegenden Kränze vermieden wird und die axiale Ausladung der Maschine geringer gehalten werden kann. Die Selbsterregung wird hiebei durch die Remanenz, die bei der Ausführung mit Gussstahlteilen verhältnismässig hoch ist, eingeleitet.
Unter Umständen kann die Remanenz durch eine vorübergehende Gleichstromerregung eines Wickelteiles verstärkt werden. Die Eigenerregung beruht hiebei im wesentlichen auf denselben Erscheinungen wie bei den Reaktionsmaschinen. Eine besondere eigentümliche Arbeitscharakteristik kann weiter dadurch erreicht werden, dass einzelne Zweige untereinander in Reihe geschaltet werden, wobei zwischen diese beiden der Belastungskreis gelegt wird.
Ein Ausführungsbeispiel für eine Maschine mit fünf Zweigen ist in Fig. 2 der Zeichnung dargestellt.
Hiebei sind die Zweige 21, ?, , 23 und 24 zueinander parallel und mit dem Zweig 26 in Reihe geschaltet, wobei zwischen diesen beiden Zweigen die Belastung 25 eingeschaltet ist. Wenn hiebei zunächst an der Belastung kurzgeschlossen wird, so ist damit erreicht, dass in dem Kreis 25 ein Kurzschlussstrom fliesst.
Bei einer Unterbrechung dieses Kurzschlusses kann infolge der magnetischen Trägheit das Feld sich nur verhältnismässig langsam ändern, so dass die Spannung auch nach dem Abschalten des Kurzschlusses noch kurze Zeit dem Kurzschlussstrom äquivalent bleibt. Bei Unterbrechung der Belastung ist ein Anstieg der Spannung dadurch verhindert, dass die Wicklungsgruppen in Reihe geschaltet und dadurch stromdurchflossen bleiben, so dass die Spannung durch den Spannungsabfall gering gehalten wird. Bei Belastung wirkt der Zweig 25 wie ein kurzgeschlossener Zweig und verringert dadurch die Streureaktanz für die parallel arbeitenden Zweige 21 bis 24, so dass die Arbeitsspannung dadurch hochgehalten wird.
Eine derartige Charakteristik macht die Maschine ganz besonders für eine Lichtbogenschweissung geeignet, da einerseits anschliessend an den Kurzschluss mit der Elektrode, wie oben erläutert, infolge der magnetischen Trägheit die für die Zündung des Wechselstromlichtbogens erforderliche verhältnismässig hohe Zündspannung erzeugt wird, während bei einer Unterbrechung des Schweissvorganges zwischen den Elektroden nur eine verhältnismässig niedrige Spannung besteht. Es kann hiebei die Unterteilung der einzelnen Zweige auch anders getroffen sein, so können beispielsweise die drei parallel geschalteten Zweige 21, 22 und 23 mit den zueinander parallel geschalteten Zweigen 24 und 26 in Reihe geschaltet werden oder es kann auch einer der Zweige zum Zwecke der Selbsterregung über einen Kondensator geschlossen werden.
Unter Umständen kann es auch vorteilhaft sein, einen Kondensator in den Kreis der als Kompensation verwendeten Zweige, also beispielsweise des Zweiges 26 nach der Figur, einzuschalten, wodurch dieser Kreis ausserdem auch selbsterregend wirkt. Durch die Einschaltung von Scheinwiderständen in den Belastungskreis kann hiebei auch eine Feinregelung der Belastung erreicht werden.
Bei Maschinen mit mehreren axial nebeneinander angeordneten Kränzen bzw. Blechpaketen können die Wicklungszweige jedes Paketes für sich etwa in der in Fig. 2 gekennzeichneten Schaltung angeordnet werden und hiebei auch untereinander parallel geschaltet werden. Auf diese Weise ist es möglich, auch eine grössere Anzahl von Verbrauchern, also z. B. mehrere Schweissstellen, von ein und derselben Maschine aus. zu speisen. Bei Maschinen mit einer grösseren Zweigzahl entsteht bei der Verwendung eines Zweiges zur Selbsterregung der Maschine eine unsymmetrische Erregung der einzelnen Zweige, derzufolge die Spannungen an den Zweigen verschieden abgestimmt sind.
Eine derartige abgestufte Spannung kann in manchen Fällen mit grossem Vorteil angewendet werden, so beispielsweise für die Speisung von Induktionsöfen, bei denen den weiter unten gelagerten Spulen eine grössere Energie zugeführt werden soll als den oben liegenden Spulen. Es werden also die unteren Spulen an die Zweige der höchsten Spannungen, die obersten Spulen an die niedrigsten Spannungen angeschlossen.
Bei der Bemessung der Kondensatoren für die Selbsterregung ist hiebei darauf Wert zu legen, dass die elektrische Eigenfrequenz des derart gebildeten Schwingungskreises ausserhalb des betriebsmässig durchlaufenen Drehzahlbereiches liegt, da andernfalls die Gefahr eintritt, dass bei einem Zusammenfallen der Eigen-
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frequenzen nur die Ohmschen Widerstände wirksam werden und dadurch eine unzulässige Überlastung der Wicklungen eintritt. Die räumliche Anordnung der Zweige in einer derartigen Maschine ist in Fig. 3 zu sehen. Hierin ist mit 27 das Joch, mit 28 das Blechpaket bezeichnet, in dessen Nuten 29 die einzelnen Spulen 30 untergebracht sind.
Mit 31 sind die Trennuten angedeutet, die, wie oben erwähnt, unter Umständen einzelne Abschnitte des Ständerblechpakets magnetisch voneinander trennen können.. 32 stellt den Läufer mit ausgeprägten Polen 33 dar. Die einzelnen Zweige 21 bis 25 bestehen hiebei aus zwei parallel oder hintereinander geschalteten Spulenpaaren.
Die Anwendung des Erfindungsgedankens ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, insbesondere ist hinsichtlich der Zahl der einzelnen Zweige, deren gegenseitiger Gruppierung
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Weise viele Schweissvorgänge, wie beispielsweise das Auffüllen von Spalten zwischen verhältnismässig tiefen Teilen, die bisher nicht durchführbar war, ohne Schwierigkeit ausgeführt werden. Eine besonders günstige Einrichtung zum Parallelschalten und Kurzschliessen der Wicklungszweige ergibt sich, wenn sämtliche Wicklungszweige einander und mit einer Kurzschlussleitung parallel geschaltet und mit sämtlichen Enden je einer Seite aller dieser einander parallel geschalteten Zweige mit den beiden Polen der Schweissstelle verbunden werden.
Ferner werden auf einer Seite zwischen den Enden der einzelnen Zweige sowie dem letzten Zweig und der Kurzschlussleitung Schalter angeordnet. Diese Schalter werden beim Schalten nacheinander unter jeweiligem Offenbleiben eines Schalters in zyklischem Wechsel geschlossen.
Diese Schaltung ist in einem Ausführungsbeispiel in Fig. 4 der Zeichnung veranschaulicht. Wie ersichtlich, sind die Wicklungszweige 1, 2, 3, 4 und 5 der Maschine einander und einer Kurzschlussleitung 46 parallel geschaltet. Die Enden sämtlicher Teile sind durch Leitungen 47 und 48 mit den beiden Polen der Schweissstelle 49 verbunden. Zwischen den oberen Enden der Wicklungszweige sowie der Kurzschluss-
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Bei dieser Schaltung speist nur die Wicklung 1 die Schweissstelle, während die Wicklungen 2 bis 5 durch die Leitung 46 kurzgeschlossen sind. Die Fig. 5 bis 8 zeigen die zyklische Vertauschung der Schalter und deren Wirkung. So ist in Fig. 5 der Schalter 41 geöffnet, während die Schalter 40, 42, 43 und 44 geschlossen sind. Hier dienen die Wicklungen 1 und 2 zur Speisung der Sehweissstelle 49, und die Wicklungen 3, 4 und 5 sind kurzgeschlossen. Bei dem in den folgenden Figuren dargestellten Weiterschalten wird jedesmal wie schon in Fig. 5 der in der vorhergehenden Schaltung offene Schalter geschlossen und
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und zur Speisung der Schweissstelle dienen.
Die technische Ausführung der beschriebenen Schaltung ist in verschiedenen Ausführungsbeispielen in den folgenden Figuren veranschaulicht.
Fig. 9 zeigt eine Sehaltwalze 85 mit zwei Belägen 86 und 87, die stufenförmig ineinandergreifen
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Enden der Wicklungen 1. 2,. 3, 4 und 5 sowie der Kurzschlussleitung 46 geführt. Die andern Enden sind elektrisch leitend miteinander verbunden und durch die Leitung 48 an die Schweissstelle 49 gelegt. Die Leitung 47 führt von dem Kontakt 51 zu der Schweissstelle. In der Nullstellung sind sämtliche Windungen kurzgeschlossen. In den Stellungen I bis V werden die Windungen wie in Fig. 4 bis 8 angegeben geschaltet.
Ausser den beiden Belägen 86 und 87 ist auf die Schaltwalze zugleich noch ein abgestufter Belag 88 aufgebracht, der mit Kontaktfingern 61 bis 66 zusammenarbeitet. Dieser Teil der Schaltwalze dient zur Veränderung der Erregung innerhalb der einzelnen Schaltstufen, also zur Feinregelung der Spannung der Maschine und des Schweissstromes. Für diesen Zweck ist die Erregerwicklung 49 mit einem Ende an den Kontakt 61 gelegt, mit dem andern Ende an die Erregermaschine 50. Das andere Ende der Erregermaschine ist mit den in Reihe geschalteten Widerständen 71, 72 und 7. 3 verbunden, die ihrerseits mit den Kontakten 62 bis 66 der Reihe nach verbunden sind.
In dem Erregerkreis sind noch ein in Reihe geschalteter Justierwiderstand 66 und ein Parallelwiderstand 3"1 zum Schutze der Erregerwicklung vorgesehen.
In den Fig. 10 bis 14 ist ein Schalter mit Steckdosen und Steckern veranschaulicht. Die Steckdosen sind durch Kreise, die Stecker durch Striche angegeben. Durch die dargestellten Verbindungen werden die in Fig. 4 bis 8 angegebenen Schaltungen erreicht.
Ein drittes Beispiel für einen Schalter zeigt Fig. 15. Hier sind die durch Schalter voneinander getrennten Enden der Wicklungszweige sowie das zugehörige Ende des Kurzschlusszweiges zu festen Kontakten 71 bis 80 geführt, die paarweise im Kreise liegen. Die benachbarten Kontakte benachbarter Kontaktpaare sind leitend miteinander verbunden und werden sinngemäss an die Enden der Wicklungzweige 1 bis 5 und des Kurzschlusszweiges 46 sowie die Leitung 47'zur Schweissstelle angeschlossen. Den Kontaktpaaren gegenüber sind mit Ausnahme eines Paares Brücken 81, 82, 83 und 84 angeordnet, die die Form von Schleifkontakten haben und gemeinsam an dem Umfang einer Scheibe 85 sitzen, mit der sie durch das Handrad 86 im Kreise gedreht werden können.
Durch das Drehen werden die in Fig. 4
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bis 8 angegebenen Schaltungen hergestellt. Die in den Fig. 10 bis 14 dargestellte Steckerschaltung könnte auch in der in Fig. 15 dargestellten Kreisanordnung ausgeführt werden.
Auch bei den in den Fig. 10 bis 15 dargestellten Schaltern können Vorrichtungen für die bei der Beschreibung des in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispieles erwähnte Regelung der Erregung angebracht werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Betrieb eines mehrpoligen Wechselstromgenerators der Gleichpoltype zum Speisen mehrerer voneinander unabhängiger Stromkreise, dadurch gekennzeichnet, dass nichtbelastete Zweige der Arbeitswicklung kurzgeschlossen sind.