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QuerMdmaschine mit selbsttätig aussetzender Fremderregung.
Ein bedeutender Vorteil der hauptstromerregten Querfeldmaschine ist die mässige Spannung bei Leerlauf. Nach dem Buch"Die Gleichstrom-Querfeldmaschine"von Rosenberg, Berlin 1928,
Vorwort Seite III, Punkt 2, beträgt die Remanenzspannung bei Querfeldmaschinen ungefähr die
Hälfte der Höchstspannung. Querfeldmaschinen für Lichtbogenschweissung werden in der Regel so ausgelegt, dass die Kuppe der Stromspannungskennlinie bei ungefähr 80 Volt liegt. Die Leerlaufspannung ist dann in der Grössenordnung von 40 Volt, einer Spannung, die durchaus ungefährlich ist, so dass sie selbst bei Schweissarbeiten im Innern eines Kessels zulässig ist.
Die Querfeldmaschine mit reiner Reihenschlusserregung polt sich beim falschen Parallelschalten mit andern Maschinen um, weil Strom von der Maschine mit höherer in die mit geringerer Leerlaufspannung eintritt und die Maschine im verkehrten Sinn durchfliesst. Solche falsche Parallelschaltung entsteht oft dadurch, dass die Schweisszangen zweier Maschinen unbeabsichtigterweise auf denselben leitenden Gegenstand gelegt werden, während die beiden andern Pole der Maschinen dauernd geerdet sind.
Eine umgepolte Maschine, die nachher wieder in Betrieb genommen wird, gibt bei der Schweisszange verkehrte Polarität, so dass Umklemmen von Drähten oder erneuertes beabsichtigtes Umpolen erforderlich ist.
Um diesem Übelstande abzuhelfen, hat man solche Maschinen mit einer zusätzlichen fremderregten Wicklung ausgeführt. Dadurch geht aber die gute Eigenschaft der niedrigen Leerlaufspannung verloren. Die Wicklung muss stark genug sein, dass sie die Koerzitivkraft des durch falsche Parallelschaltung in verkehrter Richtung magnetisierten Eisens überwindet. War aber die Maschine schon im richtigen Sinn erregt, so dass sie positive Koerzitivkraft hat, und addieren sich zu dieser die Amperewindungen der fremderregten Wicklung, so wird die Leerlaufspannung unerwünscht hoch.
Man kann zwar einen Schalter für die fremderregte Wicklung anbringen, der ausgeschaltet wird, wenn man eine niedrige Leerlaufspannung braucht. Das gibt aber die Möglichkeit falscher Verwendung und es ist ja auch gar nicht ausgeschlossen, dass beispielsweise zwei Schweisser im Innern eines grossen Kessels arbeiten, so dass dort sowohl die niedere Leerlaufspannung als die Sicherheit gegen Umpolen erwünscht ist.
Gemäss der Erfindung wird die Ankerspannung der Maschine so gegen die Spannung der Fremderregung geschaltet, dass die positive Fremderregung aussetzt sowie die Maschinenspannung einen vorausbestimmten Wert erreicht hat. Dies geschieht entweder durch Gegenschaltung der Ankerspannung oder eines Teiles derselben gegen die Fremdstromquelle in einem Stromkreis, der die Fremderregerwicklung in sich schliesst oder durch die Einwirkung zweier zusätzlicher Spulen auf den Feldkreis der Maschine, deren eine von einer Fremdstromquelle, deren zweite von der Ankerspannung oder einem Teil derselben gespeist wird und die bei richtiger Polarität des Ankers einander entgegenwirken.
Fig. 1 stellt Stromspannungscharakteristiken von Querfeldmaschinen dar. Die Erfindung kann auch angewendet werden auf Maschinen mit ähnlicher Charakteristik. 1 ist die Charakteristik einer reihenschlusserregten Maschine und 11 die Charakteristik einer solchen Maschine mit zusätzlicher konstant fremderregter Wicklung. Durch Anwendung der Erfindung kann entweder eine Charakteristik 111 erzielt werden, deren Punkte zwischen den Kurven 1 und Il liegen, oder eine noch unterhalb Kurve 1 liegende Charakteristik IV.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsform der Erfindung in einfacher Form herausgezeichnet. 11 ist der Anker einer Querfeldmascl1ine, 12 und 13 sind die kurzgeschlossenen Hufsbürsten,. 14 sei die
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positive, 15 die negative Nutzbürste, 16 die Reihenschlusserregung, 17 der äussere Stromkreis, z. B. ein Lichtbogen. Eine Fremdstromquelle ist hier durch eine Batterie 18 angedeutet, deren positive Klemme 19 mit der positiven Nutzbürste 14 verbunden ist. Die negative Batterieklemme 20 ist mit einem Ende einer Zusatzwicklung 21 verbunden, deren zweites Ende zur negativen Nutzbürste J führt.
Angenommen, dass die Nutzbürsten des Ankers geringere Spannung geben als die Fremdstromquelle, so wird die Zusatzspule 21 vom Strom im Sinne des Pfeiles 22 durchflossen, der mit dem Pfeil 26 der Spule 16 gleichgerichtet ist. Wenn die Ankerspannung der Batteriespannung gleich wird, so sinkt der Strom in der Spule 21 auf Null. Wird die Ankerspannung grösser, so kehrt sieh der Strom in der Spule 21 um und fliesst im Sinne des doppelt gefiederten Pfeiles 23 und wirkt daher auf Herabdrückung der Ankerspannung. Bei Leerlauf fliesst durch die Spule 16 kein Strom und es wirkt lediglieh die Remanenzund der Stromin derZusatzspule21, der je nach der Leerlaufspannung positiv oder negativ sein kann.
Die Fremdstromquelle mag in bekannter Weise eine Sammlerbatterie oder eine Erregermaschine oder ein Gleichrichter sein.
Die Sammlerbatterie wird entladen, wenn die Maschine geringere Spannung, und wird geladen, wenn die Maschine höhere Spannung hat.
Verwendet man Fremderregung von einem Wechselstromnetz aus mittels Transformators und Gleichrichterzellen, so kann der Strom durch die Wicklung 21 nur im Sinne des Pfeiles 22 fliessen.
Die entgegengesetzte Stromrichtung wird abgeschnitten. Die Maschine verhält sich daher vom Moment der Erreichung der vorbestimmten Spannung so, als wenn sie lediglich die Reihenschlusswicklung hätte.
Bei Fremderregung aus einem Wechselstromnetz kann anstatt eines vollkommenen Gleichrichters auch ein einzelnes elektrisches Ventil angewendet werden, das nur jedem zweiten Stromimpuls den Durchgang gestattet.
Man kann auch die halbe Maschinenspannung oder auch nur einen Teil derselben zur Gegenschaltung gegen die Fremdstromquelle verwenden und diese dann für kleinere Spannung dimensionieren, was bei Sammlerbatterie und Trockengleichrichtern angenehm ist. In Fig. 3 ist das eine Ende der
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Batterie 28, die jetzt nur der halben Maschinenspannung entgegengeschaltet ist, hat nur die halbe Zellenzahl wie die Batterie 18.
In Fig. 4 ist bei Verbindung gemäss fein gestrichelter Linie zwischen Nutzbürste 14 und Hilfsbürste 12 ein Widerstand mit Endklemmen 31, 32 gelegt. Der Widerstand hat eine Anzapfung 33 und die Batterie 38, die erheblich weniger Zellen hat als die früher gezeichnete Batterie, befindet sich in Reihe mit der Teilspannung des Widerstandsstückes 31, 33 und der Zusatzwieklung 21.
Es kann auch der Endpunkt 32 des Widerstandes entsprechend der schrägen gestrichelten Linie mit der zweiten Nutzbürste 15 verbunden werden, wobei die erste Verbindung 32... 12 entfällt.
Die Grösse des Widerstandes 31... 32 kann auch so bemessen werden, dass schon der von den Nutzbürsten gelieferte, den Widerstand durchfliessende Strom durch seine Ankerrückwirkung eine merkliche Senkung der Leerlaufspannung hervorruft.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 5 gezeichnet. Die Fremdstromquelle 48, in Reihe geschaltet mit einem (nicht unbedingt erforderlichen) Widerstand 49, wird parallel zur Reihen- schlusswicklung 46 gelegt. Die EMK der Fremdstromquelle und die Grösse des Widerstandes 49 sind so bemessen, dass durch die Windungen der Hauptstromspule 46 im Leerlauf ein Strom von wenigen Ampere durchgeht. Versuche haben gezeigt, dass bei verschiedenen Maschinen die Koerzitivkraft auch bei vorangegangener starker negativer Magnetisierung durch etwa 200 Amperewindungen, im positiven Sinn aufgewendet, überwunden werden kann.
In Prozenten der Hauptamperewindungen bei Nennstrom bedeutet das etwa 1-2%. Fliesst Strom im äusseren Stromkreis 17, so erhöht sich, wenn der Widerstand 49 nicht allzu gross ist, der Spannungsabfall in der Spule 46 über die EMK der Batterie 48. Ist sie eine Sammlerbatterie, so wird sie geladen, ist sie eine Gleichrichterbatterie, so wird der Strom abgeschnitten. Die Spule 21, die bei richtiger Polarität des Ankers der Spule 46 entgegenwirkt, kann natürlich an die volle Ankerspannung (Nutzbürsten 14 und 15) oder an die Hälfte (Bürsten 14 und 12) oder eine Teilspannung angeschlossen sein.
Es ist sogar möglich, auf die Spule 21 zu verzichten, wenn man die Hauptstromwicklung 46 in zwei Teile teilt, wie dies ja häufig der Fall ist, indem je eine der Spulen einer zweipoligen Maschine an die positive und negative Nutzbürste angeschlossen wird. Ebenso wie in der Fig. 5 von einer Fremdstromquelle mit Vorschaltwiderstand eine der Spulen mit positiver Leerlauferregung versehen wird, so kann dann die andere der Spulen an einen Teil eines zwischen die Nutzbürsten geschalteten Widerstandes (oder zwischen eine Nutz-und Hilfsbürste geschalteten Widerstandes) so angeschlossen werden, dass sie bei Leerlauf und richtiger Polarität des Ankers von Strom in entgegengesetzt magnetisierendem Sinn durchflossen wird.
Die in der Beschreibung angegebene geringe Zahl von Amperewindungen für die fremderregte Wicklung genügt, wenn die Wicklung in der gewöhnlichen Art angebracht wird, dass sie den ganzen Magnetschenkel magnetisiert. Lässt man sie nur auf einen kleinen Ansatz des Schenkels wirken, so kann man eine grössere Zahl von Amperewindungen aufbringen, was manchmal erwünscht sein mag,
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um nicht mit allzu feinen Drähten und Regulierapparaten arbeiten zu müssen. Auch in diesem Fall wird trotz der grösseren Zahl von Amperewindungen das den Anker beeinflussende Feld doch nur wenige Prozente des maximal im Betrieb entstehenden Feldes betragen.
Bei Querfeldmaschinen für Zugbeleuchtung ist es bekannt, mehrere Magnetwicklungen anzu- bringen, die teilweise gegeneinander wirken, z. B. eine Nebenschluss-oder fremderregte Wicklung, die die hauptsächliche Feldwicklung darstellt, und eine entgegenwirkende Hauptstromwieklung, die vom Batterieladestrom durchflossen ist. Dort ist aber die fremderregte Wicklung die Hauptsache, und es handelt sich auch nicht um die Herabsetzung der Leerlaufspannung, da bei einer Zugbeleuchtungs- maschine der Hauptschalter sofort in Tätigkeit tritt, wenn die Maschinen-die Batteriespannung überschreitet. Eine hohe Leerlaufspannung hat dort nur die erwünschte Folge, dass die Maschine schon bei einer geringeren Geschwindigkeit als der normalen mit der Stromlieferung beginnt.
Es sind auch Maschinen mit Gegenkompoundwicklung für Sehweisszweeke bekannt, bei denen die hauptsächliche Felderregung abhängig gemacht wird von einer Kombination der Spannungen der Hauptmaschine und einer unabhängigen Spannungsquelle, z. B. einer direkt gekuppelten Erreger- maschine, wobei das Verhältnis der Einwirkung der beiden Spannungsquellen veränderlich ist. Auch dort stellt die so gespeiste Wicklung die Haupterregung dar und hat einen andern Zweck.
PATENT-ANSPRÜCHE : l. Querfeldmaschine für Lichtbogenschweissung mit selbsttätig aussetzender, nur für die sichere Überwindung einer negativen Koerzitivkraft der Pole dimensionierter Fremderregung, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerspannung entweder im gleichen elektrischen Stromkreis oder in einem andern elektrischen Stromkreis der Spannung der Fremdstromquelle so entgegenwirkt, dass das resultierende Feld eine Leerlaufspannung von bestimmter Polarität unabhängig von der Richtung der vorausgegangenen Magnetisierung erzeugt, jedoch bei Ankerspannungen über einem gewissen Wert entmagnetisierend wirkt.