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Aus einem Querfeldschweissgenerator und einem Wechselstromantriebsmotor bestehender Schweissumformer
Neben den Schweissgleichrichtem werden zur Gleichstromschweissung nach wie vor rotierende Schweissumformer verwendet. Rotierende Schweissumformer werden nämlich vor allem gerne für die Baustellenschweissung verwendet, wo zur Energieversorgung vielfach nur relativ schwache Netze zur Verfügung stehen und daher die Dämpfung der Laststösse durch die rotierenden Schwungmassen willkommen ist. Als Schweissgenerator dient hiebei im allgemeinen eine Querfeldmaschine und als Antriebsmotor ein asynchroner Kurzschlussläufermotor.
Da bekanntlich das spezifische Leistungsgewicht einer elektrischen Maschine mit steigender Drehzahl sinkt, wählt man als Antriebsmotor nach Möglichkeit 3000-tourige, also bei einer Netzfrequenz von 50 Hz zweipolige Motoren.
In Querfeldschweissgeneratoren dient bekanntlich ein Hilfsstrom für die Erregung des rotorseitigen Lastkreises. Der Hilfsstrom selbst wird im Leerlauf durch das Remanenzfeld der Hauptpole und bei verbesserten Maschinen zusätzlich durch ein gleichachsiges, fremderregtes Vormagnetisierungsfeld hervorgerufen. Die Summe der beiden genannten Erregungen ergibt also eine drehzahlproportionale Leerlaufspannung, während der Kurzschlussstrom von der Drehzahl unabhängig bleibt. Somit steht der Konstrukteur widersprechenden Forderungen gegenüber, da nämlich bei rasch laufenden Maschinen der Einfluss der Vormagnetisierung auf die Leerlaufspannung sehr gross ist, die ihrerseits wieder nach den Sicherheitsvorschriften und wegen ihres Zusammenhanges mit den dynamischen Eigenschaften des Schweissgenerators 70 V nicht überschreiten soll.
Anderseits aber darf die Vormagnetisierung (Leerlaufspannung) einen bestimmten Wert nicht unterschreiten, weil sonst, vor allem bei abnehmenden Schweissströme die Zündung des Lichtbogens schwierig ist. Ziel der Erfindung ist es, einen Gleichstromschweissgenerator anzugeben, um mit relativ einfachen Mitteln beiden Forderungen, nämlich geringes Leistungsgewicht einerseits und gute Zündeigenschaft auch bei geringen Schweissstromstärken anderseits, zu genügen.
Gegenstand der Erfindung ist ein aus einem Querfeldschweissgenerator und einem Wechselstromantriebsmotor bestehender Schweissumformer fUr mehrere Strombereiche, der in erfindungsgemässer Weise dadurch gekennzeichnet ist, dass der Antriebsmotor durch Polumschaltung in seiner Drehzahl gestuft einstellbar ist und dass durch den Polumschalter beim Übergang von einer Antriebsdrehzahl auf die andere auch die Amperewindungen der Reihenschlusswicklung oder einer zusätzlichen Fremderregerwicklung des Generators umschaltbar sind.
Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass in der österr. Patentschrift Nr. 186723 ein Schweissumformer beschrieben wird, als dessen Antriebsmotor ein polumschaltbarer Asynchronmotor vorgeschlagen wird. Beim Schweissgenerator hingegen handelt es sich um eine Mittelfrequenzmaschine der Wechselpoltype und das dort zu lösende Problem ist die Zündspannung, die bei Mittelfrequenzumformern mit kleiner werdendem Strombereich absinkt, aber durch Wicklungsumschaltung bei Drehzahländerung innerhalb eines konstanten Leerlauffeldes auf ungefähr gleicher Höhe gehalten werden kann. Dieser Patentschrift liegen also wesentlich andere Motive zugrunde.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In Fig. l dieser Zeichnungen bedeutet-G-einen Querfeldschweissgenerator, der mit dem asynchronen, polumschaltbaren Antriebsmotor --M-- starr gekuppelt ist. Der Motor --M-- wird über einen Schalter --S-- aus dem Drehstromnetz --RST-- gespeist. Der Schalter-S-kann beim Anlassen in üblicher Weise als SternDreieck-Schalter (oder als Stern-Dreieck-Doppelstern-Schalter für die sogenannte Dahlanderschaltung) dienen, wenn dies aus Netzgründen erforderlich oder erwünscht ist und dient ferner zur Polumschaltung für verschiedene Antriebsdrehzahlen. Die Querfeldmaschine --G-- besitzt in bekannter Weise die
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b-- sowieNetz-RST-über einen einphasigen Transformator-Tr-- und die Gleichrichterbrücke-Gl-ge- speist.
Von der Speisung her gesehen liegt der Wicklung --F-- eine weitere Wicklung --F 1-- parallel und eine ihrer Zuleitungen ist über den Schalter --S-- geführt Bei Übergang von der zweipoligen auf die vierpolige Schaltung des Antriebsmotors wird die Wicklung --F1-- zugeschaltet. Damit wird also beim Übergang von der hohen Antriebsdrehzahl auf die niedrigere durch Veränderung der für die Fremd- erregung wirksamen Amperewindungszahlen die Vormagnetisierung (Grunderregung) erhöht und in wei- terer Folge die Leerlaufsspannung angehoben. Durch die verstärkte Vormagnetisierung des Hauptpol- kreises bei kleinerer Antriebsdrehzahl wird die Reaktanz der Querfeldmaschine durch Sättigungserscheinungen günstig beeinflusst, so dass die Zündung auch bei kleinen Schweissströmen zufriedenstellend ver- läuft.
Die entmagnetisierende Wirkung des lastabhängigen Ankergegenfeldes wird weitgehend aufgehoben, womit die gefährlichen Spannungseinbrüche nach betriebsmässigen Kurzschlüssen (Zünden, Tropfen- übergängen) gemindert werden. Im Zusammenwirken mit einer andern Eigenart der Querfeldmaschine bringt die starke Grunderregung mit Übersättigung des Eisens an vorgesehenen Stellen im Hauptpolkreis einen weiteren Vorteil dynamischer Art. Bei Tropfenkurzschlüssen, wenn also die Maschine kurzzeitig von einem endlichen Abschlusswiderstand praktisch in den Kurzschluss übergeht, gibt sie höhere Stromspitzen, als wenn sie vom Leerlauf auf Kurzschluss gehen würde. Diese Eigenschaft ist ein weiterer Gütefaktor einer erfindungsgemässen Schweissmaschine.
Die Strom-Zeitdiagramme der Fig. 2 und 3 mögen die Unterschiede beim transienten Stossvorgang verdeutlichen. Das Diagramm nach Fig. 2 gilt für einen Schweissgenerator mit hoher Drehzahl, das Diagramm nach Fig. 3 für denselben Generator mit demselben Arbeitspunkt bei nur halber Drehzahl. Die Grunderregung ist so eingestellt, dass die Leerlaufspannung--Ull-- nur unwesentlich grösser als --UI2-- induziert wird. Wesentlich ist, dass der Stosswert --JKS2-- kleiner als --JKS1-- ist und beim anschliessenden Ausgleichsvorgang das Minimum-JKm2-nicht so weit absinkt wie-J i-. Bei einer ausgeführten Maschine lagen die Unterschiede jeweils bei 25 bis 35%, was beträchtlich ist, da ja der Effekt an der Elektrode mit J dt zu-oder abnimmt.
Der Absolutwert des Gradienten der statischen Kennlinie (jedenfalls ohne Änderung des Kompoundierungsgrades) ist bei halber Drehzahl kleiner, daher erscheint der Dauerkurzschlussstrom-JKD2-- grösser als-JKDl-, was eine weitere Verbesserung des für die Zündeigenschaften wesentlichen Verhältnisses JKS/JKD bedeutet, das möglichst knapp über 1 liegen soll und keinesfalls 1, 8 überschreiten darf.
Nach theoretischen Untersuchungen soll der Wert von --JKm-- möglichst zwischen --JKS-- und --JKD-- liegen, was nur mit aperiodisch gedämpften Maschinen erreicht wird. Geht --JK1r- gegen Null oder wird es gar negativ, was auch vorkommt, so ist die Schweissmaschine in diesem Bereich praktisch unbrauchbar. Auch in diesem Punkt ist durch die erfindungsgemässe Massnahme eine deutliche Verbesserung zu erkennen.
Das Wesentliche des erfindungsgemässen Vorschlages liegt also in der Kopplung der Veränderung der Antriebsdrehzahl mit einer Veränderung der für die Grunderregung wirksamen Amperewindungen. Im dargestellten Fall wird diese Veränderung durch Hinzufügen eines weiteren Wicklungsteiles zur Grunderregung bewerkstelligt. In gleicher Weise können aber auch die Stammwicklung --F-- mit Anzapfungen versehen oder für die höhere Antriebsdrehzahl geshuntet werden. Ebenso aber könnte über den Polumschalter die Speisespannung für die Erregerwicklung --F--, sei es durch Vorschaltwiderstände oder durch Wicklungsanzapfungen des speisenden Transformators-Tr-- variiert werden.
In Fällen, wo als Schweissgenerator ein rein selbsterregter (reihenschlusserregter) Querfeldgenerator Verwendung findet, oder zusätzlich zu den vorhin erwähnten Massnahmen, kann mit der Veränderung der Antriebsdrehzahl auch der Kompoundierungsgrad der Querfeldmaschine verändert werden, d. h. es werden über den Schalter --S-- mit der Antriebsdrehzahl die Amperewindungen der Wicklung-R', R"-- durch Wicklungsanzapfungen, Umgruppierungen (Serien-Parallelschaltung) oder Shuntung verändert, mit
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dem Ziel, auch für sehr unterschiedliche Strombereiche gute statische und dynamische Schweisseigenschaften zu erhalten.
Durch die erfindungsgemässe Kopplung der Antriebsdrehzahl mit den wirksamen Amperewindungen einer Fremderregung oder des Reihenschlusses bekommt der Schweissumformer viele Freiheitsgrade für die Auswahl optimaler Schweisseigenschaften. Insbesondere kann bei kleinen Schweissströmen die dynamische Charakteristik der Schweissmaschine günstig gewählt werden und es kann die Maschine trotzdem auch im Grossstrombereich voll ausgenutzt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Aus einem Querfeldschweissgenerator und einem Wechselstromantriebsmotor bestehender Schweissumformer für mehrere Strombereiche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor durch Polumschaltung in seiner Drehzahl gestuft einstellbar ist und dass durch den Polumschalter beim Übergang von einer Antriebsdrehzahl auf die andere auch die Amperewindungen der Reihenschlusswicklung oder einer zusätzlichen Fremderregerwicklung des Generators umschaltbar sind.