Gleichstrom-Verbundgenerator, insbesondere für Schweisszwecke. Bei einem bekannten elektrischen Schweiss verfahren wird ein Lichtbogen zwischen dem Werkstück und einer Elektrode gezogen, die der Schweisser längs der Naht in geringem Abstand von dieser führt. Nun vermindert sich der Widerstand eines Lichtbogens, wenn der Lichtbogenstrom wächst. Wenn also der Bogen von einer Stromquelle mit gleich bleibender elektromotorischer Kraft gespeist würde, so würde bei jeder geringen Abstands änderung zwischen Elektrode und Werkstück der Strom stark schwanken.
Daher ist es üblich, die Schweisslichtbögen von einem Ge nerator mit stark fallender Spannungsstrom- Charakteristik aus zu speisen; oberhalb Voll- last soll die Charakteristik sogar so scharf wie möglich abfallen, damit der Kurzschluss strom den Vollaststrom nicht wesentlich über steigt. Zur Erzielung einer solchen Charakte ristik werden die Generatoren mit Hauptstrom feldwicklungen gebaut, die der Grunderreger wicklung entgegenwirken, welche entweder eine Nebenschlusswirkung oder eine fremd erregte Wicklung ist. Ausserdem werden häufig Ballastwiderstände oder -Induktanzen in den Lichtbogenkreis gelegt.
Wenn man aber auch schon Generatoren gebaut hat, die für Dauerstromwerte eine in der gewünschten Weise mit steigendem Strom fallende Charakteristik haben, hat sich doch im Schweissbetriebe gezeigt, dass diese Ma schinen keinen völlig zufriedenstellenden Bogen geben. Der Grund ist, dass die den Zusammenhang zwischen Spannung und Strom bei langsamen Stromänderungen dar stellende Kurve nicht das Verhalten der Maschine unter den, rasch veränderlichen Bedingungen des Schweissbetriebes wieder gibt. Es treten schnell vorübergehende elek tromotorische Kräfte auf, die zum Beispiel einen Kurzschlussstrom von sehr geringer Dauer erzeugen können, der erheblich über dem Vollaststrom liegt.
Der gleichen Schwierigkeit begegnet man bei andern Anwendungen von Gleichstrom generatoren; zum Beispiel wird häufig der Feldregler der Erregerdynamo eines grossen Wechselstromgenerators selbsttätig durch den Belastungsstrom öder die EMK dieses Gene- rators gesteuert, und wenn die Verhältnisse im äussern Stromkreise des Wechselstrom generators sich zur langsam. verändern, lässt sich die Anordnung auch so treffen, dass die EMK an den Klemmen oder an einem fernen Punkt konstant gehalten wird.
Aber die Charakteristik der Erregermaschine ist für plötzliche Schwankungen ihres Feldstromes nicht die gleiche wie für verhältnismässig langsame Änderungen, und wenn solche Schwankungen auftreten, wird der erstrebte selbsttätige Ausgleich nicht erreicht.
Gegenstand der Erfindung ist ein Gleich stromverbundgenerator mit Hauptstromgegen wicklung, bei dem erreicht ist, dass diese rasch veränderlichen Wirkungen vernach lässigt werden können. Zu diesem Zweck enthält der Generator gemäss der Erfindung eine feststehende Wicklung für die Kompen sation der Ankeramperewindungen, zum Zwecke, das Ankerquerfeld, welches den wesentlichen Teil der magnetischen Streu ung zwischen dem die Hauptstromgegener- regungswicklung enthaltenden Ankerstrom kreise und dem Grunderregungskreise dar stellt, im wesentlichen zu beseitigen, so dass die Charakteristik der Maschine durch schnelle Belastungsschwankungen praktisch unbeeinflusst bleibt.
Wenn auch die magnetische Streuung zwischen dem Ankerkreise und der Neben schlussfeldwicklung oder der fremderregten Feldwicklung hauptsächlich von dem mit der Ankerwicklung, aber nicht mit diesen Feld wicklungen verketteten Magnetfluss herrührt, kann doch auch eine Streuung zwischen der Hauptstromfeldwicklung und den übrigen Erregerwicklungen auftreten. Um diese zu vermindern, wird die Hauptstromfeldwick lung zweckmässig in diese übrigen Erreger wicklungen eingeschaltet.
Um bei den Wicklungen zu sparen, be sonders wegen des Hinzukommens der Neu tralisierungswicklung, kann die Wirkung der Nebenschluss- und Fremderregung mit einer einzigen Wicklung erzielt werden, indem eine zusätzliche Spannungsquelle, zum Beispiel eine Erregermaschine, in den Stromkreis der Nebenschlusswicklung eingeschaltet wird; diese Erregermaschine kann selber eine Neutralisierungswicklung haben und einen Teil ihrer Erregung von einer im Neben schluss oder im Hauptschluss mit der Haupt maschine oder im Nebenschluss zu einem Teil des äussern Stromkreises liegenden Wicklung erhalten.
Die angegebene Anordnung lässt sich be sonders gut bei Maschinen mit nicht aus geprägten Polen ausführen, wenn man die Neutralisierungswicklung mit der Haupt stromfeldwicklung in Form einer angezapften Trommelwicklung vereinigen kann.
Mit dieser Art von Maschinen lässt sich auch die Aufgabe lösen, in einer Werkstatt, der nur Wechselstrom zur Verfügung steht, elektrisch zu schweissen, da auf demselben Ständer und Läufer Wicklungen vereinigt werden können, welche die Maschine als Umformer, das heisst als wechselstromseitig angetriebenen Motor und zugleich als einen für Schweisszwecke geeigneten Gleichstrom generator zu benutzen ermöglichen.
Die Zeichnungen zeigen einige beispiels weise Ausführungsformen der Erfindung. Fig. 1 ist ein Schema eines Vollpol- schweissgenerators, das heisst eines Generators ohne ausgeprägte Pole, Fig. 2 das Schema eines Schweissgene- rators mit ausgeprägten, das heisst körper lichen Polen; Fig. 3 zeigt die Ineinanderschachtelung der Hauptstrom- und der andern Feldwick lungen, Fig. 4 eine Schweissgeneratorschaltung mit Hauptgenerator und getrennter Erreger maschine; Fig. 5 gibt das Schema eines Motorgene rators für Schweisszwecke wieder, der vom Wechselstromnetz aus angetrieben werden kann und mit einer Erregermaschine ver sehen ist; Fig. 6 zeigt eine andere Form der Wick lungen der Fig. 5.
In Fig. 1 ist A der Anker mit seiner Wicklung G, die an die auf dem Kommuta tor C, schleifenden Bürsten B angeschlossen ist. Der Ständer H hat 24 Nuten D. Alle diese, mit Ausnahme der in der Kommu- tierungszone gelegenen, enthalten eine Neu- tralisierungswicklung N, die durch nicht, dar gestellte Leitungen in Reihe mit der Anker wicklung geschaltet ist. Die Punkte und Kreuze, welche die Stromrichtung in dieser Wicklung und in den Ankerstäben andeuten, zeigen, dass die Neutralisierungswicklung die magnetisierende Wirkung der Ankerwicklung aufzuheben sucht.
Die Neutralisierungswick lung sollte vorzugsweise so bemessen werden, dass sie die MMK des Ankers noch etwas über wiegt, damit ein Kommutierungsfeld erzeugt wird, das die gleiche Wirkung ergibt wie die Wendepole bei einer Maschine mit ausge- hrägten Polen. Um die zum Schweissen er forderliche Charakteristik zu geben, ent halten einige Nuten, und zwar im darge stellten Beispiel die in der Kommutierungs zone liegenden, eine Hauptstromgegenwick lung SS, die ebenfalls in Reihe liegt mit dem Anker und dem äussern Kreise, der aus einem Lichtbogen P und der Ballastinduk tanz Q besteht. Einige Nuten,vorzugsweise gemäss der Zeichnung diejenigen, welche die Hauptstromerregerwicklung enthalten, sind mit einer Nebenschlusserregerwicklung T ver sehen, in deren Kreis ein Regler R liegt.
Es kann auch noch eine fremderregte Wick lung V vorhanden sein, die von einer äussern Spannungsquelle gespeist wird und durch einen Widerstand r geregelt wird. Die Nebenschluss- und die fremderregte Wicklung erzeugen das Generatorfeld; ihnen wirkt die Hauptstromwicklung entgegen. Der Zweck der gemeinsamen Unterbringung der Neben schluss- und der Hauptschlusswicklung, sowie möglichst auch der fremderregten Wick lung, wenn dies auch weniger wichtig ist, besteht darin, ihre gegenseitige Induktanz so gross wie möglich oder mit andern Worten die magnetische Streuung zwischen ihnen so klein wie möglich zu machen. Eine Ma schine mit Neutralisierungswicklung lässt sich mit viel engerem Luftspalt bauen, als dies bei Maschinen ohne solche Wicklung möglich ist.
Der Ständer erfordert daher für die Nebenschlusswicklung viel weniger Win dungen als bei einer Maschine mit ausge prägten Polen, so dass man leicht die Neben- schlusswicklung in den gleichen Nuten unter bringen kann wie die Hauptstromwicklung. In der Tat lassen sich die Feldwicklungen für jeden Pol auf einen oder einige wenige Nuten beschränken, die weiter keine Wick lung enthalten. Um die Streuung weiter zu vermindern, ist es gut, die Hauptstrom- und die Nebenschlusswicklung in der dargestellten Weise in den Nuten nebeneinander und nicht übereinander zu legen .
Fig. 2 zeigt einen Generator von sehr ähnlichen Eigenschaften mit ausgeprägten Polen. Der Generator ist mit zwei Haupt polen 0 und zwei Wendepolen o versehen. Ist die Neutralisierungswicklung N, die in Nuten an der Fläche der Hauptpole unter gebracht ist, so eingerichtet, dass sie die Wir kung der Anker-MMK überwiegt, so ist auf den Wendepolen o keine Wicklung erforder lich. Die Hauptschluss-, Nebenschluss- und Fremdstromwicklungen S, T, V bestehen hier aus Spulen auf den Hauptpolen. Zur Verminderung der Streuung ist es zweck mässig, die Windungen der Hauptschluss wicklung zwischen die der Nebenschlusswick lung einzuschieben, zum Beispiel die Lagen der Hauptstromwicklung in Abständen zwi schen die Lagen der Nebenschlusswicklung zu legen.
Da die Zahl der Hauptstrom windungen nur klein, die der Nebenschluss windungen dagegen gross ist, so ist es zweck mässig, die erstgenannten zu unterteilen, in dem mehrere Hauptstromspulen parallel ge wickelt werden. Wenn zum Beispiel die Nebenschlusswicklung 2400 Windungen er fordert und die Hauptstromwicklung sechs, so kann die Nebenschlusswicklung in 30 Lagen von je 80 Windungen angeordnet werden und die Hauptstromwicklung in zwei parallelge schalteten Lagen von je sechs Windungen. Diese können dann eingeschoben werden, wie bei S und T in Fig. 3 gezeigt ist, wo je 10 Lagen der Nebenschlusswicklung zu beiden Seiten jeder Lage der Hauptstromwicklung liegen.
Eine etwa vorhandene fremderregte Wicklung kann in ähnlicher Weise wie die Nebenschlusswicklung verteilt werden, wie bei V angedeutet ist. Man braucht nicht unbedingt getrennte Wicklungen, um die Vorteile der Neben schluss- und der Fremdwicklungen zu er reichen; vielmehr kann eine einzige Wick lung in Reihe mit der Erregerstromquelle an die Generatorbürsten gelegt werden, wie in Fig. 4 dargestellt ist. In diesem Schema ist die Neutralisierungswicklung N durch einen Kreis angedeutet, der in Reihe mit einer Hauptstromfeldwicklung S, dem Bogen P und einer Ballastinduktanz Q an die Bür sten B angelegt ist. Zu dem Generator ge hört eine Erregermaschine E, die vorzugs weise ihrerseits eine Neutralisierungswick lung n hat.
Die übrige Felderregung des Hauptgenerators besteht aus einer Spule T, die in Reihe mit dem Anker und der Neu tralisierungswicklung des Erregers an den Klemmen L, M des Generators liegt. Der Erreger hat eine Nebenschlusswicklung t mit Regelwiderstand w, oder er kann fremderregt sein. Er kann auch eine zusätzliche Erre gung x im Nebenschluss zum Generator und eine Gegenwicklung s in Reihe mit dem Generator haben, wobei natürlich die Ver bindung Z geöffnet werden muss, wenn man die Wicklung s benutzen will. Die Wirkung der Wicklung s besteht darin, dass man mit weniger Windungen für die Gegenwicklung S des Generators auskommt.
Es ist wichtig, dass die Induktanz des Ankerkreises L, B, B, N, S, M, der parallel zum Erregerkreis L, T, E, M liegt, so klein wie möglich wird; die Ballastinduktanz Q darf daher nicht in diesem Ankerkreise, muss vielmehr im äussern Stromkreise liegen. Es kann jedoch mit Rücksicht darauf, dass die Neutralisierungswicklung die Schwankungen des Lichtbogenstromes schon in weitem Um fange ausgleicht, die Ballastinduktanz, die dem gleichen Zwecke dienen soll, viel kleiner genommen werden, als bisher üblich war.
Wo nur Wechselstrom für den Antrieb des Generators zur Verfügung steht, kann der Vollpolschweissgenerator nach Fig. 1 so geändert werden, dass dieser als Umformer brauchbar ist. Eine solche Ausführung ist in Fig. 5 dargestellt, die schematisch eine einzelne Maschine mit Wicklungen zeigt, welche sie gleichzeitig als zweipoligen drei- phasigen Induktionsmotor und als sechs- poligen Gleichstromgenerator verwendbar machen. Die Wicklung h, deren Stirnver bindungen nicht dargestellt sind, ist eine zweipolige Dreiphasenwicklung und erhält Strom vom Wechselstromnetz. Der Anker A ist nur der Deutlichkeit wegen mit Ring wicklung dargestellt.
Ausgleichleitungen F verbinden auf dem Kommutator C Punkte, die um ein Drittel des Umfanges voneinander abstehen und stellen Stromkreise her, in denen das zweipolige Wechselfeld Ströme induzieren kann, welche die Drehung des Ankers bewirken; dabei dienen sie gleich zeitig in üblicher Weise als Ausgleicliver- bindungen für den Gleichstromgenerator. Wie in Fig. 1 sind die Genera,torfeldwick- lungen in einer Nut pro Pol enthalten, und die IHauptstrom-, Nebenschluss- und Fremd stromwicklungen S, T, V liegen nebenein ander. Wenn die Stirnverbindungen passend angeordnet sind, können diese Wicklungen ohne Störung der andern Wicklungen entfernt werden.
Vorzugsweise werden die Wicklungen T und V zu einer Wicklung vereinigt, wie im Zusammenhang mit Fig. 4 beschrieben ist, und diese wird durch Lei tungen H in Reihe mit einer Erregerma schine E und der Neutralisierungswicklung N au die Bürsten B angelegt. Die Neutrali sierungswicklung N liegt in den übrigen Nu ten unter der Wechselstromwicklung K. Sie ist als zweikreisige Trommelwicklung (Wick lung mit zwei in sich geschlossenen Teilen) gebaut, und der Hauptstrom des Gleichstrom- generators kann an geeignet gelegenen An- sehlussstellen in sie eintreten.
Wenn diese bei Y, Y liegen, dient die Neutralisierungswick lung nur zur Neutralisierung; liegen sie aber bei X, X, so erhält die MMK der Wick lung eine Komponente längs der Achse des Gleichstromfeldes, so dass die Wicklung dann zugleich als Neutralisierungswicklung und als Hauptstromwicklung dient. Der Bogen P und die Ballastinduktanz Q sind wie vorher an die Bürsten B, B in Reihe mit der Wick lung N angelegt.
Auch für andere Polzahlen, zum Beispiel wenn die Wechselstrompolzahl ein gerades Vielfaches der Gleichstrompolzahl ist, kann man eine mehrkreisige Trommelwicklung als Neutralisierungswicklung benutzen. Die An laufcharakteristik des Motorteils der Ma schine lässt sich dadurch verbessern, dass man die Generatorfeldwicklung T, V ganz oder teilweise in den Kreis der Motorfeldwick lung einschaltet. Zu diesem Zwecke wird die Wicklung T, V aus drei Spulen zusammen gesetzt, die um 120 gegeneinander versetzt sind und je die Hälfte des Umfanges der Ma schine umfassen. Für Gleichstromerregung werden die drei Spulen in Reihe geschaltet und ihre Enden H, H an die Erregermaschine, sowie die Bürsten B in der oben beschriebenen Weise angelegt. Zum Anlassen werden die Enden H, H vom Erreger und den Bürsten abgenommen, und miteinander verbunden.
Die Wicklung T, V bildet dann ein Dreieck und kann in den Mittelpunkt der Sternwick lung K eingeschaltet werden, wie in Fig. 6 dargestellt ist, wobei die Verbindungsstellen der drei Spulen a, b, c an die innern Enden der drei Schenkel k, 1, m des Steins angelegt werden. In manchen Fällen braucht man H, H nicht von der Erregermaschine und den Bürsten zu trennen und miteinander zu ver binden, sondern es genügt, Anschlüsse an den beiden Verbindungsstellen der Spulen vorzu sehen und diese mit der Wicklung K gemäss Fig. 6 zu verbinden. In jedem Falle kann auch nur ein Teil der drei Spulen der Wick lungen T und V in dieser Weise benutzt und der Rest vorübergehend abgeschaltet und offen gelassen werden.