Gleichstromgenerator für konstanten Strom. Beim Kurzschluss einer gewöhnlichen Gleichstrommaschine mit Nebenschluss-Selbst erregung treten bei Kurzschluss kurz vor dem vollständigen Erlöschen des Stromes be kanntlich sehr grosse Ströme auf, da das Erregerfeld infolge der verzögernden Wir kung der Wirbelströme in massiven Eisen der Polkerne nur langsam abklingt. Eine solche Maschine ist daher für einen Verwendungs zweck mit betriebsmässigen Kurzschlüssen, wie sie beispielsweise beim Schweissen vor kommen, nur bedingt zu gebrauchen.
Es ist nun bekannt, die bei Kurz schlüssen auftretenden Stromstösse dadurch zu begrenzen, dass eine gegenmagnetisierende Hauptstromwicklung auf die Hauptpole ge legt wird. Die Wirkung der gegenmagneti sierenden Hauptstromwicklung muss aber beim Dauerzustand aufgehoben werden. Erfindungsgemäss wird dies dadurch er reicht, dass die Hauptpole neben der ge wöhnlichen Nebenschlusserregerwicklung zwei parallel geschaltete, einander entgegenwir- kende Hauptstromwicklungen mit verschie dener ,Selbstinduktion tragen, von welchen diejenige, welche im Sinne der Nebenschluss erregerwicklung magnetisiert, eine wesent lich höhere Selbstinduktion besitzt als die der Nebenschlusswicklung entgegenwirkende.
Die zwei zusätzlichen Hauptstromwick lungen sind zweckmässig annähernd gleich stark dimensioniert, so dass bei Kurzschlüs sen diejenige Wicklung, die im Sinne der Nebenschlusserregerwicklung magnetisiert, unwirksam gemacht wird, indem ihr zum Beispiel eine Drosselspule vorgeschaltet ist, so dass also der rasch ansteigende Strom bei Kurzschlüssen zum grössten Teil nur die andere, verhältnismässig induktionsfreie Wicklung durchfliesst und eine sofortige Schwächung des Hauptfeldes bewirkt.
In der Zeichnung sind mehrere Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Fig. 1 zeigt schematisch einen zweipoligen Gleichstromgenerator A mit in Reihe ge schalteten Nebenschlusserregerwicklungen Bi, B2 und parallel geschalteten Hauptstrom- vricklungen Cl, C2. Die Wicklung C,_ ist mit einem ohmschen Widerstand D in Reihe ge schaltet, während der Wicklung C2 eine Drossel E vorgeschaltet ist.
Die andern Klem men der parallel geschalteten Wicklungen Cl, C2 sind durch einen zweiten Widerstand F verbunden, an den die abgehende Leitung in einem geeigneten Punkt angeschlossen ist. Die Pfeile für die Stromrichtung in, den Wicklungen lassen . erkennen, dass C2 im gleichen, C,, im entgegengesetzten Sinne mag netisiert wie B,, B2. Diese Anordnung bietet den Vorteil, dass durch Verschieben des An schlusspunktes am Widerstand F die Wir kung der beiden Reihenschlusswicklungen C,, C2 in ihrem Verhältnis zueinander auf sehr einfache Weise verändert werden kann.
Wahlweise kann auch derselbe Zwecke er ieicht werden, indem die eine Hauptstrom wicklung regelbar gemacht wird.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfin dung besteht darin, die Bürsten aus der üblichen Stellung in der neutralen Zone nach einer bestimmten Regel zu verschieben. Bei einer vier- und mehrpoligen Gleichstrom maschine werden bekanntlich die Bürsten gleicher Polarität, bei einer vierpoligen Ma schine also die genau diametral gegenüber liegenden miteinander verbunden. Von den beiden Verbindungskabeln wird der äussere Strom abgenommen. Die Bürsten gleicher Polarität haben in der üblichen Stellung in der neutralen Zone das gleiche Potential, so dass zwischen ihnen keine Ausgleichströme fliessen.
Verschiebt man die Bürsten aus ihrer diametralen Stellung, so tritt zwischen Bür sten gleicher Polarität eine Spannung auf, welche von dem teilweisen oder dem ganzen Wendepolfluss induziert wird. Wenn die Bürsten wieder in gleicher Weise miteinander verbunden werden, so fliesst zwischen ihnen ein Ausgleichstrom, der dem nach aussen füh renden Nutzstrom sich überlagert und insbe sondere auch bei Leerlauf der Maschine auf- tritt, sofern die Wendepole erregt werden.
Es ist bekannt, dass man diese besondere Art der Bürstenverschiebung verwenden kann, um der Maschine die Eigenschaft zu geben, bei jeder Drehrichtung Spannun gleichen Vorzeichens zu liefern. Die Kombi nation dieser Anordnung mit den erfindungs gemässen Reihenschlusswicklungen auf den Hauptpolen ergibt Maschinen, deren Kenn linien sehr gut an den Schweissbetrieb und ähnliche Betriebe angepasst sind.
Um diese weitere Ausgestaltung der Er findung anhand der Zeichnung näher zu er läutern, ist in der Fig. 2 die prinzipielle Schaltung einer gewöhnlichen vierpoligen Gleichstrommaschine veranschaulicht. Damit, dass eine vierpolige Anordnung zu Grunde ge legt ist, soll jedoch nicht ausgedrückt werden, dass besonders für grössere Leistungen nicht auch mehrpolige Maschinen in Frage kommen können.
Die Bürsten G,, G2 bezw. H,, H2 sind in dem erwähnten Sinne aus der Nullstellung verschoben. Zwischen den Bürsten G, und G2 sind die Hauptstromwicklungen C, und C.., der Pole K, und K2 geschaltet. Der äussere Strom wird in der Mitte L, des Verbindungs kabels abgenommen und führt zur einen Hauptkleinme M der Maschine.
Auf der einen Seite des Verzweigungspunktes L, befindet sich die Drossel E,, auf der andern Seite ge gebenenfalls ein Widerstand D ,., um den Wirk widerstand der Drossel auszugleichen. Ähn lich sind zwischen die Bürsten H, und H., die Windungen C2 und C4 der Pole K3 und K4 geschaltet. Von dem mittleren Punkte L2 führt eine Leitung zu der zweiten äussern Klemme N der Maschine.
Auf der einen Seite des Verzweigungspunktes L2 befindet sich wieder eine Drossel E2, auf der andern Seite eventuell ein Widerstand D'2. Bei der gezeichneten Anordnung sind die zusammengehörigen Hauptstromwicklungen C, und C2 bezw. C, und C4 auf verschiede nen Polen untergebracht. Es könnten zwar auf jedem Pol zwei zusammengehörige Haupt stromwicklungen C, und C2 angeordnet wer den, die Wirkung wäre jedoch weniger stark als bei der Anordnung auf getrennten Polen, deren Felder unabhängig voneinander sind.
Die Hauptpole tragen ausser den erwähnten Wicklungen noch eine gewöhnliche Neben schlusswicklung. In der von. dem Verzwei gungspunkt L-. nach der Hauptklemme N führenden Leitung ist die Wendepolwicklung 0 eingeschaltet. Parallel zur Wendepolwick lung liegt ein Shunt P, an welchem in einem geeigneten Punkt die Nebenschlusserreger wicklungen R1, R2, R, und R, der Hauptpole angeschlossen sind. Auf der andern Seite sind diese Wicklungen an den andern Pol M der Maschine gelegt. Es hat sich gezeigt, dass es besonders zweckmässig ist, die Windungen zweier zusammengehöriger Pole in Reihe und diese beiden Gruppen parallel zu schalten.
Es kann ferner in vielen Fällen vorteilhaft sein, in den Stromkreis des Shunts beim Punkt R eine kleine Drossel einzuschalten, um ein Umpolen mit Sicherheit zu vermeiden.
Der Shunt P zur Wendepolwicklung 0, von welchem der Erregerstrom für die Haupt pole K, der der Klemmenspannung propor tional ist, abgenommen wird, hat die Wir kung, als ob auf den Wendepolen eine zusätz liche, der Klemmenspannung proportionale Gegenmagnetisierung vorhanden sei. Man kann aber auch die Erregerwicklung R an eine passende Anzapfung der Wendepolwick lung 0 selbst anschliessen, wobei der Shunt P, auch wenn er nicht unbedingt notwendig ist, in gewissen Fällen trotzdem beibehalten werden kann, da er erfahrungsgemäss eine günstige Wirkung ausübt. Es ist auch mög lich, die Schaltung, wie in Fig. 3 angedeutet, derart vorzunehmen, dass an Stelle des Shunts P zur eigentlichen Wendepolwicklung 0 eine zusätzliche Wendepolwicklung S angeordnet wird, welche im Nebenschluss zur Maschine liegt.
Mit Hilfe der beschriebenen Anordnung erhält die Maschine bezüglich der Abhängig keit der Klemmenspannung Z' von dem äussern Strom I Kennlinien, wie sie in Fig. 4 gezeichnet sind. Die gezeichneten vier Kenn linien gelten für vier verschiedene Einstell werte des äussern Stromes. Die kleine innere Kurve ist bei kleiner, die äussere Kurve bei grosser Betriebsstromeinstellung vorhanden. Die Kurven werden erhalten, indem man den Generator auf einen Widerstand belastet, den man von 0, bis c- verändert. Die Spannung K ist die Spannung am Widerstand, der Strom I sein Belastungsstrom.
Zum Einstellen der gewünschten Strom stärke beim Schweissen wird am besten der magnetische Widerstand der Wendepolkreise verändert. Fig. 5 zeigt eine Ausführungs möglichkeit. In eine oder mehrere Bohrungen T des Wendepolkernes werden vom Rücken her ein oder mehrere Eisenstifte U mehr oder weniger tief eingestossen. Sind alle Boh rungen des Wendepolkernes mit Eisen ausge füllt, so ist der magnetische Widerstand der Wendepolkreise am kleinsten und die sich einstellende Stromstärke am grössten.
Die Anwendung einer vom Wendepolfluss erzeugten Zusatzerregung in Form eines Aus gleichstromes zwischen verschobenen gleich- poligen Bürsten lässt sich im übrigen, wie hier noch ausdrücklich bemerkt werden soll, nicht nur bei vier- und mehrpoligen Maschinen, sondern auch bei zweipoligen anwenden. Zu diesem Zweck werden gemäss Fig. 6 sowohl die Pole K als auch die Bürsten G bezw. H geteilt. Um diese Figur möglichst übersicht lich zu halten, sind die Nebenschluss- sowie die Wendepolwicklungen weggelassen wor den. Die Unterteilung der Pole kann sowohl axial als auch senkrecht zur Achse durchge führt sein.
Schliesslich steht natürlich nichts im Wege, diese Unterteilung der Pole und Bürsten auch bei mehrpoligen Maschinen an zuwenden.
DC generator for constant current. When a normal DC machine is short-circuited with shunt self-excitation, it is well known that very large currents occur in the event of a short circuit shortly before the current is completely extinguished, as the excitation field only decays slowly due to the delaying effect of the eddy currents in the massive iron of the pole cores. Such a machine can therefore only be used to a limited extent for a purpose with operational short circuits, such as occur, for example, when welding.
It is now known to limit the current surges occurring in short circuits in that a counter-magnetizing main current winding is placed on the main poles. The effect of the counter-magnetizing main current winding must, however, be canceled in the permanent state. According to the invention, this is achieved in that the main poles, in addition to the usual shunt excitation winding, carry two parallel-connected, opposing main current windings with different self-induction, of which the one that magnetizes in the sense of the shunt excitation winding has a significantly higher self-induction than the one counteracting the shunt winding.
The two additional main current windings are expediently dimensioned approximately equally so that in the event of a short circuit the winding that is magnetized in the sense of the shunt excitation winding is rendered ineffective by, for example, a choke coil connected upstream of it, so that the rapidly increasing current in the event of short circuits to the for the most part only flows through the other, relatively induction-free winding and causes an immediate weakening of the main field.
In the drawing several Ausfüh approximately examples of the invention are shown. Fig. 1 shows schematically a two-pole direct current generator A with series-connected shunt exciter windings Bi, B2 and parallel-connected main current winding Cl, C2. The winding C, _ is connected in series with an ohmic resistor D, while a throttle E is connected upstream of the winding C2.
The other Klem men of the parallel windings Cl, C2 are connected by a second resistor F to which the outgoing line is connected at a suitable point. Leave the arrows for the direction of the current in the windings. recognize that C2 magnetizes in the same, C ,, in the opposite sense as B ,, B2. This arrangement offers the advantage that, by moving the connection point on the resistor F, the relationship between the two series windings C1, C2 can be changed in a very simple manner.
Optionally, the same purpose can also be achieved by making one main current winding controllable.
Another embodiment of the inven tion is to move the brushes from the usual position in the neutral zone according to a certain rule. In a four-pole and multi-pole direct current machine, the brushes of the same polarity are known to be connected to each other, in a four-pole Ma machine that is exactly diametrically opposite. The external current is drawn from the two connecting cables. The brushes of the same polarity have the same potential in the normal position in the neutral zone, so that no equalizing currents flow between them.
If the brushes are moved out of their diametrical position, a voltage occurs between brushes of the same polarity, which is induced by the partial or all of the reversing pole flux. When the brushes are connected to one another again in the same way, an equalizing current flows between them, which superimposes the useful current leading to the outside and occurs especially when the machine is idling, provided the reversing poles are excited.
It is known that this special type of brush displacement can be used to give the machine the property of delivering voltages with the same sign for every direction of rotation. The combination of this arrangement with the series windings according to the invention on the main poles results in machines whose characteristics are very well adapted to welding operations and similar operations.
In order to explain this further embodiment of the invention in more detail with reference to the drawing, the basic circuit of an ordinary four-pole DC machine is illustrated in FIG. 2. The fact that a four-pole arrangement is used as a basis does not mean, however, that multipole machines cannot be considered, especially for larger powers.
The brushes G ,, G2 respectively. H ,, H2 are shifted from the zero position in the sense mentioned. The main current windings C, and C .., the poles K, and K2 are connected between the brushes G and G2. The external current is picked up in the middle L, of the connecting cable and leads to a main small M of the machine.
On one side of the branch point L, there is the throttle E ,, on the other side, if necessary, a resistor D,. To compensate for the effective resistance of the throttle. Similarly, the turns C2 and C4 of the poles K3 and K4 are connected between the brushes H and H. A line leads from the middle point L2 to the second outer terminal N of the machine.
On one side of the branch point L2 there is again a throttle E2, on the other side possibly a resistor D'2. In the arrangement shown, the associated main current windings C, and C2 respectively. C, and C4 housed on different poles. Although two associated main current windings C and C2 could be arranged on each pole, the effect would be less strong than with the arrangement on separate poles, whose fields are independent of one another.
In addition to the windings mentioned, the main poles also have an ordinary secondary winding. In the from. the branch point L-. after the line leading to the main terminal N, the reversing pole winding 0 is switched on. Parallel to the reversing pole winding is a shunt P to which the shunt exciter windings R1, R2, R, and R, of the main poles are connected at a suitable point. On the other hand, these windings are placed on the other pole M of the machine. It has been shown that it is particularly useful to connect the turns of two related poles in series and these two groups in parallel.
In many cases, it can also be advantageous to connect a small choke in the circuit of the shunt at point R in order to reliably avoid polarity reversal.
The shunt P to the reversing pole winding 0, from which the excitation current for the main pole K, which is proportional to the terminal voltage, is removed, has the effect as if an additional counter magnetization proportional to the terminal voltage was present on the reversing poles. But you can also connect the excitation winding R to a suitable tap of the reversible pole winding 0 itself, the shunt P, even if it is not absolutely necessary, can still be retained in certain cases, since experience has shown that it has a beneficial effect. It is also possible, please include to make the circuit, as indicated in Fig. 3, in such a way that instead of the shunt P to the actual reversing-pole winding 0, an additional reversing-pole winding S is arranged, which is shunted to the machine.
With the aid of the arrangement described, the machine receives, with respect to the dependency of the terminal voltage Z 'on the external current I, characteristic curves as shown in FIG. The four characteristic curves shown apply to four different setting values for the external current. The small inner curve is present with a small, the outer curve with a large operating current setting. The curves are obtained by loading the generator to a resistance which is varied from 0 to c-. The voltage K is the voltage across the resistor, the current I is its load current.
To set the desired current strength during welding, it is best to change the magnetic resistance of the reversing pole circles. Fig. 5 shows an execution possibility. One or more iron pins U are pushed more or less deep into one or more bores T of the reversible pole core from the back. If all the bores of the reversible pole core are filled with iron, then the magnetic resistance of the reversible pole circles is the smallest and the current intensity is greatest.
The use of an additional excitation generated by the reversing pole flux in the form of a direct current between displaced homopolar brushes can also be used, as should be expressly noted here, not only with four-pole and multi-pole machines, but also with two-pole machines. For this purpose, according to FIG. 6, both the poles K and the brushes G respectively. H shared. In order to keep this figure as clear as possible, the shunt windings and the reversing pole windings have been omitted. The division of the poles can be carried out both axially and perpendicular to the axis.
Ultimately, of course, nothing stands in the way of applying this division of poles and brushes to multi-pole machines as well.