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Stufenlos regelbarer Wechselstrom-Lichtbogenschweißumformer Bei den
bekannten, als Schweißumformer verwendeten rotierenden Frequenzumformern mit Frequenzerhöhung
handelt es sich entweder um Asynchronfrequenzumformer mit einer Ständer- und einer
Läuferwicklung oder um Synchrongeneratoren, die vielfach an Stelle einer Erregerwicklung
Dauermagnetpole besitzen und durch einen Asynchronmotor angetrieben werden. Die
ersteren benötigen für den Läufer Schleifringe mit Kohlebürsten, wodurch eine erhöhte
Wartung bedingt ist. Den gleichen Nachteil haben die Synchrongeneratoren, falls
sie eine Erregerwicklung besitzen. Bei Ausrüstung der Synchrongeneratoren mit Dauermagnetpolen
dagegen können diese bei falscher Bedienung der Maschine entmagnetisiert werden,
wodurch die Maschine unbrauchbar wird. Zusätzlich haben die aufgezählten Schweißfrequenzumformer
zur Regelung der Schweißstromstärke meistens eine Drossel, die je nach Bauart eine
Stufenweise oder stufenlose Einstellung des Schweißstromes zuläßt.
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Eine solche bekannte Art der Regelung besteht darin, daß bei verschiedenen
Wickelstablängen von Primär-und Sekundärwicklung zwecks Veränderung des Verhältnisses
von Nutz- zu Streufluß der vorstehende Teil der Wicklung auf einem gesonderten Stator
aufgespult und konzentrisch zu diesem Stator ein axial verschiebbarer Rotor angeordnet
ist. Der Nachteil dieser Regeleinrichtung besteht darin, daß, abgesehen von den
für die beiden Statoren erforderlichen verschiedenen Blechschnitten, zwischen den
beiden Statoren zur Unterbringung des Wickelkopfes der kürzeren Wicklung ein erheblicher
Zwischenraum vorgesehen werden muß, womit die Maschine unnötig verlängert wird.
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Die aufgezählten Nachteile vermeidet man, wenn man gemäß vorliegender
Erfindung als Wechselstrom-Lichtbogenschweißumformer den an sich bekannten Reaktionsfrequenzumforiner
verwendet, da in diesem Falle sowohl der zusätzliche Antriebsmotor als auch die
Schleifringe für den Läufer bzw. die Dauermagnete entfallen. Weiterhin erübrigt
sich die bei Wechselstrom-Lichtbogenschweißumformern üblicherweise verwendete Regeldrossel
mit ihrem nicht unbeträchtlichen Raumbedarf dadurch, daß erfindungsgemäß zur Schweißstromregelung
der an sich bekannte Reaktionsfrequenzumformer zusätzlich einen auf der Welle in
das Ständerpaket verschiebbaren Regulierläufer erhält. Wohl sind ähnliche Anordnungen
bei anderen Maschinenarten schon vorgeschlagen worden die aber alle nur auf eine
Veränderung des induktiven Maschinenwiderstandes hinzielen, während im vorliegenden
Fall neben der Veränderung des induktiven Widerstandes vor allem die Änderung des
magnetischen Querfeldwiderstandes der Reaktanzmaschine zur Regelung herangezogen
wird, wodurch man mit einer relativ kleinen Paketlänge für den Regulierläufer auskommt.
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Ein Reaktionsfrequenzurnformer zur Frequenzerhöhung hat allgemein
im Ständer neben einer mehr phasigen, meistens zweipoligen, auch als Primärwicklung
bezeichneten Motorwicklung, eine ein- oder' mehrphasige Sekundärwicklung von höherer
Polzahl als die Primärwicklung, während der Läufer als Reaktionsläufer ausgebildet
ist, der durch das primär erzeugte Drehfeld synchron entsprechend der Polzahl der
Motorwicklung umläuft und durch geeignete Läuferausbildung in der Sekundärwicklung
eine Spannung vom Vielfachen der Primärfrequenz induziert, das sich aus dem Verhältnis
der Polzahlen von Sekundär- zur Primärwicklung ergibt.
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Eine solche bekannte Ausführung eines üblichen Reaktionsfrequenzumformers
zeigt beispielsweiseAbb.1 schematisch für das Frequenzverhältnis 1:4, wobei übersichtshalber
die primäre und sekundäre Wicklung jeweils nur für eine einzige Phase eingezeichnet
sind. Hierbei ist St das Ständerpaket mit einer zweipoligen Primärwicklung I und
einer achtpoligen Sekundär-Wicklung Il. Der Läufer besteht aus den beiden durch
die Trennfuge T magnetisch getrennten Läuferteilen L1 und L., die z. B. durch Ausgießen
der Trennfuge T
mit unmagnetischem Werkstoff zusammengehalten werden können,
und hat der Sekundärpolzahl angepaßte Aussparungen 1, 2 und 3 sowie die für den'
Anlauf erforderlichen Kurzschlußstäbe K. Der durch die zweipolige Primärwicklung
hervorgerufene magnetische Kraftfluß 0 bildet entsprechend der im Augenblick angenommenen
magnetischen Flußachse F auf den einzelnen Vorsprüngen des Reaktionsläufers die
mit n und s bezeichnete Polarität aus. Die Trennfuge T soll die Ausbildung des bei
Belastung auftretenden Querfeldflusses möglichst klein halten.
Abb.
2 zeigt im Schnitt schematisch den erfindungsgemäßen Aufbau eines Reaktionsschweißumformers
mit Regeleinrichtung. Hier ist wieder St das Ständerpaket mit der dreiphasigen Primärwicklung
1 und der einphasigen Sekundärwicklung 11, L -der -im folgenden als Hauptläufer
bezeichnete Läufer gemäß der in Abb. 1 gezeigten Blechform mit den Kurzschlußringen
F. und dem, zweckmäßig ungenuteten Regulierläufer R, der längs des Nutenkeils \'
auf der Welle W in das Ständerpaket St hineingeschoben werden kann. Die Länge des
Ständerpaketes ist etwa gleich der Länge des Hauptläufers L -f- Breite eines Kurzschlußringes
E -I- Länge des Regulierläufers R.
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Das Prinzip der Schweißstromregelung mittels eines Regulierläufers
nach vorliegender Erfindung sei im folgenden erläutert: Der Umriß der Bleche des
Regulierläufers hat die gleiche Form wie die des Hauptläufers nach Abb. 1, besteht
jedoch aus einem Stück, also ohne die Trennfuge T. Der Regulierläufer besteht somit
nicht mehr aus zwei Teilen, so daß seine Bleche die in Abb. 3 gezeigte Form haben.
Diesen Läufer setzt man so auf die Welle, daß seine Aussparungen 1', 2', 3' mit
denen des Läufers L fluchten bzw. bei geschrägten Läufern ihre magnetischen Achsen
sich decken. Dadurch wird erreicht, daß sich durch Einschieben des Regulierläufers
in den Ständer die sekundäre Leerlaufspannung nicht ändert, da sich der, die achtpolige
Wicklung induzierende Nutzfluß nicht ändert. Dagegen kann sich bei Belastung der
Querfeldfluß jetzt über den eingeschobenen Regulierläuferteil praktisch widerstandslos
ausbilden, und zwar um so mehr, je weiter der Läufer in den Ständer hineingeschoben
wird. Hierdurch wird aber bekanntlich der Nutzfluß der Reaktionsmaschine verringert
und damit auch die sekundär induzierte elektromotorische Kraft, so daß im Zusammenwirken
mit dem induktiven Widerstand der Maschine, der durch das Einschieben des Regulierläufers
sich erhöht, die sekundäre Klemmenspannung mit zunehmendem Strom rasch absinkt,
wie das für Schweißzwecke in den meisten Fällen erwünscht ist. Für die statische
Charakteristik ergibt sich dann für verschiedene angenommene Einschiebetiefen d,
b, c, d eine Kennlinienschar Ü = f (7) nach Abb. 4, bei der alle Kennlinien
eine gemeinsame Leerlaufspannung haben.
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Führt man den Regulierläufer nach Abb. 5 mit einem kreisförmigen Umriß
und ebenfalls wieder ohne Trennfuge aus, dann werden schon im Leerlauf über die
den Aussparungen 1, 2, 3 der Abb. 1 entsprechenden Umfangstellen 1', 2', 3' dieses
Regulierläufers gleichfalls Kraftlinien, die dem Nutzfluß entzogen werden, hindurchgehen
und in dem gegenüber dem eingeführten Regulierläuferteil liegenden Teil der Sekundärwicklung
eine elektromotorische Kraft erzeugen, die derjenigen von den Polen n, n
und s, s erzeugten entgegengerichtet ist und diese schwächt. Man erhält in diesem
Fall, je weiter man den Regulierläufer einschiebt, eine entsprechend verringerte
Leerlaufspannung. Bei Belastung kann sich infolge Fehlens der Trennfuge auch hier
wieder das Querfeld in diesem Teil voll ausbilden, was auch hier zusammen mit 'dem
erhöhten induktiven Widerstand der Maschine die sekundäre Klemmenspannung mit zunehmendem
Schweißstrom stark abfallen läßt. Nlan erhält jetzt als statische Kennlinien eine
Kurvenschar ähnlich--Abb: 6, die für verschiedene Regulierläuferstellungen
a', b', c', d' eine Kurvenschar zeigt, bei der jede Kennlinie für eine niedrigere
Schweißstromstärke auch eine niedere Leerlaufspannung hat als die vorhergehende.
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Die Steilheit der Kennlinien läßt sich durch die Größe des magnetischen
Widerstandes, den man in den Verlauf des Querflusses sowohl im Haupt- als auch im
Regulierläufer legt, weitgehend beeinflussen. So kann man beispielsweise im Hauptläufer
nach Abb. 7 die Trennfuge so ausführen, daß diese die Teile L1 und L2 nicht vollständig
magnetisch trennt, sondern für den Querfluß die mehr oder weniger dünnen Stege Z
zwischen beiden Läuferteilen bestehen läßt. Ebenso kann man in den Regulierläufer
Trennschlitze einführen, wie in Abb.3 und 5 mit der Bezeichnung T' gestrichelt angedeutet,
die den Querfluß in diesem Teil sich nicht voll ausbilden lassen. Auch läßt sich
der Kennlinienverlauf durch Vor- oder Nachverdrehen der magnetischen Achse des Regulierläufers
gegenüber der des Hauptläufers, bezogen auf die Drehrichtung, in verhältnismäßig
hohem Maße beeinflussen.
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Selbstverständlich kann an Stelle der in den Abbildungen beispielsweise
gezeigten Formen auch jede andere gleich wirksame Form gesetzt werden, ebenso wie
analog dem gezeigten Beispiel jede andere Polzahl entsprechend der geforderten Sekundärfrequenz
angewendet werden kann.