DE1228708B

DE1228708B - Method and arrangement for the rapid de-excitation of alternators for welding machines

Info

Publication number: DE1228708B
Application number: DES44755A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hermann Harz; Dipl-Ing Hans Cammerer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1955-07-14
Filing date: 1955-07-14
Publication date: 1966-11-17

Description

Verfahren und Anordnung zur schnellen Entregung von Wechselstromgeneratoren für Schweißmaschinen Zum Betrieb von Widerstandsschweißanlagen, z. B. für das Schweißen von Rohren, verwendet man Wechselstromgeneratoren, die entweder unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines den Strom heraufsetzenden Zwischenumspanners die Schweißstellen speisen. Auch bei Verwendung eines Zwischenumspanners erreicht man bei Generatoren für die üblichen Niederspannungen meistens Stromstärken von mehreren 1000 Ampere, die die Verwendung von Schützen und Sch altern sehr aufwendig machen. Andererseits ist es erwünscht, den Strom an der Schweißstelle sehr rasch entstehen und auch wieder verschwinden zu lassen, wenn der Schweißvorgan 'g beendet ist. Nun besteht eine Möglichkeit, den Strom an der Schweißstelle dadurch zu steuern, daß man das Feld des Generators in entsprechend kurzen Zeiten auf- und abbaut. Das setzt aber Erregerquellen voraus, die völlig verzögerungsfrei arbeiten und die bei Feldänderungen auftretenden Spannungen sofort zur Verfügung stellen. Das ist nach dem heutigen Stand der Technik nur unter Verwendung von Gleichrichtem möglich. Gleichstromerregermaschineu arbeiten, auch wenn ihr magnetischer Kreis geblättert ist, wegen der vorhandenen Bürsten-Kurzschlußkreise mit erheblicher Feldverzögerung, so daß mit ihnen die im vorliegenden Fall benötigten kurzen Zeiten nicht erreichbar sind.Method and arrangement for the rapid de-excitation of alternators for welding machines. B. for the welding of pipes, one uses alternating current generators, which feed the welds either directly or with the interposition of an intermediate transformer that increases the current. Even when using an intermediate transformer, generators for the usual low voltages usually achieve currents of several 1000 amperes, which make the use of contactors and switches very expensive. On the other hand, it is desirable to reduce the flow at the weld arise very quickly and disappear again when the Schweißvorgan 'is completed g. There is now a possibility of controlling the current at the welding point by building up and dismantling the field of the generator in correspondingly short times. However, this presupposes sources of excitation that work completely without delay and immediately provide the voltages that occur in the event of changes in the field. According to the current state of the art, this is only possible with the use of rectifiers. DC exciter machines work, even if their magnetic circuit is paged, because of the existing brush short-circuit circuits with considerable field delay, so that the short times required in the present case cannot be achieved with them.

" Bei Synchrongeneratoren für den normalen Netzbetrieb oder für Alleinbetrieb, die bei allen Belastungen mit gleichbleibender Spannung arbeiten und daher lastabhängig über Gleichrichter erregt werden, ist es bereits bekannt, zur Entregung den Erregerkreis kurzzuschließen und zur Beschleunigung des Entregungsvorganges einen Widerstand zusätzlich in Reihe zur Erregerwicklung und zum Gleichrichter zu schalten. Bei diesen Generatoren kommt eine derartige schnelle Entregung jedoch nur im Störungsfall vor. " In the case of synchronous generators for normal mains operation or for stand-alone operation, which work with constant voltage under all loads and are therefore excited via rectifier depending on the load, it is already known to short-circuit the excitation circuit for de-excitation and to add a resistor in series to the excitation winding and to accelerate the de-excitation process With these generators, however, such rapid de-excitation only occurs in the event of a fault.

Die Erfindung betrifft dagegen ein Verfahren zur schnellen Entregung von Wechselstromgeneratoren, die den Strom für Widerstandsschweißungen liefern und über Gleichrichier mit eingeprägten Strömen erregt werden. Für diese Generatoren für Widerstandsschweißung gehört das Entregen der Maschine zum Normalbetrieb, da die Schweißströme an der Schweißstelle sehr rasch entstehen und auch wieder rasch verschwinden sollen. Zur Verkürzung der Entregungszeiten wird gemäß der Erfindung zunächst der Erregergleichrichter auf der Gleich- oder Wechselstromseite kurzgeschlossen, wobei gleichzeitig auf der Gleichstromseite des Erregergleichrichters ein bisher kurzgeschlossener Widerstand in den Erregerkreis eingeschaltet wird. Dann wird nach dem Abklingen des Erregerstromes der Generator auf seiner Wechselstromseite kurzgeschlossen.In contrast, the invention relates to a method for rapid de-excitation of alternators that supply the electricity for resistance welding and are excited via rectifiers with impressed currents. For these generators For resistance welding, de-energizing the machine is part of normal operation, since the welding currents at the welding point arise very quickly and again quickly should disappear. To shorten the de-excitation times, according to the invention First the exciter rectifier is short-circuited on the direct or alternating current side, while at the same time on the DC side of the exciter rectifier a previously short-circuited resistor is switched on in the excitation circuit. Then after as the excitation current subsides, the generator short-circuits on its alternating current side.

Man geht also in der Weise vor, daß durch das Kurzschließen des Gleichrichters die Erregung plötzlich unterbrochen wird. Da aber gleichzeitig ein im Erregerkreis vorhandener, bis dahin kurzgeschlossener Widerstand entsprechender Größe freigegeben wird, können sich keine großen Kurzschlußströme im Erregerkeis ausbilden, da der Widerstand die aufgespeicherte Feldenergie in der gewünschten kurzen Zeit aufnimmt und vernichtet. Ein infolge des remanenten Magnetismus des Generators etwa noch vorhandenes Restfeld kann nunmehr durch Kurzschluß des Generators auf der Wechselstromseite unwirksam gemacht werden. Der Kurzschließer braucht dabei nur für einen Bruchteil des normalen Betriebsstromes bemessen zu werden. Durch die Einhaltung der durch die Lehre der Erfindung gegebenen be# sth-nmten Reihenfolge der einzelnen Maßnahmen: 1. Kurzschließen des Erregergleichrichters auf der Wechselstrom- oder auf der Gleichstromseite, 2. Einschalten von Widerstand in Reihe zur, Erregerwicklung, 3. Kurzschließen der Ankerwicklung des Generators, wird eine äußerst kurze Entregungszeit des Schweißgenerators erzielt und mithin der gewünschte technische Zweck erreicht.So one proceeds in such a way that the excitation is suddenly interrupted by short-circuiting the rectifier. However, since at the same time a resistor of a corresponding size, which has been short-circuited until then, is released in the excitation circuit, no large short-circuit currents can develop in the excitation circuit, since the resistor absorbs and destroys the stored field energy in the desired short time. Any residual field that may still be present as a result of the remanent magnetism of the generator can now be rendered ineffective by short-circuiting the generator on the alternating current side. The short-circuiter only needs to be dimensioned for a fraction of the normal operating current. By adhering to the specified sequence of the individual measures given by the teaching of the invention: 1. Short-circuiting the field rectifier on the AC or DC side, 2. Switching on the resistor in series with the field winding, 3. Short-circuiting the armature winding of the generator, an extremely short de-energization time of the welding generator is achieved and thus the desired technical purpose is achieved.

Ein Ausführungsbeispiel läßt den Erfindungsgedanken näher erkennen.An embodiment allows the idea of the invention to be recognized in more detail.

In der Zeichnung bezeichnet 1 den Einphasensynehrongenerator, der über einen Zwischenumspanner2 eine Widerstandsschweißanlage 3, z. B. für die Schweißung von Rohren, betreibt. Die Erregerwicklung wird durch den Trockengleichrichter 4 gespeist, dem über den Umspanner 5 und die Drosselspule 6 aus dem Drehstromnetz in Stromschaltung ein Strom einstellbarer Größe zugeführt wird. Der größte Teil der Netzspannung liegt an der Drosselspule 6, so daß dadurch auch die Größe des dem Gleichrichterumspanner 5 zugeführten Stromes bestimmt ist, unabhän-gig davon, ob der Umspanner kurzgeschlossen ist oder auf einen veränderlichen Widerstand arbeitet. Bei Feldänderungsvorgängen im Generator ändern sich sowohl die ohmschen als auch die induktiven Spannungsabfälle, die von dem Gleichrichterumspanner ohne Verzögerung aufgebracht werden. Der Umspanner 5 weist auf der Erstseite eine Anzahl von Anzapfungen auf, die über Schalter oder Schütze gespeist werden, so daß sich je nach dem übersetzungsverhältnis auf der Zweitseite ein Strom verschiedener Größe einstellt. Mit Hilfe eines Kurzschlußschützes 7 kann der Umspanner kurzgeschlossen werden, so daß er stromlos wird. Das Feld in der Maschine würde nach der normalen Zeitkonstante des Erregerkreises abklingen. Um das Abklingen auf das gewünschte kleine Maß zu beschleunigen, wird daher gleichzeitig mit dem Kurzschließen des Schützes 7 das Schütz 8 geöffnet, das den Zusatzwiderstand 9 freigibt. Das Feld klingt nunmehr sehr rasch ab. Wenn es einen genügend kleinen Wert, z. B. 511/o, erreicht hat, kann der Generator 1 auf seiner Wechselstromseite durch das Schütz 10 vollkommen kurzgeschlossen werden.In the drawing, 1 denotes the single-phase synchronous generator, which via a Zwischenumspanner2 a resistance welding system 3, z. B. for the welding of pipes operates. The excitation winding is fed by the dry rectifier 4, to which a current of adjustable magnitude is supplied from the three-phase network via the transformer 5 and the choke coil 6 in a current circuit. The majority of the mains voltage to the choke coil 6, thereby also the size of the current supplied Gleichrichterumspanner 5 is determined, regardless of whether the transformer is short-circuited or operates on a variable resistor. When the field changes in the generator, both the ohmic and the inductive voltage drops, which are applied by the rectifier converter without delay, change. The transformer 5 has a number of taps on the first side, which are fed via switches or contactors, so that, depending on the transmission ratio, a current of different magnitudes is established on the second side. With the help of a short-circuit contactor 7 , the transformer can be short-circuited so that it is de-energized. The field in the machine would subside after the normal time constant of the excitation circuit. In order to accelerate the decay to the desired small amount, the contactor 8 , which releases the additional resistor 9 , is therefore opened at the same time as the short-circuiting of the contactor 7. The field is now subsiding very quickly. If it is a sufficiently small value, e.g. B. 511 / o, the generator 1 can be completely short-circuited by the contactor 10 on its alternating current side.

Man erreicht auf diese Weise durch Schaltgeräte kleiner Leistung auf der Erregerseite das Entstehen und Verschwinden des großen Stromes an der Schweißstelle und erzielt dadurch einen recht gün- stigen und wirtschaftlichen Aufwand. In this way, switching devices with a low power output on the excitation side achieve the creation and disappearance of the large current at the welding point and thus achieve a very inexpensive and economic outlay.

Statt des Stufenumspanners 5 könnte natürlich auch ein Drehumspanner für die stufenlose Steuerung verwendet werden. Man kann auch den Generator mittelbar über eine Erregermaschine erregen, deren Erregerwicklung F i g. 1 über Gleichrichter etwa gemäß und in der Stromschaltung Schaltung der ge- ' speist wird. Die Erregermaschine, die unmittelbar mit dem Wechselstromgenerator 1 gekuppelt sein kann oder auch mit einem besonderen Antriebsmotor, soll hierbei eine genügend große Gegenreihenschlußerregerwicklung erhalten, damit das Wesen einer Stromschaltung, nämlich die Unabhängigkeit von Änderungen des Widerstandswertes im Nutzstromkreis gewahrt bleibt. Die Erregermaschine besitzt dann einerseits die vom Ankerstrom gespeiste Gegenreihenschlußerregerwicklung, andererseits die von der Gleichrichterschaltung der F i g. 1 gespeiste Erregerwicklung, welche die Erregermaschine in entgegengesetztem Sinne erregen. Die Gegenreihenschlußerregerwicklung hat zur Folge, daß der vom Ankerkreis der Erregermaschine gelieferte Erregerstrom von zufälligen Widerstandsänderungen in diesem Kreis möglichst unabhängig wird und möglichst verhältnisgleich dem Erregerstrom in der vom Gleichrichter gespeisten zweiten Erregerwicklung bleibt. Die Zwischenschaltung einer Gleichstromerregermaschine bei der Schaltung der Zeichnung hat einerseits den Vorteil, daß das Zubehör, nämlich der Gleichrichterumspanner 5 und der Gleichrichter 4 bzw. die Drosselspule 6, entsprechend kleiner wird. Sie bringt aber den Nachteil einer Verzögerung der Erregerstromänderungen mit sich, die durch die Bürstenkurzschlußstromkreise der Erregermaschine verursacht werden.Instead of the step converter 5 , a rotary converter could of course also be used for the stepless control. The generator can also be excited indirectly via an exciter whose exciter winding F i g. 1 is supplied via rectifier according about and in the current circuit of the overall circuit '. The exciter, which can be coupled directly to the alternator 1 or to a special drive motor, should have a sufficiently large counter-series excitation winding so that the essence of a current circuit, namely the independence of changes in the resistance value in the useful circuit, is preserved. The exciter then has, on the one hand, the opposing series exciter winding fed by the armature current, and, on the other hand, that of the rectifier circuit in FIG. 1 fed excitation winding, which excite the excitation machine in the opposite sense. The result of the opposing series excitation winding is that the excitation current supplied by the armature circuit of the excitation machine becomes as independent as possible of random changes in resistance in this circuit and remains as proportionate as possible to the excitation current in the second excitation winding fed by the rectifier. The interposition of a DC exciter in the circuit of the drawing has the advantage, on the one hand, that the accessories, namely the rectifier converter 5 and the rectifier 4 or the choke coil 6, are correspondingly smaller. But it has the disadvantage of delaying the changes in the excitation current caused by the brush short-circuit circuits of the excitation machine.

Die Verwendung einer Erregermaschine gibt bei der geschilderten Entregung des Wechselstrom-P a nerators die Möglichkeit, von der bekannten Schwingungsentregung Gebrauch zu machen, bei der der Erregerstrom des Wechselstromgenerators bei seiner Verminderung die Richtung wechselt und unter periodischen Schwingungen einem Nullwert zuströmt. Dadurch wird eine vollständige Vernichtung des Generatorfeldes ebenfalls in kurzer Zeit ermöglicht.The use of an exciter gives the described de-excitation of the alternating current p a nerators the possibility of making use of the known vibration de-excitation, in which the excitation current of the alternator changes direction when it is reduced and flows towards a zero value with periodic oscillations. This also enables the generator field to be completely destroyed in a short time.

Claims

Claims: 1. A method for the rapid de-excitation of alternators, which supply the current for resistance welding and are excited via rectifiers with impressed currents, characterized in that first the exciter rectifier (4) is short-circuited on the direct or alternating current side and at the same time on the direct current side of the Exciter rectifier (4) a previously short-circuited resistor (9) is switched on in the excitation circuit, and that after the excitation current has decayed, the generator (1) is short-circuited on its alternating current side.

2. Arrangement for carrying out the method according to claim 1, characterized in that a short-circuiter (7) is provided on the alternating current side of the exciter rectifier (4) which can be actuated simultaneously with the switch (8) lying parallel to the resistor (9). 3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the excitation rectifier (4) is fed via an impedance (6) which prescribes the excitation current due to its size. 4. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the alternator is excited indirectly via a DC exciter, whose external excitation winding is excited via the exciter rectifier (4) and de-energized via the resistor (9) , and that the exciter has one of its armature current flowing through it Has reverse series winding that counteracts the external excitation winding. Considered publications: German Patent Nos. 604 937, 687 213, 719 192, 724 905, 896 675, 929 859, 934 181; ETZ, 1935, p. 835.