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Elektrische Maschine mit Veränderung des Streuflusses Die Erfindung
betrifft eine elektrische Maschine mit einem magnetfelderzeugenden Teil, einem mit
der Maschinenwelle verbundenen, bewickelten, ringförmigen Magnetanker und einem
koaxial innerhalb des Magnetankers liegenden, diesem gegenüber axial verschiebbaren,
der Steuerung des Magnetflusses dienenden magnetisierbaren Teil.
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Solche bekannte elektrische Maschinen mit veränderlichem Streufluß
finden für Sonderzwecke Anwendung. Als Beispiel hierfür sei ein Schweißgenerator
für Lichtbogenschweißung genannt, denn hier wird der Schweißstrom durch Änderung
des Streuflusses geregelt.
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Bei anderen bekannten Maschinen wird die Änderung des Streuflusses
über bewegliche magnetisierbare Teile geregelt, die zwischen den Polen des induzierenden
magnetischen Kerns oder zwischen dem induzierenden magnetischen Kein und dem induzierten
magnetischen Kern angeordnet sind.
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Es sind auch elektrische Maschinen bekanntgeworden, die einen kronenförmigen
induzierten magnetischen Kern besitzen und unabhängige magnetische Systeme im Innern
und außen aufweisen. Hierbei kann der induzierte magnetische Kern aus zwei übereinander
angeordneten axialen Kronen, die voneinander durch eine nichtmagnetische Schicht
getrennt sind, gebildet werden.
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Darüber hinaus sind auch noch elektrische Maschinen bekanntgeworden,
die mehrere Wicklungen auf demselben magnetischen Kein besitzen. Der Aufbau dieser
Maschinen gestattet es jedoch nicht, eine Änderung des Streuflusses herbeizuführen.
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Die eingangs genannten Maschinen können erfindungsgernäß nun dadurch
besonders einfach geregelt werden, daß der Magnetanker sowohl eine Ringwicklung
als auch eine Trommelwicklung besitzt, die beide unabhängig voneinander sind und
verschiedene Funktionen erfüllen, und daß das innerhalb des Ankers liegende axial
verschiebbare Teil lediglich den von der Ringwicklung erzeugten magnetischen Fluß
zumindest teilweise schließt und steuert. Durch Änderung des von den Amperewindungen
der Ringwicklung in dem Magnetanker und dem axial verschiebbaren magnetisierbaren
Teil erzeugten Flusses wird eine Änderung des Unterschiedes zwischen dem Fluß der
Ringwicklung und dem der Trommelwicklung erzielt.
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Vorzugsweise ist der axial verschiebbare Teil mit einer Wicklung versehen,
die mit einstellbarem Gleichstrom gespeist wird.
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Eine beispielsweise Ausführung der Erfindung soll nun an Hand der
Zeichnung näher erläutert werden. Die dargestellte elektrische Maschine weist einen
innen gelegenen, magnetisierbaren, kronenförmigen Magnetanker 1 und ein inneres
magnetisierbares, konisches oder zylindrisches, axial verschiebbares Teil
3 auf. Auf dem Magnetanker 1 ist eine Ringwicklung 7 sowie
eine Trommelwicklung 8 angeordnet. Beide Wicklungen haben hierbei verschiedene
Funktionen.
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Der magnetische Fluß, der von den Amperewindungen der Ringwicklung
im Magnetanker 1 und im Teil 3 erzeugt wird, wird erheblich von der
Stellung des Teiles 3 beeinflußt. Der von den Amperewindungen der Trommelwicklung
erzeugte magnetische Fluß dagegen wird nur wenig von der Stellung des Teiles
3 beeinflußt. Die beide Wicklungen durchsetzenden Magnetflüsse sind unterschiedlich;
diese Differenz kann durch Verschiebung des Teiles 3 gesteuert werden. Der
durch Verschiebung des Teiles 3
erzeugte Effekt kann auch durch zusätzliches
Magnetisieren dieses Teiles mit einem variablen Gleichstrom erreicht werden, der
durch die Wicklung 9
fließt. Der Luftspalt zwischen Magnetanker
1 und Teil 3 kann hierbei teilweise oder ganz unterdrückt werden.
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Die dargestellte Ausführungsform betrifft einen Synchrongenerator.
Das induzierende magnetische Teil 2 ist mit ausgeprägten, mit Erregerspulen
6 ausgestatteten Polen versehen. Der Magnetanker 1 bildet hierbei
den induzierten magnetischen Kern.
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Die erfindungsgemäße Maßnahme kann auch bei Asynchronmotoren angewendet
werden.
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Das axial verschiebbare magnetisierbare Teil wird gewöhnlich aus Blechen
hergestellt und zwar in Form
von zwei entgegengesetzt zueinander
beweglichen Teilen.
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Die axiale Verschiebung des Teiles 3 wird in einfacher Weise
über eine Schubachse 4 bewirkt. Dreht sich der Magnetanker 1 und mit ihm
das Teil 3 um die Welle 5, so ist die axiale Verscbiebung umständlich,
da die Welle 4 über Lager wirken muß. In diesem Fall ist es günstig, auf die axiale
Verschiebung zu verzichten -und die Regelung durch Gleichstrommagnetisierung des
Teiles 3 vorzunehmen; hierbei wird die Wicklung 9 über zwei Bürstenringe
gespeist.
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Nach dem erfindungsgemäßen Prinzip lassen sich verschiedenartige elektrische
Maschinen realisieren; beispielsweise Generatoren für elektrische Lichtbogenschweißung
mit Wechsel- oder Gleichstrom.
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Bei den hierfür verwendeten synchronartigen Generatoren gemäß der
Zeichnung dient die Wicklung 7 zur Schweißbogenspeisung mit Wechselstrom
oder mit Gleichstrom mittels eines Gleichrichters.
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In beiden Fällen ist die Strom-Spannung-Kennlinie fallend entsprechend
derjenigen der Schweißtransformatoren mit magnetischem Nebenschluß. Die statischen
und dynamischen Charakteristiken sind vorteilhaft. Die Regelung des Schweißstromes
wird durch Stellungsänderung oder durch zusätzliche Magnetisierung des Teiles
3 bewirkt. Der aus der Wicklung 8 resultierende Strom und die Spannung
an den Klemmen sind nicht von dem Teil 3 abhängig und ihre Kennlinie ist
nicht abwärts gerichtet. Von dieser Wicklung können über Gleichrichter die Erregerspulen
6 und die Magnetisierungswicklung 9 über einem veränderlichen Widerstand
gespeist werden. Die Wicklung 8 kann auch anderen Zwecken dienen.
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Der Schweißstrom wird praktisch von verhältnismäßig großen Drehzahländerungen
nicht beeinflußt, da sich mit der Drehzahl gleichzeitig auch die Frequenz des vom
Generator erzeugten Stromes ändert und gleichzeitig auch der innere Scheinwiderstand
des Generators. Aus diesem Grunde ist dieser Generator für die durch Wärmekraftmaschinen
angetriebenen Schweißaggregate vorteilhaft. Bei solchen Aggregaten ist, wenn man
Erregerpole aus permanenten Magneten anwendet, die Wicklung 8 für die Speisung
der Erregerpole nicht mehr nötig; sie kann aber für andere Zwecke gebraucht werden,
z. B. zur Beleuchtung oder für die Speisung von Werkzeugmaschinen. Ist diese Wicklung
an einen Kollektor angeschlossen, beispielsweise durch Speisung von einem Akkumulator,
kann das Aggregat angefahren werden.
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Bei den asynchronen Schweißgeneratoren mit erhöhter Frequenz, bei
denen also der induzierende magnetische Kern zur Bauart der Statoren der Asynchroninotoren
gehört und die Wicklung 6 von einem Drehstromnetz gespeist wird und bei denen
die Wicklung 7 den Schweißbogen speist, kann die Wicklung 8 für die
Speisung von Kondensatoren unter konstanter Spannung und erhöhter Frequenz zur Ausgleichung
des Leistungsfaktors benutzt werden. Der Erfindung gemäß kann man Frequenzumformer
mit Kollektor bauen, z. B. als Gleichstrom-Wechselstrom-Umformer oder als Wechselstrom-Wechselstrom-Umformer.
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Bei einer Konstruktion nach der Zeichnung, bei der die Wicklung
8 mit einem Kollektor verbunden ist und durch diesen mit einer Gleichstromquelle,
arbeitet die Maschine wie ein Gleichstrommotor. Von der Wicklung 7 kann man
mit Bürsten, von Schleifringen abgenommenen, Wechselstrom erhalten. Die Stromstärke
des Wechselstromes kann wie oben geregelt werden, indem man auf das Teil
3 einwirkt.
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Wenn man die Wicklung 7 von einer Wechselstromquelle aus speist
und die Wicklungg mit einem Kollektor verbindet, erhält man eine Maschine, die,
außen von einem Motor angetrieben, einen Umformer Wechselstrom-Wechselstrom bildet,
mit welchem man, wenn man auf das magnetische Teil 3 einwirkt, eine Regelung
von Spannung und Stromstärke erreicht. Bei dieser Maschine ist auf dem äußeren magnetischen
Kein keine Wicklung mehr nötig, und infolgedessen vereinigt sich dieser Kein mit
dem inneren Kein in der bei den Frequenzumformern mit Kollektoren bekannten Art.
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Die regelbare Ableitung des Flusses durch das Teil 3 kann auch
für das Anfahren der Asynchronmotoren ausgenutzt werden. In diesem Fall wird bei
Beginn des Anfahrens der durch das Teil 3 abgeleitete Fluß auf einen maximalen
Wert eingestellt; mit wachsender Drehgeschwindigkeit wird der Fluß vermindeft