DE529008C - Umformer zum Umwandeln von Dreiphasen- in Einphasenstrom, insbesondere fuer elektrische Widerstands-Erwaermungs- und Schweissmaschinen - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine neue Ausführungsform für einen Umformer von Dreiphasen- auf Einphasenstrom, und zwar derart, daß der Einphasenstrom direkt in der gewöhnlieh aus einer einzigen Windung bestehenden Sekundären, welche den Schweißstrom führt, entsteht. Besonders eignet sich ein solcher Umformer für Maschinen größerer Leistung. Die Zeichnungen stellen Ausführungsbeispiele des

ίο Umformers dar.

Die Fig. 1 zeigt zunächst schematisch eine Ausführung, bei welcher der Läufer, der einen mit Gleichstrom erregten Erreger darstellen soll, zweipolig ausgeführt ist. Es ist diese Darstellung zunächst nur gewählt, weil hierbei die Schaltung in der Zeichnung übersichtlicher ist, während für dir praktische Ausführungsform wohl hauptsächlich die Verwendung mehrpoliger Läufer in Frage kommt.

so In der Fig. 1 stellt M einen als Doppel-T-Anker gestalteten gleichstromerregten Feldmagneten dar. Dieser rotiert zwischen vier Polen, welche mit a, b, c, d bezeichnet sind. Die Schaltung der vier Pole entspricht der Darstellung der Fig. 2.

Diese Schaltung läßt erkennen, daß die vier Pole wie die vier Pole eines Zweiphasenmotors wirken. Wird der Läufer mit einigen zu einem Käfiganker geschlossenen Stäben versehen, so läuft er bei Einschaltung asynchron an und wird, wenn die Erregung angestellt ist, in den Synchronismus übergehen. Die Wirkungsweise auf die den Schenkel α umgebende Sekundärwicklung S (die Sekundärwicklung S kann auch in zwei parallel geschaltete Sekundärwicklungen aufgeteilt sein, von welchen die eine den Schenkel a, die andere den Schenkel c umgibt) ist nun folgende: Die beiden Phasen sind so geschaltet, daß bei offener Sekundärwicklung der Läufer als Läufer eines Zweiphasensynchronmotors wirkt. Dann liegt das im Läufer erregte Feld immer 90 ° hinter den Polfeldern, also auch 90 ° hinter dem Feld in a, c. Wird nun die Sekundärwicklung geschlossen, d. h. ihr Strom entnommen, so wird das von ihr erzeugte Feld ungefähr 180 ° hinter dem Primärfeld von a, c liegen, und somit liegt das vom Läufer erzeugte Feld 90 ° vor der Spannung bzw. dem Feld der Sekundärwindung S. Hierbei wirkt dann aber das Läuferfeld spannungserhöhend auf die Sekundärwindung. Es braucht also die Primärwindung, welche auf g₀ a, c liegt, nur so bemessen sein, daß in der Sekundärwindung S die halbe Arbeitsspannung erzeugt wird, da die andere Hälfte durch das Läuferfeld .durch Rotation erzeugt wird. Dadurch wird aber der Läufer gehemmt, weil er nunmehr auf die Sekundärwicklung als Generator wirkt. Es ist nun ohne weiteres durch geeignete Bemessung der Windungszahlen auf b, d zu erreichen, daß eben die vom Läufer in der Sekundärwicklung erzeugte Leistung den beiden die Schenkel b, d erregenden Phasen entnommen wird. Damit wird aber dann die Belastung gleichförmig. Würde man z. B. statt des Läufers einen aus Blech geschichteten, kreisförmigen Anker zwischen die Pole setzen, denselben nicht erregen, so bekäme man für die drei Phasen die Belastungsform der bekannten Spannungsteilerschaltung, die in Fig. 3 schematisch dargestellt

ist. Ein Eisenkern K trägt eine Wicklung, welche zwischen den beiden Phasen ι und 2 liegt. Diese Wicklung ist in der Mitte angezapft, und zwischen dieser Anzapfung und Phase 3 liegt die Primärwicklung P des Einphasentransformators der Schweißmaschine. Hierbei sind die Belastungsverhältnisse derart, daß die Phase 3 die Summe der Lasten von 1 und 2 führt. Wenn also Phase 3 100 Amp. führt, so führen ι und 2 je 50 Amp. Der erregte Läufer nach dem Schema der Fig. 1 ermöglicht es also, den Phasen 1 und 2 so viel Leistung zu entziehen, daß die Belastung der drei Phasen gleich wird, weil dann nur noch ein Teil, d. h. bei richtiger Schaltung die Hälfte der in der Sekundärwicklung erzeugten Leistung von Phase 3 geliefert wird.

Die Fig. 4, 5 und 6 stellen nun schematisch ein Ausführungsbeispiel für einen mit sechspoligem Läufer arbeitenden Umformer dar. Die Sekundärwindung 5 (Fig. 4 und 5) ist hier gleichzeitig als Träger der Achse T des umlaufenden Teiles ausgeführt. Als umlaufende Teile sind zwei Magneträder vorgesehen, welche mit ihrer Planseite wirken. Wie auch der Längsschnitt der Fig. 5 erkennen läßt, ist die Sekundärwindung mit einem Ansatz in dem die Achse T umschließenden Teil so ausgebildet, daß sie als innere Unterlage vier axial liegender, geblätterter Magnetkerne dienen kann, deren Endflächen als Polflächen gegen die Magneträder wirken. Diese Magnetkerne werden durch einen schellenartig sie umfassenden Ring R (Fig. 6) auf die durch die Sekundärwindung gebildete Unterlage festgespannt. Geschaltet sind die Windungen der Kerne wieder nach Fig. 2, und es trägt der Kern c eine Windung mit Anzapfungen 1, 2, 3, 4, so daß hier durch Zuleitung über die Anzapfungen die Windungszahl auf a, c und damit der Feldwert in «, c sowie auch die von Phase 3 in der Sekundärwindung erregte Spannung geregelt werden kann.

Die freien Pole der Sekundärwicklung liegen bei E-E, an welche die Arbeitsorgane der Schweiß- oder Erwärmungsvorrichtung angeschlossen werden. Die Magneträder sind nach Schema der Fig. 7 sechspolig ausgeführt, so daß sie bei 50 Perioden mit 1 000 Touren synchron laufen. Die Darstellung der Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch O-G, und sie läßt erkennen, daß die Endflächen der vier Kerne mit eingelegten, in Kreisform gebogenen Polflächen versehen sind, um hierdurch Polschuhe zu bilden, welche die Feldsättigung im Luftspalt klein halten. Fig. 6a zeigt einen Schnitt nach A-B und läßt somit den Querschnitt der vier Kerne selbst erkennen. Die Wirkung des Läufers auf die Felder ist nun die gleiche, wie an Hand der Beispiele nach Fig. 1, 2, 3 schon erläutert. Nur wird die hier durch die mehrpolige Ausführung des Magnetrades erreichte kleine Drehzahl den gewünschten Zweck, die Einrichtung für große Leistungen zu verwenden, erleichtern. Die umlaufenden Magneträder können als glatte Umdrehungskörper ausgeführt werden, so daß der für ihren dauernden Lauf während der ganzen Benutzungsdauer der Schweißhitze erforderliche Leistungsbedarf klein bleibt. Beim sechspoligen Magnetrad ist noch zu beachten, daß der asynchron anlaufende Läufer die entgegengesetzte Drehrichtung hat wie das Feld, welches bei reiner Motorschaltung den Motor als Synchronmotor treiben würde. Es muß demnach, wenn der Läufer, der mit Dämpferringen um die Pole für den asynchronen Anlauf versehen sein kann, die höchste asynchrone Drehzahl erreicht hat, die Phase 3 umgeschaltet werden, oder sie muß abgeschaltet werden, und der Läufer muß einphasig mit den Feldern b, d auf Synchronismus gebracht werden. Sie wird dann wieder nur für die Zeit der Belastung der Schweißhitze, also stoßweise eingeschaltet. Sonst ist im übrigen die Schaltung, ebenso wie am Beispiel nach Fig. 1 erklärt, so möglich, daß die Generatorwirkung auf die Primäre oder direkt auf die Sekundärwindung entsteht.

Es ist also immer möglich, durch geeignete Bemessung der Windungszahlen es zu erreichen, daß alle drei Phasen des Drehstromnetzes gleichmäßig belastet sind. Weiterhin ist aber besonders wertvoll die Möglichkeit, durch entsprechende Bemessung der Erregung auf den Magneträdern immer den Leistungsfaktor 1 zu erreichen. Das ist für schwere Stumpfschweißmaschinen und schwere Erwärmungsmaschinen ganz besonders wertvoll. Diese großen Maschinen von 50 bis 300 kVA Primäraufnahme arbeiten bei der heutigen Einphasenausführung mit Leistungsfaktoren von 0,2 bis 0,3, so daß z. B. für Stumpf schweißungen, die effektiv 28 bis 30 kW erfordern, Maschinenleistungen von 100 bis 120 kVA verwendet werden müssen. Da nun diese neue Umformerform einmal den Leistungsfaktor 1 erreichen läßt, außerdem die Last auf die drei Phasen verteilt, während bisher die ganze Last auf einer Phase lag, so ergibt sich eine Amperebelastung pro Einzelphase bei der neuen Form, die je nach Belastungsart nur ^x/₈ bis ^χ/,. der bisherigen Belastung für die gleiche no Leistung beträgt. Es kommt also bei diesen Vorteilen der geringe Leerlauf der Magneträder gar nicht in Betracht.

Es ist also die Ausführungsform mit axial gerichtetem Feld besonders dann von Wert, wenn es sich um schwere Maschinen mit ausgedehnten Sekundärwicklungen handelt, bei welchen die Sekundärleitungen also zweckmäßig über einen längeren Kern verteilt werden, während das in Fig. 1 genannte Ausführungsbeispiel für kleinere Leistungen wieder das geeignetere ist.

Bei der Ausführung nach Fig. 5 wird das eine der Magneträder zweckmäßig mit der den Erregerstrom liefernden Dynamo gekuppelt, sofern nicht der Erregerstrom durch mit dem Magnetrad gekuppelten Kommutator aus dem Wechselstromnetz entnommen wird. Dann dient das zweite Magnetrad zweckmäßig für die Betätigung von Hilfseinrichtungen zum Betrieb der Widerstands-Erwärmungs- oder Schweißmaschine. Die in der Sekundären festliegende Achse und die in einer Planfläche liegenden Pole gestatten auf einfache Art ein Nachstellen der Polräder auf kleinen Luftspalt. Die Ausbildung der Sekundärwindung als Träger der Achse und Träger der Kerne gibt der ganzen Anordnung den Charakter eines stabilen, geschlossenen Aggregates, welches sich ohne Montageschwierigkeiten leicht einbauen läßt. Es fallen dann, weil man den Läufer gleichzeitig als Antriebsmotor für die Betätigung der Stauch- und Spannwerkzeuge an Stumpfschweißmaschinen oder der Triebwerke an Naht- und Punktschweißmaschinen benutzen kann, auch besondere Antriebsmotore fort.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   ι. Umformer zum Umwandeln von Dreiphasen- in Einphasenstrom, insbesondere für elektrische Widerstands-Erwärmungs- und Schweißmaschinen, gekennzeichnet durch vier in Scottschaltung verbundene, am Dreiphasennetz liegende Pole, welche auf einen gleichs'tromerregten Läufer mit ausgeprägten Polen derart wirken, daß der Läufer der einen Phase des durch die Schalrung entstandenen Zweiphasenstromes über zwei gegenüberliegende Pole Leistung entnimmt, welche er der von der anderen Phase unmittelbar transformatorisch erregten Sekundärwicklung zusätzlich zu der transformatorisch übertragenen Leistung zuführt.
2. 2. Umformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Polen liegenden Windungen Anzapfungen tragen, welche eine Einstellung der Sättigung und damit eine Regelung in jeder der beiden durch die Scottschaltung entstehenden Phasen ermöglichen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen