DE547883C - Gleichstrommaschine mit Nebenschluss- und Hauptstromerregung - Google Patents

Description

An gewisse Arten von Gleichstrommaschinen, insbesondere solche, die zur Lichtbogenerzeugung beim, elektrischen Schweißen dienen, wird die bekannte Forderung gestellt, daß sich der Strom innerhalb des Arbeitsbereiches, also zwischen Kurzschluß und Arbeit mit normaler Lichtbogenlänge, nur in mäßigen Grenzen ändern soll, weil nur dann ein gutes Ergebnis der Schweißung erzielt werden kann. "Weder Gleichstrommaschinen mit reinem Nebenschlußcharakter noch solche mit Reihenschlußcharakter vermögen, wie bekannt, dieser Forderung zu entsprechen, weil der Strom beim betriebsmäßigen Klemmenkurzschluß im ersten Fall zu Null, im andern dagegen übermäßig groß wird.

Bei der mit einer Gegencompoundwicklung versehenen, fremderregten Nebenschlußmaschine ist der Kurzschlußstrom begrenzt; die Stromspamrungscharakteristik entspricht etwa Abb. 1. Einer bestimmten, durch den Nebenschlußregler eingestellten Leerspannung e_x bzw. e₂ entspricht ein Kurzschlußstrom //_;1 bzw. i/,₂. Der Verlauf der Belastungskurven

as zwischen den beiden Endpunkten ist hierbei durch die einmal gewählten Abmessungen der Maschine gegeben und kann beim Betrieb nicht geändert werden.

Eine in bezug auf die Anforderungen ueim Schweißen besonders geeignete Maschine ist die außer mit Gegencompoundwicklung mit einer fremderregten und noch mit einer zweiten _ eigenerregten Nebenschlußwicklung ausgestattete, sogenannte »Krämer« - Maschine (österreichisches Patent 37818).

Bei dieser Maschine ist es, im Gegensatz zu der vorerwähnten Maschinenart, möglich, zu jedem Kurzschlußstrom durch Regelung während des Betriebes eine Anzahl verschieden verlaufender Stromspannungscharakteristiken, wie aus Abb. 2 ersichtlich, zu erhalten, wobei demselben Kurzschlußstrom 4 ganz verschiedene Leerspannungen e_v e₂, e₃ entsprechen.

Die Einstellung des Kurzschlußstromes erfolgt hierbei durch Regelung der Fremderregung, der Verlauf der Spannungskurven wird dagegen durch Regelung der Selbsterregung beeinflußt. Beide Regelungen erfolgen unabhängig voneinander. Die Regelbarkeit sowohl der Kurzschlußstromstärke als auch der Spannungskurvenform ermöglicht es, im Schweißbetrieb die Stromstärke der zu schweißenden Stücke, die Stromspannungscharakteristik dem Elektrodenmaterial und der Art der Schweißung weitgehend anzupassen. Dabei kann auch die Bildung übermäßig langer, durch hohen Spannungsanstieg, bewirkter Lichtbögen bei Stromunterbrechung verhindert werden, die eine Eigentümlichkeit der einfachen gegenoompoundierten und anderer Maschinenarten ist.

Ein Nachteil der beschriebenen Maschine ist jedoch, daß sie Fremderregung erfordert, weil, wenn eine fremde Spannungsquelle nicht vorhanden ist, besondere Kosten für Aufstellung oder Anbau einer Erregermaschine entstehen.

Gegenstand der Erfindung ist nun eine Maschine, die durch die besondere Schaltung ihrer Nebenschluß- und Hauptstromwicklung ίο gestattet, die gleich weitgehende Einstellbarkeit der Stromspannungscharakteristiken wie bei der Krämer-Maschine mit Fremderregung zu erzielen, die jedoch einer Fremderregung nicht bedarf.

Abb. 3 zeigt unter Annahme einer vierpoligen Ausführung Anordnung und Schaltung der Wicklungen gemäß der Erfindung.

Die Maschine besitzt auf den Magnetpolen eine Nebenschlußwicklung mit den Spulen 1, 2, 3, 4 und eine Compoundwicklung mit den Spulen 5, 6, 7, 8. Schaltung oder Wicklungssinn der Nebenschlußspulen entsprechen der normalen Gleichstrommaschine, d.h. die Richtung des aus den Magnetpolen I bis IV unter der Wirkung der Nebenschlußspulen in den Anker tretenden Feldes wechselt von Pol zu Pol, wie in der Abb. 3 durch die Bezeichnung N-S-N-S angedeutet. Die in der Abbildung stark gezeichneten Compoundspulen S bis 8 sind jedoch so geschaltet oder gewickelt, daß, wenn die Magnetpole allein durch sie erregt werden, das Feld aus zwei benachbarten. Polen II und III in den Anker eintritt, bei zwei darauffolgenden Polen IV und I dagegen aus dem Anker in die Pole eintritt, d. h., daß die unter der Wirkung der Compoundspulen hervorgerufenen Polaritäten aufeinanderfolgender Magnetpole, wie aus der Abbildung ersichtlich, s-n-n-s sind.

Bei gleichzeitiger Erregung sowohl der Nebenschluß- als auch der Compoundwicklung wirkt daher letztere bei zwei benachbarten Polen III und IV im gleichen Sinn wie erstere, also feldverstärkend, bei den nächsten beiden Polen I und II im entgegengesetzten Sinn wie die Nebenschlußwicklung, also feldschwächend.

Bei einer so geschalteten Maschine ergibt sich nun folgende Arbeitsweise: Schließt man die Hauptklemmen 9 und ι ο kurz, so ist die Nebenschlußwicklung, da an ihren Enden keine Spannung besteht, stromlos. Aber auch die Compoundwicklung würde, wenn sie von Strom durchflossen wird — gleiche Windungszahlen ihrer Spulen und gleiche Widerstände der magnetischen Kreise aller Pole-vorausgesetzt — in der vierpoligen Ankerwicklung keine an den Klemmen wirksame Spannung erzeugen können, da sie infolge der Schaltung ihrer Spulen <ein in bezug auf den Anker zweipoliges Feld liefert.

Die Maschine gibt also in dieser Ausführung bei kurzgeschlossenen Klemmen keinen Strom.

Eine derartige Anordnung, bei der der eine Teil der Pole compoundierend wirkende Wicklungen, der andere gegencompoundierend wirkende Wicklungen besitzt, wurde bereits für kurzschlußsichere Gleichstromdynamomaschinen vorgeschlagen. Bei diesen bekannten Anordnungen sind aber die Compound- und Gegencompoundwicklungen so dimensioniert, daß sich ihre Wirkungen bei normalen Belastungen gegenseitig aufheben. Daraus ergibt sich der Nachteil, daß bei Kurzschluß die mit der gegencompoundierenden Wicklung versehenen Pole umpolarisiert werden müssen.

Dieser Nachteil wird erfmdungsgemäß dadurch beseitigt, daß durch Anwendung an sich bekannter Mittel die feldverstärkende Wirkung der compoundierenden Hauptstromspule von der feldschwächenden Wirkung der gegencompoundierenden Hauptstromspule verschieden gemacht wird. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß die mit den Nebenschlußspulen 3 und 4 gleichsinnig wirkenden Compoundspulen 7 und 8 eine etwas größere Windungszahl erhalten als die beiden den Nebenschlußspulen 1 und 2 entgegenwirken- go den Spulen 5 und 6. Wird nun die Compoundwicklung von Strom durchflossen, so erzeugen die Mehrwindungen der Spulen 7 und 8 das durch die Pfeile'ti' und s' in Abb. 4 dargestellte Zusatzfeld, dessen Verlauf durch Magnetgestell und Anker !entsprechend den strichlierten Linien «rfolgt." Durch dieses wird in der vierpoligen Ankerwicklung eine Spannung· erzeugt.

Bei kurzgeschlossenen Klemmen 9 und 10 (Abb. 3) tritt daher, eingeleitet durch den Remanenzstrom, ein Anwachsen des Kurzschlußstromes bis zu einem durch die Zusatzwindungszahl und die Sättigungsverhältnisse im magnetischen Kreis bestimmten Grenzwert //. (Abb. 2) ein.

Der mit zunehmendem Widerstand zwischen den Klemmen 9 und 10, also z. B. beim Ziehen eines Lichtbogens, eintretenden Abnahme des Hauptstromes wirkt die -durch die nun wachsende Klemmenspannung 'erregte Nebenschlußwicklung entgegen, letztere wirkt also im Sinne der Konstanthaltung des Hauptstromes. Wird ein kleinerer bzw. größerer .Nebenschlußstrom eingestellt, so wird auch ein kleinerer bzw. größerer Hauptstrom I₁ bzw. i₃ als im Kurzschluß erreicht. Den verschiedenen Nebenschlußerregungen entsprechen dann bei geöffnetem, äußerem . Stromkreis die Leerpannungen e_u e₂, e_z.

Es ist somit möglich, bei einer Maschine mit der beschriebenen Schaltung, ebenso wie

bei der fremderregten. 'Krämer-Maschine, voneinander unabhängige Regelungen der Kurzschlußstromstärke und des Stromspannungsverlaufes zwischen Leerlauf und Kurzschluß zu erzielen, ohne daß hierzu fremde Erregung nötig ist.

Dieselbe Wirkung, wie sie durch. Vergrößerung der Windungszahl der compoundierenden Spulen 7 und 8 über die Windungszahl der gegencompoundierenden Spulen 5 und 6 hervorgerufen wird, kann aber auch dadurch erzielt werden, daß bei gleichen Windungszahlen der Spulen 7, 8 und 5, 6 die gegencompoundierenden Spulen geshuntet oder die

ig Luftspalte unter den compoundierten Polen III, IV kleiner eingestellt werden als unter den gegencompoundierten Polen I, II. Durch letztere Maßnahme wird der Widerstand des magnetischen Kreises, der durch die Pole III

ao und IV verläuft, kleiner als derjenige des durch die Pole I und II verlaufenden magnetischen Kreises.

Die Verkleinerung des magnetischen Widerstandes kann weiter, statt durch Verkleinerung des Luftspaltes, auch durch Vergrößerung des die Kraftlinien leitenden Querschnittes, etwa durch Vergrößerung des Polschenkelquerschnittes oder der Polschuhoberfiäche, erfolgen. Auch kann die Wirkung -der Compoundwicklungen durch die Stellung der Bürsten am Kollektor beeinflußt werden. Bei in der Drehrichtung aus der Neutralen vor- bzw. zurückgeschobenen Bürsten wird das von den compoundierenden Spulen 7 und 8 hervorgerufene Feld durch die Ankeramperewindungen geschwächt bzw. verstärkt, während das durch die gegencompoundierenden Spulen 5 und 6 hervorgerufene Feld gestärkt bzw. geschwächt wird.

Bei mehr als vierpoliger, etwa sechspöliger Ausführung der Maschine ist es möglich, nur zwei benachbarte Pole mit compoundierenden bzw. gegencompoundierenden Spulen und die übrigen vier Pole mit gegencompoundierenden bzw. compoundierenden Spulen zu versehen, so daß von der Hauptstromwicklung eine ungleiche Anzahl der Pole im gleichen und im entgegengesetzten Sinne wie durch die Nebenschlußwicklung magnetisiert wird. Durch entsprechende Wahl der Windungszahlen der Spulen bzw. der magnetischen Widerstände der Kraftlinienwege kann das erwünschte Überwiegen des Einflusses der compoundierenden Spulen erzielt werden. Selbstverständlich wäre es möglich, bei sechspoliger Ausführung der Maschine auch nur zwei benachbarte Pole zu compoundieren, zwei gegenzucompoundieren und die übrigen zwei Pole überhaupt ohne Hauptstromwicklung- zu belassen. Auf Maschinen anderer Polzahl kann diese Verteilung sinngemäß übertragen werden.

Die vorstehend angeführten Maßnahmen zur Herbeiführung eines ungleich starken Einflusses der compoundierenden gegenüber den gegencompoundierenden Hauptstromspulen sollen nur eine Auswahl aus den hierfür zur Verfügung stehenden mannigfachen Möglichkeiten darstellen, wofür leicht noch weitere Beispiele angeführt werden könnten. Hierzu liegt indes kein Anlaß vor, da sie nicht selbst Gegenstand, sondern nur an sich bekannte Mittel zur Verwirklichung des Erfindungsgedankens sind.

Claims (1)

1. 75 Patentanspruch :

   Gleichstrommaschine mit Nebenschluß- und Hauptstromerregung, bei der die Spulen der Nebenschlußwicklung im Sinne regelmäßig abwechselnder Polarität geschaltet sind und die Hauptstromwicklung einen Teil der Pole im gleichen Sinne wie die Nebenschlußwicklung, einen anderen Teil dagegen -entgegengesetzt wie die Nebenschlußwicklung magnetisiert, dadurch gekennzeichnet, daß unter Anwendung an sich bekannter Maßnahmen die feldverstärkende Wirkung' der compoundierenden Hauptstromspulen von der feldschwächenden Wirkung· der gegencom- go poundierenden Hauptstromspulen bei jedem Betriebszustand verschieden ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen