DE674540C - Querfeldmaschine fuer Lichtbogenspeisung - Google Patents

Description

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Ein bedeutender Vorteil der hauptstromerregten Querfeldmaschine ist die mäßige Spannung bei Leerlauf. Nach dem Buch »Die Gleichstrom - Querfeldmaschine« von Rosenberg, Berlin 1928, Vorwort S. III, Punkt 2, beträgt die Remanenzspannung bei Querfeldmaschinen ungefähr die Hälfte der Höchstspannung. Querfeldmaschinen zum Speisen von elektrischen Lichtbögen, insbesondere von Schweißlichtbögen, werden in der Regel so ausgelegt, daß die Kuppe der Stromspannungskennlinie bei ungefähr 80 Volt liegt. Die Leerlauf spannung ist dann in der Größenordnung von 40 Volt, einer Spannung, die durchaus ungefährlich ist, so daß sie selbst bei Schweißarbeiten im Innern eines Kessels zulässig ist.

Die Querfeldmaschine mit reiner Reihenschlußerregung polt sich aber . bekanntlich beim falschen Parallelschalten mit anderen Maschinen um, weil Strom von der Maschine mit höherer in die mit geringerer Leerlaufspannung· eintritt und die Maschine im verkehrten Sinn durchfließt. Solche falsche Paraufschaltung entsteht oft dadurch, daß die Schweißzangen zweier Maschinen unbeabsichtigterweise auf denselben leitenden Gegenstand gelegt werden, während die beiden anderen Pole der Maschinen dauernd geerdet sind.

Eine umgepolte Maschine, die nachher wieder in Betrieb genommen wird, gibt an der Schweißzange verkehrte Polarität, so daß ein Umklemmen von Drähten oder erneuertes beabsichtigtes Umpolen erforderlich ist.

Um diesem Übelstande abzuhelfen, hat man sochie Maschinen mit einer zusätzlichen fremderregten Wicklung ausgeführt. Dadurch geht aber die gute Eigenschaft der niedrigen Leerlaufspainnung verloren. Die Wicklung muß so stark bemessen sein, daß sie die Koerzitivkraft des durch falsche Parallelschaltung in · verkehrter Richtung magnetisierten Eisens überwindet. War aber die Maschine schon im richtigen Sinn erregt, so daß sie positive Koerzitivkraft hat, und addieren sich zu dieser die Amperewindungen der fremderregten Wicklung, so wird die Leerlauf spannung unerwünscht hoch.

Man kann zwar einen Schalter für die fremderregte Wicklung anbringen; der ausgeschaltet wird, wenn man eine niedrige Leerlaufspamnung braucht. Das gibt aber die Möglichkeit falscher Verwendung, und es ist ja auch gar micht ausgeschlossen, daß beispielsweise zwei Schweißer im Innern eines großein Kessels arbeiten, so daß dort sowohl die niedere Leerlaufspannung als auch die Sicherheit gegem Umpolen erwünscht ist.

Gemäß der Erfindung wird zur Erzielung einer geringen Leerlauf spannung und gleichzeitig zur Vermeidung des Umpolens im Erregerkreis der Querfeldmaschine die" Anker-. spannung so gegen die Spannung der Fremderregung geschaltet, daß die positive Fremderregung aussetzt, sobald die Maschinenspannung einen voraus bestimmten Wert erreicht hat. Dies geschieht entweder durch Gegenschaltung der Anker spannung oder eines Teiles derselben gegen die Fremdströmquelle in einem Stromkreis, der die Zusatzerregerwicklung in sich schließt, oder durch die Einwirkung zweier zusätzlicher Erregerwicklungen auf den Feldkreis der Maschine, deren eine von einer Fremdstromquelle, deren zweite von der Ankerspannung Oder einem Teil derselben gespeist wird und die bei richtiger Polarität des Ankers einander entgegenwirken. 2ö Abb. ι stellt Stromspannungscharakteristiken von Querfeldmaschinen dar. I ist die . Charakteristik einer reihenschlußerregten Ma schine und II die Charakteristik einer solchen Masdhine mit zusätzlicher konstant fremderregter Wicklung. Bei Anwendung der Erfindung kann entweder eine Charakteristik III erzielt werden, deren. Punkte zwischen I und II liegen, oder eine noch" unterhalb Kurve I liegende Charakteristik IV.

In Abb. 2 ist eine Ausführungsform der Erfindung in einfacher Form herausgezeichnet. 11 ist der Anker einer Querfeldmaschine, 12 und 13 sind die kurzgeschlossenen Hilfs-. bürsten, 14 sei die positive, 15 die negative Nutzbürste, 16 die Reibenschlußerregung, 17 der äußere Stromkreis mit dem Schweißlichtbogen. Eine Fremdstnomquelle ist hierdurch eine Batterie 18 angedeutet, deren positive Klemme 19 mit der positiven Nutzbürste 14 40" verbunden ist. Die negative Batterieklemme 20 ist mit dem einen Ende einer Zusatzwicklung 21 verbunden, deren zweites Ende zur negativen Nutzbürste 15 führt. Angenommen, daß die Nutzbürsten des Ankers geringere Spannung geben als die Fremdstromquelle, so wird die Zusatzspule 21 vom Strom im Sinne des Pfeiles 22 durchflossen, der mit dem Pfeil 26 der Spule 16 gleichgerichtet ist. Wenn die Ankerspannung der Batteriespannung gleich wird, so sinkt der Strom in der Spule 21 auf Null. Wird die Ankerspannung größer, so kehrt sich der Strom in der Spule 21 um und fließt im Sinne des Doppelpfeiles 23 und wirkt daher auf Herabdrückung der Ankerspannung. Bei Leerlauf, d. h. wenn der Nutzstromkreis 17 geöffnet ist, fließt durch die Spule 16 kein Strom, und es wirkt lediglich die Remanenz und der Strom in der Zusatzspule 21, der je nach der Größe der Leerlaufspannung positiv oder negativ sein kann.

Die Fremdstromquelle mag in bekannter Weise eine Sammlerbatterie oder eine Erregermaschine oder ein Gleichrichter sein, der aus einem Wechselstromnetz gespeist wird. ■

Die Sammlerbatterie wird entladen, wenn die Maschine geringere Spannung und wird geladen, wenn die Maschine höhere -Spannung hat.

Verwendet man Fremderregung von einem Wechselstromnetz aus (Abb. 6) mittels eines Transformators 51 und Gleichrichterzellen 50, so kann der Strom durch die Wicklung 21 nur im Sinne des Pfeiles 22 fließen. Die entgegengesetzte Stromrichtung wird abgeschnitten. Die Maschine verhält sich daher vom Moment der Erreichung der vorbestimmten Spannung so, als wenn sie lediglich die Reihenschlußwicklung hätte.

Bei Fremderregung aus einem Wechselstromnetz kann anstatt eines vollkommenen Gleichrichters auch ein einzelnes elektrisches Ventil 52 (Abb. 7) angewendet werden, das nur jedem zweiten Stromimpuls den Durchgang gestattet.

Man kann auch die halbe Maschinenspannung oder auch, nur einen Teil derselben zur Gegenschaltung gegen die Fremdstromquellc verwenden und diese dann für eine kleinere Spannung dimensionieren, was bei Anwendung von Sammlerbatterien und Trockengleichrichtern vorteilhaft ist.

In Abb. 3 ist das eine Ende der Wicklung 21 nicht an die Nutzbürste 15, sondern an die Hilfsbürsten 12, 13 angeschlossen, und die Batterie 28, die jetzt nur der halben Maschinenspannung entgegengeschaltet ist, hat nur die halbe Zellenzahl wie die Batterie 18.

In Abb. 4 ist bei Verwendung gemäß der fein gestrichelten Linie zwischen Nutzbürste 14 und Hilfsbürste 12 ein Widerstand mit seinen Endldemmen 31, 32 gelegt. Der Widerstand hat eine Anzapfung 3 3, und die Batterie 38, die erheblich weniger. Zellen hat als die früher gezeichnete Batterie, befindet sich in Reihe mit dem Teilwiderstand 31 bis 33 und der Zusatzwicklung 21.

Es kann auch der Endpunkt 32 des Wider-Standes entsprechend der schrägen gestrichelten Linie mit der zweiten Nutzbürste 15 verbunden werden, wobei die erste Verbindung 32 bis 12 entfällt.

Die Größe des Widerstandes 31, 32 kann auch so bemessen werden, daß schon die Ankerrückwirkung des von den Nutzbürsten gelieferten, den Widerstand durchfließenden Stromes eine merkliche Senkung der Leerlaufspannung hiervorruft. Wenn der Widerstand 31, 32 verhältnismäßig klein ist, so wird ein nennenswerter Strom über diesen Wider-

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   stand und den Anker, also im Kreis 14-31-33-32-15 fließen. Dieser Strom erzeugt dann auch im Leerlauf im Anker ein Tertiärfeld, welches dem Primärfeld entgegenwirkt. :; Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist in Abb. 9 gezeigt. Hier wirken Ankerspannung und Fremdstromquelle nicht im gleichen Erregerstromkreis, sondern in zwei verschiedenen Erregerstromkreisen einander entgegen. Als Fremdstromquelle kann ein beliebiger geeigneter, an sich bekannter Stromlieferer 56 genommen werden. An diese Stromquelle sei die Wicklung 57 angeschlossen, welche im gleichen Sinn 26 stromdurchflössen wird wie die Reihenschlußwicklung 16. Die Spule 21, die hier an einen Teil der Ankerspannung angeschlossen wird, ist der Spule 26 hinsichtlich der Feldrichtung entgcgengeschaltet.

   ao Es ist nicht notwendig, den von der Fremdstromquelle erregten Stromkreis als gesonderte Wicklung auszuführen. Man kann hierzu auch die Reihanschlußwicklung 16 nehmen, wie es Abb. 5 zeigt. Die Fremdstromquelle 48, im Reihe geschaltet mit einem (nicht unbedingt erforderlichen) Widerstand 49, wird parallel zur Reihenschlußwicklung 46 gelegt. Die EMK der Fremdstromquelle und die Größe des Widerstandes 49 sind so bemessen, daß durch die Windungen der Hauptstromspule 46 im Leerlauf ein Strom von wenigen Ampere durchgeht. Versuche haben gezeigt, ' daß bei verschiedenen Maschinen die Koerzitivkraft auch bei vorangegangener starker negativer Magnetisierung durch etwa 200 Amperewindungen, im positiven Sinn aufgewendet, überwunden werden kann. In Prozenten der ' Hauptamperewindungen bei Nennstrom bedeutet das etwa 1 bis 2 0/0. Fließt Strom im äußeren Stromkreis 17, so erhöht sich, wenn der. Widerstand 49 nicht allzu groß ist, der Spannungsabfall in der Spule 46 über. die EMK der Batterie 48. Ist sie eine Sammlerbatterie, so wird sie geladen, ist sie eine Gleichrichterbatterie,, so ist der Stromfluß gesperrt. Die Spule 21, die bei richtiger Polarität des Ankers der Spule 46 entgegenwirkt, kann an die volle Ankerspannung angeschlossen sein (Nutzbürsten 14 und 15, wie in Abb. 5 gezeigt) oder auch an die Hälfte (Bürsten 14 und 12) oder an eine Teilspannung. Ein äußerer Widerstand 49 kann entbehrt werden, wenn der innere (wirkliche oder scheinbare) Widerstand der Stromquelle 48 groß genug ist.

   Die in der Beschreibung angegebene geringe Zahl von Amperewindungen für die fremderregte Wicklung genügt, wenn d"e Wicklung in der gewöhnlichen Art angebracht ist, daß sie den ganzen Magnetschenkel umfaßt. Ordnet man diese Wicklung 53 beispielsweise gemäß Abb. 8 nur auf einem kleinen Ansatz des Schenkels 55 an, so kann man eine größere Zahl von Amperewindungen aufbringen, was manchmal erwünscht sein mag, um nicht mit allzu feinen Drähten und Regulierapparaten arbeiten zu müssen. Auch in diesem Fall wird trotz der größeren Zahl von Amperewindungen das den Anker beeinflussende Feld nur wenige Prozente des maximal im Betrieb entstehenden Feldes betragen.

   ATIiNTANSPRUCIlE:

   i. Querfeldmaschine für Lichtbogenspeisung mit Hauptstromerregung und mit selbsttätig aussetzender Fremderregung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer geringen Leer! auf spannung und gleichzeitig zur Vermeidung des Umpolen? die Ankerspannung und die Spannung einer Fremdstromquelle entweder im gleichen Erregerstromkreis oder in zwei verschiedenen Erregerstromkreisen einander so !entgegenwirken, daß die Fremdstromquelle nur bei Ankerspannungen unter einem vorbestimmten Wert eine zusätzliche positive Magnetisierung im Magnetstromkreis der Querfeldmaschine bewirkt.
2. 2. Querfeldmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Wicklung (21) im Magnetkreis der Maschine von der Differenz der Spannungen von Fremdstromquelle (z.B. 18, 38, 51) und Anker erregt wird.
3. 3. Querfeldmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pol (19) der Fremdstromquelle mit der gleichnamigen Nutzbürste (14) der Querfeldmaschine verbunden und die zusätzliche Wicklung (21) einerseits an den zweiten Pol (20) der Fremdstromquelle, andererseits an die kurzgeschlossenen Hilfsbürsten (12, 13) der Querfeldmaschine angeschlossen ist (Abb. 3).
4. 4. Querfeldmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wider-"stand (31, 32) an die ganze oder halbe Spannung des Ankers angeschlossen ist und daß die Spannung an einem Teil dieses Widerstandes der Spannung der Fremdstromquelle (38), mit der die zusätzliche Wicklung (21) in Reihenschaltung verbunden ist, entgegengeschaltet ist (Abb. 4).
5. 5. Querfeldmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Reihenschlußwicklung (46) von einer Fremdstromquelle (48). kleiner Spannung bei Unterbrechung des Nutzstromkreises ein Strom geschickt wird, der ein Feld !erzeugt, das dem in der zusätzlichen Wick-

   lung (21) von einem der Ankerspannung praktisch proportionalen Strom erzeugten Feld !entgegenwirkt (Abb, 5).
6. 6. Querfeldmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Erregung nicht mehr als den dreißigsten Teil der Amperewindungen der von der Reihenschlußwicklung bei Nennstrom verursachten Amperewindungen erzeugt, damit der Einfluß der zusätzlichen Erregung im Betrieb gering bleibt.
7. 7. Querfeldmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von der zusätzlichen Wicklung erzeugte, den Anker beeinflussende Feld nur wenige Prozente ₍g des maximal im Betrieb entstehenden Feldes beträgt, damit der Einfluß der zusätzlichen Erregung im Betrieb gering bleibt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen