DE698538C - Reihenschlusserregte Gleichstrom-Querfeldmaschine - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN
12. NOVEMBER 1940

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVs 698538 KLASSE 2Id¹ GRUPPE

E 41957 VIII dj2i fr

„Elin" Akt.-Ges. für elektrische Industrie in Wien*) Reihenschlußerregte Gleichstrom-Querfeldmaschine

Patentiert im Deutschen Reiche vom 24. Oktober 1931 ab' Patenterteilung bekanntgemacht am 10. Oktober 1940

Gleichstrom-Querfeldmaschinen mit zwei Bürstensätzen auf dem Anker, von denen einer in der neutralen Zone liegt und in sich kurzgeschlossen ist, während der zweite um eine halbe Polteilung versetzt ist und den Nutzstrom führt, haben bekanntlich die besondere Eigenschaft, daß die Rückwirkung der vom Nutzstrom durchflossenen Ankerspulen dem von Feldspulen erregten Primärfeld direkt entgegenwirkt, während bei gewöhnlichen Maschinen das Ankerfeld annähernd senkrecht zum Primärfeld steht und nur eine Komponente des Ankerfeldes als Gegenfeld auftritt. Wenn das Primärfeld fremd-

is erregt ist und weder die Streuung noch die Sättigung in der Maschine große Werte annehmen, so tritt bei Kurzschluß der Nutzbürsten im Anker ein solcher Strom auf, daß die Amperewindungen des Ankers denAmperewindungen des Primärfeldes fast gleich werden. Wird aber die Maschine so gebaut, daß eine beträchtliche Streuung auftritt und Teile des Feldes stark gesättigt sind, so müssen die Feldamperewindungen von einer gewissen Größe des Ankerstromes an den

' Wert der Ankeramperewindungen merklich übersteigen, und zwar« bei steigendem Ankerstrom in immer höherem Maße. Man kann dann solche Maschinen mit Reihenschlußwicklung versehen. ■

Bei reihenschlußerregten Querfeldmaschinen läßt sich der Strom durch die Zahl der wirksamen Windungen in den Feldspulen auf verschiedene Werte· einstellen. Wenn beispielsweise der Anker 400 Drähte (Spulenseiten), also 200 Windungen hat, durch die bei einer zweipoligen Maschine der halbe Nutzstrom fließt, so entspricht dies iöo Windungen mit vollem Nutzstrom, die auf der Ankeroberfläche gleichmäßig verteilt sind. Die Ankerrückwirkung in der Richtung der Primärfeldachse ist so groß wie die von 50 Windungen, die den ganzen Polschuh umschließen und vom vollen Ankerstrom durchflossen sind. Reihenschlußfeldspulen auf den Polen müssen, um die Ankerrückwirkung zu überwinden, mehr als 50 Windungen haben, wenn sie vom Gesamtstrom durchflossen werden. Je nach dem Querschnitt der Pole und der Maschinenstreuung wird die Zahl der wirklich aufzubringenden Windungen, wenn man die Maschine für einen bestimmten Strom bemessen will, größer werden. Bei einer gegebenen Maschine wird man beispielsweise ohne eine Änderung im magne-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben, worden:

Dr. Emanuel Rosenberg in- Weiz.

tischen Kreis für ioo magnetisierende Amperewindungen einen Strom von 300 Amp. bei Kurzschluß »erhalten, bei 60 magnetisierenden Amperewindungen vielleicht einen Strom von 100 Amp.

Nun ist es aber mißlich, die Feldwindungszahl nur wenig größer zu halten als die ideelle Ankerwindungszahl, weil in diesem Fall der remanente Magnetismus und kleine Unregelmaßigkeiten in der Bürstenauflage oder Bürstenstellung sehr große Wirkungen haben. Die Maschine wird, insbesondere bei Verwendung als Schweißgenerator, unstabil, ihre Charakteristik ist bei Aufwärts- und Abwärtsmagnetisierung stark verschieden, nach längerer Ruhepause erregt sich die Maschine schlecht, und daher kann das Schweißen mit kleinen Ankerstromstärken, also mit geringer Zahl von Erregeramperewindungen, schwierig werden. Die Erfindung beseitigt diesen Übelstand, indem sie "die Streuung eines Magnetpols durch eine stark unsymmetrische Anordnung der Feldwicklung erhöht. Unsymmetrie kann entweder für alle Stromstärken angewendet werden oder,nur beim Übergang zu kleinen Stromstärken, wenn man beispielsweise eine für großen Strom gebaute Maschine dazu verwenden will, um mit schwachen Elektroden zu arbeiten. Im folgenden soll das Verhalten einer zweipoligen Querfeldmaschine, die auf jedem Pol gleiche Windungszahl hat, verglichen, werden mit dem Verhalten einer anderen Querfeldmaschine mit viel Windungen auf dem einen Pol und wenig Windungen auf dem anderen Pol bei gleicher Gesamtwindungszahl. Die magnetischen_Querschnitte und die Gesamtlänge der Pole und der anderen Teile seien bei beiden Maschinen gleich, ebenso Luftspalt und Anker. Ein Strom, der im ersten Fall noch keine erhebliche Sättigung in den Polschenkeln und dem Magnet j och erzeugt, weil die Streuung um den Pol sich noch in mäßigen Grenzen hält, wird bei Maschinen mit unsymmetrischer Feldwicklung in dem Pol mit der größeren Windungszahl schon starke Sättigung hervorrufen, und es wird, obwohl die Streuung um den zweiten Pol, also auch die Sättigung in diesem Pol geringer ist, wegen der drosselnden Wirkung der Sättigung im ersten Pol erzielt, daß der erreichte Höchststrom merklich kleiner wird.

In der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine Querfeldmaschine mit Regulierpol, die beispielsweise zum Schweißen mit sehr verschieden starken Elektroden verwendet werden soll. Der obere Pol ist als sogenannter Kurvenregulierpol 11 ausgebildet, das Einsatzstück 16 ist mit einem Handrad 12 versehen; der untere Pol 13 kann ein Einsatzstück':^ erhalten, das nur zum Zweck der einmaligen Justierung eingestellt und dann durch eine Feststellschraube 15 befestigt wird. Das Magnetjoch 5 ist hier' viereckig gezeichnet, die Polschuhe 2 haben die bei Querfeldmaschinen übliche Form. 1 ist der Anker mit kurzgeschlossenen Hilfsbürsten 6 und mit Nutzbürsten 7, von denen "'die untere mit der Elektrode des Schweißlichtbogens 9 verbunden ist. Von der oberen» Nutzbürste 7 führt der Strom durch die symmetrische oder unsymmetrische Wendepolwicklung 18, die die Wendepole 19 umgibt, und durch die Hauptwicklung (Dickdrahtwicklung) 3 mit M₁ Windungen in der oberen und M₂ Windungen in der unteren Spule zum rechten Punkt des Schaltbügels 8, dessen Hnker Punkt mit dem Werkstück des Schweißlichtbogens 9 verbunden ist. Zwischen die > beiden Enden des Schaltbügels 8 ist in bekannter Weise eine Zusatzwicklung (Dünndrahtwicklung) 4 geschaltet. Diese hat auf dem unteren Pol a_z Windungen, die den n₂ Windungen der Dickdrahtwicklung entgegenwirken, und auf dein oberen Pol a_t Windungen, die mit den M₁ Windungen der Dickdrahtwicklung gleichgerichtet sind. Beim Schweißen mit dicken Schweißelektroden ist der Schaltbügel geschlossen (in der Figur strichliert gezeichnet), beim Schweißen mit dünnen Elektroden offen (vollgezeichnet). Wenn der Schaltbügel 8 offen ist, sind auf einem Pol M₂ — a₂ Windungen, auf dem zweiten Pol M₁ + O₁ Windungen wirksam. Für einen speziellen Fall kann M₁ = % = Q₁ = a₂ — n gewählt werden; dann werden für das Schweißen mit dicken Elektroden μ Windungen auf jedem Pol wirksam sein; für das Schweißen mit dünnen Elektroden werden auf dem einen Pol 2 μ Windungen wirksam und auf dem anderen Pol heben sich die Amperewindungen auf. !⁰⁰

Bei Kurzschluß gibt eine Maschine mit der gleichen Feldwmdungszahl in unsymmetrischer Anordnung geringeren Strom als mit symmetrischer Anordnung, gleiche Anordnung des Eisens vorausgesetzt. Wenn aber die äußeren Klemmen nicht kurzgeschlossen werden, sondern eine erhebliche Spannung zwischen ihnen herrscht, also beispielsweise ein langer Lichtbogen gezogen wird, so ist der Unterschied im Verhalten der Maschine mit ti ο unsymmetrischer und mit symmetrischer Wicklung viel geringer. Deshalb ist die Höchstspannung, die die Maschine mit unsymmetrischer Wicklung gibt, praktisch gleich f der Höchstspannung der Maschine mit sym- »15 metrischer Feldwicklung. Sie wird aber auch beim Schweißen mit kleinem Strom ebenso stabil sein wie beim Schweißen mit großem Strom. -

Annähernd die gleiche Streuwirkung kann tao durch Hintereinanderschaltung von Dick- und Dünndrahtwicklung auf einem Pol, der

als Regulierpol ausgebildet ist, nach Fig. 2 erzielt werden, wenn die Dickdrahtwicklung 31 über den ganzen Pol ausgebreitet ist und die aus 2 Teilen 32, 33 bestehende Dünndrahtwicklung in Reihe mit der Hauptwicklung 31 so geschaltet wird, daß der untere Teil 32 die Wirkung der Hauptwicklung schwächt, der obere, 33, sie verstärkt. In diesem Falle ist der untere Pol massiv.

Die unsymmetrische Anordnung von Feldwicklungen bei· elektrischen Maschinen gewöhnlicher Art ist an sich bekannt. Sie wurde z. B. angewendet, um die Zahl der Feldspulen kleiner halten zu können als die PoI- zahl. Es sind auch Anordnungen bei Maschinen mit Hilfsbürsten bekanntgeworden, bei denen die von bestimmten Bürsten gespeisten Nebenschlußspulen nicht auf allen Polen angebracht wurden. Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich aber im Gegensatz 'zu den bekannten Anordnungen darum, bei einer besonderen Gattung von Gleichstromerzeugern durch Unsymmetrie in der Anordnung der Feldspulen bewußt eine besondere Verstärkung der Streuung und dadurch eine Verschiebung in der Stärke jenes Stromes zu erreichen, bei dem Anker und Feldwindungen sich das Gleichgewicht halten. Damit wird bei einer solchen Maschine ohne Änderung im magnetischen Kreislauf erreicht, daß trotz großer Windungszahl der Relheaschlußspulen der bei Kurzschluß der Maschine entstehende Strom stark verkleinert werden kann und daß diese Maschine, insbesondere bei Speisung eines Schweißlichtbogens, bei Betrieb mit kleinen Stromstärken dieselbe Höchstspannung geben kann und ebenso stabil ist, wie eine Querfeldmaschine mit symmetrisch aufgeteilter Feldwicklung beim Schweißen mit großen Ankerstromstärken.

Auch für Querfeldmaschinen der in der Einleitung erwähnten Art ist eine unsymmetrische Anordnung der Reihenschlußwicklung vorgeschlagen worden, und zwar zu dem Zweck, Anzapfungen verschiedener Windungsgruppen bequem vornehmen zu können. Die vorgeschlagene Anordnung sieht bei zweipoligen Querfeldmaschinen auf beiden Polen Spulen annähernd gleicher Windungszahlen vor. Zur Erreichung kleinerer Ströme werden aber Teile derjenigen Spulen abgeschaltet, die dem Maschinenjoch benachbart und vom Anker entfernt sind. Bei dieser Anordnung ist also die Streuung zwischen Feld- und Ankerwicklung'trotz der bei kleinerem Strom teilweise auftretenden Unsymmetrie kleiner als bei vollem Strom,' und zwar einerseits wegen der geringen Windungszahl, anderseits wegen des verringerten Abstandes zwischen FeId- und Ankerwicklung. Im Gegensatz hierzu wird bei der Erfindung für kleinere Ströme eine höhere Streuung zwischen Feld- und' Ankerwicklung erzielt und "bewirkt, daß. bei kleinen Ankerströmen auf dem Feld eine merklich größere Windungszahl benutzt wird, ' die wiederum die Stabilität der Maschine erhöht.

In der Zeichnung gibt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Unsymmetrie der Wick- lung nur für den Arbeitsbereich .schwacher Ströme besteht (Fig. 1) und ein anderes, bei dem stets eine unsymmetrische Feldwicklung .verwendet wird (Fig. 2). In beiden Fällen beträgt beim Arbeiten mit kleiner Betriebs- ⁷^ Stromstärke die Windungszahl auf dem einen Pol mindestens das Doppelte von derjenigen auf dem zweiten Pol. _Diese Ausführung leistet durch die Erhöhung der Streuung zwischen Feld- und Ankerwicklung das gleiche wie die zur Erhöhung der Stabilität der Schweißung vielfach verwendeten zusätzlichen Drosselspulen im äußeren Stromkreis.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Reihenschlußerregte Gleichstrom-Querfeldmasqhine, bei der eine Feinregelung der Anker Stromstärke, durch wenigstens einen Regulierpol erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Stabilität bei Betrieb mit kleinen Anker-

- Stromstärken die Streuung wenigstens eines Magnetpols durch stark unsymmetrische Anordnung der Feldwicklung erhöht wird und daß der bei hohen Anker-Stromstärken eingeschaltete Teil der Reihenschlußerregung auf dem oder den Erregerpolen in nächster Nähe des Ankers untergebracht ist.

2. Querfeldmaschine nach Anspruch i, 1°° dadurch gekennzeichnet, daß jeder Pol eines Polpaares außer einer vom Hauptstrom durchflossenen Wicklung eine zweite, in den Hauptstromkreis einschaltbare Zusatzwicklung besitzt, die auf dem einen Pol die Hauptwicklung unterstützt, auf dem anderen Pol aber ihr'mindestens teilweise entgegenwirkt.

3. Querfeldmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatz- n° wicklung nur auf einem Teil der Pole angebracht ist* und der vom Hauptstrom durchflossenen Hauptwicklung mindestens teilweise entgegenwirkt.

. 4. Querfeldmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf ein und demselben Pol angeordneten Haupt- und Zusatzwicklungen so untergebracht sind, daß die für starke Ströme bemessene Hauptwicklung naher dem Anker' Hegt als die für geringe Ströme bemessene Zusatzwicklung.

5' Querfeldmaschine nach Anspruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß die stark unsymmetrische Anordnung der Wicklung auf verschiedenen Polen auch bei Betrieb mit starken Strömen beibehalten wird und daß die Windungszahl auf dem einen Pol eines Polpaares mindestens das Doppelte der Windungszahl auf dem anderen Pol beträgt.

6. Querfeldmaschine nach Anspruch ι ίο bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Pole mit der hohen wirksamen Windungszahl als Regulierpole ausgebildet sind.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen