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Verfahren zur Umpolung von selbsterregten Gleichstromnebenschlußgeneratoren,
insbesondere solchen für Schweißzwecke Bei Gleichstromgeneratoren besteht nicht
selten das Bedürfnis, die Polarität des Ankerstromkreises schnell umzukehren. Dies
ist z. B. bei der Lichtbogenschweißun g oft deswegen nötig, weil verschiedenartige
Schweißdrähte verschiedene Polarität erfordern. Beispielsweise muß häufig zunächst
ein blanker, am Minuspol brennender Draht für die Wurzelnaht verwendet werden und
unmittelbar anschließend eine hochwertige Schmelzmantelelektrode, die meistens mit,dem
Pluspol verbunden wird.
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Zur Vermeidung der zeitraubenden Umklemmung der Schweißkabel hat man
bisher im allgemeinen einen doppelpoligen Umschalter im Hauptstromkreis verwendet,
der für die volle Schweißstromstärke ,bemessen sein muß und daher sehr schwer und
kostspielig wird. Bei Maschinen mit Fremderregung ist die Polumschaltung ohne weiteres
durch Umkehrung des Erregerstromes möglich. Bei selbsterregten Gleichstromgeneratoren
würde eine Umschaltung der Erregerwicklung jedoch nur dann die Klemmenpolarität
umkehren, wenn man auch die Drehrichtung ändert.
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Zur Umpolung von selbsterregten Generatoren ohne Änderung der Drehrichtung
war es -bisher erforderlich, daß .das Remanenzfeld durch eine fremde Stromquelle
umgepolt wird, die beispielsweise in den Erregerkreis zwischen Anker und Nebenschlußwicklung
eingeschaltet worden ist. Eine solche Hilfsstromquelle wird zwar bei :der vorliegenden
Erfindung ebenfalls benötigt, doch in Verbindung mit einer Anordnung, .die nur sehr
wenig Energie zur Umpolung benötigt, so daß als Hilfsstromquelle beispielsweise
eine kleine Taschenlampenbatterie für sehr viele Umpolungen großer Maschinen ausreicht.
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Hierbei geht die Erfindung von folgenden Grundlagen aus: In Abb. r
stellt die Kurve z die Magnetisierungskurve (Leerlaufcharakteristik) in Abhängigkeit
von der Felderregung AW für in Richtung plus AW zunehmende Erregung
dar.
Linie 2 ist die gleiche Kurve für abnehmende und in negativer Richtung (nach -AU')
zunehmende Felderregung. Beide Kurven bilden die bekannte Hysteresisclileife. Der
Spannungswert R/voll stellt die Reinanenzspannung und der Wert C die Koerzit.ivkraft
für den Fall dar, daß die Maschine vorher volle positive 'Felderregung (AWlz@oll)
geführt hat.
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Will man nun die Polarität durch eine negative Fremderregung umkehren,
so zeigt die Maschine erst entgegengesetzte Klemmenspannung bei einem über C liegenden
Erregerstromvvert, z. B. bei Ab17,. Die zugehörige negative Klemmenspannung U, besteht
aber nur so lange, als die Fremderregung andauert, denn nach Aufhören derselben
kehrt die Magnetisierung auf der Linie 3 wieder auf den positiven Remanenzwert R,
zurück. Erst bei der wesentlich stärkeren Erregung ATV.. würde, der Kurve d. folgend,
ein negativer Remanenzwert R., entstehen. Jedoch kann es dann vorkommen, daß dieselbe
so klein ist, daß sich die L\lascbine bei Umschaltung auf Selbsterregung nicht selbständig
weitererregt.
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Abb.2 zeigt, wie die Verhältnisse dagegen bei einer Einrichtung gemäß
vorliegender Erfindung liegen. Dort ist lediglich der absteigende Ast 5 der 'L#lagnetisierttngskttrve
eingezeichnet. DienegativeFelderregun-Alf', ist so bemessen, daß ein negativer Spannungswert
it, erzeugt -wird; jedoch reicht ATU, selbst, wie in Abb. i gezeigt, zur stabilen
Umkehrung des Remanenzfeldes nicht aus. Die Linie 6 ist die Widerstandsgerade (R
= const) für die Neb.enschlußwicklung der Maschine (8 in Abb. 3-)-Erfindungsgemäß
wird nun von diesem Zustand aus die von ATY, erzeugte negative Klemmenspannung it,
unmittelbar auf die Nebenschlußwicklung geschaltet. Hierauf nimmt dann die Erregung,
der Linie 6 nach unten folgend, sehr schnell bis auf -Aii' oll
zu, und die
Maschine arbeitet dann stabil mit negativer Magnetisierung. Es muß hierbei nur die
Voraussetzung erfüllt sein, daß at,, absolut betrachtet, oberhalb des Schnittpunktes
S der Linien 5 und 6 liegt.
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Abb. 2 zeigt gleichzeitig einen Fall, wo die er%vähnte Voraussetzung
nicht erfüllt ist. Zu diesem Zweck ist vergleichsweise in dieser Abbildung noch
die Widerstandslinie 7 für einen höheren Nebenschlußwiderstand eingezeichnet, also
eine Widerstandslinie, die für Vorschaltung eines Feldwiderstandes gilt. Da diese
Linie 7 .den negativen Teil der Charakteristik 5 erst bei einem höheren Wert als
zt, schneidet, kann die Felderregung hierbei nicht in negativem Sinne ansteigen;
in diesem Falle bewegt sich der Erregungszustand, der Linie ;7 folgend, vielmehr
nach oben, durchläuft den 0-Wert und läßt anschließend die ursprüngliche positive
Klemmenspannung wiederkehren. Nach der Erfindung soll bei selbsterregten Gleichstromgeneratoren
nun eine sichere Umpolung mit einer möglichst kleinen Hilfsstromqu.elle dadurch
erreicht werden, daß die Erregerwicklung zunächst von <len Atikerklemnten des
Generators getrennt und bei überbrücktem Feldvorschaltwiderstand durch <lie Hilfsstrornquelle
unstabil vormagnetisiert wird und daß hiieran anschließend ohne Unterbrechung des
Stromflusses in- der Erregerwicklung die volle Utnmagnetisierutig des Generators
durch Anschließen der Feldwicklung an die Ankerklemmen des Generators bewirkt wird,
während die Hilfsstroinquelle nach vollzogener Uininagnetisierttnvon der Erregerwicklung
getrennt wird.
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Bei der in Abb.3 dargestellten Schaltun,-nach der Erfinlung sollen
also folgende Vorgänge genau und schnell nacheinander durchgeführt «-erden: r. Die
von den Ankerklemmen zunächst abgetrennte Erregerwicklung 8 erhält mit Hilfe des
Umschalters ii von der Batterie io aus Fremderregung.
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2. Die Klemme C der Wicklung 8 wird über den überbrückten Feldvorschaltwiderstanfl
s, t mit der Ankerkletnme A leitend verbunden.
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3. Die Batterie wird zur Vermeidung eines längere Zeit dauernden Kurzschlusses
unmittelbar darauf abgeschaltet.
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d.. Die Nebenschlußerregung steigt bis zum Sättigungspunkt zusammen
mit der Klemmenspannung an.
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5. Die direkte Verbindtmg von C mit A wird geöffnet, der Nebenschlußreglerwiderstand
also wieder eingeschaltet.
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Wie die Vorgänge i bis 5 durch einen Drehschalter durchgeführt werden,
zeigt A11.4. Zum Umpolen wird der Schalthebel 12 Volt der Betriebsstellung s aus
zunächst auf o weitergeschaltet: inzwischen wird der Umschalter ii umgelegt und
der Schalthebel i2 bei bleichbleibendem Drehsinn des Hebels 'weder auf zit,
t, s weitergeschaltet.
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Die beiden Schalter i i und 12 können mechanisch so miteinander verbunden
werden, daß der Umschalter i i jedesmal umschaltet, wenn der Schalthebel 12 von
der Schaltstellung o nach m durchgeschaltet wird. Auf diese Weise wird die Nebenschlußwicklung
8 immer abwechselnd in rier einen und in der anderen Richtung vom Batteriestrom
durchflossen.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung ermö,-liebt auch Fernschaltung, also
Umpolung, unmittelbar vom Arbeitsplatz aus. Vielfach wird auch der Nebenschlußregler
als Fernregler zur Stromregulierung vom Arbeitsplatz aus
verwendet.
Abb.5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Polumschalter in Verbindung mit einem
solchen an sich bekannten Fernregler. .
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Wie ersichtlich, genügen drei Zuleitungen geringen Querschnitts vom
Regelgerät zur Maschine. Der Regler ist hier gegenüber der Darstellung in Abb. q.
mit einem Kurzschlußkontakt q für die Erregerwicklung versehen ein mit diesem Kontakt
q verbundener Kontakt befindet sich auch an :dem Schalter 1d., um eine Unterbrechung
des Erregerstromes wegen der damit verbundenen Funkenbildung zu vermeiden. Außerdem
ist am Schalter 14 noch je ein Zwischenkontakt zwischen t und s einerseits und s
und q andererseits vorgesehen. Diese Zwischenkontakte, .die hier beispielstveise
an die Mitte des Reglers angeschlossen sind, sind notwendig, :damit man den Polumschalter
15 in Verbindung mit dem Schalter 14 unabhängig von der Stellung des Reglers 13
betätigen kann, also auch, wenn der Regler 13 auf o (q) steht. Denn in diesem Falle
würde der Schalter 14 beim Überschalten von t auf s ohne Zwischenstufe ,die Klemme
A mit der Klemme D direkt verbinden, die Maschine würde also kurzgeschlossen
werden. Das gleiche wäre,der Fall, wenn :der Regler 13 auf voll (t) stehen und der
Schalter 14 von s auf o geschaltet würde.
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In dem Batteriestromkreis befindet sich noch eine Kontrollampe 16,
die gleichzeitig aufleuchtet, wenn beim Umpolen bei der Stellung in, des Schalters
14 der von .der Batterie io durch die Nebenschlußwicklung 8 geschickte Strom den
erforderlichen Wert erreicht hat; denn @fe Indukbivität von B verzögert den Stromdurchgang
und damit die Umpolung eine Zeitlang. Gleichzeitig zeigt die Kontrollampe an, ob
die Batterie noch betriebsfähig ist. Erwähnenswert ist bei dieser Anordnung noch,
.daß .der beim Überschalten von in auf t eingetretene Rückstrom von der Maschine
in die Batterie .dieselbe wieder etwas aufladet und damit die Betriebsdauer erhöht.