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Gleichstrom-Gleichstromumformer zum Betrieb von Bogenlampen, Schweißlichtbögen
od. dgl. Die Erfindung betrifft einen Gleichstrom-Gleichstromumformer zum Betrieb
von Bogenlampen, Schweißlichtbögen od. dgl. mit einer Einrichtung, die selbsttätig
die durch Spannungsschwankungen des Netzes hervorgerufenen Schwankungen des Lichtbogenstromes
ausgleicht oder herabsetzt.
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Für den Betrieb von Bogenlampen, Schweißlichtbögen od. dgl. werden
Stromquellen benötigt, die eine stark abfallende Stromspannungskennlinie aufweisen,
da sonst ein ruhiges Brennen des Lichtbogens nicht zu erreichen ist. Bei Vorhandensein
eines Gleichstromnetzes an der Gebrauchsstelle verwendet man im allgemeinen Umformersätze,
die aus einem Gleichstrommotor und einem Gleichstromgenerator mit abfallender Charakteiistik
bestehen. Ein sehr großer Nachteil solcher Umformer besteht darin, daß Spannungsschwankungen
des Netzes in großem Umfang auf die Stromabgabe des Generators übertragen werden.
Dies ist folgendermaßen zu erklären: Beispielsweise bestehe ein Umformer aus einem
Nebenschlußmotor und einem fremderregten Generator mit Gegenreihenschlußwicklung
und einer Stromspannungskennlinie a-b (Abb. i). Sinkt nun die Netzspannung um einen
gewissen Prozentsatz ab, so sinkt die Ankerspannung des Motors um den gleichen Prozentsatz.
Der Erregerfluß des Motors nimmt wegen der Sättigungserscheinungen des Eisens in
geringerem Maße ab, so daß die Drehzahl des Motors s ' kt, wenn auch nicht
ganz in dem Maße wie In die Netzspannung. Da der Generator, dessen
Erregerwicklung
an das den Motor speisende Netz angeschlossen ist, meistens erheblich schwächer
gesättigt ist als der Motor, sinkt sein Fluß stärker als derjenige des Motors, so
daß hierdurch und durch die niedrigere Drehzahl die Spannung des Generators abfällt.
Dadurch ergibt sich eine entsprechend niedriger liegende Stromspannungskennlinie
c-d (Abb. i). Da die Lichtbogenspannung innerhalb des in Frage kommenden Bereichs
praktisch konstant ist (Abstand zwischen Schweißelektrode und Werkstück, Spannungsregulierung
bei Bogenlampen), verschiebt sich also der Arbeitspunkt von e nach f, d. h.. der
Lichtbogenstrom i2 wird kleiner als der Strom il. Diese Stromschwankungen sind lästig,
sie ergeben eine ungleichmäßige Schweißung bzw. Leuchtkraft. Sie werden zwar um
so geringer, je schwächer das Motorfeld und je stärker das Generatorfeld gesättigt
ist, aber für den Bau der Maschinen kann man diese Erkenntnis nur in beschränktem
Umfang ausnutzen, da schwach gesättigte Motoren schwer und teuer sind und starke
Sättigung der Generatoren eine schlechte dynamische Charakteristik ergibt.
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Erfindungsgemäß werden die Stromschwankungen im Sekundärkreis (Verbraucherkreis),
die durch Spannungsschwankungen im Primärkreis hervorgerufen werden, in einfacher
Weise dadurch beseitigt, daß der mit einer fremderregten und einer vom Lichtbogenstrom
erregten Wicklung versehene Generator, dessen Antriebsmotor in normaler. Weise aus
dem Gleichstromnetz gespeist und erregt wird, durch eine Differenzspannung erregt
wird, die aus der Netzspannung und einer ihr entgegengeschalteten, mit dem Generator
gekuppelten Erregermaschine gebildet wird.
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Die Verwendung einer Zusatzmaschine im Erregerkreis eines Umformergenerators
ist an sich nicht mehr neu. Eine solche Anordnung wurde jedoch lediglich zur Umformung
von Gleichstrom veränderlicher Spannung in solchen von konstanter Spannung -mittels
eines Umformersatzes vorgeschlagen, bei dem sowohl der Motor als auch der Generator
mit je einer Hilfserregerwicklung versehen ist, die gemeinsam über den Generatorteil
eines entsprechend der Netzspannung mit veränderlicher Drehzahl laufenden Hilfsumformers
derart an das Netz geschaltet sind, daß bei steigender Netzspannung das Motorfeld
des Hauptumformers verstärkt, sein Dynamofeld aber geschwächt wird, während bei
sinkender Netzspannung die entgegengesetzten Wirkungen eintreten. Voraussetzung
bei der bekannten Anordnung ist, daß nicht nur ein schwach gesättigter Motor für
den Hauptumformer mit den obenerwähnten Nachteilen, sondern auch noch ein vollständiges
Zusatzaggregat vorhanden ist. Beim Gegenstand der Erfindung ist dagegen einerseits
durch die direkte Kupplung der Erregermaschine mit derr. Umformer, andererseits
durch die Anordnung der Differenzwicklung lediglich auf dem Generator weder ein
besonderes Erregeraggregat noch ein schwach gesättigter Motor für den Hauptantrieb
notwendig; der Gesamtaufwand ist also wesentlich geringer als bei den bekannten
Anordnungen und die ganze Anlage sowohl in der Anschaffung als auch im Betrieb wirtschaftlicher.
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Die Erfindung soll an- Hand eines in Abb. 2 der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
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i bedeutet ein Gleichstromnetz mit schwankender Netzspannung, an das
der im Nebenschluß erregte Antriebsmotor 2 des Umformeraggregats angeschlossen ist.
3 ist der Generator und q. eine mit dem Aggregat gekuppelte Erregermaschine. Die
Zusatzmaschine q. hat eine an das Netz i angeschlossene Erregerwicklung 5. Die Erregerwicklung
6 des Generators 3 ist an die aus der Netzspannung und der Spannung der Zusatzmaschine
q. gebildete Differenzspannung gelegt. Außerdem hat der Generator 3 in an sich bekannter
Weise eine Gegenkompoundwicklung 7, mit welcher die im Lichtbogenkreis auftretenden
Belastungsschwankungen in erster Linie ausgeglichen werden.
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Die für die angestrebte Wirkung notwendige Spannung der Erregermaschine
läßt sich auf Grund folgender Überlegungen leicht ermitteln: Die Sättigung des Motors
sei so gewählt, daß sich bei einer Netzspannungsänderung a die Drehzahl um
h - a ändert, wobei h kleiner als i ist. Ändert sich die Netzspannung
E auf den Wert E - (i -;- a), so ändert sich die Drehzahl n
auf den
Wert n - (i + ah). Die Leerlaufspannung U des Generators würde sich
bei gleichbleibender Erregung auf den Wert U. (i + ah)
einstellen.
Die Spannung E' der Erregermaschine ändert sich auf E' - (i -E- a) - (i -f-
ah).
Die durch die Gegenkompoundierung herbeigeführte, auf die Erregerspannung
bezogene Spannungsänderung des Generators g - (E-E') ändert sich in g - (E-E')
- (i + ah). Da Strom und Spannung des Generators auch bei geänderter
Netzspannung konstant bleiben sollen, ergibt sich folgende Bedingung: Das Vorhandensein
der den Faktor a enthaltenden Glieder beweist, daß die Regelung nicht ohne Restfehler
vor sich geht. Da jedoch
a im praktischen Betrieb immer sehr klein gegenüber h und g ist,
ergibt sich die Formel
als vollkommen ausreichend für die Bestimmung von E'.