DEP0002069DA - Einrichtung zur Stromregelung von Gleichstromgeneratoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Gleichstrommaschinen, welche einen annähernd konstanten Strom bei verschiedenen Betriebsspannungen abgeben. Solche Generatoren werden insbesondere für Lichtbogenbetrieb und Lichtbogenschweissung verwendet. Es kommt bei diesen Maschinen hauptsächlich darauf an, daß sich die Spannung sofort den jeweiligen Zustandsänderungen im Stromkreis anpasst, d.h. bei Kurzschluß darf nur ein beschränkter Kurschlußstrom auftreten, und beim Unterbrechen des Kurschlusses muss die Leerlaufspannung sofort wiederkehren.

Diese Aufgabe ist unter anderem durch die sogenannten Streufeld-Schweissmaschinen gelöst worden, bei denen der Streufluss durch eine Hauptstromwicklung zusätzlich erregt wird. Die Stromregulierung erfolgt bei diesen Maschinen durch Änderung eines Feldwiderstandes im Nebenschlußstromkreis. Da für die volle Stromstärke ein verhältnismässig starkes Erregerfeld benötigt wird, muss jedoch die Nebenschlußwicklung reichlich dimensioniert werden.

Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung dieser bekannten Maschine mit dem Ziele, die Stromregulierung unabhängig von der Nebenschlußerregung vorzunehmen. Die erreicht die Erfindung dadurch, daß bei Maschinen, bei welchen der Streufluß durch ein von einer Hauptstromwicklung erzeugtes Kraftfeld beeinflußt wird, ein den magnetischen Widerstand des Streukraftlinienweges herabsetzendes Leitstück verstellbar angeordnet ist. Die mechanische Verstellung des Leitstückes für den Streufluß erlaubt bei Maschinen mit hauptstromabhängigem Streufeld eine stufenlose Veränderung des Kurzschlußstromes und des Schweißstromes innerhalb der Schaltstufe, die durch eine bestimmte Schaltung der den Streufluß beeinflussenden Hauptstromwicklung gegeben ist.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 die prinzipielle Anordnung einer Gleichstommaschine mit besonders ausgestalteten Hauptpolen im Schnitt,

Fig. 2 die prinzipielle Anordnung einer Gleichstrommaschine mit besonders ausgestalteten Haupt- und Wendepolen,

Fig. 3 die prinzipielle Anordnung einer Gleichstrommaschine mit halb so viel Wendepolen als Hauptpolen,

Fig. 4 eine Einrichtung zur Verstellung der Leitstücke.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anorndung sind die Hauptpole 1 mit besonderen Streupolen 2 versehen. Jeder Hauptpol trägt eine Nebenschluß-Erregerwicklung 3. Der Anker 5 rotiert in dem von dem Hauptpol ausgehenden Magnetfeld (Phi)(sub)a.

Die Streupole 2 sind als seitliche Ansätze der Hauptpole 1 ausgebildet und so angeordnet, daß die Streupole benachbarter Hauptpole sich nahe gegenüber stehen. Jeder Streupol trägt eine Erregerwicklung 4, die vom Hauptstrom durchflossen ist. In dem Luftspalt zwischen benachbarten Streupolen 2 liegt ein Leitstück oder Streueisen 6, welches in axialer Richtung, d.h. senkrecht zur Papierebene verschiebbar angeordnet ist. Der Streukraftfluss (Phi)(sub)s schliesst sich über das Streueisen 6. Durch dieses verschiebbare Leitstück kann der magnetische Widerstand im Streukraftlinienweg verändert werden.

Der Gedanke, an oder zwischen den Polen verschiebbare Streueisen zu benutzen, ist nicht neu. Die Wirkungsweise der Anordnung nach der Erfindung, nämlich der Verwendung solcher Leitstücke in einem hauptstromabhängigen Magnetkreis, ist jedoch wesentliche anders als bei den bisher bekannten Anordnungen. Die Hauptstromwicklungen 4 dienen dazu bei Kurzschluß den Magnetfluss (Phi)(sub)k im Polkern auf demselben Wert wie bei Leerlauf zu erhalten. Die Kraftliniendichte des Flusses (Phi)(sub)k ist so abgestimmt, daß der Kern der Hauptpole nahezu gesättigt ist. Über die Streupole 2 können in keinem Fall mehr Kraftlinien als durch den Polkern fliessen. Ist das Streueisen 6 herausgezogen, so ist der magnetische Widerstand des Streu-Kraftlinienweges gross und es werden viele Amperwindungen der Wicklung 4 benötigt, um bei Kurzschluß das gesamte Magnetfeld (Phi)(sub)k in die Streupole 2 hinein zu saugen. In diesem Falle stellt sich also ein hoher Kurzschlußstrom und auch ein hoher Schweissstrom in der Maschine ein. Ist dagegen das Streueisen 6 vollständig zwischen die Streupole hineingesteckt, dann ist der magnetische Widerstand des Streukraftlinienweges klein und es ist nur ein Bruchteil der Amperwindungen in der Wicklung 4 erforderlich, um den vollen Kraftfluss (Phi)(sub)k in den Streupolen zu erzeugen. In diesem Fall stellt sich also ein kleiner Kurzschlußstrom und eine kleine

Schweiss-Stromstärke ein. Ist das Streueisen nur teilweise herausgezogen, so ergeben sich mittlere Betriebszustände. Die Stärke des Schweisstromes lässt sich somit stufenlos einstellen und damit exakt den jeweiligen Bedürfnissen anpassen.

Zwischen Kurzschlußstrom und Schweisstrom besteht bei dieser Art der Stromregelung innerhalb des ganzen Regelungsbereiches ein annähernd konstantes Verhältnis. Sowohl bei höchster Stromstärke als auch bei kleinster Stromeinstellung kehrt im Anschluß an den Kurzschluß praktisch die volle Leerlaufspannung wieder; hierdurch werden die dynamischen Eigenschaften der Maschine nach der Erfindung sehr günstig. Die Leerlaufspannung, die man zum sicheren Zünden des Lichtbogens braucht, ist gering, d.h. der Anker der Maschine kann für eine kleine Maximalspannung bemessen und daher mit wenig Materialaufwand gebaut werden. Auch die Nebenschlußerregerwicklung braucht nur für eine verhältnismässig geringe Amperewindungszahl bemessen zu werden. Dies ist dadurch ermöglicht, daß bei der Maschine nach der Erfindung die Gegenwirkung der Streupolwicklung 4 auch bei hoher Schweisstromstärke und herausgezogenem Streueisen viel schwächer ist als bei Streufeldmaschinen mit fest eingestelltem Luftspalt. Ferner erfordert die Streupolwicklung 4 selbst auch nur eine geringe Windungszahl, beansprucht also wenig Material und Wicklungsraum. Die Anordnung der Erfindung ergibt somit eine sehr leistungsfähige Maschine von kleiner Baugrösse und günstigem Wirkungsgrad besitzt.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung einer Gleichstrommaschine mit Wendepolen ist die Streuung zwischen dem Hauptpol 7 und dem in de Drehrichtung folgenden Wendepol 8 durch einen Ansatz 9 des Wendepoles günstig vergrössert. Der Hauptpol 7 trägt die Erregerwicklung 10, die im Nebenschluß zum Anker liegt. Der Wendepol 8 trägt eine Wicklung 11, welche vom Hauptstrom durchflossen wird. Diese Hauptstromwicklung übernimmt somit die Wirkung der besonderen Erregerwicklung 4 des Streupoles in Fig. 1. Zwischen der Streuzacke 9 des Wendepoles und der ihr zugewendeten Flanke des Hauptpoles 7 ist ein in axialer Richtung bewegliches Streueisen 12 angeordnet. Wie bei der Anordnung der Fig. 1 wird durch die Verstellung des Leitstückes 12 der Kurzschlußstrom und der Schweisstrom der Maschine verändert. Die Wirkung ist jedoch bei der Anordnung nach Fig. 2 schwächer, weil nur auf einer Seite des Hauptpoles

Die Streuung einstellbar erhöht ist. Ein Streueisen auf der gegenüber liegenden Seite des Hauptpoles, also zwischen Hauptpol und dem in der Drehrichtung vorangehenden Wendepol würde wirkungslos bleiben, weil beide Pole gleiche Polarität besitzen; es könnten sich nur bei Leerlauf magnetische Kraftlinien ausbilden, nicht aber, worauf es gerade ankommt, bei Belastung.

Die Anordnung nach Fig. 1 besitzt zwar einen grösseren Regelbereich für Kurzschluß- und Schweisstrom als die Anordnung nach Fig. 2; sie arbeitet aber, weil dort keine Wendepole vorhanden sind, hinsichtlich der Kommutierung nicht unbefriedigend. Dieser Nachteil entfällt bei der Ausführung nach Fig. 3.

Die in Fig. 3 dargestellte Anordnung verwendet teils Streupole 13, teils Wendepole 14. Hinsichtlich der Wendepole 14 ist die gleiche Anordnung wie in Fig. 2 verwendet. Das Streueisen 12 liegt zwischen dem Ansatz des Wendepoles und der dieser Streuzacke zugewendeten Flanke des Hauptpoles. Die Ausführung der Streupole ist gegenüber der Anordnung in Fig. 1 verändert. Der als Ansatz des Hauptpoles 16 ausgebildete Streupol 13 ist bis nahe an den Hauptpol 15 herangeführt, so daß das verstellbare Streueisen 17 zwischen dem Streupol 13 und der ihm zugewandten Flanke des Hauptpoles angeordnet ist. Diese Anordnung ermöglicht die Verwendung einer einzigen Streupolwicklung 18 je Hauptpol.

Die Streueisen 12 und 17 sind ebenso wie das Streueisen starken magnetischen Kräften ausgesetzt, welche bewirken, daß sie fest an den Polen anhaften. Deshalb sind dünne Metallstreifen aus nicht magnetisisierbarem Material vorgesehen, welche zugleich den kleinsten Luftspalt bei hineingestecktem Streueisen festlegen. Die Streueisen 12 und 17 sind starr miteinander gekuppelt (Fig. 4). Zu ihrer Bewegung dient ein Spindeltrieb. An dem Pol 15 ist in einem Lager 20 eine Spindel 19 gelagert, deren anderes Lager 21 am Lagerschild der Maschine befindet. Das Kupplungsstück 22 der beiden Streueisen 12 und 17 ist mit der Mutter 23 verbunden, die von der Spindel 19 bei ihrer Drehung verschoben wird. In der gleichen Weise erfolgt bei vierpoligen Maschinen die Bewegung der Streueisen des anderen Hauptpoles. Die beiden Spindelgetriebe werden in diesem Falle gekuppelt, sodaß die Streueisen der beiden Hauptpole gemeinsam verstellt werden.

Claims (5)

1) Einrichtung zur Stromregelung von Gleichstromgeneratoren, bei welchen die Streuung der Hauptpole künstlich erhöht und der Streufluß von dem Hauptstrom abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein den magnetischen Widerstand des Streukraftlinienweges herabsetzendes Leitstück (6) verstellbar angeordnet ist und innerhalb der durch eine bestimmte Schaltung der den Streufluß beeinflussenden Hauptstromwicklung (4, 18) gegebenen Schaltstufe durch seine Verstellung eine stufenlose Regelung des Streuflusses und damit des Kurzschlußstromes ermöglicht.

2) Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Leitstück (6) verstellbar zwischen Ansätzen (2) benachbarter Hauptpole (1) angeordnet ist, welche eine zusätzliche Hauptstromwicklung (4) tragen.

3) Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Leitstück (12) verstellbar zwischen Ansätzen eines Hauptpoles (7) und des in der Drehrichtung folgenden Wendepoles (9) angeordnet ist.

4) Einrichtung nach Ansprüchen 1 bis 3 bei einem Gleichstromgenerator mit halb so viel Wendepolen wie Hauptpolen, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Streufluß zwischen zwei benachbarten Hauptpolen als auch der Streufluß zwischen einem Hauptpol und dem benachbarten Wendepol durch verstellbare magnetische Leitstücke (12, 17) veränderlich ist.

5) Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Leitstücke (12, 17) gleichzeitig durch ein Spindelgetriebe (19) verstellbar sind

Text von Anspruch 1) und 2) wurde auf Seite 8 eingefügt!

Dieser Text wurde auf Seite 4 eingefügt!

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