DEP0002069DA

DEP0002069DA - Device for current regulation of direct current generators

Info

Publication number: DEP0002069DA
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. Langkau
Original assignee: Langkau, Helmut, Dipl.-Ing., Frankfurt/M.
Publication date: 1951-01-04

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.The invention relates to DC machines which deliver an approximately constant current at different operating voltages. Such generators are used in particular for arc operation and arc welding. With these machines, the main thing is that the voltage immediately adapts to the respective changes in the state of the circuit, i.e. in the event of a short circuit, only a limited short-circuit current may occur, and when the short-circuit is interrupted, the open-circuit voltage must return immediately.

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.This task has been achieved, among other things, by the so-called stray field welding machines, in which the stray flux is additionally excited by a main current winding. In these machines, the current is regulated by changing a field resistance in the shunt circuit. Since a comparatively strong excitation field is required for the full current strength, the shunt winding must, however, be sufficiently dimensioned.

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.The invention aims to improve this known machine with the aim of regulating the current independently of the shunt excitation. This is achieved by the invention in that, in machines in which the leakage flux is influenced by a force field generated by a main current winding, a guide piece which reduces the magnetic resistance of the path of the scattering force lines is adjustably arranged. The mechanical adjustment of the guide for the leakage flux allows for machines with a main current dependent leakage field a stepless change of the short circuit current and the welding current within the switching stage, which is given by a specific circuit of the main current winding influencing the leakage flux.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:Some embodiments of the invention are shown in the drawing. Show it:

Fig. 1 die prinzipielle Anordnung einer Gleichstommaschine mit besonders ausgestalteten Hauptpolen im Schnitt,1 shows the basic arrangement of a DC machine with specially designed main poles in section,

Fig. 2 die prinzipielle Anordnung einer Gleichstrommaschine mit besonders ausgestalteten Haupt- und Wendepolen,2 shows the basic arrangement of a direct current machine with specially designed main and reversing poles,

Fig. 3 die prinzipielle Anordnung einer Gleichstrommaschine mit halb so viel Wendepolen als Hauptpolen,3 shows the basic arrangement of a DC machine with half as many reversing poles as main poles,

Fig. 4 eine Einrichtung zur Verstellung der Leitstücke.4 shows a device for adjusting the guide pieces.

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.In the arrangement shown in FIG. 1, the main poles 1 are provided with special scattering poles 2. Each main pole carries a shunt excitation winding 3. The armature 5 rotates in the magnetic field (Phi) (sub) a emanating from the main pole.

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.The scattering poles 2 are designed as lateral extensions of the main poles 1 and are arranged in such a way that the scattering poles of adjacent main poles are close to one another. Each scatter pole carries an excitation winding 4 through which the main current flows. In the air gap between adjacent scattering poles 2 there is a guide piece or scattering iron 6, which is arranged to be displaceable in the axial direction, i.e. perpendicular to the plane of the paper. The scattering force flux (Phi) (sub) s closes via the scattering iron 6. This displaceable guide piece can be used to change the magnetic resistance in the scattering force line path.

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 kleineThe idea of using spreading irons that can be moved at or between the poles is not new. The mode of operation of the arrangement according to the invention, namely the use of such conductive pieces in a main current-dependent magnetic circuit, is, however, essentially different from the arrangements known up to now. In the event of a short circuit, the main current windings 4 serve to maintain the magnetic flux (Phi) (sub) k in the pole core at the same value as when idling. The force line density of the flux (Phi) (sub) k is adjusted so that the core of the main poles is almost saturated. In no case can more lines of force flow over the scattering poles 2 than through the pole core. If the scattering iron 6 is pulled out, the magnetic resistance of the scattering force line path is high and many ampere turns of the winding 4 are required in order to suck the entire magnetic field (Phi) (sub) k into the scattering poles 2 in the event of a short circuit. In this case, there is a high short-circuit current and a high welding current in the machine. If, on the other hand, the scattering iron 6 is completely inserted between the scattering poles, then the magnetic resistance of the scattering force line path is small and only a fraction of the ampere turns in the winding 4 is required to generate the full power flow (Phi) (sub) k in the scattering poles. In this case, there is a small short-circuit current and a small one

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.Welding current on. If the spreader is only partially pulled out, the operating conditions are medium. The strength of the welding current can thus be continuously adjusted and thus precisely adapted to the respective needs.

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.With this type of current control, there is an approximately constant ratio between the short-circuit current and the welding current within the entire control range. Both with the highest current intensity and with the lowest current setting, practically the full open circuit voltage returns after the short circuit; this makes the dynamic properties of the machine according to the invention very favorable. The no-load voltage that is needed to safely ignite the arc is low, i.e. the armature of the machine can be dimensioned for a low maximum voltage and can therefore be built with little material expenditure. The shunt excitation winding also only needs to be dimensioned for a relatively low number of ampere-turns. This is made possible by the fact that in the machine according to the invention the counteraction of the stray pole winding 4 is much weaker than in stray field machines with a fixed air gap, even with a high welding current strength and the stray iron pulled out. Furthermore, the stray pole winding 4 itself only requires a small number of turns, so it takes up little material and winding space. The arrangement of the invention thus results in a very powerful machine of small size and favorable efficiency.

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 HauptpolesIn the arrangement of a direct current machine with reversing poles shown in FIG. 2, the scatter between the main pole 7 and the reversing pole 8 following in the direction of rotation is favorably increased by an attachment 9 of the reversing pole. The main pole 7 carries the excitation winding 10, which is shunted to the armature. The reversing pole 8 carries a winding 11 through which the main current flows. This main current winding thus takes on the effect of the special excitation winding 4 of the scattering pole in FIG. 1. Between the scattering prong 9 of the reversing pole and the flank of the main pole 7 facing it, a scattering iron 12 that is movable in the axial direction is arranged. As in the arrangement of FIG. 1, the adjustment of the guide piece 12 changes the short-circuit current and the welding current of the machine. However, the effect is weaker in the arrangement according to FIG. 2, because only on one side of the main pole

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.The spread is adjustable increased. A stray iron on the opposite side of the main pole, that is between the main pole and the turning pole preceding in the direction of rotation, would remain ineffective because both poles have the same polarity; Magnetic lines of force could only develop when idling, but not, what is important, when under load.

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.The arrangement according to FIG. 1 has a larger control range for short-circuit and welding current than the arrangement according to FIG. 2; however, because there are no reversing poles there, it does not work unsatisfactorily with regard to commutation. This disadvantage does not apply to the embodiment according to 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.The arrangement shown in FIG. 3 uses partly scattering poles 13, partly reversing poles 14. With regard to reversing poles 14, the same arrangement as in FIG. 2 is used. The spreader iron 12 lies between the approach of the turning pole and the flank of the main pole facing this spreader prong. The design of the scattering poles has been changed compared to the arrangement in FIG. 1. The scattering pole 13, designed as the approach of the main pole 16, is brought up close to the main pole 15, so that the adjustable scattering iron 17 is arranged between the scattering pole 13 and the flank of the main pole facing it. This arrangement enables the use of a single stray pole winding 18 for each main pole.

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.The scattering iron 12 and 17, like the scattering iron, are exposed to strong magnetic forces which cause them to adhere firmly to the poles. Therefore, thin metal strips made of non-magnetizable material are provided, which at the same time define the smallest air gap when the scattering iron is inserted. The spreading irons 12 and 17 are rigidly coupled to one another (Fig. 4). A spindle drive is used to move them. At the pole 15, a spindle 19 is mounted in a bearing 20, the other bearing 21 of which is located on the end plate of the machine. The coupling piece 22 of the two spreading irons 12 and 17 is connected to the nut 23, which is displaced by the spindle 19 as it rotates. In four-pole machines, the spreading iron of the other main pole is moved in the same way. The two spindle gears are coupled in this case so that the spreading iron of the two main poles can be adjusted together.

Claims

1) Device for current control of direct current generators, in which the scattering of the main poles is artificially increased and the leakage flux is dependent on the main current, characterized in that a guide piece (6) reducing the magnetic resistance of the path of the scattering force lines is arranged to be adjustable and within which it is adjustable by a specific circuit the switching stage, which influences the leakage flux, enables stepless regulation of the leakage flux and thus the short-circuit current through its adjustment.

2) Device according to claim 1, characterized in that the magnetic guide piece (6) is adjustable between lugs (2) of adjacent main poles (1) which carry an additional main current winding (4).

3) Device according to claim 1, characterized in that the magnetic guide piece (12) is arranged adjustable between approaches of a main pole (7) and the reversing pole (9) following in the direction of rotation.

4) Device according to claims 1 to 3 in a direct current generator with half as many reversing poles as main poles, characterized in that both the leakage flux between two adjacent main poles and the leakage flux between a main pole and the adjacent reversing pole by adjustable magnetic conductive pieces (12, 17) is changeable.

5) Device according to claim 1, characterized in that all guide pieces (12, 17) are adjustable at the same time by a spindle gear (19)

Text of claim 1) and 2) was inserted on page 8!

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