Synchrongenerator mit Regeleinrichtung, insbesondere für Schweisszwecke Rotierende Maschinen für Schweisszwecke sind, bei regelbarer Ausführung, sowohl in Form von Drehstrom- bzw. Wechselstrom-Gleichstromumformern, Drehstrom- Wechselstromumformern als auch in Form von Gleich- und Wechselstromgeneratoren bekannt.
Regelbare Gleichstromumformer sind meist nach dem Querfeldprinzip gebaut und besitzen eine im unteren Belastungsbereich ansteigende, äussere Kennlinie. Die Re gelung wird durch Veränderung des magnetischen Wi derstandes der Maschine im Bereich eines Regelpoles durchgeführt. Eine andere Möglichkeit der Regelung besteht darin, die Maschine als Dreibürstenmaschine auszubilden, wobei die Regelung des Schweissstromes durch Veränderung des Abgriffpunktes am Kollektor er folgt, zu welchem Zweck eine Abgriffbürste schwenkbar angeordnet wird.
Auch diese Maschinen besitzen eine im unteren Belastungsbereich ansteigende, äussere Kenn linie. Schliesslich lässt sich noch eine Beeinflussung der Form der statischen Kennlinie durch die Anordnung so wohl v. Reihenschluss- als auch Nebenschlusswicklungen erzielen, wobei eine Regelung durch Anordnung verän derbarer Widerstände in den Erregerkreisen ermöglicht wird.
Alle diese Gleichstromumformer müssen mit einem Kollektor versehen werden, sind also im Aufbau verhält- nismässig kompliziert und wegen der Laststromentnah me von dem rotierenden Teil auch störungsanfällig, so dass sie einer dauernden Wartung bedürfen. Überdies ist bei einer bestimmten Maschine eine nur verhältnismässig geringe Beeinflussung der Grundform der äusseren Kenn linie möglich und es wird überdies entweder eine mecha nisch zu betätigende Regeleinrichtung oder eine bela- stungsseitige, also stark verlustbehaftete elektrische Regel einrichtung erforderlich.
Bei rotierenden Wechselstromumformern bzw. -gene- ratoren benötigen die Asynchronmaschinen zur Einspei sung der Erregung oder zur Stromabnahme Schleifringe, die ähnliche Nachteile wie der bei Gleichstromumformern erforderliche Kollektor aufweisen. Überdies ist bei den Asynchronmaschinen das Vorhandensein eines erregen- den Drehstromnetzes unbedingt erforderlich, d.h., dass diese Maschinen nur als netzgebundene Umformer, nicht aber als z.B. von einer Wärmekraftmaschine od. dgl.
an- treibbare, selbständige Generatoren Verwendung finden können. Synchrongeneratoren für Schweisszwecke werden bisher praktisch ausschliesslich mit einem vorzugsweise als Aussenläufer ausgebildeten, mit Dauermagneten be stückten Polrad versehen, was den Vorteil hat, dass die Maschine schleifringlos ausgeführt werden kann.
Bei den für Schweisszwecke Verwendung findenden Wechselstrommaschinen ist entweder nur eine stufige Stromregelung durch Wicklungsumschaltungen oder eine zwar stufenlose aber stark verlustbehaftete und Phasen verschiebungen bedingende Regelung durch eine vorge schaltete Drossel möglich. Aufgrund der Sicherheitsbe stimmungen für das Schweissen in engen Räumen darf die effektive Leerlauf-Ausgangsspannung derartiger Um former nur maximal 42 V betragen.
Diese Spannung ist anderseits zum Schweissen zu niedrig, weshalb es not wendig wird, eigene Sicherheitseinrichtungen anzubrin gen, die aufgrund der Bestimmungen nach Beendigung einer ausgangsseitigen Belastung die Leerlaufspannung spätestens innerhalb von 0,2 sec. auf den angegebenen Maximalwert herabsetzen. Auch bei für Schweisszwecke verwendeten Wechselstrommaschinen ist bisher bei einer bestimmten Maschine nur eine verhältnismässig geringe Beeinflussung und damit Steuerung der Form der äus- seren Kennlinie möglich.
Es ist noch zu erwähnen, dass es an sich bei Syn chronmaschinen dann, wenn rasch verlaufende Änderun gen der Magnetisierung des Erregerkreises zu erwarten sind, üblich ist, den magnetischen Kreis aus leicht umma- gnetisierbaren Blechen lamelliert aufzubauen. Die Rema- nenz derartiger Bleche ist äusserst gering. Um bei einem Generator eine Selbsterregung zu gewährleisten, ist es bekannt, in die Pole kleine Dauermagnetstücke einzu setzen.
Die Erfindung betrifft einen Synchrongenerator mit Regeleinrichtung, insbesondere für Schweisszwecke, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Synchrongenerator mit einer ebenfalls als Synchrongenerator ausgebildeten, die Erregerwicklung des Hauptgenerators über Gleich richtermittel speisenden Erregermaschine versehen ist, deren Erregerpole zumindest je zwei Erregerkreise auf weisen, von denen wenigstens einer regelbar ist und jeder Erregerpol einen in diesen Pol eingesetzten Dauermagne ten besitzt.
Durch die erfindungsgemässe Grundkonzeption wird es praktisch möglich, mit geringstem Regelarbeitsauf wand, also äusserst geringen Regelverlusten, sehr weit reichende Regelvorgänge durchzuführen und praktisch beliebig ausgebildete äussere Kennlinien des Hauptgene- rators durch entsprechende Einstellung der Erregung der Erregermaschine, die somit den Charakter einer Ver- stärkermaschine erhält, zu erreichen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist jeder Dauermagnet in einem Radialschlitz des zugehörigen, aus geschichteten Blechen bestehenden Polkörpers über ein Verstellorgan in Radialrichtung verstellbar und fest stellbar angebracht. Es wird dadurch möglich, den Luft spalt zwischen diesem Dauermagnet und dem Läufer der Maschine und damit die Grunderregung der Läuferwick lung durch die Dauermagnete zu verändern. In der Pra xis wird man die Dauermagnete zur Erzeugung der Grunderregung der Erregermaschine verwenden und die Erregerkreise aus Erregerwicklungen aufbauen.
Da die Dauermagnete in Radialschlitzen der Polkörper geführt sind, ist auch beim Zerlegen der Maschine ein ausreichen der magnetischer Rückschluss für die Dauermagnete durch die anliegenden Polkörperteile gegeben, so dass eine Ent- magnetisierung der Dauermagnete beim Zerlegen der Maschine verhindert ist und somit auf eigene Rück- schlussjoche u. dgl. verzichtet werden kann.
Nach einer bevorzugten Ausführung ist der Dauer magnet an der von der Schlitzöffnung abweisenden Seite von einem aus Weicheisen bestehenden, im Schlitz ge führten und mit dem Verstellorgan verbundenen Sockel stück gehalten. Durch die Verstellbarkeit des Magneten wird bei entsprechender Dimensionierung überdies er reicht, dass der magnetische Widerstand des Poles in bezug auf die Zusatzerregung in erträglichen Grenzen bleibt und dass man überdies bei Verwendung der Dauer magnete als Grunderregung eine gewisse Verstärkerei- genschaft der Erregungsänderung bei Regelungen über den zweiten Erregerkreis erzielen kann.
In der Praxis wird man vorzugsweise das Verhältnis der Feldstärke des Dauermagneten zur maximalen, von einer Erregerwicklung des zugehörigen Erregerkreises erzeugbaren Feldstärke im Bereich zwischen 1 : 1 bis 1 : 10 oder 1 : 20 halten.
Der regelbare Erregerkreis, der bei dieser Ausfüh rung aus einer oder mehreren Erregerwicklungen be steht, ist über Umformer mit den Ausgangsklemmen des Hauptgenerators verbunden und es sind in den genannten Kreis Regler eingeschaltet. Man kann somit durch diese Rückkopplung eine Regelung in Abhängigkeit vom Be lastungszustand des Hauptgenerators vornehmen. Beson dere Ausbildungen der Kennlinien lassen sich noch da durch erzielen, dass in den Erregerkreis nichtlineare Glieder, wie Zenerdioden oder steuerbare Gleichrichter eingeschaltet sind. Man kann z.
B. durch entsprechende Regler eine einer Querfeldmaschine entsprechende äus- sere Kennlinie des Hauptgenerators erzielen oder aber belastungsunabhängige Spannungsregelungen oder Be grenzungen des maximalen Schweissstromes erzielen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Erregermaschi ne mit Aussenpolen versehen ist und ihr mit dem Pol rad des Hauptgenerators auf der gleichen Welle sitzender Anker mit der Erregerwicklung des Polrades der Haupt maschine über am umlaufenden System angebrachte Gleichrichterelemente verbunden ist.
Die Gleichrichter elemente sind dabei mit der Ankerwicklung der Erreger maschine in einer der herkömmlichen Gleichrichterschal- tungen verbunden. Bei dieser Ausführung sind keinerlei Bürsten, Schleifringe oder Kollektoren am rotierenden System notwendig, so dass eine derart aufgebaute Ma schine sich durch grosse Wartungsfreiheit auszeichnet und überdies ein konstruktiv einfacher Aufbau möglich wird.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand bei spielsweise veranschaulicht. Es zeigen: Fig. 1 das Prinzipschaltbild eines erfindungsgemässen Generators, Fig. 2 einen Einzelpol des Polkörpers der Erreger maschine im Schnitt, Fig. 3 das Magnetisierungsschaubild des Polkörpers der Erregermaschine und die Fig. 4 und 5, 6 und 7, 8 und 9, 10 und 11 und 12 und 13 jeweils verschiedene Schaltbilder von Reglern und die mit diesen Reglern einstellbaren äusseren Kennlinien des Generators.
In Fig. 1 wurde das Schaltschema eines erfindungs- gemässen Generators stark vereinfacht dargestellt. Ins besondere wurden die Erregerwicklungen der Erreger maschine und des Polrades des Hauptgenerators jeweils nur durch die Wicklungen eines Einzelpoles veranschau licht. Wie bereits erwähnt, besteht die Maschine aus einer Erregermaschine und einem Hauptgenerator. Nach Fig. 1 sind für jeden Pol des Magnetständers der Erre germaschine ein Dauermagnet 1, der in Radialrichtung verstellbar ist und zwei Erregerwicklungen 2, 3 vorge sehen. Der Läufer der Erregermaschine ist mit dem Pol rad 5 des Hauptgenerators auf einer gemeinsamen Welle 6 angeordnet.
Der Läufer besitzt eine sechsphasig aus geführte Wicklung 4, die einerseits über den über eine Leitung 7 herausgeführten Sternpunkt und anderseits über Halbleiter-Gleichrichterelemente 8, die ausgangs seitig auf Masse gelegt sind, in einer Doppelstern-Gleich- richterschaltung mit der mit dem einen Ende ebenfalls an Masse gelegten Erregerwicklung 9 des Polrades 5 des Hauptgenerators verbunden sind. Die ein- oder mehr- phasig ausgeführte Ständerwicklung 10 des Hauptgene- rators ist mit den Ausgangsklemmen U, V verbunden.
An die Ständerwicklung ist ferner ein allgemein mit Il bezeichneter Regler angeschlossen, über den die Spei sung der Erregerwicklungen 2, 3 erfolgt. Nach Fig. 1 kann der Regler 11 mit einem Stromwandler verbunden sein, der eine Primärwicklung 12 und zwei Sekundär wicklungen 13, 14 aufweist. Überdies weist der Wandler eine Vormagnetisierungswicklung 15 auf. Die Gleich richterelemente 8 sind vorzugsweise in einem gemeinsa men Kühlkörper gehalten, der mit der Welle 6 elektrisch leitend verbunden ist. Dieser Kühlkörper bildet zusätz lich einen sekundärseitigen Anschluss der Elemente 8 an Masse. Die Leitung 16 hat somit in Fig. 1 bei der erwähnten Ausbildung nur symbolische Bedeutung.
Nach Fig. 2 ist in dem aus einem gestanzten Blech paket bestehenden Polkörper 17 mittig ein Radialschlitz 18 vorgesehen, in den der Dauermagnet 1 eingesetzt ist. Dieser Dauermagnet ist an einem im Schlitz geführten, aus Weicheisen bestehenden Sockelstück 19 z. B. durch Ankleben befestigt. Dieses Weicheisenstück 19 kann ge- gebenenfalls gegenüber dem Blechpaket 17 durch eine Isolierauflage abgetrennt sein.
Mittels einer in eine Ge windebohrung des Sockelstückes 19 eingreifenden Schrau be 20 kann das Sockelstück und damit der Magnet 1 in Radialrichtung verstellt werden, wodurch es möglich wird, die Grösse des Luftspaltes 21 zwischen dem Dauer magneten 1 und dem Läufer 4 einzustellen, also diesen Luftspalt in seinen Abmessungen gegenüber dem kon stant bleibenden Luftspalt 22 zwischen den Polschuhen 23 und dem Läufer 4 zu variieren.
Der magnetische Fluss ch,r des Magneten 1 teilt sich in zwei Komponenten und zwar in einen über den Anker gehenden, die Wicklungen 4 induzierenden Nutzfluss 0G, dessen Grösse vom Luft spalt 21 abhängig ist und einen Nebenfluss cpN, der nur über die Polschuhe verläuft und nicht zur Induktion der Wicklungen 4 beiträgt. Die angeführten Betriebszustände gelten für den Fall, dass die Erregerwicklungen 2, 3 strom los sind.
Wird die Wicklung 2 bzw. 3 im Sinne der Po lung des Dauermagneten 1 erregt, dann tritt im Bereich des Luftspaltes 22 eine dem Nebenfluss eN entgegen wirkende magnetische Spannung auf, die den Nebenfluss eN bei Gleichheit dieser magnetischen Spannungen zum Verschwinden bringt, so dass dann der Gesamtfluss ein des Dauermagneten gleich dem erwähnten Nutzfluss des Magneten wird.
Bezeichnet man mit<B>0</B> den, bei eingeschalteter Zu satzerregung durch die Wicklungen 2 bzw. 3, gesamten wirksamen Nutzfluss, mit RL den magnetischen Wider stand im Bereich des Luftspaltes 22, der praktisch von der Grösse des Luftspaltes 22 abhängt, mit eE den von der Zusatzerregung erzeugten, über die Polschuhe 23 verlaufenden Fluss und mit chr die Durchflutung durch die Zusatzerregung über die Wicklungen 2, 3, dann er geben sich drei markante Betriebszustände, die für die Grösse des Nutzflusses massgebend sind:
Für 0E=0 . . . .<B>(1)</B> =(DG=0,1z-(1N 0E = -(1)N RL (D = (DG = $,'I OE <B><I>></I></B> -ON RL (D = eM + (DE Im Magnetisierungsschaubild nach Fig. 3 wurden die Zusammenhänge näher veranschaulicht.
Der Fluss wurde als Funktion der Durchflutung 0 dargestellt. KR stellt die remanente Zustandskurve des Magneten 1 dar. Der Schnittpunkt dieser Kurve mit der Ordinatenachse (e) zeigt die Remanenz, die dann auftritt, wenn im Ar beitskreis des Magneten der magnetische Widerstand R = 0.
Der Schnittpunkt K mit der Abszissenachse (0) ist ein Mass für die grösste Koerzitivkraft des Magneten, d.h. die an den Stirnflächen des Magneten anliegende Feldstärke bei fi = 0 und R = co. Daraus folgt, dass der zwischen den beiden Achsen e und 0 liegende Be reich der Kurve KR Arbeitspunkte bci Arbeitswider ständen 0 < R < oo verbindet.
Vom Koordinaten-Nullpunkt 0 ausgehende Strahlen, z.B. 0A, 0C, sind Kennlinien dieser Widerstände. Im Schaubild wurden diese Kennlinien idealisiert geradlinig dargestellt, d.h. es wurde nur der Magnetisierungsbedarf der Luftstrecken berücksichtigt. Zur Vereinfachung wur de auch angenommen, dass der gesamte Streufluss ex über den Luftspalt 22 geht. Bekanntlich ist bei Dauer magnetwerkstoffen eine durch R > 0 hervorgerufene Verminderung der remanenten Induktion nicht mehr re versibel. Arbeitet z.
B. der Magnet auf der Luftspalt- Kennlinie cDN' = f (0M) mit dem Arbeitspunkt C, so wird nach allmählicher Rückführung in den Zustand R = 0 -der Arbeitspunkt entlang der vereinfacht als Gerade dargestellten Linie X - X, die die Kurve der reversiblen Permeabilität darstellt, von C bis zum Schnittpunkt P mit der Ordinatenachse wandern. Zwischen C und P liegt somit der permanente Arbeitsbereich des Magnet systems.
Soll das Magnetsystem auch in zerlegtem Zustand (bei entferntem Anker) noch innerhalb der permanenten Zustandslinie C - P verbleiben, muss der Widerstand der Streu- und Nebenschlusswege gleich sein dem Quotienten
EMI0003.0060
also auf der Kennlinie (hN' = f (O,1) lie gen. Die Kennlinie OG' = f (O,1) berücksichtigt den ent- magnetisierenden Einfluss des Arbeitsluftspaltes 21.
Aus der Beziehung cpm = eG -I- 4)N geht hervor, dass die Punkte A, B, J, L auf einer gemeinsamen Ordinate liegen und die Strecken AB = JL sein müssen. Wird der Magnet in den permanenten Zustand übergeführt (Aus bau), gilt analog DE = MN. In Fig. 3 ist der permanente Arbeitspunkt mit E bezeichnet und gilt für die unbela stet laufende Maschine. Der zur Verfügung stehende Nutzfluss (D wird also durch die Strecke NE dargestellt. Der Gesamtfluss erz des Magneten entspricht der Strecke ND.
Der Ankerstrombelag bei Belastung hat eine ent- magnetisierende Wirkung, wodurch der Arbeitspunkt des Magneten von D in Richtung C verschoben wird. Als geometrischer Ort der Nutzflüsse (h" welche von der Magnetdurchflutung <B>0"</B> hervorgerufen werden, ergibt sich die Gerade F-P. Sinngemäss verschiebt sich der Ar beitspunkt E unter der Einwirkung unterstützender Fel der in Richtung P zur Ordinatenachse. Der Nutzfluss (DG wird gleich dem Gesamtfluss em des Dauermagneten,
wenn der Durchflutungsbedarf (0E = - e" RL) für den Arbeits- und Streuweg von der Zusatzerregung gedeckt wird (Punkt P).
Wird die Zusatzerregung darüber hinaus erhöht, be ginnt auch in dem bisher als Nebenschluss des Dauerma gneten arbeitenden Teil des Luftspaltes 22 ein Nutzfluss (DE auszutreten entsprechend der Kennlinie (DE = f (0E). Dieser addiert sich zu (DG = e,T.
Ausserdem erhöht sich unter dem Einfluss der gleich sinnig arbeitenden Zusatzerregung der Magnetfluss (D,1, d.h. der Punkt P verschiebt sich entlang der Geraden X - X nach rechts. Insgesamt wird daher ein Nutzfluss entsprechend der Kennlinie (p = er -I- eG = f (0E) erhalten.
Aus dem Vergleich der letztgenannten Kennlinie ch = q)E -f- (DG mit der Kennlinie<B>(DE</B> der Zusatzerregung zeigt sich, dass die erstgenannte Kennlinie steiler verläuft, was bedeutet, dass sich bei der Anordnung nach Fig. 2 eine Verstärkerwirkung ergibt.
Betrachtet man die Kenn linie des Nutzflusses < 1) in Abhängigkeit von der Zusatz erregung er, so ergibt sich die parallel zu c) verschobene Kennlinie [e]. Ist die Zusatzerregung OE = 0, dann ent spricht dem wirksamen Nutzfluss die Strecke 0E' = NE. Bei einer bestimmten, durch den Abszissenpunkt S bei spielsweise angenommenen Erregung 0E, ergibt sich ein Nutzfluss (D., entsprechend der Strecke SG der ein Mehr faches des Flusses e1 entsprechend der Strecke SH be trägt, welch letzterer ohne Vorhandensein des Dauer magneten 1 auftreten würde.
Auch dadurch ist die Ver- stärkererregung der erfindungsgemässen Anordnung be wiesen.
Wie aus den im folgenden beschriebenen Ausfüh rungsbeispielen der Regeleinrichtung hervorgeht, ist es durch die erfindungsgemässe Ausführung möglich, ledig lich durch Abänderung in der Regelschaltung, die ent weder durch feste Einstellung der Verbindungen erfolgt oder dann, wenn ein und derselbe Generator den ver schiedensten Zwecken entsprechen soll, auch über Um schalter vorgenommen werden kann, praktisch für alle Anforderungen die günstigsten äusseren Kennlinien des Generators zu erzielen. In den Fig. 5, 7, 9, 11 und 13, die die verschiedenen äusseren Kennlinien des Generators zeigen, wurde jeweils auf der Abszisse der Strom und auf der Ordinate die Spannung eingetragen. Ferner wur de für alle Schaltungen angenommen, dass die Einstel lung der Dauermagnete 1 unverändert bleibt.
Die bei abgeschalteter Zusatzerregung lediglich durch die Dauer magnete bestimmte äussere Kennlinie des Hauptgene- rators wurde in Form der Kurve 24 in allen Kennlinien darstellungen strichliert angedeutet.
Die Regelschaltungsanordnung nach Fig. 4 zeigt eine Anordnung. bei der im Regler 11 an die Klemmenspan nung UV über einen Regelwiderstand 25 eine Vollweg- Gleichrichterschaltung 26 angeschlossen ist. die ausgangs- seitig die Wicklung 2 der Erregermaschine speist. In Fig. 5 wurden durch die Kurvenscharen 27 verschiedene Einstellungen des Regelwiderstandes 25 angedeutet.
Bei dieser Schaltungsanordnung handelt es sich sinngemäss um eine Nebenschlusserregung. Die Leerlauf-Ausgangs- spannung des Generators wird durch die Einstellung des Widerstandes 25 bestimmt. Bei der Belastung bricht die Spannung zusammen, wobei, wie ersichtlich, der Kurz- schlussstrom unabhängig von der Grösse der Zusatzerre gung durch die Wicklung 2 ist und lediglich durch die Grunderregung durch die Dauermagnete 1 bestimmt wird.
Bei der Anordnung nach Fig. 6 werden über den Regler 11 die Klemmenspannung UV einerseits und an derseits die Ausgangsspannung der Wandlerwicklung 13 jeweils über Vorwiderstände 28, 29 und Vollweg-Gleich- richterschaltungen 26 in einen Regelkreis eingespeist in dem in Parallelschaltung ein Potentiometer 30 und einer Zenerdiode 31 liegen. Über die Zenerdiode 31 wird die am Potentiometerwiderstand 30 anliegende Spannung konstant gehalten.
Durch entsprechende Bemessung der Vorwiderstände 28, 29 und bzw. oder des Übersetzungs verhältnisses des Wandlers 12, 13 wird die Einstellung so getroffen, dass auch im ungünstigsten Fall eine der beiden eingespeisten Versorgungsspannung höher ist als die Zenerspannung der Regeldiode 31. Die Erregerwick- hmg 2 wird über den Spannungsteiler 30 versorgt, was bedeutet, dass die Zusatzerregung über die Wicklung 2 über das Potentiometer 30 unabhängig von der Belastung des Generators regelbar ist.
Die verschiedenen Potentio- metereinstellungen entsprechend Kurven 32 im Kennli- nienfeld nach Fig. 7 verlaufen somit parallel zueinander und zur Kurve 24, entsprechen somit in ihrer Form der Kennlinie bei der Grunderregung durch die Magnete.
Bei der Ausführung gemäss Fig. 8 ist die Schaltung nach Fig. 6 belastungsunabhängig ergänzt. Das Potentio- meter 30 ist hier weggelassen. Die Zenerdiode 31 ist für eine bestimmte Generator-Ausgangsspannung (z.B. 42V) ausgelegt. Solange nur die Wicklung 2 eingeschaltet ist, verläuft die äussere Kennlinie des Generators ebenso wie nach Fig. 7 nach einer Kurve 32. Nach Fig. 8 ist nun aber auch die Wicklung 3 belastungsunabhängig erregt bzw. erregbar.
Zu diesem Zweck ist die Wicklung 3 mit der Wandlerwicklung 14 über ein Potentiometer 30 und eine Gleichrichterschaltung 26 verbunden. Es ergeben sich dadurch in Abhängigkeit von der Stellung des Potentio- meters 30 Kennlinien 33. die von dem durch die Dauer magnete und die Erregung durch die Wicklung 2 be stimmten. hier einheitlichen Leerlaufpunkt 34 im unte- ren Bereich der Belastung ansteigen.
Somit erhält der Generator bei Verwendung einer Regelschaltung nach Fig. 8 ähnliche äussere Kennlinien wie eine Querfeldma- schine. Es ist ohne zusätzliche Regeleinrichtungen mög lich. die Leerlaufspannung niedriger als die Betriebs spannung im unteren Belastungsbereich zu halten und damit die Sicherheitsforderungen zu erfüllen.
Man kann weiterhin im Erregerkreis den über die Erregerwicklung 2 bzw. die Erregerwicklungen 2, 3 flies- senden Erregerstrom in Abhängigkeit von der Ausgangs spannung bzw. dem Ausgangsstrom des Hauptgenerators begrenzende Glieder vorsehen, um so für bestimmte Ver wendungszwecke besonders geeignete äussere Kennlinien des Generators zu erhalten; vorzugsweise sind diese Glieder als bei einem bestimmten Spannungs- bzw. Strom wert im Nebenschluss zur Erregerwicklung angeordnete Widerstände zuschaltende, elektronische Schalter, strom- oder spannungsabhängige Widerstände u. dgl. ausgebildet.
Zwei Ausführungsvarianten derartiger Regelanordnungen sind in den Fig.10 und 12 veranschaulicht. Die Schaltungs anordnung nach Fig. 10 hat die Aufgabe, eine konstante Ausgangsspannung, also eine von der Belastung bis zu der durch die maximale Erregung gegebenen Grenze unab hängige Betriebsspannung des Hauptgenerators einzu- regeln, während bei der Ausführung nach Fig. 12 zusätz lich auch eine Begrenzung des Betriebsstromes auf einen bestimmten Maximalwert vorgenommen wird.
Die Er zielung derartiger Kennlinien hat z.B. für Schweissauto- maten (CO, - Schweissen) besondere Bedeutung. Nach Fig. 10 bildet der Regler 11 einen Regelkreis 35, der wie der von U, V und 14 über Vollweg-Gleichrichterschal- tungen 26 gespeist wird. In den Regelkreis sind strom begrenzend wirkende Widerstände 36, 37 eingeschaltet.
Im Nebenschluss zur Erregerwicklung 2 ist ein Transi stor 38 sowie ein mit diesem in Reihe geschalteter Ver braucherwiderstand, vorzugsweise die Vormagnetisie- rungswicklung 15 des Wandlers nach Fig. 1 angeordnet. Die Basis des Transistors 38 liegt über eine Zenerdiode 31 an einem zwischen die beiden Pole des Regelkreises 35 eingeschalteten Spannungsteiler 30. Ferner ist ein Ba siswiderstand 39 vorgesehen. Zweck der Schaltungsan ordnung ist es, für jeden äusseren Belastungspunkt des Laststromes in der Erregerwicklung einen bei Konstant haltung der Spannung am Generatorausgang ausreichen den Erregerstrom zu erhalten.
Der Wandler muss zu die sem Zweck so ausgelegt sein, dass jeder äussere Bela stungspunkt des Laststromes in der Wicklung 14 eine genügend grosse Spannung induziert, die ausreicht, die sen Strom zu erzeugen. Der Transistorkreis wirkt als Strombegrenzer für die Wicklung 2. Der Sollwert der gewünschten Ausgangsspannung wird durch Einstellung des Abgriffes am Potentiometer 30 eingestellt. Diese ab gegriffene Spannung liegt über die Zenerdiode 31 an der Basis des Transistors 38 an.
Der Transistor 38 bleibt gesperrt, solange die am Potentiometer abgegriffene Spannung bzw. die an der Zenerdiode 31 anliegende Spannung unter der Zenerspannung bleibt. Die jeweils abgegriffene Spannung ist der Klemmenspannung UV des Generators proportional. Steigt diese Spannung und da mit die Spannung an der Zenerdiode 31, dann wird die Zenerdiode durchlässig und der Transistor wird, wegen des Spannungsabfalles am Basiswiderstand 39 öffnen, so dass der Erregerstrom über die Wicklung 2 auf den vor bestimmten Wert begrenzt wird. Durch das öffnen des Transistors wird der Wandler über die Wicklung 15 vor magnetisiert. Die Klemmenspannung UV ist somit nach oben hin begrenzt.
Es ergeben sich parallel zur Abszisse verlaufende äussere Kennlinien 40 des Hauptgenerators. Durch die strichlierte Kurve 41 in Fig. 11 wurde die maximale Erregung angedeutet. Bis zu der durch diese Kurve bestimmten Grenze kann die Spannung jeweils konstant gehalten werden.
Nach Fig. 12 ist die Schaltung nach Fig. 10 durch einen weiteren Transistor 42 mit vorgeschaltetem Span- nungsteiler 30, Basiswiderstand 39 u. abgriffseitig an das Potentiometer 30 angeschlossene, an der Basis des Tran sistors 42 liegende Zenerdiode ergänzt.
Die an der Basis des Transistors 42 anliegende Spannung ist dem Last strom proportional. Über den Transistor 42, der in Ab hängigkeit von der Einstellung des vorgeordneten Po tentiometers bei einem bestimmten Laststrom durchlässig wird, wird die Maximalstärke des Ausgangsstromes be grenzt, so dass sich Kennlinien 43 nach Fig. 13 ergeben, bei denen über die dem Transistor 38 zugeordnete Schal tungsgruppe die Spannung und über die dem Transi stor 42 zugeordnete Schaltungsgruppe der Strom be grenzt ist.
Die Fig. 10 und 12 zeigen nur prinzipielle Möglich keiten der Verwendung von Halbleiterbauteilen. Es ist auch möglich, den durch die Transistoren 38 bzw. 42 zugeschalteten Widerstand 15 in Serie zur Erregerwick lung 2 bzw. 3 zu schalten und eine Transistorschaltung zu wählen, durch die der Widerstand periodisch kurz geschlossen wird. Eine derartige Schaltung wäre in ihrer Funktion einem Tirrill-Regler ähnlich. Zur Erhöhung der Empfindlichkeit können mehrere Verstärkerstufen vorgesehen sein.
Es wäre auch denkbar, in die Gleich richterschaltungen 26 steuerbare Gleichrichter einzu schalten, die spannungs- oder stromabhängig gesteuert werden und statt den Transistorgruppen die Begrenzung von Spannung und Strom übernehmen. Ferner kann man als Spannungsmesswerk Brückenschaltungen linea rer oder nichtlinearer Widerstände verwenden.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf Schweissgeneratoren beschränkt, sondern kann auch bei für andere Verwendungszwecke dienenden Generatoren, z.B. bei Mittelfrequenzgeneratoren für elektrische Hand werkzeuge, Zugbeleuchtung usw. Anwendung finden. Es ist auch möglich, dem Hauptgenerator in an sich be kannter Weise Gleichrichter nachzuordnen und den Ge nerator dann zur Gleichstromversorgung zu verwenden.