CH451312A - Synchrongenerator mit Regeleinrichtung, insbesondere für Schweisszwecke - Google Patents

Synchrongenerator mit Regeleinrichtung, insbesondere für Schweisszwecke

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CH451312A
CH451312A CH404366A CH404366A CH451312A CH 451312 A CH451312 A CH 451312A CH 404366 A CH404366 A CH 404366A CH 404366 A CH404366 A CH 404366A CH 451312 A CH451312 A CH 451312A
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CH
Switzerland
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excitation
winding
synchronous generator
exciter
generator according
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Application number
CH404366A
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Inventor
Winter Franz
Original Assignee
Elektro Bau Ag
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/14—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00—Synchronous motors or generators
    • H02K19/16—Synchronous generators
    • H02K19/38—Structural association of synchronous generators with exciting machines

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description


  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.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Synchrongenerator mit Regeleinrichtung, insbesonde re für Schweisszwecke, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchrongenerator mit einer ebenfalls als Synchrongene rator ausgebildeten, die Erregerwicklung (9) des Haupt- generators über Gleichrichtermittel (8) speisenden Erre germaschine versehen ist, deren Erregerpole (17) zumin dest je zwei Erregerkreise aufweisen, von denen wenig stens einer regelbar ist und jeder Erregerpol einen in diesen Pol eingesetzten Dauermagneten (1) besitzt. UNTERANSPRÜCHE 1.
    Synchrongenerator nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Dauermagnet (1) in einem Radialschlitz (18) des zugehörigen, aus geschichteten Blechen bestehenden Polkörpers (17) über ein Verstell- organ (20) in Radialrichtung verstellbar und feststellbar angebracht ist. 2. Synchrongenerator nach Patentanspruch und Un teranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauer magnet (1) an der von der Schlitzöffnung abweisenden Seite von einem aus Weicheisen bestehenden, im Schlitz (18) geführten und mit dem Verstellorgan (20) verbunde nen Sockelstück (19) gehalten ist. 3.
    Synchrongenerator nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Feldstärke (0.) des Dauermagneten (1) eines Erregerpoles zur maxima len, von einer Erregerwicklung (2, 3) des zugehörigen Erregerkreises erzeugbaren Feldstärke (0E) im Bereich zwischen 1 : 1 bis 1 : 20 gehalten ist. 4. Synchrongenerator nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der regelbare Erregerkreis über Umformer (26, 12 - 15) mit den Ausgangsklemmen (UV) des Hauptgenerators verbunden ist und in den genann ten Kreis Regler (11, 25) eingeschaltet sind (Fig. 1 und 4). 5.
    Synchrongenerator nach Patentanspruch und Un teranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den Er regerkreis nichtlineare Glieder, z.B. Zenerdioden oder steuerbare Gleichrichter, eingeschaltet sind. 6. Synchrongenerator nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eingangsseitig unmittelbar vom Hauptgenerator (U, V) angespeiste Gleichrichterschal- tungen (26) ausgangsseitig mit einer Erregerwicklung (2) des regelbaren Erregerkreises verbunden und dieser Wick lung eine Zenerdiode (31) in Parallelschaltung zugeord net ist (Fig. 6). 7.
    Synchrongenerator nach Patentanspruch und Un teranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im einen Erregerkreis der Erregermaschine eine über einen Wand- ler (12, 14) in Abhängigkeit vom Laststrom des Haupt- generators erregte Wicklung (3) vorgesehen ist (Fig. 8). B.
    Synchrongenerator nach Patentanspruch und Un teranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Be grenzung des im Erregerkreis (35, Fig. 10 und 12) über die Erregerwicklung (2) fliessenden Erregerstromes in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Hauptgenerators elektronische Schalter (38, 42) vorgesehen sind, die bei vorbestimmten Betriebswerten der Erregerwicklung zu geordnete Widerstände (15) schalten. 9. Synchrongenerator nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein der Erregerwicklung zugeord neter Widerstand als Vormagnetisierungswicklung (15) eines im Regelkreis liegenden Stromwandlers (12 - 15) ausgebildet ist. 10.
    Synchrongenerator nach dem Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Erregermaschine mit aus geprägten Polen (17) versehen ist und ihr mit dem Pol rad (5) des Hauptgenerators auf der gleichen Welle (6) sitzender Anker (4) mit der Erregerwicklung (9) des Pol rades der Hauptmaschine über am umlaufenden System angebrachte Gleichrichterelemente (8) verbunden ist.
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