DE636314C - Gleichstromgenerator fuer konstanten Strom - Google Patents

Description

Beim Kurzschluß einer gewöhnlichen 'Gleichstrommaschine mit Nebenschlußselbsterregung treten kurz vor dem vollständigen Erlöschen des Stromes bekanntlich sehr große Ströme auf, da das Erregerfeld infolge der verzögernden Wirkung der Wirbelströme im massiven Eisen der Polkerne nur langsam abklingt. Eine solche Maschine ist daher für einen Verwendungszweck mit betriebsmäßigen Kurzschlüssen, wie sie beispielsweise beim Lichtbogenschweißen vorkommen, nur bedingt zu gebrauchen.

Es ist nun bekannt, eine gegenmagnetisierende Hauptstromwicklung auf die Hauptpole zu legen, um die beim Übergang in einen anderen Belastungszustand auftretenden Stromstöße zu begrenzen. Die Wirkung der gegenmagnetisierenden Hauptstromwicklung muß aber bei eingetretenem Dauerzustand aufgehoben werden. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Hauptpole neben ■der gewöhnlichen Nebenschlußerregerwicklung zwei parallel geschaltete, einander entgegenwirkende Hauptstromwicklungen tragen, deren Stromkreise verschiedene Selbstinduktion aufweisen, und zwar besitzt der Stromkreis derjenigen Hauptstrom wicklung, welche im Sinne der Nebenschlußerregerwicklung magnetisiert, eine wesentlich höhere Selbstinduktion als der Stromkreis der anderen Hauptstromwicklung, die der Nebenschlußwicklung entgegenwirkt.

Die zwei einander entgegengeschalteten Hauptstromwicklungen als solche sind hinsichtlich Windungszahl und Ohmschem 3f> Widerstand annähernd gleich stark dimensioniert. Bei Kurzschlüssen wird diejenige Wicklung, die im Sinne der Nebenschlußerregerwicklung magnetisiert, unwirksam gemacht, und zwar beispielsweise durch eine dauernd mit ihr in Reihe geschaltete Drosselspule. Diese Drosselspule bewirkt, daß der rasch ansteigende Strom bei Kurzschlüssen zum größten Teil nur die andere, verhältnismäßig induktionsfreie Hauptstromwicklung durchfließt, 'wodurch eine sofortige Schwächung des Hauptfeldes eintritt.

Es ist zwar bekannt, schnell regelnde Wirkungen durch verschiedene Bemessung der Induktivität parallel geschalteter Erregerwicklungen zu erzielen. Eine solche Anordnung wurde jedoch bisher nur bei fremderregten Feldwicklungen von Gleichstromerzeugem angewendet, bei denen das unmittelbare Zusammenwirken zwischen Betriebsstrom- und Erregerstromkreis nicht vorhanden ist.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Fig. ι zeigt schematisch einen zweipoligen Gleichstromgenerator A mit in Reihe geschalteten Nebenschlußerregerwicklungen B₁, B₂ und parallel geschalteten Hauptstromwicklungen C₁, C₂- Die Wicklung C₁ ist mit einem Ohmschen Widerstand D in Reihe geschaltet, während der Wicklung C₂ eine Drossel E vorgeschaltet ist. Die anderen Klemmen der parallel geschalteten Wicklungen C₁, C₂ sind

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durch einen zweiten Widerstand F verbunden, an den die abgehende Leitung in einem geeigneten Punkt angeschlossen ist. Diese Anordnung bietet den Vorteil, daß durch. Verschieben des Anschlußpunktes am Widerstand i⁷ die Wirkung der beiden Reihenschlußwicklungen C₁, C₂ in ihrem Verhältnis" zueinander auf sehr einfache Weise verändert werden kann,
ίο Dadurch wird eine vorteilhafte Abstimmung der dynamischen Kennlinien des neuen Gleichstromgenerators z. B. für verschiedene ■ Betriebsströme erzielt. Diese Abstimmung braucht jedoch nicht durch den Widerstand F geschehen. Dieselbe Wirkung, nämlich die Veränderung des Verhältnisses der Selbstinduktion zum Ohmschen Widerstand eines Hauptstromerregerkreises relativ zu demselben Verhältnis des anderen Kreises kann im Sinne der Erfindung auch durch andere an sich bekannte Mittel erfolgen, beispielsweise durch Zu- oder Abschalten von Windungen einer oder beider Hauptstromerregerwicklungen.

Die Mittel zur Erzielung der abfallenden statischen Stromspannungskennlinie des Konstantstromgenerators sind zwecks besserer Übersichtlichkeit in Abb. ι nicht gezeichnet. Sie können von bekannter Art sein oder den nachfolgend beschriebenen Anordnungen entsprechen.

Außer der bisher beschriebenen Beeinflus-• sung der dynamischen Kennlinien kann gemäß der Erfindung an dem neuen Gleichstromgenerator auf einfache Weise eine für den vorliegenden Zweck besonders geeignete Beeinflussung der statischen Kennlinien vorgenommen werden. Diese weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß man in die parallelen Hauptstromerregerwicklungen eine elektromotorische Kraft einführt, die in der Gegend der Wendezone vom Stromwender abgegriffen wird. Das kann beispielsweise bei zweipoligen Maschinen derart ausgeführt werden, daß die -Bürsten geteilt und etwas auseinandergeschoben werden und die zwischen zusammengehörigen Teilbürsten abgenommene Spannung in die parallelen Hauptstromerregerkreise eingeführt wird. Dadurch kommt über die Hauptstromwicklungen ein Ausgleichstrom zustande, der, da die Teilbürsten in der Gegend der Wendezone stehen, im wesentlichen vom Wendepolfluß abhängig ist. Der Ausgleichstrom überlagert sich dem Netzstrom, und zwar bei geeignetem Anschluß in der magnetisierenden Wicklung gleichsinnig und in der gegenmagnetisierenden Wicklung gegensinnig, so daß er in beiden Wicklungen magnetisierend wirkt. Aus Symmetriegründen werden zweckmäßig beide Bürsten einer zweipoligen Maschine in der beschriebenen Weise unterteilt und dementsprechend die beiden Hauptstrpmwicklungen ebenfalls in je zwei Hälften aufgeteilt, so daß 'jeder unterteilten Bürste je ein Teil wick-"'.Iffllgspaar in der der vorliegenden Erfindung ■-cB'arakteristischen parallelen Schaltung zu-■■-geördnet ist. Je eines dieser Teilwicklungspaare kann in normaler Weise auf einem Hauptpol angebracht sein, oder es können die Hauptpole tangential oder axial unterteilt sein, so daß jeder Teilpol eine der beschriebenen Teilwicklungen trägt.

Bei vier- oder mehrpoligen Maschinen wird die beschriebene Anordnung besonders einfach. Die Bürsten brauchen nicht geteilt zu werden, sondern gleichpolige Bürsten werden gegeneinander verschoben, so daß eine Spannung zwischen ihnen auftritt, die in die parallelen Hauptstromkreise eingeführt wird. Durch diese Kombination der gegeneinander verschobenen Bürsten mit den parallelen Hauptstromwicklungen wird der Vorteil erreicht, daß ohne zusätzliche Mittel nur mit den erfindungsgemäßen Hauptstromerregerwicklungen sowohl günstige dynamische, als auch geeignete statische Kennlinien zustande gebracht werden.

Diese Art der Bürstenverschiebung ist an sich bekannt; sie ist aber für einen anderen Zweck vorgeschlagen worden, und zwar um einer Maschine die Eigenschaft zu geben, bei jeder Drehrichtung Spannung gleichen Vorzeichens zu liefern. Die Anwendung dieser Art der Bürstenverschiebung in Verbindung mit den einander parallel geschalteten Reihenschlußwicklungen auf den Hauptpolen ergibt dagegen Konstantstrommaschinen, deren statische Kennlinien sehr gut an den Schweißbetrieb und ähnliche Betriebe angepaßt sind. Zu bemerken ist noch, daß auch zur Erzielung einer für die Lichtbogenschweißung günstigen Stromspannungskennlinie vorgeschlagen worden ist, die Hauptbürsten aus der neutralen Lage heraus zu verschieben; für diesen Zweck wurden aber alle Bürsten in der gleichen Umfangrichtung verschoben.

Um diese weitere Ausgestaltung der Erfindung an Hand der Zeichnung näher zu erläutern, ist in der Fig. 2 die prinzipielle Schaltung einer gewöhnlichen vierpoligen Gleichstrommaschine veranschaulicht. Damit, daß eine vierpolige Anordnung zugrunde gelegt ist, soll jedoch nicht ausgedrückt werden, daß besonders für größere Leistungen nicht auch mehrpolige Maschinen in Frage kommen können.

Die Bürsten G₁, G₂ bzw. H₁, H₂ sind in dem erwähnten Sinne aus der Nullstellung verschoben. Zwischen den Bürsten G₁ und G₂ sind die Hauptstromwicklungen C₁ und C₂ der PoIeJT₁ und K₂ geschaltet. Der äußere

Strom wird in der Mitte L₁ des Verbindungskabels abgenommen und führt zur einen Hauptklemme M der Maschine. Auf der cinen Seite des Verzweigungspunktes L₁ befindet sich erfindungsgemäß die Drossel E₁, auf der anderen Seite gegebenenfalls ein Widerstand D₁, um den Wirkwiderstand der Drossel auszugleichen. Ähnlich sind zwischen die Bürsten H₁ und H₂ die Windungen C₃ und

ίο C₄ der PoIeJl₃ und K₄ geschaltet. Von dem mittleren Punkte L₂ führt eine Leitung zu der zweiten äußeren Klemme N der Maschine. Auf der einen Seite des Verzweigungspunktes L₂ befindet sich wieder eine Drossel E₂, auf der anderen Seite evtl. ein Widerstand D₂.

Bei der gezeichneten Anordnung sind die zusammengehörigen Hauptstromwicklungen C₁ und C₂ bzw. C₃ und C₄ auf verschiedenen Polen untergebracht. Es könnten zwar auf

ao jedem Pol zwei zusammengehörige Hauptstromwicklungen C₁ und C₂ angeordnet werden, die Wirkung wäre jedoch weniger stark als bei der Anordnung auf getrennten Polen, deren Felder unabhängig voneinander sind.

Die Hauptpole tragen außer den erwähnten Wicklungen noch eine gewöhnliche Nebenschlußwicklung. In der von dem Verzweigungspunkt L₂ nach der Hauptklemme N führenden Leitung ist beispielsweise die Wendepolhauptstromwicklung O eingeschaltet. Parallel zur Wendepolwicklung liegt ein Shunt P, an welchem in einem geeigneten Punkt die Xebenschlußerregefwicklungen A₁, R₂, R₃ und 7?4 der Hauptpole angeschlossen sind. Auf der anderen Seite sind diese Wicklungen an den anderen Pol M der Maschine gelegt. Es hat sich gezeigt, daß es besonders zweckmäßig ist, die Windungen zweier zusammengehöriger Pole in Reihe und diese beiden Gruppen parallel zu schalten. Es kann ferner in vielen Fällen vorteilhaft sein, in den Stromkreis des Shunts beim Punkt Q eine kleine Drossel einzuschalten, um ein Umpolen mit Sicherheit zu vermeiden.

Der Shunt P zur Wendepolwicklung O, von welchem der Erregerstrom für die Hauptpole K, der der Klemmenspannung proportional ist, abgenommen wird, hat die Wirkung, als ob auf den Wendepolen eine zusätzliehe, der Klemmenspannung proportionale Magnetisierung vorhanden sei. Man kann aber auch die Erregerwicklung R an eine passende Anzapfung der Wendepolwicklung O selbst anschließen, wobei jedoch der Shunt P, auch wenn er nicht unbedingt notwendig ist, in gewissen Fällen trotzdem beibehalten werden kann, da er erfahrungsgemäß eine günstige Wirkung ausübt, indem er bei Stromänderungen den Einfluß der Wendepolwicklung auf die Hauptmagnetisierung zum Vorteil der dynamischen Charakteristik schwächt.

Es ist auch· möglich, die Schaltung, wie in Fig. 3 angedeutet, derart vorzunehmen, daß an Stelle des Shunts P zur eigentlichen Wendepolwicklung O eine zusätzliche Wendepolwicklung S angeordnet wird, welche an die Hauptklemmen M und N der Maschine angeschlossen ist.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung erhält die Maschine bezüglich der Abhangigkeit der Klemmenspannung V von dem äußeren Strom I Kennlinien, wie sie in Fig. 4 gezeichnet sind.

Zum Einstellen der gewünschten Stromstärke beim Schweißen wird am besten in an sich bekannter Weise der magnetische Widerstand der Wendepolkreise verändert. Fig. 5 zeigt eine Ausführungsmöglichkeit. In eine oder mehrere Bohrungen T des Wendepolkerns werden vom Rücken her ein oder mehrere Eisenstifte U mehr oder weniger tief eingeschoben. Sind alle Bohrungen des Wendepolkerns mit Eisen ausgefüllt, so ist der magnetische Widerstand der Wendepolkreise am kleinsten und die sich einstellende Stromstärke am größten.

Fig. 6 zeigt die Anordnung nach der Erfindung bei einem zweipoligen Stromerzeuger, bei dem die Hauptpole sowie die Stromwendebürsten je in zwei Teile unterteilt sind.

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Gleichstromgenerator für konstanten Strom mit Nebenschlußerregerwicklung und zwei einander entgegenwirkenden · Hauptstromwicklungen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hauptstromwicklungen (C₁, C₂) parallel geschaltet sind und der Stromkreis derjenigen Hauptstrom wicklung (C₂), die im Sinne der Nebenschlußerregerwicklung (B₂) magnetisiert, eine höhere Selbstinduktion besitzt als der Stromkreis der entgegengesetzt magnetisierenden Hauptstromwicklung (C₁).

2. Gleichstromgenerator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der gleichsinnig mit der Nebenschlußwicklung magnetisierten Hauptstromwicklung (C₂) eine Drossel (Is) vorgeschaltet ist, während der anderen (C₁) ein Ohmscher Widerstand (£>) vorgeschaltet sein kann.

3. Gleichstromgenerator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Hauptstromwicklungen (C₁, C₂) gleich stark bemessen sind.

4. Gleichstromgenerator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Selbstinduktion zum Ohmschen Widerstand der beiden Haupt-

Stromerregerkreise relativ zueinander zum Zwecke der Einstellung der dynamischen Kennlinien des Generators mit an sich bekannten Mitteln veränderbar ist.

S- Gleichstromgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden einander parallel geschalteten Hauptstromwicklungen (C₁ und C₂) derart mit einem gemeinsamen Ohmschen Widerstand (F) verbunden sind, daß der Anteil der beiden parallelen Zweige an dem Ohmschen Widerstand (F) geändert werden kann.

6. Gleichstromgenerator nach Anspruch ι bis 5 mit Wendepolen, dadurch gekennzeichnet, daß bei zweipoligen Maschinen die Pole zwecks Unterteilung der beiden einander parallel geschalteten Hauptstromerregerwicklungen (C₁, C₂) und Erzeugung eines über sie gerichteten Ausgleichstromes in tangentialer oder axialer Richtung geteilt und die Bürsten "ebenfalls geteilt sind, so daß von zwei zusammengehörenden Teilpolen (K₁, K₂ bzw. K₃, K₄) der eine eine gegenmagnetisierende Wicklung (C₁ bzw. C₄), deren Stromkreis geringere Selbstinduktion besitzt, und der andere Teilpol eine magnetisierende Wicklung (C₂ bzw. C₃) trägt, deren Stromkreis höhere Selbstinduktion besitzt, und daß je ein Ende der Teilwicklungen (C₁ bis C₄) zum äußeren Stromkreis abführen und die beiden anderen Enden zu Teilbürsten (G₁, G₂ bzw. H₁, H₂) geführt sind, und zwar in der Weise, daß die anderen Enden der zu einem Hauptpol gehörenden, einander parallel geschalteten Wicklungen (C₁, C₂ bzw. C₃, C₄) an zusammengehörende .Teilbürsten annähernd gleichen Potentials angeschlossen sind (Fig. 6).

7. Gleichstromgenerator nach Anspruch ι bis 5 mit Wendepolen, dadurch gekennzeichnet, daß bei vier- und mehrpoligen Maschinen die einander parallel geschalteten Hauptstromerregerwicklungen (C₁, C₂) in Wicklungsgruppen (C₁, C₂ bzw. C₃, C₄) aufgeteilt sind, derart, daß von je zwei benachbarten, mit den Wicklungen einer Wicklungsgruppe versehenen Polen der eine eine gegenmagnetisierende Wicklung (C₁ bzw. C₄), deren Stromkreis geringe Selbstinduktion besitzt, und der andere eine magnetisierende Wicklung (C₂ bzw. C₃) trägt, deren Stromkreis erhöhte Selbstinduktion besitzt, daß ferner diese Teilwicklungen (C₁, C₂ bzw. C₃, C₄) auf .einer Seite über Drosseln (E₁, E₂) und gegebenenfalls über Ohmsche Widerstände (D₁, IJ₂) mit den Hauptmaschinenklemmen (M, N) verbunden sind, und daß Go die anderen Enden der Wicklungen je einer Wicklungsgruppe (C₁, C₂ bzw. C₃, C₄) zu Bürsten (G₁, G₂ bzw. U₁, H₂) annähernd gleichen Potentials geführt sind, die zwecks Erzeugung eines dem Betriebsstrom in den Wicklungen (C₁ bis C₄) überlagerten Ausgleichstromes gegeneinander verschoben sind (Fig. 2).

8. Gleichstromgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenschlußerregerspulen (R₁, R₂ bzw. R₃, R₄) zweier benachbarter Pole in Reihe und diese Gruppen parallel geschaltet sind.

9. Gleichstromgenerator nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendepole zwecks Beeinflussung der statischen Kennlinien des Generators mit einer von der Klemmenspannung abhängigen zusätzlichen Erregung versehen sind.

10. Gleichstromgenerator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendepole außer der gewöhnlichen Reihenschlußwicklung (O) eine besondere Nebenschlußwicklung (S) besitzen (Fig. 3).

11. Gleichstromgenerator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschlußwicklung (O) der Wendepole einen Shunt (P) besitzt, an dem in einem geeigneten Punkt der Erregerstrom für die Nebenschlußerregung (R) der Hauptpole abgenommen wird (Fig. 2).

12. Gleichstromgenerator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in den Shuntstromkreis (P) der Wendepolwicklung (O) eine Drosselspule eingeschaltet ist.

13. Gleichstromgenerator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschlußwicklung (O) der Wendepole ioo Anzapfungen zur Abnähme des Nebenschlußerregerstromes der Hauptpole besitzt.

14. Einrichtung zur Regelung der Ankerstromstärke des Gleichstromgenerators nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung durch . Änderung des magnetischen Widerstandes der Wendepoie erfolgt.

15. Einrichtung zur Regelung der Ankerstromstärke des Gleichstromgenerators nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des ma- gnetischen Widerstandes der Wendepole durch Änderung ihres aktiven Eisenquerschnittes erfolgt (Fig. 5).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen