DE687353C - Device for regulating the armature current strength of cross-field direct current machines, in particular arc welding machines - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

AUSGEGEBEN AM
27. JANUAR 1940ISSUED ON
January 27, 1940

REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

JV£ 687353 KLASSE 2Id¹ GRUPPE JV £ 687353 CLASS 2Id ¹ GROUP

6" Ii 1352 VIIIdj2i d} 6 " Ii 1352 VIIIdj2i d}

Patentiert im Deutschen Reiche vom 17. Oktober 1933 ab Patenterteilung bekanntgemacht am 4. Januar 1940Patented in the German Empire on October 17, 1933 Patent issued January 4, 1940

Die Erfindung betrifft Querfeldgleichstrommaschinen, insbesondere Ouerfeldschweißgeneratoren nach dem bekannten Schaltbild Fig. i. Bei solchen Maschinen entsteht eine mit zunehmendem Arbeitsstrom steil abfallende Belastungscharakteristik nach Fig. 2 dadurch, daß das Ankerfeld (Sekundärfeld) des Arbeitsstromes dem von den Ständerpolen aus erregten Feld (Primärfeld) entgegenwirkt. Das aus diesen beiden fiktiven Teilfeldern resultierende Längsfeld (Hauptfeld) der Maschine induziert einen ihm proportionalen Kurzschlußstrom über kurzgeschlossene Hilfsbürsten, der seinerseits das Querfeld (Tertiärfeld) erregt, das die Klemmenspannung an den unter den Primärfeldpolen stehenden Arbeitsbürsten induziert. Hierbei ist das Feld im Polschenkel, der mit zunehmendem Strom stark gesättigt wird, begrenzt, das fiktive Ankerfeld hingegen, das sich hauptsächlich durch Luft schließt, kann mit anwachsendem Arbeitsstrom linear ansteigen. Daher nimmt das tatsächlich vorhandene Differenzfeld, das den Maschinenluftspalt zwischen den kurzgeschlossenen Querfeldbürsten überbrückt, mit zunehmendem Strom im Arbeitsbereich A-B (Fig. 2) sehr rasch ab. Um verschiedene Belastungscharakteristiken nach Fig. 3 zu erhalten, hat man bisher entweder mit Reglern im Nebenschluß zur Polerregung das Übersetzungsverhältnis zwischen Erregerund Ankeramperewindungen oder mit sogenannten Regulierpolen den magnetischen Querschnitt im Polschenkel oder durch verstellbare Eisenteile den magnetischen Quer- schnitt des Ständerstreufeldes in der zwischen den Polspitzen benachbarter ungleichnamiger Pole liegenden Zone, der neutralen Zone, verändert. The invention relates to cross-field direct current machines, in particular Ouerfeld welding generators according to the known circuit diagram of FIG. In machines of this type, the load characteristic shown in FIG. 2, which drops steeply with increasing working current, arises from the fact that the armature field (secondary field) of the working current counteracts the field (primary field) excited by the stator poles. The longitudinal field (main field) of the machine resulting from these two fictitious subfields induces a proportional short-circuit current via short-circuited auxiliary brushes, which in turn excites the transverse field (tertiary field), which induces the terminal voltage on the working brushes below the primary field poles. Here, the field in the pole leg, which becomes strongly saturated with increasing current, is limited, whereas the fictitious armature field, which is mainly closed by air, can increase linearly as the working current increases. Therefore, the actually existing differential field, which bridges the machine air gap between the short-circuited cross-field brushes, decreases very quickly with increasing current in the working area AB (FIG. 2). In order to obtain different load characteristics according to FIG. 3, one has hitherto either with regulators in shunt to the pole excitation the transmission ratio between exciter and armature ampere turns or with so-called regulating poles the magnetic cross-section in the pole limb or with adjustable iron parts the magnetic cross-section of the stator stray field between the pole tips adjacent unlike poles lying zone, the neutral zone, changed.

Nach der Erfindung ist ein außerhalb dieser neutralen Ständerzone liegender Teil des von den Ankeramperewindungen erregten, vom wirklichen Ankerfeld benutzten Feldpfades für die über die Primärpole und das Joch verlaufenden Kraftlinien durch Verstellung von magnetischen Teilen regelbar. Diese Regelung erfolgt vorzugsweise derart, daß bei den kleineren Kurzschlußströmen die Schweißcharakteristik steiler zum Kurzschlußpunkt abfällt. Am besten geschieht dies durch Anderung der Länge des in Luft verlaufenden Feldpfades, also mittels eines oder mehrererAccording to the invention, a part of the from outside this neutral stand zone is field path used by the real anchor field for the lines of force running over the primary poles and the yoke by adjusting adjustable magnetic parts. This control is preferably carried out in such a way that the smaller short-circuit currents the welding characteristics steeper to the short-circuit point falls off. The best way to do this is to change the length of the airborne one Field path, i.e. by means of one or more

'■') Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:'■') The patent seeker stated as the inventor:

Dr.-Ing. Alfred Grabner in Wien.Dr.-Ing. Alfred Grabner in Vienna.

687687

Luftspalte von verstellbarer Weite. - Die Regelung vollzieht sich hierbei unter wesentlicher Änderung der Ankerfeldcharakteristik, und zwar im Sinne einer Verbesserung des Schweißvorganges bei kleinen Kurzschlußstromstärken, was mit Regelpolen oder durch die bekannte Art der Streufeldregelung in der neutralen Ständerzone praktisch nicht möglich ist. Die Erfindung hat nicht nur die angegebenen Vorteile gegenüber der Regelung mit den Regelpolen und gegenüber der Streufeldregelung in der neutralen Ständerzöne, sondern sie hat auch gegenüber der ebenfalls bekannten Regelung mit zwischen benachbarten Polspitzen verstellbaren Eisenteilen den weiteren Vorteil, daß die Regelung und der Verlauf der statischen Kennlinie nicht durch örtliche Sättigungserscheinungen gestört werden können, die wegen der kleinen Eisenquerschnitte an dieser Stelle sonst unvermeidbar auftreten.Adjustable air gap. - The regulation takes place here under essential Change of the armature field characteristics, in the sense of an improvement of the Welding process with small short-circuit currents, what with control poles or by the known type of stray field control in the neutral stator zone is practically not possible. The invention not only has those indicated Advantages over regulation with the control poles and over stray field regulation in the neutral stand zone, but it also has compared to the likewise known regulation with between neighboring Pole tips adjustable iron parts have the further advantage that the scheme and the course of the static characteristic is not disturbed by local saturation phenomena which are otherwise unavoidable at this point because of the small iron cross-sections appear.

Die verschiedenen Charakteristiken der Querfeldbürstenspannung Eq, die aus der Differenzwirkung von Ankerfeld F_a (Sekundärfeld) und fiktivem Ständerfeld F_m (Primärfeld Fig. 4) entstehen, kommen bei den bekannten Querfeldmaschinen ihrem Wesen nach so zustande, daß das Ankerfeid F_a ungeändert bleibt, das Ständerfeld hingegen je nach der Änderung des Querschnittes auf die Länge des Sättigungsweges nach Fig. 4 entsprechend den Charakteristiken F_ml, F_m2, F_m usw. früher oder später von der geraden Luftcharakteristik L abbiegt. In den Schnittpunkten S₁, S₂, S₃ usw. der Ankerfeldstanderfeldcharakteristiken ist die Querfeldspannung, die in gewisser Annäherung der Nutzbürstenspannung proportional ist, gleich Null; bei widerstandsloser Maschine wäre dieser Schnittpunkt zugleich der Kurzschlußpunkt für den Schweißstrom. Je steiler der Anstieg der Querfeldspannung vom Kurzschlußpunkt aus längs der Charakteristik erfolgt, um so rascher paßt sich die Nutzspannung den wechselnden Widerstandsverhältnissen im S chweißstromkreis an und um so weniger Schulung ist für das Schweißen notwendig. Die Erfindung strebt daher besonders für das schwierige Schweißen mit kleineren Strömen mögliehst steile Schweißcharakteristiken an. Für die Spannungsanpassung ist zwar unmittelbar das dynamische Verhalten des Stromerzeugers maßgebend, dieses wird aber auch schon durch den Verlauf der statischen Charakteristik (Fig. 3) mitbestimmt.The various characteristics of the cross-field brush voltage Eq, which arise from the differential effect of the armature field F _a (secondary field) and the fictitious stator field F _m (primary field Fig. 4), come about in the known cross-field machines in such a way that the armature field F _a remains unchanged, the stator field, however, depending on the change of the cross section to the length of the saturation path of FIG. 4, etc. _m sooner or later turning of the straight air characteristic L F according to the characteristics _{ml, m2} F, F. At the intersection points S ₁ , S ₂ , S ₃ etc. of the armature field stander field characteristics, the transverse field voltage, which is proportional to a certain approximation of the useful brush voltage, is equal to zero; In the case of a machine without resistance, this point of intersection would also be the short-circuit point for the welding current. The steeper the rise in cross-field voltage from the short-circuit point along the characteristic, the faster the useful voltage adapts to the changing resistance conditions in the welding circuit and the less training is required for welding. The invention therefore aims at welding characteristics that are as steep as possible, particularly for difficult welding with smaller currents. The dynamic behavior of the power generator is directly decisive for the voltage adjustment, but this is also determined by the course of the static characteristic (FIG. 3).

Bei der Querfeldmaschine nach der Erfindung ist beispielsweise bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 6 und 7, 8 ein Raum für den zu regelnden Ankerfeldpfad mit parallelem Kraftlinienverlauf zwischen zwei Niveaufiächen geschaffen. Nähert man diese Flächen einander, so wird sich wegen der damit verbundenen Luftwegänderung nicht nur der Kurzschlußpunkt, sondern auch die Neigung der Charakteristik des fiktiven Ankerfeldes nach Fig. 5 stark ändern. Jeder Ankerfeldcharakteristik F_al, F_a2 usw. ist eine Ständerfeldcharakteristik F_ml, F_m2 usw. zugeordnet. Aus der Differenz beider Charakteristiken ergeben sich die Querfeldspannungen. Da der Winkel (X₁ kleiner ist als der Winkel a_a und dieser kleiner als der Winkel a₃, ist der Spannungsanstieg im Kurzschlußpunkt an den Ouerfeldbürsten nach der neuen Regelungsart bei kleinen Kurzschlußstromstärken steiler, bei geeigneter Bemessung der Ouerfeldcharakteristik daher auch die Schweißcharakteristik günstiger.In the transverse field machine according to the invention, for example in the exemplary embodiments according to FIGS. 6 and 7, 8, a space is created for the armature field path to be regulated with a parallel force line course between two level surfaces. If these surfaces are approached, not only the short-circuit point but also the inclination of the characteristic of the fictitious anchor field according to FIG. 5 will change greatly because of the associated change in the airway. Each armature field characteristic F _al , F _a2 etc. is assigned a stator field characteristic F _ml , F _m2 etc. The transverse field voltages result from the difference between the two characteristics. Since the angle (X _{1 is} smaller than the angle a _a and this is smaller than the angle a ₃ , the increase in voltage at the short-circuit point on the Ouerfeld brushes is steeper according to the new control mode with small short-circuit currents, and with a suitable dimensioning of the Ouerfeld characteristic, the welding characteristics are therefore also more favorable.

An den außerhalb der Ständerpolschenkel und außerhalb der neutralen Ständerzone liegenden Stellen ändert sich das von den Ankeramperewindungen erregte wirkliche Ankerfeld (Sekundärfeld) im gleichen Sinne wie das fiktive Ankergegenfeld (Tertiärfeld) P au P_az> Pas nach Fig. 5. Es wird daher bei Einstellungauf kleineKurzschlußstromstärken nicht nur das fiktive, sondern auch das wirkliche Ankerfeld der Maschine größer; daher wächst auch die Selbstinduktion ihres Arbeitsstromkreises und damit die Beständigkeit des Schweißlichtbogens. Durch die Erfindung wird also sowohl das statische wie auch das dynamische Verhalten der Querfeldmaschine verbessert.At the points outside of the stator pole legs and outside the neutral stator zone, the real armature field (secondary field) excited by the armature amp windings changes in the same way as the fictitious armature opposing field (tertiary field) P au P _a z> Pas according to Fig. 5. It is therefore at Setting to small short-circuit currents not only increases the fictitious but also the real armature field of the machine; therefore the self-induction of their working circuit and thus the resistance of the welding arc also increases. The invention therefore improves both the static and the dynamic behavior of the cross-field machine.

Zu; baulich einfacher und magnetisch symmetrischer Anordnung gelangt man, wenn der Ständerpol nach Fig. 6 mehrschenkelig ist und zwischen diesen Schenkeln der regelbare Feldpfad liegt. Hier ist ein verstellbarer Steg« zur Änderung des Feldpfades angeordnet. Wird der Steg α dem Poljoch (Querfeldjoch) c genähert, so vergrößert sich das Ankerfeld; berührt er seitliche Ansätze & des die Polschenkel verbindenden Ouerfeldjoches, so ist die Primärfelderregung praktisch magnetisch kurzgeschlossen. Die eingezeichneten Kraftlinien zeigen den wirklichen Feldverlauf bei mittlerer Belastung. Die rein von den Ständeramperewindungen erregten Kraftlinien sind gestrichelt, die von den Ankeramperewindungen erregten oder miterregten Kraftlinien strichpunktiert gezeichnet. Durch die Regeleinrichtung α wird unmittelbar, der mit f_a bezeichnete Teil, mittelbar, durch Beeinflussung der Feldverzweigung, aber auch der übrige Teil des ankererregten Feldes verändert. To; A structurally simple and magnetically symmetrical arrangement is obtained if the stator pole according to FIG. 6 has multiple legs and the controllable field path is located between these legs. Here an adjustable bridge is arranged to change the field path. If the web α approaches the pole yoke (transverse field yoke) c , the anchor field increases; If it touches lateral approaches & the Ouerfeld yoke connecting the pole legs, the primary field excitation is practically magnetically short-circuited. The drawn lines of force show the real course of the field at medium load. The lines of force excited purely by the stator ampere windings are dashed, those excited by the armature ampere windings or co-excited lines of force are shown in dash-dotted lines. The control device α changes the part designated by f _a directly, indirectly, by influencing the field branching, but also the remaining part of the armature-excited field.

Um auch für die Einstellung kleiner Arbeitsströme einen genügend großen Verstellweg des Stegs α zu erhalten, ist es vorteilhaft, dem Ouerfeldjoch c, wie in Fig. 7 und 8 darstellt, stirnseitig die magnetisch wirksamenIn order to obtain a sufficiently large adjustment path of the web α even for the setting of small working currents, it is advantageous to give the Ouerfeld yoke c, as shown in FIGS. 7 and 8, the magnetically effective end face

«87853"87853

Ansätze b zu geben, die über den Ouerfeldjochrücken hinausragen, wie besonders der Seitenriß Fig. 8 zeigt. Wenn man die Erregerwicklungen und Regeleinrichtungen in bekannter Weise nur auf einem Teil der P.ole, also nur auf den Südpolen oder nur auf den Nordpolen, anbringt (Fig. 7, 8)-, kann die Regeleinrichtung ohne Vergrößerung der Gesamtabmessungen der Maschine leicht untergebracht werden.To give approaches b , which protrude beyond the Ouerfeldjoch ridge, as especially the side elevation Fig. 8 shows. If you attach the excitation windings and control devices in a known manner to only part of the pole, i.e. only on the south poles or only on the north poles (Fig. 7, 8) - the control device can easily be accommodated without increasing the overall dimensions of the machine will.

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: i. Einrichtung zur Regelung der Ankerstromstärke von Querfeldgleichstrommaschinen, insbesondere Lichtbogenschweißmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß ein außerhalb der zwischen den Polspitzen benachbarter ungleichnamiger Ständerhauptpole liegenden Zone und außerhalb der Ständerpolschenkel, vorzugsweise zwischen Ständerjoch und Ständerpolschuh liegender Teil des von den Ankeramperewindungen erregten Feldpfades durch Verstellung von magnetischen Teilen (α) regelbar ist.i. Device for regulating the armature current strength of cross-field direct current machines, in particular arc welding machines, characterized in that one outside of the between the Pole tips of adjacent unlike stator main poles lying zone and outside the stator pole legs, preferably The part of the field path excited by the armature ampere windings that lies between the stator yoke and the stator pole shoe can be regulated by adjusting magnetic parts (α). 2. Querfeldmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldpfad für die Ankeramperewindungen einen oder mehrere Luftspalte von verstellbarer Weite enthält.2. Cross-field machine according to claim 1, characterized in that the field path one or more air gaps of adjustable width for the anchor amp windings contains. 3. Querfeldmaschine nach Anspruch! oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Schenkeln eines mit mehreren Schenkeln versehenen Ständerpols ein durch Verstellung von magnetischen Teilen (a) regelbarer Feldpfad angeordnet ist.3. Cross-country machine according to claim! or 2, characterized in that a field path which can be regulated by adjusting magnetic parts (a) is arranged between the legs of a stator pole provided with several legs. 4. Querfeldmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der regelbare Magnetpfad von einem die Ständerpolschenkel verbindenden Querfeld j och (c) abgezweigt ist.4. Cross-country machine according to claim 3, characterized in that the controllable Magnetic path from a transverse field connecting the stator pole legs yoke (c) is branched off. 5. Querfeldmaschine nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß entweder nur alle Südpole oder alle Nordpole mit Regeleinrichtungen (α) versehen sind.5. Cross-country machine according to claim 1 or one of the following claims, characterized marked that either only all south poles or all north poles with control devices (α) are provided. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings