CH126650A - Device for the automatic control of direct current machines. - Google Patents

Device for the automatic control of direct current machines.

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CH126650A
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CH
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voltage
excitation
machine
main
winding
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German (de)
Inventor
Esslingen Maschinenfabrik
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Esslingen Maschf
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  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

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  Einrichtung zur selbsttätigen Regelung von Gleichstrommaschinen.    Es ist bekannt, die Regelung von Gleich  stromdynamos auf gleichbleibende Spannung  bei veränderlicher Drehzahl (zum Beispiel  Antrieb durch Wasserrad, Wasserturbine,  Windrad, Fahrzeug usw.) in der Weise aus  zuführen, dass die Hauptmaschine, deren  Spannung geregelt werden soll, von einer Er  regermaschine aus als Hilfsmaschine erregt  wird. Dabei kann diese Hilfsmaschine entwe  der als Dynamo mit Zusatz- oder Gegenerre  gung auf die Erregerspulen der Hauptma  schine arbeiten, oder auch als freilaufender  Erregermotor arbeiten, der eine entsprechende  Gegenspannung liefert und dadurch die Er  regung der Hauptmaschine beeinflusst.  



  Es ist bei allen diesen Anordnungen we  sentlich, dass die Änderungen der Erregung  schnell den auftretenden Spannungsschwan  kungen folgen, und dass die Einflüsse der  Temperaturerhöhung oder der Widerstands  änderungen der Erregerspulen ausgeglichen  werden.  



  Dies wird erfindungsgemäss in der Weise  erreicht, dass als Erregermaschine eine Haupt-    stromdynamo mit Zusatzerregung in Brücken  schaltung verwendet wird.  



  Als Ausgangspunkt wird dabei die Tat  sache verwendet, dass die Hauptstromma  schine beim Betrieb eine hohe Empfindlich  keit gegen Änderungen des Belastungsstro  mes, der Umlaufzahl, des innern Widerstan  des, sowie der Klemmenspannung hat, und  dass sich diese Empfindlichkeit in jedem be  liebigen Mass durch eine Zusatzerregung be  einflussen lässt, die in einer an sich bekann  ten Brückenschaltung angeschlossen wird.  



  Es ist bereits eine Schaltung bekannt,  bei der die Erregermaschine als reine fremd  erregte Nebenschlussdynamo arbeitet und ihre  ganze Erregung aus der Wheatstone'schen  Brücke erhält. Dadurch wird aber der Ver  lust in der Brücke sehr gross und die Anwen  dung dieser Schaltung ist im Gegensatz zu  der vorliegenden wirtschaftlich nicht durch  führbar.  



  Zwei Ausführungsbeispiele der Schaltung  nach vorliegender Erfindung sind in der  Zeichnung wiedergegeben. Bei der Schaltung  nach     Fig.    1. ist die     Wheatstone'sche    Brücke      1-3-2-4, von welcher die Zusatzerregung  5 abgezweigt ist, nicht an die Klemmen des  eigenen Ankers a gelegt, sondern an die  Ankerklemmen des auf gleichbleibender Span  nung zu haltenden Hauptgenerators mit An  ker A; die Brücke wird deshalb von der  Spannung der Hauptmaschine beeinflusst.  Dadurch wird gegenüber bekannten äusser  lich ähnlichen Schaltungen technisch und  wirtschaftlich der Vorteil erzielt, dass die  Belastung der Brücke nur sehr klein wird,  weil nur ein kleiner Teil der Gesamterregung  aus ihr gedeckt werden muss, während der  Hauptteil der Erregung durch die Haupt  stromwicklung geliefert wird.  



  Die Arbeitsweise der Schaltung nach Fig.  1 ist folgende:  Jede Änderung der Spannung der Haupt  maschine bewirkt bei entsprechender Wahl  der Widerstände 1 und 3 als positiv span  nungsabhängiger (zum Beispiel Eisenwider  stände) und der Widerstände 2 und 4 als  konstanter oder negativ spannungsabhängiger  (zum Beispiel kohleähnlicher) Widerstände,  dass zum Beispiel bei steigender Spannung  in der Hilfs- oder Steuerwicklung 5 ein  Strom fliesst, welcher der Hauptstromwick  lung  h  entgegenwirkt und damit die Span  nung an den Klemmen des Ankers  a  ver  ringert. Damit wird aber auch der Strom in  der Erregerwicklung  n  der Hauptmaschine  geschwächt und dadurch die Spannung der  Hauptmaschine wieder auf den normalen  Wert zurückgebracht. Beim Sinken der Span  nung der Hauptmaschine ist der Vorgang um  gekehrt.

   Die Hilfswicklung 5 unterstützt in  diesem Falle die Hauptwicklung  h  der  Steuerdynamo, die Ankerspannung derselben  steigt und damit auch der Erregerstrom in  der Nebenschlusswicklung  n  der Hauptma  schine und dadurch weiter die Klemmenspan  nung der letzteren. Dabei wirkt die Hilfs  wicklung nur als Steuerwicklung oder als Zu  satzwicklung mit entsprechendem kleinem  Verlust in der Brücke.  



  Eine weitere Verbesserung der Wirt  schaftlichkeit wird erreicht, wenn der Anker   a  der Erregermaschine nach Fig. 2 als Zu-    satzmaschine in Reihe mit der Hauptma  schine oder dem Anker  A  derselben ge  schaltet wird, weil dadurch die notwendige  Leistung der Erregermaschine verkleinert  wird. Wenn in diesem Falle die Verhältnisse  der Erregung so abgeglichen werden, dass der  Anker  a  im ganzen Regelbereich Gegen  spannung gibt, so wird auch der Durchgang  durch die Spannung 0 mit den ungünstigen  Einflüssen der Remanenz vermieden, welche  in der Schaltung nach Fig. 1 auftreten kön  nen.  



  Arbeitet zum Beispiel der Maschinensatz  im Leerlauf bei hoher Drehzahl und gibt die  Erregermaschine eine entsprechende Gegen  spannung, damit die Spannung an den Klem  men der Nebenschlusswicklung  n  der  Hauptmaschine gering wird, so wird die Er  regung der Hauptmaschine verringert, und es  wird trotz der hohen Drehzahl die normale  Spannung an den Klemmen des Ankers  A   erzeugt. Geht nun die Drehzahl des Ma  schinensatzes zurück, so wird die Gegenspan  nung der Erregermaschine entsprechend ge  ringer. Dadurch wird aber die Spannung an  der Nebenschlusswicklung  n,  grösser, die Er  regung der Hauptmaschine steigt, und es wird  damit der Spannungsrückgang ausgeglichen,  der durch die Verringerung der Drehzahl  entstanden ist.

      Die Wheatstone'sche Brücke kann bei der  Grunddrehzahl und der normalen Vollspan  nung so eingestellt werden, dass sie entweder  überhaupt keine oder eine zusätzliche oder  eine gegensätzliche Zusatzerregung liefert.  Dadurch lassen sich in einfacher Weise Ver  schiebungen der Charakteristik erzielen.  



  Bei beiden angegebenen Schaltungen kann  zum Beispiel bei der Hauptmaschine  A   ausserdem noch eine schwache Hauptstrom  wicklung zur Unterstützung der Neben  schlusswicklung  n  oder bei der Erregerma  schine  a  eine feste Nebenschlusswicklung  zur Unterstützung der     Hauptstromwicklung      h  oder der Zusatzwicklung 5 angewendet  werden, um weitere Beeinflussungen der  wirksamen Felder zu erzielen. Es ist dies un-      ter Umständen zweckmässig zur Erzielung  einer ansteigenden Spannungscharakteristik  bei sinkender Drehzahl oder steigender Bela  stung (Wasserrad- oder Wasserturbinenan  trieb) oder ansteigender     Spannungscharak-          teristik    bei ansteigender Drehzahl und Bela  stung (Windradantrieb).

   Auch zur Vermei  dung von Pendelerscheinungen zwischen  Hauptmaschine und Erregermaschine kön  nen solche Hilfswicklungen zweckmässig sein.  Die gegebenenfalls notwendig werdenden  Regelwiderstände zur Einstellung der ge  wünschten Spannung und zur Beeinflussung  der Spannungscharakteristik sind in den  Schaltbildern der Übersichtlichkeithalber weg  gelassen.  



  Die Erregermaschine kann mit der Haupt  strommaschine unmittelbar gekuppelt sein  oder in irgend einer Weise mit proportionaler  Drehzahl angetrieben werden. Weiter kann    die Erregermaschine in bekannter Weise  auch frei als Motor (Erregermotor) ohne be  sonderen Antrieb, unter Erzeugung von Ge  genspannung laufen.



  Device for the automatic control of direct current machines. It is known to regulate DC dynamos to a constant voltage at a variable speed (for example, driven by a water wheel, water turbine, wind turbine, vehicle, etc.) in such a way that the main machine, the voltage of which is to be regulated, is controlled by an He exciter is excited from as an auxiliary machine. This auxiliary machine can either work as a dynamo with additional or counter-excitation on the excitation coils of the main machine, or it can work as a free-running excitation motor that supplies a corresponding counter-voltage and thereby influences the excitation of the main machine.



  In all of these arrangements, it is essential that the changes in the excitation quickly follow the voltage fluctuations that occur and that the influences of the temperature increase or the changes in resistance of the excitation coils are compensated for.



  According to the invention, this is achieved in such a way that a main current dynamo with additional excitation in a bridge circuit is used as the excitation machine.



  As a starting point, the fact is used that the main current machine during operation is highly sensitive to changes in the load current, the number of revolutions, the internal resistance and the terminal voltage, and that this sensitivity can be varied to any degree Can influence additional excitation, which is connected in a known bridge circuit.



  A circuit is already known in which the excitation machine works as a purely externally excited shunt dynamo and receives all of its excitation from the Wheatstone bridge. As a result, however, the loss in the bridge becomes very great and the application of this circuit, in contrast to the present one, cannot be carried out economically.



  Two embodiments of the circuit according to the present invention are shown in the drawing. In the circuit according to Fig. 1. Wheatstone's bridge 1-3-2-4, from which the additional excitation 5 is branched off, is not placed on the terminals of its own armature a, but on the armature terminals of the constant voltage holding main generator with armature A; the bridge is therefore influenced by the voltage of the main engine. Compared to known externally similar circuits, this has the technical and economic advantage that the load on the bridge is only very small because only a small part of the total excitation has to be covered by it, while the main part of the excitation is supplied by the main current winding.



  The operation of the circuit according to Fig. 1 is as follows: Any change in the voltage of the main machine causes with the appropriate choice of the resistors 1 and 3 as positive voltage-dependent (for example iron resistors) and the resistors 2 and 4 as constant or negative voltage-dependent (for Example of coal-like) resistors that, for example, when the voltage rises in the auxiliary or control winding 5, a current flows which counteracts the main current winding h and thus reduces the voltage at the terminals of the armature a. This also weakens the current in the excitation winding n of the main machine and thereby brings the voltage of the main machine back to the normal value. When the voltage on the main machine drops, the process is reversed.

   The auxiliary winding 5 supports the main winding h of the control dynamo in this case, the armature voltage of the same increases and thus also the excitation current in the shunt winding n of the main machine and thus further the terminal voltage of the latter. The auxiliary winding acts only as a control winding or as an additional winding with a correspondingly small loss in the bridge.



  A further improvement in economic efficiency is achieved if the armature a of the exciter according to FIG. 2 is switched as an additional machine in series with the main machine or the armature A of the same, because this reduces the required output of the exciter. If in this case the conditions of the excitation are adjusted so that the armature a gives counter-voltage in the entire control range, the passage through the voltage 0 with the unfavorable effects of remanence, which can occur in the circuit according to FIG. 1, is also avoided nen.



  For example, if the machine set is idling at high speed and the exciter provides a corresponding counter-voltage so that the voltage at the terminals of the shunt winding n of the main machine is low, the excitation of the main machine is reduced, and despite the high speed the normal voltage generated at the terminals of the armature A. If the speed of the machine set falls, the counter voltage of the exciter is correspondingly lower. As a result, however, the voltage on the shunt winding n, is greater, the excitation of the main machine rises, and the drop in voltage caused by the reduction in speed is compensated for.

      The Wheatstone bridge can be set at the base speed and the normal full voltage so that it delivers either no excitation at all or an additional or opposing additional excitation. This makes it possible to achieve shifts in the characteristic in a simple manner.



  With both circuits specified, for example, a weak main current winding can also be used in the main machine A to support the secondary winding n or in the exciter machine a a fixed shunt winding to support the main current winding h or the auxiliary winding 5 in order to further influence the active fields to achieve. Under certain circumstances, this is useful to achieve an increasing voltage characteristic with decreasing speed or increasing load (water wheel or water turbine drive) or increasing voltage characteristic with increasing speed and load (wind turbine drive).

   Such auxiliary windings can also be useful to avoid oscillation between the main machine and the exciter. The variable resistors that may become necessary for setting the desired voltage and for influencing the voltage characteristics are omitted from the circuit diagrams for the sake of clarity.



  The exciter can be directly coupled to the main generator or driven in some way with proportional speed. Next, the exciter can also run freely as a motor (exciter motor) in a known manner without any special drive, generating counter-voltage.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Einrichtung zur selbsttätigen Regelung von Gleichstrommaschinen veränderlicher Dreh zahl auf gleichbleibende Spannung, deren Erregung durch eine Erregerhilfsmaschine beeinflusst wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine von der Spannung der Hauptmaschine abhängige, über eine Wheatstone'sche Brücke von mindestens zum Teil spannungsveränder lichen Widerständen erregte Zusatzfeldwick lung das Feld einer Hauptstromerregerwick lung der die Erregung der Hauptmaschine regelnden Hilfsmaschine beeinflusst. PATENT CLAIM: Device for the automatic control of DC machines of variable speed to constant voltage, the excitation of which is influenced by an auxiliary exciter machine, characterized in that an additional field winding which is dependent on the voltage of the main machine and is excited via a Wheatstone bridge by at least partly voltage-variable resistances The field of a main current exciter winding influences the auxiliary machine that controls the excitation of the main machine.
CH126650D 1926-04-29 1927-04-20 Device for the automatic control of direct current machines. CH126650A (en)

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