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.