Einrichtung zur Erzeugung von Wechselströmen verschiedener Frequenz mit Hilfe einer 1Vlotor-Generatorgruppe, insbesondere für Mittelfrequenz-Steueranlagen. Bei der Einrichtung zur Erzeugung von Wechselströmen verschiedener Frequenz mit Hilfe einer Motor-Generato.rgruppe, nach dem Patentanspruch des Hauptpatentes werden zwecks Erzielung einer Frequenzunabhängig- keit der Generatorspannung die Feldwicklun- gen,
der Motor-Generatorgruppe in Reihe mit dem Regler geschaltet. Bei sämtlichen Aus führungsbeispielen des Gegenstandes nach dem Hauptpatent ist nun weiterhin angenom men worden, dass die Feldwicklungen .der Motor-Generatorgruppe ebenfalls zueinander in Reihe liegen. Es liegen also die Feldwick lung -des Generators und die des Motors, so wie der Regler in dem Erregerkreis der Motor-Generatorgruppe in Serie miteinander.
Die Einrichtung nach dem Hauptpatent kann fernerhin noch mit Kompound- oder Zusatz- feldwicklungen versehen sein, die derart mit den Feldwicklungen der Motor-Generator- gruppe zusammen arbeiten, -dass ausser der Frequenzunabhängigkeit auch noch eine weitgehende Belastungsunabhängigkeit der Motor-Generatorgruppe erreicht wird.
Die Serieschaltung der Motor- und Gene ratorfeldwicklung hat nun insofern einen Nachteil, als nicht jeder beliebige Generator mit irgend einem Motor gekuppelt werden kann, weil die beiden Maschinen im all gemeinen nicht gleiche Erregerströme erfor dern. Es ist daher für gewöhnlich erforder lich, die Feldwicklungen der beiden Maschi nen einander anzupassen oder diejenige mit dem geringeren Strombedarf zu shunten. Die erste Lösung führt zu einem höheren An schaffungspreis, die zweite zu unnötig er höhtem Leistungsaufwand für die Erregun.. Meist werden sogar die Feldspulen beider Maschinen mit speziell niedriger Windungs- zahl ausgeführt werden müssen,
da. pro l@la- schine nur ungefähr die halbe Gleichstrom spannung zur Zierfügung steht.
Die Erfindung betrifft nun eine weitere Ausbildung der im Patentanspruch des Hauptpatentes gekennzeichneten Einrichtung zur Erzeugung von Wechselströmen ver schiedener Frequenz mit Hilfe einer Motor Generatorgruppe, deren Feldwicklung in Reihe mit ,dem Regler liegen. Gemäss der Erfindung werden die vorstehend erwähnten Nachteile der im Hauptpatent beschriebenen Einrichtung dadurch vermieden, dass die Feldwicklungen der Motor-Generatorgruppe nicht in Reihe miteinander, sondern parallel zueinander geschaltet sind, wobei die Hinter einanderschaltung der Feldwicklungen mit dem Regler beibehalten wird.
Die Be dingung, .dass die Feldamperewindungen des Generators umgekehrt proportional der Fre quenz sein müssen, ist auch hier wieder er füllt; denn bei der Parallelschaltung der Feldwicklungen sind auch wieder die Er regerströme des Motors und des Generators einander proportional und, da die Motor tourenzahl bezw. die Generatorfrequenz um gekehrt proportional der Motorerregung ist, so gilt dies auch für die Generatorerregung.
Der Vorteil der Parallelschaltung gegen über der Serienschaltung der Feldwicklungen besteht also darin, .dass es hier durchaus nicht stört, wenn der Strombedarf der Feldwick lungen des Motors und der des Generators verschieden sind, und .dass bei Verwendung eines normalen Nebenschlussmotors der ge meinsame Erregerstromkreis an dieselbe Spannung angeschlossen werden kann wie der Motoranker.
Auch die Parallelschaltung der Erreger wicklungen der Motor-Generatorgruppe ge stattet die Anwendung zusätzlicher Mittel, um ausser ,der Frequenzunabhängigkeit gleichzeitig auch eine weitgehende De lastungsunabhängigkeit der Sendespannung zu erzielen. Man braucht hierzu bloss die im Hauptpatent erwähnten Schaltungen nach den Fig. 2 bis 7 sinngemäss auf die Parallel schaltung zu übertragen.
In der Zeichnung sind in den Fig. 1 bis 10 mehrere Schaltungen gemäss der Erfin dung zur Darstellung gebracht, die zum grössten Teil aus den Schaltungen nach dem Hauptpatent entwickelt worden sind. Ana loge Elemente der naohstehend beschriebenen Einrichtungen des Zusatzpatentes und des Hauptpatentes sind daher mit übereinstim menden Überweisungen versehen.
Die Fig. 1 betrifft wiederum, wie die Fig. 1 des Hauptpatentes eine Schaltung für reine Frequenzunabhängigkeit der Leerlauf spannung, das heisst, ohne Kompensation des Spannungsabfalles bei Belastung. Bei Zu schaltung der Generatorhelastung sinkt nun die Klemmenspannung des Generators 4. Auch der Motor 2 hat die Tendenz, in seiner Tourenzahl zu sinken. Der Tourenabfall wird nun automatisch durch Vergrösserung des Widerstandes des Reglers 5, das heisst durch Feldschwächung des Motors 2, kom pensiert.
Im gleichen Verhältnis wird aber auch das Generatorfeld geschwächt, wodurch ein weiteres Sinken der Klemmenspannung des Generators 4 hervorgerufen wird. Der gesamte prozentuale Spannungsabfa11 an den Generatorklemmen ist also gleich ,der Summe des durch die Streuung und durch den Wi derstand der Feldwicklung 3 des Generators 4 hervorgerufenen innern Spannungsabfalles des Generators und des prozentualen Touren zahlabfalles des Motors 2. Die Fig. 2 bis 4 zeigen Schaltungen, bei denen eine Belastungsunabhängigkeit der Klemmenspannung des Generators durch . Kompoundwicklungen erzielt wird.
In allen diesen Fällen sind die gompoundwicklungen in Serie mit der Ankerwicklung des Motors geschaltet.
Bei .der Schaltung nach Fig. 2 wirkt, wie bei der gleichen Figur des Hauptpatentes eine die Feldwicklung 3 des Generators 4 unterstützende, in Serie mit der Ankerwick lung des Motors \? liegende Überkompound- wicklung 11 auf dem Rotor des Generators 4 ein.
Die Überkompoundwicklung 11 wird hier vorzugsweise wieder so bemessen, dass sie beim Zuschalten der Last nicht nur den innern Spannungsabfall des Generators 4 kompensiert, sondern auch .den Spannungs abfall der durch die zur Aufrechterhaltung der konstanten Tourenzahl erforderlichen Feldschwächung hervorgerufen wird.
Wie in dem Hauptpatent bereits ausführ lich auseinander gesetzt wurde, wirkt die Kompoundwicklung bei höheren Frequenzen stärker als bei niedrigen. Der Grund liegt darin, -dass der Strom und damit die Ampere windung.szahl der Kompoundwieklung aus schliesslich von der Belastung abhängt, also frequenzunabhängig ist. Die Amperewin- clungszahl der Generatorfeldwicklung da gegen ist umgekehrt proportional der Fre quenz.
Demnach ist .der prozentuale Anteil der Amperewindungen der Konpoundwick- lung proportional der Frequenz. Die Ver wendung von Kompoundwicklungen ist des halb besonders bei höheren Frequenzen und auch dann, wenn keine abgestimmten Über- 1 agerungsoTgane zur Anwendung kommen, von Vorteil. Im letzteren Fall sind auch .die Spannungsabfälle im Generator und in den Überlagerungsorganen vorwiegend induktiv, also nahezu proportional der Frequenz.
Je denfalls kann man den Spannungsabfall nicht genau vorausbestimmen, weil er stark von der Art der Belastung abhängig ist. Aus diesem Grunde wird man .deshalb genügend Windungen der Kompoundwicklung vor sehen, um mit Hilfe eines Nebenschlusswider- standes parallel zur Kompoundwicklung das Kompoundierungsverhältnis nachträglich ein stellen zu können. In Fig. 2 ist ein solcher mit 15 bezeichneter Regelwiderstand parallel zur Kompoundwicklung 11 eingezeichnet.
In Fig. 3 ist eine Schaltung zur Darstel lung gebracht, bei der -die Überkompound- wicklung nicht an dem Generator 4, sondern am Hotor 2 vorgesehen ist, die jedoch der Feldwieklung 1 des Motors 2 entgegenwirkt und demnach die Wirkung einer negativen Überkompoundwicklung besitzt. Infolge der negativen Ü berkompoundwicklung 12 muss nun bei Belastung die Nebenschlusserregung durch den Regler 5 erhöht werden, damit ein Steigen der Tourenzahl des Motors 2 verhin dert wird.
Der Regler 5 wirkt dann indirekt auch als Spannungsregler, indem er die Ge- neratorerregung verstärkt. Auch hier wird man vorzugsweise die Windungszahl der Kompoundwicklung reichlich bemessen, um mittelst eines Regelwiderstandes 16 das Kom- poundierungsverhältnis regelbar zu machen.
In Fig. 4 ist eine Kombination der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Schaltungen ge zeigt. Durch passende Dimensionierung der Überkompoundwicklungen 13, 14 lässt sich erreichen, .dass der Regler beim Zuschalten der Generatorbelastung wenigstens bei einer mittleren Frequenz in Ruhe bleiben kann. Auch hier liegt wiederum parallel zu jeder Kompoundwicklung 13, 14 je ein zur Ein stellung des Kompoundierungsverhältnisses dienender Regelwiderstand 15, 16.
In den Fig. 5 bis 7 sind Schaltungen zur Darstellung gebracht, bei -denen an Stelle von Kompoundwicklungen angezapfte Feldwick lungen zur Anwendung gelangen. Hierbei erfolgt die Umschaltung von der Leelauf- windungszahl .der Feldwicklungen auf die beim Motor reduzierte, bezw. beim Generator erhöhte zwangläufig mit der Einschaltung der Generatorbelastung. In die Anzapfungs- leitung wird jeweils ein kleiner Widerstand eingeschaltet,
der vorzugsweise gleich dem Widerstand der abzuschaltenden Feldwick- lungsteile gemacht wird. Es wird dadurch erreicht, dass beim Umschalten von Leerlauf auf Generatorbelastung der gesamte Erreger strom nicht beeinflusst wird. Würde bei spielsweise bei der Schaltung nach Fig. der Vorschaltwiderstand 32 kleiner gemacht., als der Widerstand der Zusatzfeldwicklung 22 des Generators 4, so würde beim Zuschal ten der Zusatzfeldwicklung 22 in der Haupt feldwicklung 3 die Stromstärke abnehmen.
Die Zunahme der gesamten F eldamperewin- dungszahl wäre dann kleiner, als dem Ver hältnis der erhöhten Windungszahl entspre ehen würde. Ferner würde dadurch auch die .gmperewindungszahl des Motorfeldes beein- Ilusst. Der resultierende Widerstand der pa rallelgeschalteten Feldwicklungen würde dann etwas zunehmen. Die resultierende Stromstärke und damit der Spannungsabfall im Reglerwiderstand deshalb abnehmen. In- folgedessen würde die Spannung an der Motorfeldwicklung und damit die Motor erregung zunehmen.
Zudem würde sich .die ser Einfluss mit der Frequenz ändern und er wäre bei der höchsten Betriebsfrequenz am grössten, weil .dann am meisten Reglerwider- stand vorgeschaltet ist. Macht man jedoch -den Vorschaltwiderstand 32 gleich dem Wi derstand der Zusatzfeldwicklung 22, so blei ben beim Umschalten von Leerlauf auf Ge- neratorbelastung die Erregerströme unver ändert, wodurch Frequenzunabhängigkeit und grössere Übersichtlichkeit der Wirkungs weise erzielt wird.
Die Schaltungen nach den Fig. 5 bis 7 besitzen nun gegenüber den Kompoundschal- tungen nach den Fig. 2 bis 4 gewisse Unter schiede. Während die gompoundschaltungen bei allen Belastungen sowohl den Touren abfall, als auch den Spannungsabfall richtig kompensieren, ist dies bei den Anzapfungs- schaltungen nur bei einer ganz bestimmten Belastung der Fall.
Da fernerhin bei der Schaltung nach den Fig. 5 bis 7 beim Um schalten von Leerlauf auf Belastung die pro zentuale Veränderung rler Feldamp6rewin- dungszahlen genau im Verhältnis der Zu satzwindungszahlen zu den bei Leerlauf ein geschalteten Windungszahlen erfolgt, ist die Wirkung von den Erregerstromstärken und damit von der Frequenz ganz unabhängig.
Diese vorstehend erwähnte Erscheinung äussert sich besonders günstig bei der Schal tung nach Fig. 7. Durch richtige Wahl der Teilwindungszahlen der Zusatzwicklungen 26, 27 kann erreicht werden, dass beim An schalten .des Generators 4 an das Netz mit einer bestimmten Belastung ohne Hinzutun des Reglers 5, sowohl die Tourenzahl, als auch die Klemmenspannung bei jeder Fre quenz konstant bleiben.
Wegen der frequenz- unabhängigen Kompensation des Spanungs- abfalles eignen sich die Schaltungen 5 bis 7 besonders für vorwiegend Ohmsche Be lastung und auch für die Fernsteuerung mit telst abgestimmter Überlagerungsorgane und in einem solchen Falle besonders dann, wenn relativ niedrige Frequenzen verwendet wer den.
Um .das Verhältnis der Amperewindun- _gen cler Feldwicklungen des Motors 2 und des Generators 4 bei Leerlauf zu demjenigen bei Belastung innerhalb gewisser Grenzen variabel zu machen, kann man die Zusatz feldwicklungen shunten. Ein gewöhnlicher Nebenschluss parallel zu den Teilwicklungen hätte jedoch hier nur eine sehr schwache Wirkung, weil durch die stärkere Shuntung der Strom in den Feldwicklungen erhöht würde.
Diesen Nachteil kann man durch Nebenschlüsse nach Art einer Potentiometer- schaltung, wie beispielsweise solche in der Fig. 7 mit 34, 35 bezeichnet sind, in weit gehender VVreise herabsetzen.
In der Fig. 8 ist eine Schaltung zur Dar stellung gebracht, für die eine ganz normale Motor-Genera.torgruppe zur Verwendung g?- langt. Es sind also hier weder Kompound- wicklungen, noch Zusatzfeldwicklungen vor gesehen. Zur Touren- und Spannungsabfall- kompensation ist ein bei Leerlauf der Gene ratorfeldwicklung vorgeschalteter Kompen sationswiderstand 36 und ein bei Generator belastung der Motorfeldwicklung vorgeschal teter Kompensationswiderstand 37 vorge sehen.
Die Kompensationswirkung dieser Schal tung lässt sich auch frequenzunabhängig machen. Dazu muss wieder die Bedingung erfüllt sein, dass ,durch die Umlegung des Kompensationsschalters 39 das Potential zwi schen den Punkten A und B nicht verändert wird, das heisst der resultierende Widerstand zwischen :den Punkten A und B muss vor und ac ler Umschaltung gleich sein.
Da je- n 'h #c C, doch im allgemeinen die Widerstände der Feldwicklungen 1, 3 der Motor-Generator- gruppe unter sich und vor allem die Kom pensationswiderstände 36 und 37 nicht gleich sind, so ist diese Bedingung nicht ohne wei teres erfüllt. Mit Hilfe eines Ausgleichs widerstandes 38 zwischen den Punkten A und B kann jedoch die Differenz ausgeglichen werden.
Dieser Ausgleichswiderstand 38 ist, je nachdem, ob der resultierende Widerstand bei Leerlauf oder bei Belastung grösser ist, entweder bei Leerlauf oder bei Belastung des Generators eingeschaltet.
Bei der Schaltung nach Fig. 9 liegt in dem Erregerstromkreis ein Kompensations widerstand 40, der bei Leerlauf der Genera torfeldwicklung 3 und bei GeneratoTbela- stung der Motorfeldwicklung 1 vorgeschaltet wird. Es tritt also hier an Stelle der beiden Widerstände 36, 37 der Schaltung nach Fig. 8 ein einziger Widerstand 40.
Die Schaltung der Fig. 9 zeigt demnach eine ver einfachte Form der Schaltung nach Fig. 8; sie ist besonders dort anwendbar, wo nicht zu hohe Anforderungen an die Konstanz,der Sendespannung gestellt werden. Die Schal tung kann auch dann verwendet werden, wenn der Touren- und der Spannungsabfall, sowie -die Widerstände -der Feldwicklungen 1, 3 der Gruppe einander gleich sind.
Die Fig. 10 zeigt eine Schaltung, die im wesentlichen eine Kombination ,der Schaltun gen nach Fig. 2 und 8 ist. Durch diese Schaltung wird eine Kompensation des Span nungsabfalles bei allen Frequenzen und bei allen Belastungen erzielt, falls letztere vor wiegend induktiver Natur ist. Die Touren a.bfallkompensation lässt sich dagegen nur entweder belastungs- oder frequenzunab- hängzg machen. Für Fernsteuerungszwecke ist natürlich die Frequenzabhängigkeit wich tiger.
Die Tourenschwankungen beim Zu schalten der Last sind jedoch sehr klein, so dass sie vom automatischen Regler ohne wei teres bewältigt werden können, wenn der Kompensationswiderstand 37 auf eine mitt lere Belastung eingestellt wird.