Sich selbst regelnder Innenpolgenerator für Ein- oder Mehrphasen-Wechselstrom. Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ein- oder Mehrphasen-Wechselstrom-Innen- polgenerator, der sich selbst so regelt, dass er bei wechselnder induktiver oder Ohmscher Belastung eine praktisch gleichbleibende Span nung abgibt. Dabei ist er vom Leistungsfaktor unabhängig.
Bisher wurden hauptsächlich kompoun- dierte Aussenpolgeneratoren verwendet. Bei dieser Anordnung sind Schleifringe zur Ab nahme des Wechselstromes erforderlich. Die Zahl der Bürstenhalter und Kohlebürsten muss dem abzunehmenden Strom entsprechen, die bei grösseren Generatoren bis zu einem Viel fachen des Nennstromes ausgelegt werden müssen.
Diese Schleifringe und Bürsten sind für den praktischen Betrieb störanfällig, ins besondere bei überlastung oder Kurzsehluss des Generators. Es sind auch bereits kompoun- dierte Innenpolmaschinen bekannt, bei denen aber die Kompoundierung nur durch Zwi schenschaltung von Stromtransformatoren und Gleichrichtern möglich ist. Diese Aus führung berficksichtigt nicht den Leistungs faktor.
Bei der vorliegenden Ausführung wird in folge des Aufbaues als Innenpolmaschine mit umlaufendem Polsystem auf Schleifringe zur Abnahme des Wechselstromes verzichtet. Ausserdem wird der Leistungsfaktor durch die gewählte Anordnung der Kompottndierung selbsttätig berücksichtigt.
Der erfindungsgemässe Innenpolgenerator ist dadurch gekennzeichnet, dass auf einer ge meinsamen Welle eine Innenpol-Synchron- maschine, eine nach Art eines Einankerumfor- mers als selbsterregter Drehfeldumformer arbeitende Erregermaschine und eine als Fre- quenzwandler arbeitende Asynchron-Kom- poundierungsmaschine angeordnet sind, wobei die Kompoundierungsmaschine, deren Primär wicklung in Reihe mit der Ankerwicklung der Synchronmaschine geschaltet ist,
an drei um 1\L0 versetzten Punkten an die Ankerwick lung der Erregermaschine angeschlossen ist, wodurch die Erregermaschine auf induktivem Wege so gesteuert wird, dass die an die Er regerwicklung der Synchronmaschine geführte Erregerspannung einen solchen Erregerstrom bewirkt, der der wechselnden Belastung ent spricht.
In beigefügter Zeichnung ist in Fig. 1 der schematische Aufbau eines Ausführungsbei spiels der Erfindung und in Fig. 2 die Schal tung des Beispiels bei Dreiphasen-Ausführung dargestellt.
In der Zeichnung ist 1 die Synchron maschine mit der Ankerwicklung 2 und der Feldwicklung 3. Es ist weiter: 4 die Erreger maschine mit ihrer Ankerwicklung 5 und der Selbsterregerwicklung 6 und dem zur Anker wicklung- gehörendem Kollektor 7; 8 ist der Einstellwiderstand im Selbsterregungskreis der Erregermaschine. 9 ist die Kompoundie- rungsmaschine mit der Ständerwicklung 10 und der Läuferwicklung 11. 12 sind die Schleifringe zur Zuführung der Erregerspan nung für die Synchronmaschine. Die Läufer der drei verwendeten Maschineneinheiten sit zen gemeinsam auf der Welle 13.
Die Schaltung des gezeigten Innenpol- generators ist so vorgenommen, dass die Stän- derwicklung 10 der Kompoundierungsmaschine 9 mit der Ankerwicklung 2 der Synchron maschine in Reihe geschaltet ist, und zwar der art, dass das in der Kompoundierungsmaschine entstehende Drehfeld entgegen der Drehrich tung des Maschinensatzes umläuft.
Die Läu ferwicklung 11 der Kompoundierungsmasehine ist in Stern geschaltet, und die drei offenen Wicklungsenden sind an drei um 120 elektr. bzw. räumliche Grade versetzte Lamellen des Kollektors 7 und damit an die Ankerwicklung 5 der Erregermaschine 4 angeschlossen, wobei gleichfalls berücksichtigt ist, dass die Phasen folge soggewählt wird, dass das in der Anker wicklung der Erregermaschine durch die läu- ferseitige Wechselspannung entstehende Dreh feld relativ zur Bürstenachse der Erreger maschine also im Raume stillsteht.
Die Ver bindung zwischen den Ankerwicklungen der Kompoundierungsmaschine und der Erreger maschine kann auch durch induktive Kopp lung vorgenommen werden, indem man eine zweite Wicklung im Läufer der Erreger maschine anordnet, welche von dem Wechsel strom der Kompoundierungsmaschine gespeist wird.
Die Polzahlen der Erregermaschine und der Kompoimdieruungsmaschine sind so aufein ander abzustimmen, dass die sekundäre Fre quenz der Kompoundierungsmaschine (Fre quenz in der Läuferwicklung) mit der Anker frequenz der Erregermaschine übereinstimmt. Die Kompoundierungsmaschinewirkt als Fre- quenzwandler, und es gelten deshalb die Ge setzmässigkeiten dieser bekannten Maschinen art, während die Erregermaschine nach den Gesichtspunkten eines Einankerumformers zu betrachten ist.
Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende Bei unbelastetem Generator wird die Selbsterregung der Erregermaschine mit Hilfe des Einstellwiderstandes so eingestellt, dass die Erregermaschine die Leerlauferregerspan- nung für die Feldwicklung der Synchron maschine liefert. Wird die Synehronmasehine mit beliebigem Belastungsstrom belastet, wo bei sich ein beliebiger Phasenverschiebungs- winkel einstellt, so entsteht in der Kompoun- dierungsmaschine ein dem Belastungsstrom direkt proportionales Drehfeld.
(Die Kom- poundierungsmaschine arbeitet bei allen Be-, lastungsfällen im ungesättigten Bereich ihrer Magnetisierungskennlinie.) Dieses Drehfeld induziert in der Läuferwicklung der Kom- poundierungsmaschine eine Spannung, deren Grösse von der Grösse des Drehfeldes Lind, damit von der Grösse des Belastungsstromes abhängt.
Da diese Spannung dem Anker der Erregermaschine zugeführt wird, entsteht in diesem ein Strom, als dessen Folge ein Dreh feld entsteht, welches durch geeignete Phasen folge gegenüber den feststehenden Bürsten der Erregermaschine stillsteht. Dieses Feld addiert sich geometrisch zu dem vorhandenen Feld der Selbsterregung und dem Ankerfeld zu einem resultierenden Feld, dem die an den, Bürsten abgenommene Erregerspannung pro portional ist. Die Erregerspannung ändert sich also bei wechselnder Belastung mit dieser. Durch eine verdr ehbare Anordnung der Feld achse der Erregermaschine bzw. der Kom- , poundierungsmaschine ist eine Einstellung auf dem Prüffeld möglich.
Die einmal gefundene Einstellung ist endgültig.
Self-regulating internal pole generator for single or multi-phase alternating current. The present invention relates to a single-phase or multi-phase alternating current internal pole generator which regulates itself in such a way that it emits a practically constant voltage when the inductive or ohmic load changes. It is independent of the power factor.
Compounded external pole generators have mainly been used up to now. In this arrangement, slip rings are required from acceptance of the alternating current. The number of brush holders and carbon brushes must correspond to the current to be drawn, which in the case of larger generators must be designed up to a multiple of the rated current.
These slip rings and brushes are prone to failure in practical operation, especially if the generator is overloaded or short-circuited. Compounded internal pole machines are also known, but compounding is only possible by interposing current transformers and rectifiers. This statement does not take the performance factor into account.
In the present embodiment, due to the design as an internal pole machine with a rotating pole system, slip rings for taking off the alternating current are dispensed with. In addition, the power factor is automatically taken into account by the selected arrangement of the compote.
The internal pole generator according to the invention is characterized in that an internal pole synchronous machine, an excitation machine working in the manner of a single armature converter as a self-excited rotary field converter and an asynchronous compounding machine working as a frequency converter are arranged on a common shaft, the compounding machine whose primary winding is connected in series with the armature winding of the synchronous machine,
is connected to the armature winding of the exciter at three points offset by 1 \ L0, whereby the exciter is controlled inductively in such a way that the excitation voltage fed to the exciter winding of the synchronous machine produces an exciter current that corresponds to the changing load.
In the accompanying drawings, in Fig. 1, the schematic structure of a Ausführungsbei is game of the invention and in Fig. 2, the scarf device of the example shown in three-phase execution.
In the drawing, 1 is the synchronous machine with the armature winding 2 and the field winding 3. It is also: 4 the excitation machine with its armature winding 5 and the self-excitation winding 6 and the collector 7 belonging to the armature winding; 8 is the setting resistor in the self-excitation circuit of the exciter. 9 is the compounding machine with the stator winding 10 and the rotor winding 11. 12 are the slip rings for supplying the excitation voltage for the synchronous machine. The rotors of the three machine units used sit together on the shaft 13.
The circuit of the inner pole generator shown is made in such a way that the stator winding 10 of the compounding machine 9 is connected in series with the armature winding 2 of the synchronous machine, in such a way that the rotating field created in the compounding machine is opposite to the direction of rotation of the machine set circulates.
The rotor winding 11 of the compounding machine is connected in star, and the three open winding ends are connected to three by 120 electr. or spatial degrees offset lamellae of the collector 7 and thus connected to the armature winding 5 of the exciter 4, whereby it is also taken into account that the phase sequence is selected so that the rotating field generated in the armature winding of the exciter by the rotor-side alternating voltage is relative to the brush axis of the exciter machine so stands still in space.
The connection between the armature windings of the compounding machine and the exciter machine can also be made by inductive coupling by arranging a second winding in the rotor of the exciter machine, which is fed by the alternating current of the compounding machine.
The number of poles of the excitation machine and the compounding machine must be coordinated so that the secondary frequency of the compounding machine (frequency in the rotor winding) matches the armature frequency of the excitation machine. The compounding machine acts as a frequency converter, and the laws of this known type of machine therefore apply, while the exciter machine is to be viewed from the point of view of a single-armature converter.
The mode of operation of the arrangement is as follows. With the generator unloaded, the self-excitation of the exciter is set with the help of the setting resistor so that the exciter supplies the no-load excitation voltage for the field winding of the synchronous machine. If the Synehronmasehine is loaded with any load current, where any phase shift angle occurs, a rotating field directly proportional to the load current is created in the compounding machine.
(The compounding machine works with all load cases in the unsaturated area of its magnetization curve.) This rotating field induces a voltage in the rotor winding of the compounding machine, the size of which depends on the size of the rotating field and thus on the size of the load current.
Since this voltage is fed to the armature of the exciter, a current is generated in it, as a result of which a rotating field is created which, through suitable phases, stands still in relation to the stationary brushes of the exciter. This field adds geometrically to the existing field of self-excitation and the armature field to form a resulting field to which the excitation voltage taken from the brushes is proportional. The excitation voltage changes when the load changes. A twistable arrangement of the field axis of the exciter or the compounding machine enables adjustment on the test field.
The setting once found is final.