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Gleichstromgenerator für konstante Spannung bei stark schwankender
Antriebsdrehzahl mit direkt gekuppelter Regelmaschine Die Erfindung betrifft einen
Gleichstromgenerator mit direkt gekuppelter Erregermaschine, dessen Klemmenspannung
trotz stark schwankender Antriebsdrehzahl innerhalb zulässiger Toleranzen der Nennspannung
konstant gehalten wird.
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Die bekannten Anordnungen zur Spannungskonstanthaltung bei Generatoren
haben den Nachteil, daß zusätzlich mechanische Bauelemente oder Geräte erforderlich
sind, um die konstante Spannung an der Maschine einzuregeln. Weiterhin müssen oft
noch Hilfsspannungsquellen, wie Batterien, oder auch andere dem Verschleiß unterworfenen
Teile, wie Kontakte, verwendet werden. Es ist auch bereits ein Gleichstromgenerator
mit konstanter Spannung bei stark schwankender Antriebsdrehzahl und direkt gekuppelter
Regelmaschine bekannt, bei dem die zur automatischen Feldregelung erforderliche
Veränderung der in der Regelmaschine induzierten Spannung von den Schwankungen der
zu regelnden Klemmenspannung des Hauptgenerators innerhalb der zulässigen Grenzen
gesteuert wird, wobei zur Erzielung einer genügend großen Regelgenauigkeit dem in
der Steuerwicklung der Regelmaschine erzeugten veränderlichen Magnetfluß ein konstanter
Magnetfluß entgegenwirkt. Der konstante Magnetfiuß in der Regelmaschine soll durch
zwei aufeinander abgestimmte Wicklungen erzielt werden. Die eine Wicklung ist mit
dem Anker der Regelmaschine in Reihe geschaltet und die andere parallel an die Ankerklemmen
der Regelmaschine angeschlossen. Die Erregung des Hauptgenerators erfolgt durch
zwei Feldwicklungen, von denen die eine durch Reihenschaltung mit dem Anker der
Regelmaschine von dessen EMK beeinflußt wird und die andere, die direkt an die Ankerklemmen
des Hauptgenerators angeschlossen ist, zur Erhaltung der Stabilität dient. Diese
Anordnung hat jedoch den Nachteil eines komplizierten Aufbaues und, dadurch bedingt,
eine erhöhte Störanfälligkeit, die insbesondere durch die zur Erzielung eines konstanten
Magnetflusses erforderlichen, aufeinander abgestimmten Wicklungen in der Regelmaschine
hervorgerufen wird. Ferner ist je nach der Drehzahl die spezifische Strombelastung
dieser beiden Wicklungen unterschiedlich.
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Dadurch ergibt sich bei plötzlichen Drehzahlschwankungen ein Wechsel
der Stromdichte, und das konstante Magnetfeld, bedingt durch die erst dann einsetzende
Erwärmung der jeweils kalten Wicklung, ist nicht mehr gewährleistet und muß neu
eingestellt werden.
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Diese Nachteile werden mittels der Erfindung beseitigt. Die Erfindung
geht aus von einem Gleichstromgenerator für konstante Spannung bei stark schwankender
Antriebsdrehzahl mit selbsterregter ungeregelter Nebenschlußfeldwicklung und direkt
gekuppelter Regelmaschine, deren Ankerspannung über eine Regelfeldwicklung des Gleichstromgenerators
der Ankerspannung des Gleichstromgenerators entgegengeschaltet ist und deren Feldwicklung
an die Ankerklemmen des Gleichstromgenerators angeschlossen ist.
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Erfindungsgemäß wird der beim Zusammenwirken beider Maschinen zur
Konstanthaltung der Generatorspannung bei Drehzahlschwankung erforderliche Verlauf
der Magnetisierungskurve in der Regelmaschine dadurch erzielt, daß zwischen die
Hauptpole und das Joch der Regelmaschine unmagnetische Beilagen gelegt werden und
daß zwischen den Hauptpolen der Regelmaschine befindliche magnetische Nebenschlüsse
oberhalb der unteren Spannungsgrenze des Gleichstromgenerators in den Sättigungszustand
übergehen. Dadurch erfolgt bei Überschreitung des unteren Grenzwertes der Spannung
des Gleichstromgenerators und der ihm zugeordneten niedrigsten Betriebsdrehzahl
ein Ansteigen der der Ankerspannung des Gleichstromgenerators über seine Regelfeldwicklung
entgegengeschalteten Ankerspannung der Regelmaschine. Gegenüber allen anderen bekannten
Anordnungen zur Spannungskonstanthaltung hat die Erfindung den Vorteil, daß die
zusätzlichen Bauelemente, Geräte, Batterien und dem Verschleiß unterworfenen Teile,
wie Kontakte, in Wegfall kommen und dadurch, daß die gesamte Regeleinrichtung durch
den mechanischen Aufbau der Maschine festliegt, nur die Wartung wie bei einer normalen
Gleichstrommaschine erforderlich ist.
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Zur weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann eine weitere, in der
Regelmaschine sich befindende Feldwicklung mit deren Anker parallel geschaltet sein.
Ein
Ausführungsbeispiel einer Regelmaschine mit den erfindungsgemäß angeordneten und
ausgebildeten magnetischen Nebenschlüssen und unmagnetischen Beilagen ist in Fig.
1 dargestellt.
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Die Magnetpole sind dabei in an sich bekannter Weise durch einen als
magnetischen Nebenschluß wirkenden Hohlzylinder 1, 1, der sich zwischen den Polschuhen
und dem Polkern befindet, verbunden und außerdem durch unmagnetische Beilagen 1,
2 vom Joch der Erregermaschine getrennt. Der für die Spannungskonstanthaltung erforderliche
Verlauf der Magnetisierungskennlinie wird durch die erfindungsgemäße magnetische
Auslegung des magnetischen Nebenschlusses erzielt.
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Die Schaltung der Regelmaschine ist nach Fig.2 vorgenommen. Der Hauptgenerator
HG ist mit der Regelmaschine RJ-I mechanisch gekuppelt. Die Erregung des
Hauptgenerators erfolgt durch die an seinen Ankerklemmen liegende Wicklung W 1 und
durch die mit der Regelmaschine 111T in Reihe geschaltete Wicklung 1V2. Die Regelmaschine
RNI wird durch die an ihren Ankerklemmen liegende Wicklung 1h4 und durch die an
den Ankerklemmen des Hauptgenerators liegende Wicklung l15 erregt. Die magnetischen
Kennlinien der Regelmaschine R11 sind in Fig. 3 dargestellt.
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Die angewendeten Kurzzeichen bedeuten: -1 Leerlaufkennlinie der Regelmaschine
bei geringer Drehzahl.
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-2 Leerlaufkennlinie der Regelmaschine bei hoher Drehzahl.
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15,1 Strom in der Steuerwicklung W5 der Regelmaschine bei geringer
Drehzahl und unterem Grenzwert der Klemmenspannung des Gleichstromgenerators.
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1512 Strom in der Steuerwicklung W 5 der Regelmaschine bei hoher Drehzahl
und oberem Grenzwert der Klemmenspannung des Gleichstromgenerators.
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E2,1 Gegenspannung der Regelmaschine bei geringer Drehzahl.
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E2,2 Gegenspannung der Regelmaschine bei hoher Drehzahl.
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Bis zum Strom I5,1 schließen sich die Kraftlinien zum größten Teil
über den magnetischen Nebenschluß, und es wird in der Regelmaschine nur die Gegenspannung
E2,1 induziert.
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Bei niedriger Drehzahl und dem unteren Grenzwert der Klemmenspannung
des Hauptgenerators muß in der Steuerwicklung der Strom I5,1 fließen, bei dem der
Anstieg der Magnetisierungskennlinie der Regelmaschine erfolgt. Steigt der Strom
über den Wert von I5,1 an, so wird der magnetische Nebenschluß in zunehmendem :Maße
gesättigt, und die Kraftlinien verlaufen auch durch den Anker der Regelmaschine
und induzieren in ihm eine Spannung, wodurch die Feldänderung des Hauptgenerators
folgendermaßen bewirkt wird: Bei Drehzahlanstieg steigt infolge der steiler werdenden
Leerlaufkennlinie des Hauptgenerators auch dessen Klemmenspannung und damit proportional
der Strom 15 in der Steuerwicklung der Regelmaschine. Es entsteht bei geringer Zunahme
des Stromes I5 eine große Änderung der in der Regelmaschine induzierten Spannung,
die entgegen der Klemmenspannung des Hauptgenerators gerichtet ist und infolge der
Reihenschaltung des Regelmaschinenankers mit der Feldwicklung W2 des Hauptgenerators
dessen Erregung so schwächt, daß die Klemmenspannung des Hauptgenerators nur innerhalb
der zulässigen Toleranzen zunimmt. Die Regelmaschine ist vorteilhaft bis zum Strom
1.,2 zu verwenden, da bei noch größer werdendem Strom in der Steuerwicklung TfijS
Sättigung in den Polen der Regelmaschine eintritt und danach nur noch eine geringe
Änderung der Gegenspannung bei sich änderndem Strom 15 erfolgt.
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Zur Beeinflussung des Spannungsverlaufes am Hauptgenerator im Sinne
einer Spannungskonstanthaltung bei Drehzahländerungen ist in der Regelmaschine eine
zusätzliche zu- oder gegenschaltbare Wicklung W4 vorgesehen.