DE262772C

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Publication number: DE262772C
Application number: DENDAT262772D
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 262772 KLASSE 21 d. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 15. Juni 1911 ab.

Synchrone Wechselstrommaschinen normaler Bauart besitzen bei Abgabe von Belastungsströmen, insbesondere von nacheilenden Strömen, einen erheblichen Spannungsabfall, den man in großen Zentralanlagen durch besondere Kompoundierungsanordnungen oder durch Schnellregler möglichst unschädlich zu mächen sucht. Alle diese Regulierungseinrichtungen, die die Klemmenspannung der Maschine unabhängig von der Belastung konstant halten sollen, wirken auf das Erregerfeld des Generators ein. Sie verstärken es mit zunehmender Belastung unter Berücksichtigung des jeweiligen Leistungsfaktors und schwächen es bei abnehmender Last. Da die Feldstärke reguliert wird, so gebraucht der Regelungsvorgang wegen der magnetischen Trägheit des Erregerfeldes stets eine gewisse Zeit, die sich nur durch Anwendung des Tirrill-Prinzips auf ein Minimum herabdrücken läßt.

Die Forderung einer guten Spannungsregelung führt außerdem zu einer ganz bestimmten Dimensionierung der Maschine. Das Erregerfeld muß von vornherein so steif gehalten werden, daß das Ankerfeld — das Querfeld sowohl wie das Gegenfeld — nur einen geringen Bruchteil, etwa die Hälfte bis ein Drittel des Erregerfeldes ausmacht. Besonders bei schnell laufenden Maschinen mit großer Polteilung muß man aus diesem Grunde sehr viel Erregeramperewindungen aufbringen, die im Rotor viel Platz fortnehmen und für die Abmessungen der Maschine bestimmend sind.

Gemäß dieser Erfindung soll die schädliche Ankerrückwirkung nicht dadurch vermieden werden, daß man ihre Folgen durch Verstärken des Erregerfeldes beseitigt, sondern die Ankerfelder sollen durch geeignete Wicklungen auf dem Feldmagneten direkt kompensiert werden, so daß sie gar nicht auftreten können und infolgedessen auch keine nachteiligen Wirkungen ausüben können. Der Feldmagnet soll zu diesem Zwecke mit zwei Wicklungssystemen versehen sein, deren Achsen sich rechtwinklig kreuzen, und von denen das eine zur Erzeugung des Erregerfeldes dient, das andere zur Vernichtung des Ankerquerfeldes.

Es ist an sich bekannt, Feldmagnete mit zwei Wicklungen zu versehen, die unter sich um 90 ° räumlich versetzt sind. Dieses Mittel ermöglicht es nun, gemäß der vorliegenden Erfindung das Gegenfeld des Ankers, das vom wattlosen Belastüngsstrom erzeugt wird, allein durch den wattlosen Belastungsstrom wieder vernichten zu lassen und ebenso das Querfeld des Ankers, das vom Belastungswattstrom erzeugt wird, direkt von demselben Belastungswattstrom aus zu vernichten. Jeder Bestandteil des Ankerfeldes wird also hier durch seine eigene Ursache ausgelöscht, was eine besonders vollkommene Maschine in elektromagnetischer Hinsicht ergibt.

In der Zeichnung stellt z. B. e die Erregerwicklung dar, die das Hauptfeld Φ erzeugt, k die Kompensationswicklung zur Vernichtung des Ankerquerfeldes. Beide mögen sich auf

dem Rotor der zweipolig gezeichneten Maschine befinden. Sie erhalten ihre Ströme durch Schleifringe S₁ und s₂ zugeführt. Die Erregerwicklung e bekommt von einer Errege rmaschine f einen bestimmten Grundwert von Erregerstrom zugeführt, der die Feldstärke und damit die elektromotorische Kraft des Generators bestimmt. Außerdem erhält sie durch Zusatzeinrichtungen, z. B. durch einen

ίο in Serie eingeschalteten Synchronumformer u, der von einem Transformator t mit der richtigen Wechselstromphase gespeist wird, einen Zusatzstrom, der dem abgegebenen wattlosen Strom des Generators proportional ist. Durch richtige Einstellung dieses Stromes, z. B. durch Widerstände >, kann man erreichen, daß die gesamte Rückwirkung des wattlosen Stromes einschließlich der Streuung der Ankerwicklung aufgehoben wird, und daß das Feld, das die Erregerwicklung durchsetzt, konstant bleibt oder nach Maßgabe der Streuung ein wenig ansteigt.

Die Kompensationswicklung k erhält dagegen Ströme zugeführt ,· die dem abgegebenen Wattstrome des Generators proportional sind, und die so eingestellt werden, daß sie gerade das Ankerquerfeld der Maschine aufheben. Es wird sich dann senkrecht zum Erregerfeld bei beliebigen Belastungszuständen niemals ein schädliches Feld ausbilden können. Die Ströme, die in die Kompensationswicklung eingeführt werden, können ebenfalls durch einen synchronen Umformer mit Serientransformator gewonnen werden. Da ihre Phase in bezug auf die. Zusatzerregerströme um go ° versetzt ist, so kann man auch denselben Umformer zur Erzeugung von beiden Strömen benutzen, wenn man ihn in an sich bekannter Weise mit zwei Bürstensystemen ausrüstet, die gegeneinander um 90 elektrische Grade verschoben sind. Das eine Bürstensystem speist dann direkt die Kompensationswicklung, das andere speist in Serie mit einer normalen Erregerspannung die Erregerwicklung des Generators. Diese Ausführungsform ist in der Zeichnung dargestellt.

Selbstverständlich kann man auch statt der zuletzt genannten direkten Serienschaltung der Erregerspannungen einen äußeren Strom,

z. B. vom Generator f_i aus, auf eine Magnetwicklung m des Umformers wirken lassen, derart, daß die Erregerbürsten des Umformers ohne Belastungsstrom des Generators bereits eine Grundspannung erhalten. Die Einstellung der Regulierungsanordnungen kann durch eingeschaltete Widerstände, Bürstenverschiebung und äquivalente Mittel geschehen.

Die günstigste Wirkung der Wicklungen auf den Feldmagneten des Generators würde man natürlich erzielen, wenn man sie längs des Umfanges sinusförmig verteilte. Da jedoch eine derartige Wicklung schwer herzustellen ist, so kann man sich auch mit einer gleichmäßigen Verteilung begnügen, bei der z. B. die Hälfte des Umfanges von der Erregerwicklung, die andere Hälfte von der Kompensationswicklung bedeckt ist oder auch ein Drittel von der En egerwicklung und zwei Drittel von der Kompensationswicklung oder umgekehrt. Besonders gute Ausnutzung erhält man, wenn man eine normale Gleichstromwicklung mit Durchmesser- oder Sehnenschritt ausführt und diese an vier um je 90 elektrische Grade voneinander abstehenden Punkten anzapft. Die Erregerströme und Kompensationsströme lagern sich dann übereinander und besitzen beide eine günstige Raum verteilung.

Die besonderen Vorteile der beschriebenen Anordnung liegen darin, daß man nicht mehr wie bisher ein sehr steifes Feld und daher viel Erregerampere windungen anzuwenden braucht, sondern man kommt mit einer sehr geringen Zahl von Erregeramperewindungen aus, die beispielsweise nur ¹Z₃ bis ^a/₅ der Arbeitsamperewindungen zu betragen braucht. Die gesamte auf den Feldmagneten unterzubringende Kupfermenge ist daher nur das 1,2- bis 1,3 fache der Kupfermenge des Stators, während sie ohne die hier beschriebene Kompensationsanordnung das Zwei- bis Dreifache vom Statorkupfer beträgt.

Um bei Kurzschlüssen zu starkes Ansteigen der Ströme des Generators zu vermeiden, kann man die Erregermaschinen, Umformer und Transformatoren stark sättigen, so daß sie über ein gewisses Maß hinaus die Belastungsfelder des Generators nicht mehr richtig kompensieren. Es werden sich dann sehr starke Rückwirkungsfelder im Generator ausbilden, die ein Anwachsen des Stromes auf übermäßige Stärke verhindern.

Claims

Pate nt-An SPEfJc he:

1. Einrichtung zum Regeln von synchronen Wechselstromgeneratoren für Ein- oder Mehrphasenstrom, bei denen der Feldmagnet von zwei Stromverteilungen beeinflußt wird, die räumlich um 90 elektrische Grade gegeneinander versetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wicklungen des Feldmagneten durch synchrone Umformer und Transformatoren hindurch vom Wattstrom und vom wattlosen Strome des Generators durchflossen werden, so daß die eine Stromverteilung das Querfeld, die andere das Gegenfeld des Ankers vernichtet und überdies noch die Erregung liefert.

2. Einrichtung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch Verwendung eines gemeinsamen Synchron Umformers für die

beiden Feldmagnetwicklungen und Anschluß und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die

dieser an zwei Paar in an sich bekannter magnetische Achse derjenigen Bürsten des

Weise um ' 90 elektrische Grade versetze ] Umformers, die die Erregerwicklung spei-

Bürstensysteme des Umformers. ! sen, von einer zusätzlichen gleichstrom-

3. Verfahren zur Erregung des Feldes ι durchflossenen Feldwicklung auf dem Um-

von Synchronmaschinen nach Anspruch 1 j former beeinflußt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

BERLIN. GEDRUCKT IN DER REICHSDRUCKEREI.