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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

'-.JHi 269149-KLASSE 21 d. GRUPPE'-.JHi 269149-CLASS 21 d. GROUP

Patentiert im Deutschen Reiche vom 4. Februar 1912 ab.Patented in the German Empire on February 4, 1912.

Wenn sich die Stärke eines magnetischen Feldes ändert, entstehen bekanntlich in den mit dem Felde induktiv verbundenen, elektrischen Stromkreisen elektromagnetische Kräfte, die der Änderung der Feldstärke pro Zeiteinheit proportional und so gerichtet sind, daß sie der Änderung des Feldes entgegenwirken. Eine bekannte Folge davon ist, daß immer eine gewisse Zeit für das Entstehen und Ver-When the strength of a magnetic field changes, it is known that the electrical circuits inductively connected to the field electromagnetic forces, which are proportional to the change in field strength per unit of time and are directed so that they counteract the change in the field. A well-known consequence of this is that always a certain time for the emergence and

schwinden oder überhaupt für die Änderung der Stärke eines magnetischen Feldes erforderlich ist. Bei elektrischen Maschinen, besonders bei Gleichstromerzeugern für umsteuer- -bare Motoren nach dem System Leonard und ähnlichen Systemen sowie bei größeren Wechselstromerzeugern führt diese Erscheinung zu mancherlei Ubelständen. Bei umsteuerbaren Gleichstrommotoren, z. B. für Walzwerkantrieb, ist es erforderlich, schnelle Änderungen in der Drehzahl und schnelle Umsteuerungen herbeizuführen, was bei den genannten Systemen eine schnelle Änderung der Spannung des Stromerzeugers durch entsprechende Änderung seines Feldes bzw. seines Feldstromes erforderlich macht. Die Selbstinduktion der Feldwicklung des Stromerzeugers ist aber einer solchen Wirkung sehr hinderlich. Bei größeren Wechselstromerzeugern entsteht bei Kurzschlüssen ein plötzlicher Stromstoß, weil das Feld nicht genügend schnell verschwinden kann, und ferner ist im allgemeinen eine zu lange Zeit erforderlich, um die Stärke des Feldstromes zu ändern, was die Aufrechter-35 waning or is required at all to change the strength of a magnetic field. In electrical machines, especially in direct current generators for reversible motors according to the Leonard system and similar systems, as well as in larger alternating current generators, this phenomenon leads to various inconveniences. In reversible DC motors, e.g. B. for rolling mill drive, it is necessary to bring about rapid changes in the speed and rapid reversals, which makes a rapid change in the voltage of the power generator required in the systems mentioned by changing its field or its field current accordingly. However, the self-induction of the field winding of the power generator is very obstructive to such an effect. For larger alternators in short-circuit a sudden surge arises because the field can not sufficiently quickly disappear, and furthermore too long a time is generally necessary to change the strength of the field current, which the Aufrechter- 35

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haltung einer konstanten Spannung bei Belastungsschwankungen erschwert.It is difficult to maintain a constant voltage in the event of load fluctuations.

Es wird bezweckt, bei solchen Anlagen eine schnellere Änderung des magnetischen Hauptfeldes elektrischer Maschinen herbeizuführen, als dies bei den üblichen Einrichtungen möglich ist. Es soll hierdurch eine schnellere Spannungsänderung und Spannungsregelung wie sonst, sowie eine Abschwächung des Stromstoßes bei Kurzschlüssen und Einschaltungen ermöglicht werden.The aim of such systems is a faster change in the main magnetic field to bring about electrical machines than is possible with the usual facilities is. The aim is to achieve a faster voltage change and voltage regulation than usual, as well as a weakening of the Current surge can be made possible in the event of short circuits and switch-ons.

Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß in dem zu ändernden magnetischen Felde außer der Erregerwicklung bzw. außer den Erregerwicklungen eine Hilfswicklung angebracht ist, in der ein von der Feldänderung pro Zeiteinheit abhängiger Strom induziert wird, der zur Erregung einer oder mehrerer dynamoelektrischer Maschinen dient, die unmittelbar oder mittelbar an Stromkreise (Erregerwicklungen) angeschlossen sind, die in magnetischer Verbindung mit dem zu ändernden magnetischen Felde stehen.The invention consists essentially in the fact that in the magnetic field to be changed in addition to the field winding or apart from the field windings, an auxiliary winding is attached is, in which a current dependent on the field change per unit of time is induced, which is used to excite one or more dynamo-electric machines that are directly or indirectly connected to electrical circuits (excitation windings) are connected, which are in magnetic connection with the magnetic field to be changed.

Auf der Zeichnung sind in denThe drawing shows the

Fig. ι bis 7 verschiedene Ausführungsformen der Erfindung schematisch dargestellt.Fig. Ι to 7 different embodiments of the invention are shown schematically.

Fig. 8 zeigt den umlaufenden Feldmagneten einer dynamoelektrischen Maschine, der mit Feld- und Hilfswiridungen gemäß der Erfindung versehen ist.Fig. 8 shows the rotating field magnet of a dynamo-electric machine, which with Field and auxiliary swirls are provided according to the invention.

Fig. 9 zeigt einen ähnlichen, ruhenden FeIdmagneten einer dynamoelektrischen Maschine.9 shows a similar, stationary field magnet of a dynamoelectric machine.

Die Fig. 8 und 9 sind in Verbindung mit denFigs. 8 and 9 are in conjunction with the

Fig. ι bis 7 zu denken und stellen Ausführungsformen des dort gezeigten Feldes F dar. In Fig. ι bezeichnet F das magnetische Feld einer dynamoelektrischen Maschine, das infolge Schwankungen des das Feld erregenden Stromes oder infolge Änderung der Stärke des Ankerstromes oder bei Wechselstrommaschinen auch infolge Änderungen der Phasenverschiebung des Stromes Veränderungen ausgesetzt sein kann. L₁ bezeichnet eine das Feld F erregende Wicklung, die von einer Gleichstrommaschine M gespeist wird. Die Maschine M ist in Fig. ι mit einer gesondert gespeisten Feldwicklung f versehen, sie kann aber statt dessen eine gewöhnliche Reihenoder Nebenschlußerregung aufweisen. L₂ bezeichnet eine in dem Felde F angeordnete Hilfswicklung, in der wie in der Hauptwicklung L₁ bei jeder Änderung der Stärke des magnetischen Flusses eine Spannung induziert wird, die der Änderung der Feldstärke pro Zeiteinheit proportional ist. Diese Spannung bzw. der ihr proportionale, in dem Stromkreise der Wicklung L₂ erzeugte Strom wird zur Speisung einer Hilfsfeldwicklung /\ der Gleichstrommaschine M verwendet, zwischen deren Polklemmen somit eine zusätzliche Spannung (positiv oder negativ je nach der Stromrichtung in der Wicklung f₁ gegenüber der Stromrichtung in der Hauptwicklung f) entsteht, die gleichfalls der Änderung des magnetischen Feldes F pro Zeiteinheit etwa proportional ist. Die Wicklung f_x ist z. B. so gegen die Wicklung L₂ geschaltet, daß die von dem Strome in f₁ verursachte zusätzliche Spannung der Maschine M der infolge der Änderung des Feldes F in der Hauptwicklung L₁ induzierten Spannung entgegengesetzt gerichtet ist. Durch entsprechende Wahl der Windungszahl der Wicklung L₂ und des Umsatzverhältnisses der Gleichstrommaschine M können diese Spannungen eine solche Größe erhalten, daß sie einander ganz oder teilweise aufheben, woraus folgt, daß der magnetische Fluß des Feldes F praktisch augenblicklich von einem Wert in einen anderen verändert werden kann.Fig. Ι to 7 to think and represent embodiments of the field F shown there. In Fig. Ι F denotes the magnetic field of a dynamoelectric machine, which as a result of fluctuations in the current exciting the field or as a result of changes in the strength of the armature current or in AC machines as a result Changes in the phase shift of the current can be exposed to changes. L ₁ denotes a winding which excites the field F and is fed by a DC machine M. The machine M is provided in Fig. 1 with a separately fed field winding f , but it can instead have a normal series or shunt excitation. L ₂ denotes an auxiliary winding arranged in the field F , in which, as in the main winding L _1, with each change in the strength of the magnetic flux, a voltage is induced which is proportional to the change in the field strength per unit of time. This voltage or the proportional current generated in the circuit of the winding L ₂ is used to feed an auxiliary field winding / \ of the DC machine M, between its pole terminals thus an additional voltage (positive or negative depending on the current direction in the winding f ₁ opposite the direction of current in the main winding f) , which is also approximately proportional to the change in the magnetic field F per unit of time. The winding f _x is z. B. so switched against the winding L ₂ that the additional voltage of the machine M caused by the current in f _{1 is} opposite to the voltage induced in the main winding L ₁ as a result of the change in the field F. By appropriate choice of the number of turns of the winding L ₂ and the conversion ratio of the direct current machine M, these voltages can be given such a magnitude that they cancel each other completely or partially, from which it follows that the magnetic flux of the field F changes practically instantaneously from one value to another can be.

Die Einrichtung kann auch so ausgeführt werden, daß die Hilfswicklung L₂ in Reihe mit der Feldwicklung f der Gleichstrommaschine M geschaltet wird. Diese Ausführungsform ist in Fig. 2 dargestellt. Die Wicklung f wird in diesem Falle von einer besonderen Stromquelle gespeist, sie kann aber auch in Nebenschluß zu den Polklemmen der Maschine M liegen. Die Wirkungsweise der Einrichtung nach Fig. 2 ist im wesentlichen dieselbe wie die der Anordnung nach Fig. 1.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 liegt eine besondere Gleichstrommaschine M₁ in Reihe mit der Erregermaschine M und der das Feld F erregenden Wicklung L₁. Die Feldwicklung f₂ der Maschine M₁ ist in. Reihe mit der Hilfswicklung L₂ geschaltet. Wenn das Feld F seine Stärke ändert, erhält daher die Wicklung f.₂ einen etwa der Änderung pro Zeiteinheit proportionalen Strom. Zwischen den Polklemmen der Maschine M₁ entsteht aus diesem Grunde eine zusätzliche Spannung, die ganz oder teilweise die infolge der Feldänderung in der Wicklung L₁ induzierte Spannung aufhebt.The device can also be designed so that the auxiliary winding L _{2 is connected} in series with the field winding f of the DC machine M. This embodiment is shown in FIG. In this case, the winding f is fed by a special power source, but it can also be shunted to the pole terminals of the machine M. The mode of operation of the device according to FIG. 2 is essentially the same as that of the arrangement according to FIG. 1.
In the embodiment according to FIG. 3, a special DC machine M _{1 is connected} in series with the excitation machine M and the winding L ₁ which excites the field F. The field winding f _{2 of} the machine M ₁ is connected in series with the auxiliary winding L ₂ . When the field F changes its strength, therefore, the winding gets f. _{2 is} a like change per unit time proportional current. For this reason, an additional voltage arises between the pole terminals of the machine M ₁ , which completely or partially cancels the voltage induced in the winding L _{1 as a result of the field change.}

Die Ausführungsform nach Fig. 4 unterscheidet sich von der in Fig. 3 dargestellten hauptsächlich nur dadurch, daß die Feldwicklung f₂ der Maschine M₁ nicht unmittelbar an die Hilfswicklung L₂, sondern an die Polklemmen einer Gleichstrommaschine M₂ angeschlossen ist, deren Feldwicklung f_z mit der Hilfswicklung L₂ verbunden ist. Die Wirkungsweise ist im wesentlichen dieselbe wie bei der Einrichtung nach Fig. 3.The embodiment of Fig. 4 differs from that shown in Fig. 3 mainly only in that the field winding f _{2 of} the machine M _{1 is} not directly connected to the auxiliary winding L ₂ , but to the pole terminals of a DC machine M ₂ , the field winding f _{z is} connected to the auxiliary winding L ₂ . The mode of operation is essentially the same as in the case of the device according to FIG. 3.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist die Gleichstrommaschine M₁ mit der Feldwicklung f der Erregermaschine M in Reihe geschaltet, während sie bei der Ausführungsform nach Fig. 6 eine Hilfsfeldwicklung f₁ der Erregermaschine M speist. In beiden Fällen erhält die Feldwicklung f₂ der Maschine M₁ Strom von der Hilfswicklung L₂, so daß die Maschine M₁ auf die Änderung des Feldes durch den Einfluß, den sie auf die Spannung der Maschine M hat, eine beschleunigende Wirkung ausüben kann.In the embodiment according to FIG. 5, the direct current machine M _{1 is} connected in series with the field winding f of the excitation machine M , while in the embodiment according to FIG. 6 it feeds an auxiliary field winding f _{1 of} the excitation machine M. In both cases, the field winding f _{2 of} the machine M ₁ receives current from the auxiliary winding L ₂ , so that the machine M ₁ can exert an accelerating effect on the change in the field due to the influence it has on the voltage of the machine M.

Um die besondere Wirkung der Gleichstrommaschine M₁ bzw. M₂ weiter zu verstärken, kann man sie außer mit der an die Hilfswicklung L₂ des Hauptfeldes geschalteten Feldwicklung f₂ bzw. f_s noch mit einer zweiten Feldwicklung versehen, die in Neben-Schluß zu den eigenen Polklemmen der Maschine geschaltet wird, und deren Widerstand so hoch bemessen ist, daß die Maschine keine Spannung liefert, sofern nicht die Wicklung L₂ Strom in der einen oder anderen Richtung führt und dadurch eine genügende zusätzliche Erregung bewirkt. Fig. 7 stellt eine solche in Nebenschluß geschaltete Hilfsfeldwicklung f₄ bei einer Schaltung nach Fig. 5 dar. Eine solche Wicklung kann gleichfalls an der Ma- n₀ schine M₁ oder M₂ bei den Ausführungsfbrmen nach Fig. 3, 4 und 6 angeordnet werden. To the special effect of the DC machine M ₁ and M ₂ to further strengthen, they can not only with the at the auxiliary winding L ₂ of the main field-connected field winding f ₂ or f _s still having a second field winding is provided which in addition to-end to the machine's own pole terminals, and its resistance is so high that the machine does not supply any voltage, unless the winding L ₂ carries current in one direction or the other and thereby causes sufficient additional excitation. Fig. 7 illustrates such connected in shunt auxiliary field winding f ₄ in a circuit shown in FIG. 5. Such a winding can likewise at the ma- n ₀ machine M ₁ or M ₂ in the Ausführungsfbrmen according to Fig. 3, 4 and 6 are arranged will.

Die Fig. 8 und 9 zeigen, wie die Wicklungen L₁ und L₂ auf dem Feldkern einer vierpoligen dynamoelektrischen Maschine mit umlaufendem oder stillstehendem Feldmagneten angeordnet werden können.8 and 9 show how the windings L ₁ and L _{2 can be arranged} on the field core of a four-pole dynamoelectric machine with a rotating or stationary field magnet.

Damit die beschriebenen Einrichtungen die angestrebte Wirkung ausüben können, ist es Voraussetzung, daß man die Rückwirkung der Hilfswicklung L₂ auf das Hauptfeld F ver-In order for the devices described to be able to exert the desired effect, it is a prerequisite that the reaction of the auxiliary winding L ₂ on the main field F is

nachlässigen kann, daß die Zeitkonstanten der Gleichstrommaschinen gegenüber denjenigen des Hauptstromkreises klein sind, sowie daß die Gleichstrommaschinen in mechanischer und elektrischer Hinsicht genügend kräftig sind, um den erforderlichen Magnetisierungseffekt transformieren zu können.can neglect that the time constants of the DC machines compared to those of the main circuit are small, as well as that the DC machines in mechanical and electrical aspects are strong enough to achieve the required magnetization effect to be able to transform.

Wenn man den Strom aus der Hilfswicklung L₂ entgegengesetzt zu der oben angenommenen Richtung wirken läßt, kann man bei sämtlichen Ausführungsformen eine Verzögerung in den Änderungen der Feldstärke herbeiführen. If the current from the auxiliary winding L ₂ is allowed to act in the opposite direction to the direction assumed above, a delay in the changes in the field strength can be brought about in all embodiments.

Claims

Patent Claims:

i. Device for accelerating or decelerating the changes in the magnetic field of a dynamo-electric machine, characterized in that the machine, in addition to the usual main excitation (L ₁ ) created by one or more field windings, also has an auxiliary field winding (L ₂ ) which only occurs when the strength changes of the main field carries current, namely induction current, and that this current is used to excite one or more dynamo machines, the instantaneous voltages of which are generated directly or indirectly counter to or connected to the instantaneous voltages induced by the changes in the field strength in the main excitation circuit.

2. Device according to claim 1 for a dynamo machine whose field winding (L ₁ ) is fed with direct current from an exciter (M) , characterized in that the auxiliary field winding (L ₂ ) of the dynamoelectric machine in series with the usual field winding (f, Fig . 2) or with a special field winding Qf ₁ , FIG. 1) of the exciter machine (M) .

3. Device according to claim 1, characterized in that the auxiliary field winding (L ₂ ) is connected in series with the field winding (f ₂ ) or a special field winding of a DC machine (M ₁ ) , which in turn is in series with the exciter (M, Fig. 3) or with the usual field winding (f, Fig. 5) or with a special field winding (/ "j, Fig. 6) of the exciter.

4. Device according to claim 1, characterized in that the auxiliary field winding (L ₂ ) is connected in series with the usual field winding (f ₃ ) or with a special field winding of a DC machine (M ₂ ) , which in turn is connected in series with the usual field winding ( f ₂ ) or with a special field winding of a DC machine (M ₁ ) connected in series with the exciter (M) (Fig. 4).

1 sheet of drawings.