DE276527C

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Publication number: DE276527C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- Λί "276527-KLASSE 21 d. GRUPPE

Regelung selbsterregter elektrischer Generatoren.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 3. April 1912 ab.

Bei selbsterregten Nebenschluß-Gleichstrommaschinen kann man bekanntlich die Spannung nur in ganz engen Grenzen regeln, da beim Arbeiten auf dem geraden Teil der Charakteristik, d. h. bei geringer Sättigung, die Spannung labil wird.

Die allgemeine Spannungsformel lautet bekanntlich

E = KNZ

10

—8

wobei K eine Konstante, N der gesamte Kraftfluß auf dem Umfange der Maschine, Z die Anzahl der in Reihe geschalteten Leiter des Läufers und η die Drehzahl pro Minute bedeuten. Den Wert N kann man auch durch den Ausdruck QB_1n ersetzen, wobei Q die Oberfläche und B_m die mittlere Induktion auf dieser Oberfläche bedeuten. Es ist daher auch

„

E = K.Q-B_m'Z'-^-io-\

Man hat bisher die Spannung durch gleichmäßige Änderung von B_1n in der ganzen Maschine geregelt. Da man aber bei selbsterregten Maschinen bekanntlich mit B_1n unter eine gewisse Grenze nicht gehen kann, so war auch der Regelungsbereich eng begrenzt.
Nach der Erfindung ändert man zu genanntem Zweck zwar den Gesamtfluß der Maschine, läßt aber in einem Teil derselben den Wert von B₁₁₁ über der Labilitätsgrenze bestehen. Dadurch erhält die ganze Maschine, selbst bei schwachem Gesamtflusse, eine vollkommen ausreichende Stabilität.

Fig. ι stellt beispielsweise eine sechspolige Nebenschlußmaschine mit den Polen n_v n₂, n₃, s_v S₈, s_a dar. Die normale Spannung sei bei-40

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spielsweise 300 Volt und die Charakteristik bei Erregung sämtlicher sechs Pole die Kurve a in Fig. 2. Die Maschine ist bei etwa 300 Volt entsprechend Punkt m stabil. Wird der Widerstand im Feldstromkreis zwecks Regelung vergrößert, derart, daß er etwa nach der Linie o-n verläuft, so wird die Spannung labil (etwa bei 250 Volt).

Erfindungsgemäß wird nun nicht durch Vorschalten eines Widerstandes im Feldstromkreis geregelt, sondern durch allmähliches Abschalten, z. B. durch Kurzschließen eines oder mehrerer Polpaare. Die Kurve b in Fig. 2 stellt beispielsweise die Charakteristik bei Erregung von nur zwei Polen dar, beispielsweise entsprechend einer Spannung von 100 Volt. Die Pole werden paarweise hintereinandergeschaltet, wobei jedes Paar aus einem Nord- und einem Südpol besteht, die zweckmäßig sich diametral gegenüberstehen. Durch allmähliches Kurzschließen von n_v S₁, n_z, s₂, beispielsweise durch den Widerstand W erhält man jede beliebige Spannung zwischen 300 und 100 Volt (Fig. 3). Bei 100 Volt arbeitet die Maschine vollständig gesättigt, da die einzig wirksamen Pole n₃, S₃ voll erregt sind, so daß man die Pole n_v S₁, n₂, S₂ auch voll-, ständig abschalten kann, beispielsweise durch einen Schalter a. Man kann dann die Spannung durch den Widerstand W, der gegebenenfalls auch Eisenwiderstände enthalten kann, weiter vermindern. Man kann durch die Ver-Wendung der Eisenwiderstände auf 20 bis 30 Volt hinunterregeln. Je mehr Polpaare die Maschine besitzt, desto mehr kann die Spannung verringert werden.

Statt vier Pole gleichzeitig kurzzuschließen, kann man zuerst nur zwei Pole, beispiels-

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weise durch den punktiert gezeichneten Kontakt k_a (Fig. 3), und dann erst die Pole n₂. s_z durch den Kontakt A₁ kurzschließen.

In Fig. 3 wird der Widerstand W nur mit einem Ende an die Maschine angeschlossen. Man kann nach Fig. 3 a den Widerstand mit dem anderen Ende an die andere Klemme der Maschine schließen und erhält dann den Vorteil, daß die Stromschwankung in den jeweils nicht geshunteten Teilen der Erregerwicklung geringer ist als in der Schaltung nach Fig. 3. Man kann ferner mit ein und demselben Hebel U₁ einmal zwei und das andere Mal vier Pole kurzschließen. Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, in dem Mittelleiter I noch einen Widerstand, gegebenenfalls mit veränderlichen Widerstandskoeffizienten (Eisen) einzuschalten.

Man kann den Kontakt k, da er nur einen Teil des Erregerstromes führt (Fig. 3 und 3 a), in bekannter Weise in Abhängigkeit von der Spannung oder dem Strom oder auch der Leistung der Maschine sich selbsttätig verstellen lassen und erreicht damit eine selbsttätige Kompoundierung der Maschine bzw. der Anlage auf konstante Spannung, Strom oder Leistung.

Man kann auch, wie beispielsweise bei Tirrillregler, den Kontakt um eine bestimmte Mittellage schwingen lassen. Durch Änderung der Mittellage ändert sich die gesamte Erregung der Maschine. Diese Änderung der Mittellage kann von Hand oder selbsttätig in Abhängigkeit von Spannung, Strom oder Leistung der Maschine bewirkt werden.

Die im obigen beschriebene Regelungsweise eignet sich für Maschinen mit beliebiger Läuferanordnung (Reihen-, Reihenparallel-, Schleifen- und Spiraiwicklung).

Anstatt einzelne Pole abzuschalten bzw. zu schwächen, kann man bei einzelnen oder sämtlichen Polen einen Teil des Poles schwächen, den anderen Teil aber stark gesättigt bzw. weniger geschwächt halten. Zu diesem Zweck wird man am besten die Pole etwa nach Fig. 4 unterteilen. Jeder Pol besteht beispielsweise nach Fig. 5 aus zwei Teilen, einem inneren Teil W₁ und einem äußeren w₂. Es werden dann aus allen Teilen W₁ eine Gruppe und aus allen Teilen W₂ eine weitere Gruppe gebildet. Die Gruppen werden in Reihe geschaltet und eine der Gruppen, beispielsweise w₂, zweckmäßigerweise allmählich durch den Widerstand W kurzgeschlossen.

Auch für die Reihengeneratoren ist die Erfindung von Wichtigkeit. Beispielsweise kann man bei Arbeitsübertragung durch einen Reihensatz (d. h. die Verbindung eines Reihengenerators mit einem Reihenmotor) durch die übliche Nebenschließung der Erregerwicklung das Feld nicht unter einer gewissen Grenze schwächen, da sonst Pendelungen auftreten. Schwächt man aber das Feld in der oben beschriebenen Weise, so kann man den Reihensatz in weiten Grenzen regeln, ohne daß dabei Pendelungen auftreten.

Die Erfindung kann auch für Wechselstrom-Kollektormotoren verwendet werden.

Statt sämtliche' Pole in Reihe zu schalten, kann man sie auch paarweise in Reihe und alle oder einen Teil derselben parallel schalten (Fig. 6).

Ferner kann man, statt die einzelnen Polpaare kurzzuschließen, diese auch teilweise gegeneinander schalten.

Bei Verwendung der beschriebenen Regelungsweise bei einer Maschine mit Schleifenwicklung auf dem Läufer kann man zweckmäßig beim Abschalten der Pole auch die entsprechenden Bürsten und die entsprechenden Teile der etwa vorhandenen Kompensationswicklung (bzw. Ständer-Arbeitswicklung bei Wechselstrommaschinen) abschalten.

Für die Stabilisierung der Maschine kommt es im wesentlichen darauf an, daß bei der Schwächung des Gesamtfeldes mindestens in einem Teil der Maschine die Sättigung über die Labilitätsgrenze liegt. Dann wird die Selbsterregung der ganzen Maschine stabil.

Aus Gründen eines ruhigen und funkenlosen Ganges wird man die Stellen schwacher und starker Sättigung symmetrisch anordnen.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Regelung selbsterregter elektrischer Generatoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Flächen, in denen das Feld oder die Felder erzeugt werden, so geregelt wird, daß die mittlere Induktion auch bei schwachem Gesamtfelde über der Labilitätsgrenze bleibt.

2. Regelung nach Anspruch 1 bei mehrpoligen Maschinen, gekennzeichnet durch allmähliches Abschalten, z. B. Kurzschlie- _1Or ßen eines oder mehrerer Polpaare.

3. Regelung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kurzgeschlossenen Polpaare abgeschaltet und die übrigbleibenden Polpaare mittels des zum Abschalten der ersten Polpaare dienenden Parallelwiderstandes in Reihe geregelt werden.

4. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen der einzelnen Pole unterteilt sind und gruppen- _1Xg weise abgeschaltet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.