DE278413C

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Publication number: DE278413C
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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

- JVl 278413 KLASSE 21 d, GRUPPE- JVl 278413 CLASS 21 d, GROUP

FRIED. KRUPP AKT-GES. in ESSEN, Ruhr.FRIED. KRUPP ACT-GES. in ESSEN, Ruhr.

einer Hilfsspannungsquelle.an auxiliary voltage source.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 12. Januar 1913 ab.Patented in the German Empire on January 12, 1913.

Die Erfindung bezieht sich auf Anordnungen zur selbsttätigen Spannungsregelung yon Dynamomaschinen, bei denen die Spannungsregelung unter Benutzung einer Hilfsspannungsquelle erfolgt. Diese ist mit der zu regelnden Dynamomaschine über eine Hilfserregerwicklung gleichpolig verbunden, welche nur bei Abweichungen der zu regelnden Spannung von ihrem normalen Werte von einemThe invention relates to arrangements for automatic voltage regulation yon Dynamo machines, in which the voltage regulation using an auxiliary voltage source he follows. This is connected to the dynamo to be controlled via an auxiliary excitation winding homopolar connected, which only when the voltage to be regulated deviates from its normal values of a

ίο Ausgleichstrome durchflossen wird. Die Erfindung bezweckt, eine Anordnung dieser Art zu schaffen, die auch dann eine rasch wirkende Regelung und eine sehr genaue Einhaltung des normalen Spannungswertes ermöglicht, wenn zur Herstellung der Hilfsspannung, Spannungsquellen, wie Sammlerbatterien o. dgl., die selbständig eine unveränderliche Spannung liefern, nicht zur Verfügung stehen, wie es z. B. auf Schiffen häufig der Fall ist.ίο equalizing currents flow through. The invention aims to create an arrangement of this type, which then also works quickly Control and a very precise maintenance of the normal voltage value possible, if to produce the auxiliary voltage, voltage sources such as collector batteries or the like, which independently supply a constant voltage, are not available as it is z. B. is often the case on ships.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes erläutert, und zwar zeigtAn exemplary embodiment of the subject matter of the invention is explained in the drawing, namely shows

Fig. ι eine schematische Darstellung der Anordnung undFig. Ι a schematic representation of the arrangement and

Fig. 2 ein zur Erläuterung der Wirkungsweise dienendes Diagramm.2 shows a diagram used to explain the mode of operation.

A bezeichnet den Anker der zu regelnden, als Nebenschlußgenerator gedachten Dynamomaschine und a¹ eine Hilfserregerwicklung, die entweder auf dem Magnetgestelle des Generators selbst oder auf dem einer besonderen Erregermaschine angeordnet sein kann. Auf der Zeichnung ist der Einfachheit halber angenommen, daß die Wicklung a¹ auf dem Magnetgestell des Generators selbst sitzt. Die Wicklung a¹ wird durch einen kleinen konstant (beispielsweise durch permanente Magnete) erregten Hilfsgenerator B gespeist, der über die Wicklung a¹ gleichpolig mit den Klemmen des Generators A verbunden ist. Die Wicklung a¹ ist in solchem Sinne gewunden, daß ein in dem. Erregerstromkreise BAa¹ von der positiven Klemme des Hilfsgenerators B nach der positiven Klemme des Hauptgenerators A fließender Strom eine Ver-Stärkung des Feldes des Hauptgenerators bewirkt. Zum Antriebe des Generators B dient ein Nebenschlußmotor C, der an die Klemmen des Hauptgenerators A angeschlossen ist. Die gemeinsame Welle D des Motors C und des Generators B trägt ein Schwungrad E. Die Verhältnisse sind so gewählt, daß der Generator B bei der Umlaufszahl, die der Motor C bei der normalen Spannung der Maschine A besitzt, eine Spannung liefert, die gleich der normalen Spannung des Hauptgenerators A ist. A denotes the armature of the dynamo to be regulated, imagined as a shunt generator, and a ¹ denotes an auxiliary excitation winding, which can be arranged either on the magnet frame of the generator itself or on that of a special excitation machine. In the drawing, for the sake of simplicity, it is assumed that the winding a ¹ sits on the magnet frame of the generator itself. The winding a ¹ is fed by a small auxiliary generator B which is constantly excited (for example by permanent magnets) and which is connected to the terminals of the generator A with the same polarity via the winding a ¹ . The winding a ¹ is wound in such a way that one in the. Excitation circuits BAa ¹ from the positive terminal of the auxiliary generator B to the positive terminal of the main generator A current flowing a reinforcement of the field of the main generator. A shunt motor C, which is connected to the terminals of the main generator A , is used to drive the generator B. The common shaft D of the motor C and the generator B carries a flywheel E. The ratios are chosen so that the generator B delivers a voltage at the number of revolutions that the motor C has at the normal voltage of the machine A , which is equal to that normal voltage of the main generator A.

Die beschriebene Schaltung wirkt wie folgt: Solange die Klemmenspannung E_a des Hauptgenerators A ihren normalen Wert besitzt und infolgedessen die Klemmenspannung Et des Hilfsgenerators B den gleichen Wert hat, bleibt infolge der gleichpoligen Verbindung der Generatoren B und A die Wicklung a¹ stromlos. Sobald aber die geringste Abweichung zwischen den Spannungen E_a und E_b auftritt, wird die Wicklung a¹ von einem Ausgleichstrome durchflossen, der im SinneThe circuit described works as follows: As long as the terminal voltage E _{a of} the main generator A has its normal value and consequently the terminal voltage Et of the auxiliary generator B has the same value, the winding a ¹ remains de-energized due to the homopolar connection of the generators B and A. But as soon as the slightest deviation between the voltages E _a and E _b occurs, a compensating current flows through the winding a ¹ , which in the sense

einer Beseitigung des Unterschiedes der Spannungen E_a und E/, wirkt. Sinkt z. B. infolge einer plötzlichen Belastungssteigerung die Spannung E_a, so behält die Spannung Ei, zunächst ihren normalen Wert bei, da die Umlaufszahl des Generators B infolge der Wirkung des Schwungrades E zunächst praktisch ungeändert bleibt. Es entsteht daher in dem Erregerstromkreise BAa¹ sofort ein Ausgleichstrom, der die Erregerwicklung a¹ in einem solchen Sinne durchfließt, daß er eine Steigerung der Feldstärke und mithin auch der Spannung des Generators A bewirkt. Es setzt also unmittelbar nach Eintritt der Störung, welche die Verminderung der Spannung des Generators bewirkt, eine dieser Verminderung entgegenwirkende Regelung ein. Ist die Störung nur von kurzer Dauer, so kommt es gar nicht zu einer merkbaren Änderung der Umlaufszahl des Generators B, und es tritt daher nach dem Aufhören der Störung sehr rasch wieder der Normalzustand ein. In genau entsprechender Weise spielt sich der Vorgang ab, wenn es sich um eine Störung handelt, die im Sinne einer Steigerung der Spannung E_a wirkt.an elimination of the difference between the voltages E _a and E /, acts. Z. B. as a result of a sudden increase in load the voltage E _a , the voltage Ei initially retains its normal value, since the number of revolutions of the generator B remains practically unchanged due to the action of the flywheel E. An equalizing current therefore immediately arises in the excitation circuit BAa ¹ , which flows through the excitation winding a ¹ in such a way that it causes an increase in the field strength and consequently also the voltage of the generator A. Immediately after the occurrence of the disturbance which causes the reduction in the voltage of the generator, a regulation counteracting this reduction begins. If the disturbance is only of short duration, there is no noticeable change in the number of revolutions of the generator B, and the normal state therefore occurs again very quickly after the disturbance has ceased. The process takes place in exactly the same way if it is a question of a disturbance which acts in the sense of an increase in the voltage E _a .

Treten Störungen von längerer Dauer ein, so vermag das Schwungrad E nicht mehr die Umlaufszahl des Generators B praktisch konstant zu halten. Die Vorgänge, die sich in diesem Falle abspielen, sollen an Hand des in Fig. 2 dargestellten Diagramms erläutert werden. In diesem bezeichnet die Linie ο α die auf die gemeinschaftliche Umlaufszahl η des Motors C und des Generators B bezogene Spannungscharakteristik [E _a = f (n)] des Generators A, und die Linie 0 b die ebenfalls auf die Umlaufszahl η bezogene Spannungscharakteristik \E_b = φ (η)] des Generators B. If disturbances of a longer duration occur, the flywheel E can no longer keep the number of revolutions of the generator B practically constant. The processes that take place in this case are to be explained using the diagram shown in FIG. 2. In this, the line ο α denotes the voltage characteristic [E _a = f (n)] of the generator A related to the common number of revolutions η of the motor C and the generator B , and the line 0 b the voltage characteristic \ E, which is also related to the number of revolutions η _b = φ (η)] of generator B.

Die Charakteristik 0 b ist, da der Generator B konstant erregt ist, eine Gerade, die Charakteristik 0 a, da der Motor C ein Nebenschlußmotor ist, eine nach der Abszissenachse konvex gekrümmte Kurve. Die Abszisse ö~c des Schnittpunktes d der beiden Charakteristiken stellt die im Normalzustande vorhandene Umlaufszahl η dar, bei der die durch die Ordinate T~d dargestellte normale Spannung des Generators A den gleichen Wert wie die Spannung des Generators B besitzt.The characteristic 0 b is, since the generator B is constantly excited, a straight line, the characteristic 0 a, since the motor C is a shunt motor, a curve convexly curved along the abscissa axis. The abscissa ö ~ c of the intersection d of the two characteristics represents the rotational number η present in the normal state, at which the normal voltage of the generator A represented by the ordinate T ~ d has the same value as the voltage of the generator B.

Es soll nun angenommen werden, daß eine Störung eintritt, die bei ausgeschalteter Erregerwicklung α¹ eine Verminderung der Span-/ nung E_a auf den Wert T~e bewirken würde.It should now be assumed that a fault occurs which, with the excitation winding α ¹ switched off, would cause the voltage E _a to be reduced to the value T ~ e.

Die Umlaufszahl η würde sich dann auf einen Wert vermindern, der durch die Abszisse ~ö~f desjenigen Punktes g der Charakteristik ο α dargestellt wird, dessen Ordinate gleich ITe ist. Die Spannung Ei, würde den Wert γΐι annehmen. Dieser Wert ist infolge des UmStandes, daß die Charakteristik ο α nach der Abszissenachse hin konvex ist, größer als der Wert J~g, auf den die Spannung E_a gesunken ist. Es wird daher, wenn man jetzt der Wirklichkeit entsprechend annimmt, daß die Erregerwicklung a¹ eingeschaltet ist, in dieser ein Ausgleichstrom entstehen, der auf eine Erhöhung des Wertes von E_a hinwirkt. Bei längerer Dauer der Störung tritt nun ein Gleichgewichtszustand ein, zu dem die Umlaufszahl η = TTT und die Spannungen E_a = T~k und Eb = Tm gehören mögen. Für den Gleichgewichtszustand muß nun der Spannungsunterschied Eb — E_a = IrTTi gerade so groß sein, daß er in der Wicklung a¹ einen Strom erzeugt, der den Spannungszuwachs TTTi = TTs — T~g, den der Generator A erhalten hat, hervorzubringen vermag. Man kann nun in erster Annäherung annehmen, daß der Spannungszuwachs TTTi dem Erregerstrome und daher auch dem Spannungsunterschiede TrTk porportional ist. Die Werte TTTTt und TTn stehen dann in einem festen Verhältnisse, das durch die magnetische Charakteristik der Erregerwicklung a¹ bestimmt ist. Man kann daher, wie ohne weiteres klar ist, den Punkt k als Schnittpunkt der Charakteristik ο α und einer Geraden bestimmen, die den Punkt -p, in dem die Gerade eng die Gerade TTT> schneidet, mit einem Punkte q verbindet, der die Strecke ^Te in dem erwähnten festen Verhältnisse teilt.The rotation number η would then decrease to a value which is represented by the abscissa ~ ö ~ f of that point g of the characteristic ο α whose ordinate is equal to ITe . The voltage Ei would assume the value γΐι. Due to the fact that the characteristic ο α is convex towards the abscissa axis, this value is greater than the value J ~ g to which the voltage E _{a has} decreased. Therefore, if one now assumes according to reality that the excitation winding a ^{1 is} switched on, a compensating current will arise in it, which works towards an increase in the value of E _a . If the disturbance lasts for a longer period, a state of equilibrium occurs, to which the number of revolutions η = TTT and the voltages E _a = T ~ k and Eb = Tm may belong. For the state of equilibrium, the voltage difference Eb - E _a = IrTTi must be just large enough that it generates a current in winding a ^{1 which is} able to produce the voltage increase TTTi = TTs - T ~ g that generator A has received. As a first approximation, one can now assume that the voltage increase TTTi is proportional to the excitation current and therefore also to the voltage difference TrTk. The values TTTTt and TTn are then in a fixed ratio, which is determined by the magnetic characteristics of the excitation winding a ¹ . One can therefore, as is immediately clear, determine the point k as the intersection of the characteristic ο α and a straight line that connects the point -p, at which the straight line closely intersects the straight line TTT> , with a point q that connects the segment ^ Te divides in the fixed proportions mentioned.

Wie unmittelbar aus dem Diagramm zu ersehen ist, wird der Wert TTc, den die Spannung E_a im Gleichgewichtszustande annimmt, ihrem normalen Werte T~ä um so näher kornmen, je näher der Punkt q dem Punkte d liegt, d. h. je kleiner das Verhältnis zwischen dem den Erregerstrom liefernden Spannungsunterschiede E_b — Eα und dem hierdurch erzeugten Spannungszuwachse des Generators A ist. Aus diesem Grunde empfiehlt es sich, die Erregerwicklung a¹ nicht, wie auf der ,Zeichnung nur der Einfachheit halber angenommen ist, unmittelbar auf dem Magnet-■ gestelle des Generators A anzuordnen, sondern auf dem einer besonderen Erregermaschine. Ferner ist es auch, wie ebenfalls unmittelbar aus dem Diagramme zu ersehen ist, günstig, die Verhältnisse so zu wählen, daß die Charakteristik ο α in der Nähe des Punktes d mögliehst steil verläuft.As can be seen directly from the diagram, the value TTc, which the voltage E _a assumes in the equilibrium state, becomes closer to its normal value T ~ ä , the closer the point q is to the point d, that is, the smaller the ratio between the voltage differences E _b - Eα delivering the excitation current and the voltage increases of the generator A generated thereby. For this reason, it is advisable not to arrange the excitation winding a ¹ directly on the magnet frame of the generator A , as is assumed in the drawing for the sake of simplicity, but on that of a special excitation machine. Furthermore, as can also be seen directly from the diagram, it is advantageous to choose the ratios so that the characteristic ο α runs as steeply as possible in the vicinity of point d.

In genau entsprechender Weise wirkt die Regelung, wenn es sich um eine Störung handelt, die im Sinne einer Vergrößerung der normalen Spannung des Generators A wirkt.The regulation works in exactly the same way when it comes to a disturbance which acts in the sense of an increase in the normal voltage of the generator A.

Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, ist es, falls Wert darauf gelegt wird, daß die Regelung auch bei länger andauernder Störung des normalen Zustandes im Sinne einer Wiederherstellung dieses Zustandes wirkt, wesentlieh, daß der Motor C ein Nebenschlußmotor ist und gleichzeitig der Generator B konstantAs can be seen from the foregoing, if value is placed on the regulation acting to restore this state even in the event of a prolonged disturbance of the normal state, it is essential that the motor C is a shunt motor and that the generator B is constant at the same time

erregt wird. Legt man dagegen nur auf eine rasche Wiederherstellung der normalen Spannung bei nur kurze Zeit andauernden Störungen Wert, so braucht dies nicht der Fall zu sein. In diesem Falle ist, abgesehen von dem Schwungrade, nur wesentlich, daß der Generator B die Eigenschaft besitzt, bei gleichbleibender Umlaufszahl eine von der Belastung unabhängige unveränderliche Spannungis excited. On the other hand, if you only want to restore normal voltage quickly in the event of disturbances that last only a short time, then this need not be the case. In this case, apart from the flywheel, it is only essential that the generator B has the property of having an invariable voltage that is independent of the load while the number of revolutions remains constant

ίο zu liefern.ίο to deliver.

Claims

Patent Claims:

i. Arrangement for the automatic voltage control of a dynamo using an auxiliary voltage source which is connected to the dynamo to be controlled with the same polarity via an auxiliary excitation winding, the latter being traversed by a compensating current only if the voltage to be controlled deviates from its normal values, characterized in that the auxiliary voltage source is formed by a generator (B) with a voltage practically independent of the load, which receives its drive in a manner known per se from a motor (C) fed by the dynamo machine (A) to be controlled, and that by the auxiliary generator (B) and the associated motor (C) is equipped with an additional flywheel (E) .

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the auxiliary generator (B) has a force field independent of its number of revolutions and load (e.g. due to the use of permanent magnets) and at the same time the motor (C) driving the auxiliary generator (B) is a shunt motor is.

1 sheet of drawings.