DE307965C

DE307965C -

Info

Publication number: DE307965C
Application number: DENDAT307965D
Authority: DE

Description

KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

Bei elektrischen Maschinen, deren Feldwicklungen große Selbstinduktion aufweisen, folgt die Spannungsänderung den Änderungen der Erregerspannung häufig nicht rasch genug, so daß man zu besonderen Hilfsmitteln greifen muß, um eine sogenannte Schnellerregung zu erreichen. Diese wird zuweilen bei den Wechselstromgeneratoren der elektrischen Kraftwerke verlangt, vor allem werdenIn the case of electrical machines whose field windings have a high level of self-induction, the voltage change often does not follow the changes in the excitation voltage quickly enough that one has to resort to special aids in order to achieve a so-called rapid excitation to reach. In the case of alternators this is sometimes the electric Power plants are required, above all

ίο aber die Mittel zur Schnellerregung bei solchen Gleichstrommaschinen angewendet, welche zum mittelbaren oder unmittelbaren Antrieb von rasch zu steuernden oder umzusteuernden schweren Arbeitsmaschinen, beispielsweise von Reversierwalzwerken dienen. Ohne diese Mittel wird durch die hohe Selbstinduktion der Feldspulen die erforderliche rasche Änderung ihres Erregerstromes verhindert. ίο but the means for faster excitation in such DC machines applied, which are used for the direct or indirect drive of rapidly controlled or reversed serve heavy machinery, for example reversing mills. Without this means there will be high self-induction the field coils prevents the required rapid change in their excitation current.

Bisher ist diese Aufgabe meist so gelöst worden, daß man die Erregerwicklung der betreffenden Maschine im Augenblick der Feldänderung an eine größere Spannung anschloß, als für die normale Erregung notwendig war.So far, this task has mostly been solved in such a way that the excitation winding of the relevant Machine connected to a higher voltage at the moment of the field change than was necessary for normal excitation.

Diese höhere Spannung wurde entweder dadurch erzielt, daß der Erregerwicklung ein Ohmscher Widerstand vorgeschaltet wurde, oder dadurch, daß die Erregerspannung mittels zusätzlicher Wicklungen auf den FeIdpolen der Haupt- oder einer Hilfsdynamo anfänglich auf einen höheren Wert eingestellt wurde.This higher voltage was achieved either by turning the field winding on Ohmic resistance was connected upstream, or by the fact that the excitation voltage by means of additional windings on the field poles of the main or an auxiliary dynamo initially has been set to a higher value.

Bei der erstgenannten Anordnung werden jedoch die Erregerverluste vervielfacht, während die zweite Anordnung eine entsprechend vergrößerte Erregermaschine verlangt.In the former arrangement, however, the excitation losses are multiplied while the second arrangement requires a correspondingly enlarged exciter.

Nach der Erfindung wird die elektrische Selbstinduktion der Feldspulen durch geeignete Anwendung des mechanischen Äquivalents der Selbstinduktion, nämlich durch Schwungmassenwirkung, aufgehoben, indem die in den Schwungmassen während des Beharrungszustandes aufgespeicherte Energie im Augenblick der Erregungsänderung zur Erhöhung der Erregerspannung benutzt wird, so daß eine zeitweilige Über- (oder Unter-) Erregung eintritt. Dies geschieht praktisch mittels einer mit Schwungmassen ausgerüsteten fremd erregten Zusatzmaschine, die in den Erregerkreis der schnell zu erregenden Hauptmaschine oder ihrer Erregermaschine eingeschaltet wird./ Die Spannung E_K dieser Maschine wirkt im Beharrungszüstand der Erregermaschinenspannung E der Hauptmaschine entgegen, so daß die Feldspulen der letzteren an einer Spannung Ef = E ■— E^ liegen; die Zusatzmaschine arbeitet dabei als Motor und lädt das Schwungrad auf. Wenn nun die Spannung E der Erregermaschine plötzlich auf den Wert — E umgekehrt, wird, ■zum Zweck den Strom in der Feldwicklung der Hauptmaschine ebenfalls auf den gleichen, aber negativen Wert umzukehren, so läuft zunächst die Zusatzmaschine mitsamt den mit. ihr gekuppelten Schwungmassen in der bisherigen Richtung weiter und liefert auch imAccording to the invention, the electrical self-induction of the field coils is canceled by suitable application of the mechanical equivalent of self-induction, namely by flywheel effect, in that the energy stored in the flywheel mass during the steady state is used to increase the excitation voltage at the moment of the change in excitation, so that a temporary over - (or under-) excitement occurs. This is done in practice by means of a equipped with inertial masses separately excited auxiliary machine, the wird./ switched into the excitation circuit of quickly causing the main engine or its exciter The voltage E _K of this machine operates in Beharrungszüstand the exciter voltage E of the main engine opposite, so that the field coil of the latter at a voltage Ef = E ■ - E ^ ; the additional machine works as a motor and charges the flywheel. If now the voltage E of the exciter is suddenly reversed to the value - E , ■ for the purpose of reversing the current in the field winding of the main machine also to the same but negative value, the additional machine will initially run along with the. her coupled centrifugal masses continue in the previous direction and also delivers in the

ersten Augenblick die Spannung E^ weiter, so daß nunmehr auf die Feldwicklung der Hauptmaschine die SpannungFor the first moment the voltage E ^ continues, so that the voltage is now applied to the field winding of the main machine

entfällt, die sich erst allmählich mit abnehmender Drehzahl der Zusatzmaschine . in der bisherigen Richtung auf den Wertomitted, which only gradually increases as the speed of the additional machine decreases. in the previous direction on the value

IZ₁ f tjjIZ ₁ f tjj

und erst nachdem die Drehrichtung der Zusatzmaschine sich umgekehrt und ihre Drehzahl und Spannung wieder den normalen Wert (bei umgekehrtem Vorzeichen) erreicht hat, auf den gewünschten Beharrungswertand only after the direction of rotation of the additional machine has reversed and its speed and voltage has reached the normal value again (with the opposite sign) to the desired steady-state value

verringert. Dieser Wert wird um so schneller erreicht, als durch das Abnehmen und das darauf folgen de An wachsen des Haupterregerstromes auch der Strom im Anker der Zusatzmaschine zuerst abnimmt und dann in umgekehrter Richtung wieder wächst und dadurch die auf ihre Schwungmassen ausgeübte Bremswirkung verstärkt.' Die Zeit für das Reversieren, der Zusatzmaschine ist abhängig von der Stärke ihres Erregerfeldes, das entsprechend geregelt werden kann.
> Würde nun die Zusatzmaschine ausschließ-Hch mit dem Schwungrad belastet, so würde sie allmählich fast die gesamte Spannung E der Erregermaschine aufnehmen bei einem Strom, der' ihrem Leerlauf strom- entspricht, der aber zu gering ist, um die Hauptmaschine zu erregen. Deshalb ist es zweckmäßig mit der Zusatzmaschine eine sich mit steigender Drehzahl selbsttätig belastende Arbeitsmaschine, also etwa eine Pumpe, einen Ventilator, eine Dynamomaschine, zu kuppeln, nach deren Drehmoment sich die Stromstärke im Anker der Zusatzmaschine, also auch in der Erregerwicklung der Hauptmaschine, während des Behärrungszustandes richtet. Entsprechend dem gewünschten Abhängigkeitsgesetz wählt man eine Belastungsmaschine, deren Drehmoment von de'r Drehzahl unabhängig, also konstant ist, oder mit der Drehzahl steigt. Als zweckmäßig hat sich die Be-' lastung mit einer auf der Wirkung der Fliehkraft beruhenden Maschine bewährt, deren Drehmoment etwa dem Quadrat ihrer Drehzahl proportional ist.decreased. This value is reached all the faster as the decrease and the subsequent increase in the main excitation current also causes the current in the armature of the additional machine to first decrease and then to grow again in the opposite direction, thereby increasing the braking effect exerted on its centrifugal masses. ' The time for reversing the additional machine depends on the strength of its excitation field, which can be regulated accordingly.
If the additional machine were now exclusively loaded with the flywheel, it would gradually absorb almost the entire voltage E of the exciter at a current which corresponds to its idling current, but which is too low to excite the main machine. It is therefore advisable to couple a machine that automatically loads itself with increasing speed, such as a pump, a fan, a dynamo machine, to the additional machine, after whose torque the current intensity in the armature of the additional machine, i.e. also in the excitation winding of the main machine, during of the steady state. According to the desired law of dependency, a load machine is selected whose torque is independent of the speed, i.e. constant, or increases with the speed. Loading with a machine based on the effect of centrifugal force, the torque of which is approximately proportional to the square of its speed, has proven to be useful.

Einige Schaltungen nach der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Die Gleich-Strommaschine g, deren Erregung rasch geändert werden soll, besitzt die Erregerwicklung /; diese wird von der Erregermaschine e gespeist, deren Feldwicklung w über den Umschalter u von der konstanten Stromquelle b gespeist wird. Bei der Schaltung nach Fig. 1 ist erfindungsgemäß die Zusatzmaschine s in den Stromkreis der Feldwicklung/ der Erregermaschine e eingeschaltet, die von der Wickhing c konstant erregt wird. Die Maschine ζ ist mit dem. Schwungrad■$ und dem Ventilator ν gekuppelt. Im normalen Betrieb (Beharrungszustand) verteilt sich die Spannung E der Erregermaschine e auf die Wicklung / und die Zusatzmaschine Z₁ die eine ihrer Erregung und Drehzahl entsprechende gegenelektromotorische Kraft E^ und eine ihrer Leistung entsprechende Drehzahl entwickelt. Some circuits according to the invention are shown in the figures. The DC machine g, the excitation of which is to be changed quickly, has the excitation winding /; this is fed by the exciter e , the field winding w of which is fed via the changeover switch u from the constant current source b . In the circuit of Fig. 1, the auxiliary machine is s switched into the circuit of the field winding / e of the exciter according to the invention, the c of the winding is energized Hing constant. The machine ζ is with the. Flywheel ■ $ and the fan ν coupled. In normal operation (steady state), the voltage E of the excitation machine e is distributed over the winding / and the additional machine Z ₁ which develops a counter-electromotive force E ^ corresponding to its excitation and speed and a speed corresponding to its power.

:^f ^?' : ^f ^? '

Im Augenblick der Reversierung, die mittels 'des Umschalters u vorgenommen wird, wird durch entgegengesetzte Erregung der Wicklung w die Spannung der Maschine e umgekehrt. Da nun der Strom im Kreis der Wicklung / und der Zusatzmaschine ζ zunächst seine Richtung beibehält, arbeitet die letztere weiter als Motor und wird, da sich ihre Drehzahl ; zu vermindern sucht, vom Schwungrad s unterstützt. Ihre Spannung E₁ addiert sich aber nunmehr zur Erregerspannung E₁ und die Erregerwicklung / erhält daher die SpannungAt the moment of reversal, which is carried out by means of the changeover switch u , the voltage of the machine e is reversed by the opposite excitation of the winding w. Since the current in the circuit of the winding / and the additional machine ζ initially maintains its direction, the latter continues to work as a motor and, since its speed; seeks to reduce, supported by the flywheel s. Your voltage E ₁ is now added to the excitation voltage E ₁ and the excitation winding / therefore receives the voltage

f = Ef = E

Da das Schwungrad sowohl durch die Maschine· Z₁ als auch durch den Ventilators gebremst wird, verzehrt sich seine lebendige Kraft, es bleibt allmählich stehen, wird aber sofort wieder in entgegengesetztem Sinne wie vorher von der nunmehr in umgekehrter Drehrichtung als Motor wirkenden Maschine s angetrieben, bis der Beharrungszustand wieder hergestellt ist; dabei geht die Spannung Ef allmählich vom Wert E -f- E^ in den Wert £ — E_t über. Die Zeit, während deren diese Änderung stattfindet, ist abhängig von der Größe des Schwungrades s und von der Erregung der Wicklung C₁ während sich der Wert der Spannung Kj nach der Leistungsaufnahme des Ventilators ν richtet und durch Änderung der Erregung der Wicklung c beliebig eingestellt werden kann.Since the flywheel is braked by both the machine Z ₁ and the fan, its vital force is consumed, it gradually stops, but is immediately driven again in the opposite direction as before by the machine s, which now acts as a motor in the opposite direction of rotation until the steady state is restored; the voltage Ef gradually changes from the value E -f- E ^ to the value £ - E _t . The time during which this change takes place depends on the size of the flywheel s and the excitation of the winding C _1, while the value of the voltage Kj depends on the power consumption of the fan ν and can be set as desired by changing the excitation of the winding c can.

Wie erwähnt, kann an Stelle des Ventilators ν auch eine Dynamo d von der Zusatz- up maschine ζ angetrieben werden, die auf irgendeinen Stromverbraücher belastet wird und beispielsweise ihrerseits die Erregung der Erregermaschine (mittels der Wicklung k) beeinflussen kann. Dies ist in Fig. 2 dargestellt. 'As mentioned, instead of the fan ν , a dynamo d can also be driven by the auxiliary up machine ζ , which is loaded with any power consumption and can, for example, influence the excitation of the exciter machine (by means of the winding k) . This is shown in FIG. '

Statt die Zusatzgruppe Z₁ S₁ ν in den Erregerkreis der Hauptmaschine g einzuschalten, kann sie auch in denjenigen ihrer Erregermaschine e eingeschaltet werden,, entsprechend Fig. 3. Die Arbeitsweise ist die gleiche wie oben beschrieben, dagegen wirdInstead of switching on the additional group Z ₁ S ₁ ν in the excitation circuit of the main machine g , it can also be switched on in that of its excitation machine e , as shown in FIG

die Zusatzgruppe bedeutend kleiner und die Erregermaschine e größer. Ein besonderes Schwungrad ist in Fig. 3 nicht angegeben, da die Schwungmassen auch im Ankerkörper derthe additional group is significantly smaller and the exciter e larger. A special flywheel is not shown in Fig. 3, since the flywheel masses in the armature body

untergebracht werden kön-can be accommodated

Zusatzmaschine,
nen.Additional machine,
nen.

Bei der Schnellerregung von großen Wechselstromgeneratoren wird die Zusatzmaschine ebenfalls in den Kreis der Feldwicklung der Hauptmaschine oder der Erregermaschine eingeschaltet.In the high-speed excitation of large alternators the additional machine is also in the circle of the field winding Main machine or the exciter machine switched on.

Claims

Patent-to sayings:

i. Process for the rapid excitation and de-excitation of electrical machines, characterized in that in the excitation circuit of the main machine or its exciter is a free-running, constantly excited flywheel machine is switched, whose E.M.K. usually counteracts the excitation voltage ' and in the case of changes in the same due to the inertia of the flywheel, its sense of direction still changes Maintains a while, so that this accelerates the increases and decreases in the excitation voltage.

2. Embodiment according to claim 1, characterized in that the flywheel machine still drives a work machine, the power requirement of which changes with its speed.

3. Arrangement according to "Claim 2, characterized in that the working machine is a machine based on the effect of centrifugal force (centrifugal pump, fan, etc.).

4. Arrangement according to claim 2 and 3, characterized in that the working machine is a dynamo machine.

5. Arrangement according to claim 4, characterized in that an additional field winding (k) of the exciter machine (e) is fed from the dynamo machine (d).

1 sheet of drawings.