DE653522C - Anordnung zur Erzeugung oder zur Aufnahme eines Gleichstroms von gleichbleibender Staerke - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung zur Erzeugung oder zur Aufnahme eines Gleichstroms von gleichbleibender Stärke, der über Entladungsstrecken von der Ständerwicklung einer selbsterregten, mehrphasigen Synchronmaschine mit zwei unabhängig voneinander angeordneten stromerzeugenden und strombegrenzenden gleichstromerregten Läuferwicklungen, deren Achsen gegeneinander verschoben sind, erzeugt oder aufgenommen wird. Die bekannten Anordnungen dieser Art dienen zur Erzeugung von Mehrphasenstrom unveränderlicher Stärke," und bei ihnen wird die strombegrenzende Gleichstromerregung abhängig von der Drehstromspannung über einen Kollektor gleichgerichtet.

Die vorliegende Erfindung dient demgegenüber zur Erzeugung oder Aufnahme eines Gleichstroms gleichbleibender Stärke und besteht darin, daß die strombegrenzend wirkende Läufererregerwicklung über Schleifringe mit einem zur gewünschten Klemmenspannung der Maschine ungefähr proportionalen Gleichstrom, der beispielsweise durch Parallelschaltung der Wicklung zur schwankenden Netzgleichspannung entnommen sein kann, und

die um — verschobene stromerzeugende Laufer-

erregerwicklung über Schleifringe in Reihenschaltung von dem Netzgleichstrom gespeist wird. Die Erfindung unterscheidet sich von der bekannten Anordnung nicht nur darin, daß sie Gleichstrom statt Drehstrom erzeugt, sondern auch dadurch, daß sie keines Kollektors bedarf, wodurch die Anordnung robust und zur Führung sehr starker Ströme befähigt , wird, wie sie beispielsweise in Fernübertragungen nach dem System Thury auftreten.

Die Erregerwicklungen können auch auf dem Ständer angeordnet sein. Auch in diesem Fall ist die Verwendung eines Kollektors vermieden. Die Schleifringe dienen bei einer solchen Anordnung zur Verbindung der Mehrphasenwicklungen mit den Entladungsstrecken.

Die stromerzeugende Läufererregerwicklung kann an Stelle vom Netzgleichstrom von einer unabhängigen und regelbaren Gleichspannungsquelle erregt werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt.

Die Ständerwicklungen der Maschine sind in Fig. ι mit I, II, III bezeichnet. Der gemeinsame Nullpunkt 0 der Ständerwicklungen ist als Kreis dargestellt und steht mit dem Schleifring S'" in Verbindung. Die äußeren Klemmen der Ständerwicklungen führen zu den Anoden des Gleichrichters G,, dessen Kathode an den Schleifring S^r mittels einer Schleifbürste angeschlossen ist. Die eine Erregerwicklung X-X ist zwischen die

Schleifringe 5" und S'" geschaltet, während die andere Erregerwicklung Y-Y zwischen den Schleif ringen S' und S" liegt. Um die Oberwellen in den Gleichstromkreisen zuunterdrücken, ist die Erregerwicklung X-X an den Schleifring S^f" nicht unmittelbar* sondern über einen Puffer P angeschlossen. An Stelle eines Puffers oder in Verbindung mit diesem können auch Dämpferwicklungen ίο vorgesehen sein. Letztere sind bei Einphasenstrom zur Unterdrückung des inversen Feldes besonders zu empfehlen. Der Gleichstromverbraucher 'oder -erzeuger liegt zwischen den Schleifringen S" und S'" bzw. 1-5 dem mit dem letzteren verbundenen Sternpunkt ο der Ständerwicklungen. Zum Zwecke der besseren Übersicht ist in Fig. 2 das Schaltschema der Maschine in vereinfachter Darstellung gezeichnet. Die einzelnen Teile so sind in dem Schaltbild mit den gleichen Buchstaben bezeichnet wie in Fig. i. Wie man sieht, liegt die Erregerwicklung X-X im Nebenschluß zu der anderen Erregerwicklung F-F und dem gleichstromverbrauchenden oder -liefernden Netz, wenn diese in Reihe zueinander liegen. Das Erregerfeld F-F könnte aber auch statt dessen mit konstantem, den jeweiligen Betriebsverhältnissen angepaßtem Gleichstrom von einer besonderen ■ 30 Stromquelle her erregt werden.

Die Arbeitsweise der Maschine ergibt sich aus folgendem:

In dem Zustand, in dem die Gleichstromklemmen kurzgeschlossen sind, wird weder Energie aufgenommen noch abgegeben. In diesem Betriebszustand wird nur das Feld Y erregt. Die Erregung wird so weit gesteigert, daß der in dem Kurzschluß fließende gleichgerichtete Strom eine Stärke erreicht, die weiterhin nach Aufhebung des Kurzschlusses dem konstanten Betriebsstrom entspricht. Die erforderlichen Amperewindungen können entweder durch Fremderregung des Feldes Y aus einer konstanten Stromquelle her oder 4-5 aber wie in der gezeichneten Ausführungsform durch Einschaltung der Wicklung F in Reihe zum Verbraucherkreis durch Selbsterregung erhalten werden. Die in der geschilderten Weise induzierten Phasenströme liefern keine Energie nach außen, da die vom Feld F induzierten Spannungen, denen sie die Entstehung verdanken, von der Impedanz, eigentlich überwiegend von der Reaktanz der Phasen verbraucht werden. Dieser Zustand bleibt auch dann unverändert, wenn die spannungslose Maschine durch einen Stromkreis geschlossen wird, welcher denselben , Gleichstrom in gleicher Richtung ohne Spannung führt. Die Kompensationswirkung im Anker in der. Richtung gegen das Feld Y ist noch vollkommener, falls die Eigenspannung des äußeren Stromkreises auch die 0hmschen Widerstände der Maschine und des Gleichrichters einschließlich der Drossel ausgleicht.

Im Belastungszustand kommt im Schliessungskreis Energie zur Wirkung, und zwar mit positiver Leistung, wenn Spannungen in der Richtung des konstanten Stroms abgegeben werden, und mit negativer Leistung, wenn die Maschine auf Widerstand oder gegengerichtete Spannungen arbeitet. Der erste Fall tritt ein, wenn von außen, z.B. in der Leitung der Fernübertragung oder durch Rückwirkung von Motoren bei Nutzbremsung, Gleichstrom unter Spannung in die Synchronmaschine hineingeschickt wird. Der zweite Fall tritt beispielsweise dann ein, wenn arbeitende Gleichstrommotoren Gegenspannüng erzeugen. In beiden Fällen tritt zur Aufrechterhaltung des Energiegleichgewichts die Feldkomponente X in Tätigkeit. Diese wird in einem Sinn und in einer Stärke erregt, durch die sie in den Ankerphasen Spannungen induziert, welche die positiven oder negativen Spannungen im Stromkreis ausgleichen. Da die vom Feld X induzierten Spannungen wegen der Winkelstellung des Feldes zu den Phasenströmen mit den letz-* teren gleichachsig in derselben Richtung oder in Gegenrichtung wirken, erzeugen sie im Anker positive oder' negative Wirkströme. Demgemäß entsteht auch zwischen dem Feld X. und den Phasenströmen dasjenige Drehmoment, das bei der jeweiligen Umlaufgeschwindigkeit der Maschine der abgegebenen oder aufgenommenen Energie entspricht. Da die Stromstärke im geschlossenen Kreis konstant bleibt, wird die Größe der im Gleichgewicht zu haltenden Leistung jeweils durch die Spannung bestimmt. Zur Aufrechterhaltung des Gleichstromgewichts wird die Erregung des X-Feldes so geregelt, daß sie stets den Schwankungen der Arbeitsspannung folgt. Falls im Stromkreis nur mäßige Spannungen auftreten, z. B. bei Kraftübertragung auf Betriebsanlagen in geringer Entfernung,.kann die selbsttätige Regelung voji der von der Belastung oder Leistung abhängigen Erregerspannung einfach dadurch erregt werden, daß die Erregerwicklung X im Nebenschluß zum äußeren Gleichstromkreis geschaltet wird, wie es in der Zeichnung dargestellt ist. Führt der äußere Stromkreis aber Hochspannung, wie es beispielsweise bei der Stromversorgung für Fernübertragung der Fall ist, so ist die unmittelbare elektrische Verbindung der Erregerwicklungen mit dem Gleichstromkreis unzweckmäßig. In diesem Fall wird man den Erregerstrom des X-FeIdes über Spannungswandler und Gleichrichter den Phasenleitun-

gen entnehmen und das F-FeId von einer konstanten Stromquelle (Nebenschlußdynamo, Akkumulatoren oder Stromwandler) her erregen.

Die beschriebene Maschine hat von sich aus keine bestimmte Drehzahl, diese muß ihr vielmehr im Betrieb von außen her gewissermaßen durch einen Taktgeber aufgedrückt werden. Beim Generatorbetrieb geschieht dies ίο durch die Antriebsmaschine, die den Läufer mit einer bestimmten Drehzahl, die derjenigen der Antriebsmaschine gleich oder proportional ist, antreibt. Durch die Drehzahl des Läufers wird wiederum der Takt des Arbeitens der Ventilanoden bestimmt. Auch bei Motorbetrieb muß die Maschine ihre Drehzahl durch einen Taktgeber erhalten. In vielen Fällen wirkt die vom Motor angetriebene Maschine als Taktgeber, nämlich falls diese von sich aus eine bestimmte Drehzahl hat, wie es z. B. beim Synchrongenerator der Fall ist. Hat das vom Motor angetriebene Aggregat von sich aus keine bestimmte Drehzahl, so muß dem Motor durch einen Taktgeber eine bestimmte Drehzahl aufgezwungen werden, der aber nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet.

Der Gleichrichter ist als dreianodiger Gleichrichter dargestellt und unmittelbar an die Ständerwicklungen angeschlossen. Der Anschluß des Gleichrichters könnte auch unter Vermittlung eines Anodentransformators erfolgen, und statt eines dreiphasigen Gleichrichters könnte z. B. auch ein sechs-

³S phasiger vorgesehen werden. Durch Gruppenschaltung von Transformatorwicklungen und Schleifringen lassen sich dann mittels eines Maschineriaggregats sehr hohe Spannungen bei gleichbleibender Stromstärke erzeugen, wie sie beispielsweise für Fernübeftragungen nach dem System Thury erwünscht sind.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Anordnung zur Erzeugung oder zur Aufnahme eines Gleichstroms von gleichbleibender Stärke, der über Entladungsstrecken von der Ständerwicklung einer selbsterregten, mehrphasigen Synchronmaschine mit zwei unabhängig voneinander angeordneten stromerzeugenden und strombegrenzenden gleichstromerregten Läuferwicklungen, deren Achsen gegeneinander verschoben sind, erzeugt oder aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die strombegrenzend wirkende Läufererregerwicklung über Schleifringe mit einem zur gewünschten Klemmenspannung der Maschine ungefähr proportionalen Gleichstrom, der beispielsweise durch Parallelschaltung der Wicklung zur schwankenden Netzgleichspannung entnommen sein kann, und die um -^

   verschobene stromerzeugende Läufererregerwicklung über Schleifringe in Reihenschaltung von dem Netzgleichstrom gespeist wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stromerzeugende Läufererregerwicklung an Stelle vom Netzgleichstrom von einer unabhängigen und regelbaren Gleichspannungsquelle erregt wird.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom für die eine Erregerwicklung den Phasenleitungen über Spannungswandler und Gleichrichter und der für die andere Erregerwicklung einer konstanten Stromquelle (Nebenschlußdynamo, Akkumulatoren oder Stromwandler) entnommen wird.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen