DE670791C

DE670791C - Self-excited shaded pole generator delivering constant, load-independent DC voltage over a wide speed range

Info

Publication number: DE670791C
Application number: DEV29965D
Authority: DE
Original assignee: HANS VIERLING DR ING
Current assignee: HANS VIERLING DR ING
Priority date: 1933-09-03
Filing date: 1933-09-03
Publication date: 1939-01-26

Description

Für kleine Gleichstromzentralen wird häufig ein Stromerzeuger gefordert, welcher die Klemmenspannung konstant hält von Leerlauf bis Vollast, und zwar nicht nur bei gleichbleibender Drehzahl, sondern welcher diese Bedingung selbsttätig, ohne Hilfsmaschine, ohne Batterie, ohne Zusatzwiderstände und ohne besonderen automatischen Regler, lediglich durch seinen inneren Aufbau noch erfüllt bis zu einem Mehrfachen der Grunddrehzahl.A power generator is often required for small DC power stations, which the terminal voltage remains constant from idle to full load, and not just at constant speed, but which this condition automatically, without auxiliary machine, without a battery, without additional resistors and without a special automatic regulator, just because of its internal structure still fulfilled up to a multiple of the basic speed.

Bei den bisher bekanntgewordenen Kleinzentralen für Gleichstrom sind entweder Hilfsbatt.erien oder temperaturabhängige Regelwiderstände erforderlich, oder die konstante Spannung wird nur bei mehr oder weniger gleichbleibender Leistung erzielt, oder aber jede Drehzahl ist eindeutig mit nur einer einzigen Laststufe verknüpft.The small control panels for direct current that have become known up to now either have auxiliary batteries or temperature-dependent variable resistors are required, or the constant one Voltage is only achieved with more or less constant power, or else each speed is clearly linked to only one single load level.

Von den bekannten Gleichstromerzeugern erfüllt die obenerwähnten Bedingungen in weitgehendem Maße jene Maschine, bei der zur Erzeugung der EMK pro Polteilung zwei Teilflüsse tätig sind, von denen der eine durch einen Dauermagneten erzeugt wird, der andere dagegen von einer mit der Drehzahl veränderlichen Spannung abhängt. Da außer den die Polteilung einschließenden Hauptbürsten auch Hilfsbürsten zwischen den Teilpolen angeordnet sind, so kann man beispielsweise eine der Drehzahl genau proportionale Spannung abnehmen zwischen den jeden Konstantpol (Dauermagnetpol) einschließenden Bürsten. Zur Erzielung der für konstante Spannung bei wachsender Drehzahl nötigen Abnahme des resultierenden Feldes nach einer Hyperbel ist die Charakteristik des den veränderlichen Fluß führenden Teilpols entsprechend gekrümmt. Der Wirkung einer Feldverzerrung bei Belastung kann, durch Hauptstromwicklungen entgegengetreten werden.Of the known direct current generators, the above-mentioned conditions are met in to a large extent that machine in which two per pole pitch are used to generate the EMF Partial flows are active, one of which is generated by a permanent magnet, the others, on the other hand, depend on a voltage that changes with the speed. Except there the main brushes including the pole pitch also auxiliary brushes between the partial poles are arranged, so you can, for example, one exactly proportional to the speed Tension decrease between the enclosing constant pole (permanent magnet pole) To brush. To achieve the necessary for constant voltage with increasing speed The decrease in the resulting field after a hyperbola is the characteristic of the den changing flux leading partial pole accordingly curved. The effect of field distortion under load can be countered by main current windings.

Die Verwendung von Dauermagneten für das Erregersystem ist aus bekannten Gründen sehr beschränkt und im allgemeinen nur bei ganz kleinen Maschinen zweckmäßig und wirtschaftlich. Es ist deshalb auch schon vorgeschlagen worden, den konstant erregten Teilpol, welcher Hauptpol genannt werden soll, mit der geregelten Spännung der Hauptbürsten zu speisen und für Stabilität des Hauptpols durch höhere Sättigung seines magnetischen Kreises zu sorgen. Es ist dabei von der Erkenntnis ausgegangen worden, daß der konstante Teilfluß der Maschine, der Hauptfluß, nicht schon bei Stillstand, sondern erst bei der untersten Betriebsdrehzahl vorhanden sein muß. Da jedoch nach diesem Vorschlag auch der Teilpol mit dem veränderlichen Fluß, in folgendem jnit-Nebenpol und' Nebenfluß bezeichnet, mit den Hauptbürsten.The use of permanent magnets for the excitation system is for known reasons very limited and generally only useful for very small machines and economically. It has therefore already been suggested that the constantly excited Partial pole, which should be called the main pole, with the regulated tension of the main brushes to feed and to ensure the stability of the main pole through higher saturation of its magnetic circuit. It is there from the knowledge that the constant partial flow of the machine, the Main flow, not already present at standstill, but only at the lowest operating speed have to be. Since, however, according to this proposal, the sub-pole with the variable River, in the following jnit minor pole and ' Signed tributary, with the main brushes.

verbünden ist, also keine Hilf sbürsten verwendet sind, so wurde damit das Ziel nicht völlig erreicht. Bei einer solchen Anordnung steigt vielmehr die Klemmenspannung mit der Drehzahl leicht an.allied, that is, no auxiliary brushes are used, this was not the aim fully achieved. In such an arrangement, the terminal voltage increases with the Speed up slightly.

Die Nachteile, die sich 'bei Anwendung von Dauermagneten bzw. bei ausschließlicher Verwendung der Hauptbürstenspannung als Erregerspannung ergeben, werden gemäß der ίο Erfindung dadurch vermieden, daß man einerseits die Maschine sich selbst erregen läßt, anderseits aber die zur Änderung des Nebenflusses notwendige veränderliche Spannung von einer Hilfsbürste zwischen Haupt- und Nebenpol abnimmt. Man hat dort im ganzen Drehizahilbereich bei einigermaßen konstantem Hauptfluß gegen die in. Richtung Hauptpol benachbarte Hauptbürste eine angenähert der Drehzahl proportionale Potentialdifferenz; gegen die in Richtung Nebenpol benachbarte Hauptbürste sowie gegen eine elektrisch um i8o° versetzte Hilfsibürste hat man Potentialdifferenzen, welche gleichzeitig von der Drehzahl und von Größe und Richtung des Nebenflusses abhängen. Legt man zwecks Selbsterregung der Maschine den Hauptpol etwa an die im Regelbereich konsteinte Klemmenspannung oder auch an die der Drehzahl angenähert proportionale Spannung, so hat man es durch Wahl einer entsprechenden Sättigung des magnetischen Hauptpolkreises in der Hand, den Hauptfluß im Arbeitsbereich konstant oder annähernd konstant oder, weil das im übrigen gar nicht nötig ist, auf jeden Fall trotz Selbsterregung aus der Maschine und unbeeinflußt durch Größe und Richtung des Nebenflusses stabil zu halten. Der Nebenfluß dagegen kann, wenn zu seiner Erregung eine Hilfsbürste und beliebige andere Haupt- und Hilfsibürsten herangezogen werden, dem Hauptfluß im ganzen Drehzahlbereich entgegenwirken oder aber, zwecks günstigster Maschinengröße, bei niedrigen Betriebsdrehzahlen gleich-, bei höheren entgegengerichtet 4-5 sein.The disadvantages' when using permanent magnets or when used exclusively of the main brush voltage as the excitation voltage are calculated according to ίο Invention avoided by one hand the machine allows itself to be excited, but on the other hand that of changing the tributary necessary variable voltage of an auxiliary brush between the main and secondary pole decreases. One has there on the whole Speed range at reasonably constant Main flow against the main brush, which is adjacent in the direction of the main pole, approximates the Speed proportional potential difference; against the neighboring pole in the direction of the secondary pole There are potential differences between the main brush and an auxiliary brush electrically offset by 180 °, which at the same time depend on the speed and the size and direction of the creek depend. If you put the main pole for the purpose of self-excitation of the machine, for example approximates to the terminal voltage constant in the control range or to that of the speed proportional voltage, one has it by choosing an appropriate saturation of the main magnetic pole circuit in the Hand, the main flow in the work area constant or almost constant or because that otherwise is not necessary, in any case, despite self-excitement from the machine and to be kept stable, unaffected by the size and direction of the tributary. The tributary on the other hand, if an auxiliary brush and any other main and Auxiliary brushes are used to counteract the main flow in the entire speed range or, for the most favorable machine size, in the same direction at low operating speeds and in the opposite direction at higher speeds Be 4-5.

Die magnetische Charakteristik des Nebenpols muß natürlich mit Rücksicht auf Angleichung des resultierenden Flusses an die Hyperbel entsprechend abgestimmt sein. Eine solche Abstimmung wird ebenso wie die hohe Sättigung des Hauptpols leicht erreicht durch bekannte Mittel, beispielsweise durch Einschnürung des Polschenkels.The magnetic characteristic of the secondary pole must, of course, take into account the approximation of the resulting flow to the hyperbola must be matched accordingly. One such tuning, as well as the high saturation of the main pole, is easily achieved by known means, for example by constricting the pole leg.

Auf Haupt- und Nebenpol können Hauptstromwicklunigen angebracht sein. Jedenfalls muß der Hauptfluß auch bei Belastung stabil,Main current windings can be used on the main and secondary poles to be appropriate. In any case, the main flow must be stable even under load,

d. h. oberhalb des Sättigungsknies bleiben.d. H. stay above the saturation knee.

Notwendig ist infolgedessen die Hauptstromwicklung für den Hauptpol insbesondere dann, wenn das Ankerfeld so groß und so gelegt ist, daß es das Hauptfeld allzusehr schwächt. In diesem Fall stützt sie den Hauptfluß. Die Hauptstrom wicklung auf dem Nebenpol hat im Verein mit der dort auftretenden Ankerrückwirkung dafür zu sorgen, daß im Falle der Gleichnamigkeit von Haupt- und Hilfsfluß ihre Summe, im Falle von Ungleichnamigkeit ihre Differenz etwas größer ist als bei Leerlauf. Durch die Hauptstromwicklung wird also der Nebenfluß für gewohnlich bei schwächendem Ankerfeld unter- stützt, bei stärkendem Ankerfeld geschwächt werden müssen. Im Einzelfall hängt das aber von der gewählten Schaltung und dem Verhältnis der Leerlaufamperewindungen zu den Ankeramperewindungen ab, wobei manchmal die Hauptstromwicklung ganz entbehrlich ist. Zur Erzeugung des günstigsten Kommutierungsf eldes kann man Wendepole wie bei normalen Maschinen anbringen, da Anker- und Jochquerschnitt mit Rücksicht auf die Selbständigkeit des Nebenflusses ohnehin reichlich bemessen sein werden.As a result, the main current winding for the main pole in particular is necessary then when the anchor field is so big and so is placed that it weakens the main field too much. In this case it supports that Main river. The main current winding on the secondary pole has in association with that occurring there Anchor reaction to ensure that in the case of the same name of the main and auxiliary river their sum, in the case of dissimilar names their difference is somewhat greater is than at idle. Because of the main current winding, the tributary becomes common Supported with a weakening anchor field, weakened with a strengthening anchor field Need to become. In individual cases, however, it depends on the circuit selected and the ratio the idle amp turns down to the anchor amp turns, sometimes being the main current winding is completely dispensable. To generate the most favorable commutation function reversible poles can be attached as with normal machines, as anchor and Yoke cross-section is plentiful anyway, considering the independence of the tributary will be measured.

Als .Ausführungsbeispiel zeigen Abb. 1 und 2 eine zweipolige Maschine mit einfacher Schaltung, bei welcher Haupt- und Nebenfluß im ganzen Arbeitsbereich entgegengesetzt gerichtet sind. AHe Spannungswicklungen liegen hier lediglich an der einen Spannung, weiche zwischen einer Hilfsbürste b und (auf dem go Umweg über die Hauptstromwicklungen) einer Hauptbürste α vorhanden ist. Es bedeuten: h, h' die Hauptpole, n, n' die Nebenpole, c, c' die Spannungswicklung der Hauptpole, d, d' diejenige der Nebenpole, w, w' die Wendepole mit ihrer Wicklung, e, e' eine unterstützende Hauptstromwicklung der Hauptpole, f,f eine ebenfalls unterstützende Hauptstromwickiung der Nebenpole, ferner sind a, a' die Hauptbürsten, b, V die Hilf sbürsten. Dabei sind in Abb. 1, welche die Schaltung des gewählten Beispiels nur schematisch zeigt, die Wicklungen c', d', e', f, w' der elektrisch um i8o° versetzten Gegenpole weggelassen. In Abb. 2 sind sie gebracht, doch ist hier eine Hilfsbürste b' weggelassen, weil die Spannung zwischen den Hilf sbürsten b, b' bei dem vorliegenden einfachen Schaltbeispiel nicht benötigt wird und durch Inanspruchnahme nur einer der beiden Hilf sbürsten b die Form des Ankerfeldes bei Trommelwicklung bekanntlich nicht gestört wird.As an exemplary embodiment, Figs. 1 and 2 show a two-pole machine with a simple circuit, in which the main and tributary flows are directed in opposite directions throughout the work area. AHe voltage windings are here only on the one voltage that is present between an auxiliary brush b and (via the main current windings) a main brush α. It means: h, h ' the main poles, n, n' the secondary poles, c, c ' the voltage winding of the main poles, d, d' that of the secondary poles, w, w ' the reversing poles with their winding, e, e' a supporting one Main current winding of the main poles, f, f also supporting main current winding of the secondary poles, furthermore a, a 'are the main brushes, b, V are the auxiliary brushes. In Fig. 1, which shows the circuit of the selected example only schematically, the windings c ', d', e ', f, w' of the opposing poles electrically offset by 180 ° are omitted. They are shown in Fig. 2, but here an auxiliary brush b 'has been omitted because the voltage between the auxiliary brushes b, b' is not required in the present simple circuit example and by using only one of the two auxiliary brushes b the shape of the armature field is known not to interfere with drum winding.

Claims

Claim:

Self-excited, in a wide speed range Shaded-pole generator delivers constant, load-independent DC voltage with at least one auxiliary brush for excitation and with two partial flows per pole pitch for EMF generation, namely one main and one this

either always in the opposite direction or initially in the same direction and only in the opposite direction at a higher speed Tributary, characterized in that the main flow initially increases up to the lower operating speed like the field of a self-excited DC shunt generator and then in the work area always above the saturation knee of his magnetic Circle holds.

For this purpose ι sheet of drawings