DE675202C

DE675202C - Device for keeping constant the voltage of direct or alternating current generators, in particular driven by vehicle axles, running at a variable speed

Info

Publication number: DE675202C
Application number: DEP69056D
Authority: DE
Original assignee: GIUSEPPE MASSIMO PESTARINI DR
Current assignee: GIUSEPPE MASSIMO PESTARINI DR
Priority date: 1933-03-03
Filing date: 1934-03-04
Publication date: 1939-05-04

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Konstanthaltung der Spannung von insbesondere von Fahrzeugachsen angetriebenen, mit veränderlicher Drehzahl laufenden Gleich-5 oder Wechselstromgeneratoren mit einer primärseitig an einer Bezugsspannung liegenden und mit proportionaler Drehzahl laufenden Erregermaschine der Metadynenbauart. Der Zweck der Erfindung besteht darin, mittels geeigneter Einrichtungen zu bewirken, daß der Generator eine Gleich-, Wechsel- oder Mehrphasenspannung abgibt, welche der der Erregermaschine aufgedrückten Bezugsspannung, beispielsweise der Spannung einer Gleichstromhilfsstromquelle, möglichst genau proportional ist.The invention relates to a device for maintaining constant the voltage of in particular Equal-5 driven by vehicle axles and running at variable speed or alternators with a primary side connected to a reference voltage and exciter of the metadyne type running at proportional speed. Of the The purpose of the invention is to bring about by means of suitable devices that the generator outputs a direct, alternating or multi-phase voltage, which is the Exciter applied reference voltage, for example the voltage of a DC auxiliary power source, as accurately as possible is proportional.

Derartige Anlagen werden beispielsweise zur Speisung von Lichtnetzen, Heiz- und anderen Geräten auf Fahrzeugen sämtlicher Arten benötigt. In diesen Fällen sind gewöhnlich von der Fahrzeugachse angetriebene Stromerzeuger und eine Batterie vorhanden, die durch den Stromerzeuger aufgeladen wird und zur Speisung des Lichtnetzes undSuch systems are for example for the supply of lighting networks, heating and other devices required on vehicles of all types. These are common cases Generators driven by the vehicle axle and a battery are available that are charged by the generator and to feed the lighting network and

a5 sonstiger elektrischer Geräte dient, wenn das Fahrzeug anhält oder wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs unter einen bestimmten Wert gesunken ist.a5 is used for other electrical devices if that Vehicle stops or when the speed of the vehicle falls below a certain level Value has decreased.

Bei von der Fahrzeugachse angetriebenen Stromerzeugern und Erregereinrichtungen soll der Generator, insbesondere im Hinblick auf das Lichtnetz, an die Verbraucher bei jeder innerhalb bestimmter Grenzen liegenden Geschwindigkeit des Fahrzeugs eine konstante Spannung liefern. Der Generator soll ferner die für die Hilfseinrichtungen auf dem Fahrzeug vorgesehene Batterie innerhalb der gleichen Geschwindigkeitsgrenzen mit einem geeigneten Ladestrom versorgen. Hierbei soll dieser Ladestrom auf einen kleinen Betrag herabgesetzt werden, wenn die Spannung der Batterie einen bestimmten Wert (für gewöhnliche Batterien 2,4 Volt je Zelle) erreicht haj:.For power generators and excitation devices driven by the vehicle axle should the generator, especially with regard to the lighting network, to the consumers every speed of the vehicle lying within certain limits a constant Supply voltage. The generator should also be used for the auxiliary equipment on the Vehicle intended battery within the same speed limits with a supply suitable charging current. This charging current should be reduced to a small amount be reduced when the voltage of the battery reaches a certain value (for ordinary batteries 2.4 volts per cell) reached haj :.

Die oben beschriebenen Einrichtungen können zweckmäßig auch für Wechselstromerzeugungsanlagen verwendet werden, bei denen der Stromerzeuger vor; einer mit veränderlicher Drehzahl laufenden Kraftmaschine, beispielsweise einer Wasserturbine,The facilities described above can also be useful for alternating current generation systems used where the power generator is facing; one with changeable Speed running engine, for example a water turbine,

angetrieben und eine konstante, von der Drehzahl der Kraftmaschine unabhängige Klemmenspannung angestrebt wird.driven and a constant terminal voltage independent of the speed of the prime mover is strived for.

Für die genannten Zwecke sind bisher fach Anordnungen mit mehr oder wenige^ normalen Maschinen und besonderen, feFor the purposes mentioned, arrangements with more or a few ^ normal machines and special, fe

empfindlichen Regelvorrichtungen verwendet worden'. Es sind auch selbstregelnde Stromerzeuger mit einer mit proportionaler Drehzahl laufenden Erregermaschine vorgeschlagen worden, die ohne jede besondere Regelvorrichtung, wie Relais, Schnellregler usw., das gleiche Ziel zu erreichen suchen.sensitive control devices have been used '. There are also self-regulating power generators proposed with an exciter running at proportional speed without any special control device, such as relays, rapid regulators, etc., seek to achieve the same goal.

Die Erfindung ermöglicht eine Verbesserung derartiger Einrichtungen, und zwar besitzen gemäß der Erfindung der Generator und die als Metadyne ausgebildete Erregermaschine innerhalb eines bestimmten Drehzahlbereichs den gleichen oder annähernd den gleichen Sättigungsgrad. Dadurch wird eine wesentlich größere Genauigkeit der Proportionalität zwischen der EMK des Generators und der von der Hilfsstromquelle der Metadyne primärseitig aufgedrückten Spannung erzielt. Wenn dagegen die Charakteristik des magnetischen Kreises des Generators und die Charakteristik des magnetischen Kreises der Erregermaschine derart gewählt werden würde, daß die eine Maschine bei einer höheren Geschwindigkeit gesättigt wird als die andere, so würde sich das Verhältnis der EMK des Generators zu der Spannung an den primären Bürsten der Erregermaschine entsprechend der Drehzahl der Maschine ändern.The invention enables such devices to be improved, namely to have them according to the invention, the generator and the exciter designed as Metadyne the same or approximately the same within a certain speed range same degree of saturation. This results in a much greater accuracy of proportionality between the EMF of the generator and the voltage applied on the primary side by the auxiliary power source of the Metadyne achieved. If, on the other hand, the characteristic of the magnetic circuit of the generator and the Characteristic of the magnetic circuit of the excitation machine can be selected in such a way that one machine would be saturated at a higher speed than the other would be the ratio of the generator's emf to the voltage the primary brushes of the exciter according to the speed of the machine change.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen veranschaulicht. The invention is illustrated in the drawing in several exemplary embodiments.

Abb. ι zeigt einen Generator ι mit einer Erregerwicklung 2, die von einer auf der ■■■-' Generatorwelle 4 angeordneten Umformermetadyne mit Strom versorgt wird. Die Metadyne wird primärseitig von einer nicht gezeichneten Hilfsstromquelle aus gespeist. Mit Metadyne wird eine elektrische Maschine bezeichnet, die ähnlich wie eine Gleichstrommaschine einen mit Wicklungen versehenen umlaufenden Anker und einen oder mehrere Stromwender besitzt. Bei der einfachsten Bauart der Metadyne sind zwei Paar Bürstensätze auf dem Stromwender vorgesehen, von denen die sog. primären Bürsten mit einer Gleichstromquelle, die sekundären Bürsten mit dem Verbraucher verbunden sind. Der Anker läuft in dem Feld um, das von den in den Ankerwicklungen fließenden Strömen erzeugt wird. Bei Verwendung eines Ständers stellt dieser für die von den Ankerwicklungen erzeugten Flüsse einen Weg von geringem magnetischem -.·■ Widerstand dar.Fig. Ι shows a generator ι with a Excitation winding 2, which by a on the ■■■ - 'generator shaft 4 arranged Umformermetadyne is powered. The Metadyne is primarily fed by an auxiliary power source (not shown). Metadyne is an electrical machine that is similar to a DC machine has a rotating armature provided with windings and one or more commutators. With the simplest The Metadyne is designed with two pairs of brush sets on the commutator provided, of which the so-called. Primary brushes with a direct current source, the secondary Brushes are connected to the consumer. The armature revolves in the field created by the armature windings flowing currents is generated. When using a stand, it provides for the Fluxes created by the armature windings have a path of low magnetic force -. · ■ represents resistance.

Der Ständer kann auch mit verschiedenen die elektrischen und mechanischen Eigenschaften der Maschine bestimmenden Regel-Wicklungen versehen sein. Beispielsweise .%ifftin auf dem Ständer eine Wicklung unter- ||gÄ>racht sein, die einen in der Richtung der primären Bürstenachse wirkenden Fluß erzeugt. Hierdurch wird die erforderliche Erregung, die der primäre Strom aufzubringen hat, verringert. Bei einer derartigen Maschine wird die an den sekundären Bürsten verfügbare Energie teilweise oder hauptsächlich der Antriebswelle entnommen.The stand can also have various electrical and mechanical properties the machine-defining regular windings. For example .% ifftin one winding under- || gÄ> be the one in the direction of the primary brush axis acting flux generated. This will provide the necessary excitement that the primary current has to provide is reduced. With such a machine the energy available at the secondary brushes will be partly or mainly of the Drive shaft removed.

Bei einer solchen Anordnung ruft der sekundäre Strom der Metadyne in Richtung der sekundären Bürstenachse mit den Bürsten b, d eine derartige Durchfiutung hervor, daß zwischen den primären Bürstende eine EMK erzeugt wird, die annähernd gleich ist der von der äußeren Stromquelle aufgedrückten EMK V. Der in dem sekundären Stromkreis fließende Strom ist daher im wesentlichen proportional der Spannung der äußeren Stromquelle und umgekehrt proportional der Drehzahl der Welle. Wenn der magnetische Sekundärkreis der Metadyne bei niedriger Drehzahl nur teilweise gesättigt ist, so ist der Sekundärstrom entsprechend größer.With such an arrangement, the secondary current of the metadyne in the direction of the secondary brush axis with the brushes b, d causes such a flow that an EMF is generated between the primary brush ends which is approximately equal to the EMF V applied by the external power source Current flowing in the secondary circuit is therefore essentially proportional to the voltage of the external power source and inversely proportional to the speed of the shaft. If the magnetic secondary circuit of the Metadyne is only partially saturated at low speed, the secondary current is correspondingly greater.

Bei Drehzahländerungen der Welle wird go sich also die Erregung des Generators umgekehrt proportional zu der Drehzahl ändern, so daß die Spannung U des Generators im wesentlichen proportional der an den primären Bürsten der Metadyne liegenden Spannung ist. Für Werte der Erregung, für welche der magnetische Kreis des Generators gesättigt ist, kann seine Klemmenspannung trotzdem proportional der Primärspannung gehalten werden, wenn der magnetische Sekundärkreis der Metadyne zu der gleichen Zeit in dem gleichen Maße gesättigt ist.When the speed of the shaft changes, the excitation of the generator will change inversely proportional to the speed, so that the voltage U of the generator is essentially proportional to the voltage applied to the primary brushes of the Metadyne. For values of excitation for which the magnetic circuit of the generator is saturated, its terminal voltage can nevertheless be kept proportional to the primary voltage if the magnetic secondary circuit of the metadyne is at the same time saturated to the same extent.

Abb. 2 zeigt die Charakteristik einer solchen Einrichtung über einen bestimmten Drehzahlbereich. Auf den Ordinaten ist das Verhältnis der Generator spannung U zu der oben mit Bezugsspannung bezeichneten Spannung V der äußeren Stromquelle, beispielsweise einer Batterie, und auf der Abszisse ist die Drehzahl N der Antriebswelle auf getragen. Der Generator ist bei verhältnismäßig sehr kleinen Drehzahlen der Welle bereits magnetisch gesättigt. Der von der äußeren Stromquelle aufgenommene, mit abnehmender Drehzahl'zunehmende Strom kann jedoch durch einen Widerstand oder durch andere Mittel begrenzt werden, so daß die Generatorspannung bei sehr kleinen Drehzahlen verringert wird.Fig. 2 shows the characteristics of such a device over a certain speed range. On the ordinate is the ratio of the generator voltage U to the voltage V referred to above with reference voltage of the external power source, for example a battery, and the speed N of the drive shaft is carried on the abscissa. The generator is already magnetically saturated at relatively very low shaft speeds. The current consumed by the external power source, which increases with decreasing speed, can, however, be limited by a resistor or by other means, so that the generator voltage is reduced at very low speeds.

Wird die Drehrichtung des Generators umgekehrt, so bleibt die Polarität der Generator-Spannung unverändert, sofern die PolaritätIf the direction of rotation of the generator is reversed, the polarity of the generator voltage remains unchanged provided the polarity

der äußeren Spannungsquelle nicht geändert wird; das Verhältnis der beiden Spannungen bleibt dadurch positiv.the external voltage source is not changed; the ratio of the two tensions thus remains positive.

Abb. 3 zeigt weitere Charakteristiken, die man erhält, wenn die Magnetisierungskurven der magnetischen Kreise der Metadjme und des Generators nicht genau proportional sind und wenn sich in dem primären Kreis der Erregermaschine ein Widerstand befindet.Fig. 3 shows further characteristics obtained when the magnetization curves of the magnetic circuits of the metadjms and the generator are not exactly proportional and if there is a resistance in the primary circuit of the exciter.

ίο Die Charakteristik A B beispielsweise zeigt die Wirkung der relativen Zunahme der Sättigung des Generators im Verhältnis zu derjenigen der Metadyne. In diesem Falle wächst das Verhältnis U mit steigender Drehzahl. Die Charakteristik A C zeigt einίο The characteristic AB, for example, shows the effect of the relative increase in the saturation of the generator in relation to that of the metadyne. In this case, the ratio U increases with increasing speed. The characteristic AC shows a

■Ansteigen des Verhältnisses ψ mit abnehmender Drehzahl des Generators. Eine derartige Charakteristik erhält man, wenn" die Sättigung der Metadyne relativ zur Sättigung des Generators zunimmt.■ Increase in the ratio ψ with decreasing speed of the generator. Such a characteristic is obtained when "the saturation of the metadynes increases relative to the saturation of the generator.

Die Charakteristik A D erhält man, wenn bei hohen Drehzahlen die Sättigung der Metadyne rascher erfolgt als diejenige des Generators und bei niedrigen Drehzahlen die Sättigung des Generators rascher erfolgt.The characteristic AD is obtained when the metadyne is saturated more rapidly than that of the generator at high speeds and the generator is saturated more quickly at low speeds.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 4 wird der Generator 1 von der Metadyne 3 erregt. Er speist die Lampen6, die Heizgeräte/ und eine Batterie 8 mit den zugehörigen Schaltern 9, 10 bzw. 11 und den Sicherungen 12 und 13. Die Batterie 8 drückt den primären Bürsten a, c der Metadyne eine Spannung auf. Es ist ferner ein elektromagnetischer Schalter 14 mit zwei Erregerspuleni5 und 16 vorgesehen, von denen die Spule 15 parallel zur Metadyne 3 und zum Generator 1 und die Spule 16 in Reihe mit der Batterie liegen. Die Spulen 15 und 16 sind in der bei Fahrzeugbeleuchtungseinrichtungen bekannten Weise derart geschaltet, daß, sofern ein Strom, von der Batterie über die Spule 16 zum Generator fließt, die magnetische Wirkung der Spule 16 der magnetischen Wirkung der Spule 15 entgegenwirkt. Der Schalter 14 ist geöffnet, wenn die Spulen 15 und 16 unerregt sind. Zwischen der Batterie \8 und der primären Bürste α der Metadyne liegt ein Widerstand 17, der bei geschlossenem Schalter 14 überbrückt wird.In the exemplary embodiment according to FIG. 4, the generator 1 is excited by the Metadyne 3. It feeds the lamps 6, the heaters / and a battery 8 with the associated switches 9, 10 or 11 and the fuses 12 and 13. The battery 8 applies a voltage to the primary brushes a, c of the Metadyne. There is also an electromagnetic switch 14 with two excitation coils 5 and 16, of which the coil 15 is parallel to the Metadyne 3 and the generator 1 and the coil 16 is in series with the battery. The coils 15 and 16 are connected in the manner known from vehicle lighting devices in such a way that, if a current flows from the battery via the coil 16 to the generator, the magnetic action of the coil 16 counteracts the magnetic action of the coil 15. The switch 14 is open when the coils 15 and 16 are de-energized. Between the battery 8 and the primary brush α of the Metadyne there is a resistor 17 which is bridged when the switch 14 is closed.

Weiterhin ist noch ein elektromagnetischer Schalter 18 mit der Erregerspule 19 vorgesehen. Die Erregerspule 19 erhält über einen Zwischenschalter 20 des Schalters 14 Strom, wenn der Schalter 14 geschlossen ist. Der Schalter 18 verbindet bei geschlossenem Schalter 14 die Klemmen der Batterie mit den Klemmen des Generators 1. Der Schalter 18 ist mit einer Zeitverzögerungseinrichtung, beispielsweise einer Dämpfungseinrichtung 21, versehen.An electromagnetic switch 18 with the excitation coil 19 is also provided. The excitation coil 19 receives current via an intermediate switch 20 of the switch 14, when switch 14 is closed. The switch 18 connects when closed Switch 14 the terminals of the battery with the terminals of the generator 1. The switch 18 is with a time delay device, for example a damping device 21, provided.

Sind im Stillstand des Generators 1 der Schaltern geschlossen und die Schalter 14 und 18 geöffnet, so wird der Metadyne primärseitig über den Widerstand 17 ein geringer Strom zugeführt, so daß in der primären Kommutierungsachse der Metadyne eine Durchflutung hervorgerufen wird. Beginnt der Generator umzulaufen, so wird infolgedessen an den Klemmen des Generators eine Spannung erzeugt. Bei einer bestimmten Drehzahl wird der Schalter 14 durch die Wirkung der Spule 15 geschlossen, der Widerstand 17 überbrückt und somit die an die primären Bürsten a, c der Metadyne angelegte Spannung auf die volle Batteriespannung vergrößert. Dies bewirkt eine Vergrößerung der Klemmenspannung des Generators auf einen Wert, der angenähert gleich oder vorzugsweise etwas größer ist als der Wert der Batteriespannung. Kurze Zeit nach dem Schließen des Schalters 14 und des Zwischenschalters 20 wird auch der Schalter 18 geschlossen.If the switches are closed and the switches 14 and 18 are open when the generator 1 is at a standstill, a small current is supplied to the metadyne on the primary side via the resistor 17, so that a flow is caused in the primary commutation axis of the metadyne. If the generator begins to rotate, a voltage is generated at the terminals of the generator. At a certain speed, the switch 14 is closed by the action of the coil 15, the resistor 17 is bridged and thus the voltage applied to the primary brushes a, c of the Metadyne is increased to the full battery voltage. This brings about an increase in the terminal voltage of the generator to a value which is approximately equal to or preferably slightly greater than the value of the battery voltage. A short time after the switch 14 and the intermediate switch 20 have been closed, the switch 18 is also closed.

Nimmt die Drehzahl des Generators weiterhin zu, so wird die Batterie weiterhin aufgeladen. Sinkt jedoch die Drehzahl wieder unter einen bestimmten Wert, so daß die Klemmenspannung des Generators kleiner wird als die Spannung der Batterie, so schickt die Batterie einen Entladestrom durch den Generator. Die Umkehr der Stromrichtung in der Spule 16 bewirkt das Öffnen der Schalter 14, 20 und 18. Die Metadyne 3 ist dann mit der Batterie 8 wiederum nur über den Widerstand 17 verbunden, welcher, sobald die Drehzahl einen bestimmten Wert wieder überschreitet, überbrückt wird.If the speed of the generator continues to increase, the battery will continue to be charged. However, if the speed drops again below a certain value, so that the terminal voltage of the generator is lower than the voltage of the battery, the battery sends a discharge current through it the generator. The reversal of the direction of current in the coil 16 causes the opening of the Switches 14, 20 and 18. The Metadyne 3 is then again only over with the battery 8 connected to the resistor 17, which as soon as the speed has reached a certain value again exceeds, is bridged.

Um ein Überladen der Batterie zu vermeiden, ist zwischen dem Generator 1 und der Batterie 8 ein Widerstand 22 vorgesehen. Der Widerstand 22 ist gewöhnlich über einen elektromagnetischen Schalter 23 kurzgeschlossen, dessen Erregerspule 24 an den Klemmen der Batterie 8. liegt. Wenn die Batteriespannung einen bestimmten, der vollen Ladung entsprechenden Betrag erreicht hat, beispielsweise 2, 4VoIt je Zelle, wird der_s Schalter 23 geöffnet und somit der Ladestrom auf einen geringen Wert herabgesetzt.In order to avoid overcharging the battery, a resistor 22 is provided between the generator 1 and the battery 8. The resistor 22 is usually short-circuited via an electromagnetic switch 23, the excitation coil 24 of which is connected to the terminals of the battery 8. When the battery voltage has reached a certain amount corresponding to the full charge, for example 2.4 Volts per cell, the _s switch 23 is opened and the charging current is thus reduced to a low value.

Statt den Ladestrom durch einen Widerstand zu verringern, kann auch die Metadyne mit einer Stromregelwicklung versehen werden, deren Durchflutung in der Richtung der sekundären Bürstenachse wirkt. Die Durchflutung der Regelwicklungjcann sich gegebenenfalls entweder in Abhängigkeit von der Spannung der Hilfsstromquelle oder von der Belastung des Generators oder von beiden Größen ändern und dadurch der sekundäre Strom der Metadyne und- die Erregung des Generators in der gewünschten Weise ge-Instead of reducing the charging current through a resistor, the Metadyne be provided with a current control winding, the flow of which in the direction of the secondary brush axis acts. The flooding of the control winding can, if necessary either depending on the voltage of the auxiliary power source or on the Load of the generator or of both variables change and thereby the secondary Current of the metadyne and - the excitation of the generator in the desired way

regelt werden. Die in der Zeichnung nicht dargestellte Stromregelwicklung wird von der Batterie 8 gespeist und ist derart geschaltet daß sie den sekundären Strom der Metadyne und somit die Erregung des Generators verringert. Die Stromregelwicklung wird daher wie der Widerstand 22 je nach der Batteriespannung durch ein Relais aus- oder • eingeschaltet. Die Stromrichtung in der ίο Stromregelwicklung muß umgekehrt werden, wenn die Drehrichtung der Metadyne sich ändert.be regulated. The current control winding, not shown in the drawing, is of the Battery 8 is powered and connected in such a way that it supplies the secondary current of the Metadyne thus reducing the excitation of the generator. The current control winding is therefore like the resistor 22 depending on the battery voltage by a relay off or • switched on. The current direction in the ίο current control winding must be reversed, when the direction of rotation of the metadyne changes.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 5 ist die Bezugsspannungsquelle für den Primärkreis der Erregermaschine 3 eine Batterie 25. Die Erregermaschine 3 ist mit Ständerwicklungen 26 und 27 versehen, deren Durchflutungen in Richtung der primären Kommutierungsachse wirken. Durch diese Ständerwicklungen wird der primäre Strom der Metadyne und damit die der Batterie entnommene Leistung herabgesetzt; die Metadyne 3 wird im wesentlichen die für die Lieferung des sekundären Stromes erforderliehe Energie hauptsächlich oder gänzlich von der Welle 4 erhalten. Die Energieabgabe der Batterie beschränkt sich dann nur auf die Speisung des primären Stromkreises der Metadyne mit einer Leistung, die gegenüber der von den Sekundärbürsten der Metadyne abgegebenen Leistung etwa mit der Erregerleistung einer normalen Gleichstrommaschine zu vergleichen ist.In the embodiment according to Fig. 5, the reference voltage source is for the primary circuit the exciter 3 is a battery 25. The exciter 3 has stator windings 26 and 27 provided, the flow of which in the direction of the primary commutation axis works. Through these stator windings, the primary current is the Metadyne and thus the power drawn from the battery reduced; the metadyne 3 is essentially what is required for the supply of the secondary electricity Received energy mainly or entirely from wave 4. The energy output of the The battery is then limited to supplying the primary circuit of the Metadyne with a performance compared to that of the Metadyne secondary brushes output power approximately with the excitation power of a normal DC machine is to be compared.

Abb. 6 zeigt eine Einrichtung, bei welcher der in der Ständerwicklung 27 fließende Strom durch einen Regler, beispielsweise einen Tirrillregler 28, geregelt wird, der auf die Spannung des Generators 1 anspricht und die Aufgabe hat, labile Spannungsänderungen zu vermeiden und die Genauigkeit der gesamten Regelanordnung zu vergrößern. In Reihe mit den primären Bürsten a, c der Metadyne 3 liegt ein Widerstand 29. Der Spannungsabfall dieses Widerstandes verringert die Spannung an den Bürsten a, c. Der Regler 28 bewirkt ein Ein- und Ausschalten der Wicklung 27 und damit eine Änderung der Durchflutung in der primären Kommutierungsachse der Metadyne. Diese Änderung der Durchflutung bewirkt eine Änderung des primären Stromes und somit auch eine Änderung des Spannungsabfalls an den Klemmen des Widerstandes 29. Dadurch wird auch eine entsprechende Änderung des sekundären Stromes der Metadyne hervorgerufen, der in gleicher Weise die Erregung des Generators derart ändert, daß die Klemmenspannung im wesentlichen konstant gehalten wird. -Fig. 6 shows a device in which the current flowing in the stator winding 27 is regulated by a regulator, for example a Tirrill regulator 28, which responds to the voltage of the generator 1 and has the task of avoiding unstable voltage changes and the accuracy of the entire To enlarge control arrangement. In series with the primary brushes a, c of the Metadyne 3 there is a resistor 29. The voltage drop of this resistor reduces the voltage across the brushes a, c. The regulator 28 causes the winding 27 to be switched on and off and thus a change in the flow in the primary commutation axis of the metadyne. This change in the flow causes a change in the primary current and thus also a change in the voltage drop at the terminals of the resistor 29 Terminal voltage is kept essentially constant. -

-Die Metadyne kann noch mit einer zusätzlichen, in dem primären Stromkreis der Metadyne liegenden Wicklung versehen sein, und zwar ähnlich wie bei der Anordnung nach Abb. 5 (Wicklung 26).-The Metadyne can still be equipped with an additional one in the primary circuit of the Metadyne lying winding, similar to the arrangement according to Fig. 5 (winding 26).

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 6 ist ferner zwischen der Batterie 31 und den Lampen 32 ein Widerstand 30 eingeschaltet, wenn der Schalter 33 nach rechts umgelegt ist. Ist der Schalter 33 nach links umgelegt, so wird der Widerstand 30 überbrückt und die Batterie vom Generator 1 abgeschaltet. In dem ersten Falle wird die Batterie aufgeladen. Die Spannung an den Klemmen der Batterie ist daher hoch. Der Spannungsabfall an dem Widerstand 30 sorgt aber dafür, daß an den Lampen keine zu hohe Spannung liegt. In dem zweiten Fall, wenn die Batterie entladen wird, ist eine niedrigere Spannung vorhanden, die ohne weiteres an die Lampen angelegt werden kann. Auf diese Weise liegen die Fäden der Lampen praktisch stets an der gleichen Spannung. In the embodiment of Fig. 6 is also between the battery 31 and the Lamps 32 a resistor 30 switched on when the switch 33 is turned to the right. If the switch 33 is turned to the left, the resistor 30 is bridged and the Battery switched off from generator 1. In the first case the battery is charged. The voltage at the terminals of the battery is therefore high. The voltage drop across the Resistor 30, however, ensures that there is no excessively high voltage across the lamps. By doing second case when the battery is discharging there is a lower voltage present can be easily applied to the lamps. This is how the threads lie The lamps are practically always at the same voltage.

Der Schalter 33, der die Batterie 31 mit dem Generator 1 verbindet, wird durch einen Elektromagneten mit den Erregerspulen 35 und 36 betätigt.. Die Erregerspule 35 liegt an den Klemmen des Generators 1, und die Erregerspule 36 liegt im Hauptstromkreis, und zwar zwischen der Batterie 31 und dem Generator i. Wenn die Batterie 31 aufgeladen wird, ist der Schalter 33 infolge der Wirkung der Spule 35, die noch durch die Durchflutung der Spule 36 verstärkt wird, nach rechts umgelegt. Steigt jedoch die Batteriespannung derart, daß die Batterie sich zu entladen beginnt, so fließt in der Spule 36 ein Strom in der umgekehrten Richtung, so daß die Spule 36 der Spule 35 entgegenwirkt. Der Schalter 33 wird infolgedessen nach links umgelegt. Dadurch wird der Ladestromkreis unterbrochen und der Widerstand 30 kurzgeschlossen. Solche Verbraucher, die bei einer niedrigen Drehzahl nicht mit Strom versorgt zu werden brauchen, können zwischen dem Generator 1 und dem Schalter 33, .wie bei 34 angegeben ist, angeschlossen werden.The switch 33, which the battery 31 with the Generator 1 connects to the excitation coils 35 by means of an electromagnet and 36 actuated .. The excitation coil 35 is connected to the terminals of the generator 1, and the excitation coil 36 is in the main circuit, between the battery 31 and the generator i. When the battery 31 is charged is, the switch 33 is due to the action of the coil 35, which is still due to the flow the coil 36 is reinforced, turned to the right. However, if the battery voltage increases so that the battery begins to discharge, a current flows in the coil 36 in the opposite direction, so that the coil 36 of the coil 35 counteracts. The desk As a result, 33 is turned to the left. This interrupts the charging circuit and resistor 30 short-circuited. Such consumers who at a low speed need not be powered, can between the Generator 1 and the switch 33, as indicated at 34, can be connected.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 6 sind in der Metadyne 3 oder in dem Generator 1 in bei gewöhnlichen Gleichstrommaschinen bekannter Weise permanente Magnete 41 no bzw. 42 vorgesehen. Der Zweck dieser Maßnahme besteht darin, in der primären Kommutierungsachse der Metadyne 3 eine Anfangsmagnetisierung zu erzielen, so daß bereits bei kleinen Drehzahlen eine gewisse Spannung an den Klemmen des Generators erzeugt wird. Diese Spannung dient dazu, daß der elektromagnetische Schalter 33 sofort anspricht, wenn eine bestimmte Drehzahl erreicht wird.In the embodiment according to Fig. 6 are in the Metadyne 3 or in the generator 1 in normal DC machines In a known manner, permanent magnets 41 no and 42 are provided. The purpose of this action consists in an initial magnetization in the primary commutation axis of the Metadyne 3 to achieve, so that even at low speeds a certain voltage at the terminals of the generator is produced. This voltage is used to make the electromagnetic switch 33 immediately responds when a certain speed is reached.

Sind die permanenten Magnete 42 in der Achse der Hauptbürsten des Generators 1 an-Are the permanent magnets 42 in the axis of the main brushes of the generator 1

geordnet, so muß der Generator ι mit einer Wicklung 43 versehen sein. Diese Wicklung liegt an dem Hilfsbürstenpaar 44, 45, so daß durch die permanenten Magnete 42 über den Hilfsbürstenstromkreis in der Wicklung 43 ein Strom hervorgerufen und dadurch die gewünschte Anfangserregung des Generators erzielt wird. Durch den Einbau der Wicklung 43 ergibt sich bekanntlich infolge ihres Anschlusses an die Hilfsbürsten 44, 45 der weitere Vorteil einer Kompoundierungswirkung, welche eine Vergrößerung der Klemmenspannung des Generators hervorzurufen versucht, wenn der sie durchfließende Strom sich vergrößert. Hierdurch wird dem durch Widerstand und Ankerrückwirkung des Generators verursachten Spannungsabfall entgegengewirkt. Diese Art der Kompoundierung hat den Vorteil, daß es nicht nötig ist, die Kompoundspule 43 umzupolen, wenn die Drehrichtung der Welle umgekehrt wird.ordered, the generator ι must be provided with a winding 43. This winding is on the auxiliary brush pair 44, 45, so that by the permanent magnets 42 on the Auxiliary brush circuit in the winding 43 caused a current and thereby the desired initial excitation of the generator is achieved. By installing the winding 43 results, as is known, as a result of their connection to the auxiliary brushes 44, 45 of the Another advantage of a compounding effect, which is an increase in the terminal tension of the generator tries to cause when the current flowing through it increases. This will make it through Resistance and armature reaction of the generator counteracted voltage drop caused. This type of compounding has the advantage that it is not necessary to reverse the polarity of the compound coil 43 when the Direction of rotation of the shaft is reversed.

Abb. 7 zeigt eine gegenüber der Anordnung nach Abb. 6 etwas abgeänderte Ausführungsform der Erfindung. Der bei dieser Ausführungsform mittelbar auf die Erregerwicklung 27 der Metadyne einwirkende Vibrationsregler 28 ist bei der Anordnung nach Abb. 7 durch einen auf die Batteriespannung ansprechenden Kohledruckregler 37 ersetzt.FIG. 7 shows an embodiment of the invention that is somewhat modified compared to the arrangement according to FIG. The vibration regulator 28, which in this embodiment acts indirectly on the excitation winding 27 of the metadyne, is replaced in the arrangement according to FIG. 7 by a carbon pressure regulator 37 which responds to the battery voltage.

Dieser zur Unterstützung der Regelwirkung der Metadyne vorgesehene Regler 37 beeinflußt unmittelbar die Nebenschlußwicklung 2 ; er schließt diese mehr oder weniger kurz, so daß die Generatorspannung angenähert konstant gehalten wird.This regulator 37, which is provided to support the regulating action of the Metadyne, has an influence directly the shunt winding 2; he more or less short-circuits them, like that that the generator voltage is kept approximately constant.

Abb. 8 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem ein kleiner Motorgenerator vorgesehen ist, der aus zwei kleinen MaschinenFig. 8 shows another embodiment in which a small motor generator is provided is made up of two small machines

38 und 39 besteht. Die Maschine 38 ist ungesättigt, nebenschlußerregt und unmittelbar an die Klemmenspannung des Hauptgenerators ι angeschlossen. Die andere Maschine38 and 39 consists. The machine 38 is unsaturated, shunted, and immediate connected to the terminal voltage of the main generator ι. The other machine

39 speist die Metadyne 3 über die Primärbürsten a, c. Die Maschine 39 ist stark gesättigt und wird von der gleichen Stromquelle erregt wie die Maschine 38. Da die Maschine 38 ungesättigt ist, wird sie die Maschine 38 mit praktisch konstanter Drehzahl antreiben, und zwar auch dann, wenn die Klemmenspannung des Generators 1 stark schwankt. Sofern die Maschine 39 mit konstanter Drehzahl angetrieben wird, erzeugt sie eine konstante Spannung, wenn der Fluß konstant ist. Dies wird durch die Sättigung der Maschine erreicht, und zwar auch dann, wenn die Durchflutung der Erregerwicklung sich etwas ändert. Die gesättigte Maschine 39 kann auch nebenschlußerregt oder beide Maschinen 38, 39 können nebenschlußerregt und von der gleichen Stromquelle wie die Maschine 38 erregt sein.39 feeds the Metadyne 3 via the primary brushes a, c. The machine 39 is highly saturated and is excited by the same power source as the machine 38. Since the machine 38 is unsaturated, it will drive the machine 38 at a practically constant speed, even if the terminal voltage of the generator 1 fluctuates greatly. If the machine 39 is driven at a constant speed, it will generate a constant voltage when the flux is constant. This is achieved by saturating the machine, even if the flow through the excitation winding changes slightly. The saturated machine 39 can also be shunted or both machines 38, 39 can be shunted and excited from the same power source as the machine 38.

Abb. 9 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Speisung der primären Bürsten der Metadyne. Die Einrichtung nach Abb. 9 ist besonders bei Wasserkraftanlagen zweckmäßig, und zwar für den Fall, daß eine Stromquelle für den Primärstromkreis der Erregermaschine zunächst nicht zur Verfügung steht. .Eine nicht gezeichnete kleine reglerlose Turbine treibt die Hilfsmaschine 40 an. Die Drehzahl der Turbine ist gerade innerhalb mäßiger Belastungsgrenzen konstant, weil die Reibungsverluste sehr groß sind und praktisch den ganzen Betrag der aufgedrückten mechanischen Energie ausmachen. Der Hilfsgenerator .40 speist dann die Metadyne 3 über ihre primären Bürsten a, c mit einer konstanten Spannung. Die Metadyne 3 wiederum · speist die Erregerwicklung 2 des Hauptgenerators, beispielsweise eines Wechselstromerzeugers 1, mit einer Spannung, die sich annähernd umgekehrt proportional mit der Drehzahl der Welle 4 ändert. Man erhält infolgedessen an den Klemmen des Stromerzeugers ι eine von der Drehzahl der 8g Welle 4 unabhängige konstante Spannung, die ihrerseits aber ohne besondere Hilfsmittel als Bezugsspajinung für die Erregermaschine 3 nicht ohne weiteres verwendbar ist.Fig. 9 shows another way of feeding the primary brushes of the Metadyne. The device according to Fig. 9 is particularly useful in water power plants, specifically in the event that a power source for the primary circuit of the exciter is initially not available. A small regulator-less turbine, not shown, drives auxiliary machine 40. The speed of the turbine is constant within moderate load limits because the frictional losses are very high and practically make up the entire amount of mechanical energy applied. The auxiliary generator 40 then feeds the Metadyne 3 via its primary brushes a, c with a constant voltage. The Metadyne 3 in turn feeds the excitation winding 2 of the main generator, for example an alternating current generator 1, with a voltage which changes approximately inversely proportional to the speed of the shaft 4. As a result, a constant voltage is obtained at the terminals of the power generator ι independent of the speed of the 8g shaft 4, but which in turn cannot be readily used as a reference spajinung for the exciter 3 without special aids.

Claims

Patent claims:

1. Device for keeping the voltage constant, in particular on vehicle axles Driven, variable speed DC or AC generators with a primary side Metadyne type exciter located at a reference voltage and running at a proportional speed, characterized in that the generator (1) and the exciter machine (3) have the same or approximately the same degree of saturation within a certain speed range. '

2. Device according to claim 1, characterized in that the Metadyne and the generator to achieve a small change in the proportionality between generator voltage (U) and reference voltage (V) work in the individual sections of the operational speed range with different, favorably selected degrees of saturation.

3. Device according to claim 1 and 2, in which the generator is connected to a consumer circuit and works on a battery to which the primary brushes of the exciter machine are connected, characterized in that when a certain minimum speed of the generator (1) is exceeded with the help of electrical

magnetic switching devices (14) in the primary circuit of the exciter (3) lying resistor (17) bridged and after a short time through another electromagnetic switching device (18) the main circuit is closed (Fig. 4).

4. Device according to claim 1 to 3> characterized in that on the exciter or the generator permanent magnets (41 or 42) are provided, which are already relatively low speed at the terminals of the generator (i) generating a

Cause tension when crossing a fixed speed acts on a relay that closes of the main circuit (Fig. 6).

5. Device according to claim 1 to 4, characterized in that the primary side to an auxiliary power source, for. B. on a battery, the exciter (3) is provided with one or more stator windings (26, 27 ) to reduce the power absorbed via the primary brushes (flj c) (Figs. 5 and 6).

6. Device according to claim 1 to 5, characterized in that the primary brushes of the Metadyne are attached to the terminals of the generator are connected via a resistor (29) and that the excitation the winding (27) lying in the primary brush axis of the metadyne depending on the generator voltage by an automatic regulator (28) is controlled (Fig. 6).

7. Device according to claim 1 to 6, characterized in that, for keeping constant the generator pairing in the circuit of the excitation winding (2) The generator is provided with an automatic controller (37) to support the control effect of the exciter (3) that works in dependence on the battery voltage (Fig. 7).

8. Device according to claim 1 to 6, characterized in that the reference voltage for the primary circuit of the Exciter machine is supplied by a highly saturated auxiliary generator (39), that of one at the terminal voltage

* the main generator (1) lying unsaturated Shunt motor (38) is driven (Fig. 8).

9. Arrangement for devices according to claim 1 and 2, in which for the The primary circuit of the exciter is fed by a special direct current source initially does not exist, go characterized in that for generating the reference voltage for the primary circuit of the exciter (3) an auxiliary generator (40) is provided which is operated by a normal load engine running at practically constant speed, e.g. a water turbine, is driven (Fig. 9).

1 sheet of drawings