DE689314C

DE689314C - DC generator for constant voltage

Info

Publication number: DE689314C
Application number: DE1934S0115035
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Julius Fiedler
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1933-10-31
Filing date: 1934-08-10
Publication date: 1940-03-16

Description

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei elektrischen Generatoren mit Wasserturbinenantrieb, der keinen Turbinenregler zur Konstanthaltung der Drehzahl bei verschiedenen Belastungen besitzt, «oder bei Generatoren mit einem gleichartigen anderen Antrieb im ganzen Drehzahlbereich zwischen Vollast und Leerlauf (ungefähr 1:2) die Klemmenspannung praktisch konstant zu halten.The object of the invention is to provide electrical generators with a water turbine drive, which does not have a turbine governor to keep the speed constant at various Loads, «or in the case of generators with another of the same type Drive in the entire speed range between full load and idle (approx. 1: 2) the To keep terminal voltage practically constant.

Bei Gleichstromgeneratoren mit Haupt- und Nebenschlußerregung und geringer Eisensättigung, die eine im wesentlichen lineare Stromabhängigkeit haben, wird nach einem bekannten Vorschlag zur Lösung dieser Aufgabe ein zusätzlicher Spannungsregler benutzt, der den Unterschied zwischen der wirklichen Generatorspannung und der gewünschten konstanten Spannung ausgleicht.For direct current generators with main and shunt excitation and low iron saturation, which have an essentially linear current dependence, an additional voltage regulator is used according to a known proposal to solve this problem, the difference between the real generator voltage and the desired constant Tension balances.

Automatische Spannungsregler verteuern jedoch die Anlagen sehr in Anbetracht der geringen Leistungen, für die reglerlose Turbinen gebaut werden.However, automatic voltage regulators make the systems very expensive in view of the low power, for which governorless turbines are built.

Die Erfindung schafft einen gut ausgenutzten Generator, der ohne besonderen Spannungsregler selbsttätig die Spannung bei jeder Drehzahl konstant hält und im Gegensatz zu einem anderen bekannten Vorschlag, nach dem eine Gleichstromquerfeldmaschine als reglerloser Wasserkraftgenerator benutzt wird, aus einem normalen Maschinenmodell mit verhältnismäßig geringen Änderungen hergestellt werden kann.The invention provides a well-used generator that does not require a special voltage regulator automatically keeps the voltage constant at any speed and in contrast to another known proposal, according to which a direct current cross-field machine is used as a regulatorless hydropower generator becomes, from a normal machine model with relatively minor changes can be produced.

Erfindungsgemäß wird der Generator derart ausgebildet, daß das Generatorfeld außer dem spannungerzeugenden, praktisch konstanten Hauptfeld ein bei steigendem Belastungsstrom mehr als proportional abnehmendes Gegenfeld besitzt, so- daß das Gesamtfeld des Generators derart vom Belastungsstrom abhängt, daß es zugleich mit diesem um mehr ,als proportional steigende Beträge zunimmt.According to the invention, the generator is designed such that the generator field except the voltage-generating, practically constant main field with increasing load current has more than proportionally decreasing opposing field, so that the total field of the generator is affected by the load current depends that at the same time it increases by more than proportionally Amounts increases.

Bei der Maschine nach der Erfindung kanm das erwähnte Verhalten z. B. durch eine Ver-. bundwicklung mit stromabhängigem Nebenwiderstand erreicht werden. Vorzugsweise wird aber die magnetische Sättigung eines Hilfsfeldes benutzt, indem der Generator außer dem spannungerzeugenden Hauptfeld ein bei steigendem Belastungsstrom abnehmendesGegenfeld mit gekrümmter Charakteristik erhält.In the machine according to the invention, the aforementioned behavior z. B. by a ver. coil winding with current-dependent shunt resistance can be achieved. Preferably but the magnetic saturation of an auxiliary field is used by the generator In addition to the main voltage-generating field, a counter-field that decreases with increasing load current with a curved characteristic.

Die Kurve des Tangentialdruckes P einer Turbine in Abhängigkeit von der Umlaufgeschwindigkeit V verläuft bekanntlich als Ge-As is known, the curve of the tangential pressure P of a turbine as a function of the rotational speed V runs as

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:*) The patent seeker stated as the inventor:

Dr.-Ing. Julius Fiedler in Wien.Dr.-Ing. Julius Fiedler in Vienna.

rade (Fig. ι), die der LeistungL = Ρ·ν somit als Parabel. Die Turbine arbeitet bed Vollast im Punkte der Leistungskurve und bei Entlastung auf deren Ast .A-Z?. Dieser;-Ast stellt also im Betriebsbereich der Turbine je nach dem Maßstab den Leistungsverlauf in Abhängigkeit von der Drehzahl/i und bei konstanter Spannung E auch-dea Verlauf des Generatorstromes / als Funktion der ίο Drehzahl« dar; hierbei ist der Generatorwirkungsgrad nicht berücksichtigt. Das zugehörige Feld Φ des Generators folgt derrade (Fig. ι), that of the power L = Ρ · ν thus as a parabola. The turbine works at full load in the point of the power curve and when unloaded on its branch .AZ ?. This; -Ast thus represents in the operating range of the turbine, depending on the scale, the power curve as a function of the speed / i and with a constant voltage E also-dea curve of the generator current / as a function of the ίο speed «; the generator efficiency is not taken into account here. The associated field Φ of the generator follows the

bekannten Beziehung Φ —known relationship Φ -

K-EK-E

(K = Kon- (K = Kon-

stante), die Φ, /z-Kurve ist also bei konstanter Spannung eine Hyperbel. Es besteht daher eine eindeutige Abhängigkeit des notwendigen Feldes vom Ankerstrom Φ =/(/), die sich aus den Kurven der Fig. ι Φ = / (κ) und / = / (ti) ohne weiteres bestimmen läßt. Diese für den Konstantspannungsgenerator nach der Erfindung wesentliche nichtlineare Abhängigkeit des Feldes vom Ankerstrom ist in Fig. 2 als Kurve α dargestellt und wird durch den im folgenden angegebenen Aufbau des Generators erzielt.stante), so the Φ, / z curve is a hyperbola at constant voltage. There is therefore a clear dependency of the necessary field on the armature current Φ = / (/), which can be easily determined from the curves in Fig. Ι Φ = / (κ) and / = / (ti). This non-linear dependence of the field on the armature current, which is essential for the constant voltage generator according to the invention, is shown in FIG. 2 as curve α and is achieved by the structure of the generator specified below.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 3 der Zeichnung vereinfacht dargestellt. Der Generator besitzt im wesentliehen außer konstant erregten Hauptpolen stärker gesättigte, einander entgegenwirkende Pole mit Gegenverbunderregung. Diese Gegenpole könnten in der Umlauf richtung des Generators vor oder hinter den Hauptpolen angeordnet werden, doch ist der Generator zweckmäßig als Spaltpolmaschine auszubilden. Er hat nach Fig. 3 ein Polsystem I (N/ und Si) für einen konstanten Kraftfluß, das hauptsächlich nur eine Nebenschlußwicklung, gegebenenfalls noch eine Verbundwicklung trägt und ein Polsystem II (Nu und Su) mit zwei Wicklungen, deren eine, s, feldverstärkend wirkt und vom Ankerstrom durchflossen wird und deren andere, ti, feldschwächend wirkt und vom Nebenschlußerregerstrom durchflossen wird. Allenfalls wird vor alle Nebenschlußspulen ein Eisendrahtwiderstand vorgeschaltet, um den Erregerstrom genau konstant zu halten. Die beiden Wicklungen der PoIeA''// und Sn sind so bemessen, daß sie einander in ihrer Wirkung bei Vollast aufheben. Dann erzeugt das Polsystem I allein das Feld des Generators. Bei Entlastung sinkt die Reihenschlußerregung s und die feldschwächende Wirkung der Nebenschlußerregung« überwiegt. Der magnetische Kreis der Teilpole Nn und Sn erhält eine Charakteristik, die dem Feldverlauf Φ/j nach Kurve α in Fig. 2 entspricht. Bei jedem Belastungsstrom / wirken im Generator der konstante Fluß Φ/ der PoIeA⁷Z und S/ und diesem entgegen der Fluß Φ υ der PoIeA⁷// und S/ι, der durch den Unterschied der Nebenschlußerregung /2 und der Reihenschlußerregung s erzeugt wird. Das die Spannung bestimmende resultierende Feld der Maschine Φ% = Φ/ — Φη verläuft dann, wie erforderlich, nach der Kurve a (Fig. 2).An embodiment of the invention is shown in simplified form in FIG. 3 of the drawing. The generator essentially has, besides constantly excited main poles, more saturated, opposing poles with counter-compound excitation. These opposite poles could be arranged in the direction of rotation of the generator in front of or behind the main poles, but the generator is expediently designed as a shaded pole machine. According to FIG. 3, it has a pole system I (N / and Si) for a constant flow of force, which mainly carries only one shunt winding, possibly also a composite winding, and a pole system II (Nu and Su) with two windings, one of which, s, strengthens the field acts and is traversed by the armature current and the other, ti, has a field-weakening effect and is traversed by the shunt excitation current. If necessary, an iron wire resistor is connected upstream of all shunt coils in order to keep the excitation current exactly constant. The two windings of PoIeA '' // and Sn are dimensioned in such a way that they cancel each other out in their effect at full load. Then the pole system I alone generates the field of the generator. When the load is removed, the series excitation s decreases and the field-weakening effect of the shunt excitation «predominates. The magnetic circuit of the partial poles Nn and Sn has a characteristic which corresponds to the field profile Φ / j according to curve α in FIG. With every load current / the constant flux Φ / the PoIeA ⁷ Z and S / act in the generator and against this the flux Φ υ of the PoIeA ⁷ // and S / ι, which is generated by the difference between the shunt excitation / 2 and the series excitation s . The resulting field of the machine which determines the voltage Φ% = Φ / - Φη then runs, as required, according to curve a (FIG. 2).

Für die beschriebene Maschine kann z. B. ein gewöhnliches vierpoliges Magnetgestell verwendet werden, worin zwei Pole durch Einlagen an der Verbindungsstelle mit dem Magnetjoch oder durch Entfernen von Eisen Sättigungswege erhalten, die die gekrümmte Charakteristik ergeben. In Fig. 3 bedeuten A die Aussparungen in den Polen, welche magnetische Engpässe W verursachen.For the machine described, for. For example, an ordinary four-pole magnet frame can be used, in which two poles are given saturation paths by inlays at the junction with the magnet yoke or by removing iron, which give the curved characteristic. In Fig. 3, A denotes the recesses in the poles, which cause magnetic bottlenecks W.

Claims

Patent claims:

i. DC generator for constant voltage with regulatorless water turbine drive or similar drive, characterized in that the generator field, in addition to the voltage-generating, practically constant main field with increasing load current, more than has proportionally decreasing opposing field.

2. Generator according to claim 1, characterized in that it is next to practical constantly excited poles magnetically saturated opposing poles with opposing compound excitation owns.

3. Generator according to claim 1 and 2, characterized in that it is designed as a shaded pole ^{machine and at least one practically constant excited (A 7} /, S /) and at least one mutually excited partial pole (Nn, Su) of opposite polarity cooperate to generate voltage.

4. Generator according to claim 1 to 3, characterized in that the mutual excitation of the GCgCnPoIe (A ⁷ ZZjS //) is set such that its field disappears at full load current.

5. Generator according to claim 3 or 4, characterized in that the one TeILpOl (A ⁷ ZjS /) of each shaded pole has a shunt winding and the second, preferably a saturation path containing partial pole (Nu, Su) has an opposite shunt winding (ti) and one counteracting it Series closure widdung (s) carries (Fig. 3).

For this purpose ι sheet of drawings