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Anordnung zur regelbaren- Erregung von Gleichstromgeneratoren, insbesondere
für Leonardantriebe Die Erfindung bezieht sich auf -solche Anordnungen zur -regelbaren
Erregung von Gleichstromgeneratoren, insbesondere für Leonardantriebe; bei denen
die-Erregerwicklung über einen Gleichrichter aus einer Wechselstromquelle gespeist
und die Erregerspannung durch einen einphasigen Drehtransformator geregelt wird,
und bezweckt, die Anordnungen dieser -Art dahin zu vervollkommnen, daß eine stufenlose
Regelung der Generatorspannung zwischen einem positiven und einem negativen Höchstwert
ohne Verwendung eines Umsciialters für den Erregerstrom, also völlig stetig ermöglicht
ist. Dieser Zweck wird der Erfindung gemäß dadurch erreicht, daß als Gleichrichter
ein durch einen Einahkerumformer mit ringförmigem feststehendem Joch ohne Erregerwicklung
gebildeter elektrodynamischer Gleichrichter dient, der synchron mit der Speisefrequenz
des Drehtransformators angetrieben wird. Als Wechselstromquelle für die Speisung
des elektrodynamischen Gleichrichters kann hierbei beispielsweise ein mit zwei Schleifringen
versehener Gleichstrommotor benutzt werden, der zum Antrieb des Leonardgenerators
dient: Dem Anker eines Gleichstrommotors über Schleifringe Wechselstrom zu entnehmen,
ist bereits bekannt. Auch sind bereits Anordnungen zur regelbaren Erregung von Synchronmaschinen
bekannt, bei denen als Gleichrichter für den Erregerstrom ein Frequenzwandler benutzt
ist, der über einen mehrphasigen D.rehtransformätor an die zur Speisung der Synchronmaschine
dienende Wechselstromquelle angeschlossen ist und synchron mit der Speisefrequenz
des Drehtransformators angetrieben wird: Eine der Erfindungsaufgäbe
entsprechende
Regelung einer Gleichstroingeneratorspannung zwischen einem positiven und einem
negativen Höchstwertkommt bei diesen bekannten Anordnungen naturgemäß nicht in Frage.
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Von besonderer Bedeutung ist die Erfindung für Leonardgeneratoren,
bei denen im Erregerstromkreis nicht nur eine durch den Gleichrichter erzeuge, durch
den Drehtransformator regelbare Fremdspannung, sondern auch noch eine der Fremdspannung
entgegenWirkende, durch den Generator erzeugte Spannung wirksam ist. In diesem Falle
ist es nämlich, insbesondere bei kleineren Motordrelizahlen und entsprechend kleinen
Werten der Fremdspannung, möglich, daß die durch den Generator erzeugte Gegenspannung,
wie weiter unten näher erläutert werden wird, vorübergehend das Übergewicht über
die Fremdspannung erhält, und es muß dann im Erregers-romkreis der Steuerstrom seine
Richtung umkehren und zur Fremdspannungsquelle zurückfließen können. Dies wäre aber
bei Benutzung der bisher bekannten statischen Gleichrichter nicht möglich, und es
ließe sich daher mit solchen Gleichrichtern keine befriedigende Regelung erzielen.
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Auf der Zeichnung sind in Abb. i und 2 zwei Ausführungsbeispiele der
Erfindung durch je ein Schaltbild erläutert, bei denen im Erregerstromkreis der
durch d°n Gleichrichter erzeugten regelbaren Fremdspannung eine durch den Generator
erzeugte Spannung entgegenwirkt.
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In Abb. i bezeichnet i einen zum Antrieb des Leonardgenerators 2 dienenden
Gleichstrommotor, der mit zwei an die Ankerwicklung angeschlossenen, in an sich
bekannter Weise zur Lieferung einer Wechselspannung dienenden Schleifringen 3 versehen
ist, und q. den Leonardmotor. An die Schleifringe 3 ist- die festliegend angeordnete
Primärspule des mit 5 bezeichneten Drehtransformators angeschlossen. Die drehbar
angeordnete bewegliche Spule des Drelitransforrnators ist über zwei Schleifringe
6 an den Anker 7 des als Gleichrichter benutzten Einankerumformers mit feststehendem
ringförmigem Magnetjoch angeschlossen. Der Drehtransformator gestattet, die an den
Schleifringen 3 des Motors i auf.retende konstante Wechselspannung in eine- stetig
veränderliche Wechselspannung zu verwandeln. Wenn man die bewegliche Spule so einstellt,
daß ihre Achse mit der Achse der festen Spule zusammenfällt, so hat die Spannung
ihren Höchstwert. Mit zunehmender Verdrehung der Spulenachsen gegeneinander sinkt
die in der beweglichen (sekundären) Spule induzierte EMK; sie wird zu Null, wenn
die Spulenaclisen aufein-,ander senkrecht stehen. Bei weiterer Drehung steigt die
EMK der sekundären Spule, jedoch ist sie in ihrer Phasenlage um 18o° gegen die ursprüngliche
Phasenlage verschoben. Der Anker des Leonardgenerators 2 ist durch eine Welle mit
dem Anker 7 des Einankerumformers gekuppelt. Anstatt mechanisch durch eine Welle
könnte er auch elektrisch mit dem Anker 7 synchron gekuppelt sein. Der den Schleifringen
6 des Umformers zugeführte Sekundärstrom des Drehtransformators 5 erzeugt bei synchronem
Lauf des Umformers ein räumlich stillstehendes konstantes Feld und ein mit der doppelten
Netzfrequenz rotierendes Drehfeld. Das Drehfeld wird durch Wirbelströme in dem den
Anker 7 umgebenden Eisenring oder durch Kurzschlußströme in einem Dampferkäfig dieses
Ringes vernichtet. Die räumlich stillstehende konsiante Komponente des Wechselfeldes
erzeugt im Anker eine Gleichspannung, die, wenigstens im unbelasteten Zustand, zu
der Wechselspannung in einem festen Verhältnis seht. Es ist dabei vorausgesetzt,
daß die Bürsten 8 des Umformers in der neutralen Zone stehen. Ein auf die beschriebene
Weise erregter und in einem geschlossenen Polring s_cli drehender Gleichstromanker
hat bei Belastung- eine sehr große Ankerrückwirkung; die neutrale Zone wandert daher
in weiten Grenzen aus. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird zweckmäßig für die
Generatorerregung eine Anordnung zur stabilisierten Selbsterregung verwendet, bei
der, wie bereits vorgeschlagen, die Erregerwicklung io des Leonardgenerators 2 in
einem Selbsterregerstromkreis in Reihe mit einem durch eine Leitung 13 mit ihr verbundenen
Widerstand i i von unveränderlicher Größe zwischen der einen Generatorklemme und
einem Sengelring 12 liegt und zugleich über den zwischen dem Sengelring 12 und der
anderen Generatorklemme liegenden Teil . des Generatorankers durch Leitungen g an
die Klemmen 8 des Einankerumformers 7 angeschlossen ist. Der Widerstand des SelbsterregerstromkreiSes
2, 11, 13, 10, 2 ist hierbei in an sich bekannter Weise mindestens angenähert so
bemessen, daß gerade keine Selbsterregung eintreten würde, wenn der Selbsterregerstromkreis
allein vorhanden wäre. Die neutrale Zone wandert in diesem Fall nur bei Änderungen
der Reglersteltung aus und nimmt im stationären Zustand ihre alte Lage wieder ein.
Bei allen Generätorspannungen, die innerhalb des linearen Teiles der Charakteristik
liegen, wird iin stationären Zustand der Steuerstrom in der Leitung 9, 8, 9 gleich
Null, wenn der Widerstand des Selbsterregungsstromkreises 12, 10,
13, 11,
2 richtig bemessen ist. Erhöht mati
durch Drehen der beweglichen
Spule des Drehtrausformators 5 die Steuerspannung am Einankerumformer 7, so tritt
während des Ausgleichvorganges ein aus dem Einankerumformer kommender Steu--rstrom
auf. Vermindert man die Steuerspannung, so fließt der nunmehr auftretende Steuerstrom
zum Einankerumformer zurück, d. h. der Steuerstrom kehrt seine Richtung um, ohne
daß der Klotor seine Drehrichtung umkehrt und ohne daß der Erregerstrom in der Wicklung
io seine Richtung wechselt. Wäre als Gleichrichter ans.att des Einankerumforniers
einer der bekannten statischen Gleichrichter benutzt, so würde wohl bei einer Vergrößerung
der Steuerspannung ein aus dem Gleichrichter kommender Steuerstrom auftreten, bei
einer Verringerung der Steuerspannung würde jedoch der statische Gleichrichter verhindern,
daß ein Rückstrom nach der S_euerspannungsquelle fließen kann. Die Klemmenspannung
des Leonardgenerators würde also der Verminderung der Steuerspannung nicht folgen,
sondern ihren vorherigen Wert beibehalten. Es liegt auf der Hand, daß eine derartige
Regelung nicht brauchbar wäre.
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Die Anordnung nach Abb.2 unterscheidet sich von der nach Abb. i im
wesentlichen nur dadurch, daß die Primärwicklung des Drehtransformators 5 nicht
an den zum Antrieb des Leonardgenerators 2 dienenden Motor i, sondern an zwei Phasenleitungen
eines Drehstromnetzes 1q. angeschlossen ist und daß ferner der über die Schleifringe
6 mit der Sekundärwicklung des Drehreglers 5 in Verbindung stehende Einankerumformer
7, 8, 6 nicht durch den Motor i, sondern durch einen mit ihm gekuppelten, aus dem
Drehstromnetz i q. gespeisten Synchronmotor 15 angetrieben wird.