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Schaltung mit einem selbsterregten Gleichstromgenerator
Die Hrfindung bezieht sich auf Schaltungen für abgestimmte Gleichstromgeneratoren.
Ein Gleichstrcimgener,t;or \\ird als altgestimmt bezeichnet, \%-etitt er mit Bitter
solchen Selhsterregung verseben ist, dafi er auf dem geradelt Teil seiner Magnetisicrutt@scltaralacristil:
arbeitet, so <ial.1 er auf jede geringe Änderung seiner übrigen Erregung hochctnpfindlich
anspricht. Die übrige Erregung kann manchmal im Sinne einer t'titerstützung
und manchmal iln Sinne einer Verminderung der Selbstc#rl1#gung wirken.
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Die .\listininiting eines Gleichstromgenerators \cird durch Kinstellung
der bViderstände der Selbsterl-egtitigsstt-()tnkrcise erreicht. Wenn die Werte dieser
Widerstünde mit der Temperatur schwanken, kann die :\bstimmung verlorengehen, und
es wird dann eilt viel größerer betrag der übrigen Erregung lieniitigt, tun eine
erforderliche Spannungsänderung (lcs Generators hervorzubringen. Die Ertindung bezweckt
hauptsächlich, den Abstimmungsverlust, der eintreten kann, wenn die Widerstände
der Selbsterregungsstronikreise sich mit der Temperatur verändern, möglichst klein
zu halten.
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(iemäf5 der Erfindung ist die Schaltung mit einem selbsterregten,
auf dein geraden Teil seiner Magnetisiertingscharakteristik arbeitenden .Gleichstromgenerator,
der eine Belastung speist, welche in Reihenschaltung Elemente mit verschiedenen
Widerstandstetnperaturkoeffizienten enthält, dadurch gekennzeichnet, daB eine Selbsterregungskomponente
automatisch entsprechend den Änderungen der relativen Spannungsabfälle an einem
Element mit geringerem Temperaturkoeffizient und an einem Element mit höherem Temperaturkoeffizient
verändert wird, um dies Abnahme der Selbsterregung, die von der Widerstanderhöhung
der Erregungskreise bei Temperaturanstieg herrührt, auszugleichen und dadurch den
Betrieb auf dem geraden
Teil der Magnetisierungskurve aufrechtzuerhalten.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung. Die Zeichnung
zeigt ein Schaltungsbild einer Ward-Leonard-Schaltung mit gemäß der Erfindung hinsichtlich
der Erwärmungseinflüsse kompensierten 1?rregerinaschinen.
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Bei der dargestellten Anordnung wird der Anker io eines Gleichstrommotors
1 nach der Ward-Leonard-Schaltung von dem Anker 20 eines Gleichstromgenerators 2
gespeist.
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DerGenerator 2 wird von einer Erregermaschine4 erregt, die ihrerseits
von einer Hilfserregerinaschine 5 erregt wird, und diese wird wiederum -ins einer
Erregermaschine 6 mit konstanter Spannung erregt. Der Motor i wird von der Erregerniaschine
6 mit konstanter Spannung erregt, wobei eine Kompensationserregermaschine 3 eine
Gegenwirkung ausübt. Die Kompensationserregerinaschine 3 wird von einer Hilfserregermaschine
7 erregt, die ihrerseits von der Erregermaschine 6 mit konstanter Spannung erregt
wird.
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Die Erregermaschine 6 und die Hilfserreger-»iaschinen 5 und 7 werden
(wenigstens annähernd) finit konstanter Drehzahl angetrieben, beispielsweise von
einem oder mehreren Synchronmotoren ;>der von einem oder mehreren Induktionsmotoren,
die aus einem Wechselstromnetz gespeist werden. Die Erregermaschinen 3 und
4 werden gewöhnlich in gleicher Weise angetrieben, jedoch darf die Drehzahl des
Generators 2 um etwa 20% beim Auftreten \-on Belastungsspitzen kurzer Dauer absinken,
so tlaß Energie von einem mit diesem Generator gekuppelten Schwungrad zugeführt
werden kann.
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In dem unteren Teil des erforderlichen Drehzahlbereiches des Motors
i wird die Drehzahl durch \'eräiiderung der Ausgangsspannung des Generator2 gesteuert,
indem die Einstellung des ('otentiorneters 59 für die Überwachung der Generatorerregung
verändert wird. In dem oberen Teil des Drehzahlbereiches wird die Drehzahl durch
Veränderung des Feldes des Motors i gesteuert, indem die Einstellung des Potentiometers
79 für die Vberivachung der :Motorerregung verändert wird.
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Die l lauptfeldwirkung der Erregermaschine 4 ist in zwei gleiche Abschnitte
41, 42 unterteilt, die als gegenüberliegende Zweige einer Brücke angeordnet :find.
Die Brücke ist durch Widerstände 43, 44 vervollständigt, deren Widerstandswerte
denjenigen der Wicklungsabschnitte 41, 42 gleich sind, wenn diese sich in kaltem
Zustand befinden.
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Zusätzlich zu ihrer Hauptfeldwicklung besitzt die Erregermaschine
4 eine negative, d. h. gegenwirkende Serienfeldwicklung 45, um die Geschwindigkeit
zu erhöhen, mit der der Strom in der Generatorfelchvicklung 21 auf Änderungen des
Stromes in der Hauptfeldwicklung 41, 42 der Erregermaschine anspricht.
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Die Feldwicklungsbrückenschaltung der Erregermaschine 4 ist mit ihren
Ecken E, I, in Reihe mit einem einstellbaren Widerstand 56 geschaltet, um den Ausgangskreis
der Iiilfserregermaschine 5 zu bilden.
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Die Hilfserregermaschine _5 besitzt, wie dargestellt, sowohl eine
Serienfeldwicklung 52 als auch eine Nebenschlußfeldwickhing 54, wobei die letztere
mit einem Feldeinstellwiderstand 57 versehen ist. Eine von diesen Feldwicklungen
52, 54 kann jedoch weggelassen werden. l)ie Hilfserregermaschine ist auch mit einer
Hilfsfeldwicklung 53 versehen, die in Reihe mit einem einstellbaren Widerstand 55
an die Ausgangsecker; G, Il der l,' eldwicklungsbrücke der Erregermaschine
4 angeschlossen ist. Eine weitere Erregung für die Hilfserregerinaschine 5, welche
die Selbsterregung manchmal unterstützen und manchmal scliwäclien kann, ist durch
eine Steuerfeldwicklung ; i vorgesehen.
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Die Hilfserregerniaschine 5 ist so ausgebildet, (laß sie auf dem geraden
"Feil ihrer \lagnetisierungscharakteristik arbeitet, und die Widerstiinde ihres
Ankers und ihrer Feldstromkreise sind so eingestellt, daß Selbsterregung ohne weitere
Erregung oder nur mit einer verhältnismäßig sehr geringen weiteren Erregung eintritt.
Sie spricht mit einer derartigen Abstiininting auf jede :Änderung ihrer weiteren
Erregung hocheniplindlich an.
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Das Steuerpotentionieter 59 für den Generator ist an die flaupterregerinaschine
0 niit konstanter Spannung angeschlossen. I)ie Stcuerfeldwicklung 5i wird von einem
abgegriffenen Teil des Steuerpotentiometers 59 erregt, wobei ein festgelegter Anteil
der Spannung ani Generatoranker 20 gegenwirkend zurückgekoppelt ist. Dieser Anteil
der Spannung des Generatorankers wird von dein Widerstand 22 und der Drosselspule
23 abgenominen, die zusammen finit dein Widerstand 24 ein festes Potentionieter
parallel zu <lein Generatoranker 20 bilden. Die Aufgabe der Drosselspule 23 besteht
darin, eine Komponente einer entgegenwirkenden Rückkopplungsspannung einzuführen,
die proportional der Änderungsgeschwindigkeit der Spannung des Generatorankers ist,
um dadurch die Neigung zu Pendelttngen zti vermindern.
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Unter stetigen Verhältnissen ist die gegenwirkend zurückgekoppelte
Spannung an dein Widerstand 22 und der Drosselspule 23 entweder genau oder sehr
angenähert gleich und entgegengesetzt zu der Steuerspannung, die von dein abgegriffenen
Teil des Steuerpotentionieters 59 zugeführt wird, so daß der Strom in der Steuerfeld-,vicklung
51 gering ist.
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Wenn die Abschnitte 41 und 42 der Feldwicklung der Erregermaschine
4 sich erwiirnieii, erhöht sich ihr Widerstand, da sie finit gewöhnlichem Kupferdraht
gewickelt sind. Die Widerstände 43 und 44 bestehen jedoch aus Widerstandsdraht mit
einem sehr geringen oder vernachlässigbaren Widerstandst, niperattirkoeffizient.
\\-ic z. l',. eine Chroin-\ ickel-Legierung.
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l)ie Widerstandserhöhung, die so in der Belastung der l lilfserregerniaschine
5 eintritt, sticht den Grad der durch die Serienfelde icklung 52 her-\orgerufenen
Selbsterregung zu \erniindern.
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I)a die Widerstandswerte der Feldwicklungsabschiiitte d1 und-4-2 sich
bei steigende;- Temperatur
im Verhältnis z» denjenigen der Widerstände
43 und 44 zu erhöhen, wird die Brücke dementsprechend unausgeglichen und die 1-lilfsfeldwicklung
53 wird entsprechend dem Grad des Ungleichgewichtes erregt.
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Wenn die Nebenschlußfeldwicklung 54 weggelassen wird, wird die Hilfsfeldwicklung
53 so ausgebildet und eingestellt, daß sie gerade die erforderliche Verstiirkung
der durch die Serienfeldwicklung 52 gegebenen Selbsterregung erzeugt, um die Hilfserregermaschine
5 in der Abstimmung zu erhalten, wenn der Widerstand ihrer Belastung sich mit steigender
Temperatur erhöht.
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Wenn die Nebenschlußfeldwicklulig 54 vorgeselten ist, wird sie mit
gewöhnlichem Kupferdraht gewickelt und ist daher einer Erhöhung des Widerstandes
mit der Temperatur unterworfen, und diese Erhöhung wird ebenfalls den Grad der von
dieser Nebenschlußfeldwicklutig bewirkten Selbsterregung vermindern. Der Belastungskreis
der Hilfserregermaschine 5 wird waren sein, wenn ihre Nebenschlußfeldwicklung 54
warm ist.
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Weiin die Serienfeldwicklung 52 weggelassen wird, kaifit daher die
1 iilfsfeldwicklnng 53 so ausgebildet und eingestellt werden, daß sie gerade die
erforderliche Verstärkung der durch die Nebenschlußfeldwicklung 54 erzeugten Selbsterregung
liefert, um die Hilfserregermaschine 5 in Abstimmung zu halten, wenn der Widerstand
dieser Nebenschlußfeldwicklung auf seinen warmen Wert angestiegen ist. Je mehr die
Zeitkonstante des Temperaturanstiegs der Belastung, welche die 1?rregerfeldwicklungsabschnitte
4i ulld 42 umfaßt, derjenigen der Nebenschlußfeldwicklung 54 angeglichen werdeti
kann, tim so geitatler wird der Grad der Kompensation sein, welcher über den Bereich
des Teinperaturatistiegs aufrechterhalten werden kann.
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Wenn sowohl die \ebenschlußfeldwicklung 54 als auch die Serienfeldwicklung
52 angewendet wird, wird die Hilfsfeldwicklung 53 so ausgebildet und eingestellt,
claß sie gerade die erforderliche Verstärkung für die von diesen beiden Wicklungen
erzeugte Selbsterregung liefert, uni die Hilfserregermaschine 5 in Abstimmung zu
halten, wenn die Widerstände der Belastung und der Nebenschltißfeldw-icklung 54
auf ihre w-arnien Werte angestiegen sind.
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Eine so ausgebildete und eingestellte Hilfsfeldwicklung 53 wird itotw,endigerw-eise
(gleichgültig ob beide Feldwicklungen 52 und 54 oder nur eine von ihnen vorgesehen
sind) zu einer Erhöhung der Erregung der Hilfserregerniaschine 5 unter allen Bedingungen
führen. welche eine Erhöhung der Spamiungsabfä lle all den Feldw-ickluligsaltschnitteil
41 und 42 in bezug auf die Spannungsabfälle an den @\'iderständen 43 und 44 verursachen.
Solche Bedingungen bestehen, sobald die Ströme in den Feldwicklungsabschnitten 41
und 42 zunehmen, und daher unterstützt die Hilfsfeldwicklung 53 jede Spannungserhöhung
der Hilfserregermaschine 5, die von einer Erhöhung der Erregung der Steuerfeldwicklung
5 i herrühren kann. Durch diese Uilte rstützung beschleunigt sie nicht ntir das
Ansprechen der Hilfserregermaschine 5 auf eine solche Erhöhung der Steuerfelderregung,
sondern sie bewirkt einen Überschuß der Ausgangsspannung der Hilfserregermaschine
5, solange wie die Ströme in den Erregerfeldwicklungsabschnitten 41 und 42 noch
ansteigen.
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Während der Strom in der Feldwicklung 53 ansteigt, wird ferner die
Transformatorwirkutig das Entstehen eines Stromes in der Steuerfeldwick lung 51
beschränken und daher den Strom begrenzen, der in dieser Wicklung fließt, unmittelbar
nachdem die Einstellung des Steuerpotentiolneters 59 geändert worden ist.
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Die Haupterregermaschine 6 mit konstanter Spannung besitzt eilte I##ebensclilußfeldwicklung6i
mit einem Einstellwiderstand 63 und eine Serienfeldw-icklung 62 zur Kompoundierung.
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Die Kompensationserregermaschine 3 besitzt eine Feldwicklung, die
in Abschnitte 31 und 32 unterteilt ist, welche in Brückenschaltung mit gleichen
\\'iderständen 33 und 34 wie die Hauptfeldwicklung der Generatorerregermaschine
4 verbunden ist.
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Die Feldwicklungsbrücke der Kompensationserregerinaschine 3 ist mit
ihren Ecken A, B in Reihe mit einem einstellbaren Widerstand 75 und mit einer,
normalerweise durch einen Gleichrichter 76 kurzgeschlossenen Drosselspule 77 geschaltet,
um den Ausgangskreis der Hilfserregermaschille 7 zu bilden. Der Strom fließt durch
die Brücke in der Richtung voli h nach A, um die Erregermaschine 3 in dem Sinne
zu erregen, claß sie der Spannung der Haupterregermaschine 6 entgegenwirkt.
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Die Hilfserregermaschine 7 hat eine Reihenfeldw-icklUllg 72, die so
ausgebildet und in bezug auf die \\'idei-stände des Stromkreises so eingestellt
ist, daß diese Hilfserregermaschine, die auf dem geraden "feil ihrer Charakteristik
arbeitet, abgestimmt ist, w-eiligsten,; weitet der Gleichrichter 76 leitend ist.
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Die Flilfserregertnaschilie 7 ist ebenfalls mit einer Hilfsfel(lwicklulig
73 versehen, die in lZeihe mit einem einstellbaren Widerstand 7:4 mit den Ausgangsecken
C, T) der Feldwicklungsbrücke der Kompensationserregermaschille 3 verbunden ist.
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Eilte weitere Erregung der Hilfserregermaschine 7 wird durch eilte
Steuerfeldw-icklullg 71 gebildet. Das Eiitstellpotentiometer 79 für das Motorfeld
ist alt die Haupterregermaschine 6 für konstante Spannung angeschlossen. Die Steuerfeldwicklung71
wird von einem abgegriffenen Teil des Steuer-1>otelltionIeters 79 erregt, wobei
eine dem Strom in der Motorfeldwicklung i i proportionale Spannung gegenw-irl:en
d zurückgekoppelt ist. Die dem Motorfe,dstrom proportionale Spannung wird von einem
Widerstand 12 abgenommen, der in Reihe mit einer Drosselspule 13 einen Nebenschlußkreis
zu der Motorfeldwicklung i i bildet. Dieser Nel>enschlußkreis ist so ausgebildet,
daß er dieselbe Zeitkonstante wie die Motorfeldwicklung i t und die gleiche Sättigungscharakteristik,
jedoch eitle verhältnismäßig geringe Leitfähigkeit hat, so daß der durch ihn gehende
Stroin in einem konstanten Verhältnis zii dein \'lotorfel(lstroni steht.
Die Spannung alt dem \\'iclerstand 1 2 wird dann in gleicher Weise in einem
konstanten
Verhältnis zu (lern Motorfeldstrom stehen, und der Energieverlust in dem Widerstand
12 wird dabei klein sein im Vergleich zu dem, der in einem Widerstand auftreten
würde, welcher in anderer Weise so angeordnet werden könnte, daß er den gesamten
blotorfeldstrom führt. Ein kleiner "feil (3a der Drosselspule 13 wird ebenfalls
in den Stromkreis der Steuerfeldwicklung 71 einbezogen, um eine Komponente einer
Rückkopplungsgegenspannting einzuführen, die proportional zu der :Uderungsgeschwindigkeit
des Motorfeldstromes ist, und dadurch die Neigung zti 1'endelungen zu vermindern.
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Die Hilfsfeldwicklung 73 ist so ausgebildet und eingestellt, daß sie,
wie die Hilfsfeldwickltitig 53. gerade die erforderliche Verstärkung für die Selbsterregung
der Hilfserregermaschine 7 liefert, uni diese in Abstimmung zu halten, wenn die
\Viderstände der Feldwicklungsabschnitte 31, 32 bei Erhöhung ihrer Temperaturen
ansteigen. Wie im Falleder Hilfserregermaschine 5 wird dadurch notwendigerweise
die Ansprechgeschwindigkeit der Hilfserregermaschine 7 erhöht und der Stromfluß
in der Steuerfeldwicklung 71, unmittelbar nachdem eine Änderung in der Einstellung
der Steuerpotentioineters 79 vorgenommen wurde, vermindert.
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Wenn der Strom in der Feldwicklungshrücke der-Kompensationserregermaschine
3 in Richtung von B zu A, z. B. als Folge einer Verminderung des Stromes in der
Steuerfeldwicklu119 71, abnimmt, verursacht das sich ergebende Ungleichgewicht der
Brücke eine Erregung der Hilfsfeldwicklung 73 im Sinne einer Abnahme oder Umkehrung
der von der Hilfserregermaschine 7 erzeugten Spannung. Nenn der Strom in der Feldwicklungsbrücke
sich umkehrt, sucht er die Erregungsmaschine 3 zu einer Verstärkung der Spannung
der Haupterregerinaschine 6, die dem Motorfeld i i zugeführt wird, zu veranlassen.
Wenn diese Stromumkehrung eintritt, ist der Gleichrichter 76 nicht mehr leitend,
und die Drosselspule 77, die einen verhältnismäßig hohen Ohmschen Widerstand besitzt,
gelangt in (lern Stromkreis zur Wirkung und verlangsamt jede weitere Stromänderung
in der Feldwicklungsbrücke in diesem Sinne. Auf diese Weise wird eine gefährliche
Erliöliung des Rückkopplungsstromes aus dem \lotoraciker to, die von einer übermäßig
schnellen Erhöhung der Erregung des -Motors i herrühren könnte, verhindert. Die
Einstellung des Grades dieser Wirkung der Drosselspule 77 wird durch :M)-griffe
an dieser Drossel erreicht.
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Wenn jedoch der Strom in der Feldwicklungsbrücke der Kompensationserregermaschine
3 in Richtung von B nach A ansteigt, um den -Motor 1 zu beschleunigen, hindert der
Gleichrichter 76 die Drosselspule77 an einer Verzögerung des Anstieges.
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Wenn von den Hilfserregermaschinen 5 und 7 entweder ein sehr hoher
Verstärkungsgrad oder eine sehr hohe Ansprechgeschwindigkeit verlangt wird, können
ihre Joche sowie ihre Pole lamelliert werden, und beide sollten aus einem Material
mit geringer Koerzetivkraft bestehen.
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Bei einer Abänderung der in der Zeichnung dargestellten Schaltung
werden Drosselspule 77 und Gleichrichter 76 von . (lern Ankerstromkreis der Hilfserregermaschine
7 in den Stromkreis der Steuerfeldwicklung 71 verlegt, wobei ihre Werte 111 passender
Weise geändert werden. Bei einer weiteren Abänderung wer(len sie iti den Stromkreis
der 13ilfsfeld@N°iclcluiig 73 verlegt. lii jeder von diesen wahlweise vorzunehtnenden
Schaltungen werden sie in ähnlicher Weise bewirken, daß (las Ansprechen der Koml)ensatiotiserregerniascliitie
3 bei einer l?rhöhung ihrer Erregung; schlicllei- erfolgt. als weint sie vermindert
wird.
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Bei einer weiteren _\lt:in(lerung der beschriebenen Ausführungsform
werden die\\'i(lerstälide43undd+ mit Widerstandswerten ausgestattet, die (lenjenigen
der Wicklungsabschnitte M1..12 gleich siltd, wend diese warm sind. Bis zur l,.rtv:irniung
der \Vicl;-ltingsabschnitted1,d2 wird dann die Brücke außer Gleichgewicht sein,
utid die llilfsfel(ltvickltlng 53 wird der Selbsterregung der Hilfserregermaschine
in dem erforderlichen Grade entgegenwirken, uni diese in Abstimmung zu halten.
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Bei einer weiteren Altänderung wird die Konpensationserregermaschine
3 (wie die Generatorerregermaschine .1) mit einer negativen Reihenfeldwicklung versehen,
wodurch das .\tisprechen des Stromes in der lfotorfel(lwickltitig t c auf Änderungen
des Stromes in der llaul)tfeld-,vicklulig 31. 32 der Erregermaschine 1>esclileuiiigt
wird.
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Bei einer weiteren Abänderung wird die Steuerfeldi@;icklung 5i iti
zwei gegeneinander isolierte Teile unterteilt, von denen der eine von dein abgegriffenen
Teil des Poteiltionicters 5o erregt wird, während der andere Teil von der ain Widerstand
22 und an der Drossel 23 eilt\vickelteii Spannung erregt wird, um dem ersten Teil
entgegenzuwirken. Diese Anordnung vermeidet jede Verbindung zwischen dem Stromkreis
der- Idaupterregermaschine 6 und dem Ankerstromkreis des Generators 2 und des- -Motors
i. halls gc\\iinsclit wird, dafl die volle Spannung de; =\til;ers 20 iil
doll SteUelfeldkreis eingeführt wird, niufl eiti Transformator an Stelle der Drosselspule
23 benutzt werden, dessen Sekundärwicklung iti (leii Stromkreis der Steuerfel(1wickItitig
lind dessen I'rinl:irtvic1;lung parallel zu (lern _\iilcec- 20 `e@clialtet Bei einer
weiteren _\lt:in(lerutig tterden die Erregernlaschinen 3 Lind 4 weggelasseil lind
die Feldwicklungen des \Var<l-1_eo ilard-(@enerators und Motors werden sell)st
als Brücken geschaltet, die von abgestimmten I:rregerniaschinen, die im allgemeinen
wie die Hilfserregermaschinen 3 und 6 angeordnet sind, gespeist tver(len und sie
steuern.