DE852413C - Einrichtung an Wechselstrommaschinen - Google Patents

Einrichtung an Wechselstrommaschinen

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DE852413C
DE852413C DES21827A DES0021827A DE852413C DE 852413 C DE852413 C DE 852413C DE S21827 A DES21827 A DE S21827A DE S0021827 A DES0021827 A DE S0021827A DE 852413 C DE852413 C DE 852413C
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alternating current
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machine
coils
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DES21827A
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/14Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field
    • H02P9/16Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field due to variation of ohmic resistance in field circuit, using resistances switched in or out of circuit step by step
    • H02P9/18Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field due to variation of ohmic resistance in field circuit, using resistances switched in or out of circuit step by step the switching being caused by a servomotor, measuring instrument, or relay
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/14Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)

Description

  • Einrichtung an Wechselstrommaschinen Einrichtungen an Wechselstromgeneratoren, die aus einem Regler bestehen, um die Spannung auf der festgesetzten Höhe zu halten, sind schon bekannt.
  • Man kennt auch Wechselstromanlagen, bei denen die Erregung des Wechselstromgenerators, der die elektrische Energie liefert, und der Anker des Wechselstromerregers, der mittels eines Gleichrichtersystems den für die Erregung des Wechselstromgenerators erforderlichen Erregerstrom liefert, die gleiche Drehachse und die gleiche Winkelgeschwindigkeit haben, wodurch eine konstante elektrisch leitende Verbindung zwischen Anker der Erregermaschine und Haupterregung unter Wegfall von Schleifkontakten ermöglicht wird.
  • Man kennt im übrigen Spannungsregler für Wechselstromgeneratoren, bei denen die zu regelnde Spannung des Wechselstromgenerators auf eine elektrodynamische Vorrichtung arbeitet, die eine in Abhängigkeit von dieser Spannung stehende Antriebskraft erzeugt und eine Verschiebung der genannten elektrodynamischen Vorrichtung gegen die Kraft einer Rückholvorrichtung bewirkt, so daB die elektrodynamische Vorrichtung im Gleichgewichtszustand in Abhängigkeit von der Spannung des Wechselstromgenerators gebracht wird, und in dieser Stellung die für den Betrieb des Wechselstromgenerators erforderlichen elektrischen Teile so steuert, daB die Spannung des genannten Generators auf konstanter Höhe gehalten wird.
  • Die vorliegende Erfindung sieht verschiedene Verbesserungen an einer Wechselstromgeneratoranlage vor, die aus einem Wechselstromgenerator ohne Schleifkontakt der vorstehend erwähnten Art und einer elektrodynamischen Regelvorrichtung der gleichen Art, wie vorstehend beschrieben, besteht.
  • Die Erfindung geht" von einer Einrichtung zur Regelung der durch einen Wechselstromgenerator gelieferten Spannung aus, in der der Erregergleichstrom für diesen Generator nach Gleichrichtung durch eine Wechselstromerregermaschine geliefert wird, auf die eine Regelspannung wirkt, während der Regler aus einer elektrodynamischen Vorrichtung besteht, die einerseits einem Drehmoment in Abhängigkeit von der vom Wechselstromgenerator gelieferten Spannung, andererseits einem Widerstandsmoment in Abhängigkeit von der zu erzielenden Spannung unterworfen ist. Erfindungsgemäß wird die Regelspannung von der Wechselstromerregermaschine in Form einer Spannung geliefert, die in Hilfsspulen des Ständers der genannten Wechselstromerregermaschine induziert wird und den Erregerkraftflußschwankungen unterworfen ist, wobei diese Vorrichtung somit ermöglicht, die später für die Regelung dienende und durch die elektrodynamische Regelvorrichtung entsprechend geänderte Spannung ohne Benutzung von Schleifkontakten zu entnehmen.
  • Gemäß der einen Ausführungsform ist die Anordnung der Wicklungen im Ständer der Wechselstromerregermaschine und die Zahl der Nuten im Läufer der genannten Erregermaschine so, daß die Frequenz der Entnahmespannung für die Regelung weit über den industriell üblichen Frequenzen liegt, so daß eine Verringerung des schädlichen elektrodynamischen Moments, das den Gleichgewichtszustand der elektrodynamischen Regelvorrichtung stört, eintritt und infolgedessen eine bessere Regelgenauigkeit gewährleistet ist.
  • Letzteres kann auch dadurch erreicht werden, daß der Wechselstromgenerator selbst Hilfsspulen trägt, die auf Zähne aufgebracht sind, die in die Kerne der Pole des Ständers eingelassen sind, die zur Aufnahme der Erregerspulen dienen, sp daß infolge Drehung des Nutenläufers unter dem Einfluß des Induktorerregerfeldes an den Klemmen der genannten Hilfsspulen eine zusätzliche Wechselspannung in Erscheinung tritt, die also ohne Benutzung von Schleifkontakten entnommen werden kann.
  • Die Erfindung erstreckt sich auch auf die nachfolgend beschriebenen Merkmale und auf ihre verschiedenen möglichen Kombinationen.
  • Eine Einrichtung entsprechend dem Erfindungsgedanken ist als Beispiel auf der Zeichnung dargestellt. In dieser Zeichnung bedeutet: Abb. i die Übersichtszeichnung der Anlage, Abb. 2 eine schematische Darstellung der für die Anlage i verwendeten Wechselstromerregermaschine im Schnitt.
  • Die Anlage besteht aus dem Wechselstromgenerator 3o, dessen Spannung geregelt werden soll, und aus der elektrodynamischen Regelvorrichtung 31 zur Regelung der Spannung des Generators 30.
  • Der Wechselstromgenerator 3o besteht aus der zu induzierenden Wicklung i, die den Wechselstrom erzeugt, dessen Spannung. man konstant zu halten wünscht, und einem Magnetrad oder Polrad 2. Dieses Polrad 2 wird mit Strom gespeist, der durch das Gleichrichtersystem 3 gleichgerichtet wird.
  • Das Gleichrichtersystem 3 wird mit Wechselstrom vom Anker 4 der Erregermaschine 32 mit der Erregerwicklung 5 gespeist. Das Polrad 2, das Gleichrichtersystem 3 und der Anker 4 der Erregermaschine 32 drehen sich mit der Welle der Wechselstrommaschine und sind untereinander durch geeignete, mit dem gesamten System einen unlöslichen Teil bildende Verbindungen angeschlossen. Der elektrodynamische Regler 31 besteht aus einem beweglichen Rahmen io in dem Feld eines Magneten ii. Ersterer ist mit einer Wicklung'versehen, die von einem Strom durchflossen wird, welcher der zu regelnden Wechselspannung verhältnisgleich ist und vorher durch ein geeignetes Gleichrichtersystem 12 gleichgerichtet wird.
  • Der Durchgang dieses Stromes durch die Wicklungen des beweglichen Rahmens io erzeugt unter dem Einfluß des Magnetfeldes ii ein Drehmoment, das der Spannung des zu regelnden Wechselstromes verhältnisgleich ist und dessen Proportionalitätsfaktor durch einen in den fraglichen Stromkreis eingeschlossenen Widerstand (Sollwerteinsteller) 13 regelbar gehalten wird. Die Verstellung des beweglichen Rahmens io im Magnetfeld zieht die Verstellung eines Teiles aus diamagnetischem Metall 15 nach sich, welcher den beweglichen Kern eines Transformators bildet, dessen Übersetzungsverhältnis zwischen Primärwicklung 9 und Sekundärwicklung 8 in Abhängigkeit von der Stellung des Teiles 15 zu diesen Wicklungen steht.
  • Eine Feder 14 übt ferner ein Widerstandsmoment aus, das dem Drehmoment des beweglichen Rahmens entgegenarbeitet. .
  • Die Stellung des beweglichen Kernes 15 zu den Wicklungen 8 und 9 des Transformators entspricht daher dem Gleichgewichtszustand zwischen diesen entgegenwirkenden Kräften, wobei dieses Gleichgewicht- einerseits bestimmt wird durch die Höhe der zu regelnden elektrischen Spannung, die das Drehmoment erzeugt, und andererseits durch die elastische Spannung der Feder, die das Widerstandsmoment erzeugt.
  • Der in der Wicklung 8 induzierte Sekundärstrom wird durch den Gleichrichter 7 gleichgerichtet und speist die Erregung 5 der Erregermaschine 32 des zu regelnden Wechselstromgenerators 30. Er steuert also zuerst die durch diese Erregermaschine 32 erzeugte Spannung und folglich die durch den Wechselstromgenerator 3o selbst erzeugte Spannung, die in Abhängigkeit zu jener steht.
  • Jede Spannungsänderung nach oben oder nach unten der Spannung, die dem Gleichgewichtszustand des Reglers entspricht, hat eine Verstellung des Kernes 15 des Transformators 8, 9 in Richtung der steigenden Erregung bei einem Spannungsabfall und in Richtung der abnehmenden Erregung im entgegengesetzten Fall zur Folge. Der Gleichgewichtszustand kann sich nur für die Generatorspannung- einstellen, die durch die Einstellung des auf den beweglichen Rahmen einwirkenden Widerstandes 13 vorher festgesetzt ist.
  • Es werden jedoch schädliche elektrodynamische Rückwirkungen in dem beweglichen Teil des Transformators 8 und 9 hervorgerufen, die ein zusätzliches Moment schaffen, wodurch Störungen in dem obengenannten Gleichgewichtszustand auftreten können. Es ist daher erforderlich, diese Rückwirkung auf einen möglichst kleinen Wert zu reduzieren.
  • Es wird infolgedessen vorgesehen, die Frequenz des Speisestromes für die Primärwicklung 9 des Transformators zu erhöhen. Unter diesen Umständen werden bei gleicher Leistung die Teile, aus denen sich der Transformator zusammensetzt, um so mehr verkleinert und werden untereinander um so weniger elektrodynamischen Rückwirkungen ausgesetzt sein, je höher diese Frequenz liegt. Der praktische Wert dieser Frequenz liegt etwa zwischen 400 und 1200 Perioden und kann von dem Wechselstromgenerator selbst, dessen Frequenz normal bei 25 bis 6o Perioden liegt, nicht geliefert werden.
  • Erfindungsgemäß erhält man diese hochfrequente Spannung zur Speisung der Primärwicklung 9 des Transformators, indem man diese Spannung der Erregermaschine 32 entnimmt, die zu diesem Zweck in der folgenden in Abb. 2 dargestellten Form konstruiert ist.
  • Diese 3phasige Erregermaschine besteht aus einem 4poligen Ständer mit den Polen 361, 362, 363, 364 und einem Läufer 37 mit 12 Nuten, z. B. 381, 382, 383 usw.
  • Diese Erregermaschine könnte aus einem Stator und einem Läufer bestehen, der sich aus einer verschiedenen Anzahl von Polen und Nuten zusammensetzt, wobei die gewählte Zahl keinen Einfluß auf die Hauptmerkmale der Erfindung hat.
  • Um nun einen Strom von höherer Frequenz zu erhalten als die Frequenz, die von der oben definierten Erregermaschine geliefert wird, die sich nach der Größenordnung der industriellen Frequenz zu richten hätte, hat man gemäß der Erfindung in die Kerne der Magnetpole 36 Nuten 39 und 4o eingelassen, in die die Hilfswicklung 6, auch in Abb. 1 dargestellt, zur Speisung der Primärwicklung 9 des Transformators 8 und 9 eingelegt werden kann. Der Zahn 41, der von der Wicklung 6 umgeben ist, wird unter dem Einfluß der Erregerpole von einem Kraftfluß durchflossen, der einen Höchstwert erreicht, wenn dieser Zahn einem Zahn des Läufers 37 gegenüb°rsteht, und der andererseits seinen kleinsten Wert erreicht, wenn dieser Zahn 41 einer Nut 38 im Läufer gegenübersteht.
  • Die Spule 6 bildet somit eine Gleichpolmaschine für Wechselstrom, deren Frequenz eine Funktion der Nutenzahl ist; die an diesem Zahn während einer Ankerumdrehung vorbeilaufen.
  • Im vorliegenden Fall, wo 12 Nuten vorhanden sind, ergeben sich pro Umdrehung 12 volle Schwingungen der Kraftflußänderung, dieses entspricht bei der Geschwindigkeit von 150o UPM einer Frequenz von Perioden pro Sekunde.
  • Wenn der Läufer 24 anstatt 12 Nuten hat, würde die Frequenz auf Perioden steigen. Man sieht also, daß man für jede gegebene Geschwindigkeit durch diesen Kunstgriff eine so hohe Frequenz erreichen kann, wie man sie wünscht, indem man hierzu die Nutenzahl des Läufers ändert.
  • Ebenso kann die zur Speisung des Reglers notwendige Leistung, die übrigens sehr gering ist, durch geeignete Werte der Zahnquerschnitte des durch diese laufenden Erregerkraftflusses und der davon abhängenden Wicklungen erzielt werden.
  • Als Variante der vorliegenden Erfindung und für Wechselstrommaschinen geringer Leistung kann man den hochfrequenten Strom dadurch erzielen, indem man am Magnetständer der Wechselstrommaschine selbst die für die vorstehend beschriebene Erregermaschine vorgesehenen Nuten und Spulen vorsieht.
  • In diesem Falle muß der Läufer der Wechselstrommaschine unbedingt auch offene Nuten in einer Breite enthalten, die der Größe des Kraftflusses in den Hilfswicklungen, die in die Nuten der Polschuhe der Induktoren eingelegt sind, entspricht.
  • Hierdurch werden indessen Harmonische in dem von der Wechselstrommaschine gelieferten Stromerzeugt, so daß die Anwendung des Systems auf die Fälle beschränkt bleibt, wo die Form der Spannungskurve der Wechselstrommaschine beliebig sein kann.
  • Im vorliegenden Fall sind die Harmonischen der Verzahnung des Läufers der Erregermaschine praktisch durch die Gleichrichter und Drosselvorrichtungen, die in den Erregerstromkreis eingeschaltet sind, auf einen solchen Wert verringert, daß ihre Übertragung auf die Wicklungen der Hauptwechselstrommaschine durch Induktion praktisch auf die Spannungskurve derselben ohne Einfluß ist.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Einrichtung zur Regulierung der durch einen Wechselstromgenerator gelieferten Spannung, bei welcher der Erregergleichstrom für die Wechselstrommaschine nach Gleichrichtung durch eine ,Wechselstromerregermaschine geliefert wird, auf die eine Regelspannung arbeitet, während der Regler aus einer elektrodynamischen Vorrichtung besteht, die einerseits einem Drehmoment in Abhängigkeit von der von der Wechselstrommaschine gelieferten Spannung, andererseits einem Widerstandsmoment in Abhängigkeit von der zu erhaltenden Spannung unterworfen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelspannung von der Wechselstromerregermaschine (32) in Form einer Spannung geliefert wird, die in Hilfsspulen (6) des Ständers der genannten Wechselstromerregermaschine induziert wird, und die den durch Nuten bedingten Schwankungen des Kraftflusses im Erreger unterworfen ist, wobei diese Vorrichtung somit, ohne Schleifkontakte zu verwenden, ermöglicht, die später für die Regelung dienende und durch die elektrodynamische Regelvorrich= tung entsprechend veränderte Spannung zu entnehmen.
  2. 2. Einrichtung gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Spulen (6) im Ständer der Wechselstromerregermaschine (32) und die Nutenzahl im Läufer (4) dieser Maschine so beschaffen ist, daß die Frequenz der für die Regelung dienenden und entnommenen Spannung weit über der industriellen Frequenz liegt.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (6) des Ständers der Wechselstromerregermaschine auf Zähne (4i) gewickelt sind, die in die Kerne der Pole (36) des Stators dieser Maschine eingelassen sind.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch i bis 3, dadurc:i gekennzeichnet, daß die an den Spulen (6) entnommene Spannung den Primärkreis (9) eines Transformators speist, dessen Übersetzungsverhältnis sich in Abhängigkeit von der Winkelstellung der elektrodynamischen Regelvorrichtung (io und ii) ändert, während die Sekundärspannung (8) nach Gleichrichtung die Erregerspule (5) dieser Maschine speist.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspulen (6) statt auf Zähne der Wechselstromerregermaschine auf den Polen der Hauptmaschine aufgebracht sind, wobei d?ren Läufer mit offenen Nuten versehen ist.
DES21827A 1950-03-31 1951-02-10 Einrichtung an Wechselstrommaschinen Expired DE852413C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1278600B (de) * 1964-02-19 1968-09-26 Licentia Gmbh Synchronmaschine mit einer zusaetzlichen, nach Art einer Reluktanzmaschine induzierten Hilfswicklung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1278600B (de) * 1964-02-19 1968-09-26 Licentia Gmbh Synchronmaschine mit einer zusaetzlichen, nach Art einer Reluktanzmaschine induzierten Hilfswicklung

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