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Selbsttätig auf konstante Spannung sich regelnder Wechselstromgenerator
Die zur Kompoundierung von Wechsel- oder Drehstromgeneratoren bekannten Anordnungen
mit Stromtransformatoren und Gleichrichtern zur Umformung des zusätzlichen Erregerstromes
für die Spannungskompoundierung haben insbesondere den Nachteil sehr erheblicher
Unzuverlässigkeit; außerdem ist es praktisch ausgeschlossen, eine selbsttätige Regulierung
zu schaffen; welche den Leistungsfaktor hinreichend berücksichtigt.
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Die zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten vorgeschlagenen Kompoundierungen
durch Einführung des rückwirkenden Generatorstromes in die Erregermaschine haben
andererseits den Nachteil, daß die Zusatzerregung infolge der notwendigen magnetischen
Sättigung für die Grunderregung dem Generatorstrom nicht mehr proportional sein
kann, so daß unerwünscht starke Ausbuchtungen der Spannungsregulierungskurven entstehen.
Es ist daher auch schon der Vorschlag gemacht worden, für die Grunderregung und
die Zusatzerregung jeweils einen eigenen magnetischen Kreis oder. besondere Erregermaschinen
vorzusehen und die Zusatzerregermaschine als synchron mitlaufenden Drehfeld-Erreger-Umformer
auszugestalten. Bei den bekannten Ausführungen weist der Erregerumformer einen Gleichstromanker
mit einer vom Generatorlaststrom durchflossenen Wicklung auf, die z. B. durch Phasenvertauschung
so an den Generator angeschlossen wird; daß das gegenläufige Drehfeld infolge des
synchronen Antriebs im Raum stillsteht; das Drehfeld wird durch' einen Statoreisenring
ohne ausgeprägte Pole und Erregerwicklung rückgeschlössen.
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Bei diesen Generatoren treten jedoch erhebliche Kommutierungsstörungen
auf, zu deren Beseitigung vorgeschlagen wurde; im Statoreisenring
zahnförmige
Wendepole vorzusehen. Aber auch diese Generatoren haben in der Praxis nicht befriedigt.
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Es wurde nun gefunden, daß es bei selbsttätig auf konstante Spannung
sich regelnden Wechselstromgeneratoren mit besonderer Grunderregung .und synchron
mitlaufender, vom Generatorstrom abhängiger, drehfelderregter Erregermaschine für
die Zusatzerregung des Generators möglich ist, sowohl die erheblichen Kommutierungsstörungen
der bekannten Generatoren als auch unerwünscht starke Ausbuchtungen der Spannungsregulierungskurven
zu vermeiden, und außerdem noch eine genaue Abhängigkeit vom Leistungsfaktor zu
gewährleisten, wenn die Zusatzerregermaschine ausgeprägte, über ein' Joch rückgeschlossene
bewickelbare Pole mit außergewöhnlich niedriger Sättigung und mit einer genauen
Einstellung der magnetischen Achse entsprechend dem Leistungsfaktor aufweist. Der
Strom I des Generators erzeugt dabei in der Erregermaschine ein durch Phasenvertauschung
im Raum stillstehendes Drehfeld, das seinerseits die Zusatzerregerspannung hervorruft.
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Wie weiter gefunden wurde, ist es für viele Zwecke nützlich, den Strom
des Generators nicht unmittelbar, sondern elektrisch getrennt über einen Stromtransformator
den Anschlüssen der Zusatzerregermaschine zuzuführen.
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Die erfindungsgemäß außergewöhnlich niedrige Sättigung soll etwa 2o
bis 4o% der gewöhnlichen Vollsättigung betragen. Unter voller Sättigung werden im
vorliegenden Fall etwa 8ooo bis Ioooo Gauß verstanden, so daß sich für die Pole
eine Kraftliniendichte von etwa I5oo bis 4ooo ergibt. Bei derart niedrigen Dichten
ist es praktisch ohne weiteres möglich, völlig im geradlinigen Teil der Erregerkurve
zu bleiben.
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Zur Regulierung in Abhängigkeit vom Phasen verschiebungswinkel, insbesondere
zwischen der elektromotorischen Kraft und dem Generatorstrom, empfiehlt es sich,
das Joch in Umfangsrichtung verdrehbar anzuordnen und für die Betätigung z. B. einen
Zahn- oder Schneckentrieb vorzusehen. Die Verdrehbarkeit des Joches ermöglicht durch
die Gewährleistung der vorbestimmten Phasenlage, daß die Zusatzerregung stets proportional
zum Phasenverschiebungswinkel bleibt.
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Zur Einregulierung der Kompoundierung ist es zweckmäßig, die Bürstenbrille
verdrehbar zu lagern, wie dies an sich bereits bekannt ist.
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Eine besonders hohe Stabilität bei sehr guter Kommutierung läßt sieh,
wie des weiteren gefunden wurde, sehr einfach noch durch Ausstattung der ausgeprägten
Pole mit einer zweckmäßig schwach bemessenen Hilfserregerwicklung erreichen, die
ohne weiteres auch regulierbar ausgeführt sein kann, z. B. durch Anzapfungen neben
oder an Stelle von Vor- oder Nebenwiderständen.
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Wird der Generator mit Außenpolen versehen, so erhält der Anker vorteilhaft
eine Gleichstromwicklung zur Erzeugung der Grunderregerspannung.
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Vorzugsweise wird der Generator mit zwei getrennten Erregerwicklungen
ausgestattet, deren eine der Grunderregung, z. B. aus dem Generatoranker, und deren
andere der Zusatzerregung aus der Zusatzerregermaschine (Drehfeldumformer) dient.
Die Erregerwicklung des Generators kann auch von den hintereinandergeschalteten
Spannungen der Grunderregung und der Zusatzerregung gespeist werden.
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Wird der Wechselstromgenerator für Einphasenwechselstrom verwendet,
so erhält er zur Unterdrückung des schädlichen gegenläufigen Ankerdrehfeldes einen
Kurzschlußring, der vorteilhaft an den Hauptpolen angebracht und als Spulenkörper
ausgebildet wird.
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Ebenfalls ist es bei Wechselstromgeneratoren für Einphasenwechselstrom,
wie gefunden wurde, sehr einfach, auch bei der Zusatzerregermaschine das gegenläufige
Drehfeld praktisch völlig zu unterdrücken, indem die ausgeprägten Pole dieser Maschine
in an sich bekannter Weise mit Dämpfungsmitteln, z. B. Dämpferkäfigen in den Polschuhen
ausgerüstet werden.
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Die Unterdrückungen der gegenläufigen Drehfelder im Generator sowie
in der Zusatzerregermaschine haben vor allem den Vorteil, daß die gefürchteten dritten
Oberwellen und die von ihnen in der Magnetwicklung erzeugten sehr hohen und gefährlichen
Überspannungen gänzlich vermieden werden. Die Nutzfelder bilden sich einwandfrei
aus.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen
des Aufbaues und der Schaltung zu ersehen, die in der Zeichnung schematisch veranschaulicht
sind.
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Fig. i zeigt einen Querschnitt durch die Zusatzerregermaschine mit
ausgeprägten Polen und einem verstellbaren Joch; Fig.2 gibt eine grundsätzliche
Schaltung des Generators mit der Zusatzerregermaschine wieder; Fig. 3 zeigt die
Ausführung und Anordnung des als Spulenkörper ausgebildeten Kurzschlußringes für
die Hauptpole eines Einphasenwechselstromgenerators, während schließlich Fig.4 den
Aufbau und die Anordnung eines Dämpferkäfigs in den Polschuhen der Zusatzerregermaschine
ersichtlich macht.
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Wie sich im einzelnen aus der Fig. i entnehmen läßt, trägt der Anker
i der Zusatzerregermaschine eine Gleichstromerregerwicklung 2, von der mittels Bürsten
3 und 4 der Erregerstrom für die Zusatzerregung des Generators abgenommen wird.
Die Bürsten sind auf einer nicht veranschaulichten verstellbaren Brücke angeordnet.
Der Anker i trägt ferner die Drehfeld-Umformer-Wicklung 5, die in Stern geschaltet
ist und am Generatoranker liegt (vgl. auch Fig. 2).
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Die ausgeprägten Pole 6 werden mittels des in Umfangsrichtung verstellbaren
Joches 8 rückgeschlossen. Die Polschuhe sind mit 7, die auf dem Polhals angebrachte
Hilfserregerwicklung mit 9 bezeichnet. In nicht näher dargestellter Weise kann diese
Hilfserregerwicklung mit Anzapfungen oder mit Vor- oder Nebenwiderständen ausgestattet
sein, um insbesondere auch die Schwankungen des Luft- j spaltes auszugleichen.
Durch
Verstellung der Bürstenbrille läßt sich eine praktisch völlig funkenfreie Kommutierung
ermöglichen, während sich durch Verstellung des Joches eine genaue Anpassung an
den Leistungsfaktor erreichen läßt.
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Bei der Schaltung nach Fig. 2 bezeichnet Io den Generator, II seine
Welle und I2 die Hilfserregermaschine. Die Arbeitswicklung 13, 14, 15 des Generators
führt mit ihren einen Enden zu den Klemmen UVW, mit ihren anderen Enden zu der in
Stern geschalteten Wicklung der Hilfserregermaschine.
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Der Anker des Generators ist weiter mit der Gleichstromwicklung I6
versehen, die über die Bürsten I7 und I die Grunderregerwicklung I9 speist.
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Die Zusatzerregerwicklung 2o liegt an den Bürsten 2I und 22 der Gleichstromwicklung
23 der Hilfserregermaschine 12, deren Anker die bereits erwähnte, in Stern geschaltete
Drehstromumformerwicklung 24 trägt.
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Bei der Darstellung nach Fig. 3, die sich auf die Anordnung eines
Kurzschlußringes für die Hauptpole eines Einphasenwechselstromgenerators bezieht,
sind mit 25 der Polhals, mit 26 der Polschuh, mit 27 das Joch und mit 28 die Erregerwicklung
bezeichnet. Zwischen dieser Wicklung und dem Polhals ist der als Spulenkörper ausgebildete
Kurzschlußring 29 angeordnet.
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Bei der durch Fig.4 veranschaulichten Anordnung eines Dämpferkäfigs
für den Drehfeldumformer sind mit 30 der Hals des ausgeprägten Pols, mit 3I sein
Polschuh und mit 32 das Joch bezeichnet. Die Kurzschlußstäbe des Dämpferkäfigs haben
die Bezifferung 33, der sie verbindende Ring die Bezifferung 34.