DE911639C - Elektrischer UEbertrager - Google Patents

Elektrischer UEbertrager

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DE911639C
DE911639C DES11145D DES0011145D DE911639C DE 911639 C DE911639 C DE 911639C DE S11145 D DES11145 D DE S11145D DE S0011145 D DES0011145 D DE S0011145D DE 911639 C DE911639 C DE 911639C
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DE
Germany
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frequency
excitation
alternating current
alternating
self
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Expired
Application number
DES11145D
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Gerhart Rudolph
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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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
    • H02P5/00Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
    • 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
    • H02P9/38Self-excitation by current derived from rectification of both output voltage and output current of generator

Landscapes

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

Description

  • Elektrischer Übertrager Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Übertrager mit regelbaren Drosseln, bei welchen der Drosselwechselstrom mit Hilfe von Gleichrdchteränordnungen gleichgerichtet und zur Erzeugung einer rückkoppelnden Eigengleicherregung verwendet wird.
  • Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß die vom Übertrager aufgenommene bzw. abgegebene Leistung durch Änderung des Verhältnisses von Wechselerregung zu Eigengleicherregung mit Hilfe eines dem Drosselspulenstrom dm wesentlichen gleichfrequenten Wechselstromes in Abhängigkeit von einem System mit vorgegebenem Frequenzgang geregelt wird. Man erhält auf diese Weise eine Gesamtanordnung, bei welcher bei kleinsten Frequenzänderungen außerordentlich große Leistungsänderungen ausgelöst werden können. Die Anordnung läßt sich mit besonderem Vorteil zur Frequenz- bzw. Drehzahlregelung von elektrischen Maschinen verwenden.
  • In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele für die - Verwirklichung des Erfindungsgedankens schematisch dargestellt.
  • In Fig. i eist mit I die regelbare Drossel und mit II ein System mit vorgegebenem Frequenzgang schematisch dargestellt. Laie regelbare Drossel besteht aus zwei vorzugsweise aus hochpermeablem Stoff bestehenden Kernen i, 2, auf denen in an sich bekannter Weise die Arbeitswicklungen 3, 4 angeordnet sind. Der Eingang A, B des Mertragers wird an eine VA'echselspannung :gelegt, deren Frequenz beispielsweise durch die Anordnung geregelt werden soll. Von der Wechselspannungsquelle 5 fließt der Wechselstrom über einen Wechselstromverbraucher 6 und die beiden Wicklungen 3, 4 der Gleichrichterano.rdnung 7 zu, aus der der mit Hilfe der Rückkopplungswicklung 8 die rückkoppelnde Eigengleichenregung bewirkende Gleichstrom entnommen wird. In derselben Weise fließt ein Wechselstrom über die beiden Widerstände 9, r o, die eine Nachbildung der Drosseln 3, 4 bzw. der Gleichrichteranordnung 7 darstellen.
  • Das System II mit vorgegebenem Frequenzgang besteht aus den zwei Resonanzkreisen i z, 12 und den beiden Widerständen 13; -14. An die Stelle dieses Systems kann ein beliebiges anderes System mit ausgeprägtem Frequenzgang treten, beispielsweise ein Hoch- oder Tiefpaß, ein Bandpaß oder Bandfilter oder auch ein einfacher Resonanzkreis mit elektrischen oder elektromagnetischen Wechselwiderständen. Der Eingang des Systems II ist im dargestellten Ausführungsbeispiel der gleiche, nämlich A, B, wie der Eingang des Systems I. Die beiden Eingänge können indes auch getrennt von verschiedenen Stromquellen gespeist werden.
  • Ist die Frequenz der Stromquelle 5 gleich der Resonanzfrequenz der Schwingkreise i r, 12, so fließt .in der Wicklung 15 der Brücke des Systems II kein Wechselstrom, wenn die Widerstände 13, 14 in geeigneter Weise gewählt sind. Weicht -,die Frequenz der Wechselstromquelle 5 von der Resonanzfrequenz der Kreise i r, 12 ab, so entsteht in der Wicklung 15 ein Brückenstrom, dessen Phase von der Richtung der Frequenzänderung abhängt. Tritt beispielsweise eine Erhöhung der Frequenz ein, so eilt der in der Wicklung 15 fließende Strom der Netzspannung der Stromquelle 5 in der Phase voraus, bei Frequenzerniednigung bleibt- er in der Phase zurück. Beim Durchgang durch die.Sollfrequenz hat der Brückenstrom die gleiche Phase wie die Netzfrequenz, die Intensität des Brückenstromes wächst mit der Abweichung von :der Sollfrequenz. Intensität und Phase des. Brückenstromes werden mit Hilfe des Transformators 17 von der Wicklung 15 des Systems II auf die Wicklung 16 ,des- Systems I übertragen.
  • In der Wicklung r6 fließt kein .Strom, wenn in der Wicklung 15 kein .Strom fließt, d. h. wenn die Netzfrequenz mit der Resonanzfrequenz der Schwingkreise 11, 12 übereinstimmt und,die Nachbildungswiderstände g, 1o geeifgnet gewählt sind. Der die Eigengleicherregung bewirkende, in die Gleichrichteranordnung 7 fließende Wechselstrom I -, hat, dann dieselbe Größe wie der die Wechselerregung bewirkende Arbeitswechselstrom I -Q. Solange in der Wicklung 16 kein Strom fließt, ist demnach ein ganz bestimmtes Verhältnis von Wechselerregung zu rückkoppelnder Eigengleichenregung vorhanden.
  • Bei Abweichung der Netzfrequenz von der Resonanzfrequenz der Kreise 11, r2 wird über die Wicklung 15 -ein Strom in den als Steuerkreis bezeichneten Kreis mit der Wicklung 16 induziert. Da dieser Strom zwischenDrossel und Gleichrichteranordnung, das ist im Punkt C, eingeführt wird, ist der in die Gleichrichteranordnung 7 fließende Wechselstrom nunmehr um den Strom I - S, der im Steuerkreis fließt, größer als der die Wechselerregung der Drossel bewirkende Arbeitswechselstrom I -". Dieser vergrößerte Wechselstrom wird nun über die Gleichnichteranordnung 7 zur Erzeugung einer gegenüber früher ebenfalls vergrößerten Eigengleidherregung benutzt. Ist der in der Wicklung 16 fließende Strom in Phase mit dem Arbeitswechselstrom, so wird das Verhältnis von Wechselerregung zu Eigengleicherregung gegenüber früher erniedrigt und damit .der iinduktive Widerstand der Drosselanordnung herabgesetzt. Bei gegenphasigem Strom wind in analoger Weise der induktive Widerstand der Drosselanordnung erhöht.
  • Die von .der Drosselanordnung aufgenommene bzw. an den Verbraucher 6 abgegebene elektrische Leistung ist somit von Größe und Phase des in .der Wicklung 16 fließenden Wechselstromes und damit auch von Größe und Phase des in der Wicklung 15 fließenden Wechselstromes, der seinerseits eine Funktion der Abweichung der Frequenz der Wechselstromquelle von der Resonanzfrequenz der Schwingkreise isst, abhängig.
  • Legt man die in Fig. 1 gezeigte Anordnung als Ausgleichslast .an einen Generator, der von einem nicht zu steifen Motor angetrieben wird) und somit in seiner Drehzahl sehr lastabhängig ist in der Weise, daß bei Drehzahl- bzw. Frequenze.rniedrigung die von der Anordnung aufgenommene Leistung absinkt bzw. bei Drehzahlerhöhung ansteigt, so werden Drehzahl- bzw. Frequenzschwankungen, wie sie bei Änderung der Antriebsleistung oder bei Änderung der am Motor oder Generator liegenden Nutzlast auftreten, ausgeglichen.
  • Zur Regelung von Maschinen mit großerLe@istung ist .die reine Lastregelung zu verlustreich. Man kann jedoch mit einer .der Anordnung der Fig. i entsprechenden Anordnung die Drehzahl des Antriebsmotors beispielsweise durch Steuerung des Motorfeldes oder durch Steuerung der Drosselklappen eines Verbrennungsmotors ebenfalls mit günstigem Wirkungsgrad regeln. Ein Ausführungsbeispiel dieser Art zeigt Fig. 2. Das Drosselspulensystem ist hier wieder mit I und das System mit vorgegebenem Frequenzgang mit II bezeichnet. Bei der D.rosselspulenanordnung ist die Verknüpfung des Arbeitswechselfeldes mit dem rückkoppelnden Eigengleichfeld mit Hilfe der Einweggleichrichter 21, 22, 23, 24 ,durchgeführt, die iin zwei Mittelpu,nktschaltungen mit dem Transformator 25 liegen. Jede Mittelpunktscbaltung entspricht in ihrer Wirkungsweise dem in Big. i gezeigten Drosselspulensystem I. Die Verbraucher 26, 27 der beiden Mittelpunktschaltungen sind der Haupterregung 28, 29 des Motors 3o so zugeordnet, daß sie das Erregerfeld in entgegengesetztem Sinne beeinflussen können.
  • Die steuerbaren Drosseln ,sind mit 31, 32, 33, 34 bezeichnet. Sie bestehen aus den Kernen 35, 36, 37, 38, auf denen die ,Arbeitswicklungen 39, 40, 0, 42 und die von dem die Drosseln steuernden gleichfrequenten Wechselstrom durchflossenen Wicklungen 43, 44, 45, 4'6 angeordnet sind. Die Speisung der Anordnung erfolgt über eine zur Einstellung der Phase vorgesehene. Einrichtung, z. B. eine Drossel 48, aus dem mit dtem Motor 30 gekuppelten Wechselstromgenerator47 reit Hilfedes Transformators 2@5. Motor und Generator können dabei auch als Einankerumformerzusammengefaßtsein. DieHaupternegung des Motors ist im Ausführungsbeispiel ebenfalls dem Generator 47 über eine Gleichr.ichteranordnung 49 entnommen.
  • Als System II mit vorgegebenem Frequenzgang ist wieder die gleiche Brückenschaltung wie in Fig. i verwendet. Es besteht aus den beiden Schwingkreisen 5o, 51, die auf die Sollfrequenz abgestimmt sind, und zwei Widerständen 52, 53. Die Speisung der Brückenschaltung II erfolgt ebenfalls vom Generator 47, während der Brückenstrom dem System 1 über die Steuerwicklungen 43, 44, 45, 46 zugeführt wird.
  • Hat der Generator 47 die Sollfrequenz, so ist die Brücke im Gleichgewicht, und der Wechselstrom in den Steuerwicklungen ist Null. Das Verhältnis von Wechselerregung zu Eigengleiaherregung im System I ist daher bei beiden Mittelpunktschaltungen das gleiche, und somit sind auch die Ströme in den Verbraucherwicklungen 26, 27 gleich. Da die beiden Wicklungen der Erregung des Motors im entgegengesetzten Sinne zugeordnet sind, wirkt in diesem Falle als Erregerfeld nur das in der Wicklung 28 aufgebaute Hauptfeld.
  • Weicht die Frequenz des Generators beispielsweise .nach oben von der Sollfrequenz ab, so wird der Widerstand der Resonanzkreise kapazitnv, und der iin den Steuerwicklungen .infolge der Verstimmung,der Brückenschaltung fließende Wechselstrom beeinflußt die Drosseln .der beiden Mittelpunktschaltungen in der Weise, daß das im Kern vorhandene Wechselfeld der einen Mittelpunktschaltu.ng erhöht und dasjenige der anderen Mittelpunktschaltung erniedrigt wird. Dadurch wird in beiden Miittelpunkt@schaltungen das Verhältnis zwischen Wechselerregung und Eigengleicherregung in entgegengesetzter Richtung geändert. Aus demselben Grunde, wie dies bei dem in Fig. i gezeigten Ausführungsbeispiel dargelegt ist, steigt damit der Strom in .dem Verbraucher der einen M,ittelpunktschaltung an, während er in dem Verbraucher der anderen Mittelpunktschaltung abnimmt. Die Verbraucher sind nun der Erregung des Motors so zugeordnet, daß das infolge der Abweichung der beiden Verbraucherströme sich dem Haupterregerfeld überlagernde Zusatzfeld den Motor 30 so beeinflußt, daß seine Dehzähl wieder sinkt.
  • Erniedrigt sich aus irgendeinem Grunde die Drehzahl ,des Motors und damit die Frequenz des Generators, so wird der Widerstand der Resonanzkreise induktiv, und die Drosseln der beiden Mittelpunktschaltungen erhalten über die Steuerwicklungen ein Wechselfeld, das das Verhältnis 'von Wechselerregung zu Eigengleicherregung in entgegengesetzter Weise wie in dem vorerwähnten Falle beainflußt. Die Summe der in den Wicklungen 26 und 27 aufgebauten Zusatzfelder überlagert sich dem Hauptfeld in der Weise, daß die Drehzahl wieder ansteigt.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Elektrischer Übertrager mit regelbaren Drosseln, bei welchen der gleichgerichtete Drosselspulenwechselstrom zur Erzeugung einer rückkoppelnden Eigengleicherregung verwendet wird, dadurch ,gekennzeichnet, daß die vom Übertrager aufgenommene bzw. Leistung durch Änderung des Verhältnisses von Wechselerregung zu Ei.gengleicherregung mit Hilfe, eines im wesentlichen gleichfrequenten Wechselstromes @in Abhängigkeit von einem System mit vorgegebenem Frequenzgang geregelt wird.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Wechselerregung zu Eigenerregung in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Frequenzgang mit Hilfe von den Drosselkernen zugeordneten Wicklungen geändert wird.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Wechselerregung zu Eigenerregung in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Frequenzgang dadurch geändert wird, daß durch den gleichfrequenten Wechselstrom ein Unterschied zwischen dem die Eigengleicherregung erzeugenden gleichzurichtenden Wechselstrom und dem die Wechselerregung bewirkenden Drosselwechselstrom bewirkt wird.
  4. 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche i bis 3, .gekennzeichnet durch die Vereinigung von wenigstens zwei in den vorhergehenden Ansprüchen beschriebenen Anordnungen, z. B. nach Art von Gegentaktschaltungen, Brückenschaltungen od. dgl., in der Weise, daß der gleichfrequente Wechselstrom .in den beiden Anordnungen entgegengesetzte Wirkungen hervorruft.
  5. 5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigengleicherregung durch Verwendung eines pulsierenden Gleichstromes als Drosselspulenarrbeitsstrom bewirkt wird.
  6. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, :daß ein Teil .der in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Frequenzgang geregelten Gleich- bzw. Wech:selstromleistung auf .die Drossel zurückgekoppelt wird, vorzugsweise derart, daß die Wnrkung der Regelung unterstützt wird.
  7. 7. Einrichtung nach einem der vorbeTgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, elaß der Arbeitspunkt der Drossel mit Hilfe von Gleich-oder Wechselstrom, insbesondere gleichfrequentem Wechselstrom, eingestellt wird. B. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der die übertragene Leistung regelnde Wechselstrom durchein reit frequenzabhängiger Phasenumkehr arbeitendes System gesteuert wird. 9. Einrichtung nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß das steuernde System zwei in an sich bekannter Weise ausgebildete Resonanzkreise enthält. io. Einrichtung nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ,der die übertragene Leistung regelnde Wechselstrom durch ein System gesteuert wird, das im wesentlichen erst von einer bestimmten Frequenz an Leistung überträgt. i i. Einrichtung nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der die übertragene Leistung regelnde Wechselstrom durch ein System gesteuert wird, das in einem bestimmten Frequenzband Leistung überträgt. i2. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeidhnet durch die Verwendung -der Anordnung zur Regelung der Drehzahl ibzw. Frequenz von elektrischen Maschinen. 13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertrager als frequenzabhängige Last in .der Weise an einem Wechselstromgenerator liegt, daß Änderungen der Cenerat.orfrequenz durch den übertraget ausgeglichen werden. 1q.. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Übertrager abgegebene Leistung i@n Abhängigkeit von der Frequenz .des Generators auf den steuernden Teil des Antriebsmotors, z. B. Motorfeld, Drosselklappe od. dgl., in .der Weise einwirkt, daß Drehzahl- bzw. Frequenzschwankungen ausgegl4chen werden.
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