DE966662C

DE966662C - Device for voltage regulation of electrical power generators

Info

Publication number: DE966662C
Application number: DEB5503D
Authority: DE
Inventors: Dr Theodor Buchhold; Dipl-Ing Dr Erich Manteuffel
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1942-12-19
Filing date: 1942-12-19
Publication date: 1957-08-29

Description

Einrichtung zur Spannungsregelung von elektrischen Stromerzeugern Bei elektrischen Gleichstromgeneratoren ist es oft erforderlich, daß die Klemmenspannung bei sich änderndem Betriebszustand - Änderung der Belastung oder der Drehzahl - konstant bleiben soll, so daß das Generatorfeld geregelt werden muß. Besonders schwierig ist die Regelung bei Lichtmaschinen für Fahrzeuge und bei Flugzeuggeneratoren, bei welchen die Antriebsdrehzahl starken Schwankungen unterworfen ist. Bisher wurden als Regler bei Fahrzeugen Wälzsektor- und Kohledruckregler und bei Flugzeugen Tirrillregler verwendet. Diese Regler haben jedoch den Nachteil, daß sie empfindliche bewegliche Teile besitzen, welche der Abnutzung unterworfen sind und welche insbesondere bei Flugzeugen starken Beschleunigungskräften ausgesetzt sind. Außerdem verursachen diese Regler durch die oft betätigten Kontakte Funkstörungen.Device for voltage regulation of electrical power generators With DC electric generators it is often necessary that the terminal voltage in the event of a changing operating condition - change in load or speed - should remain constant, so that the generator field must be regulated. Particularly difficult is the regulation of alternators for vehicles and aircraft generators which the drive speed is subject to strong fluctuations. So far have been As a regulator in vehicles rolling sector and carbon pressure regulator and in aircraft Tirrill regulator used. However, these regulators have the disadvantage that they are sensitive and movable Have parts that are subject to wear and tear and which, in particular, at Aircraft are exposed to strong acceleration forces. Also cause this controller due to the often operated contacts radio interference.

Es sind ferner Einrichtungen zur Spannungsregelung von elektrischen Stromerzeugern bekannt, bei welchen zur Verminderung der Einflüsse von Belastungsschwankungen ein mit der zu regelnden Maschine drehzahlabhängig gekuppelter Wechselstromerzeuger die Erregerwicklung- der zu regelnden Maschine über eine vormagnetisierte, steuerbare Drosselspule und einen Gleichrichter speist. Bei dieser bekannten Schaltung ist aber die zu regelnde Spannung des Stromerzeugers von der Drehzahl nicht unabhängig.There are also devices for voltage regulation of electrical Known power generators, in which to reduce the effects of load fluctuations an alternator coupled to the machine to be controlled depending on the speed the excitation winding of the machine to be regulated via a pre-magnetized, controllable Feeds choke coil and a rectifier. at this well-known However, the circuit is the voltage of the generator to be regulated by the speed not independent.

Um bei Stromerzeugern mit veränderlicher Drehzahl ebenfalls eine Spannungsregelung dieser Art durchführen zu können, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß der 'einen permanenten, rotierenden Feldmagneten besitzende Wechselstromerzeuger eine zusätzliche Statorwicklung aufweisen soll, die über eine Drosselspule und einen Hilfsgleichrichter eine Steuerwicklung der vormagnetisierten Drosselspule speist. Zweckmäßig besitzt dabei die vormagnetisierte Drosselspule eine Steuerwicklung, die über einen einstellbaren Widerstand von der Spannung der zu regelnden Maschine gespeist wird.In order to also have voltage regulation for power generators with variable speed To be able to carry out this type, it is proposed according to the invention that the '' an alternator with a permanent rotating field magnet should have additional stator winding, which has a choke coil and a Auxiliary rectifier feeds a control winding of the premagnetized choke coil. The premagnetized choke coil expediently has a control winding, the voltage of the machine to be regulated via an adjustable resistor is fed.

Die Abb. i zeigt das Schaltbild der Regeleinrichtung. Es bedeutet a. den Anker und b die Feldwicklung der zu regelnden Gleichstrommaschine. Der mit ihr gekuppelte kleine Wechselstromgenerator besitzt einen mehrpoligen permanenten Feldmagneten c und die Statorwicklungen dl und d2. Die gleichstromvormagnetisierte Drosselspule besteht im vorliegenden Falle aus zwei getrennten geschlossenen Eisenkernen k1 und k" welche die Wechselstromspulen w1 und w2, die Rückkopplungsspulen na, und in., sowie die Gleichstromspulen szl und 1z2 und o1, 02 tragen. Die Wechselstromspulen w1 und w2 liegen in Reihe mit einem Gleichrichter e an der Spannung der Ankerwicklung dl des Wechselstromgenerators. Der Gleichrichter e arbeitet auf die Feldwicklung b und auf die mit dieser in Reihe liegenden Rückkopplungsspulen ziel und in.. Da die Spulen in, und in., von Gleichstrom durchflossen sind, liefern sie den Hauptanteil der Gleichstromvormagnetisierung der Eisenkerne kl und k2. Durch die in die Abb. i eingezeichneten Pfeile ist die Richtung der Gleichstrommagnetisierung angegeben. Die Wicklungen n1, it, und o1, 02 werden von geeigneten Steuerströmen durchflossen. Die Wicklungen n, und aa, liegen in Reihe mit einem einstellbaren Widerstand f an der Spannung des zu regelnden Gleichstromgenerators, welcher über den Widerstand R belastet ist. Die Wicklungen o1 und o" erhalten ihren Strom von der Ankerwicklung d2 des Wechselstromerzeugers über eine im Wechselstromkreis liegende Drosselspule,- und den Hilfsgleichrichter la.Fig. I shows the circuit diagram of the control device. It means a. the armature and b the field winding of the DC machine to be regulated. The small alternating current generator coupled to it has a multi-pole permanent field magnet c and the stator windings dl and d2. The direct current bias inductor consists in the present case of two separate closed iron cores k1 and k "which carry the alternating current coils w1 and w2, the feedback coils na, and in., As well as the direct current coils szl and 1z2 and o1, 02. The alternating current coils w1 and w2 are in Series with a rectifier e at the voltage of the armature winding dl of the alternator. The rectifier e works on the field winding b and on the feedback coils in series with it target and in .. Since the coils in, and in., Have direct current flowing through them, they supply the main part of the direct current bias of the iron cores kl and k2. The direction of the direct current magnetization is indicated by the arrows drawn in Fig. I. The windings n1, it, and o1, 02 are traversed by suitable control currents. The windings n, and aa , are in series with an adjustable resistor f at the voltage of the direct current gene to be regulated erators, which is loaded via the resistor R. The windings o1 and o ″ receive their current from the armature winding d2 of the alternating current generator via a choke coil located in the alternating current circuit, and the auxiliary rectifier la.

Es sei zunächst die Wirkungsweise der Wechselstromspulen w1 und w2 in Verbindung mit den Rückkopplungsspulen ml und m2 betrachtet. Es läßt sich zeigen, daß, wenn die beiden Drosselspulen noch eine zusätzliche Gleichstromerregung i, erhalten, der von den Wechselstromspulen w1 und w., aufgenommene Strom J einen Verlauf hat wie der in Abb. 2 aufgezeichnete. Dieser Strom J fließt gleichgerichtet durch die Feldwicklung b. Arbeitet man im steilen Ast der Kennlinie, so ist zu erkennen, daß schon sehr kleine Änderungen der Erregung i' genügen, um große Änderungen des Drosselspulenstromes J bzw. des Stromes in der Erregerwicklung b zu erhalten. In vorliegendem Falle sind für die Steuerung der Drosselspulen die beiden Wicklungsgruppen n1, 14 und o1, 02 vorhanden, welche von entgegengesetzten Strömen durchflossen werden. In Abb. 2 ist aufgezeichnet, wie groß z. B. der durch die Wicklungen n1, 1a2 fließende Strom i, ist. Der durch die Wicklungen o1, 02 in entgegengesetzter Richtung fließende Strom io muß annähernd gleiche, jedoch entgegengesetzte Größe haben wie der Strom in, damit die resultierende Erregung i, im steilen Teil der Kennlinie arbeitet. Je größer die Steilheit der Stromkurve ist, um so weniger werden die Ströme i, und i. voneinander abweichen.Let us first consider the mode of operation of the alternating current coils w1 and w2 in connection with the feedback coils ml and m2. It can be shown that when the two choke coils receive an additional direct current excitation i, the current J consumed by the alternating current coils w1 and w. This current J flows in a rectified manner through the field winding b. If one works in the steep branch of the characteristic curve, it can be seen that even very small changes in the excitation i 'are sufficient to obtain large changes in the choke coil current J or the current in the excitation winding b. In the present case, the two winding groups n1, 14 and o1, 02 , through which opposing currents flow, are used to control the choke coils. In Fig. 2 it is recorded how large z. B. the current i flowing through the windings n1, 1a2. The current io flowing through the windings o1, 02 in the opposite direction must have approximately the same but opposite magnitude as the current in, so that the resulting excitation i, works in the steep part of the characteristic curve. The greater the steepness of the current curve, the less the currents i, and i become. differ from each other.

Der durch die Wicklungen o1 und o." fließende Steuerstrom i. ist infolge der Drosselspule ä, durch welchen dieser Stromkreis vorwiegend induktiven Charakter erhält, praktisch konstant, da sich Spannung und Frequenz des Wechselstromerzeugers proportional miteinander ändern. Der die Wicklungen n1 und ia, durchfließende Strom in hängt von der Größe der Ankerspannung des Gleichstromgenerators ab.The control current i. Flowing through the windings o1 and o. "Is due to the inductor - which makes this circuit predominantly inductive in character is practically constant because the voltage and frequency of the alternator change proportionally with each other. The current flowing through the windings n1 and ia in depends on the size of the armature voltage of the DC generator.

Nimmt man an, die =Maschine habe gerade die richtige Spannung, und es sinke jetzt plötzlich die Antriebsdrehzahl der Maschine, so wird als Folge davon die Spannung der Gleichstrommaschine absinken und damit auch der Steuerstrom i, kleiner werden als der Strom i., d. h. die resultierende Erregung i, wird zunehmen. Nach Abb. 2 wird daher der durch die Wechselstromspulen w1 und w2 fließende Strom J und damit der Strom durch die Erregerwicklung b ansteigen, so daß die Spannung der Gleichstrommaschine wieder erhöht wird. Es genügt schon ein außerordentlich kleiner Unterschied zwischen den Strömen i. und in, um eine starke Regelung herbeizuführen.Assume that the = machine has just the right voltage, and If the drive speed of the machine suddenly drops, it will result in this the voltage of the DC machine drops and with it the control current i, become smaller than the current i., d. H. the resulting excitation i i will increase. Therefore, as shown in Fig. 2, the current flowing through the alternating current coils w1 and w2 becomes J and thus the current through the field winding b increase, so that the voltage the DC machine is increased again. An extraordinary is enough small difference between the currents i. and in to bring about a strong settlement.

Die Regelschaltung bietet auch die Möglichkeit, Kompoundierungen oder sonstige zusätzliche Regelforderungen zu erfüllen. Wird beispielsweise gewünscht, daß mit zunehmendem abgegebenem Strom die Spannung der Maschine in bestimmter Weise abnehmen soll, so kann dies dadurch erreicht werden, daß man auf den Eisenkern k1 und k2 zu- sätzliche Steuerwicklungen anordnet, welche vom Ankerstrom durchflossen werden.The control circuit also offers the possibility of compounding or other additional control requirements. For example, if desired, that the voltage of the machine is expected to decrease in a specific manner with increasing discharged current, this can be achieved in that one inlet to the iron core k1 and k2 additional control windings orders, which are traversed by the armature current.

Die vorstehend beschriebene Schaltung gestattet, wie bereits erwähnt, eine Spannungsregelung ohne bewegliche Teile und Kontakte. Sie eignet sich ganz besonders für Flugzeuge, da sie keine Funkstörungen verursacht. Die bei Flugzeugen auftretenden Beschleunigungs- und Verzögerungskräfte haben auf das einwandfreie Arbeiten der Regeleinrichtung keinen Einfluß. Das Gewicht der erforderlichen Drosselspulen kann dadurch gering gemacht werden, daß die Frequenz des von dem Wechselstromgenerator erzeugten Stromes durch Verwendung eines mehrpoligen Feldmagneten oder eines Übersetzungsgetriebes zwischen dem Gleichstromerzeuger und dem Wechselstromgenerator relativ stark erhöht wird.The circuit described above allows, as already mentioned, voltage regulation without moving parts or contacts. It is quite suitable especially for aircraft as it does not cause radio interference. The ones on airplanes occurring acceleration and deceleration forces have on the proper The work of the control device has no effect. The weight of the inductors required can be made low by the fact that the frequency of the alternator generated current by using a multipole field magnet or a transmission gear between the DC generator and the AC generator increased relatively sharply will.

Selbstverständlich läßt sich die beschriebene Regeleinrichtung auch zur Regelung von Wechselstromgeneratoren verwenden. In diesem Falle wäre die Steuerwicklung n" 11 2 der vormagnetisierten Drossel über einen Gleichrichter an die Wechselstrommaschine anzuschließen. Auch sonst sind Abänderungen der beschriebenen Regeleinrichtung möglich, ohne daß sich jedoch an dem Erfindungsgedanken etwas ändert.Of course, the control device described can also be used Use to control alternators. In this case the control winding would be n "11 2 of the premagnetized Choke via a rectifier to connect the alternator. There are also other changes to the ones described Control device possible without, however, changing anything in the concept of the invention.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for voltage regulation of electrical Generators in which a speed-dependent coupled with the machine to be controlled Alternating current generator the excitation winding of the machine to be controlled via a premagnetized, controllable choke coil and a rectifier feeds, characterized in that that in power generators with variable speed one permanent, rotating Alternators with field magnets have an additional stator winding (d2) having a control winding via a choke coil (g) and an auxiliary rectifier (h) (01) 02) feeds the premagnetized choke coil.

2. Device according to claim i, characterized in that the premagnetized choke coil has a control winding (n1, 112) which is fed by the voltage of the machine to be controlled (a) via an adjustable resistor (f). References considered: U.S. Patent No. 1,985,004; German patents Nos. 675 835, 692 577, 691 89 0 , 3 18 8o6.