Als Verstärkermaschine wirkende Wechselstrommaschine Es gibt bekanntlich Verstärkungsmaschinen für Gleichstrom, sogenannte Amplidynen, bei denen mit Hilfe einer kleinen Steuerenergie vielfach stärkere Ände rungen der Ausgangsspannung hervorgerufen werden. Solche Maschinen werden häufig in Regelanordnungen, aber auch als Erregermaschinen für grosse Generatoren, z.B: Turbogeneratoren, verwendet.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verstärkermaschi- ne anzugeben, die aber Wechselstrom oder Drehstrom liefert, was in vielen Fällen wegen der Möglichkeit zu transformieren von Vorteil ist. Demgemäss wird nach der Erfindung eine als Verstärkermaschine wirkende Wech- selstrommaschine so ausgebildet, dass ihre Erregung durch ein Querfeld (quer zum Hauptfeld) erzeugt wird, welches durch einen synchron mit der Maschinendreh zahl über steuerbare Stromrichterelemente geschalteten, nach Art eines ein Hauptfeld erzeugenden Erregerstrom kreises ausgebildeten, Stromkreis erhalten wird.
Dabei wird man vorwiegend als Stromrichterelemente steuerbare Siliziumzellen verwenden und sie an ein möglichst vielphasiges Wechselstromsystem anzuschlies sen, von dessen Phasen einige mit den Hauptphasen des Generators zusammenfallen. Es ist zweckmässig, die Stromrichterelemente zu den Zeiten zu sperren, in wel chen die vom Hauptfeld herrührende Spannung ihr Maximum hat und sie freizugeben in einem um den Nulldurchgang dieser Spannungen herumliegenden Be reich. Eine schematische Darstellung einer solchen Ma schine zeigt die Zeichnung in den Figuren 1 bis 3.
Ebenso wie bei einer Amplidyne kann auch im Fall der vorliegenden Erfindung die Frage der Kompensation der Ankerrückwirkung von Belang sein. Dann kann man die Maschine so ausbilden, dass der auf der Wechsel stromseite fliessende Strom unter Zwischenschaltung we nigstens eines Stromwandlers gleichgerichtet wird und dann an die sekundäre, vorzugsweise ohmsche Bürde, die mit der Feldwicklung gleichachsige Kompensationswick- lung des Erregerteiles angeschlossen ist. Schaltungen für diese Art der Kompensation sind in den Fig.4 bis 6 dargestellt.
Bei einer anderen Form der Kompensation der An kerrückwirkung kann die Anordnung so getroffen sein, dass in der das Querfeld erzeugenden Wicklung der Maschine ein Kompensationsstrom hervorgerufen wird, der die gegebenfalls von einer Blindlast herrührende Ankerrückwirkung aufhebt. Eine Prinzipschaltung hier für zeigt die Fig. 7, wobei die Kurvendarstellung in Fig. 8 bis 10 zur Erläuterung dienen.
Zur Verbesserung der Kommutierung einer nach der Erfindung ausgebildeten Wechselstrommaschine kann man die Anordnung so treffen, dass die vom Hauptfeld hervorgerufene Komponente der Spannung im Strom richterkreis allein ausgeglichen wird in der Weise, dass in Reihe mit dem gesteuerten Stromrichter wenigstens eine der vom Hauptfeld induzierten Spannung entgegengesetzt gerichtete, etwa gleich grosse Spannung eingefügt wird. Diese Ausführung wird anhand der Prinzipschaltungen in den Fig. 11 und 12 und der Kurvendarstellung in Fig. 13 der Zeichnung erläutert.
Bevor Einzelheiten erläutert werden, ist ganz allge mein zum Verständnis der nachstehend angegebenen Anordnungen folgendes zu sagen: Belastet man einen mehrphasigen Wechselstromgene rator mit einem mehrphasigen gesteuerten Gleichrichter und regelt man diesen Gleichrichter durch Verschiebung der Gittersteuerung etwa auf die Gleichspannung null , so kann der Gleichstromkreis in seinem Widerstand und bei entsprechender Vielphasigkeit auch in seiner Indukti- vität so weitgehend reduziert werden, dass nahezu ein Kurzschluss vorliegt, der Gleichstrom aber von Anode zu Anode weiter kommutiert wird.
Der so betriebene Strom kreis kann weitgehend die Aufgabe der Erregung des gesamten Generators übernehmen, wobei seine Stromstük- ke bei festgelegter Gleichrichteraussteuerung von der Feldwicklung des Generators gesteuert wird. Für die Haupterregung des Generators wird somit die Verstär- kerwirkung der Maschine ausgenützt d.h. die Leistung hierfür wird durch den Antrieb und die im Steuerfeld bewegte Wicklung geliefert.
Liegt beispielsweise die Feldwicklung des Generators fest und rotieren die Wechselstromwicklungen, so kann durch die Kommutierung des Stromrichters der beschrie benen Art eine räumlich im wesentlichen feste Lage des Hauptfeldes des Generators erreicht werden. In den dieses Feld schneidenden Wicklungen wird dann in bekannter Weise eine Wechsel-EMK hervorgerufen.
Es kann dann entweder Phase für Phase einzeln oder verkettet Wechselstrom entnommen werden, oder die Wechselstromwicklungen können über einen Gleichrich ter zur Speisung eines Gleichstromnutzkreises herangezo gen werden. In diesem letzteren Fall wird gemäss einer Weiterbildung der Erfindung bei Belastung die An kerrückwirkung auf das Feld durch eine zusätzliche Steuerwicklung ausgeglichen, die ähnlich wie die ein gangs erwähnte Feld-Steuerwicklung auf das Hauptfeld wirkt, das durch den auf nahezu (null heruntergeregel- ten Stromrichterkreis gespeist wird.
Baut man den Generator so auf, dass die Steuerwick lung rotiert, so ergibt sich eine besonders vorteilhafte Konstruktion. Im ruhenden Statoreisen ist dann, eben falls ruhend, die für das Hauptfeld erforderliche Wick lung untergebracht, die über den gleichfalls ruhend angeordneten gesteuerten Stromrichter geschlossen ist. Ruhend sind ebenfalls die Wechselstromwicklungen an geordnet, die ganz oder teilweise mit den den Stromrich ter speisenden Wicklungen identisch sein können. Der Rotor besteht dann im wesentlichen aus einem Eisen kern, durch den der Hauptfluss seinen Rückschluss findet.
Er trägt jedoch nicht die Wicklung für den Hauptfluss, sondern nur die verhältnismässig kleine Steuerwicklung und sieht hierfür den geringen erforderli chen Eisenweg vor, der senkrecht zu dem des Hauptflus ses steht. Auf dem gleichen Steuerkern kann auch die Steuerwicklung zur Kompensation angeordnet sein.
Die Speisung dieser und evtl. weiterer Steuerwicklun gen des Rotors kann über Schleifringe vorgenommen werden; diese Schleifringe können aber völlig in Wegfall kommen, wenn man, gemäss einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens, eine kleine Wechselstrom-Erreger- maschine mit dem Rotor verbunden anordnet, die über mitrotierende Gleichrichter und ohne Schleifringe die nunmehr zusammengefasste Steuerwicklung auf dem Ro tor der Hauptmaschine speist.
Die ruhende Erregerwick lung dieser kleinen Hilfserregermaschine übernimmt dann beispielsweise die Funktionen der vorher erwähnten Steuerwicklung und Kompensationswicklung.
Für die Ausführung der Erfindung ist Aufbau, Art, Polzahl und Frequenz des Generators nicht entscheidend; beispielsweise ist sie sinngemäss auch bei Maschinen der Klauenpoltype anwendbar.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Fig. 1 bis 3 der Zeichnung schematisch dargestellt. Dabei zeigt Fig. 1 eine Anordnung mit einem feststehenden Erre gerteil und einem rotierenden Wechselstromteil; bei Fig.2 ist das Erregerteil rotierend, während die Wechselstromwicklungen im Stator ruhend angeordnet sind;
die Fig.3 schliesslich zeigt eine Ausführung, bei der die Wechselstromwicklungen für den Nutzkreis und für den Hauptfeldkreis mit seinem Stromrichter elektrisch nicht verbunden sind. In Fig. 1 bezeichnet 1 den als feststehend angenom menen Erregerteil. Der Wechselstromteil 2 rotiert; er besteht aus einer in Stern geschalteten Drehstromwick- lung mit den Phasen R, S, T. An den Phasenenden sind die Anoden eines Stromrichters 3 angeschlossen.
Es handelt sich in dem Ausführungsbeispiel um einen dreiphasigen Quecksilberdampfgleichrichter mit Gitter steuerung. Seine Kathode ist über eine Gleichstromdros sel 4 mit dem Sternpunkt der Generatorwicklungen verbunden. In der praktischen Ausführung wird man eine möglichst grosse Phasenzahl vorsehen. Die Gittersteue rung für den Stromrichter ist aus dem Wechselstromnetz abgeleitet und wird beispielsweise mit Hilfe eines Dreh reglers 5 so einreguliert, dass im Gleichstromkreis trotz der Herabregelung auf eine sehr kleine Spannung noch kein lückender Strom auftritt.
Die Enden der Phasenwicklungen R, S, T sind ferner über einen Gleichrichter 9 und eine Drossel 6 mit dem Verbraucher 7 und über einen Shunt 8 mit dem Stern punkt verbunden. An den Shunt 8 ist eine zweite Steuerwicklung im Erregerteil 1 der Maschine ange schlossen, die zur Kompensation der Ankerrückwirkung dient. Anstelle einer Gleichstromnutzlast kann der Wechselstromgenerator in seinen Hauptwicklungen auch auf der Wechselstromseite belastet werden.
In der Fig. 2 ist die Konstruktion und Wirkungsweise des Generators für den Fall dargestellt, dass das Feld rotiert und die Wechselstromwicklungen im Stator ru hend angeordnet sind. Der Rotor 20 trägt die kleine Steuerwicklung 21 für das Feld, die auf verhältnismässig kleinen Polen angeordnet ist. Diese Steuerwicklung ruft in der Wicklung 22, die eine Phase des auf null regulier ten Gleichrichters darstellt, entsprechend dem geringen Widerstand dieses Kreises einen grossen Strom hervor, der das Hauptfeld der Maschine (Pfeil 23) zur Folge hat, das sich über den wicklungslosen Teil des Rotors schliesst.
Dieses Hauptfeld ruft infolge der Rotation in der Phase 25 der im Stator angeordneten Wechselstrom wicklung die EMK hervor, die im gezeichneten Augen blick gerade ihr Maximum hat.
Für die Speisung der Steuerwicklung sind in Fig. 2 Schleifringe 25 eingezeichnet, über die Steuer- und Regel befehle zugeführt werden. Es kann aber auch eine Hilfserregermaschine mit kleinem mitrotierenden Gleich richter vorgesehen sein, die die Schleifringe überflüssig macht und deren Erregerwicklung die Steuerbefehle zur Regelung und Kompensation ruhend zugeführt werden können.
Die Fig.3 schliesslich zeigt eine Ausbildung des Generators, bei der die Wechselstromwicklungen für den Nutzkreis und für den Hauptfeldkreis mit seinem Strom richter elektrisch nicht verbunden sind. Die Anordnung besteht wieder aus dem Erregerteil 1, der als rotierend angenommen ist. Der Wechselstromteil besteht aus zwei elektrisch getrennten, je für sich in Stern geschalteten Drehstromwicklungen 2', 2" mit den Phasen R', S', T' bzw. R", S", T". Teil 2' ist wie bei Fig. 1 über einen Gleichrichter 9, eine Drossel 6 mit dem Verbraucher 7 und über einen Shunt 8 mit dem Sternpunkt verbunden.
Teil 2" dagegen ist an eine sechsphasige Gleichrichter schaltung angeschlossen. Obwohl auch in diesem Ausfüh rungsbeispiel die dreiphasige Wicklungsanordnung noch beibehalten ist, ist im Stromrichterkreis eine Schaltung gewählt, die sechsphasig arbeitet, somit eine stetigere Wirkung ausübt und eine geringere Induktivität als Drossel im Gleichstromkreis benötigt. Je mehrphasiger der Kurzschlusskreis ausgebildet wird, um so gleichmässi- ger ist das erzeugte Hauptfeld und um so rascher kann es, entsprechend der verringerten Drossel im Gleichstrom kreis, den Steuerbefehlen folgen.
Nachstehend werden Wege angegeben, wie bei ohm- scher Belastung der Wechselstromamplidyne die Anker rückwirkung in ihrem Einfluss auf das Funktionieren der Maschine kompensiert wird.
Zu diesem Zweck wird der beispielsweise in einer Wechselstromphase fliessende Strom zweckmässig unter Zwischenschaltung eines Stromwandlers gleichgerichtet, an dessen sekundärer, vorzugsweise ohmscher Bürde die Kompensationswicklung der Amplidyne angeschlossen ist, die dieselbe Lage hat wie die Steuerwicklung in der Amplidyne. In der Zeichnung Fig. 4 bis 6 sind schema tisch einige Ausführungsbeispiele der Erfindung darge stellt.
Die Fig. 4 zeigt den Erregerteil 200, der feststehend oder rotierend sein kann und aus der eigentlichen Feldwicklung 201 und der gleichachsig angeordneten Kompensationswicklung 202 besteht. Der rotierende bzw. feststehende Wechselstromteil 203 enthält eine in Stern geschaltete Drehstromwicklung mit den Phasen R, S, T. Die übrige Schaltung des Wechselstromteils ist nicht dargestellt, aber die gleiche wie in den früheren Ausfüh rungsbeispielen. In der Phase R liegt ein Stromwandler 204, dessen Sekundärkreis Gleichrichter 205 und eine Bürde 206 enthält, an die die Kompensationswicklung 202 angeschlossen ist.
In einer Abwandlung dieser Ausführungsform kön nen auch alle Phasen des Wechselstromgenerators zur Kompensation der Ankerrückwirkung ihrer ohmschen Belastung herangezogen werden. Das kann beispielsweise durch Verdreifachung der in Fig. 4 dargestellten Anord nung erfolgen, wobei auch drei Kompensationswicklun gen in der Amplidyne vorgesehen werden können.
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform ist in Fig. 5 schematisch und vereinfacht dargestellt. In allen Phasen R, S, T des nicht dargestellten Wechselstromteils sind Stromwandler 210, 211, 212 enthalten. Auf ihrer Sekundärseite sind sie in der dargestellten Weise mitein ander verbunden und mit Gleichrichtern 213 bis 215 versehen, die unter Zwischenschaltung einer Bürde 216 zur Speisung der Kompensationswicklung 202 dienen. Für die entgegengesetzte Stromrichtung sind ebenfalls Gleichrichterelemente 216 bis 218 und eine Bürde 219 vorgesehen, so dass die Stromwandlerbedingungen erfüllt und die Wandler gegen eine Gleichstrommagnetisierung geschützt sind.
Dieser zweite Stromkreis der Wandlerbelastung kann in gleicher Weise wie die erstgenannte Hälfte zur Spei sung der Kompensationswicklung herangezogen werden, wenn man sie, wie in Fig. 5 gestrichelt dargestellt ist, an die Summe der Spannungen beider Bürden anschliesst.
Schliesslich kann bei der drei- oder mehrphasigen Anordnung die Gleichspannung zur Speisung der Kom pensationswicklung noch in der Weise erzeugt werden, dass man die an den Bürden der Einzelwandler abgegrif fenen Wechselspannungen verkehrt in Reihe schaltet und dann die Gleichrichtung vornimmt. Die Fig.6 zeigt wiederum je einen Stromwandler 220, 221, 222 in den Phasen R, S, T des nicht dargestellten Wechselstromteiles. An jeden Wandler ist eine Bürde 223, 224, 225 ange schlossen. Über Gleichrichter 226, 227 und Widerstände 228, 229 ist die Kompensationswicklung 202 angeschlos sen. Diese Anordnung kommt mit einer geringeren Zahl von Gleichrichtern aus, ergibt allerdings eine etwas grössere Welligkeit.
Bei dem vorerwähnten Weg, den Einfluss der Wirk strombelastung bei der Wechselstromamplidyne auszuglei chen, handelt es sich um eine richtige Kompensation, denn von der Ursache, dem Belastungsstrom, wird die Massnahme abgeleitet, die die Auswirkung dieser Ursa che verhindert. Die EMK (und bei geringer überkompen- sation auch die Klemmenspannung) des Wechselstromge- nerators bleibt damit unverändert, wenn die Maschine statt im Leerlauf in einem ihr zumutbaren Wirkstrom-Bela- stungszustand arbeiten muss.
Die in dem Zusatzpatent angegebene Ausführung gilt für rein ohmsche Belastung. Derselbe Weg eignet sich aber auch für die Kompensa tion der Wirkkomponente bei einer gemischten Bela stung, wenn zusätzliche Mittel vorgesehen werden, die dafür sorgen, dass der in gleicher Achse wie die Steuer wicklung liegenden Kompensationssteuerwicklung eine Gleichspannung zugeführt wird, die in ihrer Grösse nur der Wirkkomponente der gemischten Belastung ent spricht.
Die Kompensation der Wirkstrom-Ankerrückwirkung muss bei der Stromrichteramplidyne sehr genau erfolgen, da die Leistung der Steuerwicklung verhältnismässig schwach ist. Eine unvollkommene Kompensation des starken Ankerfeldes könnte die ordnungsgemässe Funk tion des Steuerfeldes stören und der Störbetrag würde über den Stromkreis des kurzgeschlossenen Stromrichters verstärkt das Hauptfeld beeinträchtigen. Die Wandler zur Speisung der Kompensationswicklung müssen die zum Ausgleich des Wirkstrombelages erforderliche Gleich stromleistung aufbringen. Die Kompensationswicklung wird zweckmässig dem gegenüberliegenden Strombelag entsprechend verteilt angeordnet.
Die Wechselstromam- plidyne gleicht in dieser Hichsicht weitgehend der be kannten Gleichstromamplidyne mit Kompensationswick lung.
In allen Wechselstromgeneratoren werden die Feld verhältnisse viel stärker und störender durch die Rück wirkung des induktiven oder kapazitiven Blindstromes als durch die des ohmschen Stromes beeinträchtigt. Beim Blindstrom ist eine Kompensation, die von der Ursache ausgeht und sie ausgleicht aber so schwer zu verwirkli chen, dass man in der Praxis ganz darauf verzichtet und sich darauf beschränkt, die auftretende Endwirkung, nämlich die Spannungsänderung der Maschine zu beseiti gen. Mit einer hochentwickelten Regelungstechnik, die genau und rasch genug arbeitet, lassen sich alle Anforde rungen erfüllen.
Dieses bestechend einfache Verfahren kann aber tech nisch oder wirtschaftlich seine Grenzen finden, wenn man gezwungen wird, die Maschinen grösser als notwen dig zu bauen und trotz grösseren Kupfer- und Eisenauf wandes schwierigere Kühlprobleme in Kauf zu nehmen, sowie für die Zwecke der raschen Regelung unnötig grosse Erregerspannungen bereitzuhalten und anzuwen den und damit zugleich auch die Raumnot in der Maschine weiter zu vergrössern.
Die Stromrichteramplidyne kann natürlich auch so benützt werden, dass einfach die bei Belastung auftreten den Spannungsänderungen durch Regeleingriff wieder rückgängig gemacht werden. Dank der Verstärkerwir- kung bedarf es dazu sogar nur einer geringen Steuerlei stung in der Steuerwicklung und die Auswirkung über den Stromrichterkurzschlusskreis erfolgt besonders rasch.
Aufgrund der Wirkungsweise der Stromrichterapli- dyne lässt sich aber auch eine wirkliche Kompensation der Blindstrom-Ankerrückwirkung erreichen, die eine ausserordentlich günstige Lösung darstellt.
Anhand der Wirkungsweise der Stromrichterampli- dyne soll dieser Weg an dem einfachen Schema der Fig. 7 klargelegt werden. Die beispielsweise ruhend angeordnete Steuerwicklung<B>301</B> ruft das kleine Steuerfeld (Vektor F1) hervor, das in dem Stromrichterkreis 302 den Kurzschlussstrom zurFolge hat, der seinerseits das Haupt feld der Maschine aufbaut.
Im Liniendiagramm Fig. 8a ist diese treibende Spannung gezeichnet, wobei sie deswe gen als Gleichspannung auftritt, weil sich gemäss den einleitenden Erläuterungen die einzelnen Phasen des vielphasigen Systems ablösen. Der Fektor FZ des da durch entstehenden Hauptfeldes steht senkrecht zu der betrachteten Phase des Stromrichterkurzschlusskreises 302 und ist in seiner Grösse von dem Steuerfeld abhän gig.
Dadurch, dass die Wicklungen des Generators dieses Hauptfeld FZ schneiden, entsteht in ihnen die EMK. Sie ist für die Phase 303 der Wechselstroinwicklung, die beispielsweise in derselben Nut wie die gezeichnete Phase des Stromrichterkurzschlusskreises 302 untergebracht ist, in dem in der Zeichnung dargestellten Augenblick gerade Null.
Wird nun die Wechselstromphase 303 beispielsweise mit reiner Blindlast durch die eingezeichnete Drossel 304 belastet, so fliesst in ihr ein Strom, der im gezeichneten Augenblick beim Nulldurchgang der Wechselspannung gerade seine Amplitude hat und mit seinem Ankerfeld dem Hauptfeld F_ der Maschine genau entgegenwirkt. Dadurch würde das Hauptfeld, wie bei jeder Wechsel strommaschine, am stärksten geschwächt.
Es ist aber die im Liniendiagramm Fig. 8a dargestellte Spannung nicht die einzige Spannung, die in dem Kurz- schlussstromkreis 302 wirksam ist. Es addiert sich hierzu die Spannung des Stromrichters, die im Liniendiagramm Fig. 9 dargestellt ist und in ihrem Mittelwerk für Leerlauf (Fig. 9a) gerade null zeigt. Den Einfluss des Blindstromes und damit der Ankerrückwirkung der Phase 303 kann man nun dadurch kompensieren, dass im Stromrichter pfad 302 ein ihr entgegengesetzter Strom hervorgerufen wird.
Dies ist mit Hilfe einer geringen Phasenverschie bung in der Aussteuerung des vielphasigen Stromrichters möglich. Durch diese Aussteuerung werden zwar die Kommutierungsaugenblicke auch für die von der Steuer wicklung hervorgerufene treibende Gleichspannung etwas verschoben, doch ist diese Wirkung auf die Amplitude, wie Fig. 8b zeigt, äusserst gering.
Andererseits hat die geringe Phasenverschiebung in der Aussteuerung, wie Fig.9b zeigt, eine erhebliche Veränderung der vom Stromrichterpfad herrührenden Spannung zur Folge, so dass deren Mittelwert, entsprechend dem gewählten Winkel der Verschiebung der Aussteuerung, einen positi ven Mittelwert der Gleichspannung erreicht, wie dies in dem Liniendiagramm Fig.9b dargestellt ist. In dem Liniendiagramm Fig. 10 sind die durch die Glättungswir- kung der Stromrichterdrossel hervorgerufenen tatsächli chen Erregerströme für das Feld ihrem prinzipiellen Verlauf nach angedeutet.
Bei dieser Ausführung des Verfahrens entsteht also in dem Stromrichterkreis 302, wenn man die einzelnen Komponenten getrennt betrachtet, praktisch der gleiche Strom wie im Leerlauf für die Spannungserzeugung unter Einfluss der treibenden Spannung gemäss Fig. 8b und ein Kompensationsstrom unter dem Einfluss der Spannung des gesteuerten Stromrichters entsprechend Fig. 9b. Die ser letztgenannte Kompensationsstrom ist in dem be- trachteten Zeitabschnitt dem Blindstrom in der Phase 303 entgegengesetzt.
Es leuchtet ein, dass, wenn er gleich gross ist, die Ankerrückwirkung der beiden in derselben Nut liegenden Wicklungen null ist und somit das Steuer feld die Leerlaufspannung auch im Falle der induktiven Belastung aufrechterhalten kann. Wie weitgehend es sich um eine wirkliche Kompensationswirkung handelt, kann man daraus erkennen, dass, entsprechend einem eingangs erwähnten Vorschlag die Wicklung 302 des Stromrichter- kurzschlusskreises und die entsprechende Wicklung 303 des Blindstrombelastungskreises identisch sein können. Dann tritt in dem betrachteten Zeitabschnitt eine völlig gegenseitige Aufhebung dieser beiden Teilströme auf.
Es hat also in dieser Zeit weder der Blindstrom noch sein Kompensationsstrom Stromwärmeverluste zur Folge. Der Drosselstrom bleibt ausserhalb der Maschine und fliesst solange über das Stromrichterventil. Es liegt in der Natur der Sache, dass eine derart vollkommene Kompen sation, wie sie hier für einen kurzen Zeitabschnitt und für eine Phase des Drehstromsystems betrachtet wurde, während das System des Stromrichterkurzschlusskreises möglichst vielphasig ausgebildet werden soll, sich bei der praktischen Verwirklichung der Maschine nur zu einem Teil wird ausnützen lassen.
Immerhin ist damit ein Prinzip der wirklichen Kompensation der Blindstroman- kerrückwirkung gegeben.
Das eben beschriebene Verfahren zur Blindstrom kompensation lässt sich sinngemäss auch auf den Fall der kapazitiven Blindstrombelastung übertragen. In der Fig. 7 ist anstelle der Belastungsdrossel 304 gestrichelt ein Kondensator 305 als kapazitiver Belastungsfall gezeich net. Der kapazitive Blindstrom hat bekanntlich eine Verstärkung des wirksamen Hauptfeldes zur Folge, die durch sinngemässe Übertragung des eben beschriebenen Kompensationsverfahrens, ebenfalls von der Ursache ausgehend, kompensiert werden kann.
In dem Liniendia gramm Fig. 8c ist für diesen Fall der Verlauf der von der Steuerwicklung hervorgerufenen treibenden Spannung im Stromrichterpfad gezeichnet. Der Stromrichter selbst muss jetzt durch geringe Phasenverschiebung der Steue rung im entgegengesetzten Sinn wie bei der induktiven Belastung zu einer negativen Spannung, wie sie im Liniendiagramm Fig. 9c dargestellt ist, ausgesteuert wer den. Die resultierende Wirkung der beiden Spannungen nach Fig. 8c und 9c ist dann der Erregerstrom gemäss Fig. 10c, der die Kompensation beinhaltet.
Es ist in einem der früheren Ausführungsbeispiele für den Stromrichterkurzschlusskreis auch eine gesteuerte Ventilgruppe für die entgegengesetzte Stromrichtung vor geschlagen. Dies gilt für den Fall, dass z.B. für rasche Änderungen dem Generator eine Gegenerregung gegeben werden muss. Beispielsweise wäre dies denkbar, wenn was praktisch nie vorkommen wird - die kapazitive Blindlast einen so grossen Wert erreicht, dass ihre Wirkung auf das Hauptfeld der Maschine so gross wird, dass sie die normale Erregung durch das Steuerfeld so weit übersteigt, dass nur durch eine Gegenschaltung des im Kurzschlussstromkreis des Stromrichters fliessenden Kompensationsstromes eine übergrosse Spannung vermie den werden kann.
Will man die oft sehr hohen Anforderungen an die Genauigkeit der Spannungshaltung eines in der Belastung beliebig schwankenden Wechselstromgenerators erfüllen, so wird es vorteilhaft sein, die beschriebene Kompensa tion im Sinne einer Grobregelung anzuwenden und zusätzlich als Feinregulierung von der Spannungsrege lung über die Steuerwicklung Gebrauch zu machen. Abschliessend sei noch das Problem der Kommutie- rung behandelt.
Bei vielphasiger Anordnung steht in der Querfeldwicklung nur eine geringe Kommutierungsspan- nung zur Verfügung, denn diese Querfeldwicklung soll ja nur zu Zeiten ihrer durch das Steuerfeld und die Bewegung hervorgerufenen Spannungsamplitude den zur Erzeugung des Hauptfeldes notwendigen Strom führen. Diese geringe Kommutierungsspannung kann daher die Weitergabe des Stromes an die Folgephase unter Um ständen nicht ausreichend schnell und sicher bewirken.
Hinzu kommt, dass die einzelnen Phasen bei der Erzeu gung der Querfeld-Amperewindungen nicht punktweise, sondern jeweils für eine gewisse, wenn auch nur kurze Zeit Strom führen. Dies hat zur Folge, dass der Kommutierungsvorgang nicht im Augenblick des Span nungsmaximums der vom Steuerfeld hervorgerufenen EMK, d.h. im Nulldurchgang der entsprechenden Haupt phasenspannung erfolgt. Somit ist die durch das viel grössere Hauptfeld in der Wicklung induzierte EMK nicht zu vernachlässigen und kann unter Umständen den gewünschten Ablauf stören oder verhindern.
Daher ist vorgesehen, dass zur Sicherung der Kom- mutierung die vom Hauptfeld hervorgerufene Kompo nente der Spannung im Stromrichterkreis allein ausgegli chen wird in der Weise, dass in Reihe mit dem gesteuer ten Stromrichter wenigstens eine der vom Hauptfeld induzierten Spannung entgegengesetzt gerichtete, etwa gleich grosse Spannung eingefügt wird. Durch solche zusätzliche Kommutierungsspannungen kann der Stromübergang und die Phasenablösung im gewünschten Zeitpunkt erzwungen werden. Ausserdem kann man an sich bekannte Hilfsmittel wie z.B. Kommutierungskon- densatoren, heranziehen.
Ferner wird man Hindernisse, die die Ausbildung des Stromes in der Folgephase beeinträchtigen, weitgehend ausschalten, z.B. durch Kompensation der Reaktanzen mit Hilfe von Kondensa toren. In den Zeichnungen Fig. 11 und 12 sind schema tisch Schaltungen dargestellt mit Einführung zusätzlicher Kommutierungsspannungen über einen Transformator. Die Diagramme in Fig. 13 dienen zur Erläuterung.
Bei der Anordnung gemäss Fig.ll ist zunächst angenommen, dass eine Wicklung 400 das Hauptfeld erzeugt. Eine Phase 401 der unilaufenden Wicklungen ist dargestellt. In einem Stromrichterkreis 402 befinden sich gesteuerte Stromrichter 403, die die gleiche Funktion wie früher haben. Zusätzlich ist ein Transformator 404 vorgesehen, dessen Sekundärwicklung in Reihe mit dem gesteuerten Stromrichter 403 liegt. Ausserdem kann ein weiterer Transformator 405 vorgesehen sein, von dem nur die Sekundärwicklung gezeichnet ist und der dazu dient, eine zusätzliche Kommutierungsspannung einzu führen.
In Reihe mit dieser Anordnung liegt noch eine Drossel 406 und parallel zu den Transformatoren 404, 405 und dem gesteuerten Stromrichter 403, liegt ein Kondensator 407, dessen Funktion später noch erläutert wird.
Bei dieser Anordnung wird die vom Hauptfeld her vorgerufene Komponente der Spannung im Stromrichter kreis allein ausgeglichen dadurch, dass in Reihe mit dem gesteuerten Ventil 403 eine der vom Hauptfeld induzier ten Spannung entgegengesetzt gerichtete, aber etwa gleich grosse Spannung mittels des Transformators 404 einge fügt wird. Der Transformator ist für jede Phase vorgese hen. Gestrichelt ist in Fig. 11 die Schaltung der Folgepha se gezeichnet.
Für den Fall, dass die allen Phasen gemeinsame Gleichstromdrossel auch den Hauptanteil des ohmschen Widerstandes des Querfeldstromkreises enthält, lässt sich so durch die transformatorische Gegenschaltung der Einfluss der vom Hauptfeld hervorgerufenen Spannung auf den Kommutierungsablauf genau aufheben.
In Weiterbildung des Erfindungsgedankens lässt sich durch das Übersetzungsverhältnis des Transformators 404 auch eine Überkompensation der vom Hauptfeld erzeugten Störspannung erreichen. Auf diese Weise wird es möglich, allein durch die über den Transformator 404 eingefügte Hilfsspannung die Kommutierung exakt und rasch zu erzielen. Der Transformator 405 und die mit seiner Hilfe eingefügte Zusatzspannung wird dabei ent behrlich. Das Schaltbild Fig. 12 zeigt diese vereinfachte Schaltung.
Die Diagramme Fig. 13 dienen, wie bereits gesagt, zur Erläuterung der Wirkungsweise. Dabei zeigt Fig. 13a den gewünschten Verlauf der Kommutierung, bei der der Spannungsverlauf allein vom Steuerfeld abhängt und unter der Annahme, dass keine durch das Hauptfeld bedingte Störspannung vorhanden ist. Der Spannungsver lauf ist also vom Steuerfeld allein hervorgerufen. Die Fig. 13b zeigt, wie die Kommutierung der resultierenden (gestrichelten) Spannungskurve durch die Störspannung verspätet und damit beeinträchtigt werden kann.
Die Fig. 13c schliesslich zeigt die Überkompensation und die dadurch gewonnene Vergrösserung der Kommutierungs- spannung. Die gestrichelt gezeichnete resultierende Span nungskurve ergibt eine gesicherte Kommutierung.
Durch das Einfügen der mit Streuung und Induktivi- tät behafteten Transformatoren 404 bzw. 405 wird die gesamte im Kommutierungskreis liegende wirksame In duktivität vergrössert. Das kann die Ausbildung des Stromes in der Folgephase beeinträchtigen. Nach einem weiteren Beispiel sind daher Kondensatoren 407 parallel zu dem gesteuerten Stromrichter und den Transformato ren 404, 405 geschaltet, die diese zusätzlichen Induktivi- täten und gegebenenfalls auch die Eigeninduktivität der Wicklung weitgehend kompensieren.
Die Spannungskur ve der Klemmenspannungen mit ihrer Strombelastbarkeit wird durch diese nur im Stromrichterkreis wirksamen Hilfsmittel in keiner Weise beeinträchtigt.
AC machine acting as an amplifier machine There are known amplification machines for direct current, so-called amplidynes, in which, with the help of a small control energy, much stronger changes in the output voltage are caused. Such machines are often used in control arrangements, but also as excitation machines for large generators, e.g. turbo generators.
The object of the invention is to specify an amplifier machine which, however, supplies alternating current or three-phase current, which is advantageous in many cases because of the possibility of transformation. Accordingly, according to the invention, an alternating current machine acting as a booster machine is designed so that its excitation is generated by a transverse field (transverse to the main field), which is generated by an excitation current circuit that is switched synchronously with the machine speed via controllable converter elements, in the manner of a main field generating excitation circuit trained, circuit is obtained.
Controllable silicon cells will be used primarily as power converter elements and they will be connected to an alternating current system with as many phases as possible, some of whose phases coincide with the main phases of the generator. It is useful to block the converter elements at the times in which the voltage originating from the main field has its maximum and to release it in a region around the zero crossing of these voltages. A schematic representation of such a machine is shown in the drawing in FIGS. 1 to 3.
As in the case of an Amplidyne, the question of compensating for the anchor reaction can also be important in the case of the present invention. The machine can then be designed in such a way that the current flowing on the alternating current side is rectified with the interposition of at least one current transformer and then connected to the secondary, preferably ohmic burden, which is coaxial with the field winding compensation winding of the exciter part. Circuits for this type of compensation are shown in FIGS.
In another form of compensation for the armature reaction, the arrangement can be such that a compensation current is generated in the winding of the machine that generates the transverse field, which cancels out the armature reaction that may result from a reactive load. A basic circuit here for is shown in FIG. 7, the graphs in FIGS. 8 to 10 serving for explanation.
To improve the commutation of an alternating current machine designed according to the invention, the arrangement can be made so that the component of the voltage in the converter circuit caused by the main field is compensated solely in such a way that at least one of the voltage induced by the main field opposes in series with the controlled converter directed, approximately equal voltage is inserted. This embodiment is explained with reference to the basic circuits in FIGS. 11 and 12 and the graph in FIG. 13 of the drawing.
Before details are explained, the following should be said in general terms to understand the arrangements given below: If a polyphase alternating current generator is loaded with a polyphase controlled rectifier and this rectifier is regulated by shifting the grid control to approximately zero direct current, the direct current circuit in Its resistance and, with the appropriate multiphase, also its inductance can be reduced to such an extent that there is almost a short circuit, but the direct current is further commutated from anode to anode.
The circuit operated in this way can largely take on the task of exciting the entire generator, with its current pieces being controlled by the field winding of the generator with a fixed rectifier level. The amplifier effect of the machine is thus used for the main excitation of the generator, i.e. the power for this is supplied by the drive and the winding moved in the control panel.
If, for example, the field winding of the generator is fixed and the alternating current windings rotate, a spatially essentially fixed position of the main field of the generator can be achieved by commutating the converter of the type described. An alternating EMF is then produced in the known manner in the windings which intersect this field.
Alternating current can then be drawn either phase by phase individually or in a chain, or the alternating current windings can be used via a rectifier to feed a direct current utility circuit. In this latter case, according to a further development of the invention, the armature reaction on the field is compensated for by an additional control winding, which acts similarly to the field control winding mentioned above on the main field, which is regulated by the converter circuit, which is downregulated to almost (zero is fed.
If the generator is built in such a way that the control winding rotates, this results in a particularly advantageous design. In the stationary stator iron, the winding required for the main field is then accommodated, also at rest, which is closed by the controlled converter, which is also arranged at rest. At rest, the alternating current windings are also arranged, which can be wholly or partially identical to the windings feeding the Stromrich ter. The rotor then essentially consists of an iron core through which the main flow finds its return.
However, it does not carry the winding for the main flow, but only the relatively small control winding and provides for the small required iron path that is perpendicular to that of the main flow. The control winding for compensation can also be arranged on the same control core.
The supply of this and possibly other control windings of the rotor can be done via slip rings; These slip rings can be completely eliminated if, according to a further development of the concept of the invention, a small alternating current exciter machine is connected to the rotor and feeds the now combined control winding on the rotor of the main machine via co-rotating rectifiers and without slip rings.
The dormant Erregerwick development of this small auxiliary exciter then takes over, for example, the functions of the aforementioned control winding and compensation winding.
The construction, type, number of poles and frequency of the generator are not decisive for the implementation of the invention; for example, it can also be used analogously in machines of the claw pole type.
Embodiments of the invention are shown schematically in FIGS. 1 to 3 of the drawing. 1 shows an arrangement with a fixed exciter part and a rotating alternating current part; in Figure 2, the exciter part is rotating, while the alternating current windings are arranged in the stator at rest;
Finally, FIG. 3 shows an embodiment in which the alternating current windings for the useful circuit and for the main field circuit are not electrically connected to its converter. In Fig. 1, 1 denotes the assumed as fixed exciter part. The AC part 2 rotates; it consists of a star-connected three-phase winding with the phases R, S, T. The anodes of a converter 3 are connected to the phase ends.
In the exemplary embodiment, it is a three-phase mercury vapor rectifier with grid control. Its cathode is connected to the star point of the generator windings via a DC choke 4. In the practical implementation, the largest possible number of phases will be provided. The grid control for the converter is derived from the alternating current network and is regulated, for example, with the aid of a rotary regulator 5 so that no current interruption occurs in the direct current circuit despite the downward regulation to a very low voltage.
The ends of the phase windings R, S, T are also connected via a rectifier 9 and a choke 6 to the consumer 7 and via a shunt 8 to the star point. A second control winding in the exciter part 1 of the machine is connected to the shunt 8 and serves to compensate for the armature reaction. Instead of a DC payload, the AC generator can also be loaded in its main windings on the AC side.
In Fig. 2, the construction and mode of operation of the generator is shown for the case that the field rotates and the alternating current windings are arranged in the stator resting. The rotor 20 carries the small control winding 21 for the field, which is arranged on relatively small poles. This control winding causes a large current in the winding 22, which represents a phase of the rectifier regulated to zero, corresponding to the low resistance of this circuit, which results in the main field of the machine (arrow 23), which extends over the winding-free part of the Rotor closes.
This main field causes the EMF as a result of the rotation in phase 25 of the alternating current winding arranged in the stator, which is just at its maximum in the moment shown.
For the supply of the control winding, slip rings 25 are shown in FIG. 2, via which control and regulating commands are fed. However, an auxiliary exciter machine with a small co-rotating rectifier can also be provided, which makes the slip rings superfluous and whose exciter winding can be supplied with the control commands for regulation and compensation.
Finally, FIG. 3 shows an embodiment of the generator in which the alternating current windings for the useful circuit and for the main field circuit are not electrically connected to its converter. The arrangement again consists of the exciter part 1, which is assumed to be rotating. The alternating current part consists of two electrically separated three-phase windings 2 ', 2 "with the phases R', S ', T' or R", S ", T", respectively, which are star-connected. As in FIG. 1, part 2 'is connected to the consumer 7 via a rectifier 9, a choke 6 and to the star point via a shunt 8.
Part 2 ", on the other hand, is connected to a six-phase rectifier circuit. Although the three-phase winding arrangement is still retained in this exemplary embodiment, a six-phase circuit has been selected in the converter circuit, thus exercising a more constant effect and requiring a lower inductance than a choke in the DC circuit The more multi-phase the short-circuit circuit is formed, the more uniform the main field generated and the faster it can follow the control commands, corresponding to the reduced choke in the direct current circuit.
In the following, ways are given, how the armature reaction is compensated in its influence on the functioning of the machine with ohmic loading of the alternating current amplidyne.
For this purpose, the current flowing, for example, in an alternating current phase is expediently rectified with the interposition of a current transformer, to whose secondary, preferably ohmic burden, the compensation winding of the Amplidyne is connected, which has the same position as the control winding in the Amplidyne. In the drawing Figs. 4 to 6 are schematically some embodiments of the invention provides Darge.
4 shows the exciter part 200, which can be stationary or rotating and consists of the actual field winding 201 and the coaxially arranged compensation winding 202. The rotating or fixed AC part 203 contains a star-connected three-phase winding with the phases R, S, T. The rest of the circuit of the AC part is not shown, but the same as in the previous Ausfüh approximately examples. In phase R there is a current transformer 204, the secondary circuit of which contains rectifier 205 and a load 206 to which the compensation winding 202 is connected.
In a modification of this embodiment, all phases of the alternator can also be used to compensate for the armature reaction of their ohmic load. This can be done, for example, by tripling the arrangement shown in FIG. 4, whereby three compensation windings can also be provided in the Amplidyne.
Another advantageous embodiment is shown schematically and in a simplified manner in FIG. Current transformers 210, 211, 212 are contained in all phases R, S, T of the alternating current part (not shown). On their secondary side, they are connected to each other in the manner shown and provided with rectifiers 213 to 215, which serve to feed the compensation winding 202 with the interposition of a load 216. Rectifier elements 216 to 218 and a load 219 are also provided for the opposite current direction, so that the current transformer conditions are met and the transformers are protected against direct current magnetization.
This second circuit of the converter load can be used in the same way as the first half for feeding the compensation winding if it is connected to the sum of the voltages of both loads, as shown in dashed lines in FIG.
Finally, with the three-phase or multi-phase arrangement, the direct voltage for feeding the compensation winding can be generated in such a way that the alternating voltages tapped at the loads of the individual transducers are connected in reverse series and then rectified. FIG. 6 again shows a current transformer 220, 221, 222 in each of the phases R, S, T of the alternating current part (not shown). A burden 223, 224, 225 is connected to each converter. The compensation winding 202 is connected via rectifiers 226, 227 and resistors 228, 229. This arrangement makes do with a smaller number of rectifiers, but results in a slightly larger ripple.
The above-mentioned way of compensating for the influence of the active current load in the AC amplidyne is a correct compensation, because the measure that prevents the effect of this cause is derived from the cause, the load current. The EMF (and, if there is a slight overcompensation, also the terminal voltage) of the alternating current generator therefore remains unchanged if the machine has to work in an active current load condition that is reasonable for it instead of idling.
The design specified in the additional patent applies to purely ohmic loads. The same way is also suitable for the Kompensa tion of the active component with a mixed load, if additional means are provided that ensure that the compensation control winding lying in the same axis as the control winding is supplied with a DC voltage that is only the size of the The active component corresponds to the mixed exposure.
The compensation of the active current armature reaction must be carried out very precisely with the converter amplidyne, since the power of the control winding is relatively weak. An imperfect compensation of the strong armature field could interfere with the proper functioning of the control field and the amount of interference would increasingly affect the main field via the circuit of the short-circuited converter. The converters for feeding the compensation winding must generate the DC power required to compensate for the active current. The compensation winding is expediently distributed in accordance with the opposite current layer.
In this respect, the alternating current amplidyne is largely the same as the known direct current amplidyne with compensation winding.
In all alternators, the field conditions are much stronger and more disruptive due to the reaction of the inductive or capacitive reactive current than that of the ohmic current. In the case of reactive current, a compensation that starts from the cause and compensates for it is so difficult to implement that in practice it is completely dispensed with and limited to eliminating the final effect that occurs, namely the voltage change in the machine. With a highly developed Control technology that works precisely and quickly enough can meet all requirements.
This impressively simple process can, however, find its limits technically or economically if you are forced to build the machines larger than necessary and, despite the greater copper and iron costs, accept more difficult cooling problems, as well as unnecessary for the purpose of rapid regulation To keep high excitation voltages ready and to use them and thus to further increase the lack of space in the machine.
The converter amplidyne can of course also be used in such a way that the voltage changes that occur during load can be reversed again through control intervention. Thanks to the amplifier effect, only a small control power is required in the control winding and the effect via the converter short-circuit occurs particularly quickly.
Due to the mode of operation of the converter aplyne, however, a real compensation of the reactive current armature feedback can also be achieved, which represents an extremely favorable solution.
Based on the mode of operation of the converter amplifiers, this way is to be clarified in the simple diagram of FIG. The control winding 301, which is arranged in a dormant manner, for example, produces the small control field (vector F1) which results in the short-circuit current in the converter circuit 302, which in turn builds up the main field of the machine.
This driving voltage is drawn in the line diagram in FIG. 8a, where it occurs as a direct voltage because, according to the introductory explanations, the individual phases of the multi-phase system are separated. The fector FZ of the main field that arises is perpendicular to the considered phase of the converter short-circuit circuit 302 and its size is dependent on the control field.
Because the windings of the generator intersect this main field FZ, the EMF is created in them. For phase 303 of the alternating current winding, which is accommodated, for example, in the same slot as the drawn phase of the converter short-circuit circuit 302, it is just zero at the instant shown in the drawing.
If the alternating current phase 303 is now loaded, for example, with a pure reactive load by the inductor 304 shown, a current flows in it, which at the moment shown has its amplitude when the alternating voltage crosses zero and with its armature field exactly counteracts the main field F_ of the machine. As with any alternating current machine, this would weaken the main field the most.
However, the voltage shown in the line diagram in FIG. 8a is not the only voltage that is effective in the short-circuit circuit 302. The voltage of the converter, which is shown in the line diagram in FIG. 9 and shows precisely zero in its mean for no-load operation (FIG. 9a), is added to this. The influence of the reactive current and thus the armature reaction of phase 303 can now be compensated for in that a current opposite to it is produced in converter path 302.
This is possible with the help of a slight phase shift in the modulation of the multiphase converter. Through this modulation, the commutation moments are shifted somewhat for the driving DC voltage caused by the control winding, but this effect on the amplitude, as shown in FIG. 8b, is extremely small.
On the other hand, the small phase shift in the modulation, as shown in FIG. 9b, results in a considerable change in the voltage from the converter path, so that its mean value, corresponding to the selected angle of the displacement of the modulation, reaches a positive mean value of the DC voltage, like this is shown in the line diagram Fig.9b. In the line diagram in FIG. 10, the actual excitation currents for the field caused by the smoothing effect of the converter choke are indicated according to their basic course.
In this embodiment of the method, if the individual components are considered separately, practically the same current is produced in the converter circuit 302 as in no-load operation for voltage generation under the influence of the driving voltage according to FIG. 8b and a compensation current under the influence of the voltage of the controlled converter according to Fig. 9b. The latter compensation current is opposite to the reactive current in phase 303 in the period under consideration.
It is clear that if it is the same size, the armature reaction of the two windings located in the same slot is zero and thus the control field can maintain the open circuit voltage even in the case of inductive loading. How extensively a real compensation effect is involved can be seen from the fact that, in accordance with a proposal mentioned at the beginning, the winding 302 of the converter short-circuit circuit and the corresponding winding 303 of the reactive current load circuit can be identical. Then in the period under consideration there is a complete mutual cancellation of these two partial currents.
During this time, neither the reactive current nor its compensation current result in heat losses. The choke current remains outside the machine and flows through the converter valve for as long. It is in the nature of things that such a perfect compensation, as it was considered here for a short period of time and for one phase of the three-phase system, while the system of the converter short-circuit should be designed as multi-phase as possible, only applies to the practical implementation of the machine to a part is let take advantage of.
After all, this gives a principle of real compensation for reactive current armature feedback.
The method for reactive current compensation just described can also be applied analogously to the case of a capacitive reactive current load. In Fig. 7, instead of the load throttle 304, a capacitor 305 is shown in dashed lines as a capacitive load case. As is known, the capacitive reactive current results in an amplification of the effective main field, which can be compensated for by analogous transfer of the compensation method just described, also starting from the cause.
In the line diagram Fig. 8c, the course of the driving voltage caused by the control winding in the converter path is drawn for this case. The converter itself must now be controlled by a slight phase shift of the control in the opposite sense as with the inductive load to a negative voltage, as shown in the line diagram in FIG. 9c. The resulting effect of the two voltages according to FIGS. 8c and 9c is then the excitation current according to FIG. 10c, which includes the compensation.
In one of the earlier exemplary embodiments, a controlled valve group for the opposite current direction is also proposed for the converter short-circuit. This applies in the event that e.g. a counter-excitation must be given to the generator for rapid changes. For example, this would be conceivable if what will practically never happen - the capacitive reactive load reaches such a large value that its effect on the main field of the machine is so great that it exceeds the normal excitation by the control field so far that it can only be activated by an opposing circuit of the compensation current flowing in the short-circuit circuit of the converter, an oversized voltage can be avoided.
If you want to meet the often very high requirements for the accuracy of the voltage stability of an alternating current generator with any load fluctuations, it will be advantageous to use the compensation described in the sense of a coarse control and also to make use of the voltage control via the control winding as a fine control . Finally, the problem of commutation will be dealt with.
In the case of a multiphase arrangement, only a low commutation voltage is available in the cross-field winding, because this cross-field winding should only carry the current necessary to generate the main field at the times of its voltage amplitude caused by the control field and the movement. This low commutation voltage may therefore not cause the current to be passed on to the next phase quickly and safely enough.
In addition, the individual phases in the generation of the cross-field ampere-turns do not carry electricity point by point, but each for a certain, if only a short time. As a result, the commutation process does not occur at the moment of the voltage maximum of the EMF caused by the control field, i.e. takes place in the zero crossing of the corresponding main phase voltage. Thus, the EMF induced by the much larger main field in the winding cannot be neglected and can, under certain circumstances, disrupt or prevent the desired sequence.
Therefore, to ensure the commutation, the component of the voltage in the converter circuit caused by the main field is compensated solely in such a way that in series with the controlled converter, at least one voltage that is opposite to the voltage induced by the main field is approximately the same Voltage is inserted. With such additional commutation voltages, the current transfer and the phase separation can be enforced at the desired point in time. In addition, aids known per se can be used, e.g. Use commutation capacitors.
Furthermore, obstacles which impair the formation of the current in the subsequent phase will largely be eliminated, e.g. by compensating the reactances with the help of capacitors. In the drawings, FIGS. 11 and 12, circuits are shown schematically with the introduction of additional commutation voltages via a transformer. The diagrams in Fig. 13 are used for explanation.
In the arrangement according to FIG. 1, it is initially assumed that a winding 400 generates the main field. A phase 401 of the unrunning windings is shown. In a converter circuit 402 there are controlled converters 403, which have the same function as before. In addition, a transformer 404 is provided, the secondary winding of which is in series with the controlled converter 403. In addition, another transformer 405 can be provided, of which only the secondary winding is drawn and which is used to introduce an additional commutation voltage.
In series with this arrangement there is also a choke 406 and parallel to the transformers 404, 405 and the controlled converter 403, there is a capacitor 407, the function of which will be explained later.
In this arrangement, the component of the voltage in the converter circuit, which is called up by the main field, is compensated solely by the fact that, in series with the controlled valve 403, a voltage that is opposite to the voltage induced by the main field but is approximately the same is inserted by means of the transformer 404. The transformer is provided for each phase. The circuit of the Folgepha se is shown in dashed lines in FIG. 11.
In the event that the direct current choke common to all phases also contains the main part of the ohmic resistance of the cross-field circuit, the influence of the voltage caused by the main field on the commutation process can be canceled out by the transformer counter-circuit.
In a further development of the inventive concept, overcompensation of the interference voltage generated by the main field can also be achieved through the transformation ratio of the transformer 404. In this way, it becomes possible to achieve the commutation precisely and quickly solely through the auxiliary voltage inserted via the transformer 404. The transformer 405 and the additional voltage inserted with its help are not required. The circuit diagram of FIG. 12 shows this simplified circuit.
As already mentioned, the diagrams in FIG. 13 serve to explain the mode of operation. 13a shows the desired course of the commutation, in which the voltage course depends solely on the control field and on the assumption that there is no interference voltage caused by the main field. The voltage curve is therefore caused by the control panel alone. 13b shows how the commutation of the resulting (dashed) voltage curve can be delayed and thus impaired by the interference voltage.
Finally, FIG. 13c shows the overcompensation and the resulting increase in the commutation voltage. The resulting voltage curve, shown in dashed lines, results in secure commutation.
By inserting the transformers 404 and 405, which are afflicted with scattering and inductance, the total effective inductance in the commutation circuit is increased. This can affect the development of the current in the subsequent phase. According to a further example, capacitors 407 are therefore connected in parallel to the controlled converter and the transformers 404, 405, which largely compensate for these additional inductances and possibly also the self-inductance of the winding.
The voltage curve of the terminal voltages with their current carrying capacity is in no way impaired by these tools, which are only effective in the converter circuit.