Anordnung zur Erregung von Gleichstromgeneratoren. Die Erfindung bezieht sich auf Anord nungen zur Erregung von Gleichstromgene ratoren, die eine von einer Fremdspannungs- quelle gespeiste und eine vom Ankerstrom oder einem Teil desselben durchflossene Er regerwicklung besitzen und in Leonardschal- tung mit einem Elektromotor verbunden sind.
Soll bei einer derartigen Anordnung die For derung erfüllt sein, dass die Drehzahl des Motors bei allen Belastungen konstant blei ben und ausserdem innerhalb weiter Grenzen und in feiner Abstufung regelbar sein soll, so muss die vom Ankerstrome durchflossene Erregerwicklung des Generators so bemessen sein, dass das von ihr erzeugte magnetische Feld ausreicht, um eine elektromotorische Kraft zru erzeugen, welche die gesamten Ohmschen Spannungsabfälle im Ankerstrom kreise zu decken vermag.
Soll nun der Mo tor, bei dem die erwähnte Forderung erfüllt ist, mit sehr geringer Geschwindigkeit an laufen und ein grosses Drehmoment abgeben, so tritt die gegenelektromotorische Kraft des Motors, deren Grösse durch die Fremd erregung des Generators bestimmt ist, fast vollstäindig zurück hinter der vom Anker strom für Generator induzierten elektromo torischen Kraft, und der Generator verhält sich daher ähnlich wie ein Hauptstromgene rator.
Bei einer derartigen Anordnung bleibt aber die Geschwindigkeit des Motors bei allen Belastungen konstant, wenn für den Generator das Verhältnis der Ankerspannung zum Ankerstrome
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bei allen Belastungen konstant und gieich der Summe der Olm- schen Widerstände (@w) im Ankerstromkreis ist. --Nun erregt sich aber anderseits bekannt lich ein Hauptstromgenerator unter sonst gleichen Umstünden um so langsamer, er hat also, wie man sagt, eine um so grössere Zeit konstante (T), je geringer der L:
nterschied zwischen den Grössen
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und Yw wird. Die ser Zusammenhang wird durch die Gleichung
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veranschaulicht, in welcher die noch nicht erwähnte Grösse L den Selbst induktionskoeffizienten des Ankerstromkreises bedeutet. Bei Gleichheit von
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und @'w wird T = @@ ; das heisst es findet überhaupt keine Selbsterregung statt.
Die Erfindung bezweckt nun, bei solchen Gleichstromgeneratoren eine Anordnung zu schaffen, mit der auch in solchen Fällen, wo bei geringer Gesclwindigkeit und hoher Be lastung des Motors eine konstante Drehzahl des Motors verlangt wird, eine sehr schnelle und und sichere Erregung des Generators erreicht werden kann.
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungs beispiel des Erfindungsgegenstandes veran schaulicht, und zwar zeigt Fig. 1 ein Schaltungsschema der ganzen Anordnung, und Fig. 2 eine sclematische Darstellung eines der Erfindung geinäss eingerichteten Gleich- stromgenerators.
In Fig. 1 bezeichnet A den Anker und B die tfrenderregte Feldwicklung eines Gleich- stromgenerators, die durch Vermittlung eines zweipoligen Unischalters C mit einer Gleich stromfremdspannungsquelle D verbunden wer den kann. Dur Gleichstromgenerator, der unter Anwendung der bekannten Leonard- schaltung unmittelbar mit dem Anker E eines mittelst einer Feldwicklung E i frenderregten umsteuerbaren Motors verbunden ist, besitzt ferner eine vom Ankerstrome durchflossene Hauptstromwicklung F.
Um die Drehzahl des Motors B Er in feiner Abstufung regeln zu können, ist der Feldwicklung B des Gene- rators in bekannter Weise ein Regelwider stand G v orgesrlaltet. Der Gleichstromgene rator enthält ferner eine Hilfserregerwicklung H. Diese Hilfserregerwicklung H stellt finit der Sekundärseite J1 eines Transformators in Verbindung, dessen Primärseite J ebenfalls über den zweipoligen Umschalter C an die Fremdspannungsquelle D angeschlossen wer den kann. Der Umschalter C ist zu diesem Zwecke mit Kontakten cl, c2, c3, c4 und c5 versehen, die so angeordnet sind, dass die Schierlen des Umschalters C mit je zwei voll ihnen gleichzeitig in Berührung kommen kön nen.
Zwei, c2 und e4, dieser Kontakte sind Leerkontakte, während die übrigen, er und c3, bezw. c3 und c5, dazu bestimmt sind, die Feldwicklung B und den mit dieser in Reihe geschalteten Regelwiderstand G, sowie die Primärseite J des Transformators derart mit der Fremdspannungsquelle zu verbinden, dass sie beim Einschalten gleichzeitig Strom er halten und beim Umschalten sich die Strom richtung in der Feldwicklung B und der Primärseite I des Transformators gleichzeitig umkehrt.
Zu diesem Zweck ist die Anord nung so getroffen, dass die Kontakte e1 und c3 untereinander und mit je einem Ende der Wicklungen B und J verbunden sind, wäh- reild der Kontakt c3 einerseits reit den an dern Ende der Wicklung J und anderseits mit dein Regelwiderstande G in Verbindung steht, dessen Gleitkontakt G1 all das andere Ende der Feldwicklung B angeschlossen ist. Die Transformatorwicklung i liegt also in jeder der beiden Schliessstellungen des Uni schalters C parallel zu dem die Feldwick lung B und den Regelwiderstand G enthal tenden Stromkreise.
Der Wicklungssinn der Hilfserregerwicklung H ist dabei so gewählt, dass sich beim Anwachsen des Stromes in den Wicklungen B und J die durch die Feldwicklungen<I>B</I> und H erregten Magnet felder addieren.
Steht bei der Benirutzung der beschriebenen Anordnung der Umschalter C auf den Kor- talkten c2, c4r, so fliesst in den Erregerwick lungen B, F und H des lenerators kein Strom, und der Motoranker E steht still. Wird nun der Umschalter C in die stark ausgezogene Stellung gebracht, in welcher er auf den Kontakten cl, c3 steht, so fliesst aus der Fremdspannungsquelle D über den Kon takt er Strom einerseits in die Primärwick lung J des Traansformitators und voll dieser über c3 nach D zurück,
anderseits fliesst ein Strom von der Fremdspaimungsquelle D über ei in die Erregerwicklung B des !Teriei-aZtors und weiter über G', G und & nach D zurück.
Die Wieldungen <I>B</I> und<I>.7</I> werden dabei im Sinne der Pfeile .x bezw. y (Fig. l) durch- flossen. Es entstellt also in der Wicklung .7 ein Stromstoss, der sich auf den die Sekundär- wicklung 71 enthaltenden Stromkreis durch Induktion überträgt, so dass auch die Hilfs erregerwicklung H von einem schnell an wachsenden Strome von kurzer Dauer durch flossen wird.
Der auf diese Weise durch die Hilfserregerwicklung H fliessende Strom er zeugt bei entsprechender Wahl der Abmes sungen aller Teile im Magnetgestelle des Generators ein magnetisches Feld, welches das von der Feldwicklung B erzeugte Feld un einen solchen Betrag verstärkt, dass im Anrlerstromkreise ein Strom von solcher Stärke entsteht, dass der Motoranker E auch bei der grüssten Belastung rasch anläuft. Seine Geschwindigkeit nimmt dabei einen durch die Stellung des Gleitkontaktes G1 bestimmten Wert an. Sobald der Strom in der Primärseite T des Transformators seine volle Stärke erreicht hat, wird die Sekundär seite J1 und dabei auch die Hilfserreger wicklung H stromlos.
Inzwischen hat aber das von der Hauptstromwicklung F erzeugte magnetische Feld eine solche Stärke erlangt, dass trotz des Verschwindens des Stromes in der Wicklung H ein genügend starkes Feld im Generator bestehen bleibt. Infolgedessen wird ein Rückgang der Ankerstromstärke im Stromkreise A F E und ein Stehenbleiben des Motorankers E mit Sicherheit verhindert.
Wird der Unschalter C irr die Ausschalt stellung c2 c4 gebracht, so verschwindet der Strom in der Primärseite J des Transfor mators und in der Feldwicklung B sehr rasch. Da nach den bekannten Indruktionsgesetzen hierbei der Strom im Stromkreise 7H die ent gegengesetzte Richtung wie beim Einschalten des Umschalters C hat, wirkt jetzt die Hilfs erregerwicklung H der fremderregten Wick lung B und der Hauptstromwicklung F ent gegen, und die Stromstärke im Ankerstrom kreise A F E sinkt dementsprechend schnell, so dass der Motoranker E sehr schnell zum Stillstande kommt.
Es leuchtet ohne weiteres ein, dass genau dieselben Vorgänge nur bei vertauschter Stromrichtung in allen Stromkreisen sich ab spielen müssen, wenn der Umschalter C in die gestrichelt gezeichnete Stellung c3 c5, bezw. aus dieser in die Nullstellung c2 e4 gebracht wird. Der einzige ins Auge fallende Unterschied ist nur, dass der Anker E des Motors jetzt im umgekehrten Drehsinne um läuft wie vorher.
In sehr einfacher Weise lässt sich der Transformator J J1 mit dem Gleiehstrom- generator A B F H vereinigen, wenn nan, wie in Fig. 2 dargestellt, das Joch A1 des Magnetgestelles, auf dessen Polen A2 die Erregerwicklungen B, F und H untergebracht sind, unmittelbar als Eisenkern für den Trans formator benutzt, indem man dessen Wick lungen T und J1 darüber wickelt.
Ohne dass am Wesen der Erfindung etwas geäniiidet t wird, kann die primäre Transfor matorwicklung J auch in den Stromkreis gelegt werden, in dem sich die Feldwicklung B befindet. Mit dieser Anordnung ist der Vorteil verbunden, dass nicht nur beim Ein- oder Ausschalten des Umschalters C sondern auch beim Verstellen des Gxleitkontaktes C' in der Hilfserregerwicklung H ein Stromstoss hervorgerufen werden kann.
Der @Hotoranker E wird daher die der neuen Stellung des Gleitkontaktes C' entsprechende Geschwin digkeit wesentlich rascher annehmen als bei der Anordnung nach Fig. 1.
Es sei noch darauf hingewiesen, dass die Verwendung eines Transformators im Erreger stromkreis einer Gleichstroindynamomaschine an sich bereits bekannt ist. Bei den bekann ten Anordnungen liegt jedoch die Primär- spule des Transformators dauernd iin Anker stromkreise der Dvnarnoschine. Es ist daher mit diesen bekannten Einrichtungen nicht möglich, eine Abkürzung der Erregungszeit beim Inbetriebsetzen der Dynamo zri erzielen, sondern sie sind dazu bestimmt, eine selbst tätige Spannungsregelung während des Be triebes herbeizuführen.
Arrangement for the excitation of direct current generators. The invention relates to arrangements for exciting DC generators, which have an excitation winding fed by an external voltage source and an armature current or part of it flowing through it and which are connected to an electric motor in a Leonard circuit.
If, with such an arrangement, the requirement that the speed of the motor remain constant under all loads and also be controllable within wide limits and in fine increments, the generator excitation winding through which the armature current flows must be dimensioned so that the the magnetic field generated by it is sufficient to generate an electromotive force zru, which is able to cover the entire ohmic voltage drop in the armature circuit.
If the motor, in which the above-mentioned requirement is met, is supposed to start running at a very low speed and deliver a large amount of torque, the counter-electromotive force of the motor, the magnitude of which is determined by the external excitation of the generator, is almost completely behind the The electromotive force induced by the armature current for the generator, and the generator therefore behaves similarly to a main current generator.
With such an arrangement, however, the speed of the motor remains constant under all loads if the ratio of the armature voltage to the armature current for the generator
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is constant for all loads and is equal to the sum of the Olm resistances (@w) in the armature circuit. - Now, on the other hand, as is well known, a main current generator excites itself all the more slowly under otherwise identical circumstances, so it has, as one says, the greater the time constant (T), the lower the L:
difference between the sizes
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and yw will. This relationship is given by the equation
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illustrates in which the not yet mentioned quantity L means the self-induction coefficient of the armature circuit. If
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and @ 'w becomes T = @@; that is, there is no self-excitement at all.
The aim of the invention is to create an arrangement in such direct current generators with which a very fast and reliable excitation of the generator can be achieved even in cases where a constant speed of the motor is required at low speed and high load on the motor .
The drawing shows an embodiment example of the subject matter of the invention, namely FIG. 1 shows a circuit diagram of the entire arrangement, and FIG. 2 shows a schematic representation of a direct current generator set up according to the invention.
In FIG. 1, A denotes the armature and B denotes the externally excited field winding of a direct current generator, which can be connected to an external direct current voltage source D by means of a two-pole uniswitch C. The direct current generator, which, using the known Leonard circuit, is directly connected to the armature E of a reversible motor excited by a field winding E i, also has a main current winding F through which the armature current flows.
In order to be able to regulate the speed of the motor B Er in fine increments, the field winding B of the generator has a control resistor G in front of it in a known manner. The DC generator also contains an auxiliary exciter winding H. This auxiliary exciter winding H finitely connects the secondary side J1 of a transformer, whose primary side J can also be connected to the external voltage source D via the two-pole changeover switch C. The changeover switch C is provided for this purpose with contacts cl, c2, c3, c4 and c5, which are arranged so that the loops of the changeover switch C can come into contact with two full of them at the same time.
Two, c2 and e4, of these contacts are empty contacts, while the rest, he and c3, respectively. c3 and c5, are intended to connect the field winding B and the variable resistor G connected in series with it, as well as the primary side J of the transformer to the external voltage source in such a way that they simultaneously receive current when switched on and when switching the current direction in the field winding B and the primary side I of the transformer reverses simultaneously.
For this purpose, the arrangement is such that the contacts e1 and c3 are connected to each other and to one end of the windings B and J, while the contact c3 on the one hand rides the end of the winding J and on the other hand with the rheostat G is connected, the sliding contact G1 of which all the other end of the field winding B is connected. The transformer winding i is therefore in each of the two closed positions of the Uni switch C parallel to the field winding B and the rheostat G containing circuits.
The winding direction of the auxiliary excitation winding H is selected so that the magnetic fields excited by the field windings <I> B </I> and H add up when the current increases in windings B and J.
If, when the arrangement described is used, the changeover switch C is on the cores c2, c4r, then no current flows in the exciter windings B, F and H of the generator and the motor armature E stands still. If the changeover switch C is now brought into the strongly extended position, in which it is on the contacts cl, c3, then current flows from the external voltage source D via the contact into the primary winding J of the transformer and fully this via c3 to D. back,
on the other hand, a current flows from the external voltage source D via ei into the excitation winding B of the Teriei-aZtors and further via G ', G and & back to D.
The wieldings <I> B </I> and <I> .7 </I> are in the sense of the arrows .x and. y (Fig. l) flowed through. A current impulse is thus distorted in winding .7, which is transmitted by induction to the circuit containing secondary winding 71, so that a rapidly growing current of short duration also flows through auxiliary excitation winding H.
The current flowing through the auxiliary excitation winding H in this way generates a magnetic field with the appropriate choice of the dimensions of all parts in the magnet frames of the generator, which amplifies the field generated by the field winding B to such an extent that a current of such strength is generated in the anrler circuit the result is that the motor armature E starts up quickly even with the greatest load. Its speed assumes a value determined by the position of the sliding contact G1. As soon as the current in the primary side T of the transformer has reached its full strength, the secondary side J1 and the auxiliary exciter winding H are de-energized.
In the meantime, however, the magnetic field generated by the main current winding F has reached such a strength that despite the disappearance of the current in the winding H, a sufficiently strong field remains in the generator. As a result, a decrease in the armature current in the circuit A F E and a stall of the motor armature E are prevented with certainty.
If the switch C is brought to the switch-off position c2 c4, the current in the primary side J of the transformer and in the field winding B disappears very quickly. Since, according to the known induction laws, the current in circuits 7H has the opposite direction as when switching on the switch C, the auxiliary excitation winding H now counteracts the separately excited winding B and the main current winding F, and the current in the armature circuits AFE decreases accordingly quickly, so that the motor armature E comes to a standstill very quickly.
It goes without saying that exactly the same processes only have to be played out when the current direction is reversed in all circuits when the switch C is in the position shown in dashed lines c3 c5, respectively. from this is brought into the zero position c2 e4. The only noticeable difference is that the armature E of the motor now rotates in the opposite direction as before.
The transformer J J1 can be combined with the DC generator ABFH in a very simple manner if, as shown in FIG. 2, the yoke A1 of the magnet frame, on whose poles A2 the excitation windings B, F and H are accommodated, directly as Iron core used for the transformer by winding its windings T and J1 over it.
Without the essence of the invention being changed anything, the primary transformer winding J can also be placed in the circuit in which the field winding B is located. This arrangement has the advantage that a current surge can be caused in the auxiliary excitation winding H not only when the switch C is switched on or off, but also when the sliding contact C 'is adjusted.
The @Hotoranker E will therefore adopt the speed corresponding to the new position of the sliding contact C 'much more quickly than in the arrangement according to FIG. 1.
It should also be noted that the use of a transformer in the excitation circuit of a DC dynamo machine is already known per se. In the known arrangements, however, the primary coil of the transformer is permanently connected to the armature circuits of the fan-motor. It is therefore not possible with these known devices to achieve a shortening of the excitation time when starting the dynamo zri, but they are intended to bring about an automatic voltage regulation during operation.