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Feldspulenanordnung, insbesondere Erregerwicklungsanordnung für selbstregelnd elektrische Maschinen
Bei elektrischen Maschinen mit vom Widerstand der Erregerwicklung abhängiger Erregung, z. B. bei nicht automatisch geregelten Gleichstromnebenschlussmaschinen, macht sich häufig die Temperaturabhängigkeit dieses Widerstandes störend bemerkbar. Je nach der Endtemperatur, welche die Erregerwicklung während des Betriebes erreicht, können die Änderungen des Erregerstromes bis zu 30% und mehr betragen.
Auf konstante Spannung kompoundierte Maschinen halten daher-normale Sättigung vorausgesetzt-nur im Endzustand der Erwärmung ihre Spannung annähernd gleich, während bei schwachen Belastungen und insbesondere bei Leerlauf ihre Spannung sehr stark vom Erwärmungszustand der Erregerwicklung abhängig ist. Solche Maschinen müssen daher nach der Inbetriebsetzung vom kalten Zustand aus mittels Handregler nachgeregelt werden, bis die Enderwärmung erreicht ist.
Nach der Erfindung wird die Erregerwicklung einer elektrischen Maschine oder eine anderen Zwecken dienende Feldspule mit einer parallel geschalteten entgegenwirkenden Wicklung versehen, die einen stärkeren temperaturbedingten Stromabfall aufweist als die Haupterregerwicklung und dadurch die Temperaturabhängigkeit des Feldes vermindert, aufhebt oder umkehrt. Dass die Gegenwicklung einen stärkeren temperaturbedingten Stromabfall aufweist als die Hauptwicklung, wird durch Verwendung von Leitern mit verschiedenen Temperaturkoeffizienten für die beiden Wicklungen oder z. B. durch Vorschaltung eines temperaturunabhängigen Widerstandes vor die Hauptwicklung, vorzugsweise aber dadurch bewirkt, dass man die Gegenwicklung für höhere Erwärmung bemisst als die Hauptwicklung.
Damit sich die Gegenwicklung stärker als die Hauptwicklung erwärmt, wird sie z. B. aus gleichem Material wie diese, jedoch mit grösserer spezifischer Strombelastung ausgeführt. Auch kann sie-vorzugsweise auch aus weiter unten angeführten Gründen-so gestaltet und angeordnet werden, dass sie eine verhältnismässig kleine Oberfläche und einen kleinen Wärmeabgabekoeffizienten aufweist, ersteres durch möglichst kreisförmigen oder quadratischen Spulenquerschnitt, letzteres durch dicke Isolation oder geringe Lüftung. Gerade die umgekehrten Massnahmen können dazu dienen, die Erwärmung der Hauptwicklung klein zu halten.
Damit sich nicht nur am Anfang und am Ende, sondern auch während des Erwärmungsvorganges die gewünschte Wirkung, z. B. eine gleichbleibende oder auch in bestimmter Weise anoder absteigende Spannung, ergibt, können des weiteren die Zeitkonstanten der Erwärmungen der beiden entgegenwirkenden, vorzugsweise verschieden hohe Endtemperaturen erreichenden Wicklungen einander angeglichen werden. Hiezu können ebenfalls die vorstehend angegebenen, die Wärmeabgabefähigkeit beeinflussenden Massnahmen sowie gegebenenfalls eine geeignete Bemessung der vor allem vom Leitermaterial abhängigen Wärmekapazität der Wicklungen dienen.
Da die Gegenwicklung im allgemeinen kleiner als die Hauptwicklung ist, wird meist die Zeitkonstante der ersteren künstlich zu erhöhen bzw. die der letzteren zu vermindern sein. Umgekehrt kann auch durch passende Wahl verschieden grosser Zeitkonstanten für die beiden Wicklungen ein etwa gewünschter besonderer Verlauf des Feldes bzw. der Spannung während des Erwärmungsvorganges erzielt werden.
Fig. 1 zeigt schematisch die Anwendung der Erfindung bei einer Gleichstromdoppelschlussmaschine. Es bedeutet 1 den Anker, 2 die Reihenschlusswicklung, 3 die Nebenschlusswicklung und 4 die dieser entgegenwirkende Wicklung. Ist die Temperaturzunahme der letzteren so gross bemessen, dass die Abnahme ihrer Amperewindungszahl gleich der Abnahme der Amperewindungszahl der Hauptwicklung 3 ist, so liefert die Maschine im betriebswarmen Zustand dieselbe Spannung wie im kalten Zustand. Auch während des Erwärmungsvorganges werden nennenswerte Spannungsabweichungen vermieden, wenn die Erwärmungszeitkonstanten der beiden Wicklungen annähernd übereinstimmen.
Die Erfindung ist bei allen Maschinen mit von der Erwärmung abhängiger Erregung anwendbar, also z. B. auch bei selbst-oder fremderregten Wechselstromgeneratoren oder bei Motoren zwecks Gleichhaltung der Drehzahl. Besonders vorteil-
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haft gestaltet sich häufig die Durchführung des
Erfindungsgedankens bei Verwendung einer Hilfs- maschine. Die Hauptmaschine erhält hiebei z. B. eine kleine, keine Typenvergrösserung bedingende
Zusatzerregerwicklung, die von einer ganz kleinen
Hilfsmaschine gespeist wird. Diese wird unter
Anwendung der Erfindung so erregt, dass ihre
Spannung mit steigender Erwärmung, statt zu fallen, stark zunimmt. Der Strom in der Zusatz- erregerwicklung der Hauptmaschine steigt dann mit wachsender Erwärmung des Maschinensatzes so stark an, dass der Stromabfall der Haupt- erregerwicklung ausgeglichen wird.
Zwei Aus- führungsbeispiele derartiger Anordnungen sind in den Fig. 2 und 3 gezeigt.
Bei der Anordnung nach Fig. 2 speist die Hilfs- maschine 7 die Zusatzerregerwicklung 8 der
Hauptmaschine 1. Zwecks Erzielung starker
Temperaturabhängigkeit der Spannung der Hilfs- maschine werden deren einander entgegen- wirkende Erregungen 4 und 5 vorzugsweise so bemessen, dass sie im kalten Zustand gleiche
Amperewindungszahlen aufweisen, so dass die erzeugte Spannung Null oder sehr klein ist.
Damit diese Spannung mit zunehmender Er- wärmung bzw. zunehmender Temperatur- differenz der beiden Wicklungen möglichst stark ansteigt, kann der gegebenenfalls bereits für sehr geringe Erwärmung bemessenen Erregerwicklung 5 noch ein temperaturunabhängiger Widerstand 6 vorgeschaltet werden, der den Stromabfall in diesem Kreis vermindert, oder es kann. diese Erregerwicklung selbst aus einem Leitermaterial mit völlig oder nahezu temperaturunabhängigem Widerstand hergestellt sein.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 handelt es sich um einen Drehstromgenerator 1, der in an sich bekannter Weise über eine eigene Erregermaschine 7 auf konstante Spannung kompoundiert ist. Die Leerlauferregung erfolgt etwa, wie gezeichnet, mittels eines an der Generatorspannung liegenden Gleichrichters. Ist der Generator eine Aussenpolmaschine, so kann z. B. auch eine im Drehstromanker untergebrachte Gleichstromhilfswicklung mit Hilfskollektor zur Erzeugung der Leerlauferregung dienen. Die Hilfsmaschine 7 benötigt in der gezeigten Ausführung auf den Polschenkeln keine Erregerwicklung, so dass der Platz hiefür zur Anbringung der Hilfswicklungen 4 und 5 verwendet werden kann. Diese werden dabei zweckmässigerweise auf verschiedenen Polen angeordnet.
Die Hilfsmaschine 7 speist in dieser Anordnung die Zusatzwicklung 8 mit einer Spannung, welche sowohl bei wachsender Belastung als auch mit fortschreitender Erwärmung zunimmt, wodurch die Spannung des Generators 1 konstant gehalten werden kann.
Will man die Anbringung einer Zusatzwicklung 8 auf der Hauptmaschine 1 vermeiden, so kann man die Spannung der Hilfsmaschine 7 bei entsprechender Bemessung der Anordnung auch in Reihe zur Haupterregerwicklung 3 legen, so dass sie sich zu der Spannung, an der diese Wick- lung bei den Anordnungen nach Fig. 2 oder 3 liegt, addiert.
Auch im Falle der Verwendung einer Hilfsmaschine kann man die gewünschte Wirkung nicht nur am Anfang und am Ende, sondern auch während des Erwärmungsvorganges erzielen, wenn man die Erwärmungszeitkonstanten aller auf der Hilfs-und auf der Hauptmaschine angeordneten Erregerwicklungen in entsprechender Weise wählt bzw. untereinander gleich macht.
Bei allen Anwendungen der erfindungsgemässen Erregeranordnung kann diese so bemessen bzw. eingestellt werden, dass das Feld mit wachsender Erwärmung um soviel zunimmt, als zum Ausgleich der temperaturbedingten Erhöhung des Spannungsabfalles im Hauptstromkreis erforderlich ist. Die Klemmenspannung der Maschine ist dann temperaturunabhängig. Man kann sie aber auch mit zunehmender Erwärmung ansteigen lassen, um die Erwärmung temperaturabhängiger Ohm'scher Belastungen auszugleichen. Handelt es sich z.
B. um die Erregermaschine einer Synchronmaschine, so kann man derart die Widerstandszunahme der gespeisten Feldwicklung ausgleichen, wodurch gegebenenfalls der Regelbereich eines vorzusehenden Reglers vermindert wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Feldspulenanordnung, insbesondere Erregerwicklungsanordnung für elektrische Maschinen, mit bei steigender Erwärmung infolge Widerstandszunahme abnehmender Stromstärke, gekennzeichnet durch eine parallel geschaltete entgegenwirkende Wicklung, die einen stärkeren Stromabfall aufweist als die Hauptwicklung, so dass sie die Temperaturabhängigkeit des Feldes vermindert, aufhebt oder umkehrt.