:Einrichtung a Weahseletrommaschinen.
nie Erfindung betrifft elektrische Maschinen und. ins-
besondere die Verbesserung der Stabilität derartiger Na-
sdhinen bei der Lieferung von Blindstrom (reaative
onrrent)
und: ihrer Fähigkeit, Hlindetrom sau liefern.
Ferner soll durch die Erfindung erreicht werden, daß der-
artige Maschinen, wie Wechselstromgeneratoren, Synchron-
kompensatoren oder Synchronmotoren mehr Blindstrom aus
einem LeletungsUbertragungesyster aufnehmen können.
Der Ausdruck Leistungsübertragungesystem umfaßt auch
eine Gleichstromleitung oder die dazugehörigen Umwandler-
Gleichrichtereinrichtungen.
Eines der bei elektrischen Leistungaübertragungesfstemen
auftretenden Probleme ist das Problemre das auftritt, wenn
beispielsweise ein Wsohselstro®generator verwendet wird,
um die Spannung in den Leistungsübertragungseystea her-
abzusetzen. Normalerweise wird die Größe des Rotorstromes
des üecheeletromgenerators verringert, so daß ein Abfall
der Spannung in dem gesamten übertragungsegetem bewirkt
wird. Unter dienen Umständen maß jedoch der Rotor zur
Erzeugung der gleichen Leistung bei einen
höheren Rotor-
winkel laufen. Es wurde gefundan® daß Zur
Leistungsar-
Zeugung mit einer möglichst geringen Rotorerrwgung
die
Maschine bei einem Rotorwinlcel von etwa 150 lauten maß
(d.h., daß der Winkel zwischen der magnetischen Achse
des Rotors und dem Drehgeld des Stators '50 beträgt).
Die Maschine befindet sich dann nahe dem theoretischen
Instabilitätspunkt, der bei einen Rotorwinkel von 9o0
liegt. In diesem Zustand liegt der Rotoretrom etwa beim
halben Nennwert und die Maschine kann nicht Blindstrom
.bis zum maximalen Nennwert aufnehmen,
Ein ähnliches Problem kam allgemeiner und auch in
Bezug auf Syohrenkoapeneatoren betrachtet worden. Damit
eine yechselstrommaschine den Maxinalvert von Blind-
leistung (reac t ive Power, VAr) erzeugen oder den
Nazimai-
betrag an
aus einem LeistungsUbertraaunas-
eystcm absorbieren kann, muß die magnetische Achse des
Rotere mit der augenblicklichen Nagnetachse des von
Bitur der Maschine erzeugten Drehfeldes ausgerichtet
sein. tickanntlich kann jedoch unter dienen Bedingungen
der I:otor kein Drehmoment erzeugen und ist (bei negatives
Li-r-cguug) in einem instabilen Zustand, in den das Dreh-
womant des Antriebe des Rotors@kein Gegennoaent hat und.
ein «Polschlupf" (pole slipping) auftritt: U' das' vreti-
uiumont zu erzeugen, das zum Ausgleich des vor Antrieb
des Rotors erzeugten Dreimonentes erforderlich ist, mu0
der Rotor reit einem beträchtlichen Viukel bezUglich des
Drehfeldes laufen, und in diesem Zushnd ist die Fähigkeit
der Maschine, Blindstrom zu erzeugen oder zu absorbieren,
ganz wesentlich herabgesetzt. Die besondere
keif diesen Problems liegt darin, daß eins Rotorwiaklunfich
nicht gleichzeitig in einen Zustand, in dem sie den gsö®-
tun Reaktanzeffekt erzeugt, und in einem Zustand befinden
kann, in dem das Drehmoment erzeugt wird, das zur Auf-
recliterhaltung der Rotorposition bezüglich des Drehfeldes
des Stat®rs erforderlich ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung isst eine Wechsol-
etrommaschine mit einer Statorvicklung zur Erzeugung
eines Drehfeld4s und einem Rotor gekennzeichnet durch
eine erste Steuereinrichtung zum Zuführen von Gleichstrom
zu einer ersten Wicklung auf dem Rotor derart, maß im.
wesentlichen das gesamte, dem Antriebsdrehmoment den Rotors
die Waage haltende Drehmoment im Rotor erzeugt wird, und
eine zweite, von der ersten unabhängig angeordnete Steuer-
einrichtung zum Zuführen von Gleichstrom zu einer zweiten
Wicklung auf dem Rotor, wobei die erste und zweite Wick-
lung elektrisch voneinander unabhängig und auf dem Rotor
so angeordnet Bind, maß nie bei Erregung magnotomechanische
Kräfte um verschieden gerichtete Achsen erzeugen, wodurch
die zweite ücklung in einen Zustand gehalten wird, in
deut sie im wesentlichen kein Drehmoment am Rotor erzeugt.
Sei dieser erfindungsgemäß ausgebildeten Maschine
hat die erste Wicklung im wesentlichen die
Aufgabe, das
zur Aufrechterhaltung der duagangeleistung der Maschine
erforderliche Drehmoment zu erzeugen. Die zweite
Wick-
lunß kann jedoch zur gleichen Zeit bei einem Notorwinkel
von O° oder nahezu 00 laufen (d.h. in einer Stellung,
in der sie überhaupt kein Drehmoment erzeugt), wobei sie,
einen maximalen Reaktanzetfekt der Maschine bewirkt.
Dabei kann der ersten Vicklung der Strom derart zugeführt
werden,=daß die erste Wicklung in einem konstanten Winkel
relativ zum Drehfeld und damit die-zweite
Wicklung bei
dem gewünschten Rotorwinkel gehalten wird, der vorzuga-
weise 0 0 beträgt, jedoch unter bestimmten Umständen
bis zu + 10® betragen kann. Der "wahre" Rotorwinkel
einer derartigen Maschine wird annähernd konstant ein
und bei dem mittleren Rotorwinkel der beiden Wicklun-
gen liegen. Da dieser Winkel zwischen den Wicklungen
im elektrischen Sinne maximal j0 o betragen kann, erkennt
man, daß der "wahre" Rotorwinkel niemals größer als
450 ist: Dies bedeutet@eine wesentliche Verbesserung
gegenüber einem Rotorwinkel von 750, wie er bei früheren,
in ähnlich.erifeise arbeitenden Maschinen üblich war. Die
zweite Wicklung kann auf die Naschine eine reaktive
Steuerwirkung ausüben, die wesentlich größer ist als
die mit einer einzigen Rotorwiaklungerzielbare.
Beispielsweise kann der zweiten Wicklung negativer Strom
zugeführt werden, ohne saß die Winkelstellung des Rotors
bezüglich des- Drehfeldes geändert wird (da diese Wick-
lung in einer Stellung ist, in der sie kein Drehmoment
erzeugt), und daher ist die volle Reaktanzwirkung der
Naschine bis hinauf-zum maximalen Nennwert den Stator#
atromes verfüCbar sowohl ßür voreilenden Strom als auch
für nacheilenden Strom (der durch Übererregung der,
zweizan Wicklung mit normal positiven Strom erhalten
wird). Gleichzeitig sieht man, da0 Änderungen da der
zweiten Wicklung zugeführten Stromes die Winkelstellung
des Rotors bezüglich des Drehfeldes nicht ändern, so saß
die fühibheit der Maschine, Blindstrom zu erzeugen oder
zu absorbieren, vergrößert.wird, ohne daß die Stabilität
der Maschine beeinträchtigt wird.
Es ist vorteilhaft, die beiden Wicklungen so anzuordnen,
daß jede ein zur Aufrechterhaltung der vollen Ausgangs-
leistung der Maschine ausreichendes Drehmoment erseußen
kann, falls eine der Vicklungen oder ihre Versorgung aus-
fällt. In einem solchen-Fall gilt zwar die Fähigkeit der
Maschine, den Blindstrom unabhängig von der Leistung
zu
a teuern, verloren, jedoch kann die Maschine immer noch
in
befriedigender Meise zur Erzeugung von Mattleistung ar-
beiten.
In einer vorteilhaften Au®führua4;aform sind die
beiden
Wicklungen so angeordnet, daß sie bei Erregung magneto-
m®chanischex Kräfte erzeugen, die zueinander und zur
Rotorachse senkrecht sind. Eine derartige Anordnung ist
vorteilhaft bei kasehinen mit vorspringenden polen,
(salient pole machines:) da die Anordnung einer zur normalen
Rotorwicklung senkrechten Wicklung im Falle
einer Maschine
mit gewickeltem Rotor (wound roter aaehine) die Anbrinßung
von besonderen-Yol.apalten erforderlich ar"chen würde,
die
für Maschinen mit zylindrischem Rotor (cylindrical roter
machines) unerwünscht sind. Die Ausführungsform der
Er-
findung, bei der Wicklungen vorhanden sind, die zuein-
ander senkrechte, oagnotomechanische Kräfte erzeuZen, ist
insbesondere vorteilhaft für "w bestimmte Synchronkom-
pensatoren<, hydroturbinengetriebene WecheolalUomgeneratoren
und "ynchronmotoren mit einer Rotor mit vorspringenden
Polen. Derartige Maschinen können in untererregtem Zu-
stand betrieben werden, um die Spannung eineu Ubertra-
Guncssystemes herabzusetzen. Bei dieser Detriebsweise
liefern die Generatoren und ICoapensatoren des Systems
ströme zur Versorgung von Kabel- und Freiluftleitungen,
wobei diese Strbme den von der Last aufgenommenen
Magneti-
sierungeetrom übersteigen, wenn die Last klein ist. Dia
Fähigkeit derartgerHaschinen, Hlindetrom zu absorbieren,
ujrde :zunehmen. wenn der Maschine negative Rotorströme
zugeführt werden könnten. Unter diesen Umständen könnte
Uei IUlichon Maschinen leicht ein Polschlupf (pole alipping)
auftreten. Eine Auswirkung der Erfindung besteht darin@
die Gefahr des Polschlupfes zu verringern, wenn den
Rotor
derartiger Maschinen negativer Rotorstrok zugeführt wird.
140 Steuerung den Rotordrahnomentes geschieht mittels
einer ersten Uieklung, die in der zum Erzeugen einen
-
Drehmomenten wirksamsten Stellung im magnetischen System
der Maschine angeordnet werden kann, wobei diese Wicklung
dazu-verwendet werden kann, die :weite Wicklung !a die
Stellung zu bringen, in der sie am wirksamsten die Blind-
leistung der Maschine steuert, ohne ihrerseits ein Dreh-
moment zu erzeugen. Bei allen Ausführungsformen der vor-
liegenden Erfinduniwerden das Drehsomentverhalten und
das ülindleatungsverhalten der Maschine durch völlig se-
trennte 'Vicklungen und Steuerkreise gesteuert, und
dadurch.
wird allgemein die Steuerung der Maschine verbessert. -nies
wird zu wichtigen Anwendungen in modernen Hochspanüunge-
Übertrcgungsa7stemen, wo große Beträge von Blindstrom
absorbiert oder erzeugt werden müseen, um die Spannung des
Übertragungssystemen $u ändern, Die extrem großen Leistunge-
mengen, die heutzutage von Obertragungesystemen den ver-
schiedenen Verbrauchern zugeführt werden, können zu außer-
ordentlichen Gefahren führen, wenn das System außer Kontrolle
gerät. Einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung be-
steht darin, deß die Steuerung*- und Beeinflusiungsmöglich-
keit derartiger Maschinen verbessert wird, wobei trotzdem
gleichzeitig die Möglichkeit, mit derartigen Maschinen
die Spannung eines Übertragungssystemen zu beeinflussen,
ebenfalls verbessert wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die
beiden
Wicklungen an dem Rotor in einem gegenseitigem Winkel von
weniger als 90 °, vorzugsweise von etwa Fron angeordnet.
Diese E.uafülia@ungeforw ist besonders geeignet für Maschinen
mit Zylinderrotor (cylindfical rotes- machinta).
Wie später
auch arll.uttert wird# ist es müglich, die
wicklunfen des
Rotors in verhältnismäßig einfachen Weise
so abzuändern,
daL die Itutorachltze tiblicher Rotoren zwei getrennte
Wicklungen an Stelle der bisher üblichen einzigen
Wink-
lang aufnehmen können, ohne daß dadurch die Leistung
der
Maschine nachteilig beeinflußt wird. Die vorliegende Er-
Findung ist daher sowohl bei der Abänderung bereits be-
stehender Maschinen als auch bei der Konstruktion neuer
Maschinen anwendbar.
Die Größe des durch die erste und zweite Wicklung
fließenden Gleitstromes könnte theoretisch
von Hand ge-
steuert werden. Eine derartige Betriebsweise ist jedoch
für Hocbepannunge- Leistungeübertragungasysteme nicht
zweckmäßig; gewöhnlich wird es erforderlich sein, den
durch die erste Wicklung fließenden Strom in Abhängigkeit
von dem Winkel, den die magnetische Achse des Rotors in
jedem Augenblick mit dem Drehfeld des Stators einschließt,
und den Strome durch die zweite Wicklung entsprechend einer
gewtinschten Spannungsänderung in dem Übertragungssstem
zu steuern. Zweckmäßigerweise sind daher Mittel vorge-
sehen, die auf die Phasenbeziehung zwischen der Rotor-
Stellung und der Wechselspannung an den Statorklenunen
ansprechen, um die Größe und Polarität des durch
die erste
Wicklung fließenden Gleichstromes so zu steuern, daß an
dem Rotor ein Drehmoment erzeugt wird, das so
gerichtet
und so groß ist, daß se eine konstante Phasenbeziehung
zwischen der Rotoratellung und der Wechselspannung an
den Statorklemmen aufrechtzuerhalten sucht. Eine solche
Steuerung, die die Rotorstellung konstant hält, kann aus
einem Komperator bestehen, der die Phasenbezlehung zwischen
der Wechealspannung an den Statorklemmen mit der von
einem
b!eß- oder Leitgenerator, der von der Rotoryelle ange-
trieben oder an diese gekuppelt ist, erzeugten Wechsel-
spannung vergleicht und eine der Phasendifferenz zwischen
diesen beiden Spannungen proportionale Gleichspannung
erzeugt. Diese Gleichspannung kann aweckmäßigerweise
einen Verst'u'rker und einer Steuerschaltungzugettihrt
werden, um einen entsprechend größeren Gleichstrom
zu
erzeugen, der durch die erste Rbtorwicklung geleitet wird.
Somit scann der Rotorstro®, soweit die erste Wicklung be-
troffen äst, entsprechend dem Drehmoment verändert
werden,
das zur Aufrechterhaltung der Roterstellung bezüglich des
vom Stator erzeugten Drehfeldes erforderlich ist.
In gleicher Welse können Nittol vorgesehen sein, die
auf die Grüße dar Wechselspannung an den Statorklemmen
ansprechen und ein Gleichspauinungs-Hantrolleignal er-
zeugen, das proportional tot zu der Differenz zwischen
dar Klemmenspannung und einer Bezugsspannung, welche
beispielsweise eine von Hand ausgewählte Bezugsspannunge-
quelle sein kann, die entsprechend einer im Ubertragunge-
System gewünschten neuen Spannung gewählt wird. Dieses
Kontrollsignal kann verstärkt und zur Steuerung eines ent-
sprechend größeren Gleichspannungekontrollsignale ver-
wendet worden, welches sich proportional ändert und der
zweiten Ulcklung der Maschine zugeführt wird. Somlt bo.-
(sitzt der durch die zweite Wicklung gƒloitete Strom
eine
Grüße! dies eich entsprechend einer im übertraguagespstem
gewtinechten Sparnungatnderung ändert. $s kann der Fall
eeinr daß dpa Spannverringert werdori soll, in wel-
chen Fall:dsr den Xioklungen zugelUhrte Strom wahreehein-
lieh negativ ist® äeh* so gerichtet, dati er in üblichen
Naschneu eins kleine Entmagnetisierung der Maschine
bewirkt. Wie #r folgenden noch näher erläutert wird
kann durch die Verwendung zweier Motorwicklungen
die Ent-
magnetisierusg des itotore vermieden worden, wenn
die Na-
echine zur Verringerung der Spannung im Übertragungssystem
wirksam ist, d:L: vom bei einen L®lastun gswinkel von
wahr als g0® die Ausgangeisistung vergx-UVert wird.
Im folgenden worden Au=FUhrungafurmen der Erfindung
an tand der Zeichnungen näher erläutert.
fig: la und b zeigen schematisch eine einfache Aus-
1 ührurgsfosm der Erfindung..
Fig. 1c zeigt die eriindungegemäüe Anordnung bei
einem ttotor mit vorstehenden holen.
Pia. 2, und 4 sind Diagra=s, die die Wirkungsweise
der in Fig. la und 1b gezeigten Vorrichtung
veranachau-
licaten.
Zig. j zeigt schematieah eine kumpliziextere
Ausfüh-
runj;sform der Erfindung
Pia.- stellt sinw in Ublicher Weine gewickelten
Rotor dar.
Fig. ' veranschaulicht eine ifbliche konzentrische
t,icklung fier Gien Rotor gemäß Fig-. 6.
Fig. dis- zeigt schematisch den Rotor von Pia: G, der
die Wicklung gemäß Fig. 7 trägt.
Fig. 8b zeigt in graphischer Verstellung die bei der
Rdtorwicklung gemäßi94 auftretenden Kräfte.
Fig. 9 zeigt ein,» "getailtew Rotorwicklung für den
Roter gemäß Fig. 6.
Fig. los zeigt schematisch den Botor von Pia.
E@
mit der Wicklung gemäß Fig. 9. -
F'dt,-. lob .neigt in graphiechei- Darstellung, die bei
de a Rotor gemäß los auftretenden Rräfte.
Fig. 11 und 12 sind Zeigerdiagramme, Welche die Wir-
tuneeveise der in ?1g. 5 gegeigten Anordnung veranscrrau-
Es uii d zunächst auf die Figuren 1 biss 4 Hesus ge-
noaimen, welche schematisch die Anc;endun& der Erfixäd
bei einen sync;hrunlcorpnäator ei läutern, vier mm Aufneh-
L;[email protected] an$e.
men von iilindleibtung aua eineen
ordnet-ist. . Pig: la zeigt eia schematisch bei lo
gezeigtes Drelphasen-Übertragungssystrm mit drei Zu-
leitungeechi®nen 11 für die drei Phasen. An die Zu-
leitungsachifnen ist ein üschselsfomgsnerator 12
ange-
schlossen, der als SFnchsoukompensator verwendet Wird.
ue Maschine 7.2 hat drei In üblicher Waise angeordnet*
Statorwicklungene die schematisch bei l3, 14 und 1
dargestellt sind turd mit jeweils einer Zuleiiungaaehiene
3.1 verbiuideu sind: Auf dem Rotor 16 befindet
sich eine
erste Wicklung 1?, die durch ein geeignetes Paar
ton
chleifringen 19 versorgt wird. Ferner befindet rieh
an dem. Rotor eine dazu senkrechte Wicklung 1B, die weiter
cutten näher erläutert wird. Es wird nun auf FiB.
lb
Bezug genommen, die schematisch einen Üblichen gewickelten
Rotor (Wound roter) darstellt. Der Rotor 16 besitzt üb-
lche l.otdr@apz:lte 22 und 23, welche die Spulenseiten
(caßl sides) der Wicklung 17 tragen. Ferner sind
bei
23 und 24 mit geatrio'xelten Linien weitere Polspalte:
dar-
gastellt, welche die Wiektd.ung 18 aufnehmen. blau sieht,
daF3 die wagnetische Achse des von einer Wicklung in den
s spal ten 22# 2j erzetif;ten Magnetfeldes
auf der Zeichntuig
nach oben gerichtet ist, während die Achse eines Feldes,
das von einer Wicklung In den Spalten 24 und 25 erzeugt
wird, parallel zum oberen Rand =der Zeichnang verlaufen
wurde, Man erkann t aufs den oh igen ALifiitlirlYEi$n,
daß die
Anbrine--ung von 1iesotider,i1 Luftspalten 211
und 2,5 unerwlinacht
Is t x falls die Maschine eine große Ausgarzi;sleis,tziriliab:an
a®131. zu ist allgemein unerwünscht, die Eisenmenge
.in jer Maschine au verringern. Da* äurkschluüverhält-
nie der Hauchine ist definiert als das Verhältnis
den
zur Erzeugugder normalen Leerlaufepannung erforder-
lichen gotoratromea zu dem Botorstrow, dar bei kurzge-
schlossenen Statorkleromen zur Erzeugung den Statornenn-
etromen erforderlich ist. Eng hängt ab vnn
der Eisenmenge
in den magnetischen Kreisen der Maschine und der Strom-
belastbarkeit der ßtatorooiaklungen. Je niedriger das
Kurzsahlußverh#fltn3a ist, desto Weniger Einen ist in der
@jasschina und/oder desto mehr sind die Wicklungen
gekühlt,
wodurch die Auagangsblindleietung (hVAr-Ausgang) für
ein
gegebenes Gewicht vuä Eisren und Kupfer vergrößert
wird..
Eine Maschine mit einem kleinem Kurzschlußverhältnis
läuft bei einem ,gegebenen kw/!lYAr#Aurgang mit einem
grö-
ßeren: Rotorwinkel und hat ein bosehränktos Vermügonp
vor-
eilende Blindleintung (MVAr) zu erzeugen im Vergleich zu
einer Maschine mit einem größeren Kurzschlußerhältnia.
Sie ist daher für xnstabilittit anfälliger. Falle eine
ktascbine mit vorspringenden Polen an Stelle der in Fig.
la und 1b dargestellten Maschine mit zylindrischem Roter
verwendet wird, kann der in gig. 1c dargestellt*
Rotor
verwendet werden. ' Iaierboi ist der Rot®rmüL
einer Anzahl
von vorspringenden Polen 26 versehen, auf denen
eine Haupt-
rotorwicklung 17 angeordnet Igt. Die Wicklung 18 wird
tetyldet, indem die Klemmen riss Polflächen-elnlaßwIcklungen
oder AmoZ'tZ3Buro 27 miteinander verbunflun wartlflil'
Es wird nun auf .die, Figuren 2, -1 und 4 Bezug $Qnosunsnr
um dien Virkungsneise der in Figt Zu gezeigten Systems
zu grllKuterm., PigP '2 weist die m®echiua. von
rig. la
bei Verwendung @ Autntdame von HYAr aue dem Ubertragungs#
ßyatem .1o. La aai zur Erltäuteru.g Besaßt, daß
ein Wechsel:-
strontgeenorator in Prinzip ei, rotierender Magnet im Innern
einer stationären Wicklung ist. Der btrunr, der in
der
:Statorwicklung i'ließt@ wenn der Wechselstromgenerator,
an
das bbertragurgeeystem 1o angeschlossen ist, baut in dem
@rtator eixa uuaginutteohoi System auf. nie magnetische:
Achse
3 dee gtatora fällt bei Nuxi-Laat mit der magnetischen
Achse des Rotere tueameaen Land bleibt hinter
der Rotorachee
xut@:ck,'aiuc der cincratos' Leistung
erzei,jt. Der Rotor-
vix-ltel liegt bet der Leiatungeerzeu,ung normalerweise
zwechen U und 90er ,je nach dem Drehmoment,
der von dem
Gcztleratur etrtwickeiten elektrischen Leistung
und der
!t trt0 de:x alegnettechsn &ysten.ca. .:ig.
2 zeigt das .
m;it#saetIsche iyeten dercc@[email protected],
wenn keine
erzeui;to LeIntung oder Antrlebnleistung .vorhanden
ist,
wobei. von der Stutoieklung ..8 (die die Wicklungen 139
l4, 1r )j-I.etet) I3liadetrom auii;ciiov:ree!ra wird,
der im vinne
einer @lr;ctle an die Leitung gerichtet, Ist. In
einer An-
ta-i$I@stur-iriuo Zünd einem vors deren Iseisturu(; angetriebenen
t@ei@eeht@troiuge'ncit@ator treten Vorlufste nu3' und in
diesem
uttand iot der Generator untererregt. Uwe bedeutet, dwß
der PoturetroA kleiner tot als der Strom, der am Lrzeugung
de .r normalen C meruttorep*"ung erforderlich tot #
wenn der
Generator bei g05ffneten Hauptatromkreaschalter läuft.-
Die auf die Leiter des Rotorn, welche las RauptflUß den
Generator* liegen/ werden durch die kleinen Pfeile
@kendea frätie
gezeigt.
- Diene hrdfte glichen sich aus und erzeugen kein
re-
sultierende» üretusoment. Fis. 3 zeigt die Auswirkungen
der Verluste in dem Generator und der Turbines ha wird
ein kleiner Verlustwinkel von etwa 20 bei Leerlauferregung
erzeugt, der auf 3ß0 oder mehr anwächst, =wenn der Rotor-
mrom auf ü verringert wird. Der liaiiptfluß des Generators
ur zeuut auf die Leiter den Rotors wr.,:eiide Kräfte X wie
durjestellt. Diese Kräfte halten sieh nicht die Waage,
scia<<iern erzeugen, wie dargestellt, ein kleines
Drehmoment T.
beim Notoretrvm 0 wird der Generator durch den Statorstrom
in Gleicher weise wie eile anduktioiteiaatür-masnetisiert.
üeiiii der toturatrum den -Getxerators dwua lia
negativen Sinn
vor&#üüert wird, erzeugt der kleine Itotorwinkel
eilt auf
den aotor wirkenden Polaohluprdrebenoment, welchen bewirkt,
dad eich der Rotor zum nächsten Pul zurückbewegt
(um einen
Phsaenwiitkel von 1800, Beine Detriebeweiae, närlicla die
..urna
"
® von Dlindetrom, wechselt und die
aeneratorspannung
veratUrkt. Falle das Vorluatiaoaeut von einer anderen
liicklun;; rauf dei:i Rotor erzeugt Wird, die in
einiia
Winkel von g0 e rit der Hauptrotorwicklung 17 etehts
.. . 4,
die Eauptrotoswickiung in eine stellun; nti t
dem Drehmoment
0 gobracixt uxxd dort geliehen werden. Ea kann dann
dem
Rotor eins negative Erregung zugeführt werden,
die in
Sinne einer Entmsgnetielwrun$ das Generators wirkt:.
Lies hat den Effekt, daß mehr Statorblindetro® in den
Generator gesogen wird, um dies negative Rotorerregung
auszulleiuhen. Durch diese Mittel kann der Wechselstrom-
generator veranlaßt werden, fortgesetzt Statornennstros
zu absorbieren, auch wen der Rotor negativ erregt ist.
Fig. 4 zeigt, wie das Verlustmoment auf die Wicklung 18
übertra;on Wird, so da13 die Polarität der Hauptrotor-
Wicklung umgekehrt worden kau(1, ohne daü ein
Drehmoment
welches ziur Polschlupf fühaen wurde, erzeugt wird.
Man
sieht aus k@ige k, da.ß das von. der Wickluxg
18 erzeugte
Drehmoment den Rotor in eine solche Stellung zurückbringt,
daij sich die l:jauPtwicklung 17 in einem Vinkel von 0°
in fiezug sui: das ;tatorfeld befindet. In
diesem Zustand
wird das gesawte Dretamomente das zum Ausgleich
der Verluste
in der haschine erforderlich int, von der Wicklung
18 er-
zeugt, während die; Kontrolle über den. von dem Stator auf-
genommenen Ulindstrom mittel- der Wicklung 1? aufrecht
erhalten wird. Nan erkennt,daß die hicklLUig
18 in den
in Fg. l gezeigten Spalten 24 und 2y angeordnet
ist.
I,ie i.n Fig. la gezeigte Anordnung weist eine
Steuervor-
ricutung 2o für die Drolunometwiculung auf, die über
ge-
ei yne te 19 der WieUung 1ö Gicelehstron zu-
führt entsprealxend dem zuin @iu f;.ioi.cl@ der Vurluate
erfor-
ztrl.ici@s@@x I)x-etaezeoment, Lind fornci: olne ;,L:iwv.)rrlctetiiug
21
für Al @@riiS@taztaialt,l@@eii@ v.l.i)e °@let' ;1@:)...1:!:
il, l.')t)Hl. t@r@z1
ode4agativen -Stron zurt, ,je nach den ob Blindstrom
von dem System 1o aufgenommen oder abgegeben werden soll.
o
nie Funktionen der beiden Vicklungon sind völlig getrennt.
Die äieaktsnzwicklung erzeugt in wesentlichen kein Dreh-
.Moment und beeinflußt somit nicht die Roterstellung
be-
züglich dem Drehfeld des Stators. 91e beeinfluüt
somit
auch nicht die Stabilität der Maschine. nies
gilt exakt
für die Peaktans-Kontroilwieklupg eeinee3 1:otors, der bei.
einem Motorwinkel von 0 0 läuft e In der Praxis
ist es
nicht exforderlichi den ]Rotor exakt 11e3. -diesem Vlnkel
zu
betreiben, und es irrt intßglicii, .ihn bei + le oder noch
-
größeren- wInkeln laufen zu gsaaaen: lii ri3eesem Fall hat
eliee wie',luug 17 eine gewisse Wirkära; auf das
von der
Yaschinee eerp#,.eugte ürehmoacent; dies kann zu
einer uner-
wün»chten Verringerung zier Wirksamkeit bol der ateeterung
der Drehmumentwicklung haben, wann d.le Haachine leistungs-
erzeugend ist» kanri jedoch zur Steuerung der notorstellung
bei ßerJtijGer Last erforderlich sein.
Vorstehend wurde eine einfache Auafülsrungaform der
Er-fi»eiui:p beschrieben, angewendet bei einer
Maschine mit
Ievrttiogonalen" Wicklungen. Die »
Brfinchnig kann ,jedoch all:-
geaielner auch bei einem Rotor mit enev "@eteellten
Wck-
hing ant-;eiaeaideet wordeu"bei dem wie vorher in
einer gle-
cnen .Artzahl: von Iotnrspzltezt Spulenhälftott (c01.1.
eldea)
untergebracht sinds wobul judOch 1110 9111z130
Rra tDt#wr_,-
Jung iii uwei gut;r-niititu AbautinItte iintartf:ilt
L.a_ tiie 11i11
. genniustu orate 11.u11 .@voltv11cz>.lutt@ blln.@1.:> trkx.t
der beiden AboChuittk i4t ja xeoontäichen die gleiche wie
oben bascliriehea, jedoch ist die Analyse einer
damit aus-
gestatteten lIadöhine komplizierter.
Flg. 5 d die folgenden pigur-eil erlänern die Technik
der "geteilten Vipklung". in Fit;. 5 ist wie oben ein
irtun;sabertraagsaa@rete@r mit Zuieittauessatienen 1 1
durgestelltt :An WeloÜo die statorwicklungen 139 14
und 15
c,1a$etikxse@lotromgtettors 12 ar4;escttl.nesen:
sind. Der.
Rüttir 16 des Seneratortr trägt Wicklungen 37
und38r die
zue larmder i.a einem Vinkal von etwa G(fu futieorcütet
sind.
Vie die Wicklungen an dem Rotor angeordnet
Bind, wir dt
aNAtür 1)eaei;rieven. ,' Dia Wicksimg 38 wird:
wie oben Profi
de$ :'totte:#usG 4m iÜr dielrouttnmeasttsriclausi,@
gesteuert
utiti die Wicklung 37 von der Steuervorrichtung #1 ftlr
die
i;ec@tnrzswialclur;: Ff g. zeigt auch oinc Kontrollcar-
rieat twie zur Regeltara;; der Orö09 -,ad Richtung der
durch
dict 1%plaixwäckltttWwn fließenden Ströme. wer aotorwelle
42,
dis vorn der 'Uirbinc 41 angetrieben ist, trägt
einen Heil-
oder hui teenairator #4, dessen. Ausgeegxklenmwn
durch die
Leit tlitr,eit 45 zeit einen Eingang einee prei;#Uasenkoaperators
46 verbunden Bind. Der Kostparater 46 wird auch fron
den
i,eitusr;:eit 47 vereorat, die `au die Sam.eiacitienen 11
enge-
seit oaae i einet. Der Phaaeakosperirtor 44 kernst
ein ItQlie-
higux Kuaperator von bekannter Lauart nein, der
geeignet
ist, in eitler Ausginsolatung 48 eine Gleichspannuctg
zu
erzeugen, deren Größe proportional igitt zu
der Phaeendiffe-
renn zwischen der Wechselspannung an den Sammelschienen
11
und der von dem Genorator 44 erzeugten Wocheelepannung.
Es ist offensichtlich, dafl die momentane Phase den Generators
44 von der in jedem Augenblick vorhandenen Stellung des
Rotors 16 der Maschine 12 abhängt. Jede Differenz zwischen
der Stellung des Rotors 12 und dem in den Statorvicklungen
13, 14 und 15 erzeugten Drohfsld wird von einer entspre-
chenden Phasenditterens zwischen den Signalen in den Lei-
tungen 45 und 47 begleitet. Der Phasonkompsrator 46 er-
zeugt in der Leitung 48 ein Gleichepannungs-Ausgangseignal,
welches durch einen Verstärker 49 verstärkt und:der Dreh-
momentwicklungsateuerung 4o zugeführt-wird.
Diese Steuer-
vorrichtung dient nur dazu, das Gleichstromsignal auf einen
soiclien Wert zu verstärken, daß es in die Rotorwicklung
38
der Maschine 12 eingeopeiat werden kann. Es ist offensicht-
lich, daß das von dem Komperator erzeugte Signal normaler-
weise in der Größenordnung von einigen Milliampbre liegt,
während die Drehmomentwicklung einen Strom von mehreren
Anpbre erfordern kann. Die Steuervorrichtung 4o kann zweck-
mäßigerweise einen beliebigen geeigneten Gleichatromrer-
stärker aufweisen, beispielsweise ein Amplidyn, eine mag-
netische Veretärkeranordnung oder einen Thyrietor-Rogelkreie.
Die Ausbildung diesen Verstärkers ist nicht wesentlich für
die vorliegende Erfindung, und viele Artender Ausbildung
eines geeigneten Verstärkern stehen dem in der Starkstrom-
technik bewanderten pachmann zur Verfügung.
Der soeben beschriebene Steuerkreis wirkt so, daß die
Größe des durch die erste Größe 38 geleiteten Stromes
wächst! wenn der Winkel zwischen dem von Stator erzeugten
Feld und der magnetischen Achse des Rotors zunimmt.
An die Sammelschienen 11 sind die Eingänge eines auto-
matischen Spannungsreglers 5o angeschlossen. Auch dieser
ist eine dem Fachmann bekamts Vorrichtung. Sie ist vorge-
sehen, um die zwischen den Sammelschienen herrschende Span-
nung (d.h. die Klemmenspannung des Stators) nach geeigneter
Gleichrichtung mit einer Gleichspannung zu verglichen, die
beispielsweise von einen-haadbetätigten,,von einer Gleich-
epannungequslle 52 versorgten Potentioneter- 51 abgegriffen
wird, und um in einer Ausgangsleitung 53 ein Gleichspannungs-
signal zu erzeugen, dessen Größe und Polarität der Differenz
zwischen den Amplituden der Netzspannung und der an Poten-
tiometor 51 eingestellten Bezugsspannung entspricht. Die
Spannung in der Leitung 53 wird durch einen Verstärker 5
verstärkt und der Steuervorrichtung 41 für die Reaktanz-
Wicklung oder zweite Wicklung zugeführt. Da diese Steuer-
vorrichtung unter Umständen sowohl positive als auch nega-
tive Ströme erzeugen muß, ist unter Umständen eine etwas
kompliziertere Vorrichtung als die Steuervorrichtung: 4o
erforderlich. Auch diese Vorrichtung erzeugt jedoch in
gleicher Weise einen Gleichstromausgang, dessen Größe
proportional zur Größe des Signale in der Leitung
53 ist:
Die Polarität den Gleiohstroaausganges von der Steuer-
vorriohtung 4ist positiv oder negativ, je nach den
ob die Systemspannung über oder unter den Im
Komperstor
5o verwendeten Bezugssignal liegt. Dementsprechend wird
die Reaktanswichlung 18 mit einen Strotz versorgt, dessen
Größe und Richtung derart sind, daß der Stator einen
Blindstrom mit einem voreilenden oder verzögerten
Leistun,#,afaktor liefert.
Die Ausbildung den Rotors wird nun an Bond der
Piguren
7, B. 9 und 1o diskutiert. Yig. 6 zeigt in schema-
tischer Form einen sylindrisahon Rotor 16 mit
Polspalten
la bis 6a, die jeweils eine Seite jeder Spule aufnahmen,
und Spalte 7a bis 12a, die jeweils die andere Seite der
Spulen aufnehmen. Fis. 7 =eist eine normale konzen-
frische Rotorsicklungdie von den Schleltringen 19a
versorgt wird; wobei die Bezugszeichen lb bis 12b die-
jenigen Spulenhälften bedeuten, die in den entsprechenden
Spalten 1s. bis 12a untergebracht sind. In Fig. 8a ist
der Rotor von Fig. d goseigt,"der die Wicklung gemäß
Fis. 7 trägt. An jedem Spalt ist ein Winkel angeschrie-
teeng dessen Bedeu uns 3.m folgenden erläutert wird. Wenn
der Rotor der Maschine sich bei einem hohen Winkel
befin-
det oder die Ausgangsleistung der Naschine einen vorei-
landen Leistungsfaktor hat, wird -das über den Luttopalt
und durch den Roter verlaufende Magnetfeld den Stators
durch die magnetomotoräeoheu Kräfte den Stators und nicht
durch den Rotor in seiner Form gehalten. Es wird ange-
nommen, dnß.das Feld des Generators: in »einer Fora
konetant gehalten wird, unabhängig von dem Rotorstroa
oder dem Rotorwinkelund es wird angenommen, daß jede
Änderung dieser beiden Größen eine Änderung d!# Roter-
drehmomeutea und eine Änderung der Blindstroakomponente
den Statore bewirkt, ob daß die Form: des Magnetfeldes
beibehalten wird. Unter diesen Bedingungen
kann der
Effekt den Iiotoratromen auf die fiaschina in folgender
'weise betrachtet werden. Die quer durch die Maschine
laufenden magnatiachon Fluglinien können innerhalb der
Haschine als von gleichmäßiger Dichte und im Luftspalt
alt Sinusfürmig betrachtet werden. Wenn eine Spule un-
avaängig von ihrer Stellung in dem Feld des Stators
den gleichen Strom führt, reisen die-auf die
Kräfte immer in dieselbe Richtung bezUglioh des
Flusses und Bind von derselben Größe. Wenn jedoch die
die beiden: Hälften einer Spule enthaltene Ebene
quer zum
Statorfeld liegt, sind die auf die beiden Spulenhälften
ausgeübten Kräfte gleich und einander entgegengerichtet
und erzöuGƒn somit kein Drehmoment. Dies wurde,
wie er-
urierlicli, aua der oben beschriebenen Fig. 2 deutlich.
Wenn jedoch die Ebene der. beiden Spulenhällten in Rich-
tung des vom Steter erzeugten Magnetfeldes
liegt, wird
ein Drelwioment erzeugt. Das Drehmoment ist allgemein
proportional zu dem Sinue des Spulenwinkela Orc, um- den
die Spule aus ihrer :um Statorfluß senkrechten Stellung
mit dem Drehmoment D herausgedreht ist. In Fig. 8b
ist ein typisches Drehmo®ent-Winkeldiagramm für den
Rotor gemäß 8a gezeigt. Die Kurve 8o ist eine Sinus-
kurve und gibt die Größe des Drehmomenten an einer
Spulenseite an, atufgetragen gegen den Winkel, den die
Ebene der betrachteten Spule mit der Aohee.des Stator-
flueaee einschließt. Die Kreuze auf der Kurve 8a ent-
sprechen dem Drehmoment# dar von den einzelnen Spulen
des itotors von Fig. Ba erzeugt wird, wenn
der Rotor mit
einem typischen Winkel von 660 zum Drehfeld läuft. In
dieser Figur (und inAfig. lob) sind die Zahlen jeder
einzelnen Spuleahälfte an den entsprechenden Kreuzen
ang,oechrieben, wodurch dir Lage jeder einzelnen Spulen-
hälfte auf der Drehmoment-Winkolkusws deutlich wird.
Die Richtung des Drehfeldes in jedem Augenblick ist durch
den Pfeil in Fig. 8a angedeutet. >Inn erkennt aus Fig.
8b, daß alle Spulenhälften in Pig. Ba ein gewiesen Dreh-
moment erzeugen. Fig. 9 zeigt ein Paar von Wicklungen
für den Rotor von fig. 6, die so angeordnet Bind, daD
die Wirkung einer "geteilten Wicklung" erreicht wird,
d.h., daß der Roter in zwei getrennte Teile unterteilt
ist. nie Wicklungen sind in Pia. los näher gezeigt,
wobei die die Drehmomentviokluna 3? aufnehmenden Spate
schwer: und die die Beaktanzwicklung 38 aufnehmenden
Spalte kreuzweise.uohrattiert dargestellt sind. Man sieht
aus Fig. los, daß der Winkel zwischen den magnetischen
Achsen bzw. den Mittellinien der Spnlenhälften der beiden
Wicklungen etwa 66® betrügt. Tu pig, loa ist ein bei
330 laufender notor mit geteilter Wicklung gezeigt,
wobei
die Stellungen der Spulenhälften (mit positiver Erregung)
auch in dem in Figs lob dargestellten Drehmoment-Winkel-
diagramm gezeigt sind, Man sieht, daß sämtliche Spulen-
hälften der Drslumomentwicklung eich näher am
Scheitel
der
befinden. während die Spulen-
hälften des Beaktan$wicklung in der blähe des Drehmomentes
0 liegt. Man sieht somit, daß das von der Vi®klung 37
erzeugte resultierende Drehmoment sowobl: bei positiver
als auch bei negativer Erregung ® ist, während
im wesent-
lichen das gesamte erzeugte Drehmoment von dem Strom.
durch die Wicklung 38 erhalten wird. Der Strom durch
die Wicklung 38 kann ganz unabWengig von dem
durch die
Reaktanxwieklung 37 fließenden Strom variiert werden.
Daher kann der Rotor gemäß Fig. loa stets in einer Stellung
gehalten worden, in der die spulenseiten 4b, 3b, 6b und
lob, 11b, 12b symmetrisch zur Stellung mit dem Dreimnoment
D in Fig. lob angeordnet sind. Dien ist bei dem Roter
gemäß Fig. 8a nicht möglich. Ferner kann der durch die
Wicklung 37 fließende Strom im negativen Sinne vergrößert,
werden, damit der Stator dos V®chselstromgenerators Blind-
strom bis zum maximalen Nennwert abeorbieren kann, ohne
daß irgend eine Änderung der Rotoratellung bezüglich
den
Drehfeldes des Stators eintritt. In diesem Fall sind dien
5
Spuleiaseiten &b, 5b9 6n, und lob, 11b, 12ü aymmetrisoli.
zu der 1.80d Stellung mit den Drehmo®eut U
angeordnet.
Es ist möglich, an Stelle der i8 Trig. 9 gezeigten Wick-
lung den bekannten %vollständig gewickelten Rotor"
(full'-wound roter) zu verwenden, wobei eine der drei
Wicklungen als Reaktanzwicklung und die beiden anderen
als
Drthaomentwicklungen verwendet worden. #Der in dieser Beschrei-
bong verwendete Ausdruok ss'lindriscbeRotor# umfaßt
euch
einen "vollständig gewidkeitenn Rotor.
Die vorstehende Beschreibung befaßt sich in der Haupt-
Bache ODit der Fähigkeit der slaschane, Llindleiatüng
(VAr)
aus einem Energieüb®rtragungesystem zu absorbieren: Die
Erfindung trägt jedoch auch dazu bei, wie bereits erwähnt,
die Stabilität eines Wechseletromgeneratora unter Delastung
zu vergrößern,. Eig. 11 zeigt das Zeigerdiagrimm einer
üblichen Maschine (d.h. einer tlasoRneee'üt rrschend Fig.
8a
gewickelten Rotor). während Fig. 1:2 das Zeigerdiagramm
einer liascnine zeigt, deren Rotor beispielsweise dtatspre-
chend Fig. 9 gewickelt ist.
In den Figuren 11 und 1.2 sind die folgenden Bezeichnungen
verwendeta
et '@ Klemmenspannung des Generators;
e1 - huftspaltapannung des Generators?
1 .. .Ankerstrom;
Al _ - waßnetomotorische Kraft des Ankers (m.m.f.
3
E.id w %eaktenckomponerte der wagnetowotorisahen
Irraft des Ankerst
I%i(; # c4uadratlscho .(Drahwomeat erzeugende) Komponente
der magnotomotoriachen Krart des Ankere j
1t # magnotomotorieche Kraft den Peldstromes bei
normaler Leerlaut®pannungi
I i, - magnetomotorische Kraft des Poldstromeei
Lveerlautepannung den Generatoren, die ohne
SUttigun g der )lesebine von 1f erzeugt werden
@tü@'dt;
1d - ®:yuchrone Reaktauni
xa: _ haaktionsroaktans des Acücers;
x1 - Straarealitann de* Ankerei
ü - Loiestungataktorwizücel;
- kotorwinkei (d.h. Winkel stur
einer gerade synchronisierten ?iaschino) i
a c spulenwimkel i
Ijt mugnatotatcrische Kraft der Leaktanxwicklung Ni
1T .. iiiag.uetomotuz,ibebs Kraft der Drelssiooentwicklun
38;
iTd - i.onponente von I ,r in der ®irckten Aehese i
ITQ - quadratische Lonponente: von I Ti
- Fluß in Luftepalt.
Zur #rlüuterung sei ervühut, daß bei den Grüßen
In den
iluarutmen von Fi6. 11 und 12 die wahren Vektoren
des
Flusspa und der naaneetomotoriuohen Kräfte
reit den Pseudo-
Vektoren der Wuoh»lepamtnng und de* Wechsolstremes kom-
biiaiert sind. ,i en,keino direkten Größen, und
die Zelgerdiagramma veranschaulichen die physikalischen
Winkel zwtsch®n den einzelnen Größen unter Annahme eines
stationKren notors.
In f g. 11 oalt der Statorstrom i des Generators
dar i;loilmonapannung t um den Leistungsfaktorwiak0l
vor. Addiert man zu 9t den Ankerwidoretand ri und den
Veriuetreaktanzabfall zVi, erhält mLui die Luftepalt-
spännung e1. Dioa stellt die SpaununG dar, die von
dem
rluß t1 Im Luftopalt erzeugt wird, -welcher
9l um y0°
voreilt. Lor Fluß 0 ist der Nvttofluß in daui Luftspult
der dure.V einen Feloatrom It (den man aus der Leerlauf-
srittlgu:@; lturve erhält erzeugt wird. Add,art man die
[email protected] kraft Al de Ankers vektoriell zu der
iiagnotomotoriachan Kraft Xt des Voldatrunos,
die in Riclt-
tung der Polaeltss wirkt' so erhält man den Vektur IT der
magnetisierenden mognctomotoxischen Kraft. ßei Vernach-
ldssigung von Sättigwigsoffekten, ist 9l die Leerlaui-
opannur«, die dem Feldstrom 1, (Welcher e1
nm 900 voreilt
eatepricj:.t. 'Der fieaktanzabtall zwLiohen
at und s1 beruht
auf der :;yncnronreaktanz xd, welche die Summe der Recktanzen
=a und acl at. Eine gewisse Änderung der mmgnatozotorl ahen
üräte ist exlordsrlch, um die Wirkung der
beiden Rotor- .
Wicklungen zu berücksichtigen. Die ätellungen und die
Grade dieser in.agastnnrotorisel>< a Kräfte sind in fig.
12
dargestellt,, wobei die Stellung der Dz:ehmonentwcklung
38
1ängo der Lini4 'OH liegt, d.h. um 60° vor ij: Der
Punkt
ergibt eine GrUDe von ITs die man erhält, wenn man Aiq
" von der Flutachse bei D verlängert, bis die Linie O8
bei F geschnitten wird:. Die magnqtonotorische Kraft T T,
addiert zu Aiq, ergibt einen resultierenden Vektor ITd'
der durch den Pfeil 0D dargestellt ist. Addiert man hier-
zu die magnetisierende Komponente der magttetomotorisehen
Kraft Aid des Ank®ra, so ergibt sich eine gesamte Magneti-
sierungskomponentv 0J. Der Vi®klung 3? muß negativer
Strom IR zugeführt worden, damit sich die zur Erzeugung
eines Flusses f nötige elektromotorische Kraft
:It ergibt,
die zufälligerweise in Fig. 12 mit ITd $usaunaenßällt.
Die Resultierende der magnetomotorischen Kräfte des Rotors
ist OC, die in Fig. 11 mit lt zusammenfällt.
Es sei hier zur Erläuterung erwähnt, daß ein Betrieb
mit einem Rotorwimkel von mehr als 90o wichtig sein kann,
um Nutzleistung zu erzeugen und gleichxeitlg soviel Blind-
strom zu absorbieren, wie es erforderlich ist, um
die
Übertragungsspannung auf den gewünschten Vart herabzusetzen.
Es wurde oben erläuterte daß die vorliegende Erfindung
eine bessere Betriebsstabilität bringt, wenn die Maschine
Dlindetrom erzeugt oder absorbiert. Wie aus dem folgenden
klar werden wird, ermöglicht die Erfindung auch eine bessere
Möglichkeit als bisher, die Stabilität der Maschine zu be#
einflusseng wenn sie Nutzleistung erzeugt. Es wurde oben
erklärt, daß b6:1 ainam Dutrieb mit uInan llotorwlüLQi
.@ .
in der !,Jähe von 90® und mluimaler Erregung
die
wurde. - Bei ltoturwinkoln von mehr als 90® ist
es eriorderlicli, irgendeine Rotorkoutrolle vorzusehen,
wobei es jcidoch bei den früherou Maschinen schwierig war,
sowohl deal Itvtorwinkol zu stauurn und die Ausgangeleiatung
zu vorgrüßern. Dies erfordert im wesentlichen eine Ent-
mal;isetieloruug der Maschine, was zu einew geringen Dreh-
moment führt und die ?laechinu instabiler macht.
Gemäg hig. 11 tUhrt eine Vergrößerung der Leistung
zunächst zu einem Zuwache dein RotorwInkels um einen
Letrag3 @ vow Punkt .G zum Punkt L: Lies fWirt zu
einer
Flußdepreasion auf Grund eines Zuwachses der Entmagneti-
sierungshoMponexate von I fd. Nora.aalerweiso ist eine
automatische Spannungaregierwirkeung zur Vergrüßerung der
ma;,eetomotorischen Kraft des Rotors vorgesehen,
uni bei
demselben ßotorwinkel einen neuen stabilen Zustand zu er-
reichen. Der automatische Spannungsregler hat für Rotor-
winkel von mehr als y,5® irgendeine Art von Steuer-
oder
ßegrenzung®vorriohtung für den - Rotorwintcel. Der
neue
stabile Zustand liegt beim Punkt ki. Xan erkennt aus Pig.
11,
daß ein Zuwachs von 1fd eine dem Fluß entgegengerichtete
Komponente hat. Daher tat es bei üblichen Maschinen
immer
nötig, eine Flußdepreasion hinzunehmen, um die. Auegangs-
leistung zu vergrößern, falls der Rotorhinkel größer als
900 ist. Obwohl der automatische Spannungsregler
so ginge-
stellt werden kann, dnß er nach dieser Störung dieselbe
reaktive Absorption beim Punktöl wieder herstellt, wird
ein weiterer Zuwachs von I= eine fortschreitende Depression
den Flusses für größere Rotorwinkel zur Folge haben,
und
die Leistung wächst ans bis gegebenenfalls die Stabilität
-verloren oeh t
in ?# 3 g . l:2 sieht mang daß dis kiohtuag
des Reaktans-
strocuae, (Ih. des Stromes durch die üicklung 37,
des rluß
vntgegengerichtet ists daß jedoch die Richtung den
Stromes
durci) die 1>rohaoaentviolclung nur einen Uinkel von 60o
mit der flußechwingung einschließt: Auch hier bewirkt
ein Leistungsanstieg eins momentane Flußdeprssaion, da
i # i c.h um einen etwas kleineren Winkel von Punkt F
In Vvrwärtarlchtuna zum Punkt L in Fis. 12 bewegt.
Ein
nactifol:Gender Anstieg von I ,r verstärkt jedoch den FluD
der Maschine, da 1T eine Komponente in Richtung des
Flussee f hat. Daher bewirkt ein Watung'suwaehs keine
Fluß#lepression und die Maschine verhielt sich bei Belastung
stabiler.
ala x'lisidstromabeorpbion .kljnrl vergrößert werden,
indem
=R in i:ƒ.-;utiver Richtung vorgrüßert wird, ohne
ßee%ntrüch-
fiigurg cle Dretanokentee, während es bei einem üblichen
Rotor nötig ist:, zuerst Z= u verringern' so daß der
Irotcjr°viaücel in eine neue Stollutig vorrilckt, und dann
frei
St4Y Jungen Uber 900 I@srgzUGeru, un dir kiuetiaclie Ener-.
sie der Rotorbewegung aufzufangen und dasselbe D1
elrnoment "
wie -vorher zu erreichen.. _
: Establishment of a water drum machine.
Never invention relates to electrical machines and. into the-
especially the improvement of the stability of such na-
sdhinen in the delivery of reactive current ( reaative onrrent)
and: their ability to deliver hlindetrom sau.
Furthermore, it should be achieved by the invention that the-
like machines, such as alternators, synchronous
compensators or synchronous motors generate more reactive current
be able to record a line transmission.
The term power transmission system also includes
a direct current line or the associated converter
Rectifying devices.
One of the times when electrical power is transmitted
Problems encountered is the problemre that occurs when
for example a Wsohselstro® generator is used,
to create the voltage in the power transmission system
to discontinue. Usually the size of the rotor current
of the üecheeletromgenerator decreased, so that a waste
of tension in the entire transmission vegetation
will. Under certain circumstances, however, the rotor used to measure
Generation of the same power with a higher rotor
run at an angle. It was found that for the benefit
Generation with the lowest possible rotor vibration
Machine measured with a rotor angle of about 150
(ie that the angle between the magnetic axis
of the rotor and the rotation of the stator is '50).
The machine is then close to the theoretical one
Instability point which occurs at a rotor angle of 9o0
lies. In this state, the rotoretrom is approximately at
half nominal and the machine can not be reactive current
. record up to the maximum nominal value,
A similar problem came up more generally and also in
Regarding Syohrenkoapeneatoren been considered. In order to
an alternating current machine the maximum value of blind
generating power ( reactive power, var ) or the Nazi
amount to
from a performance over-the-counter
eystcm, the magnetic axis of the
Rotere with the instantaneous magnetic axis of the von
Only the rotating field generated by the machine is aligned
be. However, ticketing may be subject to certain conditions
the I: otor does not generate any torque and is (with negative
Li-r-cguug) in an unstable state in which the rotary
womant of the drives of the rotor @ has no counterpart and.
a "pole slipping" occurs: U 'das' vreti-
uiumont to generate that to compensate for the front drive
of the rotor generated three months is required, mu0
the rotor rides a considerable amount with respect to the
Rotating field, and in this condition is the ability
the machine to generate or absorb reactive current,
very substantially reduced. The special one
None of this problem lies in the fact that one rotorwiaklunfich
not at the same time in a state in which they the gsö®-
do reactance effect generated, and be in a state
in which the torque is generated that is required to
maintenance of the rotor position in relation to the rotating field
of the Stat®rs is required.
According to the present invention, an alternating
etrommaschine with a stator winding for the generation
a rotating field4s and a rotor characterized by
a first control device for supplying direct current
to a first winding on the rotor in such a way, measured in.
essentially the entire, the drive torque of the rotor
the balance torque is generated in the rotor, and
a second control unit arranged independently of the first
means for supplying direct current to a second
Winding on the rotor, with the first and second winding
electrically independent of each other and on the rotor
so arranged bind, never measured magnotomechanical when energized
Generate forces around differently directed axes, whereby
the second evacuation is held in a state in
they essentially do not generate any torque on the rotor.
Be this machine designed according to the invention
the main task of the first winding is to
to maintain the machine's duagang performance
to generate the required torque. The second wick
lunß can, however, at a notor's angle at the same time
run from 0 ° or almost 00 (i.e. in a position
in which it generates no torque at all), whereby it ,
causes a maximum reactance defect of the machine.
The current can be supplied to the first Vicklung in this way
be = that the first winding at a constant angle
relative to the rotating field and thus the second winding
the desired rotor angle is kept, the preferred
wise 0 0, but under certain circumstances
can be up to + 10®. The "true" rotor angle
a machine of this type is approximately constant
and at the mean rotor angle of the two winding
gen lying. Because this angle between the windings
can be a maximum of j0 o in the electrical sense, detects
one that the "true" rotor angle is never greater than
450 is: This means @ a substantial improvement
compared to a rotor angle of 750, as it was in earlier,
was common in similarly operating machines. the
second winding can be reactive on the sewing machine
Exercise tax effect that is significantly greater than
that achievable with a single rotor roll.
For example, the second winding can have negative current
be fed without sat the angular position of the rotor
with respect to the rotating field is changed (since this winding
ment is in a position in which there is no torque
generated), and therefore the full reactance effect is the
Machine up to the maximum nominal value of the stator #
Atromes are available for both leading and current currents
for lagging current (caused by overexcitation of the
Zweizan winding with normal positive current obtained
will). At the same time you can see that there are changes
Second winding current supplied to the angular position
of the rotor with respect to the rotating field do not change, so sat
the ability of the machine to generate reactive current or
to absorb, enlarged. is without affecting the stability
the machine is impaired.
It is advantageous to arrange the two windings in such a way that
that each one to maintain the full starting point
power the machine to replace sufficient torque
if one of the Vicklung or its supply fails
falls. In such a case, the ability of
Machine, the reactive current regardless of the power
a expensive, lost, but the machine can still be in
satisfactory tit work to generate matt performance
work.
In an advantageous embodiment, the two are aform
Windings arranged in such a way that when excited they are magneto
m®chanischex generate forces that are mutually and to
Rotor axis are perpendicular. One such arrangement is
advantageous for kasehinen with protruding poles,
(salient pole machines :) because the arrangement is one to the normal
Rotor winding vertical winding in the case of a machine
with wound rotor (wound red aaehine) the attachment
of special-Yol.apalten would ar "chen required that
for machines with cylindrical rotors (cylindrical red
machines) are undesirable. The embodiment of the
finding in which there are windings that
generating other vertical, oagnotomechanical forces is
particularly advantageous for "w certain synchromesh
pensators <, hydroturbine driven interchangeable aluminum generators
and "synchronous motors with a rotor with protruding
Poland. Such machines can in underexcited supply
stand to be operated in order to transfer the voltage
Guncssystemes h erdependent. In this mode of operation
supply the generators and ICoapensators of the system
currents for supplying cable and open-air lines,
where these currents represent the magnetic force absorbed by the load.
exceed eetrom when the load is small. slide
The ability of such machines to absorb hindetrom
ujrde: to increase. when the machine has negative rotor currents
could be supplied. Under the circumstances, it could
Uei IUlichon machines easily a pole slip (pole alipping)
appear. One effect of the invention is @
to reduce the risk of pole slip when the rotor
negative rotor stroke is fed to such machines.
140 The rotor torque is controlled by means of
a first statement, which in the generation of a -
Torques most effective position in the magnetic system
the machine can be arranged with this winding
can be used for this purpose, the: wide winding! a the
Position in which they can most effectively
power of the machine, without turning
moment to generate. In all embodiments of the
lying inventions are the torque behavior and
the liquid ventilation behavior of the machine through completely separate
separated ' windings and control circuits controlled, and thereby.
the control of the machine is generally improved. -nies
is becoming an important application in modern heavy-duty
Transmission systems where large amounts of reactive current
must be absorbed or generated in order to reduce the tension of the
Change transmission systems, the extremely high performance
amounts that are nowadays used by transmission systems
different consumers can be used to
Ordinary danger when the system is out of control
device. One of the advantages of the present invention is
it says that the control * - and the possibility of influencing
speed of such machines is improved, with anyway
at the same time the possibility of using such machines
to influence the voltage of a transmission system,
is also improved.
In a preferred embodiment, the two are
Windings on the rotor at a mutual angle of
less than 90 °, preferably arranged from about the front.
This E.uafülia@ungeforw is particularly suitable for machines
with cylinder rotor ( cylindfical rotes machinta). How later
also arll.uttert is # it is possible to wrap the
To modify the rotor in a relatively simple way,
that the Itutorachltze of common rotors are two separate
Windings instead of the single angle
can record for a long time without affecting the performance of the
Machine is adversely affected. The present
Finding is therefore already important for the amendment
stationary machines as well as in the construction of new ones
Machines applicable.
The size of the through the first and second winding
flowing sliding current could theoretically be done by hand
be controlled. However, such an operation is
not for high voltage power transmission systems
expedient; usually it will be required that
current flowing through the first winding as a function of
from the angle that the magnetic axis of the rotor is in
includes every moment with the rotating field of the stator,
and the currents through the second winding corresponding to one
desired voltage change in the transmission system
to control. Appropriately, therefore, funds are provided
see that on the phase relationship between the rotor
Position and the alternating voltage at the stator lugs
address to the size and polarity of the through the first
Winding to control flowing direct current so that on
a torque is generated in the rotor, which is directed in this way
and is so great that it has a constant phase relation
between the rotor position and the alternating voltage
seeks to maintain the stator terminals. Such
Control that keeps the rotor position constant can be turned off
consist of a comparator, the phase relationship between
the alternating voltage at the stator terminals with that of one
b! eating or master generator, which is driven by the Rotoryelle
driven or coupled to them, generated alternating
voltage compares and one of the phase difference between
DC voltage proportional to these two voltages
generated. This DC voltage can be used on a regular basis
an amplifier and a control circuit are added
are to a correspondingly greater DC to
which is passed through the first Rbtorwickel.
Thus, the Rotorstro® scans as far as the first winding
can be changed according to the torque,
that to maintain the red position regarding the
rotating field generated by the stator is required.
In the same catfish, Nittol can be provided that
on the greetings from the alternating voltage at the stator terminals
respond and generate a dumbbell signal with the same
witness that is proportional to the difference between dead
represents the terminal voltage and a reference voltage, which
for example a manually selected reference voltage
can be a source that corresponds to a
System desired new voltage is selected. This
Control signal can be amplified and used to control a de-
correspondingly larger DC voltage control signals
which changes proportionally and the
second Ulcklung is fed to the machine. Somlt bo.-
(the current flowing through the second winding sits one
Regards! this is calibrated according to one in the transfer date
Changes to the actual savings change. $ s may be the case
Eeinr that dpa tension should be reduced, in which
Second case: the electricity supplied to the Xioklungen is
borrowed negatively, is directed in the same way as usual
New one, a little demagnetization of the machine
causes. As #r the following will be explained in more detail
by using two motor windings, the development
magnetization of the itotore has been avoided when the na-
echine to reduce the tension in the transmission system
is effective, d: L: vom at an L®load angle of
true as g0® the output power is increased.
In the following, the invention has been implemented
explained in more detail on the basis of the drawings.
fig: la and b show schematically a simple
1 ührurgsfos m of the invention ..
Fig. 1c shows the inventive arrangement at
get a ttotor with protruding.
Pia. 2, and 4 are Diagra = s, the mode of action
the device shown in Fig. la and 1b .
licaten.
Zig. j shows schematieah a cumulative external execution
runj; s form of the invention
Pia .-- represents sinw wrapped in common wines
Rotor.
Fig. ' Illustrates a usual concentric
t, winding for Gien rotor according to Fig-. 6th
Fig. Dis- shows schematically the rotor of Pia: G, the
the winding according to FIG. 7 carries.
Fig. 8b shows a graphic adjustment in the
Rotary winding according to forces occurring in i94.
Fig. 9 shows a "" detailed rotor winding for the
Red according to FIG. 6.
Fig. Los shows schematically the Botor of Pia. E @
with the winding according to Fig. 9. -
F'dt, -. praise. inclines in graphical illustration that at
de a rotor according to the forces occurring loosely.
11 and 12 are phasor diagrams showing the effects
tuneeveise the in? 1g. 5 opposing arrangement
It uii d initially on Figures 1 to 4 Hesus
noaimen, which schematically shows the Anc; endun & der Erfixäd
with a sync; hrunlcorpnäator egg lauter, four mm recording
L; [email protected] to $ e.
men of iilindle admission aua einen
arranges-is. . Pig: la shows eia schematically at lo
shown three-phase transmission system with three
Leitungeechi®nen 11 for the three phases. To the
leitungsachifnen a üschselsfomgsnerator 12 is appropriate
which is used as an SFnchsou compensator.
ue machine 7.2 has arranged three in usual orphan *
The stator windings are shown schematically at 13, 14 and 1
turd are shown with one supply line each
3.1 verbiuideu are: On the rotor 16 is a
first winding 1 ?, which is toned by a suitable pair
slip rings 19 is supplied. Furthermore is rieh
to the. Rotor has a winding 1B perpendicular to it, which continues
cutten is explained in more detail. It is now on PiB. lb
Reference is made to the schematic of a conventional wound
Represents rotor (wound red). The rotor 16 has
lche l.otdr@apz: lte 22 and 23, which are the coil sides
(caßl sides) of the winding 17 wear. Are also at
23 and 24 further pole gaps with atrialized lines:
hails, which will start the cradle 18. looks blue,
daF3 is the magnetic axis of the winding in the
s columns 22 # 2j generated magnetic field on the drawing
is directed upwards, while the axis of a field,
generated by a winding in columns 24 and 25
will run parallel to the upper edge = the drawing
was, you can tell on the oh ugly ALifiitlirlYEi $ n that the
Attachment of 1iesotider, i1 air gaps 211 and 2.5 unexpectedly
Is tx if the machine has a large Ausgarz i ; sleis, tziriliab: an
a®131. Too is generally undesirable, the amount of iron
.decrease in each machine . Since the final
The Hauchine is never defined as the ratio of the
required to generate the normal no-load voltage
lichen gotoratromea to the Botorstrow, in short-term
closed stator cleromas to generate the nominal stator
etromen is required . Closely depends on the amount of iron
in the magnetic circuits of the machine and the current
resilience of the ßatorooiaklungen. The lower that
Kurzsahlußverh # fltn3a is, the less one is in the
@jasschina and / or the more the windings are chilled,
whereby the initial blind rental (hVAr output) for a
given weight of iron and copper is increased ..
A machine with a small short circuit ratio
runs with a given kw /! lYAr # Aurgang with a large
ßeren: rotor angle and has a bosehränktos Vermügonp for-
to generate hurried blind integration (MVAr) compared to
a machine with a larger short circuit capacity.
It is therefore more prone to instability. Trap one
ktascbine with protruding poles instead of the one shown in Fig.
la and 1b shown machine with cylindrical red
is used, the one in gig. 1c shown * rotor
be used. ' Iaierboi is the Rot®rmü L of a number
provided by protruding poles 26 , on which a main
rotor winding 17 arranged Igt. The winding 18 is
tetyldet by tearing the terminals of the pole-face-indwelling coils
or AmoZ'tZ3Buro 27 connected to each other wartlflil '
It is now referred to .die, Figures 2, -1 and 4 $ Qnosunsnr
around the effect of the system shown in Fig
zu grllKuterm., PigP '2 shows the m®echiua. by rig. la
when using @ Autntdame from HYAr the transfer #
ßyatem .1o. La aai zur Erltäuteru.g Owned that a change: -
Strontgeenorator in principle egg, rotating magnet inside
a stationary winding . The btrunr that is in the
: Stator winding i'ließt @ when the alternator on
the bbertragurgeeystem 1o is connected, builds in the
@rtator eixa uuaginutteohoi system on. never magnetic: axis
3 dee gtatora coincides with the magnetic one in Nuxi-Laat
Axis of the Rotere Tueameaen Land remains behind the Rotorachee
xut @: ck, 'aiuc der cincratos' performance ore i , jt. The rotor
vix-LTEL is the bet Leiatungeerzeu, clothes normally
two U and 90s, depending on the torque used by the
Research develops electrical power and the
! t trt0 de: x alegnettechsn & ysten.ca. .: ig. 2 shows that .
with # saetIsche iyeten dercc @ aalatrc @ aamo.schiare, if none
erzeui; to lead or motivation. is available,
whereby. from the Stutoieklung ..8 (which the windings 139
l4, 1r ) jI.etet) I3liadetrom auii; ciiov: ree! ra will, who in the vinne
one @lr; ctle addressed to the management, is. In an
ta-i $ I @ stubborn-iriuo ignition one in front of their Iseisturu (; driven
t @ ei @ eeht @ troiuge'ncit @ ator precede nu3 'and in this
uttand iot the generator underexcited. Uwe means dwß
the PoturetroA smaller dead than the current that is generating
de .r normal C meruttorep * "ung required dead # if the
The generator is running when the main atomic switch is open.
The one on the ladder of the rotor, which read the main river
Generator * are / are indicated by the small arrows
@kendea frätie
shown.
- Serves balanced each other out and do not generate any
resulting ȟretusoment. F sharp. 3 shows the effects
the losses in the generator and the turbines will ha
a small loss angle of about 20 with no-load excitation
generated, which increases to 30 or more, = when the rotor
mrom is reduced to ü. The liaiipt flow of the generator
ur zeuut on the ladder of the rotor wr.,: eiide forces X as
permanent. These forces don't balance
As shown, scia << iern generate a small torque T.
with the Notoretrvm 0 the generator is powered by the stator current
in the same way as haste anduktioiteiaatur-masnetisiert.
üeiiii the toturatrum den -Getxerators dwua lia negative sense
before &# üüert is generated, the small Itotor angle rushes up
the aotor acting Polaohluprdrebenoment, which causes
because the rotor is moved back to the next pulse (by one
Phsaenwiitkel from 1800, legs Detriebeweiae, närlicla die
..urna " ® from Dlindetrom, changes and the generator voltage
veratUrkt. Trap the Vorluatiaoaew from someone else
liicklun ;; up dei: i rotor is generated in some
Angle of g0 e rit the main rotor winding 17 etehts ... 4,
the Eauptrotoswickiung in a position; nti t the torque
0 gobracixt uxxd to be borrowed there. Ea can then that
Rotor one negative excitation are fed into
Meaning of a Demmsgnetielwrun $ the generator acts :.
Lies has the effect that more Statorblindetro® in the
Generator is sucked to this negative rotor excitation
to borrow. By these means, the alternating current
generator , continued nominal stator
to absorb even if the rotor is negatively excited.
4 shows how the torque loss acts on the winding 18
transmitted so that the polarity of the main rotor
Winding can be reversed without any torque
which would lead to pole slip is generated. Man
looks like k @ ige k, that from. the Wicklux g 18 produced
Torque brings the rotor back to such a position
that the 1: jauP development 17 is at an angle of 0 °
in fiezug sui: the gate field is located. In this condition
the total dreta moment will be used to compensate for the losses
required int in the haschine , from winding 18
begets while the; Control over the. from the stator
drawn Ulindstrom average of winding 1? upright
is obtained. Nan realizes that the hicklLUig 18 in the
in F g. Columns 24 and 2y shown in l is arranged .
I, ie the arrangement shown in Fig. La has a control device
ricutung 2o for the drolunometwiculung, which over
ei yne te 19 of WieUung 1ö Gicelehstron to-
leads according to the zuin @iu f; .ioi.cl @ of the Vurluate
ztrl.ici @ s @@ x I) x-etaezeoment, Lind fornci: olne;, L: iwv.) rrlctetiiug 21
for Al @@ riiS @ taztaialt, l @@ eii @ vli) e ° @ let '; 1 @:) ... 1:!: il, l.') t) Hl. t @ r @ z1
ode4agativen -Stron zurt, depending on whether the reactive current
is to be taken up or released by the system 1o. O
never functions of the two Vicklungon are completely separate.
The reactive winding produces essentially no rotational
.Moment and thus affects not Red loading position
plus the rotating field of the stator. 91e thus influences
nor the stability of the machine. never is exactly
for the Peaktans-Kontroilwieklupg eeinee3 1: otors, who at.
an engine angle of 0 0 runs e In practice it is
not required] rotor exactly 11e3. -This uncle too
operate, and it is wrong intßglicii, .ihn at + le or still
-
larger-angles run to gsaaaen: lii ri3eesem case has
eliee wie ' , luug 17 a certain real era; on that of the
Yaschinee eer p # ,. eugte ürehmoacent; this can lead to an un-
wish to reduce the efficacy of the aeration
of the torque development, when the Haachine
» Kanri is, however, generating to control the position of the notor
in the event of a heavy load .
A simple version of the
Er-fi »eiui: p described, applied to a machine with
Ievrttiogonalen " windings. The " Brfinchnig can, however, all: -
geaielner also with a rotor with enev "@eteellen Wck-
hung ant-; eiaeaideet wordeu "in which, as before, in an equal
cnen .Type number: from Iotnrspzltezt Spulenhälftott (c 01.1. eldea)
housed wobul judOch 1110 9111z130 Rra tDt # wr _, -
Jung iii uwei gut; r-niititu AbautinItte iintartf: ilt L.a_ tiie 11i11
. genniustu orate 11.u11. @ voltv11cz> .lutt @ blln. @ 1.:> trkx.t
of the two AboChuittk i4t yes xeoontäichen the same as
bascliriehea above, but the analysis is off so that a
allowed lIadöhine to be more complicated.
Flg. 5 d the following pigur parts teach the technique
the "shared Vipklung". in fit ;. 5 is like above one
irtun; sabertraagsaa @ rete @ r with Zuieittauessatienen 1 1
Made: To WeloÜo the stator windings 139 1 4 and 15
c, 1a $ etikxse @ lotromgtettors 12 ar4; escttl.nesen: are. Of the.
Rüttir 16 of the Seneratortr carries windings 37 and 38r the
zue larmder ia a vinkal of about G (fu futieorcütet.
Vie the windings are arranged on the rotor Bind, we dt
aNAtür 1 ) eaei; rieven. , 'Dia Wicksimg 38 becomes: as above, professional
de $: 'totte: #usG 4m i Ü r the lrouttnmeasttsriclausi, @ controlled
utiti the winding 37 from the controller # 1 for the
i; ec @ tnrzswialclur ;: Ff g. also shows oinc control car-
rieat twie to the regular tare ;; the Orö09 -, ad direction of the through
dict 1% plaixwäckltttWwn flowing currents. who aotorwelle 42,
dis is driven in front of the 'Uirbinc 41 , wears a healing
or hui teenairator # 4, whose. Ause g xkle n mwn by the
Leit tlitr, at 45 times an entrance ae prei; #Uasenkoaperators
46 connected bind. The diet parater 46 is also fron the
i, eitusr;: eit 47 vereorat, the `au die Sam.eiacitienen 11 narrowly
since oaae i unite. The Phaaeakosperirtor 44 is an ItQlie-
higux Kuaperator of well-known Lauart no that suitable
is, in vain isolation 48 to a DC voltage
produce, the size of which is proportional to the Phaeendiffer-
Run between the AC voltage on the busbars 11
and the weekly voltage generated by the generator 44.
It is obvious that the current phase is the generator
44 of the position of the
Rotor 16 of the machine 12 depends. Any difference between
the position of the rotor 12 and that in the stator windings
13, 14 and 15, the threat generated is
appropriate phase ditter between the signals in the lines
45 and 47. The phase compressor 46
generates an equal voltage output signal in line 48,
which is amplified by an amplifier 49 and: the rotary
moment winding control 4o is supplied. This tax
device only serves to transfer the direct current signal to a
soiclien value to amplify that it is in the rotor winding 38
the machine 12 can be incorporated. It's obvious-
that the signal generated by the comparator is normal
wise on the order of a few milliamps,
while the torque winding has a current of several
Customization may require. The control device 4o can be
moderately any suitable equatorial
have stronger, for example an Amplidyn, a mag-
netic amplifier arrangement or a Thyrietor-Rogelkreie.
The training of this amplifier is not essential for
the present invention, and many forms of training
of a suitable amplifier are available in the heavy current
technology-savvy pachmann available.
The control circuit just described acts so that the
Size of the current passed through the first variable 38
grows! if the angle between that generated by the stator
Field and the magnetic axis of the rotor increases.
The inputs of an auto-
matic voltage regulator 5o connected. Also this one
is a device known to those skilled in the art. She is present
to see the voltage between the busbars
voltage (ie the terminal voltage of the stator) according to a suitable
Rectification compared to a DC voltage that
for example from a-haad-operated ,, from an equal
Epannungequslle 52 supplied Potentioneter- 51 tapped
is, and in an output line 53 a DC voltage
signal to generate its magnitude and polarity of the difference
between the amplitudes of the mains voltage and the potential
tiometor 51 corresponds to the reference voltage set. the
Voltage in line 53 is generated by an amplifier 5
amplified and the control device 41 for the reactance
Winding or second winding fed. Since this tax
device may have both positive and negative
tive currents must be generated under certain circumstances is something
more complicated device than the control device: 4o
necessary. However, this device also produces in
same way a direct current output, its size
proportional to the size of the signal in line 53:
The polarity of the Gleiohstroa output from the control
Device 4 is positive or negative, depending on the
whether the system voltage is above or below the Im Komperstor
5o used reference signal is. Accordingly, will
the Reaktanswichlung 18 supplied with a Strotz, whose
The size and direction are such that the stator has a
Reactive current with a leading or delayed
Leistun , # , afaktor delivers.
The training of the rotor is now on Bond der Piguren
7, B. 9 and 10 discussed. Yig. 6 shows in schematic
table form a sylindrisahon rotor 16 with pole gaps
la to 6a, each taking up one side of each coil,
and columns 7a to 12a, each the other side of the
Pick up bobbins. F sharp. 7 = is a normal concentrated
fresh rotor winding from the loop rings 19a
is supplied; where the reference symbols lb to 12b
mean those coil halves that are in the corresponding
Columns 1s. to 12a are accommodated. In Fig. 8a is
the rotor of Fig. d goseigt, "which the winding according to
F sharp. 7 wears. An angle is written on each gap
teeng the meaning of which is explained in the following. if
the rotor of the machine is at a high angle
det or the output power of the machine
end up has power factor, it will -that over the Luttopalt
and the stator through the red magnetic field
by the magnetomotoräeoheu forces the stator and not
held in shape by the rotor. It is
take the field of the generator: in a fora
is kept constant, regardless of the rotor flow
or the rotor angle and it is assumed that each
Change of these two sizes a change d! # Roter-
drehmomeutea and a change in the blind storm component
the stator causes whether that the form: of the magnetic field
is retained. Under these conditions the
Effect the Iiotoratromen on the fiaschina in the following
'be viewed wisely. The one across the machine
running magnatiachon airlines can be within the
Machine as of uniform density and in the air gap
old to be considered sinusoidal. When a coil
depending on their position in the field of the stator
carries the same current, the-travel on the
Forces always in the same direction with respect to the
River and bind of the same size. However, if the
the two: halves of a coil containing plane transverse to the
The stator field is located on the two halves of the coil
the forces exerted are equal and opposed to each other
and therefore do not generate any torque. This was how-
Urierlicli, also clearly shown in FIG. 2 described above.
However, if the level of the. both reel halls in direction
processing the magnetic field produced by Constant is located, is
a twisting moment is generated. The torque is general
proportional to the sine of the coil angle a Orc
the coil from its position perpendicular to the stator flux
is unscrewed with the torque D. In Fig. 8b
is a typical torque angle diagram for the
The rotor shown in FIG. 8a. The curve 8o is a sine
curve and indicates the magnitude of the torque on a
Coil side on, at applied against the angle that the
Plane of the considered coil with the aohee of the stator
flueaee includes. The crosses on curve 8a
speak of the torque # of the individual coils
of the itotor of Fig. Ba is generated when the rotor with
a typical angle of 660 to the rotating field. In
of this figure (and inAfig. lob) the numbers are everyone
individual spool halves at the corresponding crosses
ang, oechritten, which gives you the position of each individual coil
half on the torque -Winkolkusws becomes clear.
The direction of the rotating field in each moment is through
indicated by the arrow in Fig. 8a. > Inn recognizes from Fig.
8b that all coil halves in Pig. Ba a certain turning
generate moment. Figure 9 shows a pair of windings
for the rotor of fig. 6, the so arranged bind, daD
the effect of a "split winding" is achieved,
that is, the red is divided into two separate parts
is. never windings are in pia. go shown in more detail,
where the the torque viokluna 3? receiving spade
heavy: and those taking up the actance winding 38
Columns are shown cross-shaded. One sees
from Fig. Los that the angle between the magnetic
Axes or the center lines of the spindle halves of the two
Windings about 66® cheats. Tu pig, loa is a with
330 running notor shown with split winding, with
the positions of the coil halves (with positive excitation)
also in the torque angle shown in Figs.
diagram, it can be seen that all coil
halves of the twisting moment are closer to the vertex
the
are located. while the coil
halves of the beaktan winding in the area of the torque
0 lies. You can see that the Vi®klung 37
generated resulting torque anyway: with positive
as well as with negative excitation ® , while essentially
lichen all of the torque generated by the current.
is obtained by winding 38. The current through
the winding 38 can be completely independent of that by the
Reaktanxwieklung 37 flowing current can be varied.
Therefore, the rotor according to FIG. 10a can always be in one position
been held in which the coil sides 4b, 3b, 6b and
lob, 11b, 12b symmetrical to the position with the three-moment
D in Fig. Lob are arranged. Dien is with the red
not possible according to FIG. 8a. Furthermore, the
Winding 37 enlarged current flowing in the negative sense ,
so that the stator of the V®chselstromgenerators reactive
can absorb current up to the maximum nominal value without
that any change in the rotor position with respect to the
The rotating field of the stator occurs. In this case you are
5
Spuleiaseiten & b, 5b9 6n, and lob, 11b, 12ü a ymm etrisoli.
to the 1.80d position with the torque U arranged.
It is possible to replace the i8 Trig. 9 shown Wick-
development the well-known% fully wound rotor "
(full'-wound red), one of the three
Windings as reactan winding and the other two as
Drtha developments have been used. #The one in this description
bong used expression ss'lindriscbeRotor # includes you
a "fully dedicated rotor".
The above description deals in the main
Bache ODit the ability of slasch an e, Llindleiatüng (VAr)
to absorb from an energy transfer system: The
However, the invention also contributes, as already mentioned,
the stability of an alternating current generator under load
to enlarge. Prop. 11 shows the phasor diagram of a
usual machine (ie a tlasoRneee'üt rrschend Fig. 8a
wound rotor). while Fig. 1: 2 shows the phasor diagram
shows a liascnine, the rotor of which, for example, dtatspre-
accordingly Fig. 9 is wound.
The following designations are used in FIGS. 11 and 1.2
useda
et '@ terminal voltage of the generator;
e1 - hip gap tension of the generator?
1 ... armature current;
Al _ - water motor force of the armature (mmf 3
E.id w % eaktenckomponerte der Vagnetowotorisahen
Irraft of the anchor
I% i (; # c4uadratlscho. (Drahwomeat generating) component
the magnotomotoriachen Krart of the anchor j
1t # magnotomotoric force contributes to the field current
normal idle voltage i
I i, - magnetomotive force of the Poldstromei
Lveerlautepspannung the generators without
Satisfaction of the reading bar of 1f can be generated
@ tü @ 'dt;
1d - ®: yuchrone Reakta un i
xa: _ haaktionsroaktans des A cücers;
x1 - Straarealitann de * Ankerei
ü - Loiestungataktorwizücel;
- kotorwinkei (i.e. angle stubborn
a just synchronized? iaschino) i
a c bobbin winding i
Ijt mugnatotatcrische force of the leakage development Ni
1T .. iiiag.uetomotuz, ibebs Kraft der Drelssiooentwicklun 38;
iTd - i component of I, r in the back proposition i
ITQ - quadratic lonponent: from I Ti
- River in the air gap.
For the purpose of clarification, it should be noted that with the greetings in the
iluaru tm en by Fi6. 11 and 12 are the true vectors of the
Flusspa and the naaneetomotoriuohen forces riding the pseudo-
Vectors of Wuoh »lepamtnng and de * alternating extremes com-
are biiaiert. , i en, no direct quantities, and
the Zelgerdiagrams illustrate the physical ones
Angle between the individual sizes assuming a
stationKren notors.
In f g. 11 oalt is the stator current i of the generator
dar i; loilmona voltage t by the power factor wiak0l
before. If we add the anchor ri and den to 9t
Veriuetreaktanzabfall zVi, mLui receives the air gap
voltage e1. Dioa represents the spaunu nG that the
soot t1 is produced in the air opaque, -which 9l by y0 °
rushes. Lor flow 0 is the NVTTO flow in dahi air coil
the dure.V a Feloatrom It (which can be derived from the idle
srittlgu: @; lturve is generated. Add, kind of that
[email protected] Kraft Al de Ankers vectorial to the
iiagnotomotoriachan Kraft Xt des Voldatrunos, which in Riclt-
If the Polaeltss acts' then one obtains the vector IT of
magnetizing mognctomotoxic force. if neglected
liquidation of saturation effects, 9l is the void
opannur « , which leads the field current 1, ( which leads e1 nm 900
eatepricj: .t. 'The fieaktanzaball between lines at and s1 is based
on the:; yncnronreaktanz xd, which is the sum of the reactances
= a and acl at. Some change in mmgnatozotorl ahen
ürät is exlordsrlch to the effect of the two rotor .
Windings to be considered. The etellings and the
Degrees of these in.agastnnrotorisel><a forces are shown in fig. 12th
shown ,, with the position of the Dz: ehmonentwcklung 38
1ängo the Lini4 'OH lies, ie 60 ° in front of ij: the point
gives a size of ITs that you get when you use Aiq
"is extended from the flood axis at D until line O8
at F is cut :. The magnetomotive force TT,
added to Aiq, gives a resulting vector ITd '
which is represented by the arrow 0D. If you add here-
to see the magnetizing component of the magneto motor
Kraft Aid des Ank®ra, this results in a total magnetic
sization component v 0J. The Vi®klung 3? must be more negative
Electricity IR has been supplied so that it can be used for generation
of a river f necessary electromotive force : It yields
which coincidentally coincides with ITd $ in Fig. 12.
The resultant of the magnetomotive forces of the rotor
is OC, which coincides with lt in FIG. 11.
It should be mentioned here for explanation that an operation
with a rotor angle of more than 90o can be important,
to generate useful power and at the same time so much reactive
to absorb electricity as it is required to run the
Reduce the transmission voltage to the desired Vart.
It has been explained above that the present invention
brings better operational stability when the machine
Dlindetrom creates or absorbs. As from the following
will become clear, the invention also enables a better one
Possibility than before to improve the stability of the machine
influential when it generates useful power. It got up
declares that b6: 1 ainam Duttrieb with uInan llotorwlüLQi . @.
in the !, sudden 90® and mluimal excitement die
became. - If ltoturwinkoln is more than 90®
it is imperative to provide some kind of rotor-out roll,
although it was difficult with the earlier machines
both deal Itvtorwinkol to stauurn and the exiteleiatung
to greet. This essentially requires a development
times; isetieloruug of the machine, resulting in a low rotational
moment leads and makes the? laechinu more unstable.
Easy. 11 does an increase in performance
first to a guard your rotor angle by one
Letrag3 @ vow point .G to point L: Read fWirt to one
Flux depletion due to an increase in the demagnetism
ration hoMponexate by I fd. Nora.aalerweiso is one
automatic tension control effect to increase the
ma ;, e etomotor force of the rotor provided, uni at
the same ßotorwinkel to achieve a new stable state
are sufficient. The automatic voltage regulator has for rotor
angles of more than y, 5® some kind of control or
ßlimitation® device for the - Rotorwintcel. The new
stable state is at point ki. Xan recognizes Pig. 11
that an increase of 1fd is contrary to the flow
Component has. So it always did with common machines
necessary to accept a river depression in order to reduce the. Initial
power to increase if the rotor angle is greater than
900 is. Although the automatic voltage regulator went like this
can be established that after this disturbance he does the same
restores reactive absorption in point oil
a further increase in I = a progressive depression
result in the flux for larger rotor angles , and
the performance grows until the stability if necessary
- lost anyway
in ? # 3 g. l: 2 sees that dis kiohtuag of the reactant
strocuae, (Ih. of the current through the winding 37, of the soot
The opposite is true, however, of the direction of the current
durci) the 1> raw hair devolatilization only an angle of 60o
with the flux oscillation includes: Also here causes
an increase in power an instantaneous flow depression, there
i # i ch at a slightly smaller angle from point F.
In Vvrwartarlchtuna to point L in F sharp. 12 moves. A
nactifol: Gender increase from I, but r increases the fluD
of the machine, since 1T is a component in the direction of the
Flussee f has. Therefore, a watung'suwaeh does nothing
Flow # lepression and the machine behaved under load
more stable.
ala x'lisidstromabeorpbion .k ljnrl can be enlarged by
= R in i: ƒ .-; utiver direction is greeted without ßee% ntrüch-
fiigurg cle Dretanokentee while it is at a usual
Rotor is necessary: 'first reduce Z = u' so that the
Irotcjr ° viaücel advances into a new cleat, and then free
St4Y boys over 900 I @ srgzUGeru, un dir kiuetiaclie ener-.
to absorb them from the rotor movement and to achieve the same torque "
how to reach before .. _