DE1006059B

DE1006059B - Self-excited alternating current synchronous generator

Info

Publication number: DE1006059B
Application number: DEB38424A
Authority: DE
Inventors: Arthur Hemborough Maggs
Original assignee: British Thomson Houston Co Ltd
Current assignee: British Thomson Houston Co Ltd
Priority date: 1954-12-23
Filing date: 1955-12-22
Publication date: 1957-04-11
Also published as: FR1142446A

Description

Selbsterregter Wechselstromsynchrongenerator Die Erfindung bezieht sich auf dynamoelektrische Maschinen und insbesondere auf synchronlaufende Wechselstrommaschinen mit rotierendem Anker.Self-excited alternating current synchronous generator The invention relates to dynamo-electric machines and especially synchronous AC machines with rotating armature.

Es ist eine selbsterregte synchronlaufende Wechselstrom-Dynamomaschine bekannt, die einen in einem stationären Feldsystem drehbaren Anker aufweist. Der Anker trägt eine Wechselstromhauptwicklung, die mit Schleifringen verbunden ist, von denen der Ausgangsstrom erhalten wird. Ferner ist eine Wicklung von kleineren Abmessungen mit einem Kommutator verbunden, von dem ein Gleichstrom zur Speisung einer Hauptfeldwicklung in dem Magnetfeldsystem erhalten wird. Das Magnetfeldsystem besitzt außerdem eine zusätzliche Kompensationswicklung, die gegenüber der Hauptfeldwicklung elektrisch einen rechten Winkel bildet und ständig in Reihe mit der Gleichstromwicklung auf dem Anker geschaltet ist, so daß sie magnetisch der Ankerrückwirkung entgegenwirkt, wenn sich die Gleichstrombürsten in der neutralen Stellung befinden. Hierdurch wird die Maschine in den Stand gesetzt, praktisch das optimale Drehmoment zu leisten, wenn sie als Motor benutzt wird.It is a self-excited synchronous alternating current dynamo machine known which has an armature rotatable in a stationary field system. Of the Armature carries an alternating current main winding, which is connected to slip rings, from which the output current is obtained. Furthermore, a winding is of smaller size Dimensions associated with a commutator, from which a direct current is supplied a main field winding in the magnetic field system is obtained. The magnetic field system also has an additional compensation winding, which is opposite to the main field winding electrically forms a right angle and is always in series with the DC winding is connected to the armature so that it magnetically counteracts the armature reaction, when the DC brushes are in the neutral position. This will put the machine in a position to provide practically the optimum torque, when used as a motor.

Bei einer selbsterregten Wechselstromsynchronmaschine, die ein System von ausgeprägten Polen und eine zusätzliche Wicklung auf dem Anker aufweist, die mit einem Kommutator verbunden ist, von welchem Gleichstrom zur Selbsterregung abgenommen wird, ist es bekannt, einen weiteren Satz von Bürsten vorzusehen, der mit einem Wicklungssystem verbunden ist, das koaxial zu der Hauptwicklung liegt, wobei die Achse der zusätzlichen Bürsten elektrisch im rechten Winkel zu der Achse der Hauptbürsten steht.In the case of a self-excited AC synchronous machine that has a system of salient poles and an additional winding on the armature, which is connected to a commutator, from which direct current is taken for self-excitation it is known to provide another set of brushes that is associated with a Winding system is connected, which is coaxial with the main winding, the Axis of the auxiliary brushes electrically at right angles to the axis of the main brushes stands.

Der Zweck dieses weiteren Satzes von Bürsten und Feldwicklungen ist, die Maschine für Lasten mit dem Leistungsfaktor Eins oder einem hohen Leistungsfaktor mit einer Compound-Spannungscharakteristik auszustatten. Die Verwendung eines Hilfssystems von Bürsten und Feldwicklungen stellt eine Alternative gegenüber der ebenfalls bekannten Anordnung dar, bei der man den Bürsten eine beträchtliche Verschiebung im Uhrzeigersinn gegenüber der neutralen Stellung in einer Maschine ohne Hilfsbürsten erteilt, wodurch eine fast identische Wirkung erzielt werden kann. Die Methode der Bürstenverschiebung zum Zwecke des Compoundierens ist jedoch bei einer Maschine mit rotierendem Anker weniger geeignet als die Methode der Verwendung von Hilfsbürsten, wenn gleichzeitig verlangt wird, daß die Maschine auch als Motor zum Anlassen einer Maschine dienen soll, die die erstere anschließend antreiben soll.The purpose of this further set of brushes and field windings is the machine for unity or high power factor loads to equip with a compound tension characteristic. The use of an auxiliary system of brushes and field windings represents an alternative to the well-known one Arrangement in which you give the brushes a considerable clockwise displacement compared to the neutral position issued in a machine without auxiliary brushes, whereby an almost identical effect can be achieved. The method of brush displacement however, for compounding purposes, a rotating armature machine less suitable than the method of using auxiliary brushes when at the same time it is required that the machine also serve as a motor for starting a machine which is supposed to drive the former afterwards.

Es sei nun auf Maschinen eingegangen, die mit Hilfsbürsten und zugeordneten Feldwicklungen ausgestattet sind. Die Bürstenanordnung ist normal eingestellt, so daß die Hauptbürsten in der Neutralachse und die Hilfsbürsten elektrisch um 90° versetzt stehen. Die zusätzliche Feldwicklung ist mit den Hilfsbürsten verbunden, so daß die Amperewindungen des Hilfsfeldes den Amperewindungen der Hilfswicklung auf dem Anker entgegengesetzt und wesentlich stärker als diese sind. Dies ist für jede Drehrichtung ohne Vertauschung der Verbindungsleitungen der Fall.It will now be dealt with machines with auxiliary brushes and associated Field windings are equipped. The brush arrangement is set normally, like this that the main brushes in the neutral axis and the auxiliary brushes electrically through 90 ° stand offset. The additional field winding is connected to the auxiliary brushes, so that the ampere turns of the auxiliary field match the ampere turns of the auxiliary winding on the anchor opposite and much stronger than these are. This is for any direction of rotation is possible without interchanging the connecting lines.

Der Hilfskreis funktioniert wie folgt: Bei Leerlauf ist die zwischen den Hilfsbürsten erzeugte elektromotorische Kraft sehr klein oder Null, und daher fließt wenig oder kein Strom in der Hilfsfeldwicklung. Wenn dagegen ein Wechselstrom bei hohem Leistungsfaktor in der Hauptwicklung des Ankers fließt, so ist die magnetomotorische Kraft oder »Ankerrückwirkung«, elektrisch gesehen, im rechten Winkel zu der magnetomotorischen Kraft des Hauptfeldes wirksam, und ihre Richtung ist derartig, daß die resultierende magnetomotorische Kraft ein Feld längs einer Achse erzeugt, welche in der Richtung der Rotation von der Hauptfeldachse weg geneigt ist. Die senkrecht zu der Hauptfeldachse stehende Komponente dieses Feldes erzeugt eine elektromotorische Spannung, die an den Hilfsbürsten auftritt und einen Stromfluß in der Hilfsfeldwicklung hervorruft, der die Amperewicklungen des Hauptfeldes unterstützt und die Komponente des Hauptfeldes und die erzeugte Wechselspannung zu vergrößern sucht. Wenn der Leistungsfaktor des Wechselstromes in einem nacheilenden Sinne abnimmt, so ändert die magnetomotorische Kraft des Ankers ihre Richtung gegenüber der magnetomotorischen Kraft des Hauptfeldes, bis sie bei dem Leistungsfaktor Null dem Hauptfeld entgegenwirkt. Daher erscheint bei einem Leistungsfaktor Null keine elektromotorische Kraft an den Hilfsbürsten, und es besteht daher auch kein compoundierender Effekt.The auxiliary circuit works as follows: When idling, it is between electromotive force generated by the auxiliary brushes is very small or zero, and therefore Little or no current flows in the auxiliary field winding. If, on the other hand, an alternating current If the power factor flows in the main winding of the armature, then it is the magnetomotive Force or "armature reaction", seen from an electrical point of view, at right angles to the magnetomotive force Force of the main field effective, and its direction is such that the resulting magnetomotive force creates a field along an axis running in the direction the rotation is inclined away from the main field axis. The one perpendicular to the main field axis standing component of this field generates an electromotive voltage that is applied to occurs with the auxiliary brushes and causes a current to flow in the auxiliary field winding, which supports the ampere windings of the main field and the component of the main field and seeks to increase the generated alternating voltage. If the Power factor of the alternating current decreases in a trailing sense, the magnetomotive changes Force of the armature its direction in relation to the magnetomotive force of the main field, until it counteracts the main field at a power factor of zero. Hence appears with a power factor of zero, no electromotive force on the auxiliary brushes, and there is therefore no compounding effect either.

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Wechselstromsynchronmaschine mit selbsterregtem rotierenden Anker anzugeben, die von vornherein stabile Spannungscharakteristiken hat, die bei Lasten mit hohem Leistungsfaktor oder Leistungsfaktor Eins compoundiert sind, und bei der bei jeder Last eine Spannungseinstellung über einen begrenzten Bereich möglich ist. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung besteht darin, die Maschine in den Stand zu setzen, die Kraftmaschine, die nachfolgend als Antrieb dient, anzulassen und die Batterie, von der der Anlaßstrom erhalten wird, aufzuladen, wenn diese zusätzlichen Anwendungsmöglichkeiten verlangt werden.The object of the present invention is now an AC synchronous machine with a self-excited rotating armature to indicate the voltage characteristics that are stable from the outset compounded at high power factor or unity power factor loads are, and at each load a voltage setting over a limited Area is possible. Another object of the invention is the machine to put in the state to start the engine, which subsequently serves as a drive and to charge the battery from which the starting current is obtained, if these additional ones Applications are required.

Die erfindungsgemäße Weiterbildung einer selbsterregten Wechselstromsynchronmaschine mit Drehanker ist dadurch gekennzeichnet, daß die vielpolige Hauptfeldwicklung eine verteilte Wicklung ist und aus konzentrischen Spulen besteht, wobei die Spulen eines jeden Poles in wenigstens zwei Gruppen angeordnet sind, von denen die äußere oder mit größerer Steigung gewickelte Spule oder Spulen den ganzen Polbogen oder einen Teil desselben magnetisiert, während die innere Gruppe bzw. diejenige von kleinerer Steigung einen begrenzten koaxialen Teil des Polbogens magnetisiert, nämlich denjenigen Teil, der von der äußersten Spule der inneren Gruppe umfaßt wird. Sie ist weiter dadurch gekennzeichnet, daß die magnetomotorische Kraft der inneren Gruppe hinreichend groß gemacht ist, um eine magnetische Sättigung der Ankerkerne oder Zähne aufrechtzuerhalten, die innerhalb des Teiles des Polbogens liegen, der von der äußersten Spule der inneren Gruppe umfaßt wird, und zwar unter allen normalen Bedingungen der Ankerbelastung. Ferner ist die magnetmotorische Kraft der äußeren Gruppe über einen weiten Bereich einstellbar gemacht, um eine Regelung des Magnetisierungsgrades des von der äußeren Gruppe, aber nicht von der inneren Gruppe umfaßten Teiles zu ermöglichen und damit die erzeugte elektromotorische Spannung über einen begrenzten Bereich zu regeln. Gemäß der weiteren Erfindung besitzt die Maschine zusätzlich zu den Hauptkommutatorbürsten, die mit der Hauptfeldwicklung verbunden sind, zusätzliche Bürsten, die elektrisch im rechten Winkel zu den Hauptbürsten stehen und mit einer Compoundwicklung verbunden sind, die koaxial zu der Hauptwicklung liegt, wobei die Verbindung in dem Sinne ausgeführt ist, daß ihre magnetomotorische Kraft diejenige der Hauptwicklung erhöht, wenn eine Last angelegt wird.The further development according to the invention of a self-excited alternating current synchronous machine with rotating armature is characterized in that the multi-pole main field winding is a is distributed winding and consists of concentric coils, the coils being one each pole are arranged in at least two groups, the outer or the with a larger pitch wound coil or coils the entire pole arc or one Part of it is magnetized, while the inner group or that of a smaller one Pitch magnetizes a limited coaxial part of the pole arc, namely that one Part enclosed by the outermost coil of the inner group. She is on characterized in that the magnetomotive force of the inner group is sufficient is made large to maintain magnetic saturation of the anchor cores or teeth, which lie within the part of the pole arc which is from the outermost coil of the inner one Group is included under all normal anchor loading conditions. Further, the magnetomotive force of the outer group is over a wide range made adjustable in order to regulate the degree of magnetization of the external Group, but not part of the inner group, and thus to regulate the generated electromotive voltage over a limited range. According to the further invention, in addition to the main commutator brushes, the machine that are connected to the main field winding, additional brushes that are electrical are at right angles to the main brushes and connected with a compound winding which is coaxial with the main winding, the connection in the sense it is designed that its magnetomotive force increases that of the main winding, when a load is applied.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann an dem Feldsystem eine Dämpferwicklung vorgesehen sein, die elektrisch im rechten Winkel zu der Hauptwicklung und den Compoundwicklungen steht und durch kurzgeschlossene Spulen gebildet wird.According to a further embodiment of the invention, the field system a damper winding may be provided which is electrically at right angles to the main winding and the compound windings and is formed by short-circuited coils.

Noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, auf dem Feldsystem eine Kompensationswicklung vorzusehen, die elektrisch unter rechtem Winkel zu der Hauptfeldwicklung angeordnet ist und ständig in Reihenschluß zu der Kommutatorwicklung liegt, wobei ein Pol der Kompensationswicklung ständig an den Hauptkommutatorbürsten einer Polarität in dem Sinne angeschlossen ist, daß die magnetomotorischen Kräfte der Kommutator- und Kompensationswicklungen einander entgegengesetzt sind.Yet another embodiment of the invention is based on to provide the field system with a compensation winding that is electrically below right Angle to the main field winding is arranged and always in series with the Commutator winding is located, with one pole of the compensation winding constantly connected to the Main commutator brushes of one polarity is connected in the sense that the magnetomotive Forces of the commutator and compensation windings are opposite to each other.

Wenn die Wechselstromsynchronmaschine einen Anker, ein Feldsystem mit verteilten Wicklungen ohne ausgeprägte Pole und eine Kommutatoranordnung mit Haupt- und Hilfsbürsten aufweist, wie oben näher dargelegt, so kann an Stelle einer Compoundwicklung die Hauptwicklung in zwei Hälften geteilt werden, wobei jede ihre eigenen halben Gruppen von Spulen aufweist, wobei ferner die Gleichstromhilfswicklungen auf dem Anker zwischen die Hälften der Hauptwicklung gelegt sind und die Verbindung jeder dieser Hälften zu ihren Hilfsbürsten der gleichen Polarität in dem Sinne hergestellt ist, daß der Strom in der Hauptwicklung vergrößert wird, wenn die Maschine unter Last läuft.If the AC synchronous machine has an armature, a field system with distributed windings without pronounced poles and a commutator arrangement with Has main and auxiliary brushes, as explained in more detail above, so can in place of one Compound winding the main winding can be divided in half, each with its own has its own half groups of coils, furthermore the DC auxiliary windings are placed on the armature between the halves of the main winding and the connection each of these halves made to their auxiliary brushes of the same polarity in the sense is that the current in the main winding is increased when the machine is under Load is running.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, von denen Fig. 1 ein Schaltschema der Leiterelemente einer Dreiphasen-Zweipolmaschine, Fig. 2 einen schematischen Querschnitt des Kernes und der Wicklungen der Maschine, Fig. 3 ein räumliches Vektordiagramm der magnetomotorischen Kräfte in der Maschine und Fig. 4 ein Schaltschema einer alternativen Ausführungsform der Erfindung darstellt.In the following the invention will be explained with reference to the drawings described, of which Fig. 1 is a circuit diagram of the conductor elements of a three-phase two-pole machine, Fig. 2 is a schematic cross-section of the core and windings of the machine, 3 is a three-dimensional vector diagram of the magnetomotive forces in the machine and FIG. 4 is a circuit diagram of an alternative embodiment of the invention.

In Fig. 1 und 2 sind die drei Phasen 25, 26 und 27 der Wechselstromankerwicklungen dargestellt, die mit drei Schleifringen 28, 29 und 30 verbunden sind. Die Bürsten 31, 32 und 33 stehen mit den Schleifringen in Kontakt und sind mit den Anschlußklemmen (die nicht sichtbar sind) verbunden. Gegebenenfalls kann der Neutralpunkt der Wicklung mit einem vierten Schleifring 34 verbunden werden, mit dem die an die nicht gezeigte neutrale Klemme angeschlossene Bürste 35 in Kontakt steht. Mit 24 ist die Gleichstromankerwicklung bezeichnet. Sowohl die Wechselstrom- als auch die Gleichstromwicklungen nehmen die gleichen Schlitze 23 ein; dabei bezeichnen die Ziffern 21 und 22 den Ankerkern bzw. die Zähne desselben.In Figures 1 and 2, the three phases 25, 26 and 27 are the AC armature windings which are connected to three slip rings 28, 29 and 30. The brushes 31, 32 and 33 are in contact with the slip rings and are with the terminals (which are not visible) connected. If necessary, the neutral point of the winding be connected to a fourth slip ring 34, with which the to the not shown neutral terminal connected brush 35 is in contact. At 24 is the DC armature winding designated. Both the AC and DC windings take the same slots 23; the numbers 21 and 22 denote the armature core or its teeth.

Die Hauptkommutatorbürsten 36 und 37 und die Hilfsbürsten 38 und 39 sind der Einfachheit halber so dargestellt, als ob sie mit der Wicklung an den Kommutierungspunkten verbunden wären. Jede dargestellte Bürste kann in Wirklichkeit durch eine Anzahl parallel geschalteter Bürsten verkörpert werden. Die Bürste 36 ist über den Anschlußpunkt 19 an das eine Ende der Gleichstromhauptfeldwicklung 5, 6, 7 und die Bürste 37 an das eine Ende der Kompensationswicklung 40 angeschlossen, deren anderes Ende zugleich den anderen Anschlußpunkt 20 der Hauptgleichstromwicklung darstellt. Die Kompensationswicklung, die als konzentrische Wicklung gezeigt wird, ist in den Schlitzen 3 untergebracht, so daß ihre magnetomotorische Kraft direkt der Ankerrückwirkung der Hauptgleichstromwicklung entgegengesetzt gerichtet ist, wenn die Bürsten in der neutralen Zone liegen. Mit 1 und 2 sind der Statorkern bzw. die Zähne bezeichnet. Die Haupt- oder Nebenschlußfeldwicklungen 5, 6 und 7 sind, wie gezeigt, in zwei Gruppen aufgeteilt, von denen die eine, 5, aus der äußeren Spule eines jeden Poles und die andere aus der mittleren, 6, und den inneren, 7; Spulen eines jeden Poles besteht. Die Gruppe 5 ist durch den Rheostaten 15, 16 überbrückt, dessen freies Ende an eine Hauptanschlußklemme 19 für Gleichstrom gelegt ist. Das freie Ende des Abschnittes 6, 7 ist mit dem anderen Gleichstromanschluß 20 verbunden. Die Hilfsbürsten 38 und 39 stehen mit der Compoundwicklung 41 in Verbindung, die koaxial zu der Hauptwicklung liegt und als konzentrische Wicklung dargestellt ist. Die Dämpferwicklung 42, welche ebenfalls als konzentrische Wicklung dargestellt ist, liegt elektrisch im rechten Winkel zu der Hauptwicklung und ist kurzgeschlossen.The main commutator brushes 36 and 37 and the auxiliary brushes 38 and 39 are shown for the sake of simplicity as if they were with the winding at the commutation points would be connected. Each brush shown can in fact be represented by a number brushes connected in parallel are embodied. The brush 36 is over the connection point 19 to one end of the direct current main field winding 5, 6, 7 and the brush 37 one end of the compensation winding 40 connected, the other end at the same time represents the other connection point 20 of the main DC winding. The compensation winding, which is shown as a concentric winding is housed in the slots 3, so that their magnetomotive force is directly related to the armature reaction of the main DC winding is opposite when the brushes are in the neutral zone. With 1 and 2 are the stator core and the teeth, respectively. The main or shunt field windings 5, 6 and 7 are, as shown, divided into two groups, one of which, 5, from the outer coil of each pole and the other from the middle, 6, and the inner, 7; Coils of each pole. Group 5 is through the rheostat 15, 16 bridged, its free End to a main connector 19 is placed for direct current. The free end of the section 6, 7 is with the other DC connection 20 connected. The auxiliary brushes 38 and 39 are with the compound winding 41 in connection, which is coaxial with the main winding and as a concentric winding is shown. The damper winding 42, which is also a concentric winding is electrically at right angles to the main winding and is shorted.

In den Schaltungen ist die Drehrichtung im Uhrzeigersinn angenommen, und die Achse des Hauptflusses liegt horizontal und verläuft von rechts nach links. In Fig. 1 zeigen die nahe bei den Feldwicklungen angebrachten Pfeile die Richtung des Stromflusses und der entsprechenden magnetomotorischen Kraft an. Die Kreuze in Fig. 2 bedeuten, daß der Strom vom Beobachter weg, und die Punkte, daß er zum Beobachter hin fließt. Die innerste Reihe der Kreise in den Rotorschlitzen stellt die Wechselstromankerwicklung dar, wobei die Richtung des Stromflusses in jedem Kreis einer Last mit nur wenig nacheilendem Leistungsfaktor entspricht. Die äußeren zwei Reihen von Kreisen in den Rotorschlitzen entsprechen der Gleichstromankerwicklung. Dabei bezeichnet die äußere der beiden Reihen den Stromfluß des Hauptgleichstromes zwischen den Bürsten 37 und 36, und die innere den Hilfsstromfluß zwischen den Bürsten 39 und 38. Wie bereits vorher bemerkt, sind die Bürsten, um Verwirrung zu vermeiden, an den Punkten der Stromkommutierung eingezeichnet, während die Bürstenstellungen bei der Maschine in Wirklichkeit von der Verbindung der Wicklung mit dem Kommutator abhängen. Bei dem Stator bedeutet die äußere Reihe der Kreise die Hauptfeldwicklung 5, 6 und 7; die mittlere Reihe von Kreisen teilt sich zwischen der Compoundwicklung 41, die als stromführend dargestellt ist, und der Dämpferwicklung 42, die keinen Strom führt; die innere Reihe von Kreisen stellt die Kompensationswicklung 40 dar.In the circuits, the direction of rotation is assumed to be clockwise, and the axis of the main river is horizontal and runs from right to left. In Fig. 1, the arrows placed near the field windings show the direction the current flow and the corresponding magnetomotive force. The crosses in Fig. 2 mean that the stream is away from the observer, and the points that it goes to Observer flows. The innermost row of circles in the rotor slots represents represents the alternating current armature winding, with the direction of current flow in each Circle corresponds to a load with only a little lagging power factor. The outer two rows of circles in the rotor slots correspond to the DC armature winding. The outer of the two rows denotes the current flow of the main direct current between brushes 37 and 36, and the inner one the auxiliary current flow between the brushes 39 and 38. As noted earlier, to avoid confusion, the brushes are drawn at the points of current commutation, while the brush positions in the machine actually from the connection of the winding to the commutator depend. In the case of the stator, the outer row of circles means the main field winding 5, 6 and 7; the middle row of circles divides between the compound winding 41, which is shown as energized, and the damper winding 42, which do not have Electricity leads; the inner row of circles represents the compensation winding 40.

Der magnetische Kreis der Maschine ist so bemessen, daß die Zähne des Rotors im Vergleich mit den übrigen Eisenteilen stark gesättigt sind; daher ist der magnetische Fluß pro Einheitslänge des Rotorumfanges begrenzt. Der Betrag des Flusses pro Pol hängt dann sehr stark von den Amperewindungen der äußeren Spulen 5 der Hauptfeldwicklung ab; er ist maximal, wenn diese Amperewindungen einen Höchstwert haben, d. h. wenn der Rheostat 15, 16 voll aufgeregelt ist, jedoch minimal, wenn die Amperewindungszahl Null ist, d. h. wenn der Rheostat ganz abgeschaltet ist.The magnetic circuit of the machine is dimensioned so that the teeth of the rotor are highly saturated in comparison with the other iron parts; therefore the magnetic flux per unit length of the rotor circumference is limited. The amount the flux per pole then depends very much on the ampere-turns of the outer coils 5 from the main field winding; it is maximum when these ampere-turns have a maximum value have, d. H. when the rheostat 15, 16 is fully turned up, but minimally when the ampere-turns is zero, d. H. when the rheostat is completely switched off.

Wenn die Maschine ohne Last läuft, so ist die Richtung des magnetischen Flusses horizontal von rechts nach links und koaxial zu der durch den Vektor XF in Fig. 3 dargestellten magnetomotorischen Kraft. Obwohl die Gleichstromankerrückwirkung (d. h. die magnetomotorische Kraft) auf Grund des senkrecht nach oben wirkenden Erregerstromes nicht ganz zu vernachlässigen ist, bleibt seine Wirkung klein, verglichen mit der Wechselstromankerrückwirkung, und wird in der vorliegenden Analyse vernachlässigt. Diese Kraft ist ebenfalls im wesentlichen nach oben gerichtet, wenn die Last einen Wert dem Leistungsfaktor Eins oder einen hohen Leistungsfaktor hat, ist dagegen horizontal und von links nach rechts gerichtet, wenn der Leistungsfaktor Null ist. Der Vektor XA stellt die magnetomotorische Kraft des wechselstromerregten Ankers bei einer Last mit etwas nacheilendem Phasenwinkel dar. Die Richtung des Vektors XA fällt mit der Achse einer jeden Phase der Wechselstromwicklung in dem Augenblick zusammen, wenn der in ihr fließende Strom seinen momentanen Höchstwert im positiven Sinne erreicht hat. Die Resultierende von XF und A ist als Vektor XR dargestellt, und der magnetische Fluß der unter Last laufenden Maschine hat die gleiche Richtung wie XR, d. h., er wird um einen abschätzbaren Winkel a vorwärts gedreht. Die Richtung des Vektors E eilt der des Vektors XR im Uhrzeigersinn um 90° voraus und stimmt mit der Achse einer jeden Phase in dem Zeitpunkt überein, in dem die erzeugte positive Spannung E im positiven Sinne ihren momentanen Höchstwert erreicht. Da es sich hier um ein Vektorzeitdiagramm für jede einzelne Phase handelt, so rotieren die Vektoren entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn, und Ø bedeutet den Nacheilungswinkel des Stromes hinter der Spannung. Die Wirkung der Verschiebung des Flusses besteht darin, daß eine beträchtliche elektromotorische Spannung zwischen den Hilfsbürsten erzeugt und damit der Stromfluß in der Compoundwicklung 41 hervorgerufen wird. Obwohl ein schwacher Abfall des Stromes im Hauptfeld auf Grund der Flußverschiebung eintritt, wird dies mehr als ausgeglichen durch den Stromanstieg in der Compoundwicklung, und die Maschine besitzt somit eine Compoundcharakteristik bei Lasten mit dem Leistungsfaktor Eins oder einem hohen Leistungsfaktor. Wenn eine entgegengesetzte Laufrichtung verlangt wird, so brauchen lediglich die Verbindungen der Hauptfeldwicklung zu den Hauptgleichstromklemmen 19 und 20 vertauscht zu werden.When the machine is running with no load, the direction of the magnetic Flow horizontally from right to left and coaxial with that through vector XF magnetomotive force shown in FIG. Although the DC armature feedback (i.e. the magnetomotive force) due to the acting vertically upwards Excitation current is not entirely negligible, its effect remains small compared with the alternating current armature reaction, and is neglected in the present analysis. This force is also directed essentially upwards when the load is one Value equal to unity or a high power factor is against horizontally and from left to right when the power factor is zero. The vector XA represents the magnetomotive force of the alternating current excited armature for a load with a slightly lagging phase angle. The direction of the vector XA coincides with the axis of each phase of the AC winding at the moment together when the current flowing in it reaches its instantaneous maximum value in the positive Senses. The resultant of XF and A is shown as vector XR, and the magnetic flux of the machine running under load has the same direction like XR, d. that is, it is rotated forward by an estimated angle α. The direction of the vector E leads that of the vector XR clockwise by 90 ° and is correct coincide with the axis of each phase at the time when the generated positive Voltage E has reached its current maximum value in the positive sense. As it is here If there is a vector time diagram for each individual phase, the vectors rotate counterclockwise, and Ø means the lag angle of the current behind the tension. The effect of the displacement of the river is that generates a considerable electromotive voltage between the auxiliary brushes and so that the current flow in the compound winding 41 is caused. Though a weak decrease of the current in the main field occurs due to the river shift, this is more than compensated for by the increase in current in the compound winding, and the machine thus has a compound characteristic at loads with the power factor One or a high power factor. When an opposite direction of travel is required only need the connections from the main field winding to the main DC terminals 19 and 20 to be swapped.

Der Zweck der Dämpferwickung 42 besteht darin, die Schwankungen des Flusses mit der doppelten Frequenz zu unterdrücken, die sonst durch ein doppelt so schnelles Rotieren der magnetomotorischen Kraftkomponente des Ankers infolge Einphasenbelastung auftreten würden.The purpose of the damper winding 42 is to reduce the fluctuations in the To suppress the flow with twice the frequency that would otherwise be achieved by a double so rapid rotation of the magnetomotive force component of the armature as a result Single-phase loading would occur.

Es ist möglich, von einer getrennten Compoundwicklung 41 abzusehen, indem man die Hauptfeldwicklung in zwei Hälften in je zwei Halbsektoren unterbringt und den zusätzlichen Gleichstromkreis des Ankers zwischen diesen Hälften anbringt. Der Hauptnachteil dieser in Fig. 4 gezeigten Anordnung ist die Notwendigkeit, einen Rheostaten mit zwei getrennten Hälften zu verwenden. Ebenso müßte dann auch die Kompensationswicklung genau in zwei Hälften geteilt werden, eine an jedem Ende des Hauptgleichstromkreises des Ankers, wenn vollständige Gleichheit der Ströme in den Hälften der Hauptwicklung gewünscht wird.It is possible to dispense with a separate compound winding 41, by placing the main field winding in two halves in two half sectors each and attaching the armature's additional DC circuit between these halves. The main disadvantage of this arrangement shown in Fig. 4 is the need to have a Use rheostats with two separate halves. The same should then also be the case Compensation winding should be split exactly in half, one at each end of the The main DC circuit of the armature when the currents in the Half of the main winding is desired.

In Fig. 4 sind die geteilten Wicklungen in der gleichen Weise wie in Fig. 1 bezeichnet, jedoch ist die eine Hälfte mit dem Index »a« und die andere mit dem Index »b« versehen. Bei Anlegen einer Last ergibt sich die Wirkung, daß die zwischen den Bürsten 38 und 39 auftretende Spannung zu derjenigen zwischen den Bürsten 36 und 37 hinzugefügt und auf diese Weise der Feldstrom vergrößert wird. Wenn entgegengesetzte Drehrichtung erwünscht ist, so ist es lediglich nötig, die Verbindungen zwischen der Wicklung des Hauptfeldes und den Hauptgleichstromklemmen wie im Falle der Fig. 1 zu vertauschen.In Fig. 4 the split windings are in the same way as in Fig. 1, but one half is indexed "a" and the other half provided with the index "b". When a load is applied, the effect is that the voltage occurring between the brushes 38 and 39 to that between the Brushes 36 and 37 are added and in this way the field current is increased. If opposite direction of rotation is desired, it is only necessary that the Connections between the main panel winding and the main DC terminals as in the case of FIG. 1 to be exchanged.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Self-excited alternating current synchronous generator with one of the three-phase winding and one DC winding armature, which is in revolves around a stationary field, characterized in that that the DC main field winding is a winding distributed in the stator and made of concentric Coils consists, the coils of each pole arranged in at least two groups and that the magnetomotive force of the inner group is made sufficiently large is to have a magnetic saturation of the armature core or the teeth which are inside of the pole arc encompassed by the outermost coil of the inner group lie below all normal conditions of armature load that maintain the magnetomotive Force of the outer group is made adjustable over a wide range, so that the degree of magnetization of the part of the pole arc encompassed by the outer group is adjustable, and that the machine in addition to the main field windings connected main commutator brushes has auxiliary brushes, which are electrically in the right Angle to the main brushes and lying with a coaxial to the main winding Compound winding are connected, this connection in the sense that the magnetomotive force of the main winding is increased when a load is applied.

2. Generator according to claim 1, characterized in that a damper winding length in the field system is attached, which is electrically at right angles to the main and compound windings and consists of short-circuited coils.

3. Generator according to claim 1 or 2, characterized in that a compensation winding is provided in the field system which is electrically arranged at right angles to the main field winding and is always in series with the commutator winding, and that one terminal of the Compensation winding constantly with the main brushes of the commutator of one polarity is connected in the sense that the magnetomotive forces of the commutator and Compensation windings are directed opposite to each other.

4. Generator after Claim 1, characterized in that instead of the compound winding, the main field winding divided into two halves, each comprising its own half-group of coils, that the additional DC armature winding between the halves of the main winding attached and that the connection of each half to their auxiliary brushes is the same Polarity is made in the sense that the current in the main winding when applied a load is increased.