DE1159085B

DE1159085B - Device for exciting an alternating current generator via a rectifier

Info

Publication number: DE1159085B
Application number: DET12249A
Authority: DE
Inventors: James I Chandler; Charles C Roe
Original assignee: LE TOURNEAU WESTINGHOUSE COMPA
Current assignee: LE TOURNEAU WESTINGHOUSE COMPA
Priority date: 1955-06-09
Filing date: 1956-05-25
Publication date: 1963-12-12

Description

Einrichtung zum Erregen eins Wechselstromgenerators über einen Gleichrichter Die Erfindung befaßt sich mit einer Einrichtung zum Erregen eines Wechselstromgenerators mit Hilfe eines Gleichrichters. Dabei kommt es darauf an, den Klemmen des Gleichrichters eine von der Belastung sowohl abhängige wie auch unabhängige Wechselspannung zuzuführen, während gleichzeitig der Gleichrichter mit der Feldwicklung des Generators und einer praktisch als konstant zu betrachtenden Gleichspannungsquelle,beispielsweise einer Batterie, in Reihe liegt.Device for exciting an alternating current generator via a rectifier The invention relates to a device for exciting an alternator with the help of a rectifier. It depends on the terminals of the rectifier to supply an alternating voltage that is both dependent and independent of the load, while at the same time the rectifier with the field winding of the generator and one practically as a constant DC voltage source to be considered, for example one Battery that is in series.

Bekanntgeworden sind auf diesem Spezialgebiet der Technik nun schon Einrichtungen, bei denen ein Generator mit einem besonderen Verstärker für die Felderregung zusammenarbeitet. Die dabei im wesentlichen zu lösende Aufgabe besteht einzig und allein darin, die zwischen dem Generator und dem Verstärker bei den verschiedenen Belastungen auftretenden Abhängigkeiten einer näheren und eingehenden Untersuchung zu unterziehen. Demgegenüber kommt es beim Erfindungsgegenstand grundsätzlich darauf an, die Klemmenspannung eines Wechselstromgenerators auf einem annähernd konstanten Spannungswert pro Periode unter veränderlichen Bedingungen des Leistungsfaktors und der Frequenz zu halten. Um dies erreichen zu können. ist es erforderlich, daß der vom Gleichrichter gelieferte und für die Felderregung verwendete Strom proportional mit der Belastung anwächst, und zwar ungeachtet des im Gleichrichter entstehenden Spannungsabfalles und des Leerlauf-Erregerstromes. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß bei Leerlauf des Generators die dem Gleichrichter zugeführte und von der Belastung unabhängige Wechselspannung den vom Leerlauf-Erregerstrom im Gleichrichter erzeugten Spannungsabfall gerade kompensiert. Um eine solche Aufgabe mit Vorteil lösen zu können, muß man die Erzeugung eines Leerlaufstromes zur unabdingbaren Voraussetzung machen.This special area of technology has already become known Facilities in which a generator with a special amplifier for field excitation cooperates. The only task to be solved is essentially and alone in that between the generator and the amplifier at the different Loads occurring dependencies of a closer and more detailed investigation to undergo. In contrast, the subject matter of the invention is basically the same on, the terminal voltage of an alternator at an approximately constant Voltage value per period under changing conditions of the power factor and keep the frequency. To be able to achieve this. it is required that the current supplied by the rectifier and used for field excitation is proportional increases with the load, regardless of what arises in the rectifier Voltage drop and the no-load excitation current. The invention is characterized in that that when the generator is idling, the rectifier supplied and from the load independent AC voltage generated by the no-load excitation current in the rectifier Voltage drop just compensated. To solve such a task with advantage can, the generation of an no-load current must be an indispensable prerequisite do.

Erfahrungsgemäß besteht bei Fahrzeugen für Erdbewegungszwecke, d. h. bei Gestein oder Erde tragenden Lastwagen bzw. Kranen od. dgl., die Forderung, den Erregerstrom des Gencrators lastabhängig zu verändern. Hierzu wird (lern Erregergleichrichter eine dem Laststrom proportionale Wechselspannung zugeführt, wobei gemäß der Erfindung gleichzeitig eine Ausgleichswechselspannung aufgedrückt wird, die den Gleichrichter bei Leerlauf des Generators und bei einer Erhöhung seiner Eingangswechselspannung sofort betriebsbereit erhält.Experience has shown that vehicles for earthmoving purposes, i. H. in the case of trucks or cranes or the like carrying rock or earth, the requirement to change the excitation current of the generator depending on the load. For this purpose (learn exciter rectifier an alternating voltage proportional to the load current is supplied, according to the invention at the same time an equalizing AC voltage is applied, which the rectifier when the generator is idling and when its AC input voltage increases immediately ready for use.

Weitere für die Erfindung charakteristische Merkmale und Eigenarten sollen nunmehr an Hand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert werden. wobei Fig. 1 ein detailliertes Schaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung, Fig. 2 und i Arbeitscharakteristiken der Einrichtung gemäß Fig. 1, Fig. 4, 5 a und _5 b die entsprechenden Vektordiavramme.Further features and peculiarities characteristic of the invention should now be in more detail on the basis of an exemplary embodiment shown in the drawing described and explained. wherein Fig. 1 is a detailed circuit diagram of the device according to the invention, FIGS. 2 and i, operating characteristics of the device according to Fig. 1, Fig. 4, 5 a and _5 b the corresponding vector diavrams.

Fig. 6 eine Sonderheit eines Transformators in der Schaltung gemäß Fig. 1 und schließlich Fig. 7 bauliche Einzelheiten eines derartigen Transformators darstellt.6 shows a special feature of a transformer in the circuit according to FIG Fig. 1 and finally Fig. 7 structural details of such a transformer represents.

Der üblicherv,-cise für derartige Zwecke zur Anwendung kommende Wechselstromgenerator 14 (vgl. hierzu Fig. 1) weist statorseitig eine Dreiphasen-Ankerwicklung 144a, 14b, 14c auf, in der die erforderliche Ausgangsspannung induziert wird. Der Rotorteil dieses Generators ist mit einer Mehrzahl von Längsnuten versehen, in die die Gleichstromerregerwicklung 14f eingelassen ist, wodurch die Magnetisierung einer entsprechenden Anzahl von Polen herbeigeführt wird. Sind nun beispielsweise acht solcher Pole vorgesehen und beträgt die Umlaufgeschwindigkeit des Generators etwa 1800 Umdrehungen pro Minute, so tritt an den Ausgangsklemmen 14a, 14b, 14c eine induzierte Wechselspannung von 120 Hertz auf, die über Leitungen 15a, 15b, 15e und entsprechende Schalter an die verschiedenen Belastungen angelegt wird. Es ist auch möglich, den Wechselstromgenerator 14 als Synchronmotor zu betreiben. Erfahrungsgemäß hat es sich für zweckmäßig herausgestellt, für die erfindungsgemäße Einrichtung als Belastung Induktionsmotore zu verwenden, deren charakteristische Eigenschaften bekanntlich darin bestehen, daß deren Drehmomente bei Frequenzänderungen praktisch konstant bleiben, wenn sich gleichzeitig die Speisespannung proportional mit der Frequenz ändert. Bei der Einrichtung nach der Erfindung konnte nämlich durch weitgehende Versuche festgegestellt werden, daß die Ausgangsspannung innerhalb beträchtlicher Grenzen mit der Frequenz proportional verläuft.The usual AC generator 14 used for such purposes (cf. FIG. 1) has a three-phase armature winding 144a, 14b, 14c on the stator side, in which the required output voltage is induced. The rotor part of this generator is provided with a plurality of longitudinal grooves into which the direct current excitation winding 14f is embedded, whereby the magnetization of a corresponding number of poles is brought about. If, for example, eight such poles are provided and the rotational speed of the generator is around 1800 revolutions per minute, an induced alternating voltage of 120 Hertz occurs at the output terminals 14a, 14b, 14c, which is transmitted via lines 15a, 15b, 15e and corresponding switches to the different loads is applied. It is also possible to operate the alternator 14 as a synchronous motor. Experience has shown that it is expedient to use induction motors as a load for the device according to the invention, the characteristic properties of which are known to be that their torques remain practically constant when the frequency changes if the supply voltage changes proportionally with the frequency at the same time. In the case of the device according to the invention it could be established through extensive tests that the output voltage is proportional to the frequency within considerable limits.

Je nachdem, wie es die Antriebsbedingungen z. B. eines Traktors erforderlich machen, läuft die Welle des Wechselstromgenerators mit verschiedenen Geschwindigkeiten um. Hinzu kommt aber auch noch, daß man beispielsweise bei einem Benzin- oder Dieselmotor dessen Ausgangsleistung nur durch Anderung der Umdrehungsgeschwindigkeit regeln kann. Dieser Umstand macht es nun zwangläufig notwendig, daß sich auch die den Generator steuernde elektrische Einrichtung der Umdrehungsgeschwindigkeit und den daraus resultierenden Frequenzsschwankungen anpassen muß. Die Erfüllung dieser Aufgabe kommt einem Regalmechanismus 18 (vgl. Fig. 1) zu, der an die drei Phasen des Wechselstromgenerators 14 angeschlossen ist, und zwar in der Weise, daß das ungeerdete Feldwicktungsende 14d über einen Ausgleichsgleichrichter 20 mit einer stationären Spannungsquelle, beispielsweise einer Batterie 23, in Verbindung steht. Damit verändert sich die Ausgangswechselspannung des Generators 14 proportional mit seiner Frequenz. Darüber hinaus erfüllt der Regelmechanismus aber auch die Aufgabe der Stromlieferung für die Kompensation der bei verschiedenen Belastungen infolge unterschiedlicher Leistungsfaktoren auftretenden Spannungen.Depending on how the drive conditions z. B. require a tractor, the shaft of the alternator rotates at different speeds. In addition, however, there is also the fact that in the case of a gasoline or diesel engine, for example, its output power can only be regulated by changing the speed of rotation. This fact now makes it inevitable that the electrical device controlling the generator must also adapt to the speed of rotation and the resulting frequency fluctuations. The fulfillment of this task comes to a shelf mechanism 18 (see. Fig. 1), which is connected to the three phases of the alternator 14 , in such a way that the ungrounded Feldwicktungsende 14 d via a compensating rectifier 20 with a stationary voltage source, for example a battery 23, is in communication. The AC output voltage of the generator 14 thus changes proportionally with its frequency. In addition, the regulating mechanism also fulfills the task of supplying electricity to compensate for the voltages that occur with different loads as a result of different power factors.

Es ist ja hinreichend bekannt, daß sich Induktionsmotore durch eine Nacheilung ihres Leistungsfaktors auszeichnen, so daß es einer beträchtlichen Felderregung bedarf, um die gewünschte Klemmenspannung aufrechtzuerhalten.It is well known that induction motors are driven by a Lagging their power factor are characterized, so that there is a considerable field excitation required to maintain the desired terminal voltage.

Der Regelmechanismus 18 soll ferner einem Kompensationsgleichrichter 22 eine geregelte Wechselspannung zuführen, die zur Batterieaufladung entsprechend ihrer veränderlichen Stromentnahme dient. Schließlich steht der Regelmechanismus 18 noch mit einem weiteren Kompensationsgleichrichter 24 in Verbindung, der bei jeder oberhalb einer vorbestimmten Minimal-Leerlaufgeschwindigkeit die Batterie 23 entsprechend auflädt.The regulating mechanism 18 is also intended to supply a compensating rectifier 22 with a regulated alternating voltage which is used to charge the battery in accordance with its variable current draw. Finally, the regulating mechanism 18 is also connected to a further compensation rectifier 24 , which charges the battery 23 accordingly whenever a predetermined minimum idling speed is exceeded.

In den Fig. 2 und 3 sind die mit dem Regelmechanismus 18 erzielbaren Generatorcharakteristiken dargestellt und sollen näher erläutert werden. Die erstrebenswerte Spannungsgeschwindigkeitscharakteristik ist in der Fig. 2 mit A bezeichnet. Sie ist eine durch den Koordinatenanfang gehende gerade Linie und besagt, daß sich die Ausgangswechselspannung proportional mit der Umdrehungsgeschwindigkeit ändert. Die sich mit der Erfindung bei Leerlauf ergebenden Abhängigkeiten von Belastung und Umdrehungsgeschwindigkeit sind durch die Kurve ß bezeichnet. Sie entspricht bis auf unwesentliche Abweichungen immer noch dem Idealfall. Bei Generatorbelastung (vgl. Kurve C der Fig. 2) tritt eine immer größere Abweichung von der Idealcharakteristik ein, wobei sich ein solcher Kurvenverlauf bei einem Belastungsstrom von 150 Ampere und einem wenig nacheilenden Leistungsfaktor ergab. The generator characteristics that can be achieved with the control mechanism 18 are shown in FIGS. 2 and 3 and will be explained in more detail. The desirable tension speed characteristic is denoted by A in FIG. It is a straight line going through the start of the coordinate and says that the output alternating voltage changes proportionally with the speed of rotation. The dependencies between load and rotational speed resulting from the invention when idling are denoted by the curve β. Except for insignificant deviations, it still corresponds to the ideal case. When the generator is loaded (cf. curve C in FIG. 2), there is an ever greater deviation from the ideal characteristic, such a curve profile resulting from a load current of 150 amperes and a slightly lagging power factor.

Die diesen in Fig. 2 dargestellten Charakteristiken entsprechenden Erregerfeldströme ergeben sich aus der Fig. 3. Man erkennt leicht, daß der Erregerleerlaufstrom allmählich ansteigt, obwohl rein theoretisch gesehen ein solcher Stromanstieg nicht eintreten sollte. Es kann demzufolge nicht verwunderlich sein, daß bei einer Belastung (etwa 150 Ampere) der Erregerstrom noch mehr ansteigt (vgl. Kurve 5 der Fig.3). Entscheidenden Anteil an einem solchen Verhalten trägt die erfindungsgemäße Regeleinrichtung, die den Zweck verfolgt, die Wechselstromgenerator-Ausgangsspannungscharakteristik bei allen praktisch wichtigen Belastungen und Leistungsfaktoren für alle Frequenzen annähernd konstant zu halten. Ihre Wirkungsweise soll daher im folgenden einer näheren Erörterung unterzogen werden (vgl. hierzu Fig. 1).The exciter field currents corresponding to these characteristics shown in FIG. 2 result from FIG. 3. It is easy to see that the no-load exciter current increases gradually, although from a purely theoretical point of view such a current increase should not occur. It can therefore not be surprising that with a load (about 150 amperes) the excitation current increases even more (cf. curve 5 in FIG. 3). The regulating device according to the invention, which pursues the purpose of keeping the alternator output voltage characteristic approximately constant for all frequencies at all practically important loads and power factors, plays a decisive role in such behavior. Their mode of operation will therefore be subjected to a more detailed discussion below (cf. FIG. 1).

Es ergibt sich daraus, daß die Anschlüsse 14a, 14b und 14c für die drei Phasen des Wechselstromgenerators mit entsprechenden Ausgangsspannungsleitungen 15 a, 15b bzw. 15c unter Zwischenschaltung der PrimärwickIungen 30a, 32a und 34a von Stromtransformatoren 30, 32 und 34 verbunden sind. Die Primärwicklungen dieser Transformatoren stehen in enger Kopplung zu den entsprechenden Sekundärwicklungen 30 b, 32 b und 34 b und besitzen demzufolge einen geringen Blindwiderstand, so daß der in ihnen induzierte Strom in Phase und Größe dem Laststrom des Generators proportional ist. Sie sind dabei mit dem Wechselstromeingangskreis des Dreiphasen-Gleichrichters 20 in Sternschaltung verbunden, und zwar so, daß eine Leitung von der Wicklung 30b zu dem gemeinsamen oder neutralen Leiter 36 führt, während die andere Leitung der Wicklungen 30 b, 32 b und 34 b über entsprechende Leiter 38, 40 und 42 mit dem Dreiphaseneingang des Gleichrichters 20 in Verbindung steht.It results from the fact that the terminals 14a, 14 b and 14 c for the three phases of the alternator to corresponding output voltage lines 15 a, 15 b and 15 c, with the interposition of PrimärwickIungen 30a, 32a and 34a of current transformers 30, 32 and 34 are connected are. The primary windings of these transformers are closely coupled to the respective secondary windings 30 b, 32 b and 34 b, and consequently have a low reactance, so that the induced current in them in phase and magnitude of the load current of the generator is proportional. They are connected in star connection to the AC input circuit of the three-phase rectifier 20, and such that a line leads from the winding 30b to the common or neutral conductor 36, while the other line of the windings 30 b, 32 b and 34 b via corresponding conductors 38, 40 and 42 is connected to the three-phase input of the rectifier 20 .

Der Gleichrichter 20 setzt sich aus sechs GIeichrichterelementen 44 a bis 44 f zusammen, die zu einer Mehrphasen-Gleichrichterschaltung zur Aufnahme einer Eingangswechselspannung aus den Leitern 38, 40 und 42 verbunden sind, um an den Leitern 46 und 48 eine Ausgangs-Gleichspannung zu erzeugen.The rectifier 20 is composed of six rectifier elements 44 a to 44 f, which are connected to a polyphase rectifier circuit for receiving an AC input voltage from the conductors 38, 40 and 42 in order to generate a DC output voltage on the conductors 46 and 48.

Durch die Wicklungen 30 c und 30 d des Transformators 30, die Wicklungen 32c und 32d des Transformators 32 und die Wicklungen 34c und 34d des Transformators 34 werden in Stern geschaltete Primärwicklungen 50 a, 50b, 50c eines Transformators 50 gespeist, so daß die an ihnen auftretende Spannung derjenigen zwischen den Klemmen 14a, 14 b und 14 c entspricht. Auf dem Transformator 50 befindet sich außerdem noch ein induktiver Nebenschluß 50d zum Kurzschließen des magnetischen Feldes der drei in Stern geschalteten Sekundärwicklungen 50 e, 50 f und 50 g. Diese Sekundärwicklungen haben einmal eine gemeinsame oder neutrale Verbindung 54, während sie zum anderen über Leiter 56, 58 und 60 an den Wechselspannungseingang des Gleichrichters 24 angeschlossen sind. Mit Hilfe dieses Gleichrichters wird an den Klemmen 62 und 64 eine Gleichspannung erzeugt.Fed through the windings 30 c and 30 d of the transformer 30, the coils 32 c and 32 d of the transformer 32 and the coils 34c and 34d of the transformer 34 are in a star-connected primary windings 50 a, 50 b, 50 c of a transformer 50, so that the apparent to them that voltage between the terminals 14a, 14 b and 14 c corresponds. On the transformer 50 there is also an inductive shunt 50d for short-circuiting the magnetic field of the three star-connected secondary windings 50 e, 50 f and 50 g. These secondary windings on the one hand have a common or neutral connection 54, while on the other hand they are connected to the AC voltage input of the rectifier 24 via conductors 56, 58 and 60. With the help of this rectifier, a DC voltage is generated at terminals 62 and 64.

Nachfolgend soll nun die Arbeitsweise der Gleichrichter 22, 24 und des Transformators 50 bei Ladung der Batterie 23 im Leerlauf des Generators eingehend beschrieben werden. Der Gleichrichter 22 setzt sich aus der gleichen Mehrphasen-Gleichrichterschaltung zusammen wie der Gleichrichter 20. Seine Wechselspannungseingänge sind mit 66, 68 und 70 und seine Gleichstromausgänge mit 72 und 74 bezeichnet. Er kann entweder parallel oder in Batterieladestellung zur Batterie 23 geschaltet sein, wobei dann die Batterie über den Leiter 72 je nach dem Anwachsen des Batteriestromes infolge vergrößerter Felderregerströme in Verbindung mit dem Gleichrichter 20 geladen wird. Der Gleichrichter 22 wird aus den Wicklungen 30 e, 32 e und 34 e der Transformatoren 30, 32 bzw. 34 mit Energie versorgt. Die in Stern geschalteten Wicklungen besitzen einen gemeinsamen oder neutralen Leiter 76, während ihre anderen Wicklungsenden mit den Leitern 66, 68 bzw. 70 in Verbindung stehen.The mode of operation of the rectifiers 22, 24 and the transformer 50 when the battery 23 is charged when the generator is idling will now be described in detail below. The rectifier 22 is composed of the same polyphase rectifier circuit as the rectifier 20. Its alternating voltage inputs are denoted by 66, 68 and 70 and its direct current outputs by 72 and 74. It can either be connected in parallel or in the battery charging position to the battery 23, the battery then being charged via the conductor 72 depending on the increase in the battery current as a result of increased field excitation currents in connection with the rectifier 20. The rectifier 22 is supplied with energy from the windings 30 e, 32 e and 34 e of the transformers 30, 32 and 34, respectively. The star-connected windings have a common or neutral conductor 76, while their other winding ends are connected to the conductors 66, 68 and 70 , respectively.

In den Transformatoren 30, 32 und 34 sind die Wicklungen 30 6 und 30 c, die Wicklungen 32 b und 32c und die Wicklungen 34b und 34c eng miteinander verkoppelt, d. h., diese Wicklungen besitzen nur einen geringen induktiven Widerstand. In gleicher Weise sind auch die Wicklungen 30 e und 30 d, die Wicklungen 32 e und 32 d und die Wicklungen 34 d und 34 e eng miteinander gekoppelt. Jedoch besitzen die auf den gleichen Transformatorkernen sitzenden Wicklungen 30e und 30d, 32e und 32d und 34d und 34e räumlich gesehen einen gewissen Abstand zu den anderen Wicklungen, besonders den Wicklungen 30a, 32a und 34a gegenüber, und sind mit diesen daher nur lose gekoppelt. Daraus ergibt sich nun folgende Wirkung: Vom Erdungspunkt 78 aus besteht über die Batterie 23, den Strommesser 80, die leitenden Verbindungen 62, 72 und 48 und schließlich die Elemente 44e, 44f des Gleichrichters 20, den Leiter 46 und die Feldwicklung 14 f des Wechselstromgenerators 14 wiederum zur Erde eine elektrische Verbindung, wobei alles in Serie geschaltet ist und jeder der Gleichrichter 22 und 24 parallel zur Batterie liegt.In the transformers 30, 32 and 34 , the windings 30 6 and 30 c, the windings 32 b and 32 c and the windings 34 b and 34 c are closely coupled to one another, that is, these windings have only a low inductive resistance. In the same way, the windings 30 e and 30 d, the windings 32 e and 32 d and the windings 34 d and 34 e are closely coupled to one another. However, the person sitting on the same transformer cores windings have 30e and 30d, 32e and 32d and 34d and 34 e spatially a certain distance to the other windings, especially windings 30 a, 32 a and 34 a with respect to, and using this, therefore, only loosely coupled. This now results in the following effect: From the grounding point 78 consists of the battery 23, the ammeter 80, the conductive connections 62, 72 and 48 and finally the elements 44e, 44f of the rectifier 20, the conductor 46 and the field winding 14f of the alternator 14 in turn an electrical connection to earth, everything being connected in series and each of the rectifiers 22 and 24 being in parallel with the battery.

Bei Leerlauf des Wechselstromgenerators 14 erfolgt seine Felderregung grundsätzlich aus der Batterie 23. Da der Feldstrom vom ohmschen Widerstand der Gleichrichterelemente 20 abhängt, entsteht in ihm auch nur dann ein Spannungsabfall, wenn der Wechselstromgenerator sich der normalen Leerlaufgeschwindigkeit nähert. Die Spannung an den Ankerklemmen 14a, 14b und 14c steigt demgemäß mit der Geschwindigkeit an und erzeugt einen im wesentlichen relativ konstanten Strom in den Primärwicklungen 50a, 506 und 50c des Transformators 50. Der Stromverlauf erstreckt sich dabei von den Klemmen 14a, 14b bzw. 14c zur gemeinsamen Leitung 52, sodann von der Klemme 14c durch die Wicklungen 30c und 30d des Transformators 30 und die Wicklung 50a zum Transformator 50. Das gleiche trifft auf die von den Klemmen 14a und 14b ausgehenden Stromverläufe zu. Der gesamte durch die Wicklungen 50a, 506 und 50c fließende Strom induziert nun in den in Stern geschalteten Sekundärwicklungen 50 e, 50 f und 50 g eine entsprechende Spannung, die an den Leitern 56, 58 und 60 auftretend dem Eingang des Gleichrichters 24 aufgedrückt wird. Im Leerlauf reicht diese Spannung zur Ladung der Batterie 23 aus und kompensiert vollkommen die Stromentnahme der Batterie mit dem Leerlauf-Erregerstrom des Wechselstromgenerators. Sollte beispielsweise der Leerlauf-Erregerstrom 22 Ampere, der Batterieladestrom ungefähr 26 Ampere betragen, so reicht dieser Strom nicht nur aus, um den Entladestrom durch die Feldwicklung 14f zu liefern, sondern dient auch noch zur Kompensation der durch das Anlassen der Maschine und durch sonstige Gleichstrombelastungen, wie z. B. die Beleuchtung, erforderlichen Batteriebeanspruchung.When the alternator 14 is idling, its field excitation always comes from the battery 23. Since the field current depends on the ohmic resistance of the rectifier elements 20, a voltage drop only occurs in it when the alternator approaches normal idling speed. The voltage at the armature terminals 14a, 14b and 14c rises accordingly with the speed and produces a substantially relatively constant current in the primary windings 50a, 506 and 50c of the transformer 50. The current path extends from the terminals 14a, 14 b, or 14 c to the common line 52, then the terminal 14 c through windings 30c and 30d of the transformer 30 and the winding 50a of the transformer 50. the same applies to the outgoing 14b of the terminals 14a and current waveforms. The total current flowing through the windings 50a, 506 and 50c current now induced 50 e in the star-connected secondary windings, 50 f and 50 g of a corresponding voltage which is impressed on the conductors 56, 58 and 60 appearing to the input of the rectifier 24th When idling, this voltage is sufficient to charge the battery 23 and completely compensates for the current draw of the battery with the no-load excitation current of the alternator. If, for example, the no-load excitation current is 22 amps and the battery charging current is approximately 26 amps, this current is not only sufficient to deliver the discharge current through the field winding 14 f, but also serves to compensate for those caused by starting the machine and others DC loads, such as B. the lighting, required battery usage.

Die in den Wicklungen 50e, 50f und 50g induzierte Spannung - und hieraus folgend die Spannung an den Dreiphasenleitern 56, 58 und 60 -bleibt im wesentlichen konstant, wenn die Geschwindigkeit des Wechselstromgenerators 14 anwächst. Dieser Vorgang ist die Folge der strombegrenzenden Wirkung des Transformators 50 in Verbindung mit der konstanten Primärstromcharakteristik des Transformators, wenn dieser mit konstanten Eingangsvolts pro Periode betrieben wird. Diese strombegrenzende Arbeit ergibt sich aus der Betrachtung der Auswirkung eines vergrößerten Sekundärstromes in den Wicklungen 50e, 50f und 50g. Ein solches Anwachsen erzeugt eine vergrößerte magnetomotorische Kraft in jeder dieser Wicklungen, die der der Wicklungen 50a, 50b und 50c entgegengesetzt gerichtet ist und dazu dient, einen größeren Anteil des von den Wicklungen 50a, 506 und 50c induzierten Stromes durch den Nebenschluß 50d zu leiten. Die Folge davon ist, daß der Stromanteil, der nicht mit den Wicklungen 50e, 50f und 50g verkettet ist, sich sehr schnell vergrößert, wenn der Strom in den Leitern 56, 58 und 60 ansteigt. Der Transformator 50 stellt einen Strombegrenzer dar, so daß bei den normalen Spannungs- und Frequenzschwankungen des Wechselstromgenerators 14 die Spannungen an den Leitern 56, 58 und 60 auf einem im wesentlichen konstanten Wert bleiben und der durch den Leiter 62 abgeführte Gleichstrom gleichfalls im wesentlichen konstant bleibt.The voltage induced in windings 50e, 50f and 50g - and consequently the voltage on three phase conductors 56, 58 and 60 - remains essentially constant as the speed of alternator 14 increases. This process is the result of the current-limiting effect of the transformer 50 in conjunction with the constant primary current characteristic of the transformer when it is operated with constant input voltages per period. This current-limiting work results from considering the effect of an increased secondary current in the windings 50e, 50f and 50g. Such an increase creates an increased magnetomotive force in each of these windings which is opposite to that of windings 50a, 50b and 50c and serves to conduct a greater proportion of the current induced by windings 50a, 506 and 50c through shunt 50d. The result is that the current component which is not connected to the windings 50 e, 50 f and 50 g concatenated, increases very rapidly when the current in the conductors 56, 58 and 60 increases. The transformer 50 provides a current limiter so that with the normal voltage and frequency fluctuations of the alternator 14, the voltages on the conductors 56, 58 and 60 remain at a substantially constant value and the direct current carried by the conductor 62 also remains substantially constant .

Dem Transformator 50 kommt aber auch noch eine weitere Funktion zu. Er erzeugt auch einen Stromfluß durch die Wicklungen 30c, 32c und 34c, die eine Bezugs-Primärwicklung für die entsprechenden Sekundärwicklungen 30 b, 32 b und 34 b bilden. Im Betrieb induziert der durch diese Bezugs-Primärwicklungen fließende Strom entsprechende Spannungen in den Sekundärwicklungen 30b, 32b und 34 b, wobei an den Klemmen 38, 40 und 42 eine abgeglichene Dreiphasen-Gleichrichtereingangsspannung auftritt. Der Strom durch die Wicklungen 30b, 326 und 34b ist im wesentlichen unabhängig von der Wechselstromgeneratorgeschwindigkeit innerhalb des normalen Geschwindigkeitsbereiches, da der Stromkreis, in dem diese Bezugs-Primärwicklungen liegen, hochinduktiv ist und die Ausgangsleistung des Wechselstromgenerators im wesentlichen einen konstanten Volt-pro-Periode-Wert besitzt. Die an den Leitern 38, 40 und 42 auftretende Wechselspannung reicht aus, um an den Leitern 46 und 48 eine Ausgangsgleichspannung zu erzeugen, die im wesentlichen gleich dem Spannungsabfall an der Gleichstromseite des Gleichrichters bei Leerlauf des Wechselstromgenerators ist. Diese Spannung dient nun aber nicht zum Vergrößern der Felderregung, hält jedoch den Gleichrichter 20 in einem Zustand, der ein sofortiges Ansteigen der Gleichspannungsausgangsleistung zur Folge hat, sobald die Spannung an den Wechselstromeingängen einen zu den Wicklungen 30c, 32c und 34c gehörigen Wert übersteigt.The transformer 50 also has another function. It also creates a flow of current through windings 30c, 32c and 34c which form a reference primary winding for the corresponding secondary windings 30b, 32b and 34b. In operation, the current flowing through these reference primary windings induces corresponding voltages in secondary windings 30b, 32b and 34b, with a balanced three-phase rectifier input voltage appearing at terminals 38, 40 and 42. The current through windings 30b, 326 and 34b is essentially independent of alternator speed within the normal speed range because the circuit in which these reference primary windings reside is highly inductive and the alternator output power is essentially constant volt-per-period -Value. The AC voltage appearing on conductors 38, 40 and 42 is sufficient to produce a DC output voltage on conductors 46 and 48 which is substantially equal to the voltage drop on the DC side of the rectifier when the AC generator is idle. This voltage but now is not used for increasing the field excitation, but keeps the rectifier 20 in a state that results in an immediate increase in the DC voltage output of the consequence as soon as the voltage c at the alternating current inputs a to the coils 30, 32 c and 34 c corresponding value exceeds.

Es entsteht also eine magnetomotorische Kraft, die sich vektoriell zu derjenigen in den Primärwicklungen 30a, 32a und 34a erzeugten addiert und auf diese Weise die Generatorerregung dem Laststrom und dem Leistungsfaktor entsprechend regelt.So there is a magnetomotive force that is vectorial to that in the primary windings 30a, 32a and 34a added and in this way the generator excitation to the load current and the power factor regulates accordingly.

Im Leerlauf des Generators baut der in den Wicklungen 30 d, 32 d und 34 d fließende Strom in den in Stern geschalteten Wicklungen 30 e, 32 e und 34 e eine Induktionsspannung auf, die über die Leitungen 66, 68 und 70 am Wechselstromeingang des Gleichrichters 22 wirksam wird und den Gleichrichter für einen sofortigen Batterieladestrom über den Leiter 72 vorbereitet, wenn die Spannung an den Leitern 66, 68 und 70 ansteigt. Diese Spannung würde, wäre der Gleichrichter nicht an die Batterie 23 angeschlossen, im wesentlichen die Leerlaufspannung der Batterie 23 sein. Jedes Ansteigen der Wechselspannung hat also ein sofortiges Laden der Batterie zur Folge.When the generator is idling, the current flowing in windings 30 d, 32 d and 34 d builds up an induction voltage in the star-connected windings 30 e, 32 e and 34 e, which is transmitted via lines 66, 68 and 70 to the AC input of the rectifier 22 takes effect and prepares the rectifier for immediate battery charging current through conductor 72 when the voltage on conductors 66, 68 and 70 increases. If the rectifier were not connected to the battery 23 , this voltage would essentially be the open circuit voltage of the battery 23. Every increase in the alternating voltage results in the battery being charged immediately.

An den Gleichrichtern 20 und 22 kann ein Gleichstrom erst dann auftreten, wenn die Eingangswechselspannungen einen vorherbestimmten Wert erreichen. Beim Gleichrichter 20 beruht dies auf der Entstehung eines ohmschen Spannungsabfalls in Verbindung mit der Leerlauf-Felderregung, die die positive Aufladung eines jeden Gleichrichterelementes noch verstärkt. Beim Gleichrichter 22 ist hierfür die im wesentlichen konstante Spannung der Batterie 23 ausschlaggebend. Würde man auf die Wicklungen 30 c, 30 d; 32 c, 32 d und 34 c, 34 d verzichten, dann würden die Gleichrichter 20 und 22 verzögernd wirken, wenn eine an den Wechselstromeingängen der Gleichrichter auftretende Spannungserhöhung vorliegt. Eine Regelung bei vergleichsweise kleinen Lastströmen des Generators wäre also unmöglich.A direct current can only occur at the rectifiers 20 and 22 when the input alternating voltages reach a predetermined value. In the case of the rectifier 20, this is based on the occurrence of an ohmic voltage drop in connection with the no-load field excitation, which further intensifies the positive charge of each rectifier element. In the case of rectifier 22 , the essentially constant voltage of battery 23 is decisive for this. If you were to the windings 30 c, 30 d; 32 c, 32 d and 34 c, 34 d waive, then the rectifiers 20 and 22 would have a delaying effect if there is a voltage increase occurring at the AC inputs of the rectifier. A regulation with comparatively small load currents of the generator would therefore be impossible.

Wird der Generator 14 nun aber belastet, dann tritt ein Stromfluß von den Leitungsklemmen 14a, 14 b und 14 c durch die Primärwicklungen 30 a, 32 a bzw. 34 a zu den Leitern 15 a, 15 b und 15 c (vgl. Fig. 1) auf. Ist die Belastung ein lasthebender Hochschlupf-Induktionsmotor, so wird wegen des niedrigen Leistungsfaktors von etwa 0,6 der Strom im Generator gegenüber der Spannung nacheilen. Der resultierende Laststrom durch jede der Wicklungen 30a, 32a und 34a erzeugt eine magnetomotorische Kraft, die im wesentlichen in Phase ist mit der magnetomotorischen Kraft der Wicklungen 30c, 32c und 34c.If the generator 14 is now loaded, however, then a current flows from the line terminals 14 a, 14 b and 14 c through the primary windings 30 a, 32 a and 34 a to the conductors 15 a, 15 b and 15 c (see . 1) on. If the load is a load-lifting high-slip induction motor, the current in the generator will lag behind the voltage due to the low power factor of around 0.6. The resultant load current through each of windings 30a, 32a and 34a creates a magnetomotive force that is substantially in phase with the magnetomotive force of windings 30c, 32c and 34c.

Im Vektordiagramm der Fig.4 sollen diese elektrischen Abhängigkeiten näher erläutert werden. An den Klemmen 14a, 14b und 14c (Fig. 1) liegen abgeglichene Dreiphasenspannungen, während der mit der gemeinsamen Leitung, die mit den Wicklungen 30c, 32c und 34c in Verbindung steht, identische Punkt neutraler Spannung mit 52 bezeichnet ist. Da im betrachteten Falle auch der Transformator 50 als eine Belastung mit einem niedrigen nacheilenden Leistungsfaktor aufzufassen ist, eilen der Strom und die magnetomotorische Kraft in der Wicklung 30 c beispielsweise der Spannung zwischen der Klemme 14c und dem neutralen Punkt 52 nach (vgl. hierzu Vektor 0A der Fig. 4).These electrical dependencies are to be explained in more detail in the vector diagram of FIG. At terminals 14a, 14b and 14c (FIG. 1) there are balanced three-phase voltages, while the point of neutral voltage identical to the common line connected to windings 30c, 32c and 34c is indicated at 52. Since in the case considered also the transformer 50 is regarded as a load with a low lagging power factor, the current and the magnetomotive force rushing in the winding 30 of the voltage between the terminal 14c and the neutral point 52 c, for example, by (see FIG. Thereto vector 0A of Fig. 4).

Infolge der leitenden Verbindung der Wicklung 30a mit der Klemme 14c ist der Laststrom bei einem Leistungsfaktor 1 in Phase mit der an den Punkten 14c bis 52 herrschenden Spannung. Die von diesem Strom erzeugte magnetomotorische Kraft in der Wicklung 30 a stellt sich als Vektor AB (vgl. Fig. 4) dar. Als Resultierende (Vektor OB) ergibt sich die effektive magnetomotorische Kraft, die einen Stromfluß in dem Kern 30 und eine induzierte Spannung in der Wicklung 30 b erzeugt, die kleiner als die algebraische Summe der Vektoren 0A und OB ist.Due to the conductive connection of the winding 30a to the terminal 14c of the load current at a power factor of 1 in phase with the C at the points 14-52 prevailing voltage. The magnetomotive force generated by this current in the winding 30 a is represented as a vector AB (see. Fig. 4). The resultant (vector OB) is the effective magnetomotive force, a current flow in the core 30 and an induced voltage generated in the winding 30 b, which is smaller than the algebraic sum of the vectors 0A and OB .

Bei Belastung des Generators mit einem geringen nacheilenden Leistungsfaktor eilt auch die in der Wicklung 30a entwickelte magnetomotorische Kraft in bezug auf die an der neutralen Leitung herrschende Spannung nach (vgl. hierzu den Vektor AB' der Fig. 4). In diesem Fall ist die magnetomotorische Kraft im wesentlichen in Phase mit dem Vektor 0A (magnetomotorische Kraft in der Wicklung 30c). Die Resultierende beider Vektoren ist im wesentlichen ihre algebraische Summe. Hieraus ergibt sich zwangläufig, daß die dementsprechende Induktionsspannung an der Wicklung 30b größer ist als bei einem Leistungsfaktor 1. Es ist also auch die Eingangswechselspannung am Gleichrichter 20 größer bei einer Belastung mit geringem Leistungsfaktor und schließlich auch die Ausgangsgleichspannung. Infolgedessen wird der Felderregerstrom des Generators durch die Wirkung der Transformatoren 30, 32 und 34 und des Gleichrichters 20 bei Belastung mit einem kleinen nacheilenden Leistungsfaktor mehr erhöht als bei einem großen nacheilenden Leistungsfaktor. Die Richtigkeit dieser These wird aus den Fig. 5 a und 5 b erkennbar. Hierin stellt der Vektor 0V die Generatorklemmenspannung und der Vektor 0V' die erforderliche Erregungsspannung dar. Bei der Fig. 5 a handelt es sich um eine Belastung mit einem kleinen Leistungsfaktor. Der Spannungsabfall IR" am Ankerwiderstand befindet sich nicht in Phase mit der Klemmenspannung, während der Ankerblindwiderstandsspannungsabfall IX" fast in Phase mit dieser Spannung ist. Es ist demgemäß eine vergleichsweise hohe Erregungsspannung erforderlich, um eine vorherbestimmte Klemmenspannung O V' zu erhalten. In der Fig. 5 b werden nun vergleichsweise dieselben Bedingungen dargestellt, jedoch bei einer Belastung mit einem Leistungsfaktor 1. In diesem Fall ist der Spannungsabfall am Ankerblindwiderstand nicht in Phase mit der Klemmenspannung (um 90° verschoben), während der viel kleinere ohmsche SpannungsabfallIR" in Phase ist mit der Klemmenspannung. Infolgedessen ist die erforderliche Erregungsspannung 0V' geringer als bei Belastung mit einem kleinen Leistungsfaktor.When the generator is loaded with a low lagging power factor, the magnetomotive force developed in the winding 30a also lags behind in relation to the voltage prevailing on the neutral line (cf. the vector AB ' of FIG. 4). In this case, the magnetomotive force substantially in phase with the vector 0A (magnetomotive force in the winding 30 c). The resultant of both vectors is essentially their algebraic sum. This inevitably results in the corresponding induction voltage at the winding 30b being greater than with a power factor 1. So the AC input voltage at the rectifier 20 is also greater with a load with a low power factor, and finally also the DC output voltage. As a result, the field excitation current of the generator is increased more by the action of the transformers 30, 32 and 34 and the rectifier 20 when loaded with a small lagging power factor than with a large lagging power factor. The correctness of this thesis can be seen from FIGS. 5 a and 5 b. Here, the vector 0V represents the generator terminal voltage and the vector 0V 'represents the required excitation voltage. FIG. 5a shows a load with a small power factor. The voltage drop IR "across the armature resistor is not in phase with the terminal voltage, while the armature reactance voltage drop IX" is almost in phase with this voltage. Accordingly, a comparatively high excitation voltage is required in order to obtain a predetermined terminal voltage OV '. In Fig. 5b comparatively the same conditions are now shown, but with a load with a power factor 1. In this case, the voltage drop across the armature reactive resistor is not in phase with the terminal voltage (shifted by 90 °), while the much smaller ohmic voltage drop IR " is in phase with the terminal voltage, consequently the required excitation voltage 0V 'is lower than when loaded with a small power factor.

Durch geeignete Wahl der magnetomotorischen Kräfte in den Wicklungen 30c, 32c und 34c in bezug auf diejenigen der Wicklungen 30 a, 32 a und 34a läßt sich leicht eine Generatorspannung erzeugen, die im wesentlichen unabhängig vom Leistungsfaktor der Belastung ist, selbst wenn der erforderliche Felderregerstrom im hohen Maße vom Leistungsfaktor abhängig ist.By suitable choice of magnetomotive forces in the coils 30c, 32c and 34c with respect to those of the windings 30 a, 32 a and 34a can be easily a generator voltage generate, which is substantially independent of the power factor of the load even when the required field exciter current in is highly dependent on the power factor.

Es muß noch darauf hingewiesen werden, daß die am Gleichrichter 20 auftretende Spannung durch die in den Wicklungen 30 c, 32 c und 34 c auftretenden Ströme eine Vergrößerung erfährt. Diese dienen nicht nur zur Erzeugung einer vektoriellen Spannungsaddition, sondern auch zur Kompensation des im Gleichrichter 20 bei Leerlauf des Generators auftretenden Spannungsabfalles, wodurch der Felderregerstrom selbst bei einem vergleichsweise kleinen Anwachsen der Belastung anwächst.It must be pointed out yet that the voltage occurring at the rectifier 20 by the c in the windings 30, 32 c and 34 c currents occurring undergoes an enlargement. These serve not only to generate a vectorial voltage addition, but also to compensate for the voltage drop occurring in the rectifier 20 when the generator is idling, as a result of which the field excitation current increases even with a comparatively small increase in the load.

Die Wicklungen 30 e, 32 e und 34 e sind, wie sich aus den diesbezüglichen Figuren ersehen läßt, mit den Wicklungen 30 a, 32 a und 34 a lose gekoppelt, d. h., sie weisen wegen der auftretenden Streuung einen wesentlichen Blindwiderstand auf. Die in jeder der Wicklungen 30e, 32e und 34e induzierten Spannungen stellen die Vektorsumme der in den Wicklungen 30 a, 32 a und 34 a sowie 30 d, 32 d und 34 d auftretenden magnetomotorischen Kräfte dar. Die sowohl der Größe als auch der Phase des Belastungsstromes entsprechende Resultierende wird herangezogen. Auch haben die Wicklungen 30d, 32d und 34d eine etwas größere Windungszahl als die Wicklungen 30 b, 32 b und 34 b. Die sich dabei ergebende Wirkung besteht im wesentlichen darin, daß der durch den Leiter 72 fließende Strom im wesentlichen etwa gleich dem Felderregerstrom ist, der infolge der Funktion des Gleichrichters 20 eine Vergrößerung erfährt. Auf diese Weise kann die Ladung der Batterie 23 immer konstant gehalten werden und das Auftreten unzulässiger Ströme nicht möglich sein.The windings 30 e, 32 e and 34 e are, as can be seen from the relevant figures , loosely coupled to the windings 30 a, 32 a and 34 a, that is, they have a substantial reactance because of the scattering that occurs. The voltages induced in each of the windings 30e, 32e and 34e represent the vector sum of the magnetomotive forces occurring in the windings 30 a, 32 a and 34 a and 30 d, 32 d and 34 d The resultant corresponding to the load current is used. Also, the windings 30d, 32d and 34d have a slightly larger number of turns than the b windings 30, 32 b and 34 b. The resultant effect is essentially that the current flowing through the conductor 72 is essentially approximately equal to the field excitation current, which is increased as a result of the function of the rectifier 20 . In this way, the charge of the battery 23 can always be kept constant and the occurrence of impermissible currents is not possible.

Die bisherigen Betrachtungen hatten zur Voraussetzung, daß der Generator 14 mit einer konstanten Umdrehungsgeschwindigkeit, d. h. mit einer konstanten Frequenz, umläuft. Im allgemeinen beträgt die Umlaufgeschwindigkeit jedoch etwa 900 bis etwa 1800 U/min und mehr Umdrehungen, was einer Frequenzschwankung von etwa 60 bis zu 120 Hertz entspricht. Diese Frequenzschwankungen wirken sich gegenüber einem mit konstanter Frequenz betriebenen Generator wenig aus, weil sich der Strom im wesentlichen proportional mit der vergrößerten Frequenz vermindert und proportional der Gesamtspannung erhöht. Die proportionale Abhängigkeit der Klemmenspannung des Generators von der Frequenz ist auf den in den Wicklungen 30c, 30d und 50a fließenden Strom wegen der rein induktiven Belastung ohne Belang bei Frequenzänderungen.The previous considerations were based on the assumption that the generator 14 rotates at a constant speed of rotation, ie at a constant frequency. In general, however, the rotational speed is about 900 to about 1800 rpm and more revolutions, which corresponds to a frequency fluctuation of about 60 to 120 Hertz. These frequency fluctuations have little effect compared to a generator operated at a constant frequency, because the current decreases essentially proportionally with the increased frequency and increases proportionally with the total voltage. The proportional dependence of the terminal voltage of the generator on the frequency is irrelevant to the current flowing in the windings 30c, 30d and 50a because of the purely inductive load when the frequency changes.

Die in den Wicklungen 30a, 32a und 34a bei einer Frequenzerhöhung sich ergebenden elektrischen und magnetischen Verhältnisse sind abhängig vom Stromfluß und vom Leistungsfaktor bei Belastung. Daher ist bei einer Belastung durch einen Induktionsmotor die Veränderung des Stromes und des Leistungsfaktors mit der Frequenz nicht groß, wohingegen sie bei anderen Belastungen wesentlich sein kann. Die Wicklungen 30a, 32a und 34a führen den tatsächlichen Laststrom bei bestimmtem Leistungsfaktor, und es ist dieser tatsächliche Laststrom und Leistungsfaktor, der die Arbeit des Wechselstromgenerators beeinflußt und in gleicher Weise kompensierende Feldstromveränderungen erfordert. So beeinflussen Frequenzschwankungen die Wicklungen 30a, 32a und 34a nur in dem Maße, als diese Frequenzschwankungen die Feldstromerfordernisse des Wechselstromgenerators gleichfalls verändern.The electrical and magnetic conditions that result in the windings 30a, 32a and 34a when the frequency increases are dependent on the current flow and the power factor under load. Therefore, with an induction motor load, the change in current and power factor with frequency is not great, whereas with other loads it can be significant. Windings 30a, 32a and 34a carry the actual load current at a given power factor, and it is this actual load current and power factor that affects the operation of the alternator and likewise requires compensating field current variations. Thus, frequency fluctuations affect windings 30a, 32a and 34a only to the extent that these frequency fluctuations also change the field current requirements of the alternator.

Sollte es erwünscht sein., den Wechselstromaenerator 14 als Synchronmotor aus einer äußeren Mehrphasenstromquelle zu betreiben, dann fällt der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Felderregung des Wechselstromgenerators 14 die Aufgabe zu, zunächst den zugeführten Wechselstrom gleichzurichten und dadurch die Arbeit der Batterie 23 durch die sleichtrerichtete Spannung des Gleichrichters 20 zu unterstützen. Weiter muß durch die Wirksamkeit des Gleichrichters 24 die Batterie 23 aufgeladen und die Leerlauf-Felderregung kompensiert werden und schließlich eine Ladung der Batterie 23 durch den Gleichrichter 22 erfolgen, um auch den in Verbindung mit der Verstärkerarbeit des Gleichrichters 20 vergrößerten Feldstrom auszugleichen.Should it be desired to operate the alternating current generator 14 as a synchronous motor from an external multiphase power source, the device according to the invention for field excitation of the alternating current generator 14 has the task of first rectifying the supplied alternating current and thereby the work of the battery 23 through the slightly rectified voltage of the rectifier 20 support. Furthermore, due to the effectiveness of the rectifier 24, the battery 23 must be charged and the no-load field excitation must be compensated, and finally the battery 23 must be charged by the rectifier 22 in order to also compensate for the increased field current in connection with the amplifier work of the rectifier 20.

Abschließend soll noch eine weitere konstruktive Abwandlung der erfindungsgemäßen Einrichtung beschrieben werden. Bei dem in den Fig. 6 und 7 dargestellten Transformator 150 sind genau wie bei dem Beispiel nach Fig. 1 die Primärwicklungen 150a, 150b und 150e über einen Sternpunktsleiter 152 verbunden. Die Sekundärwicklungen 150e, 150f und 150g sind über einen Sternpunktsleiter 154 miteinander verbunden und an die Wechselspannungsseite des Gleichrichters 24 angeschlossen. Unterschiedlich ist indessen (vgl. hierzu besonders die Fig. 7) der induktive Nebenschluß 150d, der als Kerntyp mit einem Fenster 150h zur Aufnahme der Wicklung 150i versehen ist. Diese Wicklung liegt in Serie mit der sonstigen Gleichstrombatterielast 26, die den Bedarf für die Fahrzeugbeleuchtung, Heizung, Horn usw. deckt.Finally, a further structural modification of the device according to the invention will be described. In the transformer 150 shown in FIGS. 6 and 7, exactly as in the example according to FIG. 1, the primary windings 150a, 150b and 150e are connected via a neutral point conductor 152. The secondary windings 150 e, 150 f and 150 g are connected to one another via a star point conductor 154 and are connected to the AC voltage side of the rectifier 24 . The inductive shunt 150d, which, as a core type , is provided with a window 150h for receiving the winding 150i, is different (cf. FIG. 7 in particular). This winding is in series with the other DC battery load 26 that supplies vehicle lighting, heating, horn, and so on.

Im Betrieb tritt nun entsprechend der Größe der Gleichstrombelastung 26 eine magnetische Sättigung des Kerns 150d ein, die mit Vergrößerung der Belastung gleichfalls anwächst und dabei den Nebenschluß verringert. Die in den Wicklungen 150 e, 150 f und 150g induzierten Spannungen werden demgemäß erhöht.During operation, a magnetic saturation of the core 150d occurs in accordance with the magnitude of the direct current load 26, which also increases as the load increases and thereby reduces the shunt. The voltages induced in the windings 150 e, 150 f and 150 g are increased accordingly.

Beim Transformator der Fig.6 und 7 sind die Größe des Kerns 150d und die Zahl der Windungen der Wicklung 150 i nun so bemessen, daß die vergrößerte Ausgangsleistung des Gleichrichters 24 im wesentlichen die Wirkung des vergrößerten Laststromes der Batterie 23 kompensiert.In the transformer of FIGS. 6 and 7, the size of the core 150d and the number of turns of the winding 150i are dimensioned such that the increased output power of the rectifier 24 essentially compensates for the effect of the increased load current of the battery 23.

Zusammenfassend sei nochmals darauf hingewiesen, daß es mit der vorliegenden Erfindung mög lieh ist, die Klemmenspannung eines Wechselstromgenerators auf einem annähernd konstanten Spannungswert pro Periode unter veränderlichen Bedingungen des Leistungsfaktors und der Frequenz zu halten. Darüber hinaus kann die Batterieladung trotz Schwankungen der erforderlich werdenden Felderregung aufrechterhalten werden, und es ist auch möglich, den Feldstrom des Generators für ein wirksames Arbeiten als Synchronmotor oder als Generator in Parallelschaltung mit anderen Generatoren bei der Speisung eines gemeinsamen Lastkreises zu regeln.In summary, it should be pointed out again that it is with the present Invention is possible borrowed, the terminal voltage of an alternator on a approximately constant voltage value per period under changing conditions of the power factor and the frequency. It can also charge the battery are maintained despite fluctuations in the required field excitation, and it is also possible to use the field current of the generator for efficient working as a synchronous motor or as a generator connected in parallel with other generators when feeding a common load circuit.

Claims

CLAIMS: 1. Device for exciting an alternator via a rectifier, at the terminals of which a rectifier is both dependent on the load as well as independent AC voltage is supplied while the rectifier is in Series for the field winding of the generator and a practically constant DC voltage source (z. B. a battery), characterized in that when the generator is idling the AC voltage supplied to the rectifier and independent of the load the voltage drop generated by the no-load excitation current in the rectifier compensated.

2. Device according to claim 1 with a transformer whose primary side is connected to the alternating current armature winding (14a, 14b, 14c) and whose secondary side is connected to the alternating current input of the rectifier (20), characterized in that on the individual cores of this transformer in loose coupling with Primary windings (30c, 32c, 34c) connected to the armature winding are provided, in the corresponding secondary windings (30d, 32d, 34d) of which a sufficient voltage is induced to compensate for the voltage drop in the rectifier (20) when idling.

3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that that when the additional primary windings are connected to the armature, a current is generated arises, which with a load with a little lagging power factor with the current in the primary winding (30a, 32a, 34a) is essentially in phase and makes the rectifier conductive immediately as soon as a load occurs.

4. Device according to claim 1 to 3, characterized in that the additional primary windings (30 c, 32 c, 34 c) are connected to a further rectifier (22) and in this way the no-load current drawn from the stationary voltage source (battery 23) substitute.

5. Device according to claim 1 to 4, characterized in that the secondary windings (30d, 32d, 34d) of the additional primary windings are connected to a current limiter (transformer 50) whose star-connected primary windings (50 a, 50 b, 50 c ) and secondary windings (50 e, 50 f, 50 g) each have a neutral conductor (52, 54) , while the secondary windings (50 e, 50 f, 50 g) are connected to a further rectifier (24) . Considered publications: German Patent Nos. 148 074, 835 626; U.S. Patent No. 2,761,097.