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Schaltanordnung zum Konstanthalten der Spannung von Wechselstroirgeneratoren
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltanordnung zum Konstanthalten der Spannung von Wechselstromgeneratoren, die trotz Schwankungen der Belastung und bzw. oder Drehzahl der Maschine im wesentlichen auf einem bestimmten Wert bleiben soll. Die Generatoren sollen dabei gleichzeitig zum Aufladen einer Akkumulatorenbatterie mit gleichgerichtetem Strom und zur Speisung anderer Verbraucher, z. B. von Heizgeräten, mit Wechselstrom dienen können.
Der Wechselstromgenerator, welche Bezeichnung auch Drehstromgeneratoren umfasst, kann insbesondere ein Stromerzeuger für Fahrzeuge sein, der von einem Fahrzeugmotor, oder bei Schienenfahrzeugen von einer Achse, oder auch auf andere Weise angetrieben ist, wobei die Art des Antriebes Drehzahlschwankungen in weiten Grenzen bedingt.
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(österr. Patentschrift Nr. 173123)besteht aus einem Wechselstrom- oder Drehstromgenerator, der über einen Gleichrichter auf die Batterie arbeitet. Eine Erregerwicklung des Generators ist über einen besonderen Erregergleichrichter an den Generator angeschlossen. Zwischen Gleichrichter und Generator ist eine mit Gleichstrom vormagnetisierte Drossel geschaltet, deren Vormagnetisierung mit Hilfe zweier, in entgegengesetztem Sinn wirkender Wicklungen hervorgerufen ist.
Eine dieser Wicklungen ist von einem konstanten, die andere von einem der Batteriespannung proportionalen Strom durchflossen. Die Drossel und die Wicklungen sind derart ausgebildet, dass beim Erreichen einer bestimmten Batteriespannung die Erregung des Generators so weit verringert ist, dass praktisch kein Ladestrom mehr fliesst. Um den Strom in der einen Richtung konstant zu halten, ist in diesen Stromkreis ein Eisenwasserstoffwiderstand eingeschaltet. Um die Einrichtung zur richtigen Funktion zu bringen, ist der Generator als Spezialmaschine mit mehreren Erregerrichtungen ausgebildet. Der gesamte von dem Wechselstromgenerator gelieferte Strom wird gleichgerichtet.
Dies ist auch bei einer andern bekannten Steuereinrichtung für Wechselstromgeneratoren (deutsche Patentschrift Nr. 926147) der Fall, mit denen ausser einer Batterie auch noch ein anderer Verbraucher gespeist werden kann. Die an dem Verbraucher liegende Spannung wird mit Hilfe eines Kohlensäulenreglers konstant gehalten und liegt an einer, Gleichstromwicklung eines Transduktors, der noch zwei weitere Gleichstromwicklungen aufweist, die von dem Ladestrom der Batterie bzw. von dem Belastungsstrom durchflossen sind. Der Transduktor steuert den mittels eines gesonderten Gleichrichters gleichgerichteten Erregerstrom des Wechselstromgenerators.
Nach einem weiteren Vorschlag (USA-Patentschrift Nr. 2, 519,650) wird die Erregung eines zum Aufladen einer Batterie bestimmten Wechselstromgenerators mit Hilfe einer dessen Feld beeinflussenden Drosselspule gesteuert, die mit einer zusätzlichen Gleichstromwicklung zur Regelung ihrer Impedanz versehen ist. In Serie mit dieser Wicklung liegt ein von der Batteriespannung abhängiger Widerstand, nämlich ein Kohlensäulenregler.
Weiters wurde vorgeschlagen (Schweizer Patentschrift Nr. 316.006), das Feld eines Wechselstromgenerators mit Hilfe eines Streutransformators, einer diesem vorgeschalteten Drosselspule und einer mit mehreren Gleichstromwicklungen versehenen Regeldrossel zu regeln, welche gemeinsam den Regelmechanismus darstellen, zu dem noch Einstellwiderstände hinzutreten.
Diesen Vorschlägen haften als Mängel teils die Verwendung empfindlicher Regelwiderstände, energieverzehrender Vorschaltwiderstände oder die Notwendigkeit einer speziellen Bauart des Wechselstromgenerators an. Die entsprechenden Anlagen sind daher entweder für rauhen Betrieb nicht sehr tauglich,
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weisen einen geringen Wirkungsgrad auf oder bedingen teure Spezialkonstruktionen der Maschinen von grösserem Platzbedarf.
Von diesen Nachteilen ist die vorgeschlagene Schaltung frei, bei welcher die Erregerwicklung des Generators über einen Transduktor an die Generatorklemmspannung angeschlossen ist und bei welcher erfindungsgemäss der letztere Transduktor ausser der den Erregerstrom des Generators führenden Wicklung sechs weitere Wicklungen aufweist, von denen die eine mit der Batteriespannung proportionalem Strom, eine zweite bzw.
eine weitere mit der Differenz zwischen Generator-und Batteriespannung proportionalem Strom, wie eine vierte mit von einem Gleichrichter, der von einem in einer Zuleitung zu dem Wechselstromverbraucher gelegenen Stromtransfolmator versorgt ist, geliefertem Strom gespeist, eine weitere Wicklung als Rückkopplungswicklung von dem Erregerstrom durchflossen, eine letzte Wicklung mit einer Drosselspule in Serie und samt der vorgeschalteten Drossel parallel zu der den Erregerstrom führenden Wicklung geschaltet und ausschliesslich durch Anordnung und Bemessung dieser Wicklungen die Klemmenspannung des Generators bei überwiegender Belastung durch den Wechselstromverbraucher ohne zusätzliche Widerstände im wesentlichen konstant und stabil erhalten ist.
In der Zeichnung ist ein Schaltschema dargestellt, das eine beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemässen Schaltung wiedergibt, die im folgenden näher erläutert ist.
Die Erregerwicklung einer als Drehstromgenerator angenommenen Wechselstrommaschine wird von einem z. B. als Trockengleichrichter ausgebildeten Gleichrichter U 1 gespeist. der über einen selbsttätigen Überstromschalter mit Kontakten K,K an der verketteten Spannung des von diesem Generator versorg- ten Drehstromnetzes liegt. Der Erregergleichstrom durchfliesst eine Wicklung eines mit sechs weiteren Wicklungen 1-6 versehenen Transduktors. An den drei Phasen liegt ein Wechselstromverbraucher und über einen Gleichrichter U eine aufzuladende Batterie.
Der Transduktor regelt die Stromzufahrung in den Gleichrichter U je nach dem Stande seiner Gleichstromsättigung, welche durch das Verhältnis der Amperewindungen der Wicklung 1, zu den entgegenwirkenden Amperewindungen der von dem Ladestrom der Batterie durchflossenen Wicklung 2 und gegebenenfalls der Wicklung 3 bestimmt ist. Die letztere führt nur bei vollgeladener Batterie Strom, da die von der Batteriespannung elektromagnetisch gesteuerten Kontakte K, K sich öffnen, wenn diese den entsprechenden Wert erreicht. Die Wicklung 4wird über einen Stromtransformator T über einen Trockengleichrichter U3 gespeist und bewirkt eine Gleichstromsättigung des Transduktors in Abhängigkeit von der Belastung des Generators.
Die Wicklung 5, der eine Drossel L vorgeschaltet ist, liegt an den Klemmen der von dem Erregergleichstrom durchflossenen Wicklung, sie stabilisiert die Funktion des Regelsystems und verhindert dessen Eigenschwingung. Zur Erhöhung des Wirkungsgrades der Vorrichtung dient die als Rückkopplungswirkung ausgebildete Wicklung 6.
Das Arbeiten der Anlage kann in einfacher Weise mit Hilfe eines Kontrollichtes sichtbar gemacht
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tential, so dass in diesem Fall durch eine dort angeschlossene Kontrollampe kein Strom fliesst. Diese leuchtet aber auf, wenn infolge zu niedriger Generatordrehzahl oder nach Trennung der Kontakte K, K, zwischen den Punkten A, B Strom aus der Batterie fliesst. Die Kontakte K., K, bilden das Schaltorgan eines Überspannungsschutzes und werden von einem Hilfsrelaissystem selbsttätig voneinander getrennt, sobald die Generatorspannung die zulässige Grenze überschreitet. Der Erregerstrom des Generators ist dann un- terbrochen. D äs aufleuchtende Kontrollicht zeigt diese Störung an.
Die Trennung der beiden Kontakte Kl, K, bleibt bestehen, bis ein Schalter V ausgeschaltet ist, der ferngesteuert sein, aber auch durch andere Relaissysteme ersetzt werden kann.
Die erfindungsgemässe Schaltung kann nicht nur an Stromversorgungsanlagen für Fahrzeuge, sondern auch an stabilen Anlagen überall dort mit Vorteil verwendet werden, wo neben einem Gleichstromverbraucher ein Wechselstromverbraucher an einen Generator angeschlossen ist und der Wechselstromverbrauch überwiegt.
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Switching arrangement for keeping the voltage of alternating current generators constant
The invention relates to a switching arrangement for keeping the voltage of alternators constant, which voltage is to remain essentially at a certain value despite fluctuations in the load and / or speed of the machine. The generators should be used to charge an accumulator battery with rectified current and to feed other consumers, e.g. B. from heaters, can serve with alternating current.
The alternator, which designation also includes three-phase generators, can in particular be a power generator for vehicles that is driven by a vehicle engine or, in the case of rail vehicles, by an axle, or in some other way, the type of drive causing speed fluctuations within wide limits.
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(Austrian Patent No. 173123) consists of an alternating current or three-phase generator that works on the battery via a rectifier. An excitation winding of the generator is connected to the generator via a special excitation rectifier. A choke that is pre-magnetized with direct current is connected between the rectifier and the generator, the pre-magnetization of which is brought about with the aid of two windings that act in opposite directions.
One of these windings has a constant current flowing through it, the other a current proportional to the battery voltage. The choke and the windings are designed in such a way that when a certain battery voltage is reached, the excitation of the generator is reduced to such an extent that practically no more charging current flows. In order to keep the current constant in one direction, an iron hydrogen resistance is switched on in this circuit. In order to make the device function correctly, the generator is designed as a special machine with several directions of excitation. All power supplied by the alternator is rectified.
This is also the case with another known control device for alternating current generators (German Patent No. 926147), with which, in addition to a battery, another consumer can be fed. The voltage applied to the consumer is kept constant with the help of a carbon column regulator and is applied to a direct current winding of a transducer which has two further direct current windings through which the charging current of the battery and the load current flow. The transducer controls the excitation current of the alternator, which is rectified by means of a separate rectifier.
According to a further proposal (US Pat. No. 2, 519,650), the excitation of an alternating current generator intended for charging a battery is controlled with the aid of a choke coil which influences its field and is provided with an additional direct current winding to regulate its impedance. In series with this winding is a resistor that is dependent on the battery voltage, namely a coal column regulator.
Furthermore, it was proposed (Swiss patent specification No. 316.006) to regulate the field of an alternating current generator with the help of a scatter transformer, an upstream choke coil and a regulating choke provided with several direct current windings, which together represent the regulating mechanism to which setting resistors are added.
Some of the shortcomings of these proposals are the use of sensitive control resistors, energy-consuming series resistors or the need for a special type of alternator. The corresponding systems are therefore either not very suitable for rough operation,
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have a low degree of efficiency or require expensive special designs of the machines that require a lot of space.
The proposed circuit is free of these disadvantages, in which the excitation winding of the generator is connected to the generator terminal voltage via a transducer and in which, according to the invention, the latter transducer has six further windings in addition to the winding carrying the excitation current of the generator, one of which with the battery voltage proportional current, a second or
a further current proportional to the difference between generator and battery voltage, such as a fourth with current supplied by a rectifier, which is supplied by a current transformer located in a supply line to the AC consumer, another winding as a feedback winding through which the excitation current flows, a last winding with a choke coil in series and together with the upstream choke connected in parallel to the winding carrying the excitation current and the terminal voltage of the generator is maintained essentially constant and stable without additional resistors only through the arrangement and dimensioning of these windings with predominant load by the alternating current consumer.
In the drawing, a circuit diagram is shown which reproduces an example embodiment of the circuit according to the invention, which is explained in more detail below.
The excitation winding of an alternator assumed as a three-phase generator is driven by a z. B. trained as a dry rectifier rectifier U 1 fed. which is connected to the line voltage of the three-phase network supplied by this generator via an automatic overcurrent switch with contacts K, K. The direct excitation current flows through one winding of a transducer with six additional windings 1-6. There is an alternating current consumer on the three phases and a battery to be charged via a rectifier U.
The transducer regulates the supply of current to the rectifier U depending on the level of its direct current saturation, which is determined by the ratio of the ampere turns of winding 1 to the counteracting ampere turns of winding 2 through which the charging current of the battery flows and, if applicable, winding 3. The latter only carries current when the battery is fully charged, since the contacts K, K, which are electromagnetically controlled by the battery voltage, open when it reaches the corresponding value. The winding 4 is fed via a current transformer T via a dry rectifier U3 and causes direct current saturation of the transducer as a function of the load on the generator.
The winding 5, which is preceded by a choke L, is connected to the terminals of the winding through which the excitation direct current flows; it stabilizes the function of the control system and prevents its natural oscillation. The winding 6 designed as a feedback effect serves to increase the efficiency of the device.
The work of the system can be made visible in a simple way with the help of a control light
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potential, so that in this case no current flows through a control lamp connected there. However, this lights up when current flows from the battery between points A, B as a result of the generator speed being too low or after the contacts K, K, have been disconnected. The contacts K., K, form the switching element of an overvoltage protection and are automatically separated from one another by an auxiliary relay system as soon as the generator voltage exceeds the permissible limit. The generator's excitation current is then interrupted. The illuminated control light indicates this fault.
The separation of the two contacts Kl, K, remains until a switch V is switched off, which can be remotely controlled, but can also be replaced by other relay systems.
The circuit according to the invention can be used with advantage not only in power supply systems for vehicles, but also in stable systems where, in addition to a direct current consumer, an alternating current consumer is connected to a generator and the alternating current consumption predominates.
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