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Stromversorgungseinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungseinrichtung mit einem mit veränderlicher Drehzahl angetriebenen Wechselstromgenerator, insbesondere ein Speisungssystem für ein Schienenfahrzeug mit einem achsgetriebenen Generator, vorzugsweise einer ungesättigten Hochfrequenzmaschine, die unter nahe den Kurzschlussbedingungen liegenden Belastungsbedingungen betrieben ist.
Es ist ein mit stark veränderlicher Drehzahl betriebener Wechselstromgenerator bekannt, der über Gleichrichter auf ein Gleichstromnetz mit parallelliegender Akkumulatorenbatterie arbeitet und mit kleinem Kurzschlussverhältnis ausgeführt ist, so dass der durch den Erregerstrom verursachte Strombelag an der Maschine gegenüber dem Laststrombelag klein ist, wodurch Spannung und Ständerstrom im wesentlichen konstant bleiben.
Erfindungsgemäss wird eine verbesserte Wirkungsweise, d. h. eine niedere Vollastdrehzahl dadurch erreicht, dass der Generator ausser der eine konstante Erregung erzeugenden Feldwicklung eine zusätzliche Hilfsfeldwicklung aufweist, die von einem frequenzempfindlichen Kreis gespeist ist, wobei die Hilfserregung bei hohen Generatordrehzahlen eine geringe und bei niederen Drehzahlen eine erhöhte zusätzliche Wirkung hat. Bei der praktischen Ausführung kann überdies der Effekt bei niederen Drehzahlen noch dadurch gesteigert werden, dass man im frequenzempfindlichen Stromkreis eine Drossel derart anordnet, dass diese bei höherem Feldstrom, verbunden mit niederen Drehzahlen bzw. tiefen Frequenzen, gesättigt wird.
Falls die Belastung eine mittels eines Gleichrichters gespeiste Batterie enthält, kann die Feldwicklung mit dem Ausgangsstrom des genannten Gleichrichters gespeist werden, während die Hilfswicklung mittels eines separaten, zwischen den frequenzempfindlichen Kreis und die letztgenannte Wicklung geschalteten Gleichrichters im Nebenschluss gespeist ist.
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Ausgangsstromtiona] ist und durch Gleichrichtung des Ausganges eines in den Ausgangskreis des Generators geschalteten Stromtransformators gewonnen wird.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Die Fig. 1-4 zeigen Schaltbilder entsprechender Anordnung. In den Fig. 5 und 6 sind Strom - Spannungsdiagrammewiedergegeben, dieerkennenlassen, wie sich der Strom von jenem bekannter Anordnung unterschiedlich verhält.
Gemäss Fig. 1 ist die durch eine Batterie l repräsentierte Last über einen Hauptgleichrichter 2 von einem Dreiphasen-Wechselstromgenerator gespeist, der mit veränderlicher Drehzahl, beispielsweise von der Achse eines Schienenfahrzeuges angetrieben ist. Der Generator kann eine ein- oder mehrphasige Maschine geeigneter Bauart, z. B. eine Induktor- oder Drehfeldmaschine sein. Die Hauptfeldwicklung 4 des Generators ist vom Ausgangsstrom des Gleichrichters 2 gespeist. Die Hilfs-Nebenschluss-Feldwicklung 5, deren Wirkung additiv zu jener der Wicklung 4 ist, wird von einer der Phasen des Generatorausganges über den frequenzempfindlichen Kreis 6 und einen getrennten Hilfsgleichrichter 7 gespeist.
Dieser Kreis besteht, wie gezeigt, lediglich aus einem regelbaren Widerstand 8 und einer hiezu in Serie liegenden Drosselspule 9.
Der Wechselstromgenerator 3 ist eine geeignete Hoctifrequenzmaschine, die in einem Frequenzbereich von 25 bis 1000 oder 5 bis 10 000 Hz arbeitet. Die Maschine wird unter Bedingungen betrieben, die sich den Kurzschlussbedingungen nähern, d. i. derart, dass der reaktive Abfall im Generator die
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Spannung am äusseren Kreis Übersteigt. Unter diesen Bedingungen hat der vom Generatol 3 gelieferte
Strom- das Bestreben, sich in einem weiten Drehzahlbereich im wesentlichen konstant zu halten, wobei die Feldwicklung 4 eine im wesentlichen gleichbleibende Erregung hervorbringen wird.
Die Feldwicklung 5 ist im frequenzempfindlichen Stromkreis 6 derart angeordnet, dass die durch sie hervorgerufene Erregung bei hohen Generatordrehzahlen, also bei hohen Frequenzen eine geringe Wirkung, jedoch bei niederen Drehzahlen und Frequenzen eine erhöhte Wirkung hat. Dieser Effekt bei niederen
Drehzahlen kann dadurch gesteigert werden, dass man die Drosselspule 9 so auslegt, dass diese bei dem bei niedriger Frequenz erhaltenem höherem Feldstrom gesättigt wird. Der Zweck des zusätzlichen Feldes besteht darin, ein frühzeitiges und schnelleres Ansteigen auf den Vollaststrom des Generators zu errei- chen, wenn dessen Drehzahl von einem niedrigen Wert anzusteigen beginnt, ohne jedoch auf die Er- haltung des über den vollen Bereich im wesentlichen konstanten Stromes einzuwirken.
Dies ist besser zu erkennen, wenn man die Fig. 5 und 6 miteinander vergleicht. Die Fig. 6 zeigt die
Abhängigkeit des Ausgangsstroms I (Ordinate) von der Drehzahl n (Abszisse) bei der erfindungsgemässen
Anordnung, wogegen die Fig. 5 diese Abhängigkeit bei einer bekannten konventionellen Anordnung wie- dergibt. In Fig. 6 ist zu erkennen, dass der Strom verhältnismässig steil ansteigt (Kurventeil 10) und sich dann im wesentlichen konstant hält (Kurventeil 11), wobei er mit steigender Drehzahl geringfügig ab- fällt.
Eine Batterie ist als Belastung nicht erforderlich. Es kann auch ein Wechselstromverbraucher vorge- sehen sein, wobei dann derHauptgleichrichter entbehrlich ist. Bei der Anordnung gemäss Fig. 2, bei der die
Belastung durch einen Dreiphasen- Wechselstrom verbraucher 12 repräsentiert ist, der beispielsweise die Hei- zung des Wagens umfasst, ist der Hauptfeldwicklung 4 eine demAusgangsstrom proportionale Spannung auf- gedrückt, die über einen Gleichrichter 13 von einem in den Ausgangskreis des Generators geschalteten
Stromtransformator 14 gewonnen wird, beispielsweise im Falle des dargestellten Mehrphasengenerators in eine seiner Phasen. Hiebei ist in an sich bekannter Weise ein regelbarer Belastungswiderstand 15 parallel zur
Sekundärwicklung des Transformators 14 geschaltet.
Im wesentlichen funktioniert die Anordnung gemäss
Fig. 2 auf dieselbe Art, wie jene der Fig. 1. Falls es erwünscht ist, den Ausgang des Generators 3 auf eine
Reihe von Stromniveaus einstellen zu können, so kann dies durch Änderung des Widerstandswertes eines parallel ZUm Stromkreis der Hauptfeldwicklung 4 liegenden Nebenschlusswiderstandes erreicht werden.
Hiebei kann die Widerstandsänderung stufenweise erfolgen.
Falls die Festwert-Hauptfeldwicklung 4 eine Nebenschlusswicklung ist, die mittels des Hauptgleirhrichters 2, oder, wie der Fig. 3 zu entnehmen, mittels eines besonderen Hilfsgleichrichters 16 gespeist ist, kann das Ausgangsniveau durch Veränderung der Grösse eines Widerstandes 17 variiert werden, der in Serie mit jener Wicklung liegt,
Gemäss der Anordnung nach Fig. 4 weisen die beiden Wicklungen 4 und 5 eine gemeinsame innere Verbindung auf. In diesem Fall ist es erforderlich, in die Speisung der einen Wicklung, wie gezeigt, in die Speisung der Hilfswicklung 5 mittels des Hilfsgleichrichters 7', einen Transformator 18 zwischenzuschalten. Auf der Wechselstromseite des Gleichrichters 2 ist ein, die Aufgabe des Widerstandes 17 der Fig. 3 erfüllender regelbarer Widerstand 17'vorgesehen.
Das frequenzempfindliche Element besteht in diesem Fall lediglich aus einer Drosselspule 9'.
Falls erforderlich, kann das System in an sich bekannter Weise mit einem Überstromrelais und/oder mit einem Überspannungsrelais ausgestattet sein. Für die Verbindung des Verbrauchers mit dem Generator kann ein Fernscbalter (Schütz) vorgesehen sein.
PATENTANSPRÜCHE : l. Stromversorgungseinrichtung mit einem Wechselstromgenerator variabler Drehzahl, vorzugsweise einer ungesättigten Hochfrequenzmaschine, die unter nahe den Kurzschlussbedingungen liegenden Belastungsbedingungen betrieben ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator ausser der eine konstante Erregung erzeugenden Feldwicklung eine zusätzliche Hilfsfeldwicklung aufweist, die von einem frequenzempfindlichen Kreis gespeist ist, wobei die Hilfserregung bei hohen Generatordrehzahlen eine geringe und bei niederen Drehzahlen eine erhöhte zusätzliche Wirkung hat.