<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen Drehstromgenerator eines Windkraftwerkes mit einer Speicherbatterie, wobei an die Erregerwicklung eine für den Magnetfeldaufbau dienende Erregerstufe angeschlossen ist.
Insbesondere durch den hohen Bedarf an elektrischer Energie ist es von grossem Nutzen auch privaterseits durch Windkraft betriebene Stromgeneratoren zu verwenden. Derartige Stromgeneratoren werden ökonomisch an Standorten errichtet, denen über Leitung Energie nur unter grossem Kostenaufwand zugebracht werden kann. Dies trifft vor allem für entlegene Wochenendhäuser, Wohnwagen usw. zu, die oftmals auch längere Zeit unbewohnt sind und der Besitzer daher eine unter grossem Kostenaufwand errichtete lange Energiezuleitung kaum wirtschaftlich ausnutzen kann. Neben der Voraussetzung von Wind mit zumindest zeitweilig ausreichender Geschwindigkeit ist aber auch ein vom Windrad angetriebener Stromgenerator erforderlich, der kostenmässig gegenüber einer festen Leitung Vorteile erbringt.
Besonders vorteilhaft lassen sich daher Drehstromgeneratoren aus der Kraftfahrzeugtechnik verwenden, da diese durch die grosse Stückzahl kostenmässig günstig erhältlich sind und darüber hinaus einen hohen Wirkungsgrad aufweisen.
Bei einem derartigen Drehstromgenerator ist die Erregerwicklung auf dem drehenden Anker montiert, die Drehstromwicklungen sind feststehend um den Anker angeordnet. Liegt an der Erregerwicklung eine Spannung an, so baut sich ein Magnetfeld auf. Dieses Magnetfeld induziert bei drehendem Anker in den Drehstromwicklungen Spannung, die über Gleichrichterdioden einer Speicherbatterie zugeführt wird. Dem Generator ist eine Regeleinrichtung zugeordnet, die zur Steuerung der Erregerwicklung vorgesehen ist, wodurch die ordnungsgemässe Ladung der vom Generator versorgten Speicherbatterie erreicht wird.
Wird die Erregerwicklung eines Drehstromgenerators von einer Stromquelle versorgt, so wird schon bei relativ geringer Drehzahl des Ankers Strom erzeugt. Grundsätzlich ist aber eine Betriebsart des Generators möglich, bei der die Selbsterregung ausgenutzt wird. Hiebei ist jedoch von Nachteil, dass die Selbsterregung erst bei wesentlich höherer Drehzahl als bei Versorgung der Erregerwicklung mit einer Erregerspannung eintritt. Es wäre bei der Verwendung eines derartigen Drehstromgenerators in einem Windkraftwerk von grossem Nutzen, die Erregerwicklung von einer Spannungsquelle zu speisen, da dann bereits bei sehr geringen Windgeschwindigkeiten die Ladung einer Speicherbatterie möglich wäre. Hiezu müsste stets die Spannungsquelle, das kann z. B. die vom Generator zu ladende Speicherbatterie sein-mit der Erregerwicklung verbunden sein.
Dies kann aber dann Nachteile erbringen, wenn während längerer Zeit Windstille herrscht. Während der Windstille-d. h. bei stillstehendem Windrad - wird die Speicherbatterie nicht geladen, sondern über die Erregerwicklung entladen, was zur Folge hat, dass nach längerer Windstille überhaupt keine Energie mehr für das angeschlossene Verbrauchernetz vorhanden ist. Bei Betrieb eines Drehstromgenerators im Kraftfahrzeug wird der Erregerstrom über den Zündschalter einund ausgeschaltet.
Mit der US-PS Nr. 1, 114, 760 wurde bereits eine Schalteinrichtung für ein Windkraftwerk vorgeschlagen, die einen Magnetschalter aufweist, mit der die Speicherbatterie vom Stromgenerator abgeschaltet wird, sobald die Generatorspannung einen bestimmten Minimalwert aufweist. Hiedurch soll eine mögliche Entladung der Speicherbatterie vermieden werden. Nachteilig hiebei ist, dass bei geringen Windgeschwindigkeiten kein Ladebetrieb möglich ist und somit der Wirkungsgrad des gesamten Systems äusserst gering ist.
Auch aus der DE-PS Nr. 1038645 ist eine Stromerzeugungsanlage für Windkraftwerke bekannt, bei der ein spannungsabhängiges Schaltgerät vorgesehen ist, das bei geringer Windgeschwindigkeit eine Pufferbatterie vom Generator trennt. Diese bekannte Stromerzeugungsanlage weist die selben Nachteile wie das Windkraftwerk nach der oben genannten US-PS auf.
Aus der US-PS Nr. 4, 059, 771 ist ein Windkraftwerk mit einem Drehstromgenerator bekannt, das einen Frequenzdetektor für die Ermittlung der Drehzahl des Drehstromgenerators, und einen Spannungsdetektor für die aus der Frequenz des Drehstroms abgeleitete Spannung aufweist. Diese Spannung wird zur Steuerung der Erregerwicklung herangezogen, wobei die Regelstufe derart ausgelegt ist, dass in einen bestimmten Drehzahlbereich des Windkraftwerkes volle Generatorleistung erzielbar ist. Der elektronische Schaltungsaufwand ist bei diesem bekannten Vorschlag relativ gross und es wird keine Massnahme beschrieben, die sicherstellt, dass bei stillstehendem Generator die Entladung der Speicherbatterie unterbunden wird.
<Desc/Clms Page number 2>
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung für einen Drehstromgenerator eines Windkraftwerkes zu schaffen, mit dem einerseits die Nachteile des Standes der Technik - keine Ladung einer Speicherbatterie bei geringen Windgeschwindigkeiten bzw. bei geringer Drehzahl des Generators - und anderseits die Entladung der Speicherbatterie bei Windstille bzw. stillstehendem Windrad vermieden werden.
Gemäss der Erfindung wird daher bei einer Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, dass von einem als Erregerstufe dienenden Kondensator der eine Anschluss über einen Umschalter entweder an die Speicherbatterie oder an die Erregerwicklung anschliessbar ist und dessen anderer Anschluss mit dem Bezugspotential der Speicherbatterie verbunden ist, wobei der Umschalter durch mindestens eine auf einer vom Windkraftwerk angetriebenen Welle angeordneten Nocke, einen Exzenter od. dgl. betätigbar ist.
Zusätzlich kann der Kondensator über einen Strombegrenzungswiderstand mit dem Bezugspotential der Speicherbatterie verbunden sein. Bei den üblichen Drehstromgeneratoren aus der Kraftfahrzeugtechnik für ein 12-V-Versorgungsnetz hat sich ein Kondensator mit einer Kapazität von 500 pF als ausreichend gross erwiesen. Der Strombegrenzungswiderstand sollte hiebei einen Wert von etwa 6 Q aufweisen. Darüber hinaus kann mit dem Widerstand der Arbeitspunkt des Erregersystems eingestellt werden. Der Kondensator wirkt im wesentlichen als Zwischenspeicher für die Speisung der Erregerwicklung, wobei die Stellung des Umschalters bei Windstille-d. h. bei stillstehendem Windrad - ohne Bedeutung ist. Ist der Sammler über den Umschalter mit dem Kondensator verbunden, so fliesst nur solange Strom, bis der Kondensator aufgeladen ist.
Ist der Kondensator über den Umschalter hingegen mit der Erregerwicklung verbunden, so wird der Kondensator lediglich entladen. Ist der Umschalter bzw.
Nocke, der Exzenter od. dgl. in einer Position, in der kein Kontakt geschlossen ist, so fliesst auch kein Strom. Frischt dann der Wind auf und beginnt sich das Windrad bzw. der Anker des Generators zu drehen, so wird der Kondensator vom Sammler kurz aufgeladen und danach über die Erregerwicklung das erforderliche Magnetfeld zur Induzierung des Drehstroms aufgebaut und in vorteilhafter Weise bereits bei sehr geringen Drehzahlen setzt die Ladung des Sammlers ein.
Die Erfindung ist in der Zeichnung in einer Ausführungsform beispielsweise dargestellt. Die Zeichnung zeigt schematisch die Schaltungsanordnung eines Drehstromgenerators mit angeschlossener Regeleinrichtung.
Ein einpoliger Umschalter --1--, der durch einen Exzenter --2-- oder Hebel auf der Windradnabe - oder Generatorachse betätigt wird, schliesst in Stellung a den Kontakt zwischen einer Speicherbatterie --4-- und einem Kondensator --5-- somit wird der Kondensator --5-- auf die volle Akkumulatorspannung geladen. Bei Drehung der Windradnabe --3-- öffnet sich der Kontakt, welcher in Stellung a geschlossen war, und in Stellung b wird der Kontakt zwischen dem Kondensator --5-- und der Feldspule F (oder D.) des Generators geschlossen-der Kondensator gibt einen Stromimpuls in die Feldspule F+ (= Erregerwicklung). Bei einer Drehzahl des Generators, welche seiner unteren Betriebsdrehzahl entspricht, tritt nun die Selbsterregung ein, da bei entsprechender Drehzahl ein kurzer Stromimpuls genügt.
Der Vorteil dieser erfindungsgemässen Einrichtung ist, dass in keiner Betriebssituation ein Dauerstrom fliessen kann. Bei Stillstand der Nabe ist entweder in Stellung a der Kondensator geladen, es fliesst kein weiterer Strom, oder in Stellung b ist der Kondensator entladen, d. h. kein weiterer Stromfluss. Beim Anlaufen des Windrades wird der Kondensator pro Umdrehung einmal geladen und einmal entladen, letzteres über die Feldspule. Sobald die Selbsterregung des Generators erfolgt ist, fliesst fast kein weiterer Strom über die Kontakte des Umschalters, da dann die beiden Anschlüsse B+ und F+ oder die beiden Anschlüsse B+ und D+ annähernd gleiches Potential haben.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel mit einem im Kraftfahrzeugbau üblichen Wechselstromgenerator --6-- dargestellt. Falls die strichlierte Leitung --7-- vorgesehen ist, ist die Leitungsverbindung - wegzulassen.
Mit --9-- ist ein Generatorregler dargestellt. Der Widerstand --10-- dient zur Strombegrenzung beim Laden des Kondensators --5-- und auch für den Entladungsverlauf des Kondensators. Beispielsweise kann der Kondensator die Kapazität von 500 pF und der Widerstand --10-- einen Widerstandswert von 6 Q aufweisen.