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Elektrische Kraftanlage mit veränderlicher Leistungszufuhr.
Bei elektrischen Kraftanlagen mit veränderlicher Leistungszufuhr, z. B. Wasserkraftanlagen ohne Speicherung, Windkraftanlagen oder Naturgasanlagen lässt sich eine Regelung der die elektrische Leistung bestimmten Grössen, wie Stromstärke oder Spannung nui in einem bestimmten Leistungsbereich wirtschaftlich durchführen. So kann z. B. in einer Windkraftanlage, die maximal 12 KW abgeben könnte, Lichtstrom von konstanter Spannung nur bis etwa 2 KW wirtschaftlich erzeugt werden, da grössere Leistungen zu selten vorkommen und die notwendige Akkumulatorenbatterie unverhältnismässig gross und teuer würde. Die Erfindung benutzt nun die z im Teil bekannten Anordnungen, bei denen verschiedenen Leistungsbereichen der Anlage voneinander unabhängige, elektrische Energie aufnehmende Verbraucher oder Speicher zugeordnet sind, indem z.
B. bei einer 12 KW-Anlage im Leistungsbereich bis 2 KW eine Verbrauchergruppe A ständig angeschlossen ist, während Leistungsüberschüsse über 2 KW im Leistungsbereiche von 2-7 KW in einer Verb ; a : ichergruppe B und Leistungsüberschüsse über 7 KW in einer Verbrallchergruppe C verwertet werden. Erfindungsgemäss wird ein Teil der Leistungsbereiche mit Spannungsregel. mg, ein anderer Teil ohne Spannungsregelung ausgenutzt. Man besitzt in der Tat z. B. in den elektrischen Wärmespeichern oder in den Anlagen zur elektrisehen Futtermittelkonservierung Verbraucher, die wohl geeignet sind, auch nur zeitweise verfügbare Leistungsbeträge ohne Spannrings- regelung in wirtschaftlicher Weise aufzunehmen und zu verwerten.
Die Erzeugung der den einzelnen Leistungsbereichen entsprechenden elektrischen Energiemengen erfolgt entweder in getrennten Stromkreisen oder Generatoren, sie kann aber auch in einem einzigen Stromkreis durchgeführt werden.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Windkraftanlage, deren Energie in drei Leistungsbereichen ausgenutzt werden soll. Der Windmotor a treibt drei Generatoren b, c und d, von denen bund c mittels der Regler e und f af konstante Spannung geregelt werden. Der Generator b speist in Parallelschaltung mit der Batterie g eine Belerchtungsanlage t, der Generator c parallel mit der Batterie k einen Motor i und der Generator d arbeitet ohne Spannungsregelung auf einen Wärmespeicher, eine Anlage zur elektrischen Futtermittelkonservierung oder irgendeinen Verbraucher 1, der
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zusammen die Höchstleistung des Windmotors a von 12 KW verarbeiten, die ihnen über den 2-KW-
Generator b, den 3-KW-Generator e und den 5 KW-Generator d geliefert wird.
(Die Leistungsverluste sind bei dieser Betrachtung vernachlässigt. ) Die Spannung des Generators b ist konstant, seine Strom- stärke ist durch die zulässige Ladestromstärke der Batterie g bestimmt, seine Leistung ist daher nach oben begrenzt. Die Ausnutzung der Windleistung durch den Generator b allein liesse sich um so weiter treiben, je grösser die Batterie g gewählt wird. Diese lässt sich aber aus wirtschaftlichen Gründen nicht unbegrenzt vergrössern, so dass eine dauernde Speicherung nur bis etwa 2 KW Höchstleistung des Windmotors durchführbar ist. Diese Leistung hat der Motor etwa bei 4 m/s Windgeschwindigkeit. Um nun auch darüber hinausgehende Windgeschwindigkeiten auszunutzen, wird zunächst bei der Geschwindigkeit von 4 mls der Generator c hinzugeschaltet.
Ai, ch dieser gibt seine Leistung unter Speicherung ab. Der Motor i ist aber für allSsetzendenBet1'Ìeb gedacht, der nur bei höheren Windgeschwindigkeiten aufrecht- erhalten werden soll. Es kann daher die Batterie k wesentlieh anders und billiger ausgeführt werden, als wenn sie eine konstante Leistungsabgabe dauernd aufrechterhalten müsste. Die Verbrauchergruppen A und B können also den Windmotor a bis 5 KW Höchstleistung, entsprechend einer Windgeschwindigkeit von 5-2 m/s, mit erheblich geringeren Anlagekosten ausnutzen als wenn beide Gruppen in eine einzige vereinigt und in ihren Betriebsbedingungen voneinander abhängig wären. Um nun auch den Leistungs-
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abgestellt wird.
Die Zuschaltung und Abschaltung der'Generatoren c und d bzw. der an sie angeschlossenen Ver-
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so dass die Generatoren nur in dem ihnen zugewiesenen Leistungsbereich in Tätigkeit sind. Es lassen sich hiezu entweder von der Geschwindigkeit abhängige Kupplungen oder Schalteinrichtungen verwenden, es können aber auch die Generatoren so gebaut sein, dass sie sich erst bei der unteren Grenzdrehzahl des zugeordneten Leistungsbereiches selbst erregen. Dies lässt sich durch geeignete Wahl der äusseren Belastung und der Konstanten des Erregerkreises leicht erzielen.
Die Inbetriebsetzung dei den höheren Leistungsbereichen zugeordneten Generatoren in Abhängigkeit von der Drehzahl hat den Vorteil grösserer Genauigkeit, da sich der Windmotor, wenn er die der Leistungsgrenze der eingeschalteten Maschinen entsprechende Drehzahl übersehreitet, raschbeschleunigt und daher ein scharfes Ansprechen der Einrichtung herbeiführt.
Die Verbrauchergruppen können mit Vorteil auf verschiedene Leistungsbereiche umschaltbar gemacht werden, wenn diese Bereiche gleich gross sind. Sind z. B. die Verbrauchergruppen Bund 0 vertauschbar, so kann in Zeiten grossen Wärmebedarfes der Wärmespeicher 0 in dem durch längere Zeit verfügbaren Leistungsbereich des Generators c betrieben werden, während die Verbraucher der Gruppe B nur mit den selteneren Leistungsspitzen betrieben werden. Es muss allerdings beachtet werden, dass in den einzelnen Leistungsbereichen verschiedene Spannungsverhältnisse vorliegen, denen durch geeignete Schaltung der Generatoren und Verbraucher Rechnung zu tragen ist.
Die Generatoren können auch zu einer einzigen Maschine vereinigt werden, die mehrere getrennte Stromkreise enthält. Unter Umständen können auch die verschiedenen Verbrauchergruppen in ein und demselben Stromkreis liegen. Fig. 2 zeigt ein solches Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Windmotor a treibt einen einzigen Generator b an, der die Höchstleistung des Windmotors aufzunehmen imstande ist. Der Generator liefert eine mit der Windgeschwindigkeit veränderliche Spannung, die auf mehrere in Serie liegende Verbrauchergruppen A und 0 aufgeteilt wird.
Es wird hiebei der auf die Gruppe A entfallende Spannungsteil mittels des Regleis e konstant gehalten, indem dieser verschiedene Widerstandswerte des mit Anzapfungen versehenen Verbrauchers i ! in den Stromkreis einschaltet und so den variablen Überschuss über den gewünschten konstanten Spannungswert abdrosselt. Der Verbraucher I darf keine elektromotorischen Kräfte entwickeln, die den Regelvorgang stören. Gebt die Generatorspannung auf die für die Verbrauchergruppe A erforderliche Spannung zurück, so wird die Verbrauchergruppe 0 bzw. der Verbraucher I kurzgeschlossen. Sinkt die Generatorspannung weiter, so ist z.
B. durch einen selbsttätigen Schalter ein zweiter in der Zeichnung nicht dargestellter selbsttätiger Regler in Tätigkeit zu setzen, der auf die Erregung des Generators einwirkt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrische Kraftanlage mit veränderlicher Leistungszufuhr, deren verschiedenen Leistung bereichen voneinander unabhängige, elektrische Energie aufnehmende Verbraucher oder Speicher zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Leistungsbereiche zweckmässig die gesamte unterhalb eines bestimmten Betrages liegende Leistung mit Spannungsregelung, ein anderer Teil ohne Spannungsregelung ausgenutzt wird.