Elektrische Anlage mit Generator, Reservebatterie und Regeleinrichtung, insbesondere für Fahrzeuge Es ist bekannt, zum Speisen der Stromver braucher zum Beispiel in Fährzeugen Gleich strom- oder Wechselstromgeneratoren zu ver wenden, wobei letztere einen Gleichrichter erhalten.
Um die Spannungs- und :Stromgrössen der Generatoren bei den wechselnden Dreh zahlen, gegebenenfalls auch Links- und Rechtslauf, den Betriebsbedingungen anzu passen, werden Regelapparate verschiedener Bauarten verwendet, zum Beispiel Kohledrt--tek- spannungsregler, Wälzregler und dergleichen.
Es ist ferner bekannt, Stromerzeugungsanla- gen zu verwenden, die ohne bewegliche Regler arbeiten, wobei angestrebt wird, eine möglichst konstante Spannung zu erzeugen, um; im Puf ferbetrieb dem Stromnetz jeweils denjenigen Strom zuzuführen, den die Stromverbraucher, wie Glühlampen, Leuchtröhren, Ventilatoren usw., aufnehmen. Die Generatoranlage hat hierbei mehr oder weniger die Aufgabe, die Batterie in einem bestimmten Ladezustand zu erhalten, so dass also, da die Spannung des Generators konstant gehalten wird, lediglich diejenige Energie der Batterie zuzuführen ist, die ihr im Laufe der Betriebszeit entnom men wird.
Es ist dies das sogenannte Puffer verfahren.
Die bekannten Regelapparate, zum Beispiel Kohledruckspa-nnungsregler, erwirken darüber hinaus eine volle Aufladung der Batterie, um in dieser eine kräftige Reserv estromquelle zu erhalten, wenn das Fahrzeug längere Zeit stillsteht und die Batterie die Stromverbrau cher speisen muss.
Eine sehr wichtige Aufgabe bestand also für den mechanisch bewegten Regler darin, im Gleichklang zwischen erzeugter Generator spannung und der Batterieladekurv e eine Änderung des Spannungszustandes entspre chend den Ladebedingungen der Batterie zu erreichen, jedoch bei möglichst konstanter Spannung .im Verbraucherstromkreis der An lage. Es ist bekannt, dass die Batterien ihre höchste Lebensdauer erhalten, wenn die La dung der Batterien entsprechend den vorge schriebenen technischen Grössen erfolgt..
Hier durch ergeben sich folgende Bedingungen für den Idealzustand einer sicher wirkenden Stromerzeugungsanlage in Fahrzeugen: 1. Veränderliche Spannungshaltung des Generators bzw. des zwischen Generator und Batterie geschalteten Gleichrichters zum Zwecke der Anpassung an die beim Laden der Batterie wachsende Batteriespannung.
2. Eine selbsttätig wirkende: Strombegren zung, um eine LTberbeansprttchiuig des Genera- tors und eine Überladung der Batterie zu ver hindern.
3. Eine zusätzliche Einwirkung der Strom stärke in den Verbraucherstromkreisen auf die Generatorspannung, um bei grossem Ver braucherstrom eine höhere Stromerzeugung zu erwirken als bei geringerem Verbraucher strom, jedoch bei konstanter Spannung im Verbraucherstromkreis.
4. Eine Begrenzung der Spannungsrege- lung nach oben, um die Batterie im letzten Teil der Ladung nicht mit zu starkem Strom zu laden, wodurch das frühzeitige Altern der Batterieplatten verhindert wird.
Der Gegenstand der Erfindung ist nun eine elektrische Anlage mit Generator, Re servebatterie und Regeleinrichtung, Insbeson dere für Fahrzeuge, wobei der Generator mit einem Gleichstromfeld, welches über Gleich- riehter aus einem WechseIstromkreis unter Zwischenschaltung von Regeldrosselspulen, die Wicklungen für eine Gleichstromvor- magnetisierung besitzen, gespeist ist, versehen ist, und die diese vier gestellten Bedingungen ohne Anwendung eines mechanisch bewegten Reglers bewältigen kann.
Sie ist dadurch ge kennzeichnet, dass die Regeldrosselspulen mit tels ihrer Gleichstromwicklungen automatisch derart vormagnetisiert werden, dass das Ge- neratorfeld und dadurch die Generatorspan- nung so geregelt werden, dass bei den verän derlichen Grössen der Spannungen des Ge- nerators und der Batterie sowie des Genera torstromes, des Ladestromes und des Ver braucherstromes eine Überbelastung des Gene- rators vermieden wird,
die Batterie höchstens mit einem ihrem Ladezustand entsprechenden Strom geladen wird, und die Verbraucher spannung annähernd konstant gehalten wird.
Hierbei ist zu beachten, dass die. Genera toren an Fahrzeugen im Links- und Rechts lauf bei verschiedenen Drehzahlen arbeiten. Üblicherweise schwanken die Drehzahlen des Generators im Ladebetrieb im Verhältnis 1 : 5, beispielsweise zwischen 400 Umdrehungen beim Einschalten der Batterieladung und 2000 Umdrehungen bei Höchstgeschwindigkeit der Fahrzeuge.
Es sind bei der Regelschaltung der Anlage gemäss dieser Erfindung Mittel vorgesehen, die gestatten, im Verbraucher netz eine möglichst konstante Spannung zu halten, um beim Stillstand des Fahrzeuges sowie auch während der Fahrt, eine gleiche Spannungshöhe für Glühlampen- und Leucht- röhrenbetrieb zu erwirken.
Die Leuchtröhren können entweder unmittelbar aus der Batterie gespeist werden, oder es können für Wechsel stromröhren kleine VG echselrichter oder Um former verwendet werden, um aus dem Bat teriegleich strom einen Wechselstrom zu er zeugen.
Ausführungsbeispiele der Anlage sind in den Fig. 1 bis 6 der beiliegenden Zeichnung dargestellt. In Fig. 1 bedeutet. 1 einen Gleich stromgenerator mit Plusleitung Z und Mi nusleitung 3. Der Generator besitzt zwei oder mehrere Anzapfungen am Anker zur Er zeugung eines durch Sehleifringe -1 abzulei tenden Wechselstromes, der den Regelkreis und über einen kleinen Gleichriehter 8 das Feld des Generators speist.
Dieser Regelkreis besteht aus der Regeldrosselspule 5, dem Streutransformator 6, der Vorschaltdrossel- spule 7, dem Feldgleichrichter 8, der in Graetzschaltung dargestellt ist, und der Feld wicklung 9, die sich auf dem Generator 1 befindet. Alle weehselstromführenden Bauteile sind für eine Frequenzändertmg von etwa 1:5 entsprechend dem oben angegebenen Drehzahlverhältnis eingerichtet. Die Drossel spulen bestehen aus einem Eisenkern und ent sprechenden Spulenwicklungen; sie besitzen zudem einen verstellbaren Luftspalt, um die Drosselwirkungen den Betriebsbedingungen gut anpassen zu können.
Da die Periodenzahl der Drehzahländerung entsprechend stark schwankt (etwa 1 :<B>5,) ,</B> empfiehlt es sich, den Eisenkern aus einem Spezialeisen herzustel len, um einen möglichst scharfen Knick der Magnetisierungskurve zu erhalten, wie dies in Fig.2 dargestellt ist..
Der Kurventeil 10 zeigt- die anstei gende Linie der Magnetflussdichte bei zuneh mender Magnetisierung, deren Maximum im Knickpunkt 11 erreicht- ist. Von diesem Wert an ist praktisch ein weiteres Ansteigen wegen Sättigung des Eisenkerns nicht mehr möglich, wie die Gerade 10a zeigt. zeigt die Spannungshöhe und B die Kraftliniendichte.
Die Regeldrossel 5 besitzt fünf verschie dene Wicklungen, deren gegenseitige Wirkun gen die Grundlage für die Erfüllung der in der Einleitung genannten vier Ideal-Bedin- gungen bilden.
Die Wicklung 12 ist als veränderliche Drosselspule in den Wechselstromkreis ge schaltet. (Die Veränderbarkeit wird in später erläuterter Weise durch Vormagnetisierung des Drosselspulenkerns erzielt.) Sie bildet mit dem Streutransformator 6 und der Drossel spule 7 diejenigen Bauelemente der Strom erzeugungsanlage, die den Betriebsbedingun- gen entsprechend zum Regeln der Stromstärke in der Feldwicklung 9 dienen. Die Drossel spulen haben einen niederen Spannungsabfall bei einer geringen Drehzahl des Generators und einen etwa fünffach höheren Spannungs abfall entsprechend der fünffach höheren Drehzahl und Periodenzahl.
Somit bewirken die beiden in Reihe geschalteten Drosselspulen 5 und 7, im praktisch wesentlichen Betriebs gebiet der Anlage eine Schwächung der Feld wicklung 9 bei zunehmender Drehzahl des Generators, wie es bei bekannten Anordnun gen der Kohledruckspannungsregler durch den elektromechanisch veränderlichen Kohle säulenwiderstand ermöglicht. Feldwicklung 9, Gleichrichter 8, Transformator 6 sowie Dros selspulen 5 und 7 sind so bemessen und ju- stiert, dass eine dem jeweiligen Stromver brauch entsprechende Feldstromänderung er folgt.
Da Strom- und Spannungsgrössen jedoch während des Betriebes beträchtlichen Ände rungen unterliegen, müssen regulierende Ein flüsse in die Regelkreise eingeführt werden. Hierzu werden auf der Regeldrosselspule 5 mehrere Gleichstromwicklungen benutzt, um durch Änderung der Magnetisierung der Eisenkerne eine Änderung der Spulenspan- nungen zu erwirken, und somit eine Regelung der Feldstromstärke. Die selbsttätige Rege lung in diesem neuen System ist. auf das re gelnde Prinzip einer veränderlichen Gleich stromvormagnetisierung von Drosselkreisen gestützt.
Die Wicklung 13 ist zwischen zwei Span nungspole Plus und Minus der Batterie 19 geschaltet unter Verwendung eines Regel widerstandes '20 zwecks Einstellung der Strom stärke. Der durch Wicklung 13 fliessende Gleichstrom gibt der Riegeldrossel '5 eine grundsätzliche Gleichstromv ormagnetisierwig, die den Spannungswert der Wechselstrom wieklung 12 : in einem vorbestimmten Verhält nis herabsetzt. Diese Betriebsgrösse kann durch Widerstand 2i0 verstellt. werden.
Die Wicklung 1-1 führt den Gleichstrom der Feldstromspule 9, der auch eine Wick lung der Vorschaltdrosselspule 7 durchfliesst. Diesen Vormagnetisierungsstrom kann man je nach Grösse und Art. der Anlage im gleichen oder entgegengesetzten Sinne wie die durch -N%'icklung 13 bewirkte Magnetisieri-mg verlau fen lassen. -Mit dieser Wicklung wird die Änderung der Stromgrösse und somit der Ma gnetisierungsgrösse ausgenutzt., die sich durch die Schwächung der Feldstromstärke bei zu nehmender Drehzahl ergibt.
Diese -Wirkung gilt. sinngemäss auch für die Drosselspule 7. Eine Ausnutzung des veränderlichen Feld stromes zum Regeln dient der Angleichung der allgemein veränderlichen Grössen des Genera- tors und der im Feldkreis angeordneten Bau teile, wie zum Beispiel der Magnetisierungs- verlauf der Generatoren, der Eisenkerne u. a.. bei wechselnden Drehzahlen, Frequenzen und Spannungen.
Die Wicklung 15 führt einen vom Batte riestromkreis durch Nebenwiderstand 17 abge zweigten Gleichstrom, der beim -Überschreiten des zulässigen Batteriestromes eine Vermin derung der Gleichstromvormagnetisierung, die durch die Wicklungen 13 und 14 erzeugt wird, bewirkt. Dies wiederum bewirkt einen Anstieg des Spannungsabfalles an der Wick lung 12, so dass eine geringere Wechselspan nung an den Gleichrichter 8 angelegt wird, was wiederum eine Verminderung des Stromes in der Feldwicklung 9 im Gefolge hat. Die Kraftlinien sind also, wie die Pfeile andeuten, entgegengesetzt zur bestehenden Magnetisie- rung gerichtet.
Die Wicklung 16 bewirkt in gleicher Weise eine Beeinflussung der Gleichstromvormagne- tisierung der Regeldrosselspule 5 bei zuneh mender Stromstärke des Verbraucherstrom kreises 21 in der Weise, dass zur Erzeugung eines grösseren Maschinenstromes eine Ver minderung der Drosselwirkung der Wicklung 12 erfolgt.. Das heisst der Kraftfluss ist, wie der Pfeil andeutet, demjenigen der Wick lung 15 entgegengesetzt.
Zusammengefasst sei nochmals die Bedeu tung der Regeldrosselspule herausgestellt: 1. Die Wicklung 12 bewirkt gemeinsam mit der Drosselspule 7 eine Verminderung der Feldstromstärke in Wicklung 9 bei zunehmen der Drehzahl der Maschine 1, da die Drossel wirkung mit zunehmender Frequenz ansteigt.
2. Die Gleichstromwicklung 13 bewirkt eine dauernde Gleichstromvormagnetisierung zur Begrenzung der Drosselwirkung der W ieklung 12.
3. Die Wicklung 1#I bewirkt eine vom Feldstrom abhängige veränderliche Gleieh- stromvormagnetisierung, die derjenigen der Wicklung 13 je nach den Erfordernissen der Anlage gleich- oder entgegengerichtet sein kann.
4. Die Wicklung 15 bewirkt zur Begren zung des Ladestromes und Maschinenstromes eine Verstärkung der Gleichstromvormagneti- sierung bei zunehmendem Batteriestrom.
5. Die Wicklung 16 bewirkt eine Vermin derung der Vormagnetisierung zum Zwecke der Spannungserhöhung bei steigendem Ver braucherstrom.
Die Wicklungen 15 und 16 wirken dem nach gegeneinander, wobei Wicklung 15 den Generatorstrom begrenzen soll, auch wenn Wicklung 16 mehr Strom für den Verbrau- eher anfordert, denn diese Mehranforderung an Strom soll bis zur Maximalbelastung des Generators eine stärkere Ladung erwirken, da die Batterie voll gehalten werden muss. Alle Regelwiderstände 20 haben die Aufgabe, eine Justierung der Anlage bei der Inbetriebnahme zu ermöglichen, je nach Art des Generators, der Batterie und der Verbrauchsgrösse. Nach der Justierung werden die Widerstände fest gesetzt.
Die hiermit, beschriebenen verschiedenen Wechselwirkungen der fünf Wicklungen ge statten ohne Verwendung von bewegten Bau elementen einen vollautomatischen Betrieb, wie er dem Wechsel der Betriebsbedingungen entspricht. Hierbei kommt dem Streutrans formator 6 noch eine besondere Bedeutung zu, denn es sind Massnahmen notwendig, den Ladestrom beim Erreichen eines bestimmten Spannungswertes der Batterie, der mit 2,4 Volt pro Zelle einer Bleibatterie angenom men werde, also bei vollgeladener Batterie im wesentlichen zu Null zu machen.
In Fig.3 zeigt C den Spannungsverlauf einer Batterieladung im Verhältnis zum Strom D und der Ladezeit Z. .Nach dem Erreichen der Gasungsgrenze von 2,4 Volt soll der Lade strom stärker abfallen. Für andere Batterie arten besteht ein ähnlicher Kurvenverlauf. U m das Absinken des Ladestromes zu erwir ken, muss der Spannungsanstieg, wie er durch die Regeldrosselspule 5 gegeben ist, beim kri tischen Punkt (2,4 Volt pro Zelle) aufhören, wobei der Spannungsverbrauch im Lade widerstand 17 zu berücksichtigen ist.
Wird angenommen, die Spannung im Verbraucher kreis 21 betrage 24 bis 26 Volt, so muss der Vorsehaltwiderstand 17 so hoch bemessen sein, da.ss der Generator eine genügend hohe Span nung erzeugt, damit die Batterie 19 über den Ladewiderstand 17 entsprechend den Kurven nach Fig. 3 voll geladen werden kann. Wird weiter angenommen, eine Batterie von 12 Zel len sei beim Erreichen von 2,75 Volt Zellen spannung voll aufgeladen, so ist beim Strom wert Null das Maximum der Spannung 12 X 2,75 = 33 Volt.
Unter Beachtung des Spannungsverlustes des Ladewiderstandes 17 sind demnach Regel drosselspule 5, Streutransformator 6 und Dros selspule 7 so zu bemessen, dass die Feld stärke 8 keine höhere Spannung am Genera tor zulässt als 33 Volt. Die Differenz zwischen 2,4 und 2,75 Volt Zellenspannung trägt der Ladewiderstand 17. Diese Wirkung der Spannungshöehst- begrenzung wird durch den Streutransforma tor 6 erreicht., der in Fig. 6 besonders darge stellt ist. Die Primärwicklung 37 treibt Kraft linien durch die Schenkel 38 und weiter durch das Querjoch 39.
Bis zur Sättigungsgrenze des Querjoches 39 erfolgt eine normale Trans formation z -isehen Primär- und Sekundär wicklungen 37 und 40. Nach erfolgter Sätti gung des Querjoches 39, das zweckmässig aus einem Eisen einer hohen Permeabilität be steht, treten die die Schenkel 38 durchsetzen den und das Sättigungsmass übersteigenden Kraftlinien durch den Luftspalt. 41 als Streu fluss aus, so dass trotz Spannungserhöhung in Wicklung 37 in der Wicklung 40 eine weitere Spannungserhöhung unterbunden wird.
Diese Grenze wird als Massstab für den Knick punkt des Stromes und der Spannung nach Fig.3 angenommen.
Die Bemessung der Drosselspulen 5 und 7 erfolgt. in der Weise, dass im Transformator 6 bei allen Frequenzen, also bei allen Generator drehzahlen, eine gleich hohe Spannung erzeugt wird, um die Spannung im betriebsmässigen Drehzahlbereich für beide Drehrichtungen auf gleicher Höhe zu halten. Eine präzisere Einstellung der Spannungsbegrenzung ist. ge geben durch die Ausbildung der Drosselspule 7 mit, sinngemäss gleichen Vormagnetisierungs- wicklungen 13 und 16, wie sie der Regelspule 5 zugeordnet sind; damit werden die betrieb lich bedingten Gleichstrombeeinflussungen in beiden Drosselspulen aufgewogen.
Der Streutransformator 6 bildet somit in Verbindung mit den Drosselspulen 5 und 7 den Regelmechanismus für die Anlage, die hier für eine Fahrzeugbeleuchtung beschrie ben ist. Das Regelprinzip kann sinngemäss auch für jede Stromerzeugungsanlage ver wendet werden, die einen Gleichklang zwi schen Stromverbrauch und Feldänderung am Generator bedingen.
L m bei entladener Batterie- eine Erregung des Generators zu ermöglichen, können perma nente Magnete 26 vorgesehen sein.
In der Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungs- beispiel dargestellt. Dasselbe besitzt einen Drehstromgenerator 22 in Verbindung mit einem Hauptstromgleichrichter 2,3. Der Feld regelkreis ist. in dieser Anordnung dreiphasig ausgeführt, und die Vorschaltwiderstände 17 und 18 sind im Gegensatz zu Fig.1 in Reihe geschaltet.
Im übrigen entsprechen die,Gleieh- stromwieklungen denjenigen der Fig.1. Die Wirkung der verschiedenen -'##@Ticklungen un tereinander ist. die gleiche, wie in Fig. 1 dar gestellt und vorstehend beschrieben.
Für die Ingangsetzung der Stromerzeuger ist eine Selbsterregiulg der Dynamomaschine zweckmässig, um die erzeugte Spannung ohne Fremdeinfluss der Batteriespannung anzu passen. Zur Unterstützung der Erregung beim Anfahren kann eine von der Batterie gespeiste Wicklung auf dem Generator angeordnet wer den. Diese ist in den Zeichnungen fortgelas sen. Da aber im Standbetrieb die- Batterie 19 völlig entladen sein kann, dürfte die Selbst erregung der Generatoren Schwierigkeiten be reiten.
Auch hier können zweckmässig perma nente Magnete vorgesehen sein, um den not wendigen Restmagnetismus jederzeit. zu ga rantieren.
In Fig. 5 ist eine Zusatzeinrichtung zur Schaltung nach Fig. 4 gezeigt, die für die Speisung von Entladungslampen mit Wechsel strom anwendbar ist. Diese besteht aus einem Motorgenerator 29 und 30, der ein regelbares Feld (31) besitzt, das mit Hilfe eines elektro mechanisch betätigten Reglers, zum Beispiel eines Kohledruckspannungsreglers 32, die Spannung im Lampenkreis 3<B>3</B>, der über den Transformator 34 gespeist wird, kon stant hält.
Doch kann auch hier der mecha nische Regler vermieden werden, zum Beispiel dadurch, dass in den Primärstromkreis des Transformators 34 eine Drosselspule. 3@5 ge schaltet ist, der zwei Gleichstromwicklungen 2=1 und 25 zugeordnet. sind. Die Wicklung 24 wird ziun Beispiel vom Vorwiderstand 17 in Fig.4 abgezweigt, so dass eine Vormagneti- sierung ähnlich der Wicklung 1<B>5</B> in Fig. 1 entsteht.. Die Wicklung 25 wird zweckmässig vom Vorwiderstand 18 in Fig. 4 abgezweigt.
Beide Wicklungen subtrahieren sich in ihren Wirkungen auf die Vormagnetisierung der- art, dass bei Generator- und Batteriebetrieb eine grössere. Drosselwirkung an Spule 35 entsteht als bei Batteriebetrieb allein, in wel chem letzten Falle der Einfluss der Wick- hmg 25 allein die Drosselwirkung vermin dert.
Die beschriebenen Apparate, Maschinen und Einrichtungen müssen aufeinander so ab gestimmt sein, dass die Batteriespannung und Batterieströme sich sinngemäss und entspre chend ihrer technischen Grössen einander ein fügen. Um diese Grössen im Betrieb justie ren zu können, sind jeweils entsprechende Regelwiderstände oder für die Drosselspulen Luftspalte vorgesehen.
Um Rückströme aus der Batterie bei Stillstand der Fahrzeuge zu vermeiden, wer den bekannte R.ückstromschalter 42 und für das Betätigen der Verbraucherstromkreise entsprechende Ausschalter 43 vorgesehen.
Bei grösseren Anlagen kann die Wechsel stromregelleistung einer kleineren Wechsel stromerregermaschine entnommen werden, die dem Hauptgenerator in bekannter Weise zu geordnet sein kann.
Die beschriebenen Anordnungen und Ein richtungen können für stationäre oder beweg liche Anlagen verwendet werden; sie sind zu dem für grössere und kleinere Ausrüstungen ausführbar.
Electrical system with generator, reserve battery and control device, especially for vehicles It is known to use direct current or alternating current generators for feeding the Stromver consumer, for example in vehicles, the latter receiving a rectifier.
In order to adapt the voltage and current values of the generators at the changing speeds, possibly also left and right rotation, to the operating conditions, regulating devices of various types are used, for example Kohledrt - tek voltage regulators, rolling regulators and the like.
It is also known to use power generation plants that work without movable regulators, the aim being to generate a voltage that is as constant as possible in order to; in buffer operation to supply the electricity network to the electricity that the electricity consumers, such as incandescent lamps, fluorescent tubes, fans, etc., absorb. The generator system here has more or less the task of maintaining the battery in a certain state of charge, so that since the voltage of the generator is kept constant, only that energy is supplied to the battery that is taken from it over the course of its operating time.
This is the so-called buffer procedure.
The known regulating devices, for example coal pressure voltage regulators, also ensure that the battery is fully charged in order to obtain a powerful reserve power source in it when the vehicle is stationary for a long time and the battery has to feed the power consumers.
A very important task for the mechanically moving controller was to achieve a change in the voltage state in accordance with the charging conditions of the battery in harmony between the generated generator voltage and the battery charge curve, but with the voltage in the system's consumer circuit as constant as possible. It is known that the batteries have their longest service life if the batteries are charged in accordance with the prescribed technical parameters.
This results in the following conditions for the ideal state of a reliable power generation system in vehicles: 1. Variable voltage maintenance of the generator or of the rectifier connected between the generator and the battery for the purpose of adapting to the battery voltage that increases when the battery is charged.
2. An automatically acting: current limitation to prevent overstressing of the generator and overcharging of the battery.
3. An additional effect of the current strength in the consumer circuits on the generator voltage in order to achieve a higher power generation with a large Ver consumer current than with a lower consumer current, but with a constant voltage in the consumer circuit.
4. An upper limit of the voltage regulation in order not to charge the battery with excessive current in the last part of the charge, which prevents premature aging of the battery plates.
The object of the invention is an electrical system with generator, reserve battery and control device, especially for vehicles, the generator with a direct current field which is generated via rectifiers from an alternating circuit with the interposition of regulating inductors that have windings for direct current pre-magnetization , is supplied, and which can cope with these four set conditions without the use of a mechanically operated controller.
It is characterized in that the regulating choke coils are automatically pre-magnetized by means of their direct current windings in such a way that the generator field and thus the generator voltage are regulated in such a way that with the changing values of the voltages of the generator and the battery as well as the Generator current, charging current and consumer current an overload of the generator is avoided,
the battery is charged at most with a current corresponding to its state of charge, and the consumer voltage is kept approximately constant.
Please note that the. Generators on vehicles run counterclockwise and clockwise at different speeds. The speed of the generator in the charging mode usually fluctuates in a ratio of 1: 5, for example between 400 revolutions when switching on the battery charge and 2000 revolutions when the vehicle is at maximum speed.
In the control circuit of the system according to this invention, means are provided that allow the consumer network to maintain as constant a voltage as possible in order to achieve the same voltage level for incandescent lamp and fluorescent tube operation when the vehicle is stationary and while driving.
The fluorescent tubes can either be fed directly from the battery, or small VG converters or converters can be used for AC tubes in order to generate an alternating current from the direct current from the battery.
Embodiments of the system are shown in FIGS. 1 to 6 of the accompanying drawings. In Fig. 1 means. 1 a direct current generator with plus line Z and minus line 3. The generator has two or more taps on the armature to generate an alternating current that can be derived from Sehleifringe -1, which feeds the control circuit and a small rectifier 8 the field of the generator.
This control loop consists of the control choke coil 5, the leakage transformer 6, the series choke coil 7, the field rectifier 8, which is shown in a Graetz circuit, and the field winding 9, which is located on the generator 1. All components carrying alternating current are set up for a frequency change of about 1: 5 in accordance with the speed ratio given above. The choke coils consist of an iron core and corresponding coil windings; they also have an adjustable air gap in order to be able to adapt the throttling effects to the operating conditions.
Since the number of periods of the speed change fluctuates strongly (about 1: <B> 5,), </B> it is advisable to manufacture the iron core from a special iron in order to obtain the sharpest possible kink in the magnetization curve, as shown in Fig. 2 is shown ..
The curve part 10 shows the rising line of the magnetic flux density with increasing magnetization, the maximum of which is reached at the break point 11. From this value onwards, a further increase is practically no longer possible due to saturation of the iron core, as the straight line 10a shows. shows the stress level and B the force line density.
The control throttle 5 has five different windings, the mutual effects of which form the basis for fulfilling the four ideal conditions mentioned in the introduction.
The winding 12 is switched ge as a variable inductor in the AC circuit. (The variability is achieved in a manner explained later by pre-magnetizing the inductor core.) Together with the leakage transformer 6 and the inductor 7, it forms those components of the power generation system that are used to regulate the current in the field winding 9 according to the operating conditions. The choke coils have a low voltage drop at a low speed of the generator and an approximately five times higher voltage drop corresponding to the five times higher speed and number of periods.
Thus, the two series-connected inductors 5 and 7, essentially the operating area of the system, weaken the field winding 9 as the speed of the generator increases, as in known arrangements of the carbon pressure regulator through the electromechanically variable carbon column resistance. Field winding 9, rectifier 8, transformer 6 and choke coils 5 and 7 are dimensioned and adjusted in such a way that a change in the field current corresponding to the current consumption takes place.
However, since current and voltage values are subject to considerable changes during operation, regulating influences must be introduced into the control loops. For this purpose, several direct current windings are used on the regulating choke coil 5 in order to bring about a change in the coil voltages by changing the magnetization of the iron cores, and thus to regulate the field current strength. The automatic regulation in this new system is. based on the regulating principle of a variable direct current bias of inductor circuits.
The winding 13 is connected between two voltage poles plus and minus of the battery 19 using a control resistor '20 for the purpose of setting the current strength. The direct current flowing through winding 13 gives the locking throttle 5 a basic direct current pre-magnetization, which lowers the voltage value of the alternating current such as 12: in a predetermined ratio. This operating variable can be adjusted using resistor 2i0. will.
The winding 1-1 carries the direct current of the field current coil 9, which also flows through a winding of the series choke coil 7. Depending on the size and type of the system, this bias current can be made to run in the same or opposite sense as the magnetization caused by the winding 13. -With this winding, the change in the current size and thus the magnetization size is exploited, which results from the weakening of the field current strength with increasing speed.
This effect applies. by analogy also for the choke coil 7. Utilizing the variable field current for control serves to adjust the generally variable parameters of the generator and the components arranged in the field circuit, such as the magnetization curve of the generators, the iron cores and the like. a .. with changing speeds, frequencies and voltages.
The winding 15 carries a direct current branched off from the battery by shunt resistor 17, which causes a reduction in the direct current bias generated by the windings 13 and 14 when the permissible battery current is exceeded. This in turn causes an increase in the voltage drop across the winding 12, so that a lower alternating voltage is applied to the rectifier 8, which in turn results in a reduction in the current in the field winding 9. As the arrows indicate, the lines of force are directed opposite to the existing magnetization.
The winding 16 has the same effect on the DC pre-magnetization of the regulating choke coil 5 with increasing current intensity of the consumer circuit 21 in such a way that the choke effect of the winding 12 is reduced to generate a larger machine current. That is, the power flow As the arrow indicates, that of the winding 15 opposite.
In summary, the importance of the control choke coil should be emphasized again: 1. The winding 12 together with the choke coil 7 causes a reduction in the field current strength in winding 9 as the speed of the machine 1 increases, since the choke effect increases with increasing frequency.
2. The direct current winding 13 causes a permanent direct current bias to limit the throttling effect of the winding 12.
3. The winding 1 # I brings about a variable direct current bias which is dependent on the field current and which can be rectified or opposed to that of the winding 13, depending on the requirements of the system.
4. In order to limit the charging current and the machine current, the winding 15 increases the direct current pre-magnetization as the battery current increases.
5. The winding 16 causes a reduction in the premagnetization for the purpose of increasing the voltage as the consumer current increases.
The windings 15 and 16 act against each other, whereby winding 15 is intended to limit the generator current, even if winding 16 requests more current for the consumer, because this additional current requirement is intended to bring about a stronger charge up to the maximum load on the generator, since the battery must be kept full. All of the control resistors 20 have the task of enabling the system to be adjusted during commissioning, depending on the type of generator, battery and consumption level. After the adjustment, the resistances are fixed.
The various interactions of the five windings described hereby equip a fully automatic operation without the use of moving components, as it corresponds to the change in operating conditions. Here, the scatter transformer 6 is of particular importance, because measures are necessary to reduce the charging current when a certain voltage value of the battery is reached, which is assumed to be 2.4 volts per cell of a lead battery, i.e. essentially to zero when the battery is fully charged close.
In Figure 3, C shows the voltage curve of a battery charge in relation to the current D and the charging time Z. After reaching the gassing limit of 2.4 volts, the charging current should drop more. There is a similar curve shape for other battery types. In order to achieve the decrease in the charging current, the voltage increase, as it is given by the regulating inductor 5, must stop at the critical point (2.4 volts per cell), whereby the voltage consumption in the charging resistor 17 must be taken into account.
If it is assumed that the voltage in the consumer circuit 21 amounts to 24 to 26 volts, the holding resistor 17 must be dimensioned so high that the generator generates a sufficiently high voltage so that the battery 19 via the charging resistor 17 according to the curves according to Fig 3. Can be fully charged. If it is further assumed that a battery of 12 cells is fully charged when the cell voltage reaches 2.75 volts, the maximum voltage of 12 X 2.75 = 33 volts when the current is zero.
Taking into account the voltage loss of the charging resistor 17 are therefore rule choke coil 5, leakage transformer 6 and Dros selspule 7 so that the field strength 8 does not allow a higher voltage on the generator than 33 volts. The difference between 2.4 and 2.75 volts cell voltage is carried by the charging resistor 17. This effect of the maximum voltage limit is achieved by the scatter transformer 6, which is particularly shown in FIG. 6. The primary winding 37 drives lines of force through the legs 38 and further through the cross yoke 39.
Up to the saturation limit of the cross yoke 39 there is a normal transformation z -isehen primary and secondary windings 37 and 40. After saturation of the cross yoke 39, which is expediently made of an iron of high permeability, the legs 38 penetrate the and lines of force exceeding the saturation level through the air gap. 41 as leakage flux, so that despite the increase in voltage in winding 37, a further increase in voltage is suppressed in winding 40.
This limit is taken as a measure of the break point of the current and the voltage according to Figure 3.
The choke coils 5 and 7 are dimensioned. in such a way that an equally high voltage is generated in the transformer 6 at all frequencies, i.e. at all generator speeds, in order to keep the voltage in the operational speed range at the same level for both directions of rotation. A more precise setting of the voltage limit is. Ge give due to the design of the choke coil 7 with, analogously, the same premagnetization windings 13 and 16 as they are assigned to the control coil 5; This outweighs the effects of the direct current in the two reactors caused by the operation.
The leakage transformer 6 thus forms in conjunction with the choke coils 5 and 7, the control mechanism for the system, which is ben described here for vehicle lighting. The control principle can also be used analogously for any power generation system that requires a harmony between power consumption and field changes on the generator.
To enable excitation of the generator when the battery is discharged, permanent magnets 26 can be provided.
Another exemplary embodiment is shown in FIG. The same has a three-phase generator 22 in connection with a main current rectifier 2, 3. The field control loop is. executed three-phase in this arrangement, and the ballast resistors 17 and 18 are connected in series in contrast to FIG.
Otherwise, the trailing currents correspond to those in FIG. The effect of the various - '## @ tickings among one another is. the same as shown in Fig. 1 represents and described above.
Self-regulation of the dynamo is useful for starting up the generator in order to adapt the voltage generated to the battery voltage without any external influence. To support the excitation when starting up, a battery-fed winding can be arranged on the generator. This has been omitted from the drawings. But since the battery 19 can be completely discharged in stationary operation, the self-excitation of the generators should be difficult.
Here, too, permanent magnets can expediently be provided in order to avoid the necessary residual magnetism at any time. to guarantee.
In Fig. 5, an additional device for the circuit according to FIG. 4 is shown, which can be used for the supply of discharge lamps with alternating current. This consists of a motor generator 29 and 30, which has a controllable field (31), which with the help of an electro-mechanically operated regulator, for example a carbon pressure regulator 32, the voltage in the lamp circuit 3 <B> 3 </B>, which is via the Transformer 34 is fed, holds constant.
However, the mechanical controller can also be avoided here, for example by having a choke coil in the primary circuit of the transformer 34. 3 @ 5 ge is switched, the two DC windings 2 = 1 and 25 assigned. are. For the example, the winding 24 is branched off from the series resistor 17 in FIG. 4, so that a premagnetization similar to the winding 1 5 in FIG. 1 arises. The winding 25 is expediently separated from the series resistor 18 in FIG 4 branched off.
The effects of both windings on the premagnetization subtract in such a way that a larger one is generated when the generator and battery are operated. The throttling effect on coil 35 arises as in battery operation alone, in which latter case the influence of winding 25 alone reduces the throttling effect.
The apparatus, machines and equipment described must be coordinated with one another in such a way that the battery voltage and battery currents fit in with one another in accordance with their technical parameters. In order to be able to adjust these variables during operation, appropriate control resistors or air gaps for the choke coils are provided.
In order to avoid reverse currents from the battery when the vehicle is at a standstill, whoever uses the known reverse current switch 42 and corresponding switch 43 for operating the consumer circuits is provided.
In larger systems, the alternating current control power can be taken from a smaller alternating current exciter, which can be assigned to the main generator in a known manner.
The arrangements and devices described can be used for stationary or movable systems; they can also be used for larger and smaller equipment.