DE1077303B

DE1077303B - Anlaufschaltung fuer durch Windkraftmotoren angetriebene Stromerzeugungsanlagen

Info

Publication number: DE1077303B
Application number: DEP14397A
Authority: DE
Inventors: Jakob Riotte
Original assignee: Pintsch Bamag AG
Current assignee: Pintsch Bamag AG
Priority date: 1955-07-02
Filing date: 1955-07-02
Publication date: 1960-03-10

Description

Anlaufschaltung für durch Windkraftmotoren angetriebene Stromerzeugungsanlagen Bei Windkraftanlagen ist es bisher üblich, den Windmotor mit einem Gleichstromgenerator dauernd zu kuppeln und letzteren mit der Pufferbatterie nur so lange zu verbinden, als er eine Spannung von solcher Höhe abgibt, daß keine Rückentladung aus der Batterie eintreten kann. Man benutzte dafür ein Spannungsrelais, das die Verbindung nur oberhalb einer gewissen Spannung herstellte und sie bei geringerer Spannung wieder unterbrach.
Während des Anlaufens ergab sich der Nachteil, daß bei zunehmender Drehzahl des Windmotors das Relais plötzlich schaltete und der Generator dadurch so stark, belastet wurde, daß die Geschwindigkeit des Windmotors wieder abnahm und das Relais wieder abfiel. Bei der dann wieder geringeren Belastung konnte die Drehzahl des Windmotors wieder ansteigen, aber das eben beschriebene Spiel wiederholte sich immer wieder, wenn nicht die Windstärke inzwischen so zugenommen hatte, daß der Windmotor auch die erhöhte Belastung ohne Abfallen des Spannungsrelais bewältigen konnte.
Als Abhilfe wäre es denkbar, ein mehrstufiges, schrittschaltendes Spannungsrelais zu verwenden, um Widerstandsstufen im Ladestromkreis entsprechend dem Spannungsanstieg kurzzuschließen. Es ist aber bei den meist nur von Nichtfachleuten überwachten Anlagen sehr schwierig, derartige Schrittschaltungen sauber und betriebsklar zu halten.
Andere bekannte Windkraftanlagen verwenden ein Stromrelais, das bei -Erreichen eines Mindeststromes einen Anlaufwiderstand überbrückt, oder ein polarisiertes Relais, welches auf die Differenzspannung zwischen Batterie und Generator anspricht. Auch ist es bekannt, um Rückstrom von der Batterie zum Generator zu verhindern, ein entsprechend gepoltes elektrisches Ventil in die Leitung einzufügen, welches aber in Durchlaßrichtung den vollen Ladestrom vertragen müßte. Es ist deshalb auch eine Anordnung bekanntgeworden, welche ein Stromrelais vorsieht, das bei wachsendem Strom das Ventil zur Schonung überbrückt. Bei einer dieser Anordnungen liegt die Anzugswicklung des Stromrelais in Reihe mit dem Ventil zwischen Generator und Batterie. Die Haltewicklung liegt in dem das Ventil und die Anzugswicklung überbrückenden Zweig, so daß die Kontakte, welche das Ventil kurzschließen, auch gleichzeitig die Selbsthaltekontakte für das Stromrelais sind. Um jeden Rückstrom, auch den geringen möglichen Strom in Sperrichtung des Ventils, zu verhindern, ist es bekannt, zusätzlich ein von der Generatorspannung abhängiges Relais einzufügen, welches den das Ventil enthaltenden Zweig auftrennt.
Jedoch auch diese Anordnung kann bei Windkraftanlagen ein Pendeln bei schwachem Winde nicht verhindern. Das Ventil wirkt als Schaltgleichrichter gerade so wie ein Relais oder Schalter, weshalb bei schwachem Wind und plötzlich einsetzender Belastung durch den Generator ein empfindlicher Drehzahlabfall unvermeidlich ist, der seinerseits ein Wiederanlaufen im Leerlauf bis zur Einschaltdrehzahl zur Folge hat, worauf sich das Spiel wiederholt.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlaufschaltung für durch Windkraftmotoren angetriebene Stromerzeugungsanlagen mit einem Gleichstromgenerator und einer Pufferbatterie, welche nach Erreichen einer vorbestimmten Generatorspannung über die Erregerwicklung eines stromabhängigen Relais und ein elektrisches Ventil miteinander verbunden sind. Um dem geschilderten Übelstand abzuhelfen, wird gemäß der Erfindung mit dem elektrischen Ventil ein Widerstand in Reihe geschaltet, welcher derart bemessen ist, daß beim Einsetzen des von dem elektrischen Ventil durchgelassenen Stromes ein so erheblicher Anstieg der Generatorbelastung, daß die Drehzahl unter einen zur Überwindung der Batteriegegenspannung ausreichenden Wert absinkt, verhindert wird. Beim weiteren Ansteigen der Drehzahl werden das elektrische Ventil und der Widerstand durch das stromabhängige Relais überbrückt, sobald der Generatorstrom einen bestimmten Wert überschreitet.
Durch den mit dem elektrischen Ventil in Reihe geschalteten Widerstand wird dafür gesorgt, daß der Strom jetzt nicht zu hoch ansteigt, damit die Leistungsentnahme aus dem Generator nicht zu plötzlich zunimmt. Ein schädlicher Rückgang wird somit vermieden und das Ventil gegen Überlastung geschützt.
Bei weiterem Ansteigen der Spannung des Generators kommt der Ladestrom in eine Größenordnung, welche die Betriebssicherheit des als elektrisches Ventil verwendeten Trockengleichrichters übersteigt. Gemäß der Erfindung wird jetzt der als elektrisches Ventil verwendete Trockengleichrichter mitsamt dein Vorwidezstand durch ein Stromrelais kurzgeschlossen, welches bei der betreffenden Stromstärke anzieht. Man kann die Verhältnisse so wählen, daß nach diesem Kurzschluß kein Vorschaltwiderstand im Ladekreis mehr erforderlich ist.
Die Anordnung gemäß der Erfindung kann mit anderen Schaltungen sinngemäß kombiniert sein, insbesondere mit weiteren Strom- oder Spannungsrelais, die auf geeignete Werte eingestellt sind.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird zwischen Generator und Trockengleichrichter noch ein Spannungsrelais derart gelegt, daß es beim Anlaufen erst kurz vor Erreichen der erforderlichen Spannung den Ladestromkreis schließt. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß bei längerem Stillstand des Windmotors die Batterie sich nicht durch einen sehr schwachen, in der Sperrichtung noch fließenden Strom langsam entlädt.
An Stelle eines Trockengleichrichters kann jede Anordnung verwendet werden, welche Gleichstrom in einer Richtung leitet und in der Gegenrichtung sperrt. Anordnungen mit allmählich gekrümmter Kennlinie sind hier besonders geeignet.
Die Zeichnung zeigt unter Weglassung aller für den Erfindungsgedanken unwesentlichen Teile einen windmotorgetriebenen Gleichstromgenerator 1, eine Batterie 2, einen schematisch angedeuteten Verbraucherkreis 3, ein Relais 4 und die von seinem Anker betätigten Kontakte 5. 6 ist der bekannte sogenannte Lichtwiderstand zwischen Batterie und Verbraucher. Das Relais hat eine Stromwicklung. Seine Kontakte 5 sind durch einen Trockengleichrichter 7, der mit einem Vorschaltwiderstand 8 in Reihe liegt, überbrückt. 9 sind Schaltkontakte eines Spannungsrelais 10.
Die Wirkungsweise bei geschlossenen Schaltkontakten 9 ist folgende: Beim Anlaufen des Windmoto,r s erzeugt der Generator eine ansteigende Spannung, welche der an dem Gleichrichter 7 liegenden Sperrspannung entgegenwirkt und sie schließlich übertrifft. Dann beginnt ein Ladestrom durch die Batterie 2 -.u fließen. Dieser setzt nicht ruckweise ein, sondern mit einem durch den Vorschaltwiderstand 8 und die Kennlinie des Gleichrichters bestimmten weichen Übergang. Sobald der Strom eine Höhe erreicht, welche die zulässige Belastung des Gleichrichters übersteigt, zieht das Relais 4 an und schließt durch die Kontakte 5 den Gleichrichter mitsamt dem Vorschaltwiderstand kurz, so daß die Ladung mit vollem Strom einsetzt. Wegen der gegen Ende der Ladung herrschenden Überspannung ist der Verbraucher 3 über einen Widerstand 6 angeschlossen, der beim Absinken der Ladestromstärke beim Abfall des Relais 4 wieder kurzgeschlossen wird. Der Widerstand 8 wird so gewählt, daß beim Übergang des Gleichrichterwiderstandes von der Sperr- zur Durchlässigkeitszone der Strom nicht zu stark anwächst. Um zu verhindern, daß bei längerem Stillstand des Windmotors die Batterie sich über das Ventil in Sperrichtung entlädt, sind die Schaltkontakte 9 vorgesehen, die den Stromkreis unterbrechen, sobald die Spannung an der Spule 10 unter einen Mindestwert sinkt.

Claims

PATENTANSPRUCH: Anlaufschaltung für durch Windkraftmotoren angetriebene Stromerzeugungsanlagen mit einem Gleichstromgenerator und einer Pufferbatterie; welche nach Erreichen einer vorbestimmten Gene ratorspannung über die Erregerwicklung eines stromabhängigen Relais und ein elektrisches Ventil miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem elektrischen Ventil (7) ein Widerstand (8) in Reihe geschaltet ist, welcher derart bemessen ist, da.ß beim Einsetzen des von dem elektrischen Ventil durchgelassenen Stromes ein so erheblicher Anstieg der Generatorbelastung, daß die Drehzahl unter einen zur Überwindung der Batteriegegenspannung ausreichenden Wert absinkt verhindert wird, und daß beim weiteren Ansteigen der Drehzahl das elektrische Ventil (7) und der Widerstand (8) durch das stromabhängige Re lais (4, 5) überbrückt werden, sobald der Generatorstrom einen bestimmten Wert überschreitet. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften \Tr. 251704, 278 015, 434 458, 812 688; französische Patentschrift Nr. 847 864; USA.-Patentschrift Nr. 2 067 420.