-
Anordnung zur Erzeugung einer konstanten Spannung mittels eines Generators
veränderlicher Drehzahl und Belastung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
eine einfache, kontaktlose Anordnung zur Erzeugung einer konstanten Spannung mittels
eines Generators veränderlicher Drehzahl und Belastung zu schaffen, die sich vor
allem für Fahrzeuggeneratoren, insbesondere Flugzeuggeneratoren, eignet.
-
Es ist schon bekannt, zur Regelung der Spannung eines über Gleichrichter
an einen Wechselstromgenerator angeschlossenen Verbrauchers dem Gleichrichter eine
Transduktordrossel vorzuschalten, deren eine Vormagnetisierungswicklung vom Belastungsstrom
durchflossen ist. Die zweite Vormagnetisierungswicklung wird aus einem an der Generatorspannung
liegenden Kippkreise gespeist, der aus einem Kondensator und einer sättigungsfähigen
Drosselspule besteht und im wesentlichen spannungsabhängig ist. Da dieser Kippkreis
jedoch auch frequenzabhängig ist, muß entweder die Drehzahl der Wechselstrommaschine
gleichbleiben, oder es müssen besondere Mittel angewendet werden, um die Frequenzabhängigkeit
zu beseitigen. Für Generatoren mit veränderlicher Drehzahl, wie es beispielsweise
bei Fahrzeuggeneratoren der Fall ist, wird daher der Aufwand relativ groß.
-
Es ist ferner für einen an ein Wechselstromnetz angeschlossenen Verbraucher
bekannt, ihm zur Konstanthaltung der Spannung einen Magnetverstärker vorzuschalten,
dessen Gleichstromvormagnetisierung durch einen zweiten Magnetverstärker nach Maßgabe
der Abweichung der Istspannung von einer vorgegebenen Sollspannung gesteuert wird.
Die Sollspannung wird dabei von der Sekundärseite eines gesättigten Transformators
oder einer gesättigten Drossel abgenommen, die in Reihe mit einem Widerstand an
der geregelten Netzspannung liegen. Die von einer gesättigten Drossel oder einem
gesättigten Transformator abnehmbare Spannung weist aber nur dann eine für Regelzwecke
ausreichende Konstanz auf, wenn auch die Speisefrequenz für die Drosselwiderstandsanordnung
konstant bleibt. Auch diese Anordnung wäre daher ohne zusätzlichen Aufwand zur Kompensation
des Frequenzeinflusses für die Zwecke der Erfindung nicht geeignet.
-
Die Erfindung schafft dagegen eine besonders einfache Anordnung zur
Erzeugung einer konstanten Spannung mittels eines Generators veränderlicher Drehzahl
und Belastung, insbesondere eines Fahrzeuggenerators, und ist gekennzeichnet durch
die Verwendung eines mit permanenten Magneten konstant erregten Wechselstromgenerators
mit ruhenden Wicklungen und eines damit in Reihe geschalteten Magnetverstärkers,
dessen Steuerwicklung in an sich bekannter Weise von der Differenz zwischen der
gleichgerichteten Generatorausgangsspannung und einem Gleichspannungssollwert erregt
ist, der am Belastungswiderstand eines Gleichrichters abfällt, welcher über eine
Drosselspule vom Generator gespeist wird. Hierdurch ergibt sich zunächst der Vorteil,
daß sämtliche elektrischen Teile der Anordnung ruhende Teile sind und keine Kontakte,
Schleifringe, Kollektoren u. dgl. vorhanden sind. Dies ist in vielen Fällen, beispielsweise
bei Flugzeuggeneratoren, von besonderer Bedeutung, weil in großen Höhen bekanntlich
Kollektoren und Kontakte immer Anlaß zu Schwierigkeiten geben. Außerdem wirkt sich
die permanent erregte Maschine insofern günstig aus, als diese schon ihrer Natur
nach viel belastungsunabhängiger ist als eine elektromagnetisch erregte Maschine
und daher leicht so ausgelegt werden kann, daß die Spannung innerhalb weiter Belastungsbereiche
praktisch nur von der Drehzahl abhängt. Hierdurch ergibt sich zunächst. daß die
von dem Belastungswiderstand abgenommene Sollspannung wegen des sich mit der Frequenz
ändernden Scheinwiderstandes der Drossel kaum merkliche Änderungen erfährt. Eine
besonders große Genauigkeit und Konstanz der vom Belastungswiderstand abgegriffenen
Sollspannung erhält man, wenn man den Belastungswiderstand aus einer besonderen
Zusatzwicklung des Generators speist und ihn so klein wählt, daß die Wicklung dauernd
bis nahe an die Kurzschlußgrenze belastet ist. Je größer nämlich die Belastung einer
solchen Zusatzwicklung ist, um so geringer werden die Spannungsänderungen mit der
Drehzahl. Daher braucht die Drossel um so weniger
Spannung zu übernehmen.
Ein weiterer Vorteil ist, daß der Magnetverstärker nur entsprechend der niedrigsten
in Betracht kommenden Frequenz bemessen zu werden braucht, weil sein Blindwiderstand
ohnehin mit steigender Frequenz zunimmt. Der Magnetverstärker wird um so kleiner,
je geringer der Frequenzspielraum ist, zumal dann, wenn die untere Frequenzgrenze
entsprechend hoch gelegt werden kann. Dies wirkt sich nicht nur hinsichtlich des
Aufwandes, sondern auch hinsichtlich des Gewichtes vorteilhaft aus, das bei Fahrzeuggeneratoren,
insbesondere bei Flugzeuggeneratoren, eine beachtliche Rolle spielt.
-
Im folgenden ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert.
Hierbei sind in den Fig. 1 und 3 Anordnungen gezeigt, bei denen an den Verbraucher
Gleichstrom abgegeben wird, während Fig. 5 ein Schema für Wechselstromabgabe wiedergibt.
-
Mit 1 ist der Generator bezeichnet, der außer einer Hauptwicklung
2 noch eine Hilfswicklung 3 aufweist. Die Hauptwicklung arbeitet über die Gleichrichter
6 (in Brückenschaltung) und die Lastwicklungen 4 des Drosselpaares auf die Last
8, welche von einem Widerstand, Motor, einer Gegenspannung (Sammlerbatterie) od.
dgl. gebildet wird und zu der gegebenenfalls eine Grundlast 7 parallel geschaltet
sein kann.
-
Die Steuerwicklungen 5 liegen an der Differenzspannung zwischen Last-
U und Steuerspannung Ust. Die Steuerspannung wird der Hilfswicklung 3 entnommen,
durch die Drossel 9 stabilisiert und durch den Gleichrichter 10 gleichgerichtet.
Der Spannungsteiler 11 gibt die erforderliche Belastung des Steuerstromkreises und
erlaubt den Abgriff einer zum Zwecke der Einstellung beliebig wählbaren Spannung
innerhalb des vorgesehenen Bereiches.
-
Fig. 2 zeigt die Arbeitskennlinie der Steuerspannung bei konstant
eingestelltem Spannungsteiler 11
unter dem Einfluß der Vorschaltdrossel
9. Hieraus ist zu ersehen, daß die Spannung Ust über den Arbeitsbereich A
nahezu konstant ist.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist zusätzlich noch eine Strombegrenzung
vorgesehen. In den Gleichrichter 10 wird in an sich bekannter Weise ein Magnetverstärker
geschaltet, dessen Drosselpaare die Lastwicklungen 12 und die Steuerwicklungen
13
und 14 enthalten. Hierbei liegt die Wicklung 13 gleichsinnig wie die Wicklung
12 am Ausgang des Gleichrichters, also an der Steuerspannung Ust, während die Wicklung
14 im entgegengesetzten Sinne vom Laststrom J durchflossen wird. Die sperrende Wirkung
dieser Wicklung tritt erst ein, wenn die Summe der AW aus beiden Wicklungen 13 und
14
gegen den Sinn von 12 negativ wird, also erst oberhalb eines bestimmten
Laststromes, beispielsweise Vollast.
-
Fig. 4 zeigt die äußere Kennlinie der Anordnung. Bis Vollast (100°/o)
ist die Spannung nahezu konstant, während sie oberhalb dieser Belastung stark abfällt.
-
Man erhält also auf diese Weise eine neue Anordnung zur Konstanthaltung
der Spannung, die aus einer Wechselstrommaschine mit Permanenterregung entnommen
wird, und zwar sowohl für die Speisung von Wechselstrom- als auch von Gleichstromverbrauchern.
Ein besonderer Vorteil liegt hierbei darin, daß die Steuerung der Spannung unabhängig
von der Frequenz erfolgt.
-
Besondere Vorteile bietet die Anwendung des Erfindungsgedankens für
schlagwettergeschützte Anlagen, da jegliches Stromunterbrechungselement-sei es auch
nur in Form von Schleifringen oder Kollektoren - vermieden ist. Ein anderes Anwendungsgebiet
wird dadurch erschlossen, daß besondere Maßnahmen für die Erregung ausgeschaltet
werden, was beispielsweise bei Fahrzeugdynamos, Notstromaggregaten, Kleinstromaggregaten
u. dgl. von Vorteil ist, also überall dort, wo Abnutzungsfreiheit und größte Betriebssicherheit
gefordert wird.