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Energieversorgungsanlage Es ist bekannt, auf Schiffen Drehstromerzeuger
mittels einer Transmission von der Schraubenwelle antreiben zu lassen, so daß sich
die Drehgeschwindigkeit des Stromerzeugers gemäß den Änderungen der Marschgeschwindigkeit
des Schiffes ändert. Hierbei besteht die Forderung, das Antriebsmoment der an das
Netz des Drehstromerzeugers angeschlossenen Motoren unabhängig von den Schwankungen
der Drehgeschwindigkeit des Generators konstant zu halten. Zu diesem Zweck wird
bei einer bekannten Stromversorgungsanlage für Schiffe dafür gesorgt, daß das Verhältnis
zwischen der Klemmenspannung U der Motoren und der Frequenz f unabhängig
von den Drehgeschwindigkeitsschwankungen konstant bleibt. Dies wird bei der bekannten
Anlage dadurch erreicht, daß der Erregerstrom für den Drehstromerzeuger über einen
Gleichrichter dem Sekundärteil eines Transformators entnommen wird, der zwei Primärwicklungen
aufweist, von denen die eine von dem Generatorstrom durchflossen wird, während die
andere Strom von einer Drosselspule erhält, die parallel zu dem Generator geschaltet
ist und zusammen mit einem Kondensator einen Schwingkreis bildet. Die Resonanz dieses
Schwingkreises ist auf eine Geschwindigkeit abgestimmt, die innerhalb des für den
Generator geltenden Drehgeschwindigkeitsbereiches einen Mittelwert bildet.
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Bei dieser Schaltung benötigt man sonach mehrere Schaltungselemente,
die zum Teil störanfällig sind und die sorgfältig gegeneinander abgestimmt werden
müssen. Überdies ist der verwendete Kondensator der Alterung unterworfen, so daß
von Zeit zu Zeit eine neue Abstimmung des Schwingkreises erforderlich wird. Außerdem
wird bei der bekannten Anlage das Verhältnis Ulf nur in einem beschränkten
Geschwindigkeitsbereich konstant gehalten.
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Bekannt ist außerdem eine Ernergieversorgungsanlage mit einem Drehstromerzeuger,
der mit veränderlicher Drehgeschwindigkeit angetrieben wird und eine Nebenschlußerregerwicklung
hat, die zur Erzielung von Proportionalität zwischen der Klemmenspannung des Stromerzeugers
und der Frequenz über Luftspaltdrosseln und einen Gleichrichter gespeist wird. Hierbei
wird der durch die Luftspaltdrosseln fließende Strom durch einen Zusatzerregerstrom
ergänzt, der von Stromtransformatoren geliefert wird, wobei in der Nebenschlußerregerwicklung
ein aus der geometrischen Addierung beider Ströme gebildeter Erregerstrom wirksam
wird. Hierbei ist es erforderlich, daß der von den Stromtransformatoren gelieferte
Strom einer Feinregelung unterworfen wird, indem die Stromtransformatoren mit Gleichstromvormagnetisierungswicklungen
versehen werden, die über einen Gleichrichter, eine Ringkerndrossel und einen Sollwerteinsteller,
bestehend aus einem Stufenschalter und einem Anzapftransformator, an das Wechstelstromnetz
angeschlossen sind. Diese aufwendigen Schaltungselemente sind erforderlich, weil
sonst beim Anfahren des Generators infolge der Drosselwirkung der Stromtransformatoren
ein Abfall der Gneneratorklemmenspannung eintreten würde. Dabei wird noch nicht
einmal der Spannungsabfall behoben, der beim Beginn der Belastung im Generator auftritt.
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Die Erfindung bezweckt zu erreichen, daß bei einer Energieversorgungsanlage,
insbesondere für Kühleinrichtungen, mit einem Drehstromerzeuger, der mit veränderlicher
Drehgeschwindigkeit angetrieben wird, das Verhältnis Ulf in dem gesamten
Drehgeschwindigkeitsbereich, der sich von der Geschwindigkeit Null bis zu der durch
die mechanische und elektrische Festigkeit des Generators bestimmten Höchstgeschwindigkeit
erstreckt, unabhängig von einem beliebigen Zu- und Abschalten von Belastungen konstant
gehalten wird. Dabei geht die Erfindung davon aus, daß man bei der zuletzt genannten
Energieversorgungsanlage eine Nebenschlußerregerwicklung über Drosseln mit über
einem großen Frequenzbereich konstanter Induktivität, z. B. Luftspaltdrosseln, und
einen Gleichrichter gespeist hat. Die Erfindung vermeidet aber die erwähnten Nachteile
dieser bekannten Anlage und zeichnet sich durch einen geringen Aufwand an Schaltungselementen
sowie dadurch aus, daß bei Belastungsänderungen, insbesondere beim Zu- und Abschalten
von Motoren an das Netz, eine vollständige Kompoundierung ohne die geringste Verzögerung
erfolgt. Es wird also das Verhältnis
Ulf unabhängig von
noch so starken Belastungsschwankungen ebenso wie auch unabhängig von Schwankungen
der Generatordrehzahl konstant gehalten.
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Die Erfindung besteht in. erster Linie darin, daß eine mit der Nebenschlußerregerwicklung
sammenarbeitende Kompounderregerwicklung nebst dem sie speisenden Gleichrichter
einen Sternpunkt des vom Belastungsstrom durchflossenen Leitungssystems bildet.
Dabei kann der Gleichrichter mit der Kompoundwicklung den Sternpunkt des Drehstromerzeugers
bilden, sofern dieser Sternpunkt zugänglich ist. Es ist aber auch möglich, daß der
Gleichrichter mit der Kompoundwicklung den Sternpunkt der Primärwicklung eines zwischen
den Drehstromerzeuger und den oder die Stromverbraucher geschalteten Transformators
bildet. Es kann aber auch der Sternpunkt eines von dem Drehstromerzeuger gespeisten
Drehstrommotors durch den Gleichrichter und die Kompoundwicklung gebildet werden,
wobei auch die Sternpunkte mehrerer Drehstrommotoren in dem Gleichrichter, an den
die Kompoundwicklung des Drehstromerzeugers angeschlossen ist, zusammengefaßt sein
können.
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Bekannt ist ferner eine Ernergieversorgungsanlage mit einem Drehstromerzeuger,
der mit veränderlicher Drehgeschwindgikeit angetrieben wird und eine über einen
Gleichrichter gespeiste Nebenschlußerregerwicklung sowie eine Kompounderregerwicklung
hat, die in Abhängigkeit vom Belastungsstrom gespeist wird. Bei dieser Anlage tritt
aber nicht das der Erfindung zugrunde liegende Problem auf, sondern es handelt sich
um das grundsätzlich andere Problem, in Flugzeugbordnetzen die Spannung mit Rücksicht
auf gegen Spannungsschwankungen empfindliche Geräte in sehr engen Grenzen konstant
zu halten. Auch bildet bei der bekannten Anlage der die Kompounderregerwicklung
speisende Gleichrichter nicht einen Sternpunkt des vom Belastungsstrom durchflossenen
Leitungssystems, sondern er ist an die Sekundärwicklungen eines einen Stromwandler
bildenden Transformators angeschlossen, dessen Primärwicklungen von dem Belastungsstrom
durchflossen werden. Hierbei ist der durch die Kompounderregerwicklung fließende
Strom nicht unabhängig von den Änderungen der Frequenz genau proportional dem Belastungsstrom.
Ferner wird bei der bekannten Anlage der Strom zu dem die Nebenschlußerregerwicklung
speisenden Gleichrichter nicht über eine Drossel mit über einem großen Frequenzbereich
konstanter Induktivität zugeführt, sondern der Strom für die Nebenschlußerregerwicklung
steht unter dem Einfluß eines Zitterkontaktreglers, mittels dessen die Spannung
des Generators konstant gehalten werden soll.
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Von besonderer Bedeutung ist die Erfindung für Wagen mit Kühlaggregaten,
z. B. für Kühlwagen, die mit mehreren, je ein Kühlaggregat enthaltenden Kühlbehältern
ausgerüstet sind. Wollte man die Kältemaschinen der einzelnen Aggregate durch Verbrennungskraftmaschinen
antreiben, so ergäbe sich ein kostspieliger Aufwand, und es wäre eine sorgfältige
Überwachung der Anlage erforderlich. Zur Vermeidung dieses Nachteiles wird ein Stromerzeuger,
vorzugsweise ein Drehstromerzeuger, in bekannter Weise von einer Achse des Kühlwagens
angetrieben, um Elektromotoren zum Antrieb der Kühlaggregate zu speisen. Hierbei
_ ändert sich die Frequenz des erzeugten Stromes proportional mit der Fahrgeschwindigkeit
des Kühlwagens. Infolgedessen schwankt auch die Drehgeschwindigkeit der Motoren,
was aber beim Antrieb der Kühlaggregate unschädlich ist. Wichtig ist jedoch, daß
das Antriebsmoment im wesentlichen konstant gehalten wird. Dies wird durch die eingangs
erwähnte Anwendung einer Luftspaltdrossel od, dgl. für die Erzeugung der Nebenschlußerregung
des Stromerzeugers erreicht. Dabei wird zweckmäßig der Einfluß des von den Motoren
aufgenommenen Belastungsstromes in der oben angegebenen Weise kompensiert, indem
ein Sternpunkt des von dem Belastungsstrom durchflossenen Leitungssystems durch
den die Kompoundwicklung speisenden Gleichrichter gebildet wird. Hierbei kann man
die Sternpunkte der die Kühlaggregate antreibenden Motoren entweder durch je einen
besonderen Gleichrichter bilden oder auch in einem gemeinsamen Gleichrichter zusammenfassen,
der die Kompoundwicklung des Drehstromerzeugers speist.
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Vorzugsweise wird man es so einrichten, daß die Motoren der in besonderen
Kühlbehältern untergebrachten Kühlaggregate wahlweise statt von dem von einer Wagenachse
angetriebenen Stromerzeuger von einer außerhalb des Wagens befindlichen Stromquelle
gespeist werden können. Dies kann beispielsweise geschehen, wenn die Kühlbehälter
auf dem Kühlwagen verbleiben, wobei man die Motoren statt an den erwähnten Stromerzeuger
gegebenenfalls über einen zwischengeschalteten Transformator mittels eines Kabels
an eine neben dem Kühlwagen befindliche Zapfstelle anschließt. Es ist aber auch
möglich, die Behälter einzeln von dem Kühlwagen herabzunehmen und ihre Motoren an
eine Zapfstelle anzuschließen, wobei gegebenenfalls die für den erwähnten Kompoundierungsgleichrichter
vorgesehenen drei Anschlüsse jedes Motors zur Bildung eines Sternpunktes kurzgeschlossen
werden müßten.
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In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
veranschaulicht, und zwar zeigen Fig. 1 bis 3 Schaltbilder und Fig. 4 einen lotrechten
Längsmittelschnitt durch einen Kühlwagen.
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Bei der Schaltung nach Fig. 1 wird ein Drehstromerzeuger 1 von der
Achse eines Kühlwagens über ein Getriebe 2 und eine Kardanwelle 3 angetrieben. Die
elektrische Leistung wird von dem Stromerzeuger 1 durch die Leitungen 4 abgenommen.
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Der Stromerzeuger 1 hat eine Nebenschlußerregerwicklung 5, die von
einem Gleichrichter 6 gespeist wird. Dieser ist durch drei Leitungen 7 an die Leitungen
4 angeschlossen. In die Leitungen 7 sind Luftspaltdrosseln 8 eingeschaltet. Diese
bewirken, daß der durch die Wicklung 5 fließende Erregerstrom schon von kleinen
Frequenzen ab konstant bleibt. Die Induktivität der Drosseln 8 ist mit der Maschinenkonstante
des Drehstromerzeugers 1 so abgestimmt, daß die elektromotorische Kraft des Stromerzeugers
1 wenigstens annähernd proportional der Frequenz des Drehstromes ist, die sich linear
mit der Fahrgeschwindigkeit des Kühlwagens ändert.
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Der Stromerzeuger 1 hat eine weitere Erregerwicklung 9, die als Kompoundwicklung
den dem Belastungsstrom entsprechenden induktiven Spannungsabfall in dem Stromerzeuger
1 kompensiert. Sie ist über Leitungen 10 an einen Gleichrichter
11 angeschlossen, der mit den vom Stromerzeuger 1 gespeisten Primärwindungen
12 eines Transformators
durch Leitungen 13 derart verbunden ist,
daß er den Sternpunkt der Windungen 12 bildet. Die Kompoundwicklung 9 wird daher
von einem zum Belastungsstrom proportionalen Strom durchflossen, was ohne die Anwendung
kostspieliger Stromwandler ermöglicht ist.
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Von den Sekundärwindungen 14 des Transformators führen Leitungen 15
zu einem Asynchron-Drehstrommotor 16, der den Kompressor 17 einer
Kältemaschine antreibt. Die Drehgeschwindigkeit des Motors 16 ändert sich proportional
mit der der Fahrgeschwindigkeit des Kühlwagens entsprechenden Frequenz des Drehstromes.
Dies ist für den Antrieb des Kältekompressors 17 unschädlich. Es ist aber erwünscht,
daß der Kompressor unabhängig von den Schwankungen der Drehgeschwindigkeit mit annähernd
gleichbleibendem Drehmoment angetrieben wird. Dies ist dadurch verwirklicht, daß
die Spannung des Drehstromnetzes, an das der Motor 16 angeschlossen ist, infolge
der erwähnten Anwendung der Luftspaltdrosseln 8 proportional der Frequenz ist.
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Die Klemmenspannung des Motors 16 wird aber auch nicht durch Schwankungen
des Belastungsstromes beeinflußt, da diese Belastungsschwankungen durch die Kompoundwicklung
9 kompensiert werden.
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An den Sekundärteil 14 des Transformators können mehrere Motoren parallel
zueinander angeschlossen werden, was durch die gestrichelten Linien 18 angedeutet
ist.
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Wenn der Sternpunkt des Drehstromerzeugers 1. zugänglich ist, kann,
wie Fig. 2 zeigt, der Kompoundierungsgleichrichter 11 diesen Sternpunkt bilden,
indem er in entsprechender Weise durch Leitungen 19 mit den Wicklungen
20 des Stromerzeugers verbunden ist.
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Wie Fig. 3 zeigt, kann der Kompoundierungsgleichrichter 11 auch den
Sternpunkt des Drehstrommotors 16 bilden, indem er durch Leitungen 21 in entsprechender
Weise an die Wicklungen 22 des Motors angeschlossen ist.
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Der Kühlwagen nach Fig. 4 enthält drei Kühlbehälter 23, in denen sich
je ein Kühlaggregat befindet, von dem nur der Kompressor 17 und der zugehörige Drehstrommotor
16 dargestellt sind.
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Von der einen Achse, 24, des Kühlwagens wird über ein Getriebe 2 und
eine Kardanwelle 3 der Drehstromerzeuger 1 angetrieben. Dieser speist über einen
Schalter 25 drei Sammelschienen 26. An diese sind mit Klemmen 27 die Wicklungen
22 der Motoren 16 angeschlossen.
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Der Stromerzeuger 1 weist in Übereinstimmung mit den vorhergehenden
Figuren eine Nebenschlußerregerwicklung 5 mit dem zugehörigen Gleichrichter 6 und
den Luftspaltdrosseln 8 auf.
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Der die Kompoundierungswicklung 9 speisende Gleichrichter
11 ist an drei Sammelschienen 28 angeschlossen, mit denen die Wicklungen
22 der Motoren 16 durch die Leitungen 21 in Klemmen 29 verbunden sind. Sonach sind
in dem Kompoundierungsgleichrichter 11 die Sternpunkte der Drehstrommotoren 16 zusammengefaßt.
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Bei Stillstand des Kühlwagens kann eine Vorkühlung vorgenommen werden,
indem die Motoren 16 mittels des Schalters 25 von dem Drehstromerzeuger l abgeschaltet
und über eine Steckdose 30 und ein Kabel 31 an eine ortsfeste Zapfstelle
angeschlossen werden. Dabei können die Sternpunkte der Motoren 16 in dem Gleichrichter
11 zusammengefaßt bleiben. Es ist auch möglich, daß die Kühlbehälter 23, wenn sie
von dem Kühlwagen herabgenommen sind, einzeln einer Vorkühlung unterworen werden.
Hierbei müssen vor dem Abnehmen der Behälter 23 die Klemmen 27 und 29 gelöst werden.
Über die Klemmen 27 können dann die Motoren der einzelnen Kühlbehälter mit Drehstrom
versorgt werden. Hierbei müssen zur Bildung der Sternpunkte die Klemmen 29 kurzgeschlossen
werden.
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Es ist naturgemäß ohne weiteres auch möglich, daß für den Motor jedes
einzelnen Kühlbehälters 23 ein besonderer Kompoundierungsgleichrichter 11 vorgesehen
wird. Zur Kompoundierung kann im übrigen gemäß Fig. 2 auch der Sternpunkt des Stromerzeugers
1 verwendet werden. Die Gestaltung der Energieversorgung eines Kühlwagens nach der
Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß sie praktisch keine Wartung erfordert.
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Es können auch zwei oder mehr von Wagenachsen angetriebene Drehstromerzeuger
in einem Kühlwagen vorgesehen werden, die je einer Gruppe von Kühlbehältern zugeordnet
sind.