DE205302C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 205302 KLASSE 21 c. GRUPPE 45..

JAMES DALZIEL in DERBY, Gr.-Brit.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 11. April 1907 ab.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Regelung der Spannung von elektrischen Stromverteilungsnetzen, die von Generatoren mit wechselnder Geschwindigkeit gespeist werden. Der Zweck der Erfindung ist, eine genaue Regelung der Spannung besonders dann zu ermöglichen, wenn der Generator ein- oder ausgeschaltet wird, und das Anlassen der Hilfsmaschine zu erleichtern.

ίο Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, daß sich die Feldstärke einer Reglermaschine und eines mit dieser gekuppelten Motors gemäß der Spannungsdifferenz des Hauptgenerators und einer Erregermaschine, die mit der Reglermaschine und Motor auf derselben Welle sitzt, ändert und die Spannung' der Reglermaschine zur Regelung der Feldstärke des Generators verwendet wird.

Im nachstehenden soll die Erfindung in Anwendung auf ein Zugbeleuchtungssystem beschrieben werden, bei dem der Generator mit einer Laufradachse in Verbindung steht, von der er ebenso, wenn er beispielsweise mit einem Windmotor gekuppelt wäre, mit stark wechselnder Geschwindigkeit angetrieben wird.

In den beiliegenden Zeichnungen ist eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.

Fig. ι zeigt schematisch die Apparate und Verbindungen, wie sie für ein Zugbeleuchtungssystem erforderlich sind. Fig. 2 zeigt die Verbindungen der Hilfsmaschinen.

Der Generator D wird von der Radachse angetrieben und ist mit einem Umkehrschalter C einer Hilfsbatterie W, selbsttätigen Aus- und Einschaltern A, B und Hilfsmaschinen F, E, G verbunden. Zum Einschalten der iri Reihe mit den Widerständen - H liegenden Lampen L dienen Schalter O und M.

Die zur Regelung der Spannung des Generators dienenden Hilfsmaschinen bestehen aus einem Motor F, einer Erregermaschine E und einer Reglermaschine G, deren Anker mechanisch miteinander verbunden sind. Die Erregerspulen der Hilfsmaschinen sind so geschaltet, daß, wenn die Geschwindigkeit des Hauptgenerators zunimmt, eine gegenelektromotorische Kraft im Erregerkreise des Hauptgenerators ebenfalls zunimmt. Dieselbe wird von dem Anker der Reglermaschine geliefert, welcher in Reihe mit den Feldwicklungen des Hauptgenerators liegt. Der Strom wird in dem Felde des Hauptgenerators mithin vermindert, wodurch dessen Spannung in bestimmten Grenzen geregelt wird. Die Regelungswirkung des Ankes G kann dadurch wirksamer gemacht werden, daß die Verbindungen des Motors F so angeordnet werden, daß, wenn * die Spannung des Hauptgenerators zunimmt, die Geschwindigkeit des Motors und damit die Geschwindigkeit und die Spannung der Erregermaschine vermindert wird. Hierdurch wird noch die von der gegenelektromotorischen Kraft der Reglermaschine ausgehende, die Verminderung der Erregung des Feldes des Hauptgenerators herbeiführende Wirkung vermehrt.

Vorweggenommen sei, daß in Beschreibung und Zeichnung P₁, P₂ usw. Verbindungspunkte der positiven Leitung, N₁, N₂ usw. Verbindungspunkte der negativen Leitung und S₁, S₂ usw. Verbindungspunkte der positiven Seite der Nebenschlußwicklung des Hauptgenerators D darstellen. j> und η bezeichnen entsprechend positive und negative Leitungen, während q die positive Leitung der Hilfsbatterie W darstellt.

Die Erregermaschine E ist in Reihe mit der Feldwicklung g der Reglermaschine G und einer Motorfeldwicklung/ geschaltet und über diese mit den Klemmen N₁ und P_a verbunden.' Letztere steht direkt, wenn der Schalter A geschlossen ist, mit P₂, einer Klemme an dem Schalter A, in Verbindung und über diese dann mit der positiven Klemme P. Die Erregerwicklung e der Erregermaschine E ist in Reihe mit einem Rheostaten R, durch - welchen die Spannung eingestellt wird, und mit ihm zusammen über g und/ und die Klemmen P₁, N₁ an die Pole P, N der Maschine gelegt.

Die Reglermaschine G liegt über P₁ an P und über S₁ an Klemme S, zwischen welcher und dem negativen Pol N die Erregerwicklung D₃ der Hauptdynamomaschine liegt.
Der Anker des Motors F liegt zwischen N₁ und P_a. Wie schon ausgeführt, ist P_a bei geschlossenem Schalter A mit P in Verbindung. Ist der Schalter offen, so ist in diese Verbindung noch ein Anlaßwiderstand T geschaltet. Der Motor F besitzt eine Nebenschlußwicklung/!, die zwischen den Klemmen P₁ und N₁ gelegen ist, daher beim Anlassen die volle Erregung von den Klem- *men P, N der Hauptdynamomaschine erhält. Die soeben beschriebene Anordnung und Verbindung der Hilfsmaschinen ist für den besonderen Fall vorliegender Einrichtung geeignet. In Fig. 2 ist jedoch der Erfindungsgegenstand ohne die selbsttätigen Schalter dargestellt.

Die Feldwicklung/ des Motors F liegt, wie beschrieben, in Reihe mit der Feldwicklung g der Reglermaschine. Die Erregerspannung wird an einem Rheostaten R eingestellt. In jedem Falle sind die Wicklungen so angeordnet, daß, wenn die Spannung des Generators D gemäß der Geschwindigkeitszunahme zunimmt, • dann die gegenelektromotorische Kraft, die von dem Anker der Reglermaschine G erzeugt wird, auch zunimmt und den Strom in dem Generatorfeld D₃ vermindert, so daß auf diese Weise die Spannung des Hauptgenerators in vorher bestimmten Grenzen geregelt wird.'

In der in Fig. 1 gezeigten Anordnung ist der Strom in der Reglerfeldwicklung g und in der Hilfsmotorfeldwicklung / die hintereinander liegen, proportional dem Unterschiede zwischen der Erregerspannung und der Netzspannung. Wenn diese beiden gleich sind, dann wird kein Strom in diesen Wicklungen auftreten und keine elektromotorische Gegenkraft von der Reglermaschine G geliefert werden. Wenn die Geschwindigkeit des Hauptgenerators zunimmt, so vermehrt sich der Strom in den Hilfsmotorwicklungen / und in den Feldwicklungen g der Reglermaschine vermöge der die Erregerspannung E überwiegenden Netzspannung an D. Infolge der Stärkung des Motorfeldes durch / und der dadurch bedingten Verminderung der Geschwindigkeit des Motors und damit der Erregermaschine E wird der Strom in g und / noch verstärkt, so daß eine weitere Zunahme der Spannung an G gesichert ist, falls nur die Verhältnisse so gewählt sind, daß die gleichzeitig auftretende Geschwindigkeitsverminderung an G von geringerem Einflüsse auf die an ihr herrschende Spannung ist. Die Erregerspannung ist daher keine konstante Spannung bei vorliegender Einrichtung, sondern ändert sich mit der Spannungsänderung am Generator D.

Die Ein- und Ausschalter A und B sind in folgender Weise mit den Stromkreisen in Verbindung. Der Schalter A ist mit seiner unteren Stellung offen und in seiner oberen Stellung geschlossen, während der Schalter B in seiner unteren Stellung den einen und in seiner oberen Stellung einen anderen Stromkreis schließt. Beide Schalter befinden sich in ihrer unteren Stellung, wenn die zugehörigen Solenoide nicht erregt sind.

Das Hauptsolenoid k des Schalters A liegt zwischen den Klemmen N₂ und P₂, d. h. den Klemmen des Hauptgenerators. Um eine Erhitzung dieses Solenoides zu verhindern, wird ein Widerstand χ und ein Schalter ν vorgesehen, so daß, wenn der Schalter A die Kontakte M₁ und m₂ schließt, seine Stange den Schalter ν öffnet und damit den Widerstand χ in Reihe mit der Spule k schaltet. Dadurch wird der Strom in der Spule k genügend geschwächt, um mit Hilfe der noch vorhandenen Reihenwindungen / den Schalter in seiner geschlossenen Stellung zu halten. Der Kontakt m_x ist über das Solenoid I mit no dem Kontakt n₂ des Schalters P und mit der Klemme P_c in Verbindung. Wenn der Schalter A geschlossen ist, so sind die Klemmen P_c und n₂ über W₁ und m₂ und Klemme P₂ mit P verbunden. Die Klemme P_b ist mit dem Schalter A durch einen biegsamen Leiter t in Verbindung, so daß, wenn A in seiner oberen Stellung steht, der Anlaßwiderstand T kurzgeschlossen ist.

Das Solenoid h des Schalters B ist über die Klemmen S₂ und P₂ an die Reglermaschine G gelegt. Der Schalter B verbindet

in seiner unteren Stellung die Kontakte n_s und n_i, wodurch die Klemme Q₁ durch eine Spule d mit Q₂ verbunden wird, welcher Kontakt seinerseits mit der positiven Leitung q in Verbindung steht. Der Magnet d hält den Schalter B in seiner unteren Lage. In seiner oberen Lage verbindet der Schalter B die Kontakte n_x und n₂, wodurch die positive Klemme der Batterie W durch das Solenoid I

ίο und Klemme P₂ mit der Klemme P des Generators zusammengeschaltet ist.

Der Hauptnetzschalter O ist folgendermaßen konstruiert:

Der Kontakthebel O₁ steht mit seinem einen Ende in konstanter Verbindung mit einem Kontaktsegmente o₂ und berührt je nach seiner Stellung das Kontaktstück O₃ allein oder die Kontaktstücke O₃ und O₄ zusammen oder auch in unterster Stellung keines dieser Kontaktstücke. O₂ ist mit 2V₃, O₃ mit n_a der negativen Hauptleitung für ungefähr die Hälfte der Lampen L in Verbindung. O₄ ist mit n_b der Hauptleitung für den übrigbleibenden Teil der Lampen L verbunden.

Wenn der Schalter A geschlossen ist, so wird die Klemme P_c über I, m_x, m₂, P₂ mit der positiven Generatprklemme P und über Leitung ρ_Λ und über verschiedene Widerstände H mit einem Teil der Lampen L verbunden. Die Leitung P₁ ist ferner mit einem Kontakt o₅ des Hauptschalters 0 in Verbindung, während ein zweiter Kontakt o₆ dieses Schalters mit einer Leitung p₂ in Verbindung steht, welche über verschiedene Widerstände H mit dem übrigbleibenden Teile der Lampen L verbunden ist. Der Hebel O₁ trägt ein isoliertes Kontaktstück O₇, welches in einer der äußersten Stellungen des Hebelarmes die Kontakte O₅ und O₆ miteinander verbindet, so daß die Leitungen P₁ und p₂ zur positiven Leitung des Generators zusammengeschaltet werden können.

Wird der längere Arm des Schalthebels O₁ links in die tiefste Stellung gebracht, so wird die Verbindung zwischen 2V₃ und den beiden Leitungen n_a und n_b aufgehoben. Befindet sich der Hebelarm in seiner Mittelstellung, so verbindet er 2V₃ mit n_a, und befindet er sich in seiner oberen Stellung, so verbindet er 2V₃ mit beiden n_a und n_b und zu gleicher Zeit noch P₁ über O₅ und O₆ mit p₂.

Außer dein Hauptschalter 0 besitzt noch jede dargestellte Lampe L ihren eigenen Schalter M, der die Lampen über die gemeinsame Batterie- und Generatorleitung n_a oder n_b mit der Batterieleitung q oder auch mit der positiven Generatorleitung p oder p₂ verbinden kann. Der Widerstand zur Aufnahme der Spannungsüberschüsse kann, wenn die Lampen von dem Generator gespeist werden, einzeln an jeder Lampe bzw. Gruppe, wie in der. Fig. 1 gezeigt ist, angeordnet sein, und er kann auch bei Gruppenschaltung von dem Schalter 0 mitbedient werden.

Wenn der Hauptgenerator stillsteht oder sich mit einer geringen Geschwindigkeit dreht, so liegen die Lampen an der Batterie, wobei der Strom von Q zu Q₁, Magnet d, Kontakte n₃, M₄, Klemme Q₂, Leitung q, Schalter M, Lampen. L, Leitungen n_a oder n_b, über die entsprechende Verbindung am Schalter 0 nach 2V₃, n. zur negativen Klemme 2V₄ der Batterie und N der Maschine verläuft. Unter diesen Bedingungen sind die Hilfsmaschinen mit .den Generatorklemmen P, N, S, wie oben unter Annahme der Offenstellung des Schalters A beschrieben ist, verbunden.

Erreicht die Geschwindigkeit des Generators ihre vorgeschriebene Einschaltgrenze, so wird die Nebenschlußspule k des Schalters A genügend erregt, um den Schalter zu schließen, wodurch der Generator unter Vorschaltung der Lampenwiderstände an den Lampen liegt. Die Verbindungen verlaufen dann wie folgt:

Der Strom fließt von der positiven Generatorklemme P durch die Klemme P₂, Kontakte W₂, W₁, Spule I, Klemme P_c, Leitungen Pv fzi Widerstände H, Schalter M, Lampen L, Leitungen n_a oder n_b , Hauptschalter 0, Klemme 2V₃ zur negativen Generatorklemme N.

Bei diesem Verlauf des Stromes sind beide, Batterie und Generator, mit den Lampen verbunden, wobei die überschüssige Generatorspannung von den den Lampen vorgeschalteten Widerständen aufgenommen wird. Vermehrt sich die Spannung des Generators, so 95' nimmt allmählich der Generator die Lampenbelastung auf, dabei vermindert sich der von der Batterie zu den Lampen fließende Strom entsprechend. Die Spannung der Reglermaschine G wächst bei diesem Anlaßvorgang des Aggregats wegen der zu Zeiten über die Spannung der Erregermaschine E überwiegenden Hauptgeneratorspannung genügend an, um das Solenoid h des Schalters B zu erregen, so daß der Schalter B damit in seine obere Stellung gelangt. Dies wird indessen durch den durch d fließenden Batteriestrom zunächst noch verhindert, so daß erst, wenn der Batteriestrom imter eine gewisse Grenze fällt, der Schalter B angehoben werden kann. Diese Art der Regelung des Schalters B verhindert, daß der Schalter nach oben geht und die Lampen nur an den Generator legt, bis die Spannung des letzteren die entsprechende Größe erlangt hat.

Die Reihenwindungen I dienen, wenn sie einmal von dem Generatorstrom durchflossen werden, dazu, den Schalter A in seiner geschlossenen Stellung zu halten. Die Batterie wird nach Schließung beider Schalter vom Generator aufgeladen, während dieser gleichzeitig die Lampen speist. Fällt die Spannung

des Generators, so fallen die Schalter A und B in ihre unteren Stellungen, so daß wiederum .die Batterie an die Lampen gelegt wird.

Die Anbringung des Magneten d an dem S Schalter B ist von Vorteil. Wenn nämlich die Batterie verbraucht ist, so ist die Rück-E. M. K. der Batterie gewöhnlich so, daß beim Parallelarbeiten von Generator und -Batterie diese einen Ladestrom von dem Generator

ίο durch die positiven Leitungen φ_ν fi₂ über die Widerstände H und die positive Leitung q empfängt·. Dieser Strom genügt gewöhnlich, daß der Schalter B von dem Magneten d in seiner unteren Stellung so lange festgehalten wird, bis die Batterie teilweise geladen wird. Auf diese Weise wird ein plötzlicher Stromstoß vermieden, welcher auftreten würde, wenn die überentladene Batterie direkt in dem ersten Augenblick über die Generatorklemme gelegt wird.

Claims (5)

Patent-Ansprüche:

1. Selbsttätig wirkendes Spannungsregelungssystem tor Stromverteilungsnetze, die von mit wechselnder Geschwindigkeit angetriebenen Generatoren gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldstärken einer Reglermaschine (G) und eines sie direkt mittels gemeinsamer Achse antreibenden Motors (F) gemäß der zwischen der Hauptdynamomaschine (D) und einer die Haupterregung indirekt beeinflussenden, auf obiger gemeinsamen Achse angeordneten Erregermaschine (E) auftretenden Spannungsdifferenz geregelt werden.

2. Selbsttätig wirkendes Spannungsregelungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregermaschine

(E) in Reihe mit der Erregerwicklung (g) der Reglermaschine (G) und der einen . Wicklung (f) des Motors (F) an den Klemmen der Hauptdynamomaschine (D) und der Anker der Reglermaschine (G) im Erregerstromkreis der Hauptdynamomaschine (D) liegt.

3. Selbsttätig wirkendes Spannungsregelungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Wicklung (fj des Motors (F) von dem Potential des Hauptgenerators (D) gespeist wird.

4. Selbsttätige Schalteinrichtung für das Spannungsregelungssystem nach den Ansprüchen ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptgenerator bei einer bestimmten Spannung in - bekannter Weise selbsttätig durch einen Schalter (A) an die Lampen gelegt wird und diese mit der Batterie in Parallelschaltung speist, und ein zweiter selbsttätiger Schalter (B) in seiner ersten Stellung die Batterie mit den Lampen und in seiner zweiten Stellung mit dem Hauptgenerator zwecks Ladung verbindet, wobei er jedoch in die zweite Stellung nur übergehen kann, wenn der Batteriestrom unter eine bestimmte Grenze gesunken ist.

5. Selbsttätige Schalteinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite selbsttätige Schalter (B) durch ein an die Spannung der Reglermaschine (G) gelegtes Solenoid (h) in seine obere, zweite Stellung gebracht, von einer von dem Batteriestrome beeinflußten elektromagnetischen Vorrichtung (d) jedoch in seiner ersten Stellung zurückgehalten wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.