DE293127C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

In Gleichstromanlagen, bei welchen die Generatorspannung bzw. die Netzspannung durch einen durch periodisches Einschalten und Kurzschließen des im Erregerkreis des Generators wirksamen Erregerwiderstandes arbeitenden Spannungsregler geregelt wird, ist bekanntlich die Generatorspannung durch das Arbeiten des Spannungsreglers periodischen Schwankungen unterworfen. Wenn auch diese Pulsationen der geregelten Spannung verhältnismäßig klein sind, so sind dieselben doch an den sehr empfindlichen Glühlampen bemerkbar. Das Licht, das die an eine solchen Pulsationen unterworfene Stromquelle angeschlossenen Glühlampen spenden, ist nicht ruhig, man sagt, die Lampen »flackern«.

Ein bereits bekanntes Mittel, solche aus dem angeführten Grunde entstandenen Spannungspulsationen abzudämpfen, besteht darin, daß der Spannungsregler nicht direkt die Erregung des Generators beeinflußt, sondern daß man zur Erregung desselben eine besondere Erregermaschine anwendet und den Spannungsregler auf deren Erregerkreis einwirken läßt. Infolge der dadurch in Reihe geschalteten Induktanzen werden die Amplituden des durch das periodische Kurzschließen des Erregerwiderstandes der Erregermaschine pulsierenden Erregerstromes bedeutend abgedämpft, so daß die Spannung an den Klemmen des Generators diese Pulsationen nur noch in geringem Maße mitmacht. Man ist aber nicht immer in der Lage, eine Erregermaschine anzuwenden, und dann kann es auch Fälle geben, wo die Verwendung der besonderen Erregermaschine noch nicht den gewünschten Erfolg zeitigt. So z. B. kann in Gleichstromanlagen, bei denen der Generator mit sehr stark wechselnder Umdrehungszahl betrieben wird und der durch den Spannungsregler periodisch kurzzuschließende Widerstand infolgedessen sehr hoch ausfällt, trotz der Erregermaschine und besonders , bei kleinen Geschwindigkeiten die Generatorspannung doch noch derartigen Pulsationen unterworfen sein, daß die angeschlossenen Lampen zum »Flackern« kommen.

Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine Schaltung für Gleichstromanlagen, durch welche die durch das Arbeiten des Spannungsreglers hervorgerufenen Pulsationen der Generatorspannung für das Netz abgedämpft werden. Zu dem Zwecke schaltet man parallel zum Netz eine besondere Spannungsquelle, z. B. eine Batterie, und verbindet Netz und Batterie über gemeinsame, Ohmsche oder induktive Widerstände mit den Klemmen des Generators. Durch die Parallelschaltung einer besonderen Spannungsquelle zum Netz erreicht man, daß

bei Veränderungen der Generatorspannung ein entsprechender über den Widerstand gehender Ausgleichstrom zu dieser parallel geschalteten Spannungsquelle fließt, der in diesem dem Netz sowie dieser Spannungsquelle vorgeschalteten Widerstände einen größeren oder kleineren Spannungsabfall erzeugt. Die Schwankungen der Netzspannung selbst können dadurch so gering gehalten werden, daß diesel-

iö ben für den Betrieb der Stromverbraucher von nicht mehr nachteiligem Einfluß sind. Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke möge an einem Zahlenbeispiel ausführlicher erklärt werden.

In Fig. ι bedeutet G den Gleichstromgenerator mit dem Anker α und dem Felde f, nw den durch den Spannungsregler R periodisch einzuschaltenden oder kurzzuschließenden Nebenschlußwiderstand; B ist die zum Netz parallel geschaltete besondere Stromquelle, und die mit -L bezeichneten Lampen stellen das Netz dar. Endlich bedeutet W_1- den dem Netz und der Batterie gemeinsam vorgeschalteten Widerstand., welcher in diesem Falle ein induktionsloser Widerstand sein soll.

Nehmen wir an, der Regulator R reguliere die Spannung des Generators G im Mittel auf 48 Volt ein und die Spannungsschwankungen an den Klemmen dieses Generators, hervorgerufen durch das abwechslungsweise Einschalten und Kurzschließen des Widerstandes nw durch den Regler R sollen + 3 Volt betragen. Der Widerstand W₁ sei 0,2 λ, der äußere Widerstand den die Lampen L bilden 3 λ, der innere Widerstand der Batterie 0,05 λ und endlich die gegenelektromotorische Kraft der Batterie 41 Volt. Der vom Generator zu liefernde Strom setzt sich nun zusammen aus dem nach den Lampen fließenden Strom ii und dem von der Batterie aufgenommenen Strom ib, und zwar berechnet sich der Totalstrom des Generators bei max. Generatorspannung (48 + 3 = 51 Volt) zu

51 , 5ΐ — 4¹

3 + 0,2 0,2 + 0,05

= 55,9 Amp.

Dieser Strom verursacht im Widerstand W₁ einen Spannungsabfall von

55.9 X 0,2= 11,2 Volt,

d. h. die Spannung am Netz beträgt noch

51 — ii,a = 39,8 Volt.
Bei minimaler Generatorspannung

(48 - 3 = 45 Volt)
berechnet sich der totale Strom des Generators zu

45

3 + ο,2 ο,2 + ο,ο5

= 30,05 Amp.

und der dadurch verursachte Spannungsabfall im Widerstand W₁ zu 30,05 ^K 0,2 = 6 Volt. Die Spannung am Netz ist demnach

45 — 6 = 39 Volt

oder während sich die Generatorspannung von 45 bis 51 oder um 13,3 Prozent ändert, ändert sich die Netzspannung von 39 auf 39,8 Volt oder nur um 2,05 Prozent.

Die Größe dieses dem Netz und der diesem parallel geschalteten Stromquelle vorgeschalteten Widerstandes ist vor allen Dingen abhängig von der Empfindlichkeit des Spannungsreglers und ferner von der Größe der Span- nungsschwankungen, die man am Netz zulassen will; ferner auch von der Größe der dem Netz parallel geschalteten Stromquelle bzw. deren innerem Widerstand. Statt des Ohmschen Widerstandes könnte dafür auch ein induktiver Widerstand allein oder mit einem Ohmschen Widerstand zusammen zur Anwendung gelangen, wodurch die Energieverluste reduziert wurden. An Stelle der im obigen Beispiel dem Netz parallel geschalteten Batterie könnte dafür auch irgendeine andere Stromquelle benutzt werden, z. B. eine bereits vorhandene Gleichstromanlage, oder ein besonderer Generator, der bei Stromaufnahme als Motor liefe. Ebenso ist die hier beschriebene Schaltanordnung auch anzuwenden, wenn der Spannungsregler nicht direkt auf den Generator einwirkt, sondern auf eine zu diesem gehörende Erregermaschine.

Mit besonderem Vorteil wird die Schaltung gemäß vorliegender Erfindung bei sogenannten Zugbeleuchtungsanlagen angewendet werden können. Dadurch, daß sich der Generator bei solchen Anlagen nur zeitweise im Betrieb befindet, man aber zu jeder Zeit die Anlage z. B. zur Beleuchtung soll benutzen können, ist die zum Netz parallel zu schaltende Stromquelle (Batterie) bereits vorhanden. Man verwendet in solchen Wagenbeleuchtungsanlagen, übrigens auch bei Windelektrizitäts- und ahnliehen Anlagen, die bekannten selbsttätigen Parallelschalter, deren Aufgabe es ist, das z. B. von der Batterie gespeiste Netz, sobald die Generatorspannung den für die" Zusammenschaltung notwendigen Wert erreicht, an den Generator umzuschalten.

Die normale Schaltung eines solchen selbsttätigen Parallelschalters ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. P ist die Bezeichnung des Parallelschalters, der aus den beiden Kontakten A₁ und k₂, dem Hebel h und den beiden Wicklungen (I₁ und d₂ zusammengesetzt ist. A₁ ist die an die Klemmen des Generators angeschlossene Spannungswicklung des Schalters P, die den Hebel h, wenn die gewünschte Generatorspannung erreicht ist, gegen die Kontakte k_x und A₂ drückt und dadurch das

Netz bzw. die zu demselben parallel geschaltete Batterie mit dem Generator G parallel schaltet. Die Stromwicklung d₂ wirkt in demselben Sinne wie die Spannüngswicklung d_1; wenn der Strom vom Generator nach dem Netz bzw. nach der Batterie fließt. Bei umgekehrter Stromrichtung sucht die Wicklung d₂ die Wirkung der Wicklung d_x aufzuheben, und bei einem genügend großen Rückstrome wird

ίο der Hebel h von den Kontakten k_x und k₂ abgezogen, d. h. der Generator vom Netz bzw. Batterie abgeschaltet. Das ist die Wirkungsweise der bekannten Selbstschalter.

Die Wicklung d.₂ kann nun gleich so bemessen werden, daß sie den im Sinne der vorliegenden Erfindung zwischen die Klemmen der Maschine und das Netz und die dazu parallel geschaltete Batterie zu schaltenden Ohmschen oder induktiven Widerstand besitzt, wodurch man einen besonderen Widerstand erspart.

In Fig. 2 ist dann zwischen die Batterie B und die Lampen L noch ein Widerstand W₂ eingezeichnet. Die Aufgabe dieses Widerstandes ist eine bekannte, eben die, die Differenz der Spannung beim Aufladen der Batterie gegenüber dem Entladen aufzuheben. Bei parallel geschaltetem Generator und Batterie ist W₂ eingeschaltet. Liefert aber nur die Batterie den Netzstrom, so ist der Widerstand W₂ kurzgeschlossen. Das Einschalten und Kurzschließen dieses Widerstandes kann mit dem Parallelschalter P besorgt werden. An Stelle dieses allen Stromverbrauchern gemeinsamen vorgeschalteten Widerstandes W₂, dessen Größe je nach der Belastung auch verändert werden kann, könnten auch die bekannten Einzelwiderstände vor den Stromverbrauchern zur Anwendung gelangen. Jedenfalls wird aber diese Verwendung von .Netzwiderständen dem durch vorliegende Erfindung angestrebten Zwecke nicht hinderlich sein.

Anstatt den Zusatzwiderstand W₁ in den Parallelschalter zu verlegen, könnte derselbe auch durch entsprechende Bemessung der Leitungen zwischen Generator und Netz geschaffen werden. Der Vollständigkeit wegen möge auch erwähnt sein, daß man das die Regelung einleitende Organ des Spannungsreglers zweckmäßig an die Klemmen des Generators anschließt, daß aber bei großer Empfindlichkeit des Spannungsreglers auch ein Anschluß desselben direkt an das Netz angängig ist und dieser letztere Anschluß bezüglich Konstanz der Netzspannung bei variabler Belastung sogar Vorteile zeitigen kann. Zum Schlüsse sei auch noch auf die Schutzwirkung, die der zwischen Dynamo, Netz und Batterie geschaltete Widerstand W₁ z. B. bei entladener Batterie auf dieselbe ausübt, aufmerksam gemacht.

Claims (2)

Patent-An Sprüche:

1. Schaltungsanordnung für Gleichstrom*.. anlagen, bei denen die Generator- bzw. Netzspannung durch einen Spannungsregler nach Art des Tirrillreglers, d. h. durch periodisches Schalten eines Erregerwiderstandes geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Netz eine besondere Spannungsquelle, z. B. Batterie, parallel geschaltet wird und beide über gemeinsame Widerstände (Ohmsche oder induktive) an die Klemmen des Generators angeschlossen sind, zum Zwecke, die durch das Arbeiten des Spannungsreglers hervorgerufenen Pulsationen der Generatorspannung für das Netz abzudämpfen.

2. Schaltung nach Anspruch 1 für Gleichstromanlagen, bei denen zum Zusammen- oder Voneinanderschalten von Netz und Generator ein selbsttätiger Schalter Verwendung findet, welcher durch eine Spannungswicklung und eine vom Generatorstrom durchflossene Stromwicklung betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand der Stromwicklung des selbsttätigen Schalters mindestens einen Teil des dem Netz und der diesem parallel geschalteten Spannungsquelle gemeinsam vorzuschaltenden Widerstandes ausmacht.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.