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Schaltvorrichtung zum Parallelschalten von Gleichstromerzeugern veränderlicher
Drehzahl mit Akkumulatoren. Bei Windkraftanlagen und Eisenbahnbeleuchtungsanlagen.
bei denen der Stromerzeuger finit veränderlicher Drehzahl angetrieben wird, sind
Schaltvorrichtungen erforderlich, «-elche die Sammlerbatterie erst dann mit dem
Gleichstromerzeuger parallel schalten, wenn die Spannung des Stromerzeugers höher
als diejenige der Batterie ist, und welche die Parallelschaltung sofort aufheben,
wenn die Drehzahl des Stromerzeugers so weit sinkt, daß von der Batterie Rückstrom
nach -dem Stromerzeuger fließt.
Die Spannung Ei, der Sammlerbatterie
ist je nach ihrem Ladezustand verschieden. Deshalb darf die Parallelschaltung der
Batterie nur dann erfolgen, wenn die Spannung E, des Stromerzeugers größer als
Ei, oder die Differenzspannung E,-EI, größer als Null ist. Andererseits darf
die Parallelschaltung nur so lange aufrechterhalten werden, als der Strom des Erzeugers
von der Maschine zur Batterie, aber nicht in umgekehrter Richtung, fließt.
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Da man beispielsweise in Windkraftanlagen mit der in der Sammlerbatterie
aufgespeicherten elektrischen Energie besonders in windstillen Perioden sehr haushälterisch
umzugehen hat, muß ferner die Forderung erfüllt werden, (laß während des Stilltandes
des Stromerzeugers neben der Speisung der Nutzstromkreise keine Energie für die
Erregerwicklungen der Schaltvorrichtung aus der Batterie entnommen wird. Eine Energieentnahme
ist erst dann statthaft, wenn der Stromerzeuger eine gewisse Drehzahl bzw. Spannung
angenommen hat, die ungefähr der geringsten Spannung der Batterie entspricht. Würden
dagegen die Schaltgeräte auch bei längerem Stillstand des Stromerzeugers aus der
Batterie Strom entnehmen, so würde sich diese bei dauernder Windstille bzw. bei
dauerndem Stillstand des Fahrzeuges vollständig entladen können.
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Die gestellten Forderungen erfüllt die Schaltvorrichtung nach der
Erfindung in besonders einfacher und vollkommener Weise durch ein polarisiertes
Relais in besonderer Schaltung und ein parallel zum Gleichstromerzeuger geschaltetes
Hilfsschütz, welches die Hauptwicklung des polarisierten Relais erst dann zwischen
Batterie und Stromerzeuger schaltet, wenn die Spannung des Stromerzeugers nahezu
gleich der Batteriespannung ist.
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In der Abbildung ist die Anlage im Stillstand dargestellt.
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Als Stromerzeuger c ist eine Maschine mit N ebenschlußwicklung u und
Gegenkoinpotindwicklung g angenommen. Durch das Schütz s kann die Sammlerbatterie
b dem Stromerzeuger e parallel geschaltet werden. Hierzu ist ein polarisiertes Relais
p angeordnet, dessen Haupterregerwicklung u, durch ein Hilfsschütz h an die Klemmen
i und 3 gelegt wird, wenn die Maschinenspannung diejenige der Batterie nahezu erreicht.
Bei Stillstand oder sehr geringer Drehzahl des Stromerzeugers e bleibt dagegen der
Kontakt d. des Hilfsschützes h geöffnet, so daß der Batterie kein Strom zur Betätigung
der Schaltapparate entnommen wird. Die Batterie wird also nur zur Speisung der Nutzstromkreise
(z. B. Lampen 1) herangezogen. Die Erregerwicklung ii des Hilfsschützes lt und die
Anker-Wicklung v des polarisierten Relais p werden dagegen von der Maschinenspannung
gespeist. Ist diese gleich Null, so werden ii. und v nicht erregt. In der in der
Abbildung dargestellten Anordnung sind it und v in Reihe geschaltet, sie können
aber auch parallel oder auch in den Stromkreis der \ ebensclilußwicklung it geschaltet
sein. Mit dem Anker des polarisierten Relais p ist ein Schaltarm a verbunden, der
entweder gegen den festen Anschlag 6 oder gegen den Kontakt 5 gedrückt wird. Durch
den Kontakt 5 wird die Erregerwicklung t des Hauptschützes s an die Maschinenspannung
gelegt.
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Die Schaltvorrichtung wirkt in folgender Weise.
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Es sei angenommen, daß die niedrigste Spannung der nahezu entladenen
Sammlerbatterie 1) ioo Volt betrage und daß das Hilfsschütz h den Kontakt 4 schließt,
wenn die Spannung zwischen go und ioo Volt liegt.
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Wenn die Batterie einen bestimmten Ladezustand, etwa i2o Volt, hat
und der Stromerzeuger sich so weit beschleunigt hat, daß er eine Spannung von etwa
ioo Volt liefert, so spricht das Hilfsschütz Ir an und legt durch seinen Kontakt
.4 die Hauptwicklung 7t, des polarisierten Relais p an die Klemmen i und 3. Da die
Batteriespannung noch um 2o Volt größer ist als die Maschinenspannung, so wird die
Wicklung w von einem Strom durchflossen, der der Stromrichtung bei vollem Betrieb
des Windmotors oder des Fahrzeuges entgegengesetzt gerichtet ist. Die in der Abbildung
eingezeichneten Pfeile zeigen die Stromrichtungen bei vollem Betrieb des Stromerzeugers
an. Der konstant polarisierte Anker v des Relais erhält ein Drehmoinent entgegen
dein Uhrzeigersinn, so daß sich der Kontakthebel a des Relais, der über-(lies noch
durch eine schwache Feder f nach links gezogen wird, gegen den festen Anschlag 6
legt. Wenn sich nun die Drehzahl und Spannung des Stromerzeugers e so weit erhöht,
daß seine Spannung höher ist als die Batteriespannung (i2o Volt), so dreht sichder
Strom in der Wicklung ze um, hat dann also die Richtung des eingezeichneten Pfeiles.
Dadurch erhält der Anker 7, des polarisierten Relais ein Drehmoment im Uhrzeigersinn
und der Kontaktarm a schließt den Kontakt 5. Dadurch wird die Erregerwicklung t
des Schützes c an die Maschinenspannung gelegt. Das Schütz s spricht an und schließt
die Kontakte z, 3, wodurch der Stromerzeuger e mit der Batterie b parallel geschaltet
bzw. zur Ladung der Batterie b und zur Speisung der Nutzstromkreise 1 herangezogen
wird.
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Durch das Schließen der Kontakte 2 und 3 wird gleichzeitig die Wicklung
w des polarisierten
Relais P parallel zur Gegenkompoundwicklung
ä des Stromerzeugers e geschaltet. Die Stromrichtung in der Wicklung zr' wird jedoch
durch diese Parallelschaltung nicht verändert, so daß die Kontakstange bei 5 und
damit die Erregung des Schützes s bestehet bleibt. Es ist lediglich, da die Spannung
an den Klemmen tr durch die Parallelschaltung sich verricigert, erwünscht, einen
in der Abbildung nicht dargestellten Vorschaltwiderstand ini Stromkreis von w bei
der Parallelschaltung kurzzuschließen.
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Tritt nun eine Verringerung der Drehzahl und Spannung des Stromerzeugers
ein, so geht seine Stromstärke herunter. Ist der Strom nahezu auf -Null gesunken
oder tritt gar ein Rückstrom auf, so wird die parallel zu g liegende Relaiswicklung
w stromlos oder voni Strom in entgegengesetzter Richtung durchflossen. Dadurch wird
das Drehmoment des Relais umgekehrt, der Kontakt 5 unterbrochen und die Parallelschaltung
des Stromerzeugers e° und der. Batterie aufgehoben. Ferner fällt beim Sinken der
Maschinenspannung unter beispielsweise 9o Volt der Anker des Hilfsschützes h ab.
Beschleunigt sich bei zunehmender Windstärke der Stromerzeuger wieder genügend,
so beginnt das beschriebene Spiel von neuem. Die Schaltanordnung erfüllt somit die
gestellten drei Hauptforderungen, daß bei Stillstand des Erzeugers die Batterie
nicht füg- die Schaltung beansprucht wird, daß der Stromerzeuger nur bei höherer
Spannung parallel zur Batterie geschaltet wird und daß die Parallelschaltung bei
Auftreten von Rückstrom sofort unterbrochen wird.
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Der durch die Anordnung des Hilfsschützes h erzielte Vorteil möge
im folgenden erläutert werden.
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Die durch dieses Schütz gesteuerte Wicklung w des polarisierten Relais
p soll bei iner möglichst geringen Überspannung des Stromerzeugers (z. B. 5 Volt)
den Kontakt 5 schließen. Nach dem obengenannten Beispiel erhält diese Wicklung kurz
vor dem Parallelschalten, aber nur vorübergehend, eine Spannung von 2o Volt. Wäre
dagegen das Hilfsschütz h nicht vorhanden oder der Kontakt 4. dauernd geschlossen,
so läge die Wicklung w während der ganzen Dauer des Stillstandes des Stromerzeugers
an der Batteriespannung von z. B. roo Volt. Die Wicklung u, wäre dann dauernd zwanzigfach
überlastet, und die Batterie würde in ganz unnützer Weise entladen. Dieser Übelstand
wird durch die Anordnung des Hilfsschützes l: in einfacher Weise beseitigt.
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Um zu erreichen, daß die Batterie ganz unabhängig von ihrem Ladezustand
nur bei höherer Spannung des Stromerzeugers parallel geschaltet wird, wird vorteilhaft
die Differenzspannung E,- Eb benutzt. Würde man die Parallelschaltung von einer
bestimmten Höhe der Spannung E,, abhängig machen, so müßte diese Spannung größer
gewählt werden als die höchste Spannung, welche die Batterie annehmen kann, weil
sonst ein fortwährendes Ein- und Ausschalten eintreten würde, wodurch die Schaltapparate
unzulässig beansprucht werden. Wählt man andererseits Et größer als die maximale
Batteriespannung, so kann die vorhandene Windkraft nicht voll ausgenutzt werden.
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Die Erfindung besteht nun darin, daß bei dein polarisierten Relais,
welches einerseits die Differenzspannung zwischen Erzeuger und Batterie, andererseits
das Auftreten von Rückstrom messen soll, dieselbe Wicklung w durch geeignete Schaltung
zur Feststellung beider Arbeitsbedingungen benutzt wird.