DE4431012A1 - Elektrischer Energieflußregler für Solargenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Generatoren zum Umwandeln von Sonnenenergie in elektrische Energie und insbesondere einen elektrischen Energieflußregler zur Verwendung in einem solchen Solar-Generator.

Ein Solargenerator ist ein Gerät zum Umwandeln von Strah­ lungsenergie der Sonne in elektrische Energie. Es sind zahlrei­ che unterschiedliche Solargeneratoren bekannt zur Durchführung dieser Basisfunktion. Einige Solargeneratoren wandeln die Strah­ lungsenergie der Sonne direkt in elektrische Energie um. Ein Typ eines solchen Solargenerators für direkte Umwandlung ist eine photoelektrische Zelle. Andere Solargeneratoren wandeln die Strahlungsenergie der Sonne indirekt in elektrische Energie über ein Zwischenmedium um. Ein Typ eines Solargenerators für eine indirekte Umwandlung ist eine Wärmemaschine. In einer Wärmema­ schine wird die Strahlungsenergie zuerst in thermische Energie und dann in elektrische Energie umgeformt.

In einer Ausführungsform der Wärmemaschine eines solchen Solar­ generators wird ein konventioneller Mechanismus, der als Stir­ ling-Maschine bezeichnet wird, verwendet, für die erste Um­ wandlung der Strahlungsenergie in thermische Energie wonach die thermische Energie in mechanische Energie umgewandelt wird. Dies wird erreicht durch Fokussierung der Strahlungsenergie auf die Wand eines Zylinders, der einen beweglichen Kolben enthält. Die Strahlungsenergie der Sonne wird durch die Zylinderwand absor­ biert, wodurch deren Temperatur steigt. Die höhere Temperatur der Zylinderwand bewirkt eine Zunahme der Temperatur eines im Zylinder enthaltenen Gases. Das heiße Gas expandiert im Zylinder und bewirkt eine mechanische Bewegung des Kolbens. Wenn das Gas abkühlt wird der Kolben zurück in seine ursprüngliche Position bewegt. Ein Magnet ist an dem hin- und herbeweglichen Kolben angebracht, so daß er benachbart zu einer elektrischen Wicklung angeordnet ist. Wenn der Kolben sich im Zylinder hin- und her­ bewegt, wird der Magnet benachbart zur Wicklung vor- und zurück­ bewegt. Als Folge hiervon wird ein elektrischer Strom in der Wicklung bzw. der Spule induziert. Auf diese Weise wird die Strahlungsenergie der Sonne in elektrische Energie umgewandelt.

Um den Stirling-Motor kontinuierlich zu betreiben ist es wich­ tig, die Rate zu messen oder zu steuern, mit der die Solarener­ gie in elektrische Energie umgewandelt wird. Diese Umwandlung sollte mit einer solchen Rate erfolgen, daß die Menge an elek­ trischer Energie, die von dem Stirling-Motor abgenommen wird proportional zu der Menge der zugeführten Solarenergie ist. Wenn die Menge der zugeführten Solarenergie beträchtlich größer ist als die Menge an elektrischer Energie, die abgenommen wird, kann der Stirling-Motor überhitzt und beschädigt werden. Wenn die Menge der zugeführten Solarenergie beträchtlich kleiner ist als die Menge der abgeführten Energie, kühlt der Stirling-Motor ab und beendet seinen Betrieb. Es ist daher erwünscht einen Regler zu schaffen zum Regeln der Rate der Energieumwandlung (d. h. des Energieflusses) durch den Stirling-Motor.

Die durch den Stirling-Motor erzeugte Elektrizität hat typi­ scherweise einen relativ konstanten Strom und eine variable Spannung. Der durch den Motor erzeugte elektrische Strom ist relativ konstant weil er begrenzt ist durch die Stromkapazität des elektrischen Leiters, der durch die Spule und andere Fak­ toren gebildet wird. Die von dem Motor erzeugte elektrische Spannung ist variabel weil der Abstand und die Geschwindigkeit, mit welcher sich der Magnet relativ zur Spule bewegt, sich mit der Stärke der Solarenergie ändert. Obwohl sich somit die Stärke der dem Motor zugeführten Solarenergie verändert, bleibt der erzeugte elektrische Strom relativ konstant, während die er­ zeugte elektrische Spannung variiert.

Diese Charakteristik des Stirling-Motors mit relativ konstantem Strom und sich verändernder Spannung eignet sich nicht zur Ver­ wendung mit bestimmten Typen von energieverbrauchenden Lasten, insbesondere solchen Lasten, die eine relativ konstante Ein­ gangsspannung erfordern. Beispiele solcher Lasten umfassen die Batterieladung, Speicherschaltungen und Nutzungsgitter (utility grids). Um die Forderung nach relativ konstanter Spannung zu erfüllen unter wechselnden Bedingungen ziehen diese Lasten sich verändernde Mengen an Strom. Es ist daher erwünscht, daß der oben genannte Energieflußregler in der Lage ist, den relativ konstanten Strom und die sich verändernde Ausgangsspannung eines Stirling-Motors umzuwandeln in den variierenden Strom und die relativ konstante Spannung einer energieverbrauchenden Last.

Die Erfindung betrifft einen Energieflußregler, der zwischen einer elektrischen Energiequelle, z. B. einem Stirling-Motor- Solargenerator und einer Last geschaltet ist. Der Regler umfaßt einen variablen Transformator, z. B. einen Autotransformator mit einem ersten Abgriff, einem zweiten Abgriff und einem bewegli­ chen Abgriff oder einer beweglichen Klemme. Die bewegliche Klem­ me ist an die elektrische Energiequelle gelegt. Ein Trenn­ transformator ist vorgesehen mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung. Die Primärwicklung hat einen ersten Abgriff, der mit dem ersten Abgriff des variablen Transformators verbun­ den ist, ferner einen zweiten Abgriff, der mit der elektrischen Energiequelle verbunden ist und einen dritten Abgriff oder eine dritte Klemme, die mit der zweiten Klemme des variablen Trans­ formators verbunden ist. Der Trenntransformator (isolation transformer) hat ferner eine Sekundärwicklung, die mit der Last verbunden ist. Eine Sensorschaltung ist vorgesehen zum Verändern der Position der beweglichen Klemme am variablen Transformator abhängig sowohl von der elektrischen Energie, welche von der elektrischen Energiequelle dem Regler zugeführt wird und von der elektrischen Energie vom Regler zur Last. Der Energieflußregler regelt die Rate der Energieumwandlung und wandelt einen Ausgang mit relativ konstantem Strom und variierender Spannung von der elektrischen Energiequelle um in einen Lasteingang mit vari­ ierendem Strom und relativ konstanter Spannung.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfol­ gend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines elektrischen Energiesy­ stems zeigt mit einem Energieflußregler nach der Erfindung.

Fig. 2 zeigt ein schematisches Diagramm des Reglers nach Fig. 1, wobei der Regler in einer ersten extre­ men Betriebsbedingungen dargestellt ist.

Fig. 3 zeigt ebenfalls in Form eines schematischen Dia­ gramms den Regler nach Fig. 1, wobei der Regler in einer zweiten extremen Betriebsposition darge­ stellt ist.

Fig. 4 zeigt ein schematisches Diagramm eines Reglers nach dem Stand der Technik, wobei der Regler in einem ersten extremen Betriebszustand ähnlich Fig. 2 dargestellt ist.

Fig. 5 zeigt ein schematisches Diagramm des Reglers nach dem Stand der Technik gemäß Fig. 4, wobei der Regler in einer zweiten extremen Betriebsposition ähnlich Fig. 3 dargestellt ist.

Fig. 6 zeigt einen weiteren Regler nach dem Stand der Technik, wobei der Regler in einem ersten extre­ men Betriebszustand ähnlich Fig. 2 dargestellt ist.

Fig. 7 zeigt ein schematisches Diagramm des zweiten Reglers nach dem Stand der Technik gemäß Fig. 6, wobei der Regler in einer zweiten extremen Be­ triebsposition ähnlich Fig. 3 dargestellt ist.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines elektrischen Energiesy­ stems 10 nach der Erfindung. Das System 10 umfaßt einen elektri­ schen Generator 11, einen Energieflußregler 12 und eine ener­ gieverbrauchende Last 13. Der Generator 11 ist konventionell und kann beispielsweise in Form eines Solargenerators vom Typ eines Stirling-Motors ausgebildet sein zum Umformen von Sonnenenergie in elektrische Energie wie oben erwähnt. Der elektrische Genera­ tor 11 kann aber auch in Form eines anderen Apparates ausgeführt sein, der elektrische Energie erzeugt, insbesondere wenn die hierdurch erzeugte Elektrizität einen relativ konstanten Strom und eine variierende Spannung hat. Die Last 13 ist ebenfalls konventionell und repräsentativ für irgendeine Einrichtung, die elektrische Energie verbraucht, insbesondere wenn diese Einrich­ tung eine relativ konstante Spannung erfordert oder vorzieht.

Die vom Generator 11 erzeugte elektrische Energie wird durch den Regler 12 zur Last 13 geleitet. Wie nun erläutert wird, ist der Regler 12 vorgesehen, um die Rate des Energieflusses vom Genera­ tor 11 zur Last 13 zu regeln. Der Regler 12 dient ferner dazu, den Ausgang des Generators 11 mit relativ konstantem Strom und variierender Spannung an die Anforderungen der Last 13, d. h. an einen variierenden Strom und relativ konstante Spannung umzufor­ men.

In Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm des Reglers 12 in Verbindung mit dem Rest des Energiesystemes 10 nach Fig. 1 dargestellt. Wie gezeigt, hat der Regler 12 einen variablen Transformator, z. B. einen Autotransformator 20. Der Autotrans­ formator 20 hat eine Wicklung 21, die sich zwischen einer ersten Endklemme 22 und einer zweiten Endklemme 23 erstreckt. Ein be­ weglicher Abgriff 24 ist ferner am Autotransformator 20 vor­ gesehen. Der bewegliche Abgriff 24 kann in Form einer elektrisch leitenden Kohlebürste ausgeführt sein, die längs elektrischer Kontakte beweglich ist, die an der Wicklung 21 des Transfor­ mators 20 vorgesehen sind. Die elektrischen Kontakte können hergestellt sein durch Entfernen von Teilen der Isolierung, welche benachbarte Windungen der Wicklung 21 umgibt. Die Bürste kann somit in elektrischem Kontakt mit der Wicklung 21 an ver­ schiedenen Orten längs deren Länge verschoben werden, wodurch die elektrischen Charakteristiken des Transformators 20 verän­ dert werden können. Ein elektrischer Leiter 25 ist vorgesehen, um den Ausgang des Generators 11 mit dem beweglichen Abgriff 24 des Transformators 20 zu verbinden.

Der Regler 12 hat ferner einen Trenn-Transformator 30 mit einer Primärwicklung 31 (die sich zwischen einem ersten Endabgriff 32 und einem zweiten Endabgriff 33 erstreckt) sowie einer zweiten Wicklung 34 (die sich zwischen einem ersten Endabgriff 35 und einem zweiten Endabgriff 36 erstreckt). Ein fester Abgriff 27 ist an der Primärwicklung 31 des Transformators 30 ausgebildet. Vorzugsweise ist der feste Abgriff 37 an einem Punkt zwischen dem beiden Endabgriffen 32 und 33 vorgesehen. Der erste End­ abgriff 22 der Wicklung 21 des Transformators 20 ist über einen elektrischen Leiter 26 mit dem ersten Endabgriff 32 der Primär­ wicklung 31 des Transformators 30 verbunden. Der zweite End­ abgriff 23 der Wicklung 21 des Transformators 20 ist über einen elektrischen Leiter 27 mit dem festen Abgriff 37 der Primärwick­ lung 31 des Transformators 31 verbunden. Ein elektrischer Leiter 28 ist vorgesehen zum Verbinden des Ausganges des Generators 11 mit dem zweiten Endabgriff 33 der Primärwicklung 31 des Trans­ formators 30. Der erste und der zweite Endabgriff 35 und 36 der Sekundärwicklung 34 des Trenn-Transformators sind mit der Last 13 über entsprechende elektrische Leiter 38 und 39 verbunden.

Der Regler 12 hat ferner eine Sensorschaltung zum Überwachen und Kontrollieren seines Betriebes. Wie Fig. 2 zeigt, hat die Sen­ sorschaltung 40 ein Paar elektrischer Leiter 41 und 42, die entsprechend mit dem ersten und dem zweiten Endabgriff 35 und 36 der Sekundärwicklung 34 des Transformators 30 verbunden sind. Diese Leiter 41 und 42 erlauben es dem Sensorkreis 40, die Aus­ gangsspannung zu messen, die über die Sekundärwicklung 34 der Last 13 zugeführt wird. Die Sensorschaltung 40 hat ferner einen elektrischen Leiter 43, der mit einem Sensor 44 verbunden ist, der am elektrischen Generator vorgesehen ist. Der Sensor 44 dient zum Messen irgendeiner Betriebsbedingung des elektrischen Generators 11 und zum Erzeugen eines elektrischen Signales an die Sensorschaltung 40, das hierfür repräsentativ ist. Beispiel­ sweise wenn der elektrische Generator 11 als Stirling-Motor ausgeführt ist, kann der Sensor 44 ein Temperatursensor sein, der die Größe der Temperatur des im Zylinder enthaltenen Gases mißt. Die Sensorschaltung 40 spricht somit sowohl auf die vom elektrischen Generator 11 zum Regler 12 zugeführte Energie an als auch auf die vom Regler 12 zur Last 13 zugeführte Energie.

Wie oben erwähnt, ist es erwünscht, daß der Regler 12 die Rate der Energieumwandlung durch den Stirling-Motor regelt. Wenn die Menge an zugeführter Solarenergie beträchtlich größer ist als die Menge der abgeführten elektrischen Energie, kann sich der Stirling-Motor überhitzen und beschädigt werden. Wenn die Menge der zugeführten Solarenergie beträchtlich kleiner ist als die Menge der abgeführten elektrischen Energie, kühlt der Stirling- Motor ab und bleibt stehen. Durch Messen sowohl der vom elektri­ schen Generator 11 zum Regler 12 zugeführten Energie als auch der vom Regler 12 zur Last 13 zugeführten Energie ist die Sen­ sorschaltung 40 in der Lage diese Funktion auszuführen.

Um dies zu bewirken ist die Sensorschaltung 40 an einen Steuer­ mechanismus gelegt, um die Position des beweglichen Abgriffes 24 des Autotransformators 20 zu verändern abhängig von der Be­ triebsbedingung bzw. dem Betriebszustand des Reglers 12. Dieser Steuermechanismus umfaßt einen Motor 45 mit einem mechanischen Ausgang, der mit dem beweglichen Abgriff 24 verbunden ist. Die Sensorschaltung 40 spricht an auf die Signale auf den elektri­ schen Leitern 41, 42 und 43 zum Erzeugen von Steuersignalen an den Motor 45. Aufgrund der Steuersignale ändert der Motor 45 die Position des beweglichen Abgriffes am Transformator 20. Die relative Position des beweglichen Abgriffes 20 steuert die Rate des Energieflusses durch den Regler 12 und damit den Betrieb des elektrischen Energiesystemes 10. Aufbau und Betrieb der Sen­ sorschaltung 40 und des Motors 45 sind konventionell.

Im Betrieb wird die vom Generator 11 erzeugte elektrische Ener­ gie über den Regler 12 an die Last 13 gelegt. Die vom Generator 11 erzeugte Elektrizität kann charakterisiert werden als solche mit relativ konstantem Strom und variierender Spannung, während die Last 13 durch eine Einrichtung repräsentiert sein kann, die elektrische Energie verbraucht mit relativ konstanter Spannung.

Angenommen das elektrische Energiesystem 10 nach der Erfindung ist beispielsweise durch die folgenden Spezifikationen charak­ terisiert

Generatorspannung - 80,0 Volt bis 280,0 Volt
Generatorstrom - 25,0 Ampere
Lastspannung - 125,0 Volt bis 180,0 Volt.

Der feste Abgriff 37 ist an einer Stelle zwischen den beiden Endabgriffen 32 und 33 der Primärwicklung 31 angeordnet. Nimmt man beispielsweise an, daß der feste Abgriff 37 an der Primär­ wicklung 31 so angeordnet ist, daß 80% der Windungen zwischen dem ersten Endabgriff 32 und dem festen Abgriff 37 liegen, wäh­ rend die restlichen 20% der Windungen zwischen dem festen Ab­ griff 37 und dem zweiten Endabgriff 33 liegen. Ferner kann man beispielsweise annehmen, daß die Zahl der Windungen zwischen dem ersten Endabgriff 35 und dem zweiten Endabgriff 36 der Sekundär­ wicklung 34 etwa 2,25 mal größer ist als die Zahl der Windungen zwischen dem festen Abgriff 37 und dem zweiten Endabgriff 33 an der Primärwicklung 31. Dies führt zu einem Spannungsaufwärtsfak­ tor von 2,25 zwischen dem Teil der Primärwicklung 31 und der Sekundärwicklung 34. Diese Ausführungen sind nur als Beispiel gedacht und können für einzelne Anwendungsfälle nach Wunsch verändert werden.

Fig. 2 zeigt die Mindesteingangsspannung für das obengenannte System, wobei nur 80 Volt vom elektrischen Generator 11 zuge­ führt werden. Der bewegliche Abgriff 24 des Reglers 12 ist in einer ersten Position angeordnet angrenzend an den zweiten End­ abgriff 23 des Autotransformators 20. In dieser Position wird der Ausgang des Generators 11 über den beweglichen Abgriff 24 direkt an den festen Abgriff 37 der Primärwicklung 31 des Trans­ formators 30 geführt. Als Folge hiervon wird eine Spannung von etwa 180 Volt induziert zwischen dem ersten Endabgriff 35 und dem zweiten Endabgriff 36 der Sekundärwicklung 34 des Transfor­ mators 30. Diese 180 Volt Ausgangsspannung kann berechnet werden als das Produkt der Eingangsspannung von etwa 80 Volt multi­ pliziert mit dem oben genannten Aufwärtsfaktor von 2,25.

Es ist bekannt, daß die in eine Primärwicklung eines Transfor­ mators eingehende Energie gleich der aus der Sekundärwicklung des Transformators ausgehende Energie gleich sein muß (unter Vernachlässigung von inneren Verlusten) und daß diese Energie berechnet werden kann als Produkt aus Spannung und Strom über jeder der Wicklungen. Verwendet man diese Beziehung, so kann leicht berechnet werden, daß der Ausgangsstrom der zweiten Wick­ lung 34 des Transformators 30 etwa 11,1 Ampere ist. Wenn somit der bewegliche Abgriff 24 sich in dieser ersten Position befin­ det, liefert der Regler 12 eine maximale Spannungszunahme vom Generator 11 an die Last 13.

Wie oben erwähnt, ist der feste Abgriff 37 des Transformators 30 vorzugsweise an der Primärwicklung 31 angeordnet an einer Stel­ le, die zwischen den beiden Endabgriffen 32 und 33 liegt. Als Folge hiervon ist die Wicklung 21 des Transformators 20 über nur einen Teil der Primärwicklung 31 des Transformators 30 ange­ schlossen. Diese Anordnung schließt das Auftreten eines Kurz­ schlusses zwischen den beiden elektrischen Leitern 25 und 28 vom Generator 11 aus wenn der bewegliche Abgriff 24 in die in Fig. 2 gezeigte erste Position gebracht wird. Da eine solche Kurz­ schlußbedingung normalerweise zu einer Beschädigung des Genera­ tors 11 oder des Reglers 12 führen würde, fördert die darge­ stellte Ausführung die Zuverlässigkeit und Sicherheit des Be­ triebs.

Wenn die vom Generator 11 abgegebene Spannung danach zunehmen soll wird zum Ausgleich hierfür die Position des beweglichen Abgriffes 24 durch die Sensorschaltung 40 eingestellt. Fig. 3 zeigt die maximale Eingangsspannung für das oben genannte Sy­ stem, wobei 280 Volt vom elektrischen Generator 11 geliefert werden. Der bewegliche Abgriff 24 des Reglers 12 ist in einer zweiten Position angeordnet benachbart zum ersten Endabgriff 22 des Transformators 20. In dieser Position wird der Ausgang des Generators 11 über den beweglichen Abgriff 24 und über die Wick­ lung 21 des Transformators 20 an den festen Abgriff 37 der Pri­ märwicklung 31 des Transformators 30 gelegt. Als Folge hiervon liegt eine Spannung von etwa 56 Volt zwischen dem festen Abgriff 37 und dem zweiten Endabgriff 33 der Primärwicklung 31 des Transformators 30. Diese Spannung von 56 Volt kann berechnet werden als Produkt aus der gesamten Spannungen von 280 Volt, welche über die Primärwicklung 31 des Transformators 30 angelegt wird und den 20% der Windungen der Primärwicklung 31, die zwi­ schen dem festen Abgriff 37 und dem zweiten Endabgriff 33 lie­ gen. Demzufolge wird eine Spannung von etwa 126 Volt zwischen dem ersten Endabgriff 35 und dem zweiten Endabgriff 36 der Se­ kundärwicklung 34 des Transformators 30 induziert. Diese 126 Volt Ausgangsspannung kann berechnet werden als Produkt aus der Eingangsspannung von etwa 56 Volt multipliziert mit dem Auf­ wärtsfaktor 2,25. Der Ausgangsstrom der Sekundärwicklung 34 des Transformators 30 beträgt etwa 55,6 Ampere.

Wenn somit der Regler 12 mit einer Last 13 mit relativ stabiler Spannung verbunden ist, wie z. B. einem Leistungsgitter (power grid) wird bei einer Änderung der Position des beweglichen Ab­ griffes 24 des Transformators 20 eine relativ konstante Aus­ gangsspannung aufrecht erhalten über dem ersten Endabgriff 35 und dem zweiten Endabgriff 36 der Sekundärwicklung 34 des Trans­ formators 30. Eine Verschiebung des beweglichen Abgriffes 24 des Transformators 20 bewirkt jedoch entsprechende Änderungen des Stromflusses zur Last 13 womit die Rate des Energieflusses vom Generator 11 zur Last 13 verändert wird. Der Regler 12 nach der Erfindung kann somit nicht nur eine relativ konstante Ausgangs­ spannung an die Last 13 aufrecht erhalten, sondern er kann auch die Rate steuern mit der Energie vom elektrischen Generator 11 kommt.

In den Fig. 4 und 5 ist ein erster Regler 50 nach dem Stand der Technik dargestellt, der in dem elektrischen Energiesystem nach Fig. 1 verwendet werden könnte. Der Regler 50 hat einen Autotransformator 51 mit einem ersten Endabgriff 52 und einem zweiten Endabgriff 53 (die entsprechend an die elektrischen Leiter 25 und 28 des Generators 11 gelegt sind) sowie einen beweglichen Abgriff 54. Der Regler 50 hat ferner einen Trenn- Transformator 55 mit einer Primärwicklung 56 (die sich zwischen einem ersten Endabgriff 57 und einem zweiten Endabgriff 58 er­ streckt) sowie eine zweite Wicklung 60 (die sich zwischen einem ersten Endabgriff 61 und einem zweiten Endabgriff 62 erstreckt). Der bewegliche Abgriff 54 des Transformators 51 ist über einen elektrischen Leiter 63 mit dem ersten Endabgriff 57 der Primär­ wicklung 56 des Transformators 55 verbunden, während der zweite Endabgriff 53 des Autotransformators 51 über einen elektrischen Leiter 64 mit dem zweiten Endabgriff 58 der Primärwicklung 56 des Transformators 55 verbunden ist. Die Endabgriffe 61 und 62 der Sekundärwicklung 60 sind mit der Last 13 durch die elektri­ schen Leiter 38 und 39 verbunden.

Wie bei dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Regler 12 hat der Regler 50 nach dem Stand der Technik einen nicht gezeigten Sensorkreis, der auf die vom Generator 11 zum Regler 12 zuge­ führte Energie und auf die vom Regler 12 zur Last 13 zugeführte Energie anspricht, um die Position des beweglichen Abgriffes 54 des Transformators 51 mit Hilfe des Motors 45 zu verstellen.

In den Fig. 6 und 7 ist ein weiterer Regler 70 nach dem Stand der Technik gezeigt, der in dem elektrischen Energiesystem nach Fig. 1 verwendet werden kann. Dieser Regler 70 hat einen Auto­ transformator 71 mit einem ersten Endabgriff 72 und einem zweit­ en Endabgriff 73 (entsprechend verbunden mit den elektrischen Leitern 25 und 28 vom Generator 11). Der Transformator 51 hat ferner einen beweglichen Abgriff 74 und einen festen Abgriff 75. Der feste Abgriff 75 ist vorzugsweise mit dem Transformator 71 an einem Punkt zwischen den beiden Endabgriff 72 und 73 verbun­ den.

Der feste Abgriff 75 des Transformators 71 ist über einen elek­ trischen Leiter 76 mit einem ersten Endabgriff 77 einer Primär­ wicklung 78 eines Verstärkungs-Transformators 79 verbunden. Der bewegliche Abgriff 74 ist über einen elektrischen Leiter 80 mit einem zweiten Endabgriff 81 der Primärwicklung 78 des Transfor­ mators 79 verbunden. Der erste Endabgriff 72 des Transformators 71 ist über einen elektrischen Leiter 82 mit einem ersten End­ abgriff 83 der Sekundärwicklung 84 des Transformators 79 verbun­ den. Ein zweiter Endabgriff 85 der Sekundärwicklung 84 des Transformators 79 ist über einen elektrischen Leiter 76 mit einem ersten Endabgriff 87 einer Primärwicklung 88 eines Trenn- Transformators 90 verbunden. Der zweite Endabgriff 73 des Trans­ formators 71 ist über einen elektrischen Leiter 91 mit einem zweiten Endabgriff 92 der Primärwicklung 88 des Transformators 90 verbunden. Der Transformator 90 hat ferner eine zweite Wick­ lung 93 mit Endabgriffen 94 und 95, die mit der Last 13 durch die elektrischen Leiter 38 und 39 verbunden sind.

Wie der Regler 12 nach der Erfindung hat der Regler 70 nach dem Stand der Technik eine Sensorschaltung (nicht gezeigt) die auf die vom Generator 11 zum Regler 12 zugeführte Energie und auf die vom Regler 12 zur Last 13 zugeführte Energie anspricht, um die Position des beweglichen Abgriffes 74 des Transformators 71 mit Hilfe des Motors 45 zu verstellen.

Der erfindungsgemäße Regler 12 ist jedoch den Reglern 50 und 70 nach dem Stand der Technik vorzuziehen. Durch Verbindung des beweglichen Abgriffes 24 der Wicklung 21 des Transformators 20 direkt mit dem Ausgang des elektrischen Generators 11, werden die Spannungen an der Wicklung 21 des Transformators 20 und an den Wicklungen 31 und 34 des Transformators 30 relativ konstant gehalten (da sie proportional zu der gewählten Lastspannung sind). Es können daher diese Wicklungen optimal entworfen werden für den relativ schmalen Bereich von Spannungen, die beim nor­ malen Betrieb erwartet werden können, wodurch Kosten und Größe des Reglers 12 reduziert werden können. Auch die Bürsten, die den beweglichen Abgriff 24 bilden brauchen nicht so groß sein wie die Bürsten bei den Reglern nach dem Stand der Technik, da sie für kleinere Änderungen der Spannung ausgelegt sein können.

Die Erfindung wurde beschrieben anhand eines einphasigen Gerätes, wobei eine Spannung an zwei Leiter gelegt ist, sie kann aber auch verwirklicht werden in mehrphasigen Geräten, bei der Spannungen über mehr als zwei Leiter angelegt werden. Obwohl die Erfindung anhand eines Reglers zur Verwendung mit einem Solar­ generator beschrieben wurde, kann sie auch zusammen mit ver­ schiedenen anderen Typen von elektrischen Generatoren ver­ wirklicht werden.

Claims (20)

1. Energieflußregler, der zwischen eine elektrische Energie­ quelle und eine Last schaltbar ist, gekennzeichnet durch einen variablen Transformator mit einem ersten Abgriff, einem zweiten Abgriff und einem beweglichen Abgriff, daß der bewegliche Abgriff mit der elektrischen Energiequelle verbindbar ist, ferner durch einen Trenn-Transformator mit einer Primärwicklung mit einem ersten Abgriff, der mit dem ersten Abgriff des variablen Transformators verbunden ist, einem zweiten Abgriff, der mit der elektrischen Energie­ quelle verbindbar ist, sowie einem dritten Abgriff, der mit dem zweiten Abgriff des variablen Transformators verbunden ist, und daß der Trenn-Transformator ferner eine zweite Wicklung besitzt, die mit der Last verbindbar ist.

2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der variable Transformator ein Autotransformator ist.

3. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Abgriff des variablen Transformators Endabgriffe sind.

4. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Abgriff ein fester Abgriff ist.

5. Regler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Abgriff zwischen dem ersten und zweiten Abgriff der Primärwicklung angeordnet ist.

6. Regler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Verstellen der Position des beweglichen Abgriffes am variablen Transformator.

7. Elektrisches Energiesystem mit einer elektrischen Energie­ quelle, einer Last sowie einem Energieflußregler, der zwi­ schen der elektrischen Energiequelle und der Last liegt, und daß der Regler einen variablen Transformator aufweist mit einem beweglichen Abgriff, der mit der elektrischen Energiequelle verbunden ist und daß ein Trenn-Transformator zwischen den variablen Transformator und die Last geschal­ tet ist.

8. Energiesystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der variable Transformator ein Autotransformator ist.

9. Energiesystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der variable Transformator einen ersten Abgriff und einen zweiten Abgriff aufweist und daß der bewegliche Abgriff zwischen dem ersten und dem zweiten Abgriff angeordnet ist.

10. Energiesystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Abgriff des variablen Transforma­ tors Endabgriffe sind.

11. Energiesystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Trenn-Transformator eine Primärwicklung aufweist mit einem ersten Abgriff, der an den ersten Abgriff des vari­ ablen Transformators geschaltet ist, einen zweiten Abgriff, der mit der elektrischen Energiequelle verbunden ist, sowie einen dritten Abgriff, der mit dem zweiten Abgriff des variablen Transformators verbunden ist.

12. Energiesystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Trenn-Transformator ferner eine Sekundärwicklung be­ sitzt, die an die Last angeschlossen ist.

13. Energiesystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Abgriff ein fester Abgriff ist.

14. Energiesystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Abgriff zwischen dem ersten und dem zweiten Ab­ griff der Primärwicklung liegt.

15. Energiesystem nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Ein­ richtungen zum Verstellen der Position des beweglichen Abgriffes am variablen Transformator.

16. Energiesystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Verändern der Position des beweg­ lichen Abgriffes eine Sensorschaltung umfassen, die auf die von der elektrischen Energiequelle zum Regler zugeführten Energie anspricht.

17. Energiesystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verändern der Position des beweglichen Abgriffes eine Sensorschaltung umfaßt, welche auf die elek­ trische Energie anspricht, die vom Regler an die Last gege­ ben wird.

18. Energiesystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Energiequelle ein Solargenerator ist.

19. Energiesystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,. daß der Solargenerator einen Stirling-Motor aufweist.

20. Elektrisches Energiesystem nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Messen einer Temperatur in dem Stirling-Motor sowie Einrichtungen, um die Position des beweglichen Abgriffes am variablen Transformator abhängig von der gemessenen Temperatur zu verändern.