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Einrichtung zur Leistung"s- und Drehzahlregelung einer selbsttätigen
Kleinzentrale Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine selbsttätige elektrische
Kleinzentrale, :die aus einer Batterie, einem Verbrennungsmotor und einer Gleichstromkompoundmaschine
besteht und für folgende Betriebsweise bestimmt ist.
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Bis zu einer bestimmten Höhe des Netzbelastungsstromes wird die erforderliche
Energie in bekannter Weise von der Batterie allein geliefert. Übersteigt der Belastungsstrom
diesen festgesetzten Wert, so wird -der Verbrennungsmotor zur Energielieferung herangezogen.
Die mit einer Kompoundwicklung ausgerüstete Gleichstrommaschine dient dabei als
Anwurfmotor und erhält während des Motorbetriebes ihren Strom aus der Batterie.
Sobald der Verbrennungsmotor die notwendige Drehzahl erreicht hat, geht die Gleichstrommaschine
selbsttätig zum Generatorbetrieb über und liefert nunmehr ihrerseits den Netzbelastungsstrom
und lädt gleichzeitig die Batterie wieder auf.
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Derartige selbsttätige Kleinzentralen werden mit Vorteil zur Erzeugung
elektrischer Energie verwendet, wenn kein Anschluß an ein Überlandnetz möglich ist.
Da in den meisten Fällen fachmännisch vorgebildetes Personal dann nicht zur Verfügung
steht, muß die Anlage möglichst einfach in der Konstruktion, dauernd betriebsbereit
und weitgehend gesichert sein, gegen Beschädigungen, die durch Überlastung. Überspannung,
Nichtanspringen des Verbrennungsmotors o. dgl. hervorgerufen wenden können.
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Erfindungsgemäß wird eine Leistungs- und Drehzahlregelung des Verbrennungsmotors
sowohl im Betriebe als auch beim Anlassen durch ein ,in die Brennstoffleitung eingeschaltetes
Ventil bewirkt, das mit einer vom Netzstrom durchflossenen Stromspule ausgerüstet
ist, die im Sinne einer Öffnungsbewegung des Ventils geschaltet ist, und mit einer
an der Netzspannung liegenden Spannungsspule, die im Sinne einer Schließbewegung
des Ventils arbeitet. Zusammen mit diesem Ventil arbeitet ein Stromrichtungsrelais,
dessen Stromspule derart in den Stromkreis der Gleichstrommaschine geschaltet ist,
daß bei Motorbetrieb die Spannungsspule des Brennstoffhebels ausgeschaltet, und
ein tliermo--lelztrisches Zeitrelais zur Abschaltung der Gleichstrommaschine für
den Fall, daß der Verbrennungsmotor nicht anspringt,. eingeschaltet ist.
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Während des Anlassens ist also das Brennstoffventil weit geöffnet,
weil die Spannungsspule
ausgeschaltet ist, so daß die Maschine
mit großer Beschleunigung ihre Betriebsdrehzahl erreicht. In Ergänzung dazu wird
die Sicherheit des Anspringens noch dadurch erhöht, daß während des Anlassens die
Betätigungsspule eines Zusatzventils für die Verbrennungsluft und ein Heizwiderstand
zu deren Anwärmung eingeschaltet sind.
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Sobald der Verbrennungsmotor angesprungen ist und seine normale Drehzahl
erreicht hat, arbeitet die Gleichstrommaschine in an sich bekannter Weise als Generator,
und die gleichzeitig eintreten=de Richtungsänderung des Maschinenstromes wird dazu
benutzt, die Spannungsspule des Brennstoffventils einzuschalten und -das therrnoelektrisc:ne
Zeitrelais wieder abzuschalten. Eine Anwärmung der Verbrennungsluft ist dann nicht
mehr erforderlich, unnötige Heizenergie wird gespart. Im Betriebe arbeiten auf das
Brennstoffventil nunmehr Netzstrom und Netzspannung. Das Ventil wirkt somit gleichzeitig
als Leistungs-und Drehzahlregler. Ein besonderer mechanischer Drehzahlregler ist
nicht erforderlich.
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Man kennt bereits Brennstoffregler für Verbrennungskraftmaschinen
zum Antriebe von Generatoren, bei denen die Brennstoffzufuhr zu der Verbrennungskraftmaschine
in Abhängigkeit von Strom und Spannung der Dynamomaschine derart geregelt wird,
daß im Detriebe bei allen Belastungen ein möglichst hoher Wirkungsgrad erreicht
wind. Im Gegensatz hierzu regelt der Brennstoffregler nach der Erfindung nicht nur
während des Anlassers, also in der Zeit, während der die Dynamomaschine als Motor
arbeitet. Während dieser Zeit sind aber die Anforderungen an den Regler völlig andere
als im normalen Betriebe. Das nach der Erfindung vorgesehene Stromrichtungsrelais
paßt den Brennstoffregler diesen Bedingungen an.
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An Hand eines Ausführungsbeispieles, das in der Figur dargestellt
ist, wird die Wirkungsweise einer Anlage nach der Erfindung näher erläutert.
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Der Verbrennungsmotor i ist mit einem Zündapparat i i und einer Brennstoffleitung
18 versehen. Hinter dem Vergaser 12 ist ein Ventil 13 eingebaut, dessen Stromspule
14 vom Netzstrom durchflossen wird und dessen Spannungsspule 15 an der Netzspann=ung
liegt. Die Stromspule 14 wirkt im Sinne einer Öffn=ungsbewegung un=d die Spannungsspule
15 im Sinne einer Schließbewegung des Ventils, so d aß bei zunehmendem Netz1elastungsstrom
und sonst gleichbleibender Spannung die Brennstoffmenge zunimmt, während bei ansteigender
Netzspannung und gleichbleibendem Belastungsstrom die Brennstoffmenge abnimmt. In
den Stromkreis der Spannungsspule 15 ist ein Regelwiderstand 16 eingeschaltet, mit
Hilfe dessen die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine von Hand beliebig eingestellt
werden kann.
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Vor dem Vergaser 12 ist in die Luftzuführungsleitung ig ein Heizwiderstand
2o zur Anwärmung .der Verbrennungsluft während des Andaßvorganges eingebaut, damit
ein sicheres Anspringen des Verbrennungsmotors gewährleistet .ist. Außerdem ist
in die Zuführungsleitung i9 ein Zusatzventil 17 eingeschaltet, das beim Anlassen
den Lufteintrittsquerschnitt in bekannter Weise anpaßt.
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Mit dem Verbrennungsmotor fest gekuppelt ist die Gleichstromkompourndmaschine
2, die eine Hauptstromerregerwicklung 2 i und eine Nebenschlußwicklung 22 mit einem
Regelwiderstand 23 besitzt. Die Maschine wird mit Hilfe des Anlaßschützes 9 zur
Batterie parallel geschaltet und dient, wie bekannt, als Anwurfmotor für den Verbrennun=gsmotor
sowohl als auch als Generator zur Energielieferung ans Netz und zuin Laden der Batterie.
Die Stromrichtung ist für den Motorbetrieb bei der angegebenen Polarität der Batterie
3 durch den Pfeil 24 angedeutet, für den Generatorbetrieb durch den Pfeil 25.
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Das Netz ist durch die Schaltung 4 angedeutet mit dem Lichtstromkreis
43, den Motoren 41 und den zugehörigen Schaltern 42. Die Stromrichtung des Belastungsstromes
bei der angegebenen Polarität ist durch Pfeil 44 angegeben.
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In den Stromkreis der Gleichstrommaschine ist die Stromspule 6i des
Stromrichtungsrelais 6 geschaltet, das außerdem noch eine Spannungsspule 62 besitzt.
Zum Ein- und Ausschalten der Gleichstrommaschine dient das Anlaßschütz g, in dessen
Erregerstromkreis die beiden th-zrmoelektrisclien Zeitrelais 7 und 8 in Reihenschaltung
liegen. Die Relais sind so eingerichtet, daß sie nur von Hand in ihre Betriebsstellung
zurückgebracht werden können, wenn sie einmal ausgelöst haben.
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Der Anlaßvorgang der Verbrennungskraftmaschine :geht fol=gendermaßen
vor sich. Sobald der Netzstrom einen an dem Anlaßrelais 5 durch die Feder 52 einstellbaren
Stromwert überschreitet, schließt dieses Relais seine Kontakte 53. Es fließt ein
Strom durch folgenden Stromkreis: Leitung 33, die dauernd an .dem Pluspol ,der Batterie
liegt, Kontakte 53, Bimetallstreifen 82, 72 in dem Zeitrelais 8, 7, Erregerwicklung
92 des Anlaßschützes 9, Leitung 32, die dauernd am negativen Pol der Batterie liegt;
das Anlaßschütz 9 schließt seine Kontakte gi und legt die Dynamomaschine an Spannung.
Der Maschinenstrom nimmt die durch den Pfeil24 angedeutete Richtung an und erregt
die Stromspule 61 des Stromrichtungsrelais 6
derart, daß dessen
Kontakte 64 geschlossen werden. Über diese Kontakte werden zwei weitere Stromkreise
an Spannung gelegt: ein Stromkreis, der die Spule ; i des thermoelektrischen Zeitrelais
7 erregt, und ein zweiter Stromkreis, in dem der Heizwiderstand 2o und das Zusatzventil
17 liegen. Außerdem setzt das Anlaßschütz 9 noch die Zündeinrichtung i i des Verbrennungsmotors
unter Spannung.
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Verläuft der Anlaßvorgang des Verbrennungsmotors normal, so springt
dieser an, bevor das Zeitrelais 7 den Stromkreis für die Erregerwicklung 92 des
Anlaßschützes 9 öffnet. Die Gleichstromdynamomaschine geht zum Generatorbetrieb
über; der Maschinenstrom nimmt die Richtung des Pfeiles 25 an, und die von der Stromspule
61 auf das Relais 6 ausgeübte Kraft ändert ihre Richtung, die Kontakte 64 werden
geöffnet und die Kontakte 63 geschlossen. Durch das Öffnen der Kontakte 64 wird
das Relais 7 außer Wirkung gesetzt, und durch das Schließen der Kontakte 63 wird
die Spannungsspule 15 des Brennstoffventils eingeschaltet. Da nun auf dieses
Ventil nicht mehr die Größe des Netzstromes allein, sondern auch .die Netzspannung
einwirken, wird das Ventil gegenüber seiner Anlaßstellung so weit geschlossen, bis
die normale Drehzahl des Verbrennungsmotors sich einstellt. Die Spannungsspule 6a
des Stromrichtungsrelais 6 wirkt bei Generatorbetrieb der Stromspule 61 entgegen,
vermag daher nur bei stark ansteigender Spannurig die Kontakte 64 zu schließen und
das Relais in Tätigkeit zu setzen. Durch diese zusätzliche Spannungsabhängigkeit
des Relais 6 wird eine Überspannungssicherung geschaffen.
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Springt der Verbrennungsmotor aus irgendeinem Grunde nicht in der
vorgeschriebenen Zeit an, so erwärmt sich über Spule 71 der Bimetallstreifen 72
des Zeitrelais 7 und unterbricht den Stromkreis, in den dieses Relais eingeschaltet
ist. Das Anlaßschütz 9 wird dadurch spannungslos und schaltet die Anlaßmaschine
selbsttätig ab. Ein nochmaliges Anlassen kann nicht erfolgen, bevor das Zeitrelais
7 von Hand wieder in seine Betriebslage zurückgebracht worden ist.
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In den Stromkreis der Spannungsspule 15 des Brennstoffventils 13 ist
noch ein Umschalter io eingebaut znit den drei Schaltstellungen ioi, io2 und 103.
In der für den automatischen Betrieb bestimmten Schaltstellung ioi liegt die Spannungsspule
i5 unter Zwischenschaltung der Relaiskontakte 53 des Anlaßrelais 5 an der Netzspannung.
Die Stellung io2 dient für den Fall, daß die Batterie abgeschaltet ist und die Dynamomaschine
die Stromlieferung ganz- übernehmen soll. Die Kontakte 53 sind deshalb kurzgeschlossen,
und der Einfluß des Anlaßrelais 5 ist .aufgehoben. In .der Stellung 103 ist die
Spannungsspule ganz abgeschaltet, so daß ein Ansteigen der Batteriespannung keinen
Einfluß auf das Brennstoffventil hat und die Batterie in kurzer Zeit voll aufgeladen
werden kann.
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Ein Tastschalter 54., mit Hilfe -dessen der Stromkreis für .das Anlaßschütz
9 unter Umgehung des Anlaßrelais 5 geschlossen -,werden kann, ermöglicht ein Anlassen
des Aggregates von Hand.
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In Reihenschaltung mit dem Relais 7 liegt das Relais 8, dessen Spule
81 vom Netzstrom durchflossen wird und den Bimetallstreifen 82 erwärmt, so daß bei
lange anhaltender Überlastung der Kontakt 83 unterbrochen wird. Das Schütz 9 fällt
ab und setzt die Anlage still.
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Um die Batterie 3 gegen zu weitgehende Entladung zu schützen, ist
in den Batteriestromkreis ein Schütz 31 eingeschaltet, das als Spannungsrückgangsschütz
arbeitet und den Batteriestromkreis öffnet, sobald die Batteriespannung unter einen
bestimmten Wert herabsinkt.