DE659693C - Gleichstromgenerator mit zwei Hauptbuersten und einer Hilfsbuerste je Polpaar - Google Patents

Description

Man kennt bereits Schaltungen für Gleichstromerzeuger mit Hauptbürsten und einer Hilfsbürste, für sog. Dreibürstendynamos, bei denen eine Erregerwicklung des Stromerzeugers zwischen der einen der Hauptbürsten und der dritten Bürste eingeschaltet ist und welche ferner eine Akkumulatorenbatterie sowie einen ersten Nutzstromkreis enthalten, die einander parallel geschaltet und mit den Hauptbürsten verbunden sind; an diese Hauptbürsten ist dabei gleichzeitig ein zweiter Nutzstromkreis angeschlossen, dessen Strom eine oder mehrere weitere Erregerwicklungen des Generators durchfließt, die ein Feld ergeben, das in Richtung der Erregerpole liegt und das in üblicher Weise erzeugte Haupterregerfeld verstärkt. Diese vom Strom des zweiten Nutzstromkreises durchflossenen Wicklungen sind dabei als Kompoundwicklungen anzusehen, die in Richtung der Erregerpole das Gesamtfeld verstärken, um die Erhöhung der Ankerrückwirkung auszugleichen und dadurch zu versuchen, den Ladestrom der Akkumulatoren von der Belastung des Generators durch die übrigen Verbraucher unabhängig zu machen.

Diese bekannten Schaltungen weisen aber gewisse Nachteile auf. So nimmt einerseits die Erregung des Generators ab, wenn der Verbraucherstrom wächst, und der Einfluß der Kompoundwicklung muß noch beträchtlicher werden, damit schließlich eine Steigerung des Erregerflusses erzielt wird. Andererseits ist die durch die Kompoundwicklung gegebene Lösung streng genommen nur für eine einzige Geschwindigkeit gültig, so lange keine- Sättigung vorhanden ist und die quergerichtete Ankerrückwirkung dem Strom proportional bleibt. Aus diesem Grunde ist es nicht möglich, über einen \^rerbraucherstrom hinauszugehen, der gleich dem Ladestrom der Batterie ist, wenn man auf die strenge Unabhängigkeit dieses Stromes von dem von dem zweiten Nutzstromkreis geforderten Verbraucherstrom Rücksicht nehmen will.

Diese Nachteile werden durch die erfindungsgemäße Schaltung beseitigt, welche im wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, daß die von dem Strom des zweiten, an die Hauptbürsten angeschlossenen Nutzstromkreises durchflossene Erregerwicklung auf dem Feldmagnetsystem des Generators derart angeordnet ist, daß sie ein Feld in Richtung der neutralen Linie des Generators erzeugt.

Mit einer solchen Dreibürstenmaschine kann man im zweiten Nutzkreis Ströme erzielen, die ein Vielfaches des Wertes des im Batteriestromkreis fließenden Stromes annehmen können, ohne daß sich dabei bei belie-

bigen Geschwindigkeiten, des Generators in dem Batteriestromkreis erhebliche Stromschwankungen ergeben. Man hat dabei des·; Vorteil, daß man bei einer derartigen' Ήβ4 schine bei gleicher Gesamtleistung eine Batterie von sehr kleiner Kapazität verwendete kann, . · "^!

Grundsätzlich ist es also die iVufgabe der erfindungsgemäß vorgesehenen Kompensationswicklung, das Ankerquerfeld aufzuheben, das durch den Strom des zweiten, batterielosen Nutzkreises hervorgerufen wird; diese Wicklung soll daher diejenige Feldverteilung wiederherstellen, die in der Maschine bestand, als sie noch nicht durch den zweiten Kreis belastet war.

Zweckmäßig besteht erfindungsgemäß die Kompensationswicklung aus einer einzigen Spule je Pol, die in eine Ausnehmung o. dgl.

an der Seite der Eintrittskante des Pols eingelegt ist.

Es ist nun bekannt, daß Generatoren mit wechselnder Geschwindigkeit, wie sie zur Speisung der elektrischen Einrichtungen in Automobilen, Flugzeugen, Eisenbahnwagen usw. verwandt werden, einen selbsttätigen Ausschalter benötigen, wenn außer diesen Einrichtungen auch noch eine Akkumulatorenbatterie vorgesehen ist Oberhalb einer gewissen Geschwindigkeit bzw. oberhalb einer gewissen Leerlaufspannung wird dann der Generator durch den selbsttätigen Ausschalter auf die Batterie und jene Einrichtungen geschaltet; wenn dagegen die Geschwindigkeit unter einen gewissen Wert sinkt, so wird der Generator beim Auftreten eines Rückstroms ausgeschaltet, d. h. von der Batterie und jenen elektrischen Einrichtungen isoliert.

Bei bekannten selbsttätigen Ausschaltern dieser Art besitzt der Elektromagnet eine Spannungsspule, die unmittelbar an den Generatorklemmen liegt, und eine in den Ankerstromkreis des Generators eingeschaltete Spule, deren Wirkung im normalen Betrieb zu derjenigen der Spannungsspule hinzutritt.

Diese Vorrichtungen weisen insbesondere folgende Nachteile auf:

ι. Der Strom, den sie normalerweise vertragen, kann einen verhältnismäßig niedrigen Wert nicht überschreiten, ohne zu Geräten von zu hohem Gewicht für die Luftfahrt und zu hohem Preis für Automobile zu führen.

2. Der Kontaktdruck ist meistens zu schwach und verursacht gefährliche Erwärmungen, die zuweilen zu Verschweißungen der Kontakte führen.

3. Wegen der ihnen eigenen Wirkungsweise können diese selbsttätigen Ausschalter nicht ohne schnelle Abnutzung den Strom bei voller Belastung unterbrechen, auch nicht gelegentlich.

4. Abgesehen von dem Spannungsminimum und dem Rückstrom besitzen diese Vorrichtungen keinerlei sonstige Selektivität. Instesondere bei Anlagen mit einem Dreibürfengenerator o. dgl. schalten sie den Genera- ^itspr auch dann auf das Verbrauchernetz, wenn die Batterie fehlt oder ihre Leitungen schadhaft sind, was eine besonders für die Beleuchtungsanlage des Netzes schädliche Überspannung verursacht.

Die vorliegende Erfindung hat auch die Abstellung dieser Übelstände zur Aufgäbe. Zu diesem Zweck verwendet man erfindungsgemäß einen selbsttätigen Schalter der übliehen Bauart als Relais zur Steuerung des Ankerkreis des Generators liegenden

Schalters. Dieser letztere besteht aus einem Elektromagneten, dessen Erregerspule mit der Batteriespannung als Anfangsspannung gespeist wird, und einem beweglichen Anker, welcher einen in Reihe mit der Stromwicklung des Relais liegenden Kontakt schließt.

Eine solche Kontakteinrichtung weicht von den üblichen selbsttätigen Unterbrechereinrichtungen dadurch ab, daß sie nicht für die Spannung selektiv zu sein braucht, bei welcher sie sich einschaltet, und sie wird daher normalerweise bei einer viel niedrigeren Spannung einschalten als derjenigen, für die sie angelegt ist. Wenn die Erregung dieser Kontakteinrichtung unterhalb ihrer Betriebsspannung geschlossen wird, so ist ihre Einschaltung trotzdem äußerst schroff und heftig und ihr Kontaktdruck so groß, wie man will. Desgleichen ist die Unterbrechung des Schalters als Folge der öffnung seines Erregerstromkreises sehr heftig wegen der Rückholfeder, welche durch keine Restanziehungskraft des Ankers abgeschwächt w^Tird. Diese Kontakteinrichtung kann also beträchtliche Stromstärken mit verhältnismäßig sehr kleinen Unterbrechungsstrecken unterbrechen.

In der Zeichnung stellt Fig. 1 die Schaltung einer bekannten Dreibürstendynamo dar.

Fig. 2 zeigt eine entsprechende Schaltung mit dem Gleichstromgenerator nach der Erfindung.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Kompensationsspule.

Fig. 4 gibt eine zweite vereinfachte Ausführungsform der Kompensationsspule wieder.

Fig. 5 zeigt eine Schaltung gemäß der Erfindung mit einem Dreibürstengenerator, mit den Batterie- und Nutzstromkreisen und einer selbsttätigen Regelungseinrichtung.

Fig. 6 ist eine Abänderung der Ausführungsform nach Fig. 5, die besonders zum Einbau in Luftfahrzeugen geeignet ist.

Wie aus den Schaltbildern zu ersehen ist, ist in Reihe mit dem zweiten Verbraucherkreis 6 eine Kompensationswicklung 7 ge-

schaltet, welche die Wirkung des durch den im zweiten Verbraucherkreis 6 fließenden Strom verursachten Ankerquerfeldes aufheben soll. Bei dem Generator der erfindungsgemäßen Schaltanordnung stehen die Hauptbürsten ι wie bei der Maschine nach der bekannten Schaltung (Fig. i) in der neutralen Zone; ebenso ist in beiden Fällen die Hilfsbürste 2, die dritte Bürste, um einen bestimmten Winkel gegenüber den Hauptbürsten verschoben. Auch sind die Erregerwicklungen 3, der erste Verbraucherkeis 4 sowie die Akkumulatorenbatterie 5 bei der bekannten und der erfindungsgemäßen Einrichtung in gleicher Weise angeordnet.

Infolge der Kompensationswicklung 7 gibt es im ersten Kreis keine Störung im normalen Betrieb des Dreibürstengenerators, da die Verteilung des Feldes in der Zone zwischen den Polschuhspitzen benachbarter Erregerpole lediglich von dem diesen ersten Kreis durchlaufenden Strom abhängt. Die Kompensationsspule muß daher so angeordnet sein, daß sie den Anker ungefähr in der Zone zwischen den Erregerpolen beeinflussen kann. Bekanntlich wird das Feld unter den Eintrittskanten der Pole abgeschwächt und unter den Austrittskanten verstärkt. Im vorliegenden Fall muß die Kompensation vor allem an den Eintrittskanten einsetzen, unter denen die die Erregerwicklung über die Hilfsbürste speisende elektromotorische Kraft induziert wird. Man kann sich daher mit einer Teilkompensation begnügen, welche örtlich auf die Höhe der Eintrittskanten beschränkt ist. Diese Kompensation kann im übrigen sehr einfach mittels einer einzigen Spule 11 für jeden Pol ausgeführt werden, welche, wie Fig. 4 zeigt, in eine Ausnehmung 12 eingelegt

♦° wird.

Die durch den Durchgang des Stromes des zweiten Kreises 6 durch den Anker verursachte Verschiebung des Ankerfeldes bis zur Höhe der Austrittskanten, welche infolge des Fehlens der Kompensation an dieser Stelle auftritt, ist, selbst bei großen Geschwindigkeiten, nicht beträchtlich, da die Ankerzähne unter diesen Kanten gesättigt sind und die sich hieraus ergebende Erhöhung der elektromotorischen Kraft des Generators es gestattet, die Kompensationsamperewindungen der Spulen 11 (Fig. 4) etwas herabzusetzen. Die beschriebene Kompensation ist also in doppelter Weise sparsam. Es ist im übrigen nicht notwendig, daß Kompensationsspulen an allen Polen angebracht werden.

Auf den Fig. 5 und 6, welche die Schaltung einer selbsttätigen Regeleinrichtung für Dreibürstengeneratoren mit zwei Verbraucherkreisen zeigen, bezeichnet 19 den Generator, 5 die Batterie, 20 die Verbraucher des zweiten Nutzstromkreises, 2 t das'Unterbrecherrelais und 22 die Kontakteinrichtung. Die Spannungswicklung 2I^s des selbsttätigen Unterbrechers 21 ist dabei an die beiden Hauptbürsten des Generators angeschlossen, während seine Stromwicklung 21 * in dem Ankerstromkreis des Generators liegt. Der bewegliche Anker 2i^c des Relais 21, der angezogen wird, wenn die Generatorspannung gleich oder etwas größer als die Batteriespannung ist, schließt den Kreis der Erregerwicklung 22" der Kontakteinrichtung 22. Diese schaltet sich ein, wofern die Batterie 5 angeschlossen ist. Ist diese durch Schmelzsicherungen o. dgl. 23 abgesichert, so würde bei durchgeschmolzenen Sicherungen die Einschaltung von 22 verhindert, wodurch jede Gefahr einer Überspannung in den Netzgeräten 20 vermieden wird. Die Überspannung macht sich dann nur an den Dynamoklemmen, ihrer Erregung und der Wicklung 2i^a bemerkbar. Eine Schmelzsicherung 27 kann an der Erregung des Generators vorgesehen werden, um sehr rasch die Dauer dieser Überspannung zu begrenzen und die Maschine selbst und die Wicklung 2i^a zu schützen. Wenn die Geschwindigkeit nachläßt und ein Rückstrom auftritt, so bringt die Differentialwirkung der Wicklungen 21", 21⁶ den Anker 2i^c zum Abfallen, wodurch der Stromkreis der Wicklung 22^ß geöffnet und die Kontakteinrichtung 22 abgeschaltet wird. Bei Anwendung dieser Schaltung für Dreibürstenmaschinen mit zwei Nutzkreisen kann man den Umstand ausnutzen, daß der Anker 22 in der Unterbrechungsstellung energisch durch eine Feder zurückgeholt wird, um die !Compensations- ' spule 7 des Generators unter diesen Bedingungen kurzzuschließen. Auf diese Weise vermeidet man den Spannungsabfall in der Spule 7, wenn die Batterie allein die Netzgeräte 20 speist. Diese letztere Einrichtung verbessert die Spannungsregulierung an den Klemmen der Netzgeräte. Wenn nämlich der Generator arbeitet und die Batterie lädt, so erhöht sich die Spannung leicht. Es ist also von Bedeutung, die Netzgeräte 20 durch einen schwachen Widerstand zu speisen, welcher durch die Wicklung 7 dargestellt wird. Wenn die Batterie auf die Geräte 20 arbeitet, so wird dieser Widerstand durch das Abschalten des Ankers 22 beseitigt, und die Batterie ist direkt mit den Geräten 20 verbunden.

Man könnte zunächst den beschriebenen Schaltungen gegenüber geltend machen, daß während der Batterieladung keine Abschaltung des Ankers 22 erfolgt, wenn eine Sicherung 23 durchbrennt, so daß eine Überspannung an den Klemmen der Geräte 20 auftritt. Indessen ist darauf hinzuweisen, insbesondere bei. Schaltung nach Fig. 5, daß man die Bat-

terie bei einer Belastung auflädt, die weit unterhalb der Belastung bei der Entladung liegt, und daß daher die für die Entladung eingerichteten Sicherungen keine Ursache haben, während des Ladens zu schmelzen, wenn nicht gerade ein Kurzschluß im Batteriekreis vorliegt.

Infolge eines durch den Kurzschluß verursachten Spannungsabfalls und der teilweisen ίο Aussetzung der Erregung des Generators, welche dabei auftritt, schaltet sich der automatische Unterbrecher 21 aus und verursacht dadurch die Ausschaltung des Ankers 22. Bei der sogleich danach wiedereintretenden Erregung des Generators schaltet sich nur das Relais 21 allein ein, da die Erregerwicklung 22^a nicht mehr anfänglich von der Batterie gespeist wird, wodurch eine Überspannung an den Klemmen von 20 vermieden wird. Bei der Schaltung nach Fig. 6, die insbesondere für Luftfahrzeuge gedacht ist, fließt nur der von einem Teil der Verbraucher des zweiten Nutzstromkreises geforderte Strom durch die Stromwicklung des Relais 21. An der Leitung 25 hängen z. B. Geräte, welche nur bei vollem Flug arbeiten sollen, so die Heizungseinrichtungen, welche in keinem Fall durch die Batterie allein gespeist werden dürfen, weil sie-eine beträchtliche Leistung aufnehmen und daher eine schnelle Entladung der Batterie verursachen wurden. Bei dieser Schaltung ist wegen der erwähnten Anordnung der Wicklung 21* eine Stromlieferung seitens der Batterie über die Leitung 25 vor der Ausschaltung des Schalters 22 unmöglich, denn die Spannungswicklung 21* wird dann von einem Strom in entgegengesetzter Richtung wie bei normalem Betrieb durchlaufen und bewirkt sogleich die Öffnung des Kontaktes 2i" und die Ausschaltung der Kontakteinrichtung 22.

Im Gegensatz dazu dient die Leitung 26 der Speisung der bei geringer Generatorgeschwindigkeit arbeitenden Geräte wie Bordbeleuchtung, Landungslichter, Umformer für drahtlose Telegraphie usw. Die Ausschaltung des Schalters 22 findet nur statt, wenn der Generator praktisch keinen Strom liefert und die? Batterie allein über die Leitung 26 Strom schickt. Diese Anordnung gestattet also beim Landen den Scheinwerfern, wenn der Generator vom Flugzeugmotor angetrieben wird, soweit wie möglich die Batterie zu schonen, welche von geringer Kapazität ist und deren Ladungszustand soweit wie möglich aufrechterhalten werden muß, damit sie beim Halten die Bordfunkanlage mit Strom versorgen kann.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Gleichstromgenerator mit zwei Hauptbürsten und einer Hilfsbürste je Polpaar und mit einer zwischen der einen der Hauptbürsten und der Hilfsbürste eingeschalteten Erregerwicklung zur Speisung eines ersten Nutzstromkreises und einer diesem Stromkreis parallel geschalteten Akkumulatorenbatterie sowie zur Speisung eines zweiten Nutzstromkreises, dessen Strom eine weitere Er reger wicklung des Generators durchfließt, dadurch gekennzeichnet, daß diese Hauptstromwicklung (7) auf dem Feldmagnetsystem derart angeordnet ist, daß sie zur Aufhebung des durch den Strom des zweiten Nutzstromkreises hervorgerufenen Ankerfeldes ein Feld in Richtung der neutralen Linie des Generators erzeugt.

2. Gleichstromgenerator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die hauptstromerregte Wicklung (7) aus einer einzigen Spule (11) für jeden Pol besteht, die sich in einer Ausnehmung (12) o. dgl.

an der Seite der Eintrittskante eines jeden Erregerpols befindet.

3. Einrichtung zur selbsttätigen Stromregelung in den an den Gleichstromgenerator nach Anspruch 1 und 2 angeschlossenen Stromkreisen, dadurch gekennzeichnet, daß als Regeleinrichtung ein Relais (21) verwendet wird, welches mit Hilfe der Batteriespannung als Anfangsspannung eine Kontakteinrichtung (22) steuert, die einen in Reihe mit der Stromwicklung (21*) des Relais (21) geschalteten Kontakt (21°) schließt und dadurch die Batterie und die Nutzstromkreise mit den Generatorklemmen verbindet.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungswicklung (2i^a) des Unterbrecherrelais (21) an die beiden Hauptbürsten des Generators (19) angeschlossen ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 und 4, insbesondere für Generatoren für die elektrische Einrichtung in Luftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakteinrichtung (22) in der Ruhestellung die Hauptstromwicklung (7) kurzschließt.

6. Einrichtung nach Anspruchs, da- no durch gekennzeichnet, daß nur der von einem Teil der Verbraucher des zweiten Nutzstromkreises, und zwar von den Verbrauchern mit der geringeren Belastung, geforderte Strom durch die Stromwicklung (21*) des Relais (21) fließt (Fig. 6).

Hierzu ι Blatt Zeichnungen

BKRUN. GEDRUCKT IN DKR