DE689251C - Einrichtung zum Regeln von parallel arbeitenden unander verbundenen Gleichstromerzeugern - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
15. MÄRZ 1940

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

M 689251 KLASSE 21c GRUPPE

S118457 i

Patentiert im Deutschen Reiche vom 28. Mai 1935 ab Patenterteilung bekanntgemacht am 29. Februar 1940

In Lichtanlagen, ζ. Β. bei Eisenbahnen, Kraftfahrzeugen, Flugzeugen, ist die Einrichtung vielfach so getroffen, daß mehrere Lichtmaschinen (Generatoren) von je einem Motor angetrieben werden. Die Unterteilung hat den Zweck, Sicherheit für den Fall zu haben, daß einer der Motoren aussetzt. Jede Lichtmaschine wird von ihrem Spannungsregler unabhängig von der Drehzahl und insbesondere von der Belastung auf gleichbleibende Spannung geregelt. Alle Lichtmaschinen müssen in diesem Falle in der Lage sein, parallel auf das Lichtnetz zu arbeiten. Das Parallelarbeiten ist aber, wenn die Spannung unabhängig von der Leistung und Drehzahl gleichgehalten werden soll, besonders schwierig. Die Belastung soll sich verteilen, es soll keine Maschine überlastet werden.

Die Spannungen der einzelnen Lichtmaschinen sind im Betrieb mindestens um ein ganz geringes Maß verschieden. Schon diese geringen Spannungsverschiedenheiten haben auch bei Leerlauf der Maschinen starke Ausgleichströme zwischen den einzelnen Lichtmaschinen zur Folge, die so hoch sind, daß der Rückstromschalter . jeder Maschine, die Rückstrom führt, anspricht und seine Maschine abschaltet. Der Schalter schließt dann sofort wieder, und es tritt daher ein Pendeln des Rückstromschalters ein, wodurch dieser 3c unter Umständen verbrennt.

Bei Belastung der Lichtmaschinen besteht die Gefahr, daß wegen ungleicher Stromverteilung "diejenige Maschine, die die höchste Spannung hat, überlastet wird. Dies kann aber verhindert werden, wenn jeder Maschine eine Regeleinrichtung zugeteilt wird, die die Spannung bei Leerlauf und Vollast gleichhält, sie jedoch-bei Rückstrom ansteigen, bei Überlast abfallen läßt.

Bekannt, ist eine Einrichtung, die das Zusammenarbeiten mehrerer Maschinen auf ein gemeinsames Netz erlaubt. Bei dieser Anordnung stehen . jedoch die einzelnen Generatoren untereinander durch Ausgleichsleitungen in Verbindung. Die bekannte Anlage dient vor allem dazu, die Last verhältnisgleich auf die einzelnen an der Stromlieferung beteiligten Maschinen zu verteilen. Die Maschinen sind also voneinander abhängig und beeinflussen sich daher gegenseitig. Bei der Einrichtung nach der Erfindung besteht z. B. die Möglichkeit, bei kleiner Belastung diese nur durch eine Maschine zu decken, während die übrigen leer laufen. Dies ist bei der bekannten Anordnung unmöglich, da dort stets

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Walter Zycha in Berlin-Siemensstadt.

alle Maschinen verhältnisgleich an der Last beteiligt sind. Bei der Anordnung nach der Erfindung wird eine zweite, dritte oder vierte Maschine nur dann an der Stromlieferung te.ilhaben, wenn die Belastung so hoch angestiegen ist, daß zu ihrer Deckung die vorgenannte Anzahl Maschinen unbedingt erforderlich ist. Im übrigen setzt die bekannte Anordnung im Gegensatz zur neuen Einrichtung einen Antrieb mit gleichbleibender Drehzahl voraus. Außerdem hat diese Anordnung den Mangel, daß die bei ihr vorgesehenen Maschinen nicht unbedingt gegen Überlast geschützt sind. Letzteres kann sich besonders dann schädlich auswirken, wenn die elektrische Kopplung der Maschinen (Ausgleichsleitungen) aufgehoben wird.

Des weiteren ist eine Anordnung bekannt, bei der zwar die Spannung jeder Maschine bei Überlast absinkt, jedoch nicht etwa wie bei der neuen Einrichtung beim Auftreten von Rückstrom ansteigt. Letztere Bedingung ist aber für ein einwandfreies Zusammenarbeiten mehrerer Maschinen auf ein Netz ein unbedingtes Erfordernis. Die Zusammenarbeit mehrerer Maschinen auf das Netz ist beim Bekannten nur dann möglich, wenn alle Maschinen voll belastet sind, jedoch wäre eine weitere Aufrechterhaltung des Betriebes unmöglich, wenn ein Teil der Maschinen leer läuft oder Teillast führt.

Die neue für die Zusammenarbeit der Maschine empfohlene Spannungskennlinie wird dadurch erzeugt, daß der Spannungsregler einer jeden Maschine von einem polarisierten Regler in dem Sinne beeinflußt wird, daß er durch Vergrößerung des wirksamen Widerstandes der Spannungsregler spule die Spannung erhöht, wenn sie niedriger als die Netzspannung ist, und durch Verkleinern des wirksamen Widerstandes der Spannungsreglerspule die Spannung herabregelt, sofern der von der Lichtmaschine in das Netz gelieferte Strom eine gewisse Höhe übersteigt.

Die Beeinflussung des Spannungsreglers geschieht z. B. dadurch, daß der Stromregler einen Vorschaltwiderstand des Spannungsreglers ganz oder teilweise kurzschließt, so daß er den wirksamen Widerstand der Spannungsreglerspule erniedrigt.

Durch das plötzliche Verändern des wirksamen Widerstandes der Spannungsreglerspule durch den Stromregler wird der Spannungsregler übergeregelt, so daß der Stromregler nach dem Tirrillprinzip zu regeln beginnt und seine Bewegung auf den Spannungsregler überträgt. Diese Schwingungen des Spannungsreglers haben zur Folge, daß die Spannung im Takt des Spannungsreglers schwankt, wodurch ein Flackern des Lichtes eintritt.

Dies macht sich um so mehr störend bemerkbar, je größer der Regelbereich des Stromreglers ist.

Je tiefer die Frequenz dieser Schwingungen ist, um so unangenehmer ist das Pendeln der Spannung. Die Frequenz ist um so tiefer, je größer der Regelbereich des Stromreglers ist. Man sucht also die Frequenz zu erhöhen. Dies geschieht unter Betätigung derselben Regler- 7" kontakte dadurch, daß in dem Augenblick, in dem der Stromregler z. B. auf Spannungserniedrigung schaltet, sein Feld derart geändert wird, daß er den ursprünglichen Zustand wiederherstellt, bevor die durch den Spannungsregler beeinflußte Maschinenspannung nachgefolgt ist.

In der Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel nach - der Erfindung, angewendet auf zwei Lichtmaschinensätze I und II, dargestellt. Die Zahl der einzelnen Sätze, die an das Lichtnetz angeschlossen sind, ist jedoch nicht beschränkt.

Die Lichtmaschinen 11 arbeiten parallel auf das Netz 35. Im Stromkreis der Erregerwicklung 12 liegt der Vorschaltwiderstand 13, ⁸S der mittels des Spannungsreglers 14 periodisch kurzgeschlossen wird. Im Stromkreis der Spannungsreglerspule 18 liegen die Widerstände 17 und 19.

Der Stromregler 21 ist mit zwei festen Kontakten 22 und 24 und einem schwingenden Kontakt 23 versehen. Seine Stromwicklung ist mit 28 bezeichnet. Im Stromkreis seiner Spannungswicklung 25 liegen die Widerstände 26 und 27. Durch Schließen der ⁹S Kontakte 22, 23 wird der Widerstand 27 parallel zum Vorschaltwiderstand 19 der Spannungsreglerspule und durch Schließen der Kontakte 23, 24 wird der Widerstand 20 parallel zur Spannungsreglerspule 18 geschaltet. '00

Der vom Rückstrom abhängige Selbstschalter 30 hat die Stromspule 33, die Spannungsspule 31 mit dem Vorschaltwiderstand 32 und den beweglichen Kontakt 34.

Die Wirkungsweise der Regeleinrichtung <°5 soll für Leerlauf und für Belastung bei gleicher und verschiedener Spannung der Lichtmaschinen erläutert werden..

Wenn die beiden Maschinen I und II leer laufen und ihre Spannungen gleich sind, so n° schwingen ihre Spannungsregler und schließen den Vorschaltwiderstand 13 im Erregerstromkreis periodisch kurz und halten damit die Spannung der Maschinen konstant. Die Stromregler halten keinen Kontakt geschlossen, da kein Strom fließt, arbeiten also nicht.

Hat bei Leerlauf die Lichtmaschine I höhere Spannung als die Maschine II, so fließt ein Ausgleich- oder Rückstrom zur Maschine II. Durch den Rückstrom wird das Feld des Stromreglers 21 der Maschine II geschwächt. Der Kontakt 23 legt sich auf den Kontakt 24

und schaltet den Widerstand 20 .parallel zur Spule 18 des Spannungsreglers 14. Hierdurch wird der die Spule 18 durchfließende Erregerstrom geschwächt, und der auf konstante Erregung eingestellte Regler muß die Spannung der Maschine II höher regeln, damit seine Spule den gleichen Erregerstrom erhält wie ohne den Parallelwiderstand 20. Die Parallelschaltung des Widerstandes 20 hat

to also die gleiche Wirkung wie eine Erhöhung des Widerstandes der Spule 18. Da sowohl der Stromregler 21 als auch der Spannungsregler 14 periodisch arbeiten, so pendelt die Spannung der Maschine II um den durch die Spannung des Netzes 35 dargestellten Mittelwert, ebenso pendelt auch der Rückstrom.

Bei der Maschine I tritt dagegen der Stromregler so lange nicht in Tätigkeit, als nicht der zur Maschine II fließende Ausgleichstrom, der für Maschine II ein Rückstrom ist, den normalen Belastungsstrom der Maschine I übersteigt. Erst wenn dies der Fall ist, fängt eier !bewegliche Kontakt 23 art zu arbeiten und schaltet den Widerstand 27 dem Widerstand 19 des Spannungsreglers parallel. Hierdurch wird aber die Spannung der Maschine I herabgeregelt.

Wenn dem Netz Strom entnommen wird, die Maschinen also belastet sind, und die Spannungen beider Maschinen gleich sind, so ist es ganz unbestimmt, wie sich die Belastung auf die beiden Maschinen verteilt. Es möge angenommen werden, daß die Maschine I die ganze Belastung übernimmt. Solange die Belastung nicht höher ist, als für die Maschine I zulässig ist, bleibt der Kontakt 23 ihres Stromreglers in der Mitte, der Regler arbeitet also nicht. Überschreitet aber die Belastung die Leistungsfähigkeit der Maschine I, so drückt

4.0 ihr · Stromregler 21 die Spannung der Maschine I so herab, daß sie nur den für sie zulässigen Strom abgibt. Bei Überlastung der Maschine I legt sich der Kontakt 23 ihres "Stromreglers auf den festen Kontakt 22. Die sich hierdurch ergebenden Verhältnisse seien an dem vereinfachten Schaltbild der Fig. 2 näher erläutert. Die Widerstände 17 und 18, 19, 25 und 26 sowie 27 bilden je einen Zweig einer Brückenschaltung, deren Diagonale durch die an die Kontakte 22, 23 des Stromreglers 21 angeschlossenen Verbindungsleitungen dargestellt ist. Werden die Kontakte 22, 23 bei Überlastung der Maschine geschlossen, so.werden die Widerstände 19 und 27 unmittelbar parallel geschaltet. Der Widerstand 27 ist nun so bemessen, daß durch sein Parallelscharten der Vorschaltwiderstand 19 der Spannungsreglerspule 18 verkleinert wird. Der wirksame Widerstand der Spule 18 wird hierdurch verkleinert, und die Spannung der Maschine I wird heruntergeregelt, wodurch die Belastung zurückgeht. Das Schließen der Stromreglerkontakte 22, 23, hat andererseits auch die Wirkung, daß die Spannung in dem die Spannungsspule 25 des Stromreglers 21 enthaltenden Brückenzweig durch Parallelschalten des die Spannuiigsspüle 18 des Spannungsreglers 14 und den Vorschaltwiderstand 17 enthaltenden Brückenzweiges verkleinert wird, da die Vorschaltwiderstände 26 und 17 entsprechend bemessen sind. Infolgedessen wird die Erregung der Spannungsspule 25 des Stromreglers 21 geschwächt. Dadurch wird der Kontakt 23 geöffnet, bevor er durch Verringerung des Belastungsstromes in der Stromspule 28 des Stromreglers geöffnet würde. Die Frequenz der Schwingungen des Stromreglerkontaktes 23 wird hierdurch wesentlich erhöht, da er ohne diese Brückenschaltung der verschiedenen Widerstände mit niedriger Fre- 8n quenz schwingen würde. Auf diese Weise sind die sich in einem Flimmern des Lichtes kenntlich machenden störenden Spannungsschwankungen des Netzes vermieden.

Wenn dem Netz 35 Strom entnommen wird und beispielsweise die Maschine I höhere Spannung hat als die Maschine II, so fängt der Stromregler, wenn die Maschine höher als zulässig belastet ist, zu arbeiten an und drückt die Spannung, wie oben beschrieben, herunter, und die Maschine II übernimmt die restliche Belastung.

Bei Leerlauf und Belastung, bei gleicher und bei verschiedener Spannung der Maschinen wird durch den polarisierten Stromregler' dafür gesorgt, daß die Spannungsregler die Belastung der Lichtmaschine durch Regeln ihrer Spannung in den zulässigen Grenzen halten.

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Claims (3)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Regeln von parallel arbeitenden und ausschließlich über das Netz elektrisch miteinander verbundenen Gleichstromerzeugertl, deren Spannung unabhängig von der Drehzahl und Belastung über den gesamten Arbeitsbereich gleichgehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldstromkreis jeder Maschine in Abhängigkeit vom Strom so beeinflußt wird, daß an jeder Maschine ein Spannungsanstieg bei Rückstrom, ein Spannungsabfall bei Überlast eintritt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Feldstromkreis jeder Maschine ein Spannungsregler (14) vorgesehen ist, der von einem polarisierten Stromfegler (21) derart-beeinflußt wird, "daß er beim Auftreten von Rück- t2o strom durch periodische Vergrößerung des wirksamen Widerstandes der Spannungs-

reglerspule (ι8) die Maschinenspannung erhöht und bei Überlast durch periodische Verkleinerung des wirksamen Widerstandes der Spannungsreglerspule die Maschinenspannung erniedrigt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Herabregeln der Spannung durch Verkleinern des wirksamen Widerstandes der Spanjiungsreglerspule (i8) und ebenso beim iu Hinaufregeln der Spannung der Stromregler (21) durch die den Spannungsregler beeinflussende Kontaktbetätigung gleichzeitig seinen eigenen wirksamen Widerstand derart ändert, daß er seine Ursprungliehe Lage wieder einzunehmen versucht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen