DE706976C

DE706976C - Einrichtung zur Speisung eines Verbraucherstromkreises, insbesondere zur Ladung einer Sammlerbatterie

Info

Publication number: DE706976C
Application number: DES122550D
Authority: DE
Inventors: Ernst Gummer; Dr-Ing Habil Hans Kother; Paul Max; Dr-Ing Paul Mueller
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1936-05-05
Filing date: 1936-05-05
Publication date: 1941-06-10

Description

Einrichtung zur Speisung eines Verbraucherstromkreises, insbesondere zur Ladung einer Sammlerbatterie Lichtmaschinen für Zugbeleuchtung werden bekanntlich je nach der Fahrtrichtung des Zuges in der einen oder anderen Dzehrichtung angetrieben. Der Wechsel der Antriebsrichtung hat zwangsläufig bei den üblichen. Gleichstrommaschinen einen Wechsel der Polarität zur Folge. Es ruß deshalb dafür gesorgt werden, daß sich die Änderung der Polarität nicht nachteilig auf die durch die Lichtmaschine aufzuladende Batterie auswirkt, d. h. es mu:ß Vorsorge getroffen werden, daß .die Batterie jeweils mit der richtigen Polarität aufgeladen wird. Zur Erfüllung dieser Bedingung gibt es bereits mehrere Einrichtungen, bei denen mit Hilfe besonderer drehrichtungsabhängig gesteuerter Umschalter bei Wechsel der Drehrichtung erreicht wird, daß an der Batterie jeweils die gleiche Polarität aufrechterhalten wird. Gleichzeitig wird durch die Anwendung des drehrichtungsabhängigen Umschafters auch erreicht, daß eine Selbsterregung der Maschine möglich ist.
Es ist auch bereits eine Anordnung bekanntgeworden, welche eine drehrichtungsabhängige Umschalteinrichtung nicht aufweist. Bei dieser bekannten Anlage war der Gleichstromgenerator über Sperrzellen in Graetz-Schaltung an eine Sammlerbatterie angeschlossen, an der die Verbraucherstromkreise liegen. Die Erregung der Gleichstrommaschine erfolgte dabei über die von der Maschine aufgeladene Sammlerbatterie netzunabhängig von der Drehrichtung der Maschine im gleichen Sinne. Eine derartige Anordnung ist insofern wenig günstig, als die Erregerenergie zum Teil einer verlustbringenden Umwandlung in der Batterie unterworfen ist. Auch insofern ist diese bekannte Schaltung wenig günstig, als die Sperr- bzw. Ventilzellen neben dem Verbraucherstrom zusätzlich noch den Erregerstrom für den Gleichstromgenerator. führen.
Gegenstand der Erfindung ist eine -Nvesentlich vorteilhaftere Einrichtung zur Speisung eines Verbraucherstromkreises, insbesondere einer Zugbeleuchtungsanlage, die von einem in verschiedener Drehrichtung angetriebenen. Gleichstromgenerator gespeist wird und eine selbsttätig die richtige Stromrichtung zwischen Gleichstromgenerator und Verbraucherstromkreis herstellende Einrichtung aufweist. Gemäß der Erfindung zeichnet sich diese Einrichtung dadurch aus, daß der Generator mit einer Vorrichtung zur Selbsterregung versehen ist, die unabhängig von der Drehrichtung eine Erregung im Sinne des vorhandenen remanenten Feldes herstellt.
Die Anordnung nach der Erfindung weist den großen Vorteil auf, daß bei Vermeidung einer drehrichtungsabhängigen mechanisch angetriebenen Umschalteinrichtung unter allen Umständen unabhängig von der Drehrichtung die richtige Selbsterregung der Gleichstrommaschine sichergestellt ist, insbesondere eine Vernichtung des remanenten Feldes bei Umkehr der Drehrichtung vermieden ist. Wesentlich ist hierbei, daß die Erregerenergie nicht der aufgeladenen Sammlerbatterie entnommen wird. Besondere Vorteile bietet die Anwendung der Erfindung in Verbindung mit einer Schaltung, bei der erfindungsgemäß die Herstellung des richtigen Anschlusses des Stromverbrauchers an den Generator statt über Sperrzellen, wie bei der vorerwähnten bekannten Einrichtung, über eine stromrichtungsabhängige Umschalteinrichtung erfolgt, die z. B. über Sperrzellen gesteuert wird; denn in diesem Falle brauchen nur die geringfügig g e Steuerströme für die Umschalteinrichtung über Sperrzellen geführt ztn «erden, nicht aber der Verbraucherstrom.
An sich sind bereits mit Wechselstrom arbeitende Batterieentladungseinrichtungen bekanntgeworden, bei denen eine Selbsterregung; des über einen Gleichrichter auf die Batterie arbeitenden Wecliselstromgeilerators durch einen zweiten Gleichrichtersatz erreicht wird, der primärseitig an die Klemmen des Wechselstromgenerators an- eschlossen ist undsekundärseitig die Feldwicklung speist. Bei derartigen mit Wechselstrom arbeitenden Anlagen liegen jedoch wesentlich andere Verhältnisse wie bei der Einrichtung nach der Erfindung vor. Die Gleichrichter sind bei der bekannten Einrichtung zu dem Zwecke vorgesehen, eine Umwandlung des von dem Generator erzeugten Wechselstromes in Gleichstrom zu erzielen, weil sowohl die Aufladung der Sammlerbatterie wie die Erregung der vorgesehenen Synchronmaschine allein durch Gleichstrom erfolgen kann. Derartige Anlagen sind wegen ihrer schlechten Wirtschaftlichkeit wenig vorteilhaft. Infolgedessen haben sich Wechselstromgeneratoren mit Gleichrichtern bei größeren Zugbeleuchtungsanlagen wegen der beträchtlichen in den Gleichrichtern auftretenden Verluste nicht durchsetzen kömien. Demgegenüber zeichnet sich der Erfindungsgegenstand dadurch aus, daß eine Gleichrichtung von Wechselströmen nicht erforderlich ist und daß die Ventilzellen nur zur sicheren Aufrechterhaltung eitler bestimmten Polarität der Maschine vorgesehen sind.
Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand einiger Ausführungsbeispiele erläutert «-erden.
Bei der Anordnung gemäß Fig. i arbeitet die Lichtmaschine i über den Feldregelwiderstand 2 auf zwei zu ihrer Erregung vorgesehenen Feldwicklungen 3, .1. In dem Stromkreis dieser Feldwicklungen ;, 4 sind Sperrzellen 5,6 so angeordnet, dal:@ sie in verschiedener Richtung den Stroni durchtreten lassen. Neben den Erregerwicklungen ist an dem Anker des Generators i üller einen I\Zegelwiderstand, beispielsweise einen Kohledruckregler 7, die Sammlerbatterie 8 und der aus Beleuchtungskörpern bestehende Belastungsstromkreis 9 angeschlossen. Zwischen dem Anker des Generators i und der Batterie bzw. dem Verbraucherstromkreis liegt noch eine Schalteinrichtung ioo, welche dazu dient, den Anker des Generators z bei wechselnder Drehrichtung mit richtiger Polarität an die Sammlerbatterie anzuschließen. i i ist noch ein zusätzlicher Abschalter vor der Sammlerbatterie 8, der zur Abschaltung der Batterie im Falle des Abstellens des Bahnfahrzeuges dient; er könnte zweckmäßig mit dein Hauptschalter für den Beleuchtungskreis meclialiisch gekuppelt sein. Die Schalteinrichtung ioo, für welche in den folgenden Figuren Ausführungsformen angegeben sind, ist im Gegensatz zu den bekannten drehrichtungsabbängig mechanisch gesteuerten Polcvechselscllaltern von elektrischen Größen, und zwar der Polarität bzw. Stromrichtung in solcher Weise abhängig gemacht, daß der Anker i stets mit der richtigen Polarität an die Sammlerbatterie angeschlossen wird.
Inn folgenden soll die Wirkungsweise der Schaltung gemäl') Fig. i näher beschrieben werden.
Das remanente Restfeld 0, der Lichtmaschine i sei beispielsweise, wie durch einen Pfeil angedeutet ist, von unten nach oben gerichtet. Dreht sich der Anker der Maschine linksherum, so soll bei der vorliegenden Betrachtung an der oberen Bürste eine positive Polarität vorhanden sein. Die von dem remanenten Restfeld 0, erzeugte Spannung treibt einen Strom über den Feldwiderstand 2, die Feldspule 3 und die mit dieser in Reihe liegende Ventilzelle 5. Die Feldwicklung 3 ist nun so gewickelt oder angeschlossen, daß bei der angegebenen Polarität an den Bürsten des Ankers der Maschine zusätzlich ein Fluß KP2 in Richtung des remanenten Feldes entsteht und dieses somit verstärkt. Auf diesem Wege wird die Selbsterregung der Maschine sichergestellt. Für den Fall, daß sich die Drehrichtung des Ankers infolge Umkehr der Fahrtrichteng ändert, also sich der Anker der Lichtmaschine nunmehr rechtsherum dreht, wird infolge des Restflusses nunmehr die - obere Bürste der Lichtmaschine negativ, während die untere Bürste positiv wird. Die infolge des Polwechsels der Lichtmaschine jetzt entstehende Spannung treibt dann einen Strom in umgekehrter Richtung wie zuvor über die Ventilzelle 6 und die Feldwicklung 4. Der Wickelsinn oder Anschluß der zweiten Feldspule 4 ist dem der ersten Feldspule 3 entgegengesetzt, so daß auch der durch sie erzeugte Fluß e3 wiederum den Fluß des remanenten Restfeldes $1 verstärkt.
Die auf der Erfindung beruhende Anordnung der Ventilzellen 5 und 6 in den Stromkreisen der Feldwicklungen 3 und 4 hat zur Folge, daß bei Umkehr der Drehrichtung der Maschine eine sog. Selbstmordwirkung, d. h. Vernichtung des remanenten Feldes durch die Selbsterregung der Maschine, nicht .eintreten kann. Wird durch die selbsttätige Schalteinrichtung ioo stets der Anker der Maschine i mit der richtigen Polarität an die Sammlerbatterie 8 angeschlossen, so kann durch die Lichtmaschine i die Batterie stets mit richtiger Polarität ,aufgeladen werden. Dier Haüptregelwiderstand 7, der, wie bereits erwähnt, als selbsttätiger Kohledruckregler ,ausgebildet sein kann, gestattet eine Regelung der Verbraucherspannung, soiv eit .eine solche mit Rücksicht darauf, daß die Batterie 8 sich als Pufferbatterie auswirkt, erforderlich ist.
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeigt Fig. z. Bei dieser ist abweichend von der Schaltung gemäß Fig. i nur eine Feldwicklung 3 vorhanden. Hier speist die Lichtmaschine i die Graetzsche Brückenschaltung i o, die sekundärseitig eine Feldwicklung 3 über den Feldregelwiderstand 2 mit Strom versorgt. 14 ist ein selbsttätiger, in Abhängigkeit von der Polarität der Maschine i gesteuerter Umschalter, der die Maschine mit richtiger Polarität auf die Sammlerbatterie schaltet. Herrscht an der oberen Bürste der Lichtmaschine positives Potential, so-fließt-von dieser ein Steuerstrom über das Ventil 12 und die mit diesem in Reihe liegende Betätigungsspule 15 zu einem Kontakt des Umschalters 14 und von hier zum negativen Pol der Maschine zurück. Durch diesen Strom wird die Betätigungsspule 15 des Umschalters 14 erregt, so daß dieser in die obere Lage umgelegt wird und damit gleichzeitig den Batteriekreis richtig anschließt. Ändert sich infolge Drehrichtungswechsels die Polarität der Lichtmaschine, so fließt von der unteren, nunmehr positiven Bürste der Lichtmaschine ein Strom über die Ventilzelle 13, die Steuerspule 16 des Umschalters 14 zum anderen Kontakt dieses Umschalters und zur Maschine zurück. Bei Erregung der Spule 16 wird der Umschalter 14 in die untere Lage umgeschaltet, so daß der Batteriekreis wieder mit richtiger Polarität an die Lichtmaschine angeschlossen ist.
Diese Anordnung bietet den Vorteil, daß zur drehrichtungsunabhängigen Erregung der Lichtmaschine nur eine Erregerwicklung vorgesehen zu werden braucht. Ein weiterer Vorteil ist in der Anwendung des über Ventilzellen gesteuerten Umschalters 14 zu .erblicken. Der Schalter kann dabei äußerst einfach und betriebssicher für große Ströme ausgebildet werden. Die Ventilzellen führen nur schwache Steuerströme.
Fig.3 zeigt eine weitere Anwendung des Erfindungsgedankens, Die Schaltanordnung als solche stimmt im wesentlichen mit der in Fig.2 dargestellten überein. Abweichend sind erfindungsgemäß in der .dem Generator zugeordneten und zur Speisung der Erregerwicklung 3 dienenden Brückenschaltung io der Ventilzellen zusätzliche Überbrückungsschalter angeordnet. Durch diese Schalter werden nach erfolgter Anpassung und Umschaltung die diese verursachenden Ventilzellen teilweise kurzgeschlossen oder geöffnet, so daß sie weder Belastungsstrom führen noch unter Sperrspannung stehen. ° Der Generator i speist die aus den Ventilen 20, ?1, 22 und 23 aufgebaute Brückenschaltung, die ihrerseits das Erregerfeld der Maschine 3 mit Strom .versorgt. An den entsprechenden Potentialeckpunkten dieser Brückenschaltung sind in Reihe mit den Ventilzellen 20 und 22 die Betätigungsspulen i 5 und 16 des Umschalters 14 ,angeordnet. Im Ruhezustand und bei geöffnetem Schalter 14 sind die gleichfalls in Reihe mit den Ventilzellen liegenden Schalter 24, 25, 26 und 27 geschlossen. Diese und die in der Brückenschaltung zur wechsehveisen Überbrückung der Ventilzellen vorgesehenen Schalter 28, 29, 30, 31 werden zweckmäßig ebenfalls durch die Betätigungsspulen 15 und 16 derart gesteuert, daß beispielsweise bei Linkslauf und nach Umlegen des Umschalters 14 in die obere Lage zufolge Erregung der Spule 15 die Schalter 28 und 31 geschlossen und dadurch die Ventile 20 und 23 überbrückt werden, während durch gleichzeitiges Öffnen der Schalter 25 und 26 eine gänzliche Abschaltung der Ventile ei und 22 herbeigeführt wird.
Bei Umkehr der Drehrichtung, also bei Rechtslauf des Generators und nach Umlegen des Schalters 14 in die untere Lage zufolge Erregung der Spule 16, werden einmal die Schalter 29 und 3o geschlossen und damit die Ventile 21 und 22 überbrückt; gleichzeitig werden die Schalter 24 und 27 geöffnet, so daß die Ventile 2o und 23 nicht mehr durch den Arbeitsstrom belastet sind. D,er Vorteil dieser Anordnung ist gegenüber den früher geschilderten Ausführungen der, daß ein und dieselben Ventile zur sicheren Einleitung der Selbsterregung und zur Stromsteuerung, d. h. zur Polumschaltung, angewandt werden, während sie nach erfolgter Umschaltung frei von der Spannungs- und Strombelastung bleiben.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist die in Fig.4 dargestellte Schaltung. Diese soll insbesondere eine geringere Bemessung der in Graetz-Schaltung angeordneten elektrischen Ventile ermöglichen, während gleichzeitig die Spulen der elektrischen Umschalter unabhängig von der Höhe des Erregerstromes ausgebildet werden können.
Die Erregung des Generators erfolgt durch die beiden Feldwicklungen 3 und 4, von denen die Feldwicklung 3 über die in Graetz-Schaltung angeordneten elektrischen Ventile 2o bis 23 ebenso wie bei der SchaltanordnugK gemäß Fig.2 dauernd mit dem Generator verbunden ist. Diese Felffivicklung dient gewissermaßen zur Einleitung der Selbsterregung durch Verstärkung des remanenten Feldes. Die Feldwicklung 4 dagegen ist nicht dauernd an die Klemmen des Generators i angeschlossen, vielmehr wird sie durch den selbsttätigen Schalter 37 je nach der Polarität der Maschine mit den Klemmen der letzteren so verbunden, daß sie das durch die Feldwicklung 3 hervorgerufene Feld verstärkt. Die selbsttätige Schalteinrichtung 37 weist zwei Spulen 38, 39 auf, die unter Benutzung der vorhandenen Gleichrichter je nach der Polarität der Maschine i so erregt werden, daß die Wicklung 4 im richtigen Sinne mit der Maschine i verbunden wird. Gewissermaßen wird die Haupterregung während des Betriebes dann durch die Wicklung 4 bewirkt, während die Wicklung 3 in der Hauptsache die Einleitung der Erregung bewirkt, wodurch die Steuerung der Umschalteinrichtung 37 ermöglicht wird. Indessen bleibt die nur einen kleineren Strom führende Wicklung 3 auch während des Betriebes wirksam.
Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Bei einer bestimmten Drehrichtung, beispielsweise Rechtsdrehung, möge an der in der Zeichnung dargestellten Generatorklemme ein positives Potential entstehen, so daß bei einer bestimmten Spannung über das Ventil 22 und die Spule 39 ein Strom fließt, unter dessen Einwirkung die Spule 39 den Schalter 37 nach unten umschaltet. In diesem Fall soll der Feldtei14 derart angeschlossen sein, daß durch ihn ein von unten nach oben gerichteter Strom fließt. Die Spule 38 wird sich nicht erregen, da an ihren Klemmen kein Potential vorhanden ist. Voraussetzung für die Herbeiführung des eben geschilderten Zustandes ist, daß der Spannungsabfall in den Spulen samt einem etwa dazugehörigen Einstellwiderstand erheblich größer ist als der Spannungsabfall im Ventil 22. Erreicht nun der Generator i infolge der zunehmenden Geschwindigkeit die Ladespannung, so spricht nunmehr auch die Betätigungsspule 15 des Ladeschalters 14 über das Ventil 21 an und schaltet den Generator in richtigem Sinne auf die Batterie B.
Bei Umkehr der Drehrichtung, also Linkslauf, sprechen die bisher nicht benutzten Spulen, also die Schaltspule 38 und die Betätigungsspule 16, an, um einerseits die Umschaltung des Feldteiles 4, andererseits die Umschaltung des Ladeschalters 14 zu bewirken. Die Ventile werden in vorliegender Anordnung gleichzeitig zur Gleichrichtung des ein Teilfeld des Generators durchfließenden Stromes sowie für die Auswahl der jeweilig zu betätigenden Schaltspulen der Relais bzw. Schalter benutzt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Speisung eines Verbraucherstromkreises, insbesondere zur Ladung einer Sammlerbatterie, von einem mit verschiedener Drehrichtung angetriebenen Gleichstromgenerator, der über eine selbsttätig die richtige Stromrichtung herstellende Einrichtung an den Verbraucherstromkreis angeschlossen- ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator mit einer Vorrichtung zur Selbsterregung versehen ist, die unabhängig von der Drehrichtung eine Erregung im Sinne des vorhandenen remanenten Feldes herstellt.
2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Feldwicklungen des Generators über Gleichrichter an die Generatorkleanmen derart angeschlossen sind, daß bei jeder Drehrichtung des Generators durch die Feldwicklungen ein gleichgerichtetes Feld in der Maschine hervorgerufen wird.
3. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des richtigen Anschlusses des Stromverbrauchers an den Generator eine über Gleichrichter gesteuerte Umschalteinrichtung vorgesehen ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspulen der Umschalteinrichtung in die Zweige der vorzugsweise in Graetz-Schaltung angeordneten Gleichrichter zur Speisung der Feldwicklung des Generators so eingeschaltet sind, daß entsprechend der Drehrichtung bzw. dem Stromverlauf in der Gleichrichterkombination der Generator mit dem Stromverbraucher verbunden wird.
5. Einrichtung nach Anspruch 2, 3 oder q., dadurch gekennzeichnet, daß nach Herstellung der richtigen Erregung des Generators der stromdurchflossene Teil der Gleichrichter kurzgeschlossen wird.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurzschließen der Gleichrichter selbsttätig erfolgt.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurzschließen der Gleichrichter durch Hilfskontakte an der Umschalteinrichtung :erfolgt, durch welche der Generator mit dem Stromverbraucher verbunden wird. B.
Einrichtung nach Anspruch 2 mit einer vorzugsweise in Graetz-Schaltung angeordneten Gleichrichte bgruppe zur Erregung der Feldwicklung des Generators, dadurch gekennzeichnet, daß nach Einleiturig der Erregung in Reihe mit den keinen Strom durchlassenden Gleichrichtern liegende Schalter selbsttätig geöffnet werden.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Schalter abhängig von der Umschalteinrichtung erfolgt, welche zum Anschalten des Generators an den Verbraucherstromkreis dient. i o. Einrichtung nach Anspruch i oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß in der Maschine zunächst durch eine selbsttätig wirkende Einrichtung die Erregung eines Feldes bestimmter Richtung sichergestellt wird und daß darauf je nach der Polarität des Generators durch eine selbsttätige Umschalteinrichtung eine weitere feldverstärkend wirkende Erregerwicklung an die Klemmen des Generators angelegt wird.