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Elektromagnetische Regeleinrichtung für Stromerzeuger Die Erfindung
betrifft eine elektromagnetische Regeleinrichtung für Stromerzeuger, die bis zu
einer bestimmten Stromgrenze mittels eines in Abhängigkeit von der Erzeugerspannung
ansprechenden Reglers durch Änderung der Erregung des Stromerzeugers auf gleichbleibende
Spannung zu regeln bestrebt ist, bei Erreichen dieser Stromgrenze aber mittels einer
in Abhängigkeit von der erzeugten Stromstärke ansprechenden Einrichtung, welche
die aus Anziehungskraft und Rückführkraft resultierende, die Bewegung des Reglerankers
herbeiführende Kraft beeinflußt, auf im wesentlichen gleichbleibenden Strom regelt.
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Bei den bisher bekannten Einrichtungen dieser Art sind nicht nur der
auf die Erzeugerspannung ansprechende Regler, sondern auch die auf die erzeugte
Stromstärke ansprechende Einrichtung als elektromagnetische Regler ausgebildet.
Um den Aufbau dieser bekannten Regeleinrichtungen weiter zu vereinfachen und deren
Wirkungsweise zu verbessern, ist auch schon vorgeschlagen worden, die auf die erzeugte
Stromstärke ansprechende Einrichtung als thermischen Regler, beispielsweise als
stromdurchflossenen Bimetallstreifen, auszubilden. Hierbei drückt der Bimetallstreifen
bei seiner durch Erwärmung verursachten Formänderung auf den Regleranker bzw. auf
die Ankerfelder, so daB die Rückführungskraft entsprechend vermindert wird und die
auf den Regleranker einwirkende Anziehungskraft diesen schon bei einer geringeren
Spannung in die Schaltstellung ziehen kann. Bei dieser Einrichtung wird also der
Regler mit Hilfe des Bimetallstreifens mechanisch beeinflußt. Hinsichtlich der baulichen
Anordnung des Bimetallstreifens besteht daher auch nur eine begrenzte Auswahl, da
dieser in der Nähe des Reglerankers angeordnet
sein muß. Bei ungenügender
Wärmeableitung können durch Wärmeübertragung unerwünschte Beeinflussungen' andererTeile
auftreten.
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Die Erfindung ist dem Bekannten gegenüber dadurch gekennzeichnet,
daß die auf den erzeugten Strom ansprechende thermische Einrichtung beim Ansprechen
eine Stärkung der auf den Regleranker einwirkenden elektromagneAschenAnzfehungskraft
herbeiführt. Hierbei wird also der Regler von der thermischen Einrichtung nicht
mechanisch, sondern elektrisch beeinflußt. Dadurch wird erreicht, daß die thermische
Einrichtung an einer beliebigen Stelle angeordnet, die ganze Regeleinrichtung somit
den verschiedensten Verwendungszwecken in einfacher Weise angepaßt werden kann.
Bei der baulichen Anordnung der thermischen Einrichtung kann berücksichtigt werden,
daß keine unerwünschte Wärmeableitung an andere Teile der Vorrichtung auftritt.
Ferner sind bei der erfindungsgemäßen elektrischen Beeinflussung verschiedenartige
Lösungswege möglich. Auch die Beeinflussungskräfte können beliebig gestaltet werden,
wobei keine Änderung, vor allen Dingen keine Erhöhung der mechanischen Beanspruchung
der thermischen Einrichtung erforderlich ist. Die thermische Einrichtung hat hierbei
vielmehr, ohne Rücksicht auf den jeweiligen Lösungsweg, immer nur eine verhältnismäßig
geringe und gleichbleibende Arbeit zu leisten, da sie nur zum Steuern einer elektrischen
Einrichtung dient.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigt Abb. i ein Schaltschema einer elektrischen Fahrzeuganlage mit Regeleinrichtung,
wobei die thermische Einrichtung auf einen der Spannungsspule des Reglers vorgeschalteten
Widerstand einwirkt, Abb. 2 das gleiche Schaltschema wie Abb. i, wobei jedoch die
thermische Einrichtung auf eine zusätzliche Magnetwicklung des Reglers einwirkt,
und Abb.3 in einem Koordinatensystem das Verhalten von Strom und Spannung.
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Die Anlage nach Abb. i weist einen Stromerzeuger i auf, der beispielsweise
von einem nicht näher dargestellten Fahrzeugmotor angetrieben wird. Eine Nebenschlußreglerwicklung
2 des Stromerzeugers ist mit dem Widerstand 3 in Reihe geschaltet. An die Verbindungsleitung
zwischen den Teilen 2 und 3 ist ein elektromagnetischer Schalter 4 angeschlossen,
der mit zwei im Abstand voneinander angeordneten Kontakten 5, 6 zusammenarbeitet
und von dem Anker 7 eines Elektromagnets gesteuert wird, dessen Spule 8 an die Spannung
des Erzeugers gelegt ist. In der Ruh@-stellung der Anlage und bis zu einer gewissen
Drehzahl des Erzeugers wird der Schalter 4 von einer Rückführungskraft, beispielsweise
einer nicht dargestellten Feder, gegen den Kontakt 5 gedrückt. Hierbei ist der Widerstand
3 kurzgeschlossen, und -die Erregerwicklung 2 liegt an der vollen Spannung. In der
Mittelstellung des Schalter 4 zwischen den beiden Kontakten 5, 6 ist der Widerstand
3 eingeschaltet, wodurch eine Schwächung der magnetischen Feldstärke des Erzeugers
und damit eine Verminderung der erzeugten Spannung erzielt wird. Steht der Schalter
,4 mit dem Kontakt 6 in Verbindung, so ist die Erregerwicklung 2 kurzgeschlossen.
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An die Erzeugerleitung sind eine Sammelbatterie 9 und mehrere andere
Verbraucher io acigeschlossen. Vor den Verbrauchern 9, io ist ein elektromagnetischer
Schalter i i mit einer dauernd an die Erzeugerspannung angeschlossenen Spannungsspule
12 angeordnet. Nach Erreichen einer bestimmten Spannung spricht der Schalter an
und legt die Verbraucher an die Maschinenspannung. Sobald jedoch bei aufgeladener
Batterie g ein Rückstrom fließt, sorgt eine Stromspule 13 dafür, daß der Schalter
mit Sicherheit wieder geöffnet wird. Auch beim Abstellen des den Erzeuger i antreibenden
:Motors wird der Schalter i i geöffnet, da dann die Spannungsspule 12 nicht mehr
erregt wird und daher den Anker des Schalters i i nicht mehr anzieht.
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Im Leitungszug vom Erzeuger zu den Verbrauchern ist ein stromdurchflossener,
an einem Ende eingespannter Bimetallstreifen 14 angeordnet, der an seinem freien
Ende einen Kontakt 15 trägt. In einem gewissen Abstand hiervon ist ein weiterer,
und zwar feststehender Kontakt 16 angeordnet. Dieser feste Kontakt 16 steht mit
einer Anzapfung eines der Spannungsspule 8 vorgeschalteten Widerstandes 17 in Verbindung.
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Die Vorrichtung nach Abb. i arbeitet folgendermaßen: Gemäß dem Schaltschema
der Abb. i befindet sich die Anlage außer Betrieb. Wird der Erzeuger i angetrieben,
so schließt sich bei der einer bestimmten Drehzahl des Erzeugers entsprechenden
Einschaltspannung der selbttätige Schalter i i. wodurch die Batterie 9 und die Verbraucher
io an den Erzeuger i angeschlossen werden. Bei weiter zunehmender Drehzahl des Erzeugers
erreicht die Spannung den Wert, auf den geregelt werden soll. Die Spannungsspule
8 und der mit ihr in Reihe geschaltete Widerstand 17 sind so abgestimmt, daß unterhalb
dieser Regelspannung der Regler noch nicht betätigt wird. Wird dieser Wert überschritten,
so beginnt der Spannungsregler ,4 bis 8 seine Regeltätigkeit, indem er zunächst
den Schalter I entgegen der Wirkung der nicht näher dargestellten Rückführkraft
von dem Kontakt 5 abhebt. Hierdurch wird der Widerstand 3 mit der Erregerwicklung
2 in eine Reihe geschaltet, so daß der Erregerstrom abnimmt und die Spannung des
Erzeugers entsprechend sinkt. Damit läßt auch die magnetisch; Anziehungskraft des
Reglers nach, so daß die Rückführungskraft den Schalter .4 wieder gegen den Kontakt
5 legt. Der Widerstand 3 ist jetzt wieder kurzgeschlossen, so daß der Erregerstrom
wieder zunimmt und auch die Spannung des Erzeugers entsprechend ansteigt. Dieses
Spiel wiederholt sich in rascher Folge, wodurch die Spannung auf einen bestimmten
gleichbleibenden Wert geregelt wird.
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Bei der vorstehenden Erläuterung der Wirkungsweise ist angenommen,
daß es sich um eine
Anlage handelt, bei der die Spannungsregelung
in der sog. Unterlage des Reglers erfolgt, wobei der Schalter 4 nur mit dem Kontakt
5 zusammenwirkt. Hierbei genügt also zur Einhaltung der Regelspannung die durch
Vorschalten des Widerstandes 3 vor die Erregerwicklung 2 verursachte Schwächung
der Feldstärke. In Abhängigkeit von der Drehzahl, der Belastung und der Ausbildung
des Stromerzeugers kann aber zur Einhaltung der Regelspannung noch eine weitere
Schwächung der Feldstärke erforderlich sein. Für diese Fälle ist der Kontakt 6 vorgesehen,
über den bei Berührung mit dem Schalter .4 die Erregerwicklung2 kurzgeschlossen
wird. Bei Anlagen dieser Art arbeitet der Reglerschalter4 im wesentlichen nur mit
dem Kontakt 6 zusammen, d. h. in der sog. Oberlage, wobei die Unterlage zwischen
dem Schalter ,4 und dem Kontakt 5 im wesentlichen nur eine Übergangsstufe ist. Die
Regelung in der Oberlage, also zwischen dem Schalter 4 und dem Kontakt 6 erfolgt
im übrigen in grundsätzlich der gleichen Weise wie in der bereits beschriebenen
Unterlage.
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[)er von der Batterie 9 und den Verbrauchern io aufgenommene Strom
durchfließt den Bimetallstreifen 1.4 und erwärmt denselben, wobei sich ein freies
I?ttde gegen den festen Kontakt 16 zu bewegt. Die Anordnung und Ausbildung des Bimetallstreifens
kann so getroffen sein, daß er beim Erreichen eines betimmten Stromes, z. B. nach
überschreiten des für den Erzeuger höchstzulässigen Dauerstromes, die Kontakte 15,
16 miteinander in Berührung bringt. Dadurch wird ein Teil des Widerstandes 17 kurzgeschlossen,
so daß die Spule 8 stärker erregt wird und den Anker 7 schon bei einer geringeren
Spannung anzieht. Solange die Kontakte 15, 16 miteinander in Berührung stehen, wird
daher die Spannung auf einen niedrigeren Wert geregelt als vorher.
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Eine besonders vorteilhafte Wirkung ergibt sich, wenn mindestens einer
der Kontakte 15, 16 aus Kohle besteht. Vorzugsweise wird der feststehende Kontakt
16 als Kohlekontakt und der bewegliche Kontakt 15 wegen der leichteren Anbringungsmöglichkeit
am Bimetallstreifen als Metallkontakt ausgebildet. Der Kohlekontakt wirkt hier als
druckabhängiger Regelwiderstand, was sich folgendermaßen auswirkt: Sobald der Bimetallstreifen
die Kontakte 15, 16 miteinander in leichte Berührung bringt, ist der Übergangswiderstand
zwischen den Kontakten verhältnismäßig hoch, so daß nur ein geringer Anteil des
Widerstandes 17 überbrückt wird. Mit zunehmender Erwärmung drückt der Bimetallstreifen
14 die Kontakte 15, 16 stärker zusammen, wodurch der Übergangswiderstand entsprechend
verringert wird. Das hat zur Folge, daB ein weiterer Anteil des Widerstandes 17
überbrückt wird. Der Übergangswiderstand zwischen den Kontakten 15, 16 ändert sich
also in Abhängigkeit vom Berührungsdruck, und zwar derart, daß bei der anfänglichen
leichten Berührung der Kontakte der trltergangswiderstand hoch ist und mit zunehmendem
Kontaktdruck geringer wird. Es wird daher auch der angezapfte Anteil des Widerstandes
17 nicht auf einmal, sondern allmählich fortschreitend in Abhängigkeit von der Erwärmung
des Bimetallstreifens, also in Abhängigkeit von dem durch den Bimetallstreifen fließenden
Strom, überbrückt. Die Spule 8 wird daher bei ansteigendem Strom, der beispielsweise
durch weitere Zuschaltung von Verbrauchern verursacht wird, zunehmend stärker erregt,
so daß die Erzeugerspannung bei ansteigendem Strom auf einen zunehmend geringeren
Wert geregelt wird.
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Die Regelungsvorgänge bei Verwendung von Kohlekontakten 15 oder 16
seien an Hand der Abb. 3 der Zeichnung nochmals näher erläutert. In dem Koordinatensystem
dieser Abb.3 sind die Belastungsströme I auf der Abszisse und die Spannungen U des
Erzeugers auf der Ordinate aufgetragen. Verschiedene Belastungen sind durch die
Geraden A', N1 und N2 dargestellt, welche die Spannung als Funktion des Stromes
für jeweils einen bestimmten Widerstand der eingeschalteten Verbraucher angeben.
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Der Regler hält die Erzeugerspannung bestimmungsgemäß auf dem Wert
U",.". Der maximale Maschinenstrom I tritt bei einer der Geraden N entsprechenden
Belastung auf. Bis zu dieser Belastung hat der aus dem Bimetallstreifen 14 und den
Kontakten 15, 16 bestehende Stromregler noch nicht angesprochen.
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Sobald die Belastung über den Wert N hinaus, beispielsweise auf den
Wert N1, ansteigt, wird der Bimetallstreifen 14 derart erwärmt, daß er die Kontakte
15, 16 in leichte Berührung miteinander bringt. Da bei dieser leichten Berührung
der Kontakte ein hoher Übergangswiderstand zwischen denselben wirksam ist, wird
zunächst nur ein geringer Anteil des Widerstandes 17 überbrückt, so daß der Regler
4 bis 8 die Spannung auf einem etwas niedrigeren Wert als U".ax, nämlich auf dem
Wert U1 hält. Dadurch wird erreicht, daß der Strom annähernd auf dem Wert 1.a.,
bleibt. Ohne diese stromabhängige Regelung würde die Spannung den Wert U.Qx behalten
und der Strom auf den Wert Il ansteigen, wodurch der Erzeuger bereits in unzulässiger
Weise belastet werden würde.
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Bei einem weiteren Belastungsanstieg, beispielsweise auf den Wert
N2, wird der Bimetallstreifen 14 weiter erwärmt, so daß die Kontakte 15, 16 entsprechend
stärker zusammengedrückt werden. Entsprechend dem Berührungsdruck sinkt der übergangswiderstand
zwischen den Kontakten 15, 16, so daß ein weiterer Anteil des Widerstandes 17 überbrückt
wird. Der Spannungsregler ,4 bis 8 spricht daher schon bei einem niedrigeren Wert
an und hält die Spannung auf dem Wert U. Dadurch wird der Strom wieder annähernd
auf dem Wert l,"o,_ gehalten, während er bei gleichbleibender Spannung U.ox auf
den für die Anlage unzulässigen Wert l2 ansteigen würde.
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Ist der Berührungsdruck zwischen den Kontakten 15, 16 so hoch, daß
eine weitere Verminderung des Übergangswiderstandes nicht mehr möglich ist, so hört
die stromabhängige Regelung der Spannung auf, d. h. die- Spannung behält den letzten
unteren
Wert, während die Stromstärke bei weiterer Erhöhung der Belastung ansteigt. Dieser
Fall liegt jedoch außerhalb der Betriebsbedingungen der Anlage.
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Bei der Ausführung nach Abb. 2 sind die mit der Abb. i übereinstimmenden
Teile mit den gleichen Bezugzeichen versehen. Der Unterschied zwischen den beiden
Ausführungen besteht darin, daß an Stelle des Widerstandes 17 der Abb. i bei der
Vorrichtung nach Abb.2 eine parallel zum Hauptstromkreis geschaltete Steuerspule
18 vorgesehen ist, die als zusätzliche Magnetwirkung des Spannungsreglers angeordnet
und deren eines Ende mit dem festen Kontakt 16 verbunden ist.
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Die Spule i8. wird in Abhängigkeit von dein Berührungsdruck bzw. dem
Übergangswiderstand zwischen den Kontakten 15, 16 mehr oder weniger erregt, wodurch
die Wirkung der Spule 8 auf den Anker 7 entsprechend erhöht wird. Dadurch wird die
gleiche Wirkung erzielt wie bei der Vorrichtung nach Abb. i. Der Regler 4 bis 8
spricht nämlich, je nach der Erregung der Spule 18, bei einer entsprechend geringeren
Spannung an, so daß die Spannung auf einen tieferen Wert geregelt und die Stromstärke
annähernd auf dem Wert Jmax gehalten wird.
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Die stromabhängige Verstärkung der Anzugskraft des Reglers kann natürlich
auch mittels einer anderen Einrichtung erfolgen. Beispielsweise könnte der Thermostat
14 einen Schieberwiderstand steuern.