Anordnung zur Erzeugung von Gleichstrom in Windkraftanlagen Das Patent
918 400 betrifft eine Anordnung zur Erzeugung von Gleichstrom konstanter Spannung
hei allen zur Ausbeute der anfallenden Windenergie sich einstellenden Drehzahlen
eines Windmotors. Es wird dort eine Gleichstrommaschine in Stromschaltung verwendet,
die mit einem Strom erregt wird, der sich etwa mit der dritten Potenz der Drehzahl
des Windmotors ändert. Dieser Strom wird als Wechselstrom veränderlicher Frequenz
über Schleifringe dem Anker der Gleichstrommaschine entnommen und über einen Schwingungskreis
und Gleichrichter der Erregerwicklung zugeführt. Die vorliegende Erfindung stellt
eine Weiterentwicklung des Erfindungsgedankens dar mit dem Ziel, die vom Windmotor
angetriebene Gleichstrommaschine durch eine Wechselstrommaschine zu ersetzen. Diese
wird mit kleinem Luftspalt und kleinem KurzschluBverhältnis ausgeführt und liefert
ihren Strom über eine Gleichrichberanordnung in ein vorhandenes Gleichstromnetz
oder eine Batterie. Die Maschine wird von einer Gleichstromerregermaschine in Stromschaltung,
z. B. in Krämerschaltung, erregt, die ihrerseits mit einem Strom erregt wird, der
sich mit der dritten Potenz der Drehzahl des Windmotors ändert. Wegen ihres kleinen
KurzschluBverhältnisses liefert danm auch
die Wechselstrommaschine
im Ständer einen mit dem Läufererregerstrom im wesentlichen verhältnisgleichen Strom,
der gleichgerichtet wird. Die Spannung an den Generatorklemmen wird durch die Spannung
des Gleichstromnetzes bzw. der Batterie bestimmt. Parallel zu den Klemmen des Generators
liegt der Schwingungskreis, der den etwa kubischen Strom an; die Erregerwicklung
der Erregermaschine liefert.Arrangement for generating direct current in wind turbines The patent
918 400 relates to an arrangement for generating constant voltage direct current
in other words, all the rotational speeds that are required for the yield of the wind energy produced
of a wind engine. A DC machine is used there in a current circuit,
which is excited with a current that is approximately the third power of the speed
of the wind engine changes. This current is called alternating current of variable frequency
Taken from the DC machine armature via slip rings and via an oscillating circuit
and rectifier supplied to the field winding. The present invention provides
a further development of the inventive concept with the aim of developing that of the wind engine
to replace the driven DC machine with an AC machine. These
is designed and supplied with a small air gap and small short circuit ratio
their current into an existing direct current network via a rectifier arrangement
or a battery. The machine is powered by a DC exciter in power circuit,
z. B. in Krämerschaltung, excited, which in turn is excited with a current that
changes with the third power of the speed of the wind motor. Because of her little one
Short circuit ratio then also delivers
the alternator
in the stator a current that is essentially proportional to the rotor excitation current,
who will be rectified. The voltage at the generator terminals is determined by the voltage
of the direct current network or the battery. In parallel with the terminals of the generator
is the oscillation circuit that generates the roughly cubic current; the excitation winding
the exciter delivers.
Ein Ausführungsbeispiel läßt den Erfindungsgedanken noch besser erkennen.
In der Zeichnung bezeichnet i den Windmotor, der mit einem Wechselstromerzeuger
2 unmittelbar gekuppelt ist. Diese Maschine ist mit kleinem Kurzschlußverhältnis
und kleinem Luftspalt ausgeführt, so daß der Erregerstrombelag klein ist gegenüber
dem Laststrombelag. Die Maschine ist daher in der Lage, jede beliebige Spannung
zu entwickeln, ohne daß sich im Verhältnis Ständer- zu Läuferstrombelag etwas Wesentliches
ändert. Der Wechselstromerzeuger 2 wird durch die Erregermaschine 3 erregt, die
in Krämerschaltung arbeitet. 4 ist die Nebenschlußerregerwicklung, die den größten
Teil des Erregerbedarfs aufbringt. 5 ist die Fremderregerwicklung und 6 die Gegen:reihenschlußerregerwicklung.
Der Ständerstrom des Wechselstromerzeugers 2 wird durch die Gleichrichteranordnung
7 gleichgerichtet und fließt als Gleichstrom teils in die Batterie 8, teils unmittelbar
in das Gleichstromnetz g. io ist ein. Gleichstrommotor zum Antrieb der Erregermaschine
3. Die Fremderregerwicklung 5 wird über die Gleichrichteranordnung i i und einen
Schwingungskreis, bestehend aus Kondensator 12 und Drosselspule 13, von der Klemmenspannung
des Wechselstromerzeugers 2 gespeist. Die Anordnung arbeitet folgendermaßen: Unter
dem Einfiuß der Batteriespannung läuft der Gleichstrommotor io an. Infolgedessen:
kommt auch die Erregermaschine 3 auf Spannung und erregt ihrerseits den Wechselstromerzeuger
so weit, bis er die Gegenspannung der Batterie 8 überwindet. Der Schwingungskreis
12-13 liefert einen der Drehzahl des Windmotors i etwa kubisch verhältnisgleichen
Strom an die Fremderregerwicklung 5. Infolgedessen wird der Erregerstrom des Wechselstromerzeugers
2 so lange anwachsen, bis der gleichgerichtete Generatorstrom in der Gegenreihenschlußerregerwicklung
6 die Amperewindungen der Fremderregerwicklung 5 aufhebt. Es wird also wieder wie
beim Hauptpatent jeder Drehzahl des Windmotors i ein Sollwert des Stromes zugeordnet,
auf den sich der Wechselstromerzeuger 2 selbsttätig einregelt. Der Wechselstromerzeuger
wird dabei stets die von der Batterie 8 bestimmte Spannung annehmen.An embodiment allows the idea of the invention to be recognized even better.
In the drawing, i denotes the wind motor, the one with an alternator
2 is directly coupled. This machine is with small short circuit ratio
and a small air gap, so that the excitation current is small compared to
the load current level. The machine is therefore able to handle any voltage
to develop without anything essential in relation to the stator to rotor current coating
changes. The alternator 2 is excited by the exciter 3, the
works in shopkeeping. 4 is the shunt excitation winding, which is the largest
Raises part of the pathogen requirement. 5 is the external excitation winding and 6 is the opposite: series excitation winding.
The stator current of the alternator 2 is through the rectifier arrangement
7 rectified and flows as direct current partly into the battery 8, partly directly
into the direct current network g. io is a. DC motor to drive the exciter
3. The external excitation winding 5 is via the rectifier arrangement i i and a
Oscillating circuit, consisting of capacitor 12 and inductor 13, from the terminal voltage
of the alternator 2 fed. The arrangement works as follows: Under
When the battery voltage is in fl uenced, the DC motor starts up. Consequently:
If the exciter machine 3 is also energized and in turn excites the alternator
until it overcomes the counter voltage of the battery 8. The oscillation circuit
12-13 supplies one of the speed of the wind motor i approximately cubically proportional
Current to the external excitation winding 5. As a result, the excitation current of the alternator
2 grow until the rectified generator current in the opposing series excitation winding
6 cancels the ampere turns of the external excitation winding 5. So it will be like again
In the main patent, each speed of the wind motor i is assigned a nominal value of the current,
to which the alternator 2 automatically adjusts itself. The alternator
will always assume the voltage determined by the battery 8.
Die Spannung an der Batterie 8 schwankt natürlich mit dem Ladezustand.
Man kann die Netzspannung in üblicher Weise durch Doppelzellenschalter konstant
halten, dies kann aber auch durch Zusatzmaschinen erfolgen, wie in der Zeichnung
dargestellt ist. 14 ist eine solche Zusatzmaschine, die in Reihe zur Batterie 8
liegt und den Unterschied der Spannung zwischen der Batterie 8 und dem Gleichstromnetz
aufnimmt. Sie besitzt eine Nebenschlußerregerwicklung 15, die den größten Teil der
Erregung liefert, und eine Zusatzerregerwicklung 16. Diese wird in Differenzschaltung
von der konstant zu haltenden, Netzspannung als Istwert und der Spannung der Maschine
17 als Sollwert gespeist. Die Maschine 17 liefert eine nahezu konstante Spannung.
Ist die Batteriespannung größer als dem Sollwert der Netzspannung entspricht, dann
überwiegt die Spannung des Gleichstromnetzes 9 die Spannung der Maschine 17, und
die Zusatzmaschine 14 wird über die Zusatzerregerwicklung 16 in einem solchen Sinne
erregt, daß ihre Spannung der Batteriespannung entgegenwirkt. Liegt die Netzspannung
unter dem Sollwert, dann wirkt die Spannung der Zusatzmaschine 14 in gleichem Sinne
wie die Spannung der Batterie B. Durch die Spannung der Maschine 17 ist demnach
die Netzspannung bestimmt und kann leicht durch einen Nebenschlußregler 18 bei Bedarf
nachgeregelt werden. Da in der Zusatzerregerwicklung 16 nur eine kleine Leistung
auftritt, wird auch die Leistung der Maschine 17 nicht groß. Alle Maschinen 3, 14
und 17 können gemeinsam vom Gleichstrommotor io angetrieben werden.The voltage across the battery 8 naturally fluctuates with the state of charge.
The mains voltage can be kept constant in the usual way by means of double cell switches
hold, but this can also be done by additional machines, as in the drawing
is shown. 14 is one such auxiliary machine that is in series with battery 8
and the difference in voltage between the battery 8 and the direct current network
records. It has a shunt excitation winding 15 that covers most of the
Excitation supplies, and an additional excitation winding 16. This is in differential circuit
of the line voltage to be kept constant as the actual value and the voltage of the machine
17 fed as setpoint. The machine 17 supplies an almost constant voltage.
If the battery voltage is greater than the nominal value of the mains voltage, then
the voltage of the direct current network 9 outweighs the voltage of the machine 17, and
the additional machine 14 is via the additional field winding 16 in such a sense
excited that their voltage counteracts the battery voltage. Is the mains voltage
below the nominal value, then the voltage of the additional machine 14 acts in the same way
like the voltage of the battery B. By the voltage of the machine 17 is accordingly
the mains voltage is determined and can be easily adjusted by a shunt regulator 18 if necessary
be readjusted. Since in the additional field winding 16 only a small amount of power
occurs, the performance of the engine 17 does not become great either. All machines 3, 14
and 17 can be jointly driven by the DC motor io.
Eine Anordnung nach der beschriebenen Art ermöglicht es, alle an eine
Windkraftanlage zu stellenden Forderungen mit normalen Maschinen und Geräten und
ohne Regler zu erfüllen. Es ist ein besonderer Vorteil, daß die vom Windmotor unmittelbar
angetriebene Maschine keinen Stromwender, sondern lediglich Schleifringe aufweist,
was die Bedienung ungemein. erleichtert. Als Wechselstromerzeuger können im Ständer
oder im Läufer mit Gleichstrom erregte Asynchronmaschinen. normaler Bauart verwendet
werden, die von Hause aus schon das kleine Kurzschlußverhältnis mitbringen. Auch
die Schleifringe können wegfallen, wenn man zwei Maschinen in Kaskade schaltet und
als Erregerwicklung die Ständerwicklung der zweiten Maschine verwendet.An arrangement of the type described makes it possible to all of them to one
Wind power plant to make demands with normal machines and devices and
without having to meet regulator. It is a particular advantage that the wind engine directly
driven machine does not have a commutator, but only slip rings,
what the service immensely. relieved. As an alternator can be in the stand
or asynchronous machines excited by direct current in the rotor. normal design used
who already have the small short-circuit ratio from home. Even
the slip rings can be omitted if you connect two machines in cascade and
the stator winding of the second machine is used as the excitation winding.