DE922246C - Smallest wind power plant with an alternator that works via a rectifier on a battery - Google Patents

Smallest wind power plant with an alternator that works via a rectifier on a battery

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DE922246C
DE922246C DES13079D DES0013079D DE922246C DE 922246 C DE922246 C DE 922246C DE S13079 D DES13079 D DE S13079D DE S0013079 D DES0013079 D DE S0013079D DE 922246 C DE922246 C DE 922246C
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Walter Dipl-Ing Zycha
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807Rotary generators
    • H02K7/1823Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines
    • H02K7/183Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines wherein the turbine is a wind turbine
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description

Windkraftanlage kleinster Leistung mit einem Wechselstromerzeuger, der über einen Gleichrichter auf eine Batterie arbeitet Bei Windkraftanlagen kleinster Leistung (Größenordnung etwa bis Ioo W) ist es üblich, zur Stromerzeugung einen Wechselstromerzeuger zu benutzen, dessen Strom vorzugsweise über Trockengleichrichter einer Speicherbatterie zugeleitet wird. Hierdurch werden Stromwender, Schleifkohlen oder sonstige der Abnutzung unterworfene bzw. der Wartung bedürftige Teile vermieden. Des weiteren fällt aber auch der sonst bei Gleichstromanlagen erforderliche Rückstromschalter fort, was noch wesentlicher ist, da der Eigenstromverbrauch der Anlage gesenkt werden kann, zumal es sich bei denselben um solche von wenigen Watt Leistung handelt. Ferner wird durch diese Ersparnis eine Preisabsenkungerzielt. Trockengleichrichter, sowohl Kupferoxydul- als auch Selengleichriehter, haben bekanntlich den Nachteil, daß sie während der Zeit ihrer Nichtbenutzung einen dauernden kleinen Rückstrom, den sogenannten Sperrstrom, durchlassen. Selengleichrichter sind darüber hinaus mit der Eigenschaft behaftet, daß sie bei einer dauernden Beanspruchung nur in einer Richtung mit der Zeit ihre Gleichrichterwirkung verlieren, wodurch die Gefahr eines größeren Rückstromes auftritt.Smallest capacity wind turbine with an alternator, which works via a rectifier on a battery. Smallest wind turbines Power (order of magnitude up to Ioo W) it is common to generate electricity To use alternating current generator, whose current is preferably via dry rectifier is fed to a storage battery. This turns commutators, carbon brushes or other parts subject to wear and tear or requiring maintenance are avoided. Furthermore, the reverse current switch, which is otherwise required in DC systems, is also eliminated continues, which is even more important as the system's own electricity consumption is reduced can, especially since the same are those of a few watts of power. Further a price reduction is achieved through this saving. Dry rectifier, both Copper oxide and selenium aligners are known to have the disadvantage that they a continuous small reverse current, the so-called Reverse current, let through. Selenium rectifiers are also featured with the property afflicted by the fact that they are only in one direction with the Time to lose their rectifying effect, which creates the risk of a larger reverse current occurs.

Um diese übelstände zu vermeiden ist nach der Erfindung ein auf der Gleichstromseite des Gleichrichters gelegener Schalter vorgesehen, der den Gleichrichtersatz zu Beginn des Anlaufs des Windmotors ein- bzw. nach dessen Stillsetzen ausschaltet. Hierdurch wird erreicht, daß auch bei langen Betriebspausen kein Entladestrom von der Batterie über den Gleichrichtersatz fließt. Der nach der Erfindung vorgesehene Schalter kann ein in Abhängigkeit von der Fliehkraft gesteuerter oder aber auch ein elektromagnetisch gesteuerter Schalter sein. Eine größere Genauigkeit wird in vorliegendem Fall nicht gefordert, da der Schalter praktisch stromlos schaltet. Er kann daher einfach ausgebildet sein, denn es wird an ihn lediglich die Bedingung gestellt, daß er bei möglichst kleiner Drehzahl des Windmotors zuschaltet und bei noch geringerer Drehzahl ausschaltet. Für den Fall, daß der Wechselstromerzeuger nicht durch einen Dauermagneten erregt ist, sondern durch die Batterie, kann dieser Schalter zweckmäßig zusätzlich dazu benutzt werden, um den Erregerstromkreis des Generators beim Stillsetzen mit zu unterbrechen. Hierfür ist es nur erforderlich, den Schalter hinter den Anschluß der Erregerwicklung zu legen. Auch in diesem Fall der doppelten Ausnutzung des Schalters hat dieser keine wesentlichen Ströme zu bewältigen, denn der Erregerstrom des Generators ist ebenfalls niedrig und stellt daher keine wesentliche Belastung dar, zumal ohnedies parallel zur Erregerwicklung der Maschine der Gleichrichter liegt, der bei Unterbrechung des Erregerstromes die magnetische Energie ableitet und so einer induktiven Überspannung vorbeugt.To avoid these evils is according to the invention on the DC side of the rectifier located switch provided that the rectifier set switches on at the beginning of the start of the wind motor or switches off after it has been stopped. This ensures that also with long breaks in operation no Discharge current flows from the battery through the rectifier set. The one according to the invention provided switch can be a controlled or dependent on the centrifugal force but also be an electromagnetically controlled switch. Greater accuracy is not required in the present case, since the switch practically switches off. It can therefore be designed simply because it is merely the condition for it placed that it switches on at the lowest possible speed of the wind motor and at switches off at an even lower speed. In the event that the alternator is not excited by a permanent magnet, but by the battery, it can Switches can be used in addition to the excitation circuit of the To interrupt the generator when it comes to a standstill. For this it is only necessary to put the switch behind the connection of the excitation winding. In this case, too the double utilization of the switch does not have to cope with any significant currents, because the excitation current of the generator is also low and therefore does not provide any significant load, especially since parallel to the excitation winding of the machine the rectifier is located, the magnetic when the excitation current is interrupted Dissipates energy and thus prevents inductive overvoltage.

Zweckmäßig ist der zu verwendende Schalter so ausgebildet, daß weder im ein- noch im ausgeschalteten Zustand eine Reibungskraft auftritt. Diesem Gesichtspunkt ist Beachtung beizumessen, da einerseits Energieverluste und Abnutzung, andererseits eine Erschwerung des Anlaufs eintreten würden. Beide Erscheinungen sind aber bei Windkraftanlagen höchst unerwünscht.Appropriately, the switch to be used is designed so that neither a frictional force occurs when switched on or switched off. That point of view Attention must be paid because on the one hand energy losses and wear and tear, on the other hand the start-up would be more difficult. Both phenomena are at Wind turbines highly undesirable.

Verwendet man einen in Abhängigkeit von der Fliehkraft gesteuerten Schalter, so könnte dieser z. B. als Schrittschaltwerk ausgebildet sein, das beim Austreten des Fliehgewichtes durch einen kurzen` Schlag ein- oder ausgeschaltet wird. Verwendung finden können ferner alle elektromagnetisch gesteuerten Schalter. Eine besondere Lösung läßt sich jedoch erreichen, wenn ein Stromerzeuger Anwendung findet, der durch einen Dauermagneten erregt ist. Diese Maschinen enthalten meist im Feldkreis ausgeprägte Magneten, und ebenso weisen vielfach die Anker ausgeprägte Pole auf, z. B. einen Doppel-T-Anker. Auf Grund dieser konstruktiven Eigenheit des Aufbauens der Maschine kann das Zu- und Abschalten der Batterie mit einem einfachen Schalter besonders vorteilhaft erzielt werden. Bei den vorgeschilderten Stromerzeugern bleibt nämlich das Polrad immer unter dem Ankerpolrad stehen, wenn die Anlage stillgesetzt wird, weil in dieser Stellung der geringste magnetische Widerstand vorhanden, daher die Anziehungskräfte am größten sind, weshalb diese Stellung einen ausgesprochenen Hakpunkt darstellt. Dieser Umstand kann für die Schalterbetätigung vorteilhaft ausgenutzt werden.If you use one that is controlled depending on the centrifugal force Switch, this could e.g. B. be designed as a stepping mechanism, the Leaving the flyweight switched on or off with a short blow will. All electromagnetically controlled switches can also be used. However, a special solution can be achieved when using a power generator finds that is excited by a permanent magnet. These machines mostly contain In the field circle pronounced magnets, and also often the armatures have pronounced Pole on, e.g. B. a double-T anchor. Due to this constructive peculiarity of the Setting up the machine can turn the battery on and off with a simple one Switch can be achieved particularly advantageously. At the aforementioned power generators namely, the pole wheel always remains under the armature pole wheel when the system is shut down is because in this position there is the lowest magnetic resistance, therefore the forces of attraction are greatest, which is why this position is a definite one Represents hook point. This fact can be used to advantage for operating the switch will.

In der Zeichnung ist der mit dem Windrad I verbundene Dauermagnetkranz mit 2 bezeichnet. Diesem steht der Ankerpolkranz 3 gegenüber. Im Ruhezustand wird der Magnetkranz infolge der magnetischen Zugkräfte immer in der gleichen Lage gehalten. Seitlich von dem Magnetkranz ist der Anker 4. des Schalters angeordnet, der in der Achse 5 drehbar gelagert ist. Die Feder 6 versucht, den Anker vom Magnetkranz abzuziehen. Das Kontaktpaar 7 liegt im Zuge der Ladeleitung der Batterie und wird unter dem Einfluß der magnetischen Kräfte des Stromerzeugers im Ruhezustand offengehalten, denn bei Stillstand des Windrades steht dem Anker 4. des Windrades auf jeden Fall ein Pol des Magnetkranzes 2 gegenüber, der den Schalteranker anzieht und damit die Batterie vom Gleichrichter trennt. Beginnt der Anker sich zu drehen, dann bewegt sich der Magnet weg, sein Einfluß wird geringer, und die Feder 6 zieht den Schalteranker 4. zurück, wodurch die Batterie eingeschaltet wird. Es kann nun zu Beginn des mit niederer Drehzahl erfolgenden Anlaufs noch vorkommen, daß der nächste am Schalteranker vorbeiziehende Ankerpol diesen wieder anzieht und damit den Schalter wieder öffnet. Dieser Zustand des Pendelns des Schalters wird aber schnell aufgehoben, denn sobald die Drehzahl eine gewisse Größe überschritten hat, wird die Zeit, während der der Magnet vor dem Schalteranker 4. vorbeiwandert, nicht mehr ausreichen, um dessen Masse zu beschleunigen und den Anker anzuziehen. Der Mittelwert der Zugkraft des Ankers ist inzwischen so gering geworden, daß die Federkraft nicht mehr überwunden wird, weshalb der Schalter geschlossen bleibt.The permanent magnet ring connected to the wind turbine I is shown in the drawing denoted by 2. The armature pole rim 3 faces this. When idle, will the magnetic ring is always kept in the same position due to the magnetic tensile forces. The armature 4. of the switch is arranged to the side of the magnetic ring, which is in the Axis 5 is rotatably mounted. The spring 6 tries to pull the armature off the magnetic ring. The pair of contacts 7 is in the course of the charging line of the battery and is under the Influence of the magnetic forces of the generator kept open in the idle state, because when the windmill comes to a standstill, the anchor 4. of the windmill is in any case a pole of the magnetic ring 2 opposite, which attracts the armature and thus the Battery disconnects from rectifier. When the anchor begins to rotate, it moves the magnet moves away, its influence is less, and the spring 6 pulls the armature of the switch 4. back, which turns on the battery. It can now be used at the beginning of the with If the start-up takes place at a lower speed, the next one at the switch armature passing armature pole attracts it again and thus opens the switch again. This state of swinging the switch is quickly canceled, because as soon as the speed has exceeded a certain size, the time during which the Magnet in front of the switch armature 4. wanders past, no longer sufficient for its To accelerate mass and to tighten the anchor. The mean value of the tensile force of the Ankers has meanwhile become so small that the spring force can no longer be overcome becomes, which is why the switch remains closed.

Das Arbeiten des Schalters kann fernerhin verbessert werden, wenn man dessen Anker q. aus einem magnetisch etwas harten Werkstoff herstellt. Dann wird zunächst nur jeder zweite Pol des Generatorankers anziehend wirken, wodurch der Mittelwert der Zugkraft bei der Ankerdrehung weiter herabgesetzt wird. Indes wird bei Stillstand, wenn zufällig sich gleichnamige Pole gegenüberstehen sollten, Ummagnetisierung und damit Anziehung erfolgen, da der Schalteranker ¢ ja nur geringe magnetische Härte haben soll. Er wird daher bei großer Drehzahl infolge der Hysteresis praktisch unmagnetisch sein.The operation of the switch can also be improved if one whose anchor q. made of a magnetically somewhat hard material. then initially only every second pole of the generator armature will have an attractive effect, as a result of which the mean value of the tensile force during armature rotation is further reduced. However is at a standstill, if by chance poles of the same name should face each other, Magnetization reversal and thus attraction take place, since the switch armature ¢ yes only slight should have magnetic hardness. It is therefore at high speed due to the hysteresis be practically non-magnetic.

Eine Windkraftanlage, die nach der Lehre der Erfindung ausgebildet ist, zeichnet sich bei größter Einfachheit und höchster Betriebssicherheit durch niederen Herstellungspreis aus.A wind turbine designed according to the teaching of the invention is characterized by the greatest simplicity and maximum operational reliability lower manufacturing price.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE: i. Windkraftanlage kleinster Leistung mit einem Wechselstromerzeuger, der über Gleichrichter auf eine Batterie arbeitet, gekennzeichnet durch einen auf der Gleichstromseite des Gleichrichters gelegenen Schalter, durch den der Gleichrichter zu Beginn des Anlaufs des Windmotors ein- bzw: nach dessen Stillsetzen ausgeschaltet wird. PATENT CLAIMS: i. Smallest capacity wind turbine with an alternator, which works on a battery via rectifier, indicated by an on switch located on the DC side of the rectifier, through which the rectifier On at the beginning of the start of the wind motor or: off after it has stopped will. 2. Windkraftanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines aus einer Batterie erregten Wechselstromerzeugers durch den Schalter zusätzlich der Feldstromkreis des Stromerzeugers ein- und ausgeschaltet wird. 2. Wind power plant according to claim i, characterized in that when used an alternator excited from a battery through the Switches the field circuit of the generator on and off will. 3. Windkraftanlage nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter auf der Gleichstromseite des Gleichrichters ein in Abhängigkeit von der Fliehkraft wirksamer Schalter, z. B. ein durch ein Fliehgewicht betätigtes Schrittschaltwerk, vorgesehen ist. 3. Wind power plant according to claim I and 2, characterized in that as Switch on the DC side of the rectifier on depending on the Centrifugal force effective switch, z. B. a stepping mechanism operated by a flyweight, is provided. 4. Windkraftanlage nach Anspruch I, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Stromerzeugern mit Dauermagneterregung und einem Anker mit ausgeprägten Polen der Schalteranker unter dem magnetischen Einfluß des Polankers des Stromerzeugers steht, der bei Stillstand den Schalteranker entgegen der Kraft einer Feder angezogen und damit die Schaltkontakte geöffnet hält.4. Wind power plant according to claim I, 2 and 4, characterized in that that when using power generators with permanent magnet excitation and an armature with pronounced poles of the switch armature under the magnetic influence of the pole armature of the power generator is standing, which at standstill the switch armature against the force tightened by a spring and thus keeps the switching contacts open.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4437972A1 (en) * 1994-10-24 1996-04-25 Siemens Ag Permanent magnet excited wind power generator

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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