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Ladeeinrichtung für Akkumulatorenbatterien Es ist eine Ladeeinrichtung
für Akkumulatorenbatterien bekannt mit einem Drehstromgenerator, der über einen
Gleichrichter (Ladegleichrichter) auf die Batterie arbeitet, wobei eine Erregerwicklung
des Generators über einen besonderen Gleichrichter (Erregergleichrichter) an den
Generator unter Verwendung einer zwischen den Generator und den Erregergleichrichter
geschalteten Drossel angeschlossen ist, für welche eine Gleichstromvormagnetisierung
vorgesehen ist. Dabei hat die gesteuerte Drossel die Aufgabe, die Spannung hinter
dem Gleichrichter unabhängig von starken Schwankungen der Belastung und der Drehgeschwindigkeit
des Generators konstant zu halten. Zu diesem Zweck dient eine Vormagnetisierungswicklung,
die über einen Kohlesäulenregler parallel zu der Batterie geschaltet ist. Dieser
Regler wird durch einen ebenfalls parallel zur Batterie geschalteten Elektromagneten
in der Weise beeinflußt, daß bei zunehmender Batteriespannung der Widerstand des
Reglers steigt und damit die Vormagnetisierung der Drossel zurückgeht, so daß die
Erregung des Generators vermindert und dadurch dem Steigen der Batteriespannung
entgegengewirkt wird. Eine zusätzliche, parallel zur Batterie geschaltete Wicklung
wirkt der eigentlichen Vormagnetisierungswicklung entgegen, womit bezweckt wird,
daß man mit kleineren Abmessungen des Kohlesäulenreglers auskommt.
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Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, bei einer Ladeeinrichtung
für Akkumulatorenbatterien dann, wenn die Batterie entsprechend ihrer Kapazität
aufgeladen ist, den Ladestrom selbsttätig ohne Verwendung elektromechanischer Regelglieder
zum Verschwinden zu bringen. Zu diesem Zweck geht die Erfindung von einer Ladeeinrichtung
für Akkumulatorenbatterien aus mit einem Wechsel- oder Drehstromgenerator
konstanter
Selbsterregung und veränderlicher Frequenz, der über einen Gleichrichter (Ladegleichrichter)
auf die Batterie arbeitet, wobei eine Erregerwicklung des Generators über einen
besonderen Gleichrichter (Erregergleichrichter) an den Generator unter Verwendung
einer zwischen den Generator und den Erregergleichrichter geschalteten Drossel angeschlossen
ist, für welche eine Gleichstromvorinagnetisierung vorgesehen ist, die durch zwei
in entgegengesetztem Sinne wirkende Wicklungen erzeugt wird, von denen die eine
von einem der Batteriespannung proportionalen Strom durchflossen wird. Die Erfindung
besteht darin, daß zu dem genannten Zweck die andere Gleichstromvormagnetisierungswicklung
von einem konstanten Strom durchflossen wird und daß die Drossel und ihre Wicklungen
für die Gleichstromvormagnetisierung so bemessen sind, daß beim Erreichen einer
vorbestimmten Batteriespannung der Erregerstrom des Generators ohne Anwendung eines
elektromechanischen Regelgliedes so weit verringert wird, daß praktisch kein Ladestrom
(das ist der ausschließlich zur Ladung dienende Strom und nicht zugleich auch der
zur Aufrechterhaltung der Batteriespannung notwendige Unterhaltsstrom) mehr fließt.
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Bekannt ist ferner eine Schaltungsanordnung für die selbsttätige Daueraufladung
von Sammlerbatterien für die Speisung von Fernsprech- und Fernineldeanlagen, bei
der die Spannung der Arbeitsbatterien zwischen einem Höchstwert und einem niedrigsten
Wert mittels einer Drossel geregelt werden, die durch eine einzige, vom Batterieladestrom
durchflossene Wicklung vormagnetisiert wird. Es handelt sich also um eine grundsätzlich
andere Schaltung als wie sie gemäß der Erfindung angewendet wird. Mit dieser bekannten
Anordnung wird auch nicht der Zweck erreicht, nach Aufladung der Batterie entsprechend
ihrer vollen Kapazität den Ladevorgang zum Abschluß zu bringen; vielmehr erfolgt
ein fortgesetztes Auf- und Abschaukeln der Spannung zwischen den beiden Grenzwerten.
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Weiterhin sind Regelschaltungen für Stromversorgungsanlagen bekannt,
die eine differential vormagnetisierte Drossel aufweisen. Diese haben aber keine
von einem konstanten Strom durchflossene Vormagnetisierungswicklung, und die Drossel
ist mit den V ormagnetisierungswicklungen nicht in der Weise abgestimmt, wie es
beim Erfindungsgegenstand der Fall ist. Es liegt diesen Schaltungen auch ein ganz
anderes Problem zugrunde als der Erfindung, da mit den bekannten Schaltungen die
Generatorspannung bei allen Belastungsfällen konstant gehalten werden soll, während
es sich bei der Erfindung nicht darum handelt, eine Spannung konstant zu halten,
sondern der Anstieg der Batteriespannung gegen Ende des Ladevorganges sogar für
den Zweck der Erfindung ausgenutzt wird.
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Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert.
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Mit i ist ein Drehstromerzeuger bezeichnet, der auf einen Gleichrichter
2 arbeitet. Dieser besteht aus sechs nicht dargestellten Einzelgleichrichtern, die
in der bekannten Grätz-Schaltung angeordnet sind. Von dem Gleichrichter 2 geht ein
Gleichstromkreis 3 aus, der sich im Punkt -. in zwei Leitungen verzweigt, von denen
die eine zu der zu speisenden Akkumulatorenbatterie 5 und die andere zu dem Stromverbraucher6,
z. B. einer Beleuchtungsanlage. führt. Die beiden Leitungen vereinigen sich wieder
im Punkt 7. Zur Erregung des Stromerzeugers i dient in erster Linie eine Erregerwicklung
g, die von einem zweiten an den Stromerzeuger i angeschlossenen Gleichrichter 9
(Erregergleichrichter) gespeist wird. Eine zweite Erregerwicklung io des Stromerzeugers
i befindet sich in dein Gleichstromkreis 3 vor dem Abzweigpunkt .I. Eine dritte
Erregerwicklung i i ist hinter diesem Punkt in die Zuleitung zu dem Stromverbraucher
6 geschaltet.
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In die drei drehstromseitigen Anschlußleitungen des Gleichrichters
9 sind Drosselspulen 12 eingefügt. Der Einfachheit halber ist nur eine dieser Spulen
dargestellt. Jede der Spulen 12 sitzt auf einem Magnetkern, der durch zwei Gleichstromspulen
i3, 14 vormagnetisiert ist. Diese beiden Spulen 13, 14 sind parallel zu der Batterie
5 geschaltet, und zwar so, daß die von ihnen erzeugten Magnetfelder einander entgegengericbtet
sind. Der Strom der Wicklung 13 ändert sich proportional mit der Batteriespannung.
In die Zuleitung zu der Wicklung 14 hingegen ist ein Eisenwasserstoffwiderstand
15 geschaltet, der den durch diese Spule fließenden Strom unabhängig von den Schwankungen
der Batteriespannung in bekannter Weise innerhalb gewisser Grenzen konstant hält.
Die Windungszahlen der beiden Windungen 13, 14 sind so aufeinander abgestimmt, daß
bei geladener Batterie, wenn also die hatteriespannung am höchsten ist und der durch
die Spule 13 fließende Strom seinen größten Wert hat, die von ihnen erzeugten Magnetfelder
sich gerade gegenseitig aufheben. Da aber bei Beginn des Rufladens der durch die
Spule 13 fließende Strom entsprechend der abgesunkenen Batteriespannung niedriger
ist, ist das durch ihn erzeugte Magnetfeld kleiner als das von der Wicklung 14.
ausgehende, entgegengesetzt gerichtete Magnetfeld, das wegen der Unveränderlichkeit
des durch die Wicklung ifließenden Stromes gleich hoch bleibt. Der Überschuß dieses
Magnetfeldes über das der Wicklung 13 bewirkt eine Vormagnetisierung des auch von
der Drosselspule 12 umschlossenen Magnetkernes. Dieser ist daher magnetisch gesättigt.
Infolgedessen besitzt die Drosselspule 12 für den durch sie fließenden Wechselstrom
keine Induktivität, so daß die Spule 12 keinen- induktiven Widerstand darstellt
und in dein Gleichrichter 9 und damit auch in der Erregerwicklung 8 die volle Stromstärke
herrscht. Dieser Zustand bleibt zunächst erhalten, wenn bei fortschreitender Rufladung
der Batterie deren Spannung und damit auch die Stärke des durch die Spule 13 fließenden
Stromes steigt und infolgedessen der Lfiberschuß der Amperewindungen der Wicklung
i,i über die der Wicklung 13 abnimmt. Denn trotz. dieser Abnahme bleibt die Sättigung
des Magnetkernes infolge der Eigenart der Sättigungskurve zunächst erhalten. Erst
gegen das Ende der Rufladung der Batterie nimmt die Sättigung des Magnetkernes
rasch
ab, und bei voller Aufladung, wenn die Batteriespannung etwa auf das 1,2- bis i,35fache
ange-,stiegen ist, verschwindet die Vormagnetisierung rollständig, weil dann, wie
schon gesagt, die beiden von den Wicklungen 13 und 14 herrührenden Magnetfelder
sich vollkommen aufheben. 2"Tunmehr wird die volle Induktion der vom Wechselstrom
durchflossenen Spule 12 wirksam. Diese Spule ergibt dann einen so großen induktiven
Widerstand, daß der durch sie fließende Strom und damit auch der Strom, der durch
die Erregerwicklung 8 fließt, verschwindend klein wird. Infolgedessen verschwindet
der von dein Generator erzeugte Ladestrom nahezu vollständig. Es wird somit selbsttätig
bei Beendigung der Aufladung der Batterie eine nennenswerte weitere Stromzufuhr
zu dieser und damit eine Beschädigung der Batterie vermieden.
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Dabei tritt das Verschwinden des Ladestromes unabhängig von den Schwankungen
der Generator-Drehgeschwindigkeit ein. Denn mitsteigender Drehgeschwindigkeit steigt
zwar die elektromotorische Kraft des Generators, die auch maßgebend ist für die
Erzeugung des Erregerstromes. Gleichzeitig steigt aber auch die induktive Wirkung
der Drosselspulen 12 mit der zu der Drehgeschwindigkeit proportionalen Frequenz
des Stromes. Beide Wirkungen heben sich gegenseitig auf, so daß ein Steigen oder
Fallen der Drehgeschwindigkeit ohne Einfluß auf den Erregerstrom ist. Das oben geschilderte
Verschwinden des Erregerstromes und damit des Ladestromes wird also von der Drehgeschwindigkeit
nicht beeinflußt.
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Um zu vermeiden, daß in den Gleichstromwicklungen 13, 14 von
den Drosselspulen 12 her Wechselströme induziert werden, schaltet man die sechs
den drei Drosselspulen zugeordneten Gleichstromwicklungen zweckmäßig so (im offenen
Dreieck), daß sich ihreWechselstromkomponentengegenseitig aufheben. Dann erübrigt
es sich, eine zusätzliche Drosselspule zum Unterdrücken der Wechselstromkomponenten
vorzusehen.
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Darüber hinaus hat man es bei der Schaltung nach der Erfindung in
der Hand zu erreichen, daß der Ladestrom auch unabhängig von der Stromstärke des
durch den Verbraucher 6 fließenden Stromes ist. Zu diesem Zweck ist es nur erforderlich,
die Windungszahlen fVr, undWicci der Erregerwicklungen To bzw. i i entsprechend
mit der Induktivität L des Generators abzustimmen. Dies geschieht in der Weise,
daß die Windungszahlen Wl: undWhi so groß gemacht werden, daß die Formel erfüllt
wird: !,i - (lVI, -i- Wl;i) = L. Dabei ist /ei derjenige konstante Faktor, der in
der bekannten Grundgleichung E = k1. i - w - ai verwendet wird. (Dabei
ist E die elektromotrische Kraft, die in einem Generator bei der Drehgeschwindigkeit
w, derErregerstromstärke i und den Erregerwindungszahlen w erzeugt wird.) Da also
der Ladestrom unabhängig von den Belastungsschwankungen der Stromverbraucher ist,
erfolgt das Aufladen der Batterie mit unvermindert hoher Stromstärke, auch wenn
gleichzeitig, z. B. durch die Zugbeleuchtung, Strom verbraucht wird. Hierdurch erreicht
man, daß die Batterie nach Abgabe von Strom stets auf dem schnellsten Wege wieder
aufgeladen wird, so daß sie nach kurzer Zeit wieder zur Abgabe von Strom für längere
Stillstandszeiten des Zuges bereit ist.