DE975737C

DE975737C - Controller arrangement for lighting systems, in particular for railway vehicles and ships

Info

Publication number: DE975737C
Application number: DEP6899A
Authority: DE
Inventors: Jakob Riotte
Original assignee: Pintsch Bamag AG
Current assignee: Pintsch Bamag AG
Priority date: 1952-01-09
Filing date: 1952-01-09
Publication date: 1962-07-12

Description

Regleranordnung für Beleuchtungsanlagen, insbesondere für Eisenbahnfahrzeuge und Schiffe Bei Fahrzeugbeleuchtungsanlagen, die aus Generatoren mit stark wechselnder Drehzahl gespeist werden, muß man die Stromlieferung so regeln, daß die Lampen eine genügend konstante Spannung erhalten und der Ladestrom der Batterie so bemessen wird, daß diese möglichst geschont und insbesondere vor Überladungen geschützt wird. Da die Batterie ein verhältnismäßig teurer Bestandteil der Anlage ist, muß die Spannungsregelung der Maschine in erster Linie auf die Bedürfnisse der Batterie Rücksicht nehmen, und die Spannung muß so gesteuert werden, daß allzu hohe Anfangsströme vermieden werden und andererseits der Ladestrom mit fortschreitender Ladung auf für die Batterie unschädlich kleine Werte zurückgeht. Die Lampenspannung wird dabei im allgemeinen durch einen besonderen Lampenregler auf der richtigen Höhe gehalten. Dieses System setzt voraus, daß die Maschine so bemessen ist, daß sie neben dem vollen Lichtstrom auch genügend hohen Anfangsladestrom liefern kann. Bei fortschreitender Ladung, teilweise abgeschalteter Lichtbelastung oder bei Tagesfahrt wird dabei die Maschine nicht ausgenutzt. Bei den immer höher werdenden installierten Leistungen hat dies dazu geführt, daß entweder unverhältnismäßig große und damit teure und schwere Maschinen verwendet werden müssen oder bei kleineren Maschinen die Batterien nicht mehr ausreichend geladen werden.Regulator arrangements for lighting systems, in particular for railway vehicles and ships In vehicle lighting systems, which consist of generators with strongly changing Speed are fed, you have to regulate the power supply so that the lamps a Get enough constant voltage and measure the battery's charging current accordingly is that this is spared as possible and in particular protected from overloading. Since the battery is a relatively expensive part of the system, the voltage regulation must of the machine primarily take the needs of the battery into account, and the voltage must be controlled in such a way that excessively high initial currents are avoided and on the other hand the charging current for the battery as the charge progresses harmlessly small values decreases. The lamp voltage is generally kept at the correct height by a special lamp regulator. This system assumes that the machine is dimensioned so that it is next to the full luminous flux can also deliver a sufficiently high initial charge current. As the charge progresses, When the light exposure is partially switched off or when driving during the day, the machine is turned off not used. With the increasing installed power, this has resulted in either disproportionately large and therefore expensive and heavy machines have to be used or, in the case of smaller machines, the batteries are no longer sufficient Loading.

Es ist nun auch bekannt (deutsche Patentschrift 657 29q.), durch einen zusätzlichen Stromregler die Maschinenbelastung bis zum Erreichen der Gasungsspannung der Batterie stromabhängig so zu regeln, daß der Generator stets den größten zulässigen Strom an die Batterie lietert und nach Erreichen dieser Spannung spannungsabhängig weitergeregelt wird. Diese Anordnung erfordert zusätzlich einen weiteren kompletten Regler (Stromregler) und hat den Nachteil, daß durch das Einschalten des zusätzlichen Regelwiderstandes in den Erregerkreis des Generators dessen Einschaltdrehzahl erhöht wird.It is now also known (German Patent 657 29q.), By a additional current regulator the machine load until the gassing voltage is reached to regulate the battery depending on the current in such a way that the generator always has the largest permissible Electricity to the battery lietert and after Reaching that tension is further regulated depending on the voltage. This arrangement also requires one further complete regulator (current regulator) and has the disadvantage that by switching on of the additional rheostat in the exciter circuit of the generator, its switch-on speed is increased.

Es ist weiter eine Stromregelung mittels nicht linearer Widerstände vorgeschlagen worden (nicht veröffentlichtes deutsches Patent 754567). Hierbei ergeben sich durch die starken Streuungen dieser Widerstände erhebliche Schwierigkeiten.It is also a current control by means of non-linear resistors has been proposed (unpublished German patent 754567). Result here considerable difficulties arise due to the large scatter of these resistances.

Die Anordnung nach der Erfindung vermeidet alle diese Nachteile, indem sie nur einen Feldregler benutzt, der nacheinander als Strom- und Spannungsregler arbeitet.The arrangement according to the invention avoids all these disadvantages by she only uses one field regulator, one after the other as a current and voltage regulator is working.

Ehe die Erfindung näher beschrieben wird, soll noch kurz auf die Belastungsverhältnisse bei den verschiedenen Regelsystemen eingegangen werden, da dies das Verständnis der Erfindung erleichtert.Before the invention is described in more detail, we should briefly refer to the load conditions in the various control systems, as this is the understanding the invention facilitated.

Abb. i zeigt den Verlauf der Ladung bei der gewöhnlichen Spannungsregelung. Lges ist der höchste Maschinenstrom, der sich aus dem Lichtstrom L; und dem Ladestrom L, zusammensetzt. Man sieht, daß bei anfänglicher Vollbelastung der Maschine bei leerer Batterie und vollem Lichtstrom der Ladestrom der Batterie rasch abfällt und die Maschine nicht ausgenutzt wird (Kurve i). Wird nun noch ein Teil der Lichtbelastung abgeschaltet (gestrichelte Linien und Kurve 2), so wird die Ausnutzung der Maschine noch ungünstiger.Fig. I shows the course of the charge with normal voltage regulation. Lges is the highest machine current that results from the luminous flux L; and the charging current L, composed. You can see that when the machine is initially under full load empty battery and full luminous flux the charging current of the battery drops rapidly and the machine is not being used (curve i). Now becomes part of the light exposure switched off (dashed lines and curve 2), so the utilization of the machine even worse.

Betrachtet man andererseits die Ladekurve einer Batterie bei Ladung mit konstantem Strom (Abb. 2), Spannung UB über Zeit tl = honst, so sieht man, daß die Batteriespannung in einem weiten Bereich nur unwesentlich ansteigt, in dem also eine Regelung der Lampenspannung mehr oder weniger überflüssig ist. Erst im Punkt A steigt die Spannung rasch in die Höhe und nimmt für die Lampen gefährliche Werte an. Diese Tatsache macht sich die Anordnung nach dem deutschen Patent 657 294 zunutze, indem sie bis zum Erreichen des Punktes A eine reine Stromregelung und danach eine Spannungsregelung vorsieht (Abb. 3). Hierbei wird also zunächst unter voller Auslastung der Maschine mit gleichbleibendem Strom geladen und nach Erreichen eines bestimmten Ladezustandes der Batterie auf den Spannungsregler umgeschaltet. Der Ladestrom fällt dann verhältnismäßig steil ab (ausgezogene Kurve). Sinkt die Lichtbelastung auf die Hälfte (gestrichelte Kurven), so wird selbsttätig der Ladestrom entsprechend erhöht, durch den stärkeren Ladestrom der Punkt A früher erreicht, und der Ladestrom fällt nach der Umschaltung auf Spannungsregelung nach der gestrichelten Kurve ab. Bei Fortfall der Lichtbelastung (Tagesfahrt) wird die Gesamtleistung der Maschine zum Laden ausgenutzt.On the other hand, if you consider the charging curve of a battery when charged with constant current (Fig. 2), voltage UB over time tl = honst, you can see that the battery voltage increases only insignificantly over a wide range, i.e. in which the lamp voltage is regulated more or less less is superfluous. Only at point A does the voltage rise rapidly and take on dangerous values for the lamps. The arrangement according to German Patent 657 294 makes use of this fact by providing pure current regulation and then voltage regulation until point A is reached (Fig. 3). In this case, the machine is initially charged with constant current at full capacity and switched to the voltage regulator after the battery has reached a certain state of charge. The charging current then drops relatively steeply (solid curve). If the light load falls by half (dashed curves), the charging current is automatically increased accordingly, the higher charging current means that point A is reached earlier, and the charging current drops after switching to voltage control according to the dashed curve. When the light exposure ceases to exist (daytime travel), the entire power of the machine is used for charging.

Die bekannte Anordnung, die für die Aufladung von Fernsprechbatterien gedacht ist, hat, wie oben schon angedeutet, für die Zwecke der Fahrzeugbeleuchtung, bei der die Speisung durch von den Fahrzeugachsen angetriebene Generatoren erfolgt, erhebliche Nachteile. Die Einschaltung des für den Stromregler erforderlichen Widerstandes in den Feldkreis des Generators bewirkt, daß dieser beim Anfahren des Fahrzeuges erst bei höherer Drehzahl einschaltet und auch beim Auslaufen schon bei entsprechend höherer Drehzahl abschaltet. Dadurch wird die Ladezeit derart verkürzt, daß man einen großen Teil des durch den erhöhten Ladestrom erzielten Vorteils wieder verliert. Das macht diese Regleranordnung für den Betrieb auf Fahrzeugen unbrauchbar.The well-known arrangement used for charging telephone batteries is intended, as already indicated above, for the purposes of vehicle lighting, in which the supply is provided by generators driven by the vehicle axles, significant disadvantages. Switching on the resistor required for the current regulator in the field circle of the generator causes this when starting the vehicle only switches on at a higher speed and also when coasting at correspondingly higher speed switches off. This shortens the loading time so that you can loses a large part of the advantage achieved by the increased charging current. This makes this controller arrangement unusable for operation on vehicles.

Ein weiterer erheblicher Nachteil ist, daß bei der bekannten Anordnung zwei verschiedene Regler erforderlich sind. Regler sind verhältnismäßig teure und im Fahrzeugbetrieb empfindliche Elemente, so daß es einen wesentlichen Vorteil bedeutet, wenn in einer solchen Anlage ein Regler eingespart werden kann.Another significant disadvantage is that in the known arrangement two different controllers are required. Regulators are relatively expensive and Sensitive elements in vehicle operation, so that it is a significant advantage if a controller can be saved in such a system.

An Hand der Abb. 4 soll nun die erfindungsgemäße Regleranordnung näher beschrieben werden. In dieser ist i der Anker des Generators, 2 seine Feldwicklung, 3 die Batterie, 4 das Lichtnetz, 5 ist ein Kohledruckregler, der im Feldkreis liegt und durch die Reglerspule 6 gesteuert wird. Die Reglerspule wird zunächst durch den Spannungsabfall an einem im Gesamtstromkreis liegenden Shuntwiderstand 7 beeinflußt. An der Batteriespannung liegt die Relaisspule B. Beginnt nun die Batteriespannung infolge fortschreitender Ladung steil anzusteigen (Punkt A in Abb. 2 und 3), so zieht das Relais an und schaltet mit seinen Kontakten 9, io die Reglerspule 6 über einen Vorwiderstand 14 an die Spannung des Lampennetzes 4. Die normalen Zuglichtregler verbrauchen in der Spule etwa i A. Die Spannung, die an dieser Spule liegt, beträgt (Regler betriebswarm) bei Tagfahrt 29,4 V, bei Nachtfahrt im Mittel etwa 25,5 V und der Eigenverbrauch des Feldreglers somit im Durchschnitt etwa 27,5 W. Davon entfällt aber nur etwa 1/4 auf die eigentliche Spule, der Rest auf den Konstant-Vorwiderstand, der immer nötig ist, um den Temperaturfehler auf ein erträgliches Maß zu drücken. Also Spule etwa 7,5 W, Vorwiderstand etwa 2o W.The controller arrangement according to the invention will now be described in more detail with reference to FIG to be discribed. In this, i is the armature of the generator, 2 is its field winding, 3 the battery, 4 the power supply, 5 is a coal pressure regulator, which is in the field circle and controlled by the regulator coil 6. The regulator coil is initially through influences the voltage drop across a shunt resistor 7 in the overall circuit. Relay coil B is connected to the battery voltage. The battery voltage now begins to rise steeply as a result of the advancing charge (point A in Fig. 2 and 3), see above the relay picks up and switches the regulator coil 6 with its contacts 9, io a series resistor 14 to the voltage of the lamp network 4. The normal train light regulator consume about i A. The voltage across this coil is (Controller at operating temperature) 29.4 V during daytime travel, around 25.5 V on average during nighttime travel and the self-consumption of the field controller thus on average about 27.5 W. Of this but only about 1/4 is used on the actual coil, the rest on the constant series resistor, which is always necessary to reduce the temperature error to a tolerable level. So coil about 7.5 W, series resistor about 2o W.

Beim Umschaltregler wird nun die Spule für eine niedrigere Spannung ausgelegt, z. B. auf etwa 3,9 V.In the case of the changeover regulator, the coil is now used for a lower voltage designed, e.g. B. to about 3.9 V.

Solange nun auf Strom geregelt wird, müssen diese 3,9 V von der Maschine aufgebracht werden. Praktisch bedeutet dies keine Mehrbelastung der Maschine, denn die Erwärmung, die für die Belastbarkeit der Maschine maßgebend ist, hängt so gut wie nur vom Strom im Anker ab, der ja gleichbleibt, nicht aber von der Spannung.As long as electricity is being regulated, this must be 3.9 V from the machine be applied. In practice, this does not mean any additional load on the machine, because the warming, which is decisive for the load capacity of the machine, depends so well as only from the current in the armature, which remains the same, but not from the voltage.

Wenn auf Spannungsregelung umgeschaltet wird, muß man bei im Mittel 25,5 V etwa 2 A aufbringen, das sind etwa 5o W gegenüber bisher 27,5 W, also etwas weniger als das Doppelte. Diesem Mehrverbrauch während der kurzen Zeit der Spannungsregelung steht also der Gewinn von etwa 27,5 W während einer viel längeren Zeit der Stromregelung gegenüber. Im ganzen gesehen, haben wir also sogar einen Vorteil, und, was das Wichtigste ist, die Belastung fällt in die Betriebszeit, wo die Maschine nicht mehr voll belastet ist, und ferner der jetzt im Verhältnis größere Konstantwiderstand vor der Spule macht die Regelung weniger temperaturabhängig.If you switch to voltage regulation, you have to use an average 25.5 V apply about 2 A, that's about 50 W compared to the previous 27.5 W, so something less than double. This additional consumption during the short period of voltage regulation So the gain of about 27.5 W stands for a much longer time of current regulation opposite to. So on the whole, we even have an advantage, and what that Most important is, the load falls during the operating time when the machine is no longer fully loaded is, and also the now relatively greater constant resistance in front of the coil makes the control less temperature-dependent.

Zugleich wird mit den Kontakten 1i, 12 der Shunt 7 umgeschaltet, so daß er jetzt die Funktion eines Ladewiderstandes übernimmt, und ein Lampenwiderstand 13 in das Lichtnetz eingeschaltet, der nun die Ladespannung entsprechend über der geregelten Lampenspannung hält.At the same time, the shunt 7 is switched over with the contacts 1i, 12 so that it now takes on the function of a charging resistor, and a lamp resistor 13 is switched into the lighting network, which now keeps the charging voltage above the regulated lamp voltage.

Dieser Widerstand erfüllt noch eine andere sehr wesentliche Aufgabe. An ihm entsteht bei voller Lichtbelastung ein Spannungsabfall von beispielsweise 5 V. Das bedeutet, daß die Batterie bei voll eingeschalteter Beleuchtung mit verhältnismäßig starkem Strom geladen wird. Wird die Lichtbelastung verringert, etwa auf die Hälfte, so ist der Spannungsabfall nur noch 2,5 V, d. h., der Ladestrom wird entsprechend schwächer. Auf diese Weise wird für die Batterie ein sehr wirksamer Schutz gegen Überladung erzielt.This resistance fulfills another very essential function. A voltage drop of, for example, occurs across it at full light exposure 5 V. This means that when the lights are fully switched on, the battery is relatively strong current is charged. If the light exposure is reduced by about half, so the voltage drop is only 2.5 V, i.e. i.e., the charging current will be accordingly weaker. This way the battery is a very effective protection against Overcharge achieved.

Den Umschaltpunkt A kann man an eine beliebige Stelle der ansteigenden Spannungskurve der Batterie legen. Es hängt lediglich davon ab, welche Spannungsschwankungen man für das Lichtnetz zuläßt.The switchover point A can be placed anywhere on the rising Plot the voltage curve of the battery. It just depends on which voltage fluctuations one allows for the light network.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Controller arrangement for lighting systems with buffer battery, especially for railway vehicles and ships, in which the generator initially Current and voltage-dependent after reaching a certain state of charge of the battery is regulated, characterized in that a single controller initially as a pure Current regulator acts and is later switched over as a pure voltage regulator.

2. Regulator arrangement according to claim i, characterized in that the regulator coil through during current regulation influences the voltage drop across a resistor in the overall circuit and is connected to the lamp voltage after switching.

3. Regulator arrangement according to Claims i and 2, characterized in that the switching takes place via a relay, which picks up when a certain battery voltage is reached. q ..

Controller arrangement according to claims i to 3, characterized in that the switching results in a resistor is placed in front of the lighting network.

5. Regulator arrangement according to claim i to 3, characterized in that the resistor which acts as a shunt resistor for the branching of the regulator coil current before switching (current control) is used as a charging resistor to limit the charging current after switching (voltage control). Considered publications: German patent specifications No. 265 1 89, 367 223.