EP1516423A1 - Device for regulating the voltage in generators by means of coil tapping and a control relay - Google Patents

Device for regulating the voltage in generators by means of coil tapping and a control relay

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Publication number
EP1516423A1
EP1516423A1 EP03738024A EP03738024A EP1516423A1 EP 1516423 A1 EP1516423 A1 EP 1516423A1 EP 03738024 A EP03738024 A EP 03738024A EP 03738024 A EP03738024 A EP 03738024A EP 1516423 A1 EP1516423 A1 EP 1516423A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
generator
pair
terminals
control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03738024A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ernst Hatz
Franz Moser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Motorenfabrik Hatz GmbH and Co KG
Original Assignee
Motorenfabrik Hatz GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Motorenfabrik Hatz GmbH and Co KG filed Critical Motorenfabrik Hatz GmbH and Co KG
Publication of EP1516423A1 publication Critical patent/EP1516423A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/02Details of the control
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/04Control effected upon non-electric prime mover and dependent upon electric output value of the generator

Definitions

  • the present invention relates to a device for the automatic, load current-dependent regulation of the voltage of an electrical power generator ("generator").
  • generator electrical power generator
  • the present invention relates to the use of such a device for regulating the voltage of a generator driven by a reciprocating piston internal combustion engine.
  • DE 26 59 600 AI describes a device for automatic, load current-dependent control of an electrical power generator, in which the control of the generator output voltage is carried out by short-circuiting a partial coil of a phase with a triac, which is connected to a winding tap and the star point.
  • US 2001/002802 AI describes a motor whose speed / torque characteristic is changed by switching the supply voltage to winding taps of the stator phase coils.
  • DE 100 47 287 AI describes an apparatus and a method for generating different output voltages with an AC generator, the configuration of the connections of the stator windings for generating different output voltages being changeable by means of a configuration circuit.
  • a device for automatic, load current-dependent regulation of the voltage of an electric power generator in which a first and a two-phase tes pair of terminals for tapping a first or a second generator voltage are provided on the generator winding. Both the first and the second pair of terminals can be connected to a generator pair via which the load current is to be conducted. There are always more winding turns between the first pair of terminals than between the second pair of terminals, so that the voltage tapped at the first pair of terminals is always greater than the voltage tapped at the second pair of terminals.
  • Both the first and the second pair of terminals can be connected at any point in the generator winding, as long as it is ensured that there are more turns between the first pair of terminals than between the second pair of terminals.
  • the first generator voltage is preferably the main generator voltage, ie the voltage tapped from the complete winding of the generator.
  • the second generator voltage is always a tap voltage which is less than the main generator voltage.
  • the device according to the invention has a third pair of terminals through which the control voltage for a control circuit can be tapped.
  • the control voltage preferably corresponds to the voltage difference between the first generator voltage and the second generator voltage.
  • the control circuit is preferably designed in such a way that it becomes live only from a certain forward voltage. This can be achieved, for example, by a Zener diode whose breakdown voltage corresponds to the forward voltage of the control circuit.
  • the control circuit has a control relay with a switch for alternately connecting the generator terminal pair with the first or second pair of clamps clamped to the generator winding.
  • the generator terminal pair connected by the switch to the first pair of terminals is connected to the second pair of terminals if the control voltage tapped at the third pair of terminals assumes a value that is greater than or equal to an upper threshold voltage of the switching relay.
  • the upper threshold voltage is the sum of the forward voltage of the control circuit, for example the breakdown voltage of a Zener diode located there, and the pull-in voltage of the switching relay.
  • the generator terminal connected by the switch to the second pair of terminals is connected to the first pair of terminals by flipping the switch if the control voltage is less than or equal to a lower threshold voltage of the switching relay.
  • the lower threshold voltage results from the forward voltage of the control circuit, for example the breakdown voltage of the Zener diode, and the release voltage of the switching relay.
  • the release voltage of the switching relay is always less than the pull-in voltage of the switching relay, where the switching hysteresis of the switching relay is responsible.
  • the switching hysteresis is necessary for stable switching of the switching relay, since the same upper and lower threshold voltage, i.e. H. one for tightening and loosening the same switching voltage, an unstable switching state, with a constant switching back and forth would follow.
  • the distance between the upper and lower threshold voltage, ie the width of the switching hysteresis, generally depends on the dimensioning of the switching relay.
  • the relative position of the switching hysteresis can be varied by dimensioning a Zener diode arranged in the circuit. A smaller breakdown voltage of the Zener diode leads to a shift in the switching hysteresis to smaller control voltages, and vice versa.
  • the Zener diode also serves to level the potential of the switching hysteresis.
  • the device according to the invention has a bridge element for bridging the connection of the first terminal pair caused by the switch to the generator terminal pair.
  • the bridge element is provided with a voltage-dependent resistor ("varistor"), which is not used here as overvoltage protection and therefore atypically used, and has a forward voltage that is above the difference between the first and second generator voltage and below the first generator voltage tapped at the first pair of terminals. If the switch of the control relay connects the generator terminal pair to the first or second pair of terminals, practically no voltage drops along the connection of the first pair of terminals to the generator terminal pair. Due to the lack of potential difference and the resulting current impermeability of the varistor, the bridge element acts as a blocking element.
  • the switch of the control relay is switched between the first and second pair of terminals, it is during the switching process the potential of the first terminal pair at the varistor and the bridge element serves as a pass-through element, which is suitable for conducting the load current via the connection between the first terminal pair and the generator terminal pair, which is interrupted by the open switch.
  • the forward voltage of the varistor must be selected so that it lies above the difference between the first and second generator voltage. An interruption in the current during the switching process can advantageously be avoided by the bridge element.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the voltage regulation takes place within a tolerance range of + 5%. This means that the voltage is regulated up or down as soon as the nominal voltage is undercut or exceeded by 5%. It is also preferred if the voltage regulation takes place in the vicinity of approximately 50% -80% of the nominal load current with an ohmic load. If the load is ohm 1 sch-inductive, the switching points shift in a corresponding manner to higher relative proportions of the nominal load current.
  • the device according to the invention is designed in conformity with execution class G2 of the DIN 8528 standard, which standardizes the voltage regulation accuracy for power generator sets in accordance with the tolerances in public networks.
  • Show it 1 shows a circuit diagram of a device according to the invention for voltage regulation of a permanently excited synchronous generator
  • Fig. 2 shows the course of the phase voltage of a three-phase phase as a function of the load current with ohmic load (dashed lines) and ohmic shear inductive load (solid lines), and the switching processes triggered by the device according to the invention.
  • FIG. 1 shows an example of the circuit diagram of a device according to the invention for voltage regulation of a phase of a permanently excited synchronous generator. From the generator, only the generator winding 1 and the generator terminals N, Ll are shown. A first pair of terminals 1U1, 1U2 and a second pair of terminals 1U1, 2U2 tap a first or second generator voltage from the generator winding 1. The first pair of terminals 1U1, 1U2 encompasses the full number of turns of the generator winding, while the second pair of terminals 1U1, 2U2 encompasses a smaller number of turns. Since the induced voltage is proportional to the number of turns, the second generator voltage is always lower than the first generator voltage. Both the first and the second pair of terminals can be connected to the generator terminal L1, N.
  • a switching relay 8 with a switch 9 is used to connect the generator terminal Ll, N to the first or second pair of terminals.
  • the switching relay 8 is located in a control circuit 2, which is connected to terminals 2U2 and 1U2 of the first and second pair of terminals, and thus the Taps differential voltage between the first and second generator voltage.
  • the control circuit 2 there are also a Zener diode 6 and a Rectifier diode 7 arranged.
  • the zener diode 6 has a blocking effect, such that the control circuit 2 becomes live only when the zener breakdown voltage is exceeded.
  • the rectifier diode 7 serves to rectify the alternating current, as a result of which a direct current switching relay 8 can advantageously be used.
  • the tapped control voltage drops, which causes the switching relay 8 to switch again as soon as the control voltage reaches a lower threshold voltage.
  • the lower threshold voltage is predetermined by the breakdown voltage of the Zener diode 6, the forward voltage of the rectifier diode 7 and the release voltage of the control relay 8. Due to the switching hysteresis of the switching relay, the lower threshold voltage is always lower than the upper threshold voltage.
  • the control voltage drops to below the breakdown voltage of the Zener diode 6, no more current flows in the control circuit 2.
  • the increasing internal resistance between the terminals of the control circuit 1U2, 2U2 caused by the load current when switching from the second pair of terminals to the first pair of terminals leads to a further drop in the control voltage, which supports the changeover process.
  • a varistor 10 arranged in a bridge element 5.
  • the varistor is high-impedance when de-energized and therefore does not allow any electrical current to flow. If, on the other hand, the voltage at its connections rises, it tilts into the low-resistance state at a certain forward voltage and conducts the electrical current via the circuit 3. If the switch 9 connects the first pair of terminals to the generator terminal pair, then practically falls over the connections of the bridge link no voltage off - the varistor has a high resistance and acts as a blocking element.
  • the potential of the terminal 1U2 is present at the varistor, as a result of which it is brought into the low-resistance state and conducts the load current. If the switch 9 has established the connection of the generator terminal pair to the second pair of terminals, the current is conducted via the circuit 4, as a result of which the varistor again becomes high-resistance and blocks the current flow through the bridge element. The same applies when switching switch 9 from terminal 2U2 to terminal 1U2.
  • the voltage profile 2 corresponds to the voltage of the first generator voltage tapped from the first pair of terminals 1U1, 1U2, while the voltage profile 1 corresponds to the voltage of the second, smaller generator voltage tapped from the second pair of terminals 1U1, 2U2.
  • the switching process is based on a tolerance range of + 7%.
  • the generator terminal voltage is approximately 107% of the nominal voltage and corresponds to the voltage tapped between 1U1 and 2U2.
  • the hysteresis of the control relay can be seen between the two switching thresholds.
  • the peaks of the hysteresis are approx. 77% and approx. 55% of the nominal load current.
  • the area framed by the hysteresis depends on the relative distance between the switching thresholds and the slope of the phase voltage.
  • the device according to the invention is provided for regulating the phase voltage of each three-phase phase, that is to say three times in the case of three three-phase phases. It is particularly advantageous in the case of an unbalanced load, since the voltage drops in a heavily loaded phase and the voltage increases in a weakly loaded phase.
  • the devices according to the invention can be cascaded in a row, the distance between the first and second generator voltage being within the Cascade is getting narrower, so that the voltage regulation becomes finer.
  • a preferred use of the device according to the invention is the automatic, load current-dependent regulation of the voltage of an electric power generator driven by a reciprocating piston internal combustion engine.
  • this can be a synchronous generator driven by a diesel engine.
  • a permanently excited power generator is preferred according to the invention.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

The invention relates to a device for automatically regulating the voltage of a generator according to the load current. Said device comprises a first couple of clamps which can be connected to a couple of generator clamps carrying the load current and taps a first generator voltage from the generator coil, a second couple of clamps which can be connected to the couple of generator clamps and picks up a second generator voltage that is smaller than the first generator voltage from the generator coil, a third couple of clamps that supplies a control voltage to a control circuit which is provided with a control relay (9) having a switch for switching the connection between the couple of generator clamps and the first couple of clamps or the second couple of clamps. The couple of generator clamps, which is connected to the first couple of clamps by means of the switch, is connected to the second couple of clamps if the control voltage is greater than or equal to an upper threshold voltage of the control relay while the couple of generator clamps, which is connected to the second couple of clamps by means of the switch, is connected to the first couple of clamps if the control voltage is less than or equal to a lower threshold voltage of the control relay. The inventive device also comprises a bridging element that bridges the connection established by the switch between the couple of generator clamps and the first couple of clamps and is provided with a varistor, the on-state voltage of which lies above the difference between the two generator voltages but below the first generator voltage.

Description

Vorrichtung zur Spannungsregelung an elektrischen Stromerzeugern mittels Wicklungsanzapfung und Steuerrelais Device for voltage regulation on electrical power generators by means of winding tapping and control relay
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur selbsttätigen, Laststrom abhängigen Regelung der Spannung eines elektrischen Stromerzeugers ("Generator") . Insbesondere betrifft sie die Verwendung einer solchen Vorrichtung zur Regelung der Spannung eines von einem Hubkolbenverbrennungsmotor angetriebenen Generators.The present invention relates to a device for the automatic, load current-dependent regulation of the voltage of an electrical power generator ("generator"). In particular, it relates to the use of such a device for regulating the voltage of a generator driven by a reciprocating piston internal combustion engine.
Vorrichtungen zur Spannungsregelung von Generatoren sind bekannt. Bei elektrischen Stromerzeugern mit Elektromagneten zur Erregung der Induktionsspulen kann eine Anpassung der Generatorspannung an verschiedene Lastzustände beispielsweise durch eine Variation des Steuerstroms für die Elektromagneten und einer damit einher gehenden Variation des magnetischen Flusses durch die Induktionsspulen erfolgen. Eine solche einfache Spannungsregelung ist bei permanent erregten Generatoren jedoch nicht möglich. Zur Spannungsregelung sind hier technisch aufwändige regelungstechnische Maßnahmen notwendig, was beispielsweise in Form von Schleifkontakten entlang der Hauptspulen zur Einstellung der Anzahl der aktiven Spulenwindungen möglich ist. Nachteilig hierbei ist die hohe Verschleißanfälligkeit der Schleifkontakte, welche insbesondere durch Abrieb und Funkenschlag bedingt ist. Überdies führen oft nicht zu vermeidende Windungskurzschlüsse zu einer nicht zu vernachläs¬ sigenden Verlustleistung. Weiterhin ist nachteilig, dass wäh¬ rend des Schaltvorgangs immer kurze Stromunterbrechungen auftreten können. DE 26 59 600 AI beschreibt eine Vorrichtung zur selbsttätigen, Laststrom abhängigen Regelung eines elektrischen Stromerzeugers, bei welcher die Regelung der Generatorausgangsspannung durch Kurzschließen einer Teilspule einer Phase mit einem Triac, der an einer Wicklungsanzapfung und dem Sternpunkt angeschlossen ist, erfolgt.Devices for regulating the voltage of generators are known. In the case of electrical power generators with electromagnets for exciting the induction coils, the generator voltage can be adapted to different load conditions, for example by varying the control current for the electromagnets and a concomitant variation in the magnetic flux through the induction coils. However, such a simple voltage regulation is not possible with permanently excited generators. For voltage regulation, technically complex control measures are necessary, which is possible, for example, in the form of sliding contacts along the main coils for setting the number of active coil turns. The disadvantage here is the high susceptibility to wear of the sliding contacts, which is due in particular to abrasion and sparking. Moreover, often do not lead to avoid Windungskurzschlüsse to a non sigenden to vernachläs ¬ power dissipation. A further disadvantage is that currency ¬ the switching process can always short power interruptions rend. DE 26 59 600 AI describes a device for automatic, load current-dependent control of an electrical power generator, in which the control of the generator output voltage is carried out by short-circuiting a partial coil of a phase with a triac, which is connected to a winding tap and the star point.
US 2001/002802 AI beschreibt einen Motor, dessen Drehzahl- /Momentencharakteristik mittels ümschaltung der Versorgungsspannung auf Wicklungsanzapfungen der Statorphasenspulen verändert wird.US 2001/002802 AI describes a motor whose speed / torque characteristic is changed by switching the supply voltage to winding taps of the stator phase coils.
DE 100 47 287 AI beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen verschiedener Ausgangsspannungen mit einem Wechselstromgenerator, wobei die Konfiguration der Anschlüsse der Statorwicklungen zum Erzeugen verschiedener Ausgangsspannungen durch eine Konfigurationsschaltung veränderbar ist.DE 100 47 287 AI describes an apparatus and a method for generating different output voltages with an AC generator, the configuration of the connections of the stator windings for generating different output voltages being changeable by means of a configuration circuit.
Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung aufwändige regelungstechnische Maßnahmen zur Anpassung der Generatorspannung an verschiedene Lastzustände zu vermeiden. Überdies sollen Stromunterbrechungen während der Schaltvorgänge nicht mehr vorkommen.In contrast, it is the object of the present invention to avoid complex control measures for adapting the generator voltage to different load conditions. In addition, power interruptions should no longer occur during switching operations.
Diese Aufgabe wird nach einem Vorschlag der Erfindung durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche gegeben.According to a proposal of the invention, this object is achieved by the features of the independent claim. Advantageous embodiments of the invention are given by the features of the dependent claims.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur selbsttätigen, Laststrom abhängigen Regelung der Spannung eines elektrischen Stromerzeugers angegeben, bei welcher ein erstes und ein zwei- tes Klemmenpaar zum Abgreifen einer ersten bzw. einer zweiten Generatorspannung an der Generatorwicklung vorgesehen sind. Sowohl das erste als auch zweite Klemmenpaar sind mit einem Generatorklemmenpaar verbindbar, über welches der Laststrom geleitet werden soll. Zwischen dem ersten Klemmenpaar befinden sich stets mehr Wicklungswindungen als zwischen dem zweiten Klemmenpaar, so dass die an dem ersten Klemmenpaar abgegriffene Spannung stets größer ist als die an dem zweiten Klemmenpaar abgegriffene Spannung. Sowohl erstes als auch zweites Klemmenpaar können an beliebiger Stelle der Generatorwicklung angeklemmt werden, solange gewährleistet ist, dass sich zwischen dem ersten Klemmenpaar mehr Windungen befinden als zwischen dem zweiten Klemmenpaar. Bei der ersten Generatorspannung handelt es sich vorzugsweise um die Generatorhauptspannung, d. h. die von der vollständigen Wicklung des Generators abgegriffene Spannung. Die zweite Generatorspannung ist immer eine Anzapfspannung, welche kleiner als die Generatorhauptspannung ist.According to the invention, a device for automatic, load current-dependent regulation of the voltage of an electric power generator is specified, in which a first and a two-phase tes pair of terminals for tapping a first or a second generator voltage are provided on the generator winding. Both the first and the second pair of terminals can be connected to a generator pair via which the load current is to be conducted. There are always more winding turns between the first pair of terminals than between the second pair of terminals, so that the voltage tapped at the first pair of terminals is always greater than the voltage tapped at the second pair of terminals. Both the first and the second pair of terminals can be connected at any point in the generator winding, as long as it is ensured that there are more turns between the first pair of terminals than between the second pair of terminals. The first generator voltage is preferably the main generator voltage, ie the voltage tapped from the complete winding of the generator. The second generator voltage is always a tap voltage which is less than the main generator voltage.
Ferner verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung über eine drittes Klemmenpaar, durch welches die Steuerspannung für einen Steuerstromkreis abgegriffen werden kann. Die Steuerspannung entspricht vorzugsweise der Spannungsdifferenz zwischen der ersten Generatorspannung und der zweiten Generatorspannung. Der Steuerstromkreis ist vorzugsweise derart gestaltet, dass er erst ab einer bestimmten Durchlassspannung stromführend wird. Dies kann beispielsweise durch eine Zener-Diode bewirkt werden, deren DurchbruchsSpannung der Durchlassspannung des Steuerstromkreises entspricht.Furthermore, the device according to the invention has a third pair of terminals through which the control voltage for a control circuit can be tapped. The control voltage preferably corresponds to the voltage difference between the first generator voltage and the second generator voltage. The control circuit is preferably designed in such a way that it becomes live only from a certain forward voltage. This can be achieved, for example, by a Zener diode whose breakdown voltage corresponds to the forward voltage of the control circuit.
Der Steuerstromkreis verfügt über ein Steuerrelais mit einem Schalter zum wechselweisen Verbinden des Generatorklemmenpaars mit dem an der Generatorwicklung angeklemmten ersten bzw. zweiten Klemmenpaar. Durch Umlegen des Schalters des Steuerrelais wird das durch den Schalter mit dem ersten Klemmenpaar verbundene Generatorklemmenpaar mit dem zweiten Klemmenpaar verbunden, falls die am dritten Klemmenpaar abgegriffene Steuerspannung einen Wert annimmt, der größer oder gleich einer oberen Schwellspannung des Schaltrelais ist. Falls der Steuerstromkreis erst ab einer Durchlassspannung stromführend ist, ergibt sich die obere Schwellspannung summarisch aus der Durchlassspannung des Steuerstromkreises, beispielsweise die Durchbruchsspannung einer dort befindlichen Zener-Diode, und der Anzugsspannung des Schaltrelais. Umgekehrt wird die durch den Schalter mit dem zweiten Klemmenpaar verbundene Generatorklemme durch Umlegen des Schalters mit dem ersten Klemmenpaar verbunden, falls die Steuerspannung kleiner oder gleich einer unteren Schwellspannung des Schaltrelais ist. Die untere Schwellspannung ergibt sich summarisch aus der Durchlassspannung des Steuerstromkreises, beispielsweise der Durchbruchsspannung der Zener-Diode, und der Lösespannung des Schaltrelais .The control circuit has a control relay with a switch for alternately connecting the generator terminal pair with the first or second pair of clamps clamped to the generator winding. By flipping the switch of the control relay, the generator terminal pair connected by the switch to the first pair of terminals is connected to the second pair of terminals if the control voltage tapped at the third pair of terminals assumes a value that is greater than or equal to an upper threshold voltage of the switching relay. If the control circuit is only live from a forward voltage, the upper threshold voltage is the sum of the forward voltage of the control circuit, for example the breakdown voltage of a Zener diode located there, and the pull-in voltage of the switching relay. Conversely, the generator terminal connected by the switch to the second pair of terminals is connected to the first pair of terminals by flipping the switch if the control voltage is less than or equal to a lower threshold voltage of the switching relay. The lower threshold voltage results from the forward voltage of the control circuit, for example the breakdown voltage of the Zener diode, and the release voltage of the switching relay.
Die Lösespannung des Schaltrelais ist stets kleiner als die Anzugsspannung des Schaltrelais, worin die Schalthysterese des Schaltrelais verantwortlich ist. Die Schalthysterese ist für eine stabile Schaltung des Schaltrelais notwendig, da aus einer gleichen oberen und unteren Schwellspannung, d. h. einer zum Anziehen und Lösen gleichen Schaltspannung, ein instabiler Schaltzustand, mit einem ständigen Hin- und Herschalten folgen würde.The release voltage of the switching relay is always less than the pull-in voltage of the switching relay, where the switching hysteresis of the switching relay is responsible. The switching hysteresis is necessary for stable switching of the switching relay, since the same upper and lower threshold voltage, i.e. H. one for tightening and loosening the same switching voltage, an unstable switching state, with a constant switching back and forth would follow.
Der Abstand zwischen der oberen und unteren Schwellspannung, d. h. die Breite der Schalthysterese, hängt im allgemeinen von der Dimensionierung des Schaltrelais ab. Die relative Lage der Schalthysterese kann durch die Dimensionierung einer im Schaltkreis angeordneten Zener-Diode variiert werden. Eine kleinere Durchbruchsspannung der Zener-Diode führt hier zu einer Verschiebung der Schalthysterese zu kleineren Steuerspannungen, und umgekehrt. Die Zener-Diode dient ferner zu einer Potenzialnivellierung der Schalthysterese.The distance between the upper and lower threshold voltage, ie the width of the switching hysteresis, generally depends on the dimensioning of the switching relay. The relative position of the switching hysteresis can be varied by dimensioning a Zener diode arranged in the circuit. A smaller breakdown voltage of the Zener diode leads to a shift in the switching hysteresis to smaller control voltages, and vice versa. The Zener diode also serves to level the potential of the switching hysteresis.
Falls im Steuerstromkreis weitere Elemente vorliegen, beispielsweise ein Gleichrichter-Diode, durch welche in vorteilhafter Weise eine Gleichstrom-Steuerrelais eingesetzt werden kann, sind gegebenenfalls auch Durchlassspannungen dieser Elemente für die zum Schalten des Steuerrelais erforderliche Höhe der Steuerspannung in Betracht zu ziehen.If there are other elements in the control circuit, for example a rectifier diode, by means of which a DC control relay can advantageously be used, forward voltages of these elements may also have to be taken into account for the level of the control voltage required for switching the control relay.
Ferner weist die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Brückenglied zur Überbrückung der durch den Schalter bewirkten Verbindung des ersten Klemmenpaars mit dem Generatorklemmenpaar auf. Das Brückenglied ist mit einem - hier nicht als Überspannungsschutz und daher untypisch verwendeten - spannungsabhängigen Widerstand ("Varistor") versehen, welcher eine Durchlassspannung hat, die oberhalb der Differenz von erster und zweiter Generatorspannung und unterhalb der am ersten Klemmenpaar abgegriffenen ersten Generatorspannung liegt. Verbindet der Schalter des Steuerrelais das Generatorklemmenpaar mit dem ersten bzw. zweiten Klemmenpaar, so fällt entlang der Verbindung des ersten Klemmenpaars mit dem Generatorklemmenpaar praktisch keine Spannung ab. Das Brückenglied wirkt aufgrund der fehlenden Potenzialdifferenz und der dadurch bedingten Stromundurch- lässigkeit des Varistors als Sperrglied. Wird jedoch der Schalter des Steuerrelais zwischen dem ersten und zweiten Klemmenpaar umgeschaltet, so liegt während des Schaltvorgangs das Potenzial des ersten Klemmenpaars am Varistor an und das Brückenglied dient als Durchlassglied, das zur Leitung des Laststromes über die durch den offenen Schalter unterbrochene Verbindung zwischen erstem Klemmenpaar und Generatorklemmenpaar geeignet ist. Um einen Kurzschluss zu vermeiden, wenn der Schalter das zweite Klemmenpaar mit dem Generatorklemmenpaar verbindet, muss die Durchlassspannung des Varistors so gewählt sein, dass sie oberhalb der Differenz zwischen der ersten und zweiten Generatorspannung liegt. In vorteilhafter Weise kann durch das Brückenglied eine Stromunterbrechung während des Schaltvorgangs vermieden werden.Furthermore, the device according to the invention has a bridge element for bridging the connection of the first terminal pair caused by the switch to the generator terminal pair. The bridge element is provided with a voltage-dependent resistor ("varistor"), which is not used here as overvoltage protection and therefore atypically used, and has a forward voltage that is above the difference between the first and second generator voltage and below the first generator voltage tapped at the first pair of terminals. If the switch of the control relay connects the generator terminal pair to the first or second pair of terminals, practically no voltage drops along the connection of the first pair of terminals to the generator terminal pair. Due to the lack of potential difference and the resulting current impermeability of the varistor, the bridge element acts as a blocking element. However, if the switch of the control relay is switched between the first and second pair of terminals, it is during the switching process the potential of the first terminal pair at the varistor and the bridge element serves as a pass-through element, which is suitable for conducting the load current via the connection between the first terminal pair and the generator terminal pair, which is interrupted by the open switch. In order to avoid a short circuit when the switch connects the second pair of terminals to the pair of generator terminals, the forward voltage of the varistor must be selected so that it lies above the difference between the first and second generator voltage. An interruption in the current during the switching process can advantageously be avoided by the bridge element.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Spannungsregelung innerhalb einer Toleranzbreite von +5% erfolgt. Dies bedeutet, dass die Spannung hoch- bzw. niedergeregelt wird, sobald die Nennspannung um 5% unter- bzw. überschritten wird. Ebenso ist es bevorzugt, wenn die Spannungsregelung bei ohm' scher Last in der Nähe von ungefähr 50% - 80% des Nennlaststroms erfolgt. Ist die Last ohm1 sch-induktiv, verschieben sich die Schaltpunkte in entsprechender Weise zu höheren relativen Anteilen des Nennlaststromes. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Vorrichtung konform zur Ausführungsklasse G2 der Norm DIN 8528 ausgelegt, welche die Spannungsregelgenauigkeit für Stromerzeugeraggregate entsprechend den Toleranzen in öffentlichen Netzen normiert.A preferred embodiment of the invention provides that the voltage regulation takes place within a tolerance range of + 5%. This means that the voltage is regulated up or down as soon as the nominal voltage is undercut or exceeded by 5%. It is also preferred if the voltage regulation takes place in the vicinity of approximately 50% -80% of the nominal load current with an ohmic load. If the load is ohm 1 sch-inductive, the switching points shift in a corresponding manner to higher relative proportions of the nominal load current. In particular, the device according to the invention is designed in conformity with execution class G2 of the DIN 8528 standard, which standardizes the voltage regulation accuracy for power generator sets in accordance with the tolerances in public networks.
Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird. Es zeigen Fig. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Spannungsregelung eines permanent erregten Synchrongenerators,The invention will now be explained in more detail on the basis of the description of an exemplary embodiment, reference being made to the accompanying drawings. Show it 1 shows a circuit diagram of a device according to the invention for voltage regulation of a permanently excited synchronous generator,
Fig. 2 den Verlauf der Strangspannung einer Drehstromphase in Abhängigkeit des Laststroms bei ohm' scher Last (gestrichelte Linien) und ohm' sch-induktiver Last (durchgezogene Linien) , sowie die mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgelösten Schaltvorgänge.Fig. 2 shows the course of the phase voltage of a three-phase phase as a function of the load current with ohmic load (dashed lines) and ohmic shear inductive load (solid lines), and the switching processes triggered by the device according to the invention.
In Fig. 1 ist beispielhaft das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Spannungsregelung einer Phase eines permanent erregten Synchrongenerators dargestellt. Vom Stromerzeuger sind nur die Generatorwicklung 1, sowie die Generatorklemmen N, Ll dargestellt. An der Generatorwicklung 1 greifen ein erstes Klemmenpaar 1U1, 1U2 und ein zweites Klemmenpaar 1U1, 2U2 eine erste bzw. zweite Generatorspannung ab. Das erste Klemmenpaar 1U1, 1U2 umgreift die volle Windungszahl der Generatorwicklung, während das zweite Klemmenpaar 1U1, 2U2 eine geringere Anzahl von Windungen umgreift. Da die induzierte Spannung proportional zur Windungszahl ist, ist die zweite Generatorspannung stets kleiner als die erste Generatorspannung. Sowohl erstes als auch zweites Klemmenpaar können mit der Generatorklemme Ll, N verbunden werden.1 shows an example of the circuit diagram of a device according to the invention for voltage regulation of a phase of a permanently excited synchronous generator. From the generator, only the generator winding 1 and the generator terminals N, Ll are shown. A first pair of terminals 1U1, 1U2 and a second pair of terminals 1U1, 2U2 tap a first or second generator voltage from the generator winding 1. The first pair of terminals 1U1, 1U2 encompasses the full number of turns of the generator winding, while the second pair of terminals 1U1, 2U2 encompasses a smaller number of turns. Since the induced voltage is proportional to the number of turns, the second generator voltage is always lower than the first generator voltage. Both the first and the second pair of terminals can be connected to the generator terminal L1, N.
Zur Verbindung der Generatorklemme Ll, N mit erstem oder zweitem Klemmenpaar dient ein Schaltrelais 8 mit einem Schalter 9. Das Schaltrelais 8 befindet sich in einem Steuerstromkreis 2, der mit den Klemmen 2U2 und 1U2 von dem ersten und zweiten Klemmenpaar verbunden ist, und somit die Differenzspannung zwischen erster und zweiter Generatorspannung abgreift. In dem Steuerstromkreis 2 sind ferner eine Zener-Diode 6 und eine Gleichrichter-Diode 7 angeordnet. Die Zener-Diode 6 bewirkt eine Sperrwirkung, derart dass erst bei Überschreiten der Ze- ner-Durchbruchsspannung der Steuerstromkreis 2 stromführend wird. Die Gleichrichter-Diode 7 dient zur Gleichrichtung des Wechselstroms, wodurch in vorteilhafter Weise ein Gleichstrom- Schaltrelais 8 eingesetzt werden kann.A switching relay 8 with a switch 9 is used to connect the generator terminal Ll, N to the first or second pair of terminals. The switching relay 8 is located in a control circuit 2, which is connected to terminals 2U2 and 1U2 of the first and second pair of terminals, and thus the Taps differential voltage between the first and second generator voltage. In the control circuit 2 there are also a Zener diode 6 and a Rectifier diode 7 arranged. The zener diode 6 has a blocking effect, such that the control circuit 2 becomes live only when the zener breakdown voltage is exceeded. The rectifier diode 7 serves to rectify the alternating current, as a result of which a direct current switching relay 8 can advantageously be used.
Sobald die zwischen den Klemmen 1U1 und 2U2 induzierte Spannung eine obere Schwellspannung übersteigt, die durch die Durchbruchsspannung der Zener-Diode 6, die Durchlassspannung der Gleichrichter-Diode 7 und die Anzugsspannung des Steuerrelais 8 vorgegeben ist, fließt in dem Steuerstromkreis 2 ein Strom, der das Steuerrelais 8 zum Anziehen des Schalters 9 bringt. Hierdurch wird die am Generatorklemmenpaar N, Ll anliegende Spannung vom höheren Spannungswert 1U2 zum niederen Spannungswert 2U2 umgeschaltet. Der diesen Schaltvorgang auslösende Laststrom wird dann über den Stromkreis 4 des zweiten Klemmenpaars geführt. Die Verminderung des Laststroms zwischen den Klemmen des Steuerstromkreises 1U2, 2U2 bewirkt ein weiteres Ansteigen der dort abgegriffenen Steuerspannung, was den Umschaltvorgang unterstützt. Die Wirkung des Laststroms auf die Spannung in diesem Zweig bleibt also erhalten.As soon as the voltage induced between the terminals 1U1 and 2U2 exceeds an upper threshold voltage, which is predetermined by the breakdown voltage of the Zener diode 6, the forward voltage of the rectifier diode 7 and the starting voltage of the control relay 8, a current flows in the control circuit 2 which brings the control relay 8 to tighten the switch 9. As a result, the voltage applied to the generator terminal pair N, Ll is switched from the higher voltage value 1U2 to the lower voltage value 2U2. The load current that triggers this switching process is then conducted via the circuit 4 of the second pair of terminals. The reduction in the load current between the terminals of the control circuit 1U2, 2U2 causes a further increase in the control voltage tapped there, which supports the switching process. The effect of the load current on the voltage in this branch is therefore retained.
Steigt der Laststrom wieder an, so sinkt die abgegriffene Steuerspannung ab, was ein neuerliches Umschalten des Schaltrelais 8 bewirkt, sobald die Steuerspannung eine untere Schwellspannung erreicht. Die untere Schwellspannung ist durch die Durchbruchsspannung der Zener-Diode 6, die Durchlassspannung der Gleichrichter-Diode 7 und die Lösespannung des Steuerrelais 8 vorgegeben. Die untere Schwellspannung liegt, bedingt durch die Schalthysterese des Schaltrelais, stets niedriger als die obere Schwellspannung. Sinkt die Steuerspannung bis unterhalb der DurchbruchsSpannung der Zener-Diode 6 ab, so fließt im Steuerstromkreis 2 kein Strom mehr. Der mit dem Umschalten vom zweiten Klemmenpaar zum ersten Klemmenpaar durch den Laststrom hervorgerufene zunehmende Innenwiderstand zwischen den Klemmen des Steuerstromkreises 1U2, 2U2, führt zu einem weiteren Absinken der Steuerspannung, was den Umschaltvorgang unterstützt.If the load current rises again, the tapped control voltage drops, which causes the switching relay 8 to switch again as soon as the control voltage reaches a lower threshold voltage. The lower threshold voltage is predetermined by the breakdown voltage of the Zener diode 6, the forward voltage of the rectifier diode 7 and the release voltage of the control relay 8. Due to the switching hysteresis of the switching relay, the lower threshold voltage is always lower than the upper threshold voltage. The control voltage drops to below the breakdown voltage of the Zener diode 6, no more current flows in the control circuit 2. The increasing internal resistance between the terminals of the control circuit 1U2, 2U2 caused by the load current when switching from the second pair of terminals to the first pair of terminals leads to a further drop in the control voltage, which supports the changeover process.
Eine Unterbrechung des Stromflusses während der Schaltung wird durch einen in einem Brückenglied 5 angeordneten Varistor 10 verhindert. Der Varistor ist im spannungsfreien Zustand hochohmig und lässt somit keinen elektrischen Stromfluss zu. Steigt hingegen die Spannung an seinen Anschlüssen, so kippt er bei einer bestimmten Durchlassspannung in den niederohmigen Zustand und leitet den elektrischen Strom über den Stromkreis 3. Verbindet der Schalter 9 das erste Klemmenpaar mit dem Generatorklemmenpaar, so fällt über den Anschlüssen des Brük- kenglieds praktisch keine Spannung ab - der Varistor ist hochohmig und wirkt als Sperrglied. Während des Umschaltens des Schalters 9 von dem ersten Klemmenpaar zu dem zweiten Klemmenpaar liegt das Potenzial der Klemme 1U2 am Varistor an, wodurch dieser in den niederohmigen Zustand gebracht wird und den Laststrom leitet. Hat der Schalter 9 die Verbindung des Generatorklemmenpaars zu dem zweiten Klemmenpaar hergestellt, so erfolgt die Stromleitung über den Stromkreis 4, infolgedessen der Varistor wieder hochohmig wird und den Stromfluss durch das Brückenglied sperrt. Bei der Umschaltung des Schalters 9 von der Klemme 2U2 zur Klemme 1U2 gilt Entsprechendes. Eine höhere Durchlassspannung des Varistors als die Differenz zwischen der an der Klemme 2U2 und 1U2 abgegriffenen Spannung verhindert, dass ein Kurzschluss über den Stromkreis 3 stattfindet, wenn der Schalter 9 das Generatorklemmenpaar N, Ll mit dem zweiten Klemmenpaar 1U1, 2U2 verbindet. Um die Varistor internen Verluste möglichst gering zu halten, sollte der Schalter 9 möglichst schnell schalten.An interruption of the current flow during the switching is prevented by a varistor 10 arranged in a bridge element 5. The varistor is high-impedance when de-energized and therefore does not allow any electrical current to flow. If, on the other hand, the voltage at its connections rises, it tilts into the low-resistance state at a certain forward voltage and conducts the electrical current via the circuit 3. If the switch 9 connects the first pair of terminals to the generator terminal pair, then practically falls over the connections of the bridge link no voltage off - the varistor has a high resistance and acts as a blocking element. During the switchover of the switch 9 from the first pair of terminals to the second pair of terminals, the potential of the terminal 1U2 is present at the varistor, as a result of which it is brought into the low-resistance state and conducts the load current. If the switch 9 has established the connection of the generator terminal pair to the second pair of terminals, the current is conducted via the circuit 4, as a result of which the varistor again becomes high-resistance and blocks the current flow through the bridge element. The same applies when switching switch 9 from terminal 2U2 to terminal 1U2. A higher forward voltage of the varistor than the difference between the voltage tapped at the terminals 2U2 and 1U2 prevents a short circuit from occurring over the circuit 3 when the switch 9 has the generator terminal pair N, Ll connects the second pair of terminals 1U1, 2U2. In order to keep the varistor internal losses as low as possible, switch 9 should switch as quickly as possible.
Fig. 2 zeigt die Abhängigkeit der durch die Generatorklemme Ll, N abgegriffenen Strangspannung UStr (Phasenspannung) , ausgedrückt in % der Nennspannung Ustrt von dem Laststrom IL, ausgedrückt in % des Nenn-Laststroms ILN, für den Fall einer rein ohm' sehen Last (gestrichelte Linien), bei welcher Strom und Spannung in Phase sind, d. h. cos φ = 1, worin φ dem Winkel zwischen Strom und Spannung entspricht, bzw. einer ohm'sch- induktiven Last (durchgezogene Linien), bei welcher cos φ = 0,8 gilt.2 shows the dependence of the phase voltage U Str (phase voltage) tapped by the generator terminal L1, N, expressed in% of the nominal voltage U str t on the load current I L , expressed in% of the nominal load current I LN , in the case of a pure one ohm 'see load (dashed lines) at which current and voltage are in phase, ie cos φ = 1, where φ corresponds to the angle between current and voltage, or an ohmic-inductive load (solid lines) at which cos φ = 0.8 applies.
Der Spannungsverlauf 2 entspricht der Spannung der von dem ersten Klemmenpaar 1U1, 1U2 abgegriffenen ersten Generatorspannung, während der Spannungsverlauf 1 der Spannung der von dem zweiten Klemmenpaar 1U1, 2U2 abgegriffenen zweiten, kleineren Generatorspannung entspricht.The voltage profile 2 corresponds to the voltage of the first generator voltage tapped from the first pair of terminals 1U1, 1U2, while the voltage profile 1 corresponds to the voltage of the second, smaller generator voltage tapped from the second pair of terminals 1U1, 2U2.
Dem Schaltvorgang ist ein Toleranzbereich von + 7% zugrunde gelegt. Im Leerlauf (d. h. IL = 0) beträgt die Generatorklemmenspannung ungefähr 107% der Nennspannung und entspricht der zwischen 1U1 und 2U2 abgegriffenen Spannung.The switching process is based on a tolerance range of + 7%. When idling (ie I L = 0), the generator terminal voltage is approximately 107% of the nominal voltage and corresponds to the voltage tapped between 1U1 and 2U2.
Es sei eine ohm' sehe Last (gestrichelten Linien) betrachtet. Wird der Generator ausgehend von der Null-Last (gestrichelte Kurve 1; I = 0) elektrisch belastet, und wird der Laststrom kontinuierlich erhöht, so erreicht man bei ca. 77% des Nenn- Laststroms die Schaltschwelle (obere Schwellspannung) des Steuerrelais, und die Generatorklemme Ll wird mit der Klemme 1U2 des ersten Klemmenpaars verbunden. Dies hat einen Span- nungssprung von ca. 94% auf ca. 101% der Strangspannung zur Folge. Bei einer weiteren Erhöhung des Laststroms vermindert sich die Strangspannung gemäß der gestrichelten Kurve 2.Consider an ohmic load (dashed lines). If the generator is loaded electrically starting from the zero load (dashed curve 1; I = 0) and the load current is increased continuously, the switching threshold (upper threshold voltage) of the control relay is reached at approx. 77% of the nominal load current the generator terminal Ll is connected to the terminal 1U2 of the first pair of terminals. This has a chip voltage jump from approx. 94% to approx. 101% of the phase voltage. With a further increase in the load current, the phase voltage decreases according to the dashed curve 2.
Wird der Generator anschließend entlastet, d. h. wird der Laststrom kontinuierlich verringert, so steigt die an der Generatorklemme abgegriffene Spannung gemäß der gestrichelten Kurve 2 an, bis sie bei ca. 55% des Nenn-Laststroms die Schaltschwelle (untere Schwellspannung) des Schaltrelais erreicht, und die Generatorklemme Ll wird mit der Klemme 2U2 des zweiten Klemmenpaars verbunden. Dies hat einen Spannungsprung von ca. 105% auf ca. 98% der Strangspannung zur Folge. Bei einer weiteren Verminderung des Laststroms erhöht sich die Strangspannung gemäß der gestrichelten Kurve 1. Im Leerlauf (IL = 0) erreicht sie schließlich 107% der Nenn-Strangspannung.If the generator is then relieved, i.e. if the load current is continuously reduced, the voltage tapped at the generator terminal increases according to the dashed curve 2 until it reaches the switching threshold (lower threshold voltage) of the switching relay at approx. 55% of the nominal load current, and the generator terminal Ll is connected to the terminal 2U2 of the second pair of terminals. This results in a voltage jump from approx. 105% to approx. 98% of the phase voltage. If the load current is reduced further, the phase voltage increases according to the dashed curve 1. When idling (I L = 0), it finally reaches 107% of the nominal phase voltage.
Zwischen den beiden Schaltschwellen ist die Hysterese des Steuerrelais zu erkennen. Die Spitzen der Hysterese befinden sich bei ca. 77% und ca. 55% des Nenn-Laststroms. Die von der Hysterese umrahmte Fläche hängt vom relativen Abstand der Schaltschwellen, sowie von der Steigung der Strangspannung ab.The hysteresis of the control relay can be seen between the two switching thresholds. The peaks of the hysteresis are approx. 77% and approx. 55% of the nominal load current. The area framed by the hysteresis depends on the relative distance between the switching thresholds and the slope of the phase voltage.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zur Regelung der Phasenspannung jeder Drehstromphase vorgesehen, also bei drei Drehstromphasen insgesamt dreimal. Besonders vorteilhaft wirkt sie bei einer Schieflast, da bei einer stark belasteten Phase die Spannung sinkt und bei einer schwach belasteten Phase die Spannung steigt.The device according to the invention is provided for regulating the phase voltage of each three-phase phase, that is to say three times in the case of three three-phase phases. It is particularly advantageous in the case of an unbalanced load, since the voltage drops in a heavily loaded phase and the voltage increases in a weakly loaded phase.
Insbesondere können die erfindungsgemäßen Vorrichtungen kaska- denförmig aneinander gereiht werden, wobei der Abstand zwischen der ersten und zweiten Generatorspannung innerhalb der Kaskade immer enger wird, so dass die Spannungsregelung feinstufiger wird.In particular, the devices according to the invention can be cascaded in a row, the distance between the first and second generator voltage being within the Cascade is getting narrower, so that the voltage regulation becomes finer.
Eine bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die selbsttätige, Laststrom abhängige Regelung der Spannung eines von einem Hubkolbenverbrennungsmotor angetriebenen elektrischen Stromerzeugers. Hierbei kann es sich insbesondere um einen von einem Dieselmotor angetriebenen Synchrongenerator handeln. Ein permanent erregter Stromerzeuger ist erfindungsgemäß bevorzugt. A preferred use of the device according to the invention is the automatic, load current-dependent regulation of the voltage of an electric power generator driven by a reciprocating piston internal combustion engine. In particular, this can be a synchronous generator driven by a diesel engine. A permanently excited power generator is preferred according to the invention.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zur selbsttätigen, Laststrom abhängigen Regelung der Spannung eines elektrischen Stromerzeugers ("Generator"), welche umfasst: ein erstes Klemmenpaar (lUl, 1U2), welches mit einem den Laststrom tragenden Generatorklemmenpaar (N, Ll) verbindbar ist, zum Abgreifen einer ersten Generatorspannung an der Generatorwicklung, ein zweites Klemmenpaar (lUl, 2U2), welches mit dem Generatorklemmenpaar (N, Ll) verbindbar ist, zum Abgreifen einer im Vergleich zur ersten Generatorspannung kleineren, zweiten Generatorspannung an der Generatorwicklung, ein drittes Klemmenpaar (1U2, 2U2) zur Versorgung eines Steuerstromkreises (2) mit einer Steuerspannung, welcher Steuerstromkreis (2) mit einem Steuerrelais (8) mit einem Schalter (9) zum Umschalten der Verbindung zwischen Generatorklemmenpaar (N, Ll) und erstem bzw. zweitem Klemmenpaar ausgerüstet ist, wobei das durch den Schalter (9) mit dem ersten Klemmenpaar (1U1, 1U2) verbundene Generatorklemmenpaar (N, Ll) mit dem zweiten Klemmenpaar (1U1, 2U2) verbunden wird, falls die Steuerspannung größer oder gleich einer oberen Schwellspannung des Schaltrelais ist, während das durch den Schalter (9) mit dem zweiten Klemmenpaar (1U1, 2U2) verbundene Generatorklemmenpaar (N, Ll) mit dem ersten Klemmenpaar (1U1, 1U2) verbunden wird, falls die Steuerspannung kleiner oder gleich einer unteren Schwellspannung des Steuerrelais ist, ein Brückenglied (5) , welches die durch den Schalter (9) erstellte Verbindung des Generatorklemmenpaars (N, Ll) mit dem ersten Klemmenpaar (1U1, 1U2) überbrückt, mit einem spannungsabhängigen Widerstand ("Varistor") (10), dessen Durchlassspannung oberhalb der Differenz von erster und zweiter Generatorspannung und unterhalb der am ersten Klemmenpaar abgegriffenen ersten Generatorspannung liegt.1. Device for automatic, load current-dependent regulation of the voltage of an electrical power generator ("generator"), which comprises: a first pair of terminals (lUl, 1U2), which can be connected to a generator terminal pair (N, Ll) carrying the load current, for tapping one first generator voltage on the generator winding, a second pair of terminals (lUl, 2U2), which can be connected to the generator terminal pair (N, Ll), for tapping a second generator voltage on the generator winding, which is smaller than the first generator voltage, a third pair of terminals (1U2, 2U2 ) to supply a control circuit (2) with a control voltage, which control circuit (2) is equipped with a control relay (8) with a switch (9) for switching the connection between the generator terminal pair (N, Ll) and the first or second terminal pair, whereby the generator terminal pair (N, Ll) connected to the second terminal pair by the switch (9) with the first pair of terminals (1U1, 1U2) aar (1U1, 2U2) is connected if the control voltage is greater than or equal to an upper threshold voltage of the switching relay, while the generator terminal pair (N, Ll) connected to the second terminal pair (1U1, 2U2) by the switch (9) to the first terminal pair (1U1, 1U2) is connected if the control voltage is less than or equal to a lower threshold voltage of the control relay, a bridge element (5) which bridges the connection between the generator terminal pair (N, Ll) and the first terminal pair (1U1, 1U2) created by the switch (9), with a voltage-dependent resistor ("varistor") (10) whose forward voltage is above the difference between the first and second generator voltage and below the first generator voltage tapped at the first pair of terminals.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerspannung des Steuerstromkreises der Spannungsdifferenz zwischen erster Generatorspannung und zweiter Generatorspannung entspricht.Apparatus according to claim 1, characterized in that the control voltage of the control circuit corresponds to the voltage difference between the first generator voltage and the second generator voltage.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerstromkreis (2) mit Erreichen einer Durchlassspannung stromdurchlässig wird.Device according to claim 1, characterized in that the control circuit (2) becomes current-permeable when a forward voltage is reached.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerstromkreis (2) eine Zener-Diode (6) aufweist, deren Durchbruchsspannung der Durchlassspannung des Steuerstromkreises (2) entspricht.Apparatus according to claim 3, characterized in that the control circuit (2) has a Zener diode (6) whose breakdown voltage corresponds to the forward voltage of the control circuit (2).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerstromkreis (2) ein Strom gleichrichtendes Element, insbesondere eine Gleichrichter-Diode (7) , aufweist. Device according to claim 1, characterized in that the control circuit (2) has a current-rectifying element, in particular a rectifier diode (7).
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem ersten Klemmenpaar (1U1, 1U2) abgegriffene erste Generatorspannung der Generatorhauptspannung entspricht.6. The device according to claim 1, characterized in that the tapped with the first pair of terminals (1U1, 1U2) corresponds to the first generator voltage of the main generator voltage.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsregelung innerhalb einer Toleranzbreite von ±5% erfolgt.7. The device according to claim 1, characterized in that the voltage regulation takes place within a tolerance range of ± 5%.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsregelung bei ohm' scher Last bei ungefähr 50% - 80% des Nenn-Laststromes erfolgt.8. The device according to claim 1, characterized in that the voltage control takes place at ohmic load at approximately 50% - 80% of the nominal load current.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie konform zur Ausführungsklasse G2 der Norm DIN 8528 ist.9. The device according to claim 1, characterized in that it conforms to execution class G2 of the DIN 8528 standard.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der elektrische Stromerzeuger permanent erregt ist.10. The apparatus of claim 1, wherein the electrical power generator is permanently excited.
11. Anordnung gekennzeichnet durch Vorrichtungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche für jede Drehstromphase.11. Arrangement characterized by devices according to one of the preceding claims for each three-phase phase.
12. Anordnung gekennzeichnet durch kaskadenförmig angeordnete Vorrichtungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spannungsdifferenz zwischen der ersten Genera- torspannung und der zweiten Generatorspannung innerhalb der Kaskade kontinuierlich abnimmt.12. Arrangement characterized by cascaded devices according to one of the preceding claims, wherein the voltage difference between the first generation gate voltage and the second generator voltage within the cascade continuously decreases.
13. Verwendung der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur selbsttätigen, Laststrom abhängigen Regelung der Spannung eines von einem Hubkolbenverbrennungsmotor, insbesondere Dieselmotor, angetriebenen elektrischen Stromerzeugers, insbesondere Synchrongenerator. 13. Use of the device according to one of the preceding claims for automatic, load current-dependent regulation of the voltage of an electric power generator, in particular a synchronous generator, driven by a reciprocating piston internal combustion engine, in particular a diesel engine.
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