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Stromversorgungseinrichtung, insbesondere für Schienenfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromversorgungseinrichtung für Schienenfahrzeuge, die eine Batterie und einen Generator umfasst, der zur Erzeugung eines Wechselstromes geeignet ist, welcher gleichgerichtet wird, um den Generatorerregerstrom zu liefern und die einen Regler für den erwähnten Erregerstrom aufweist, der eine vormagnetisierbare Drosselspule mit einer Wechselstromarbeitswicklung aufweist, die mit einem Gleichrichter und einer Generatorerregerwicklung in Serie geschaltet ist.
Die franz. Patentschrift Nr. 1. 042. 935 betrifft eine Schaltungsanordnung zur Regelung der Spannung, insbesondere von Wechselstromgeneratoren mit Hilfe zweier Transduktoren, deren einer einen permanentenMagneten enthält und wobei die zur Erregung des Generators notwendige Gleichspannung vom zweiten Transduktor abgenommen wird, welcher sowohl frequenz-als auch spannungsabhängig gesteuert wird.
Diese Anordnung ist jedoch sehr kompliziert.
Aus dem Aufsatz"Eine neue Zugbeleuchtung"in der ETZ-A, Heft 2. vom 11. Jänner 1954 ist es
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leuchtungsanlagen zu verwenden.
Die österr. Patentschrift Nr. 173123 betrifft eine Ladeeinrichtung für Akkumulatorenbatterien mit einem Wechsel- oder Drehstromgenerator, der über einen Gleichrichter (Ladegleichrichter) auf die Batterie arbeitet, wobei eine Erregerwicklung des Generators über einen besonderen Gleichrichter (Eiregergleichrichter) an den Generator angeschlossen ist unter Verwendung einer zwischen den Generator und den Erregergleichrichter geschalteten Drosselspule, für welche eine Gleichstromvormagnetisierung vorgesehen ist, die durch zwei im entgegengesetzten Sinn wirkende Wicklungen gebildet wird, wobei die Erregung des Generators so geregelt wird, dass bei Erreichen einer bestimmten Batteriespannung die Erregung des Generators so weit verringert ist, dass praktisch kein Ladestrom mehr fliesst.
Jedoch ist die dabei verwendete vormagnetisierte Drosselspule lediglich mit zwei einander entgegenwirkenden Steuerwicklungen versehen, deren eine von einem konstanten Strom und deren andere von einem der Batteriespannnng proportionalen Strom durchflossen wird.
In der österr. Patentschrift Nr. 165998 ist eine Einrichtung'zur Regelung des Stromes in Verbraucheranlagen, insbesondere für Zugsbeleuchtung, beschrieben. Diese Regeleinrichtung besteht aus einem an einenWechselstromerzeuger angeschlossenen Transduktor, welcher von der vom Gleichrichter gelieferten Spannung und vom Belastungsstrom beeinflusst wird. Der Ladestrom wird durch den Transduktor beeinflusst, während die Verbraucherspannung durch einen Regler konstant gehalten wird. Bei dieser Einrich- tung können die transduktorgesteuerten Gleichrichter auch in dem Erregerstromkreis des Wechselstromgenerators geschaltet werden. Dabei wird der Transduktor von einer Erregerstromwicklung und von einer oder mehreren Magnetisierungswicklungen umschlossen.
Da der zur Magnetisierung notwendige Strom konstant gehalten werden muss, um einen gleichmässigen Fluss zu erhalten, muss dieser Wicklung eine Einrichtung vorgeschaltet sein, die den Strom konstant hält. Diese Anordnung bedingt einen relativ hohen Aufwand an Schaltelementen und hat ausserdem noch den Nachteil, dass erhebliche Verluste in Form von Spannungsabfällen in den spannungsregelnden Teilen und in den Magnetisierungswicklungen auftreten.
Diese Nachteile werden erfindungsgemäss dadurch vermieden, dass die vormagnetisierbare Drossel durch einen Permanentmagneten in an sich bekannter Weise vormagnetisiert ist, und dass eine Steuerstromwicklung der Drossel an die Batteriespannung gelegt oder mit dieser verbindbar angeordnet ist, welche Steuerstromwicklung einen magnetischen Fluss erzeugt, der dem vom Permanentmagneten in ihrem Drosselkeme und innerhalb des permanenten Magneten selbst erzeugten Fluss entgegengerichtet ist. Zu-
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sätzlich zu der auf die Weise geregelten Erregung kanr der Generator auch mit einet Hauptschlusser- regung ausgerüstet sein.
Der Generator kann ein Wechselstromgenerator oder auch ein Gleichstromgenerator sein, der Mittel zur Erzeugung von Wechselstrom aufweist, von denen die Erregung abgeleitet wird.
Die Sättigungsdrossel kann eine einfache Drossel mit den genannten Hauptwicklungen sein. Sie kann jedoch auch mit einer zusätzlichen Gleichstromwicklung oder Wicklungen ausgerüstet sein, die im Falle der Verwendung als Zugbeleuchtungseinrichtung den Generatorstrom und bzw. oder den Lampenstrom und
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könnenden.
Im folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele genauer beschrieben, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen wird, in der Fig. 1 eine Schaltung einer Stromversorgungseinrichtung darstellt.
Fig. 2 zeigt eine Prinzipdarstellung einerSättigungsdrossel ; in Fig. 3 ist die Schaltung einer modifizierten Einrichtung. die in der Einrichtung gemäss Fig. 1 anwendbar ist, dargestellt. Fig. 4 zeigt eine Ausfüh- rungsvariante einer Drossel, Fig. 5 stellt die Schaltung einer frequenzkompensierten Einrichtung dar.
In der Einrichtung gemäss Fig. l ist derGenerator als Drehstromgenerator 1 ausgebildet, der über einen Dreiphasenhauptgleichrichter 3 eine Batterie 2 und falls gewünscht, Lampen oder eine andere Last der Zugsbeleuchtungseinrichtung versorgt. Die Erregung für die Nebenschlusswicklungen 4 des Generators wird von zwei Phasen des Generators über eine Gleichrichterbrücke 5 abgenommen. Eine Hauptschlusserregung durch eine Wicklung 4a kann, falls gewünscht, von der Gleichstromseite des Hauptgleichrichters in der gezeigten Art abgeleitet werden.
Der Generator 1 wird mittels einer Sättigungsdrossel 6 geregelt, die den Wechselstrom beeinflusst,
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Aussenschenkel 7, wobei jeder dieser Schenkel Teile von geteilten Wicklungen trägt : die Drossel weist weiters zwei Schenkel 8 auf, zwischen denen ein vormagnetisierender Permanentmagnet 9 angeordnet ist. Luftspalte, die auf einer Seite des einen der letztgenannten Schenkel und am andern Ende des zweiten Schenkels angeordnet sind, sind durch Messingbeilagen 10 geschlossen. Der Permanentmagnet hat die Aufgabe, die Aussenschenkel 7 der Drossel zu sättigen. Die geteilte Wechselstromwicklung 11 der Drossel führt im Betriebszustand den oben genannten Wechselstrom.
Die geteilte Haupts1euerwicklung 12, welche zur Aufhebung bzw. teilweisen Neutralisierung der durch den permanenten Magneten 9 hervorgerufenen Sättigung dient, ist mit der Batteric verbunden, so dass die Beeinflussung proportional zur Batterieladespannung erfolgt. In diesen Fall ist eine einfache Spannungsregelung durch Veränderung der Generatorerregung gegeben, wobei eine Konstantspannungscharakterisitik eingestellt werden kann. In Serie mit der Steuerwicklung 12 ist ein einstellbarer Widerstand 13 geschaltet.
Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise der Drossel wurden in Fig. 2 die Polaritäten und die magnetischen Kraftlinien eingezeichnet. Die strichlierten Linien deuten den Verlauf des durch den permanenten Magneten 9 bei unerregter Steuerwicklung 12 erzeugten Flusses an. Die Wicklung 11 weist in diesem Falle einen gesättigten Kern und infolgedessen auch eine geringe Impedanz auf. Die Wicklung 12 hat, wenn sie erregt ist, die Aufgabe, einen Fluss zu erzeugen, der dem Fluss des Permanentmagneten in den Schenkeln 7 entgegengerichtet ist.
In dem Extremfall, in dem die Erregung der Wicklung 12 die Eliminierung des Flusses in den Schenkeln 7 bewirkt, wird der Fluss des Permanentmagneten vollständig in die strichpunktiert gezeichneten Wege verdrängt. Unter diesen Umständen weist die Wicklung 11 eine hohe Impedanz auf. Luftspalte sind erforderlich, damit der Fluss leicht in die mit strichpunktierten Linien gezeichneten, alternativen Wege verdrängt werden kann, ohne dass die Wicklung 12 eine ausserordentlich hohe magnetomotorische Kraft aufweisen muss. Wenn die Luftspalte zu gross sind, erfordert die Wicklung 12 übermässig viele Ampèrewin- dungen und wenn sie zu klein sind, wird der Fluss der permanenten Magneten 9 nicht zur Sättigung der chenkel 7 ausreichen.
Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, kann eine zusätzliche Gleichstromwicklung 14 vorgesehen sein, um die Hauptsteuerwicklung 12 zu unterstützen oder ihr entgegenzuwirken, um beispielsweise eine KompoundCharakteristik des Generators 1 zu erzielen. Eine derartige Wicklung kann den Generatorstrom, den Batteriestrom oder den Strom einer Lampenlast führen, oder es können auch Wicklungen angeordnet sein, die einen oder mehrere dieser Ströme führen. Sie können dazu dienen, die geregelte Spannung zu vergrössern oder zu verkleinern. Eine Erhöhung oder Absenkung der geregelten Spannung kann auch durch Kurzschliessen eines Teiles des Widerstandes 13 bewirkt werden, wenn ein Lastschalter der Einrichtung, ins-
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besondere ein Schalter für eine Lampenlast geschlossen wird.
Ein Trennrelais oder ein Trennschalter kann vorgesehen sein, um die Batterie 2 oder die Batterie und eine. andere Last vom Hauptgleichrichter 3 zu trennen, wenn die Batterie nicht vom Generator 1 geladen wird, wodurch eine langsame Entladung der Batterie vermieden ist, die auftreten würde, wenn die Einrichtung ungeändert bliebe. Eine geeignete Relaisanordnung istin Fig. 3 gezeigt, in der die Relaiswicklung 15 über eine eige- ne Gleichrichterbrücke 16 mit zwei Phasen des Generators 1 verbunden ist und seine Hauptkontakte 17 in der Verbindungsleitung zwischen dem Hauptgleichrichter 3 und der Batterie 2 angeordnet sind. In dieser Figur ist die Anordnung einer Belastung 18 in Form von Lampen gezeigt, wobei diese über einen sogenannten Lampenwiderstand 19 gespeist werden.
Das Relais ist mit Hilfskontakten 20, 20a ausgerüstet, die die Steuerwicklung 12 von den Lampen auf den Ausgang des Hauptgleichrichters 3 umschalten, wenn die Hauptkontakte 17 offen sind. Bei dieser Anordnung wird der Regler normalerweise auf die Lampenspannung ansprechen und diese regeln, er wird aber, falls das Relais nicht ansprechen und seine Kontakte 17 nicht schliessen sollte, durch die Ausgangsspannung des Gleichrichters 3 beeinflusst und diese regeln : so dass Beschädigungen infolge Überspannungen vermieden werden. Wenn die Batterie nicht geladen wird, ist der Lampenwiderstand 19 durch einen Kontakt 19a kurzgeschlossen, der durch eine Relaiswicklung 19b betätigt wird, die mit demselben Gleichrichter 16 wie die Relaiswicklung 15 verbunden ist.
Bei der Drossel kann von'der Einführung eines Rückkopplungs- oder Verstärkungseffektes oder von beiden Gebrauch gemacht werden. Für den Fall einer Rückkopplung, wie in Fig. 4 dargestellt, sind die beiden Teile der Wechselstromwicklung 11 in Parallelschaltung verbunden, wobei Einweggleichrichter 21 so in Serie mit entsprechenden Teilen der Wicklung 11 angeordnet sind, dass. nur jene gegeneinander ge- richtte Halbwellen die genannten Teilwicklungen passieren können, die einen Fluss erzeugen, welcher den Fluss des permanenten Magneten unterstützt. Ein Verstärkungseffekt kann durch eine Wicklung 22 erzielt werden, die, wie in Fig. 1 gezeigt, im Stromkreis der Nebenschlusswicklung 4 auf der Gleichstromseite der Gleichrichterbrücke 5 angeordnet ist.
Weiters kann aucn, fa-Us gewünscht, eine Kompensation der Frequenzänderung, die auf Drehzahl- änderungen des Generators zurückzuführen ist, vorgesehen werden. Wie in Fig. 5 dargestellt, kann eine derartige Kompensation dadurch bewirkt werden, dass man die genannten Hauptsteuerampèrewindungen auf zwei Teile 12a und 12b aufteilt, wobei der eine Teil 12a direkt gespeist wird, während die Speisung des andern Teiles 12b über eine Drosselspule 23 oder andere frequenzabhängige Widerstandanordnungen und einen Gleichrichter 34 erfolgt. Durch diese Anordnung nehmen die gesamten Steuerampère- windungen bei steigender Frequenz ab, wodurch sich der gewünschte Kompensationseffekt auf die zu regelnde Spannung ergibt.
Fig. 5 zeigt die Anwendung dieser Kompensation auf eine Einrichtung mit einem Einphasengenerator ;. im wesentlichen ist diese Anordnung jedoch der Einrichtung gemäss Fig. 1 ähnlich.
Die Fichtungen der magnetischen Flüsse, die durch die verschiedenen Wicklungen hervorgerufen werden, sind durch die entsprechenden Pfeile in Fig. 5 veranschaulicht.
An Stelle eines Wechselstromgenerators kann auch von einem Gleichstromgenerator Gebrauch gemacht werden, der Anschlussstellen an der Ankerwicklung aufweist, von welchen über Schleifringe ein Wechselstrom abgegriffen wird, von dem die Erregung hergeleitet wird. In einer andern Ausführungsform kann ein Gleichstromgenerator mit einer Wicklung in den Polschuhen versehen sein, in welcher durch die Rotation des gezahnten Ankers ein hochfrequenter Wechselstrom induziert wird, von dem die Erregung abgeleitet wird. Schliesslich kann auch ein Generator verwendet werden, der eine getrennte Wechselstromerregermaschine aufweist. Wenn ein Gleichstromgenerator verwendet wird, kann der" Hauptgleichrichter 3 " entfallen. Die Einschaltevorrichtung ist jedoch erforderlich.
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Stromversorgungseinrichtung für Schienenfahrzeuge, die eine Batterie und einen Generator umfasst, der zur Erzeugung eines Wechselstromes geeignet ist, welcher gleichgerichtet wird, um den Generatorerregerstrom zu liefern und die einen Regler für den erwähnten Erregerstrom aufweist, der eine vormagnetisierbare Drosselspule mit einer Wechselstromarbeitswicklung aufweist, die mit einem Gleich-
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magnetisierbare Drossel (6) durch einen Permanentmagneten (9) in an sich bekannter Weise vormagnetisiert ist, und dass eine Steuerstromwicklung (12) der Drossel (6) an die Batteriespannung gelegt oder mit dieser verbindbar angeordnet ist, welche Steuerstromwicklung (12) einen magnetischen Fluss erzeugt, der dem vom Permanentmagneten (9) in ihrem Drosselkerne und innerhalb des permanenten Magneten selbst erzeugten Fluss entgegengerichtet ist.