-
Elektrische Batterielade- und Stromversorgungseinrichtung, insbesondere
für Eisenbahnfahrzeuge Die Erfindung betrifft elektrische Batterielade- und Stromversorgungseinrichtungen
für Beleuchtungs-, Heizungs- und/oder ähnliche Zwecke, insbesondere an Eisenbahnfahrzeugen.
Anlagen dieser Art, bei denen die Leistung zumeist von umlaufenden Fahrzeugachsen
abgenommen wird, bieten besondere Probleme hinsichtlich ihrer Regelung. Die durch
die Erfindung zu verbessernden bekannten Einrichtungen enthalten einen Wechselstromerzeuger,
dessen Strom teilweise für die Erregung des Wechselstromerzeugers gleichgerichtet
wird, und einen Erregerstromregler mit Sättigungsdrossel, in welcher eine Dauermagnetvorerregung
einen Fluß für die Sättigung zumindestens eines Schenkels des Drosselkerns erzeugt,
und mit einer den für die Erregung gleichzurichtenden Strom führenden Wechselstromwicklung.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet derart zwischen zwei
Hilfsschenkeln der Sättigungsdrossel angeordnet ist, daß sein Fluß in Nebenpfade
abgedrängt werden kann, wenn eine in an sich bekannter Weise an die vom Generator
zu ladende Batterie angeschlossene und auf die je eine der gegensinnig gewickelten
Hälften der Wechselstromwicklung und der Steuerwicklung tragenden Drosselschenkel
verteilte Steuerwicklung Strom führt und einen Fluß erzeugt, der dem des Dauermagneten
entgegen gerichtet ist und die Drosselschenkel zu entsättigen strebt.
-
Eine bekannte Anordnung zur Zugbeleuchtung enthält eine magnetische
Vergleichseinrichtung mit einem Dauermagnet und einer der zu ladenden Batterie entnommenen
Erregung zur Beeinflussung eines gesonderten Regelverstärkers. In der Vergleichseinrichtung
werden durch das Zusammenwirken des Dauermagneten und der von der Batterie gelieferten
Erregung zwei je von einer Halbwelle eines Wechselstroms durchflossene Impedanzen
so verändert, daß dieser Wechselstrom unsymmetrisch wird und sein Gleichstromanteil
von wechselnder Polarität zur Steuerung des Regelverstärkers benutzt werden kann.
-
Die Anordnung nach der Erfindung benötigt keinen gesonderten Regelverstärker
und arbeitet nicht mit einem unsymmetrischen Wechselstrom. Sie wirkt unmittelbar
als Spannungsregler, wobei eine kleine Änderung des Steuerstroms eine große Impedanzänderung
der im Erregersystem des Wechselstromgenerators liegenden Wechselstromwicklung hervorruft.
-
Der Stromerzeuger kann auch zur gleichzeitigen Abgabe von Gleich-
und Wechselstrom eingerichtet sein.
-
Die Sättigungsdrossel kann neben den erwähnten hauptsächlichen Wicklungen
auch eine oder mehrere zusätzliche Wicklungen tragen;. die den Gesamtstrom des Stromerzeugers
bzw. im Falle eines Zugbeleuchtungssystems den Lampenstrom und/oder den Batteriestrom
führen und die Haupt-Gleichstromwicklung unterstützen oder ihr entgegenwirken, um
die zu regelnde Spannung herabzusetzen oder zu erhöben. Nach Bedarf kann ferner
eine Rückkopplungs- undi oder eine Verstärkerwirkung hervorgebracht werden.
-
Im folgenden werden an Hand der schematischen Zeichnungen mehrere
Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
-
In den Zeichnungen. ist F i g. 1 ein Schaltbild einer solchen Stromversorgungsanordnung,
F i g. 2 eine schematische Darstellung einer Sättigungsdrossel, F i g. 3 ein Schaltbild
einer auf die Anordnung nach F i g. 1 anwendbaren Abänderung, F i g. 4 eine schematische
Darstellung einer abgeänderten Drossel und F i g. 5 ein Schaltbild einer Anordnung
mit Frequenzkompensation.
-
In der Anlage nach F i g. 1 ist der Stromerzeuger ein Dreiphasen-Wechselstromgenerator
1, der eine Batterie 2 durch einen dreiphasigen Hauptgleichrichter 3 und nach Bedarf
eine Beleuchtungsanlage oder andere Stromverbraucher, z. B. einer Zugbeleuchtungsanlage,
mit Strom versorgt. Die Erregung
für die Nebenschlußwicklung 4 des
Wechselstromgenerators wird aus zwei Phasen desselben über eine Gleichrichterbrücke
5 entnommen. Eine Reihenschlußerregung durch eine Wicklung 4 a kann nach Bedarf
von der Gleichstromseite des Hauptgleichrichters 3 auf die dargestellte Art gewonnen
werden.
-
Der Wechselstromgenerator 1 wird mittels einer Sättigungsdrossel 6
geregelt, die den Wechselstrom beeinflußt, von dem die Nebenschlußerregung abgeleitet
ist. Wie in F i g. 2 dargestellt, hat die Drossel zwei Außenschenkel?, die jeweils
Teile von unterteilten Wicklungen tragen und zwei Mittelschenkel 8, zwischen denen
ein zur Vorerregung dienender Dauermagnet 9 angeordnet ist; am einen Ende eines
der Mittelschenkel und am entgegengesetzten Ende des anderen Mittelschenkels befinden
sich mit Messingeinlagen 10 ausgefüllte Luftspalten. Der Dauermagnet ist
so angeordnet und bemessen, daß er die Außenschenkel ? der Drossel sättigt. Die
unterteilte Wechselstromwicklung 11 der Drossel führt den erwähnten Wechselstrom.
Die unterteilte Hauptsteuerwicklung 12, die der sättigenden Vorerregung durch den
Dauermagnet 9 entgegenwirkt und sie teilweise aufheben soll, ist so an die Batterie
angeschlossen, daß sie proportional zur Batterieladespannung beeinflußt wird. In
diesem Fall wird eine einfache Spannungsregelung nach einer Konstantspannungskennlinie
durch Steuerung der Erregung des Wechselstromgenerators gewonnen. In Reihe mit der
Steuerwicklung 12 liegt ein einstellbarer Widerstand 13.
-
Um das Verständnis der Wirkungsweise der Drossel zu erleichtern, sind
in F i g. 2 die Polaritäten und die magnetischen Kraftflußwege angedeutet. Die gestrichelten
Linien bezeichnen die Wege des vom Dauermagnet 9 ausgehenden Kraftflusses bei unerregter
Steuerwicklung 12. Die Wicklung 11 hat dann einen gesättigten Kern
und daher kleine Impedanz. Die Wicklung 12 erzeugt in erregtem Zustand einen Kraftfluß,
der dem Dauermagnetfluß in den Schenkeln 7 entgegenwirkt. Im Grenzfall, in dem die
Erregung der Wicklung 12 den Kraftfluß in den Schenkeln 7 aufhebt, ist der Dauermagnetfluß
vollständig in die strichpunktiert angedeuteten Wege abgelenkt. In diesem Zustand
hat die Wicklung 11 eine hohe Impedanz. Die Luftspalten sind in solcher Anordnung
erforderlich, daß die strichpunktiert dargestellten Ausweichpfade leicht vom Dauermagnetfluß
eingeschlagen werden, ohne daß die Wicklung 12
eine übermäßige magnetomotorische
Kraft hervorbringen muß. Sind die Spalten zu weit, so sind übermäßig viele Amperewindungen
der Wicklung 12 erforderlich, sind sie zu eng, so reicht der Fluß des Dauermagnets
9 nicht zur Sättigung der Schenkel 7 aus.
-
Wie in F i g. 1 angedeutet, kann eine zusätzliche Gleichstromsteuerwicklung
14 vorgesehen sein, um die Hauptsteuerwicklung 12 zu unterstützen oder ihr
entgegenzuwirken, z. B. um dem Stromerzeuger 1
eine Verbundkennlinie zu verleihen.
Eine solche Wicklung kann den Hauptstrom des Stromerzeugers, den Batteriestrom oder
den Strom der Lampenbelastung führen, oder es können Wicklungen vorhanden sein,
die zwei oder mehr solche Ströme führen. Sie können so angeordnet sein, daß sie
das geregelte Spannungsniveau heben oder senken. Eine Erhöhung oder Erniedrigung
der geregelten Spannung kann auch bewirkt werden, indem ein Teil des Widerstandes
13 kurzgeschlossen wird, wenn der Einschalter eines Laststromkreises der Anlage,
insbesondere ein Lampenschalter, geschlossen wird.
-
Ein Abschaltrelais oder Selbstschalter kann vorgesehen sein, um die
Batterie 2 oder diese und eine sonstige Belastung vom Hauptgleichrichter 3 abzutrennen,
wenn die Batterie nicht durch den Stromerzeuger 1 geladen wird; dadurch wird
ein langsames Erschöpfen der Batterie vermieden, das sonst eintreten würde, wenn
die Anlage im Stillstand sich selbst überlassen bliebe. Eine geeignete Selbstsch
alteranordnung ist in F i g. 3 gezeigt; in dieser ist die Schalterwicklung 15 durch
eine eigene Gleichrichterbrücke 16 an zwei Phasen des Wechselstromgenerators 1 angeschlossen,
und die Hauptkontakte 17 des Schalters liegen zwischen dem Gleichrichter
3
und der Batterie 2. Eine Lampenbelastung 18 wird durch einen sogenannten
Lampenwiderstand 19 gespeist und der Schalter ist mit Hilfskontakten 20, 20 a ausgestattet,
welche den Anschluß der Steuerwicklung 12 von den Lampen auf den Ausgang
des Hauptgleichrichters 3 umschalten, wenn die Hauptkontakte 17 offen sind. Bei
dieser Anordnung wird der Regler gewöhnlich auf die Lampenspannung ansprechen und
diese regeln; dagegen wird er auf die Ausgangsspannung des Gleichrichters 3 ansprechen
und sie regeln, wobei dessen Beschädigung durch Überspannung verhütet ist, wenn
derSchalter versagen und fehlerhaft seine Kontakte 17 schließen sollte. Der Lampenwiderstand
19 wird, wenn die Batterie nicht geladen wird, durch einen Kontakt 19 a kurzgeschlossen,
der durch eine an demselben Gleichrichter 16
und parallel zur Schalterwicklung
15 angeschlossene Relaiswicklung 19 b betätigt wird.
-
An der Drossel können Vorkehrungen getroffen werden, um entweder eine
Rückkopplung oder eine Verstärkerwirkung oder beides hervorzubringen. Für eine Rückkopplung
können, wie in F i g. 4 gezeigt, die beiden Teile der Wechselstromwicklung 11 parallel
zueinander und in Reihe mit Halbwellengleichrichtern 21 geschaltet werden,
welche den Durchtritt durch diese Wicklungsteile nur solchen entgegengesetzten Halbwellen
gestatten, die einen den Dauermagnetfluß unterstützenden Fluß hervorbringen. Eine
Verstärkerwirkung kann durch eine Wicklung 22 hervorgebracht werden, die - wie in
F i g. 1 gezeigt - im Stromkreis der Nebenschlußwicklung 4 auf der Gleichstromseite
der Gleichrichterbrücke angeordnet ist.
-
Wenn erforderlich, kann für die Kompensation von Spannungsänderungen
infolge von Frequenzänderungen gesorgt werden, die durch Drehzahländerungen des
Stromerzeugers entstehen. Wie in F i g. 5 dargestellt, kann diese Kompensation bewirkt
werden, indem die gesamten Steueramperewindungen in zwei Teile 12 a und 12 b geteilt
werden, wovon der eine 12 a unmittelbar und der andere 12 b über eine
Drossel 23 und einen Gleichrichter 24 gespeist wird. Bei dieser Anordnung
nehmen die gesamten Amperewindungen mit zunehmender Frequenz ab, wodurch die gewünschte
Kompensationswirkung auf die zu regelnde Spannung ausgeübt wird. F i g. 5 zeigt
diese Kompensation in Anwendung auf eine Anlage mit einem Einphasenwechselstromgenerator
1, wobei die Anordnung sonst im allgemeinen ähnlich derjenigen nach F i g. 1 ist.
Die Richtungen der von den verschiedenen Wicklungen hervorgebrachten Kraftflüsse
sind durch die danebengesetzten Pfeile in F i g. 5 angegeben.
Statt
eines Wechselstromgenerators kann ein Gleichstromgenerator mit Anzapfungen an seiner
Ankerwicklung verwendet werden, von denen mittels Schleifringen ein Wechselstrom
abgenommen wird, aus welchem die Erregung gewonnen werden kann. Statt dessen kann
auch ein Gleichstromgenerator mit einer Wicklung in den Polflächen versehen werden,
in der durch den Umlauf des gezahnten Ankers Hochfrequenzwechselstrom induziert
wird; von diesem Hochfrequenzwechselstrom kann die Erregung abgezweigt werden. Endlich
kann ein Stromerzeuger mit einem gesonderten Wechselstromerreger verwendet werden.
Wird ein Gleichstromgenerator verwendet, so ist der Hauptgleichrichter 3 entbehrlich.
Dagegen ist auch hier die Schalteinrichtung für das Einschalten erforderlich.