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Regeleinrichtung für verbrennungselektrische Fahrzeugantriebe Bei
verbrennungselektrischen Antrieben, bei denen der Verbrennungsmotor einen Generator
antreibt, der seinerseits die eigentlichen Antriebsmotoren speist, ist es wichtig,
daß der Verbrennungsmotor mit möglichst günstigem Brennstoffverbrauch arbeitet.
Bei den üblichen Ausführungen der Verbrennungsmotoren kann diese Bedingung am besten
erfüllt werden, wenn vom Verbrennungsmotor dauernd eine möglichst gleichbleibende
Leistung abgenommen wird.
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Es sind bereits zahlreiche Anordnungen bekannt, welche eine gleichbleibende
Leistung der Verbrennungskraftmaschine, unabhängig davon, mit welcher Drehzahl und
mit welchem Drehmoment die Motoren arbeiten, ermöglichen sollen. Beispielsweise
hat man bei derartigen Antriebseinrichtungen für Fahrzeuge dem Generator eine solche
Belastungskennlinie gegeben, daß sich bei Stromänderungen die Spannung so ändert,
daß die-Leistung annähernd gleich bleibt. In der Regel sind für diesen Zweck Gegenverbundwicklungen
vorgesehen. Das erstrebte Ziel wird indessen bei diesen bekannten Antrieben nur
höchst unvollkommen erreicht. Man hat daher bei derartigen Antrieben zusätzliche
Regeleinrichtungen anwenden müssen, welche die Erregung des Generators so beeinflussen,
daß tatsächlich die Verbrennungskraftmaschine eine praktisch gleichbleibende Leistung
abgeben kann. Weiter sind Anordnungen bekanntgeworden, bei welchen die gleichbleibende
Leistung im wesentlichen durch Beeinflussung des Erregerstromes einer fremdgespeisten
oder im Nebenschluß erregten Erregerwicklung erzielt wird. Man hat beispielsweise
zu diesem Zwecke Regelwiderstände im Erregerstromkreis vorgesehen, die von einem
Fliehkraftregler oder von einem Elektromagneten gesteuert werden, dessen Erregung
an eine Geschwindigkeit der Verbrennungsmaschine proportionale Spannung angeschlossen
ist. Weiter hat man bei derartigen Anordnungen mit Kohlewiderständen gearbeitet,
die in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit beeinflußt werden. Ferner, sind auch
Regelanordnungen bekanntgeworden, bei denen Leistungsrelais oder Stromrelais einen
Servomotor steuern, der wiederum einen Regelwiderstand im Erregerkreis betätigt.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Regeleinrichtung für
verbrennungselel@trische Fahrzeugsantriebe mit einem von der Verbrennungskraftmasclhine
angetriebenen, die Fahrzeugmotoren speisenden Generator, dessen Erregung in Abhängigkeit
von der Drehzahl der Verbrennungsmaschine durch einen selbsttätigen Regler so geregelt
wird, daß sich eine gleichbleibende Leistung bei sich ändernden Strom-und Spannungswerten
des Generators ergibt.
Die Erfindung besteht darin, daß als Regler
ein gittergesteuertes Entladungsgefäß verwendet wird, das in den Feldstromkreis
des Generators eingeschaltet ist. Die Gitterspannung kann abhängig von den Änderungen
der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine im Sinne einer Gleichleistungsregelung
selbsttätig geändert werden.
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Eine derartige Anordnung I weist gegenüber sämtlichen bisher bekanntgewordenen
Anordnungen an verbrennungselektrischen Fahrzeugantrieben mit einer Regelung auf
gleichbleibende Leistung außerordentliche Vorteile auf. Einer der Hauptvorteile
der Anordnung nach der Erfindung besteht darin, daß sie es ermöglicht, die Regelung
auf gleiche Leistung bei äußerst geringen Drehzahländerungen der Verbrennungskraftmaschine
zu erzielen. Dies ist aber für den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine im Hinblick
auf die von der letzteren angetriebenen Hilfsvorrichtungen u. dgl. außerordentlich
wertvoll.
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Ein weiterer bedeutender Vorteil der Einrichtung nach der Erfindung
besteht darin, daß es möglich ist, die Neigung der Regelkennlinie (Erregerstrom
in Abhängigkeit von der Drehzahl) leicht zu ändern und letztere in einen anderen
Drehzahlbereich zu verlegen. Von besonderer Bedeutung ist dabei noch, daß an dem
in den Erregerstromkreis eingeschalteten Entladungsgefäß selbst keinerlei Änderungen
erforderlich sind.
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Alle diese Vorteile können mit keiner der bekannten Einrichtungen,
die eine Gleichhaltung der Leistung der Verbrennungskraftmaschine bezwecken, in
so vollkommener Weise erzielt werden.
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Vorteilhafterweise werden für die Steuerung Doppelgitterröhren mit
Zündkennliniensteuerung angewendet, bei der durch einfache Amplitudenänderung einer
der beiden Gitterspannungen eine zuverlässige Zündung erreicht werden kann. Röhren
für diesen Zweck, die gleichzeitig zur Gleichrichtung des an der Wechselstromquelle
abgegebenen Erregerstromes dienen, können ohne weiteres für erhebliche Stromstärken
und eine Höchstsperrspannung ausgeführt werden. Die Verwendung von Röhren für die
Steuerung von Erregerstromkreisen von Generatoren ist an sich bereits bekannt. Dabei
wurden die Röhren jedoch nicht zu einer Gleiclileistungsregelung für Fahrzeugantriebe
benutzt.
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Unter Umständen kann es vorteilhaft sein, einen wesentlichen Teil
der Erregerleistung aus einer Gleichspannungsquelle,beispielsweise einem Stromsammler,
zu entnehmen. Gewissermaßen liefert in diesem Fall die Gleichspannungsquelle die
Grunderregung, während die Zusatzeiregung durch die gittergesteuerten Röhren geregelt
wird. Die Beeinflussung der Steuerung der Röhren kann auf verschiedene Weise erfolgen.
So kann beispielsweise eine Gleichstrom-Drehzahlmesser-Dynamo mit ,großer Spannungsänderung
bei geringen Drehzahländerungen zur Erzeugung der Gitterspannung verwendet werden.
Hierbei ist es wichtig, daß durch Verwendung von möglichst hysteresisfreien Blechsorten
und Ausführungen mit großem Luftspalt die Hysteresis auf ein Mindestmaß herabgedrückt
wird. Um mit fallender Drehzahl ein zunehmendes Potential zu erreichen, wird der
Drehzahlmesser-Dynamo eine Hilfsspannung entgegengeschaltet. Bei der neuen Steuerung
ergeben sich sowohl für die Steuerspannungsquelle als auch für die Drehzahlmesser-Dynamo
sehr geringe Belastungen.
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BesonderenV orteil bietet es, für die Steuerung eine Wechselstrom
- Drehzahlmesser - Dynamo zu verwenden, die auch als Maschine mit Erregung_ durch
einen permanenten 'Magneten ausgebildet sein kann. Man kann die erforderliche Steuerspannung
auch als Differenzspannung zwischen einer proportional zur Drehzahl veränderlichen
Spannung, etwa der Spannung der Erregermaschine und der Spannung einer Wechselstrom-Drehzahlmesser-Dynamo,
herstellen, die dann, um die erforderliche, vom proportionalen Verlauf abweichende
Spannungsänderung aufzuweisen, selbsterregend ausgeführt werden muß. Die Selbsterregung
kann hierbei über einen Trockengleichrichter erfolgen. Durch die Anwendung von Wechselstrom
ist die Möglichkeit gegeben, die erzielte Spannungsdifferenz durch einenTransformator
so zu übersetzen, daß sich die günstigste Steuerspannung für die Röhren ergibt.
Zur Vermeidung der Hysteresis kann auch eine selbsterregende Wechselstromkollektormaschine
gewählt werden. Gegebenenfalls kann die Steuerspannung gleichfalls über Trockengleichrichter
gleichgerichtet werden.
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Eine besonders vorteilhafte Steuerung ergibt sich gemäß der weiteren
Ausgestaltung der Erfindung, wenn die Steuerung mit Hilfe eines Resonanzkreises
durchgeführt wird. Der Resonanzkreis wird hierbei etwa auf die Frequenz abgestimmt,
die der höchstzulässigen Drehzahlabsenkung entspricht. Der Resonanzlcrei@ wird z.
B. als Vorschaltwiderstand in einen hrei: mit einem weiteren Steuerwiderstand `clegt.
Im Resonanzfall ist der Widerstand des Resonanzkreises am kleinsten. Es wird also
der größte Strom im Steuerkreis fließen und dadurch an dem Steuerwiderstand der
größte Spannungsabfall auftreten, der dem Gitter als Steuerspannung zugeführt werden
kann. Bei einer Drehzahländerung und einer damit verbundenen Änderung der Frequenz
steigt der Widerstand schnell an, wodurch die Steuerspannung abfällt und die erforderliche
Änderung hervorgerufen wird.
Unter Umständen kann es wünschenswert
sein, die Resonanz so zu legen, daß sie außerhalb der betriebsmäßig erreichbaren
oder erreichten niedrigsten oder höchsten Drehzahlen liegt, so daß als Arbeitsbereich
nicht der eigentliche Resonanzpunkt, der als Umkehrpunkt bei einem Übersteuern u.
U. eine unerwünschte Regelung mit sich bringen könnte, sondern der auf- oder absteigende
Teil der Resonanzlinie verwendet wird.
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Ein Ausführungsbeispiel hierfür unter Verwendung einer Doppelgittersteuerung
ist in der Zeichnung dargestellt. Mit i ist eine Verbrennungsmaschine, mit 2 der
von dieser angetriebene Generator bezeichnet, der seinerseits auf Motoren 3 arbeitet.
Mit 4 ist eine Erregermaschine bezeichnet, die als Einphasensynchrongenerator ausgeführt
ist und ihrerseits aus einem Stromsammler 5 erregt wird. Mit 6 und 7 sind zwei Doppelgitterentladungsröhren
bezeichnet, die in Gegentaktschaltung arbeiten und hierbei die von der Erregermaschine
q. gelieferte Spannung regeln und gleichrichten und der Erregerwicklung 8 des Generators
2 zuführen. Die Erregermaschine 4 speist zunächst einen Transformator g, dessen
Sekundärwicklung io mit einer Nullpunktanzapfung ausgeführt ist, die als negativer
Pol mit dem einen Ende der Erregerwicklung 8 verbunden ist. Die beiden äußeren Enden
der Sekundärwicklung io sind mit den Anoden ix der beiden Röhren verbunden. Die
Kathoden 12 sind untereinander verbunden und als positiver Pol an das andere Ende
der Erregerwicklung 8 geführt. Die Schutzgitter 13 sind in üblicher Weise an eine
gleichbleibende Spannung, beispielsweise an die Anode des jeweils anderen Rohres,
geführt. Um die den Steuergittern 14 zugeführte Spannung der gewünschten Regelung
entsprechend zu beeinflussen, sind zwei Hilfstransformatoren 15 und 18 vorgesehen.
Die Primärwicklung 16 des Transformators 15 ist parallel zu der Sekundärwicklung
io des Haupttransformators g geschaltet. Die Sekundärwicklung 17 ist zweiteilig
ausgeführt und mit den entsprechenden Teilen der Sekundärwicklung 2o des Transformators
18 in Reihe zwischen den positiven Pol des Systems, also den Kathodenanschluß, und
das entsprechende Steuergitter angeschaltet. Die Primärwicklung ig des Transformators
18 ist an ihrem Nullpunkt mit dem Nullpunkt der Wicklung 16 des Transformators 15
verbunden; die äußeren Anschlüsse führen in Gegenphase zu je einem Schwingungskreis
21, der über einen einstellbaren Vorschaltwiderstand 22 mit den den Anoden zugeführten
Leitungen verbunden ist.
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Es ist an und für sich auch denkbar, die beiden Transformatoren i5
und 18 zu einem Dreiwicklungstransformator zu vereinigen, wobei die hintereinandergeschalteten
Wicklungshälften i7 und 2o zusammenfallen; jedoch muß hierbei durch ausreichende
Bemessung der Wicklungsquerschnitte dem großen Ausgleichstrom Rechnung getragen
werden. Unter Umständen kann ein derartiger Dreiwicklungstransformator auch mit
einem dritten Schenkel zum Ausgleich des Flusses ausgeführt werden.
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Der Wechselstrom, der in der Erregermaschine 4 erzeugt und dem Transformator
g zugeführt wird, ist in seiner Frequenz der Drehzahl der Verbrennungsmaschine proportional.
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Die Schwingungskreise 2i sind hierbei auf eine Frequenz etwas oberhalb
der der höchsten Drehzahl entsprechenden Frequenz abgestimmt. Durch die Vorschaltwiderstände
22 ist hierbei die Möglichkeit gegeben, der Resonanzkennlinie einen etwas langsamer
ansteigenden Verlauf zu geben, wodurch ein stabileres Arbeiten ermöglicht wird.
Es wird aber erforderlich sein, diesen Ohmschen Widerstandswert möglichst gering
zu halten, um bereits bei sehr geringfügigen Drehzahlabweichungen eine entsprechende
Regelung zu erzielen.
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Dem Hilfstransformator 15 wird primärseitig eineSpannungvon derGrößeund
Frequenz derv an der Maschine 4 erzeugten Spannung zugeführt. Die dem Transformator
18 zugeführte Spannung ist in ihrer Frequenz gleichfalls von der Spannung der Maschine
4 abhängig; jedoch wird sie durch die Vorschaltung der Resonanzkreise 21 beeinflußt.
Die Sekundärwicklungen 17 und 2o sind in der Weise hintereinander zwischen den Pluspol
des Systems und die Gitter 14 eingeschaltet, daß die Differenz der in diesen induzierten
Spannungen als Gitterspannung wirksam wird. Das Übersetzungsverhältnis der Transformatoren
ist hierbei so gewählt, daß sich bei normaler Drehzahl, also einer Drehzahl, die
um einen entsprechenden Wert. unterhalb der Resonanzfrequenz liegt, eine Aussteuerung
der Röhren etwa in der Größenordnung von 6o bis 7o % einstellt, wobei die Erregerstromstärke
den für ein normales Arbeiten erforderlichen Wert erhält. Bei geringfügigen Änderungen
der Drehzahl der Verbrennungsmaschine und damit Änderungen der Frequenz der Maschine
4 ändert sich der wirksame Scheinwiderstandswert der vorgeschalteten Resonanzkreise
21 und damit der hierauf entfallende Spannungsabfall. Es wird also bei ansteigender
Frequenz der Spannungsabfall kleiner, damit also auch die Differenzspannung, die
sich am Gitter auswirkt, verringert, so daß eine Vergrößerung der :1ussteuerung
eintritt, die die Erregung verstärkt, so daß durch Verzögerung der Belastung des
Generators die Drehzahl der Verbrennungsmaschine wieder auf ihren ursprünglichen
Wert gebracht wird. Umgekehrt wird bei einem Drehzahlabfall, etwa infolge von Überlastung,
der Scheinwiderstand der Resonanzkreise vergrößert, damit. die Gitterspannung vergrößert,
also die Aussteuerung verringert, so daß durch
Herabsetzung der
Erregung die Leistung des Generators 2 herabgesetzt wird und die Verbrennungsmaschineinfolge
derEntlastungwieder ihre ursprüngliche Drehzahl annehmen, kann.
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In manchen Fällen kann es aber vorteilhafter sein, die Regeleinrichtung
nicht für eine so große Leistung auszulegen. Zu diesem Zwecke ist bereits vorgeschlagen
worden, den Generator mit einer Verbundwicklung auszuführen, der zufolge die Stromspannungslinie
von dem verlangten Verlauf nur in geringerem Umfang abweicht, so daß nur diese geringeren
Abweichungen durch eine besondere Regeleinrichtung kompensiert werden müssen.
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Eine Regelung der am Steuergitter der Entladungsgefäße wirksam werdenden
Spannung kann leicht dadurch erzielt werden, daß die Gegenspannung in dem Gitterstromkreis
durch Änderung der Vormagnetisierung von in die Transförmatorenstromkreise eingeschalteten
Drosselspulen geändert wird. Zur Vormagnetisierung kann dabei der Erregerstrom selbst
verwendet werden.