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Elektromagnetische Spannungsregeleinrichtung für mit veränderlicher
Drehzahl angetriebene Stromerzeuger, insbesondere in Anlagen auf Fahrzeugen Die
1?rfindung l>ezielit sich auf eine elektromagnetische Spannungsregelungseinrichtung
für mit veränderlicher Drehzahl angetriebene Stromerzeuger, insbesondere in Anlagen
auf Fahrzeugen, mittels deren durch Beeinflussung des Erregerstromes des Stromerzeugers
auf im wesentlichen gleichbleibende Spannung, beim Überschreiten eines bestimmten
Erzeugerstromes durch Beeinflussung des Spannungsreglers auf niedrigere Spannung
geregelt wird.
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Bei bekannten Regelungseinrichtungen dieser Art wird die Beeinflussung
der Erregung des Spannungsreglers durch einen beim Überschreiten des bestimmten
Stromes in Tätigkeit tretenden elektromagnetischen Steuerregler bewirkt, der eine
zusätzliche Wicklung auf dem Spannungsregler, etwa eine Spannungs- oder Stromwicklung,
oder auch einen in Reihe mit der Spannungswicklung des Spannungsreglers liegenden
Widerstand steuert.
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Der Steuerregler weist eine vom Strom des Stromerzeugers durchflossene
Wicklung auf. Sobald der Strom den bestimmten Wert, auf den der Steuerregler eingestellt
ist, überschreitet. beginnt der Steuerregler in rascher Folge seine Kontakte zii
betätigen und dadurch die 'Mittel zur Beeinflussung
des Spannungsreglers
zu steuern. Die Spannung des Stromerzeugers wird dadurch auf einen niedrigeren Wert
oder auf niedrigere Werte geregelt.
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Bei diesen bekannten Einrichtungen tritt der Nachteil auf, daß, sobald
der Steuerregler seine Tätigkeit aufgenommen hat, der Stromerzeuger nicht den Strom,
auf den der Steuerregler anspricht, beibehält, sondern in seiner Stromlieferung
stark zurückgeht. Der Stromerzeuger erleidet also einen Leistungsabfall. Dieser
Leistungsabfall ist eine Folge davon, daß der Spannungsregler durch das plötzliche
Ein- und Ausschalten der i\Iittel zur Beeinflussung seiner Erregung ebenso plötzliche
Änderungen in seiner Erregung erfährt; die dadurch auf seinen Anker ausgeübten Kräfte
ziehen den Anker zu stark ein, so daß der ganze Regelvorgang im Spannungsregler
zu träge wird. Der Spannungsregler regelt in zu langen Zeitabständen, wodurch die
Spannung des Stromerzeugers mit zu großen Amplituden schwankt. Der dadurch hervorgerufene
Leistungsabfall kann beträchtliche Werte annehmen. Der Strom geht dabei unter L%ständen
bis um 30°/o und mehr zurück.
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Dieser Nachteil wird erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß die beim
Überschreiten des bestimmten Stromes in Wirksamkeit gesetzten Mittel zur Beeinflussung
des Spannungsreglers mit langsam zunehmender Kraft wirksam werden. Hierdurch werden
die bei Tätigkeit des Steuerreglers auf den Anker des Spannungsreglers ausgeübten
Kräfte vergleichmäßigt, sie wirken nicht mehr plötzlich, sondern nachgiebig und
langsam ansteigend. Demzufolge zieht der Spannungsregler seinen Anker nicht mehr
zu weit ein, die Trägheit des Spannungsreglers bei Tätigkeit des Steuerreglers ist
überwunden, und damit ist auch der Leistungsabfall des Stromerzeugers vermieden.
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In der "Zeichnung sind mehrere Ausführungsheispiele des Erfindungsgedankens
dargestellt, und zwar zeigt Abb. i das Schaltschema einer elektrischen Anlage eines
Fahrzeugs mit Beeinflussung des Spannungsreglers durch eine zusätzliche Wicklung.
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Abb. 2 das Schaltschema einer anderen elektrischen Anlage mit einem
in Reihe mit der Spannungswicklung des Spannungsreglers liegenden Widerstand und
Abb. 3 das Schaltschema einer elektrischen Anlage mit Anordnung eines Servomotors
am Spannungsregler.
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In dem Schema nach Abb. i bedeutet i einen Stromerzeuger, der vom
Fahrzeugmotor angetrieben wird. Seine Nebenschlußwicklung 2 liegt in Reihe mit einem
Widerstand 3. Ein elektromagnetischer Spannungsregler d weist eine an die Spannung
des Stromerzeugers i gelegte Spannungswicklung 5 und- eine zusätzliche Wicklung
6 auf. Der Anker 7 des Spannungsreglers .I trägt einen Kontakt 8, der im Ruhezustand
all einem ortsfesten Kontakt g anliegt. In diesem Zustand schließen die Kontakte
8, 9 den Widerstand 3 kurz. Die zusätzliche Wicklung 6 des Spannungsreglers 4, die
der Spannungswicklung 5 entgegenwirkt, ist mit einem ortsfesten Kontakt io verbunden.
an dem im Ruhezustand ein Kontakt i i anliegt, der an einem Anker 12 eines Steuerreglers
13 sitzt. Der Steuerregler 13 weist eine Wicklung 14 auf, die ]in Leitungszuge
vomStronierzeuger i zu einer Batterie 15 und Stromverbrauchern 16 liegt. 1)ie Batterie
i5 und die \%erl>raucher 16 können über einen nur schematisch angedeuteten selbsttätigen
Schalter 17 mit dem Stromerzeuger i verbunden werden.
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Parallel zur zusätzlichen Wicklung f> ist ein Kondensator 18 geschaltet;
in Reihe init der Wicklung 6 liegt hinter der Abzweigung des Kondensators 18 ein
\Viderstand i9.
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Wird der Stromerzeuger i in Umdrehungen versetzt, so schließt sich
bei einer bestimmten Spannung, der Einschaltspannung, der selbsttätige Schalter
17 und verbindet dadurch die Batterie 15 und die Stromverbraucher 16 mit dem Stromerzeuger
i. Erreicht der Stromerzeuger die gewünschte Spannung, auf die geregelt werden soll,
so beginnt der Spannungsregler. zu arbeiten, indem er in rascher Folge die Kontakte
8, 9 öffnet und schließt, dadurch den \Viderstand 3 in gleich lascher Folge einschaltet
und wieder kurzschließt und auf diese Weise durch Steuerung des Erregerstromes in
der Feldwicklung 2 die Spannung des Stromerzeugers i auf dem gewünschten Wert hält.
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Überschreitet der vom Stromerzeuger i gelieferte Strom einen bestimmten
Wert, so setzt der Steuerregler 13 mit seiner Tätigkeit ein, indem er nun seinerseits
seine Kontakte io, i i in rascher Folge öffnet und schließt. Dadurch wird die zusätzliche
Wicklung (i des Spannungsreglers 4 in gleich rascher Folge aus- und wieder eingeschaltet.
Sobald sie ausgeschaltet ist, entfällt ihre Gegenwirkung gegen die Spannungswicklung
5. so daß diese allein wirksam ist. Infolgedessen wird der Anker 7 bereits bei einer
niedrigeren Spannung eingezogen, der Spannungsregler .I regelt also auf einen niedrigeren
\Vert.
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Ohne besondere Mittel würde nun der Strom in der zusätzlichen \Vicklunr@
6 beim Öffnen und Schließen der Kontakte io, i i plötzlich a1)- und wieder zunehmen.
Dadurch würde sich die Erregung des Spannungsreglers .4 ebenso plötzlich ändern,
denn die durch die Wicklung 6 selbst bewirkte Dämpfung ist nur sehr gering. Die
Folge davon wäre, daß der Anker 7 jeweils zu stark angezogen würde, der Spaiintiiigsregler
4 würde zu träge arbeiten, es würden starke Spannungsschwankungen am Stromerzeuger
i eintreten und dadurch ein starker Leistungsabfall verursacht werden. Um dies zu
vermeiden, ist parallel zur zusätzlichen Wicklung 6 der Kondensator i8 vorgesehen.
Dieser Kondensator wirkt in der Weise, daß beim Öffnen der Kontakte io, ii des Steuerreglers
13 der Strom in der Wicklung 6 nicht plötzlich, sondern langsam und nachgiebig abnimmt.
Ebenso nimmt der Strom beim Wiederscliliel.
'')en (',er Kontakte
to, ii in der Wicklung 6 nicht 1>lötzlicli seinen vollen Wert an, sondern steigt
langsam und verzögert auf diesen an. Inwird der Anker 7 des Spatinungsreg@ei-s iiiclit
mehr st:irkei- als für die ungestörte Fortsetzung der hegelun g erforderlich angezogen,
und die Spannung des Stromerzeugers geht ohne grol.ie @ch@@-a»ku»ge», durch die
ein Leistungsabfall @crursacht werden kötiti@te, auf einen niedrigei-cii Wert lii»tiiitei-.
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Dur \\'i@lerstaml ie) ist vorgesehen, damit sich der I@ini@le»sat@ir
i8 nicht über die Kontakte to, ii entlädt, (la <Miese hierdurch Schaden nehmen
könnten, simdeni über die Steuerwicklung 6. Bei Ladun- tind Untladun- bewirkt der
Kondensator die geWü»schte \ erziigerung in der Zu- und Abnahme des Stromes in der
Wicklung 6 beim Schließen und i@tf»e» der l\_o»takte to, ii. \\"eiterhin kann der
\\-iilei-sta»d i o dazu dienen. die Stromzunahme und -al»itili»ie i» der Wicklung
0 in verschieden langen Zeiten zti verz(")>ger». 1)a der Kondensator sich über den
Widerstand i9 auflädt, dagegen über die Wicklung 6 entlädt, kann durch entsprechende
Bemessung des Widerstandes i9 erreicht werden, elaß die Stromabnahme in der Wicklung
(, stärker verzögert wird als die Stromzunahme. Dies ist unter Umständen, z. B.
bei Parallelarbeit voit Stromerzeugern, von Vorteil.
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Die durch den Kondensator 18 erzielte Wirkung kann auch mit anderen
-Mitteln, z. B, induktiven erreicht «erden. Die praktische Anwendung setzt jedoch
voraus, daß diese -Mittel keine zu großen .11>»iesstillgeil bekommen. Ein anderes
Mittel zur Erzielung einer Verzögerung der Wirkung der durch Gien Steuerregler gesteuerten
Wicklung, das auch alhreniein an.-ewendet werden kann und an :ich bekannt ist, besteht
in einem in sich kurzgeschlosse»en Kupferring, der auf dem Kern des Spannungsreglers
4 sitzt. Dieser Ring bewirkt eine solche Dämpfung der Wirkung der Wickhi»g (), elaß
die nachteiligen Folgen des plötzlichen Ein- uiid :\tissclialte»s der \\'icklung
(> vermieden sind.
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Ein :iii(lei-es \littel zur Beeinflussung der Erregung des Spannungsreglers
zum Zweck der Span»ungsei-»iedrigung beim Überschreiten eines bestimmten Strones
ist in (lern Ausführungsbeispiel nach Abb. 2 angewandt. Bei diesem liegt mit der
Spannungswicklung des Spannungsreglers ein \\-idersta»d in Reihe.
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Die mit den Teilen in der Anlage nach Abb. i übereinstimmenden 'feile
der Anlage nach Abb. 2 sind mit <,leiclieti Bezugszeichen versehen. Der selbsttätige
Schalter 17 verbindet auch in dieser Aiilagc# bei Erreichen seiner Einschaltspannung
ilicu Batterie i; und die Stromverbraucher 16 mit dein Stromerzeuger i, dessen Spannung
durch den span»ungsregler 4 durch periodisches Öffnen und Scliliel.icii seiner Kontakte
8 und 9 und dadurch bewirktes Einschalten und Kurzschließen des in lteilie finit
der Nebenschlußwicklung 2 liegenden \\'itlerstailds 3 auf einem bestimmten gewiiiiscliteii
Wert gehalten wird. In der Anlage nach Abb. 2 liegt die Spannungswicklung 5 des
Spannungsreglers 4 mit einem Widerstand 20 in Reihe. Dieser Widerstand 20 besteht
aus einem sog. Heißleiter, das ist ein Werkstoff, dessen elektrischer Widerstand
mit zunehmender Temperatur stark abnimmt. Der Heißleiter 20 ist von einer Heizwicklung
21 umgeben, die mit ihrem einen Ende unmittelbar an den einen Pol des Stromerzeugers
i angeschlossen, mit ihrem anderen Ende mit einem Kontakt 22 eines Überstromrelais
23 verbunden ist. Mit dem Kontakt 22 kann ein Kontakt 24 zusammen arbeiten der am
Anker 25 des Relais 23 sitzt und elektrisch mit dem anderen Pol des Stromerzeugers
i verbunden ist. Das Relais 23 weist eine vom Strom des Stromerzeugers durchflossene
Wicklung 27 auf. Beini Überschreiten eines bestimmten Stromes, auf den das Relais
23 eingestellt ist, zieht dieses seinen Anker 25 an, wodurch die Kontakte 22. 24
geschlossen werden. Damit i,st die Heizwicklung 2i auf dem Heißleiter 2o eingeschaltet
und erwärmt diesen. Durch die Aufheizung nimmt der Widerstand des Heißleiters 2o
ab. Die Folge davon ist, daß der Spannungsregler .4 auf eine niedrigere Spannung
regelt. Mit der Senkung der Spannung sinkt auch der Strom, bis das Relais 23 den
Anker 25 wieder losläßt und die Heizwicklung 21 wieder abgeschaltet wird. Der Heißleiter
2o kühlt sich wieder ab, sein Widerstand nimmt zu, und der Spannungsregler 4 regelt
wieder auf die ursprüngliche Spannung. Dieses Spiel wiederholt sich, und zwar je
nach Bemessung der Heizwicklung 21 iti mehr oder weniger rascher Folge.
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Auch nach diesem Ausführungsbeispiel wird das Mittel zur Beeinflussung
der Erregung des Spannungsreglers beim Überschreiten eines bestimmten Stromes, in
diesem Fall der in Reihe mit der Spannungswicklung des Reglers 4 liegende Heißleiter
20, mit Verzögerung wirksam, denn der Widerstand des Heißleiters 2o nimmt bei der
Aufheizung nicht plötzlich, sondern mit einer bestimmten Verzögerung ab, so daß
die mit einer plötzlichen Wirksamkeit dieser :Mittel verbundenen oben geschilderten
Nachteile auch hier vermieden sind. Um bei dieser Anordnung den Einfluß der l'Imgebungstemperatur
zu kompensieren, ist auf dem Spannungsregler 4 eine Kompensationswicklung 27 vorgesehen,
die mit einem Kompensationswiderstand 28 in Reihe liegt. Dieser Widerstand 28 besteht
ebenso wie der Widerstand 2o aus einem Heißleiter. Die Wicklung 27 wirkt der Spannungswicklung
5 entgegen.
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Die Widerstände 20 und 28 können auch mit festen Widerständen in einer
Brückenschaltung vereinigt werden, wobei dann die Spannungswicklung 5 in die Diagonale
der Brücke gelegt wird.
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Die Anordnung nach Abb.2 hat nun eben den Vorteil, den sie mit der
nach Abb. i gemeinsam hat, nämlich die Verhinderung eines Leistungsabfalls hei Regelung
auf niedrigere Spannungen im Falle des Überschreitens eines bestimmten Stromes,
noch einen weiteren Vorteil bei der Übernahme von kurzen Überlastungsstößen durch
den
Stromerzeuger. Wird als der bestimmte Strom, bei dessen Überschreitung
das Relais 23 ansprechen soll, der für den Stromerzeuger höchst zulässige Dauerstrom
gewählt, so ist bei länger anhaltenden Überlastungen der Stromerzeuger gegen Schäcligurigen,
die hierdurch entstehen könnten, geschützt, cla bei diesen Überlastungen der Heißleiter
2o aufgeheizt und infolgedessen die Spannung des Stromerzeugers herabgesetzt wird.
Bei parallel auf ein Netz arbeitenden Stromerzeugern, deren Spannungsregler bei
Regelung auf etwa den gleichen Spannungswert unvermeidlicherweise mit bestimmten
Toleranzen regeln, von denen also einige etwa an der oberen, andere an der unteren
Toleranz liegen, wird dann beispielsweise infolge des Absinkens der Spannung der
finit der oberen Toleranz arbeitenden Stromerzeuger bei Überlastungen dieser Maschinen
die anderen Stromerzeuger, deren Spannung etwa mit der unteren Toleranz geregelt
wird, zur Stromlieferung herangezogen.
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Andererseits werden aber, da die Anordnung des lleißleiters 20 in
Reihe mit der Spannungswicklung s des Spannungsreglers :4 infolge der sich nicht
plötzlich, sondern mit Verzögerung auswirkenden Aufheizung des Heißleiters keine
plötzliche Spannungsabsenkung bei kurzen Überlastun-@en bewirkt, diese kurzzeitigen
Überlastungen mit der ursprünglichen Spannung vom Stromerzeuger aufgenommen. Solche
kurzzeitigen Überlastungen treten beispielsweise beim Einschalten von Motoren auf.
Sie haben also bei der neuen Anordnung nach Abb. 2 nicht eine Spannungsabsenkung
zur Folge, vielmehr steht für sie die volle ursprüngliche Spannung des Stromerzeugers
zur Verfügung.
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Ein andere Möglichkeit für einen in Reihe mit der Spannungswicklung
des Spannungsreglers liegenden veränderlichen Widerstand besteht in einem aus Kohlescheiben
aufgebauten Kohlesäulepwiderstand, der durch den Anker des Steuerreglers beim Ansprechen
dieses Reglers zusammengedrückt wird. Auch dieser Widerstand verändert sich dadurch
nicht plötzlich, sondern verhältnismäßig langsam, so claß die gewünschte Verzögerung
beim Ansprechen des Steuerreglers erzielt wird.
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Ein drittes Ausführungsbeispiel, daß sich über seine allgemeine Anwendbarkeit
hinaus besonders für sehr kleine Spannungen eignet, ist in Abb.3 dargestellt. Teile
dieser Abbildung, die mit denen vier Ahb. i bzw. 2 übereinstimmen, haben gleiche
Bezugszeichen erhalten. Der Spannungsregler d ist Jedoch in der Abl>.3 schematisch
als Gerät dargestellt. Die Wirkungsweise des Reglers ist zunächst die gleiche, wie
für die Abb. i und 2 beschrieben. Das Mittel zur Beeinflussung des Spannungsreglers
beim Überschreiten des hes:immten Stromes ist jedoch in diesem Fall ein Servomotor,
das ist eine Einrichtung, die in Abhängigkeit von einer Betriebsgröße in Tätigkeit
"esetzt wird und ihrerseits durch die ihr inne--%\-olinetidei Kräfte andere Einrichtungen
beeinflußt bzw. auf diese einwirkt. Nach dem Ausführungsbeispiel der Abb.3 besteht
dieser Servomotor in einuni Bimetallstreifen 29, der von einer Heiz-Wicklung
30 umgebet, ist. Die Heizwicklung 30 wird in der gleichen Weise wie die Heizwicklung
21 nach Abb.2 durch das stromabhängige Relais 23 beim Überschreiten des bestimmten
Stromes eingeschaltet. Sie beheizt alsdann den Bimetallstreifen 29, der sich dadurch
in Richtung auf den Anker j des Spannungsreglers 4 durchbiegt und schließlich auf
den Anker drückt. Der Streifet 29 wirkt damit einer Feder 31 entgegen, mittels
welcher der Anker 7 am Magnetgestell 32 des Reglers :4 aufgehängt ist. Infolgedessen
genügen dann bereits weniger Aniperewindungen als vorher, den Anker 7 einzuziehen,
d. lt, der Regler .1 regelt auf eine niedrigere Spannung.
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Die Einwirkung auf den Regleranker 7 in der dargestellten Weise hat
insbesondere den Vorteil, daß der magnetische Kreis des Spannungsreglers bei Tätigkeit
des Servomotors nicht stärker, sondern schwächer magnetisiert wird. Bei Übermagnetisierung
des Reglers besteht der nachteilige Umstand, daß infolge Hvsteresefehlers der Regler
nach der Übermagnetisierung einen Minusfehler in der Spannungsregelung macht. Da
eine Überntagnetisierung bei der Anordung des Servomotors vermieden ist, ist auch
dieser Nachteil umgangen, so daß die Absenkung, um die die Spannung beim Überschreiten
des bestimmten Stromes niedriger geregelt werden soll, beliebig groß sein darf.
Dieser Umstand läßt sich insbesondere dann mit Vorteil ausnutzen, wenn eine Regelung
in weiteren Grenzen nötig ist, beispielsweise bei Ladung der Batterie unter stark
veränderlichen, insbesondere sehr niedrigen Außentemperaturen.
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Die Anordnung des Servomotors ist, wie bereits hervorgehoben, auch
bei sehr geringen Spannungen, mit denen die elektrische Anlage betrieben werden
soll, brauchbar.
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Ein weiterer Vorteil des Servomotors besteht darin, daß, wenngleich
ein Bimetallstreifen als Servomotor dient, eine Kompensierung der Umgebungstemperatur
nicht erforderlich ist, da die Wirkung des Streifens auf den Regleranker nur noch
von der Aufheizung abhängig ist, die ihrerseits durch das stromabhängige Relais
23 gesteuert wird. Um auch bei nicht geheiztem Streifen eine Einwirkung des Streifens
auf der, Anker infolge einer etwa zunehmenden Raumtemperatur zu vermeiden, wird
der Streifen 29 so angeordnet, daß er bei ausgeschalteter Heizwicklung 3o nicht
auf den Anker 7 aufstößt, sondern in einem geringen Abstand a von ihm bleibt.
PATENT A\SPPt'CIIE: i. Elektromagnetische Spannungsregelungseinrichtung für
mit veränderlicher Drehzahl angetriebene Stromerzeuger, insbesondere in Anlagen
auf Fahrzeugen, mittels deren durch Beeinflussung des Erregerstromes des Stromerzeugers
auf ini N~-esetitlicheti gleichbleibende Spannung, beim Überschreiten eines bestimmten
Erzeugerstromes durch Beeinflussung des Spannungsreglers auf niedrigere Spannung
geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß cli-, beim