DE922246C - Windkraftanlage kleinster Leistung mit einem Wechselstromerzeuger, der ueber einen Gleichrichter auf eine Batterie arbeitet - Google Patents

Description

• Windkraftanlage kleinster Leistung mit einem Wechselstromerzeuger, der über einen Gleichrichter auf eine Batterie arbeitet Bei Windkraftanlagen kleinster Leistung (Größenordnung etwa bis Ioo W) ist es üblich, zur Stromerzeugung einen Wechselstromerzeuger zu benutzen, dessen Strom vorzugsweise über Trockengleichrichter einer Speicherbatterie zugeleitet wird. Hierdurch werden Stromwender, Schleifkohlen oder sonstige der Abnutzung unterworfene bzw. der Wartung bedürftige Teile vermieden. Des weiteren fällt aber auch der sonst bei Gleichstromanlagen erforderliche Rückstromschalter fort, was noch wesentlicher ist, da der Eigenstromverbrauch der Anlage gesenkt werden kann, zumal es sich bei denselben um solche von wenigen Watt Leistung handelt. Ferner wird durch diese Ersparnis eine Preisabsenkungerzielt. Trockengleichrichter, sowohl Kupferoxydul- als auch Selengleichriehter, haben bekanntlich den Nachteil, daß sie während der Zeit ihrer Nichtbenutzung einen dauernden kleinen Rückstrom, den sogenannten Sperrstrom, durchlassen. Selengleichrichter sind darüber hinaus mit der Eigenschaft behaftet, daß sie bei einer dauernden Beanspruchung nur in einer Richtung mit der Zeit ihre Gleichrichterwirkung verlieren, wodurch die Gefahr eines größeren Rückstromes auftritt.
• Um diese übelstände zu vermeiden ist nach der Erfindung ein auf der Gleichstromseite des Gleichrichters gelegener Schalter vorgesehen, der den Gleichrichtersatz zu Beginn des Anlaufs des Windmotors ein- bzw. nach dessen Stillsetzen ausschaltet. Hierdurch wird erreicht, daß auch bei langen Betriebspausen kein Entladestrom von der Batterie über den Gleichrichtersatz fließt. Der nach der Erfindung vorgesehene Schalter kann ein in Abhängigkeit von der Fliehkraft gesteuerter oder aber auch ein elektromagnetisch gesteuerter Schalter sein. Eine größere Genauigkeit wird in vorliegendem Fall nicht gefordert, da der Schalter praktisch stromlos schaltet. Er kann daher einfach ausgebildet sein, denn es wird an ihn lediglich die Bedingung gestellt, daß er bei möglichst kleiner Drehzahl des Windmotors zuschaltet und bei noch geringerer Drehzahl ausschaltet. Für den Fall, daß der Wechselstromerzeuger nicht durch einen Dauermagneten erregt ist, sondern durch die Batterie, kann dieser Schalter zweckmäßig zusätzlich dazu benutzt werden, um den Erregerstromkreis des Generators beim Stillsetzen mit zu unterbrechen. Hierfür ist es nur erforderlich, den Schalter hinter den Anschluß der Erregerwicklung zu legen. Auch in diesem Fall der doppelten Ausnutzung des Schalters hat dieser keine wesentlichen Ströme zu bewältigen, denn der Erregerstrom des Generators ist ebenfalls niedrig und stellt daher keine wesentliche Belastung dar, zumal ohnedies parallel zur Erregerwicklung der Maschine der Gleichrichter liegt, der bei Unterbrechung des Erregerstromes die magnetische Energie ableitet und so einer induktiven Überspannung vorbeugt.
• Zweckmäßig ist der zu verwendende Schalter so ausgebildet, daß weder im ein- noch im ausgeschalteten Zustand eine Reibungskraft auftritt. Diesem Gesichtspunkt ist Beachtung beizumessen, da einerseits Energieverluste und Abnutzung, andererseits eine Erschwerung des Anlaufs eintreten würden. Beide Erscheinungen sind aber bei Windkraftanlagen höchst unerwünscht.
• Verwendet man einen in Abhängigkeit von der Fliehkraft gesteuerten Schalter, so könnte dieser z. B. als Schrittschaltwerk ausgebildet sein, das beim Austreten des Fliehgewichtes durch einen kurzen` Schlag ein- oder ausgeschaltet wird. Verwendung finden können ferner alle elektromagnetisch gesteuerten Schalter. Eine besondere Lösung läßt sich jedoch erreichen, wenn ein Stromerzeuger Anwendung findet, der durch einen Dauermagneten erregt ist. Diese Maschinen enthalten meist im Feldkreis ausgeprägte Magneten, und ebenso weisen vielfach die Anker ausgeprägte Pole auf, z. B. einen Doppel-T-Anker. Auf Grund dieser konstruktiven Eigenheit des Aufbauens der Maschine kann das Zu- und Abschalten der Batterie mit einem einfachen Schalter besonders vorteilhaft erzielt werden. Bei den vorgeschilderten Stromerzeugern bleibt nämlich das Polrad immer unter dem Ankerpolrad stehen, wenn die Anlage stillgesetzt wird, weil in dieser Stellung der geringste magnetische Widerstand vorhanden, daher die Anziehungskräfte am größten sind, weshalb diese Stellung einen ausgesprochenen Hakpunkt darstellt. Dieser Umstand kann für die Schalterbetätigung vorteilhaft ausgenutzt werden.
• In der Zeichnung ist der mit dem Windrad I verbundene Dauermagnetkranz mit 2 bezeichnet. Diesem steht der Ankerpolkranz 3 gegenüber. Im Ruhezustand wird der Magnetkranz infolge der magnetischen Zugkräfte immer in der gleichen Lage gehalten. Seitlich von dem Magnetkranz ist der Anker 4. des Schalters angeordnet, der in der Achse 5 drehbar gelagert ist. Die Feder 6 versucht, den Anker vom Magnetkranz abzuziehen. Das Kontaktpaar 7 liegt im Zuge der Ladeleitung der Batterie und wird unter dem Einfluß der magnetischen Kräfte des Stromerzeugers im Ruhezustand offengehalten, denn bei Stillstand des Windrades steht dem Anker 4. des Windrades auf jeden Fall ein Pol des Magnetkranzes 2 gegenüber, der den Schalteranker anzieht und damit die Batterie vom Gleichrichter trennt. Beginnt der Anker sich zu drehen, dann bewegt sich der Magnet weg, sein Einfluß wird geringer, und die Feder 6 zieht den Schalteranker 4. zurück, wodurch die Batterie eingeschaltet wird. Es kann nun zu Beginn des mit niederer Drehzahl erfolgenden Anlaufs noch vorkommen, daß der nächste am Schalteranker vorbeiziehende Ankerpol diesen wieder anzieht und damit den Schalter wieder öffnet. Dieser Zustand des Pendelns des Schalters wird aber schnell aufgehoben, denn sobald die Drehzahl eine gewisse Größe überschritten hat, wird die Zeit, während der der Magnet vor dem Schalteranker 4. vorbeiwandert, nicht mehr ausreichen, um dessen Masse zu beschleunigen und den Anker anzuziehen. Der Mittelwert der Zugkraft des Ankers ist inzwischen so gering geworden, daß die Federkraft nicht mehr überwunden wird, weshalb der Schalter geschlossen bleibt.
• Das Arbeiten des Schalters kann fernerhin verbessert werden, wenn man dessen Anker q. aus einem magnetisch etwas harten Werkstoff herstellt. Dann wird zunächst nur jeder zweite Pol des Generatorankers anziehend wirken, wodurch der Mittelwert der Zugkraft bei der Ankerdrehung weiter herabgesetzt wird. Indes wird bei Stillstand, wenn zufällig sich gleichnamige Pole gegenüberstehen sollten, Ummagnetisierung und damit Anziehung erfolgen, da der Schalteranker ¢ ja nur geringe magnetische Härte haben soll. Er wird daher bei großer Drehzahl infolge der Hysteresis praktisch unmagnetisch sein.
• Eine Windkraftanlage, die nach der Lehre der Erfindung ausgebildet ist, zeichnet sich bei größter Einfachheit und höchster Betriebssicherheit durch niederen Herstellungspreis aus.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Windkraftanlage kleinster Leistung mit einem Wechselstromerzeuger, der über Gleichrichter auf eine Batterie arbeitet, gekennzeichnet durch einen auf der Gleichstromseite des Gleichrichters gelegenen Schalter, durch den der Gleichrichter zu Beginn des Anlaufs des Windmotors ein- bzw: nach dessen Stillsetzen ausgeschaltet wird.
2. 2. Windkraftanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines aus einer Batterie erregten Wechselstromerzeugers durch den Schalter zusätzlich der Feldstromkreis des Stromerzeugers ein- und ausgeschaltet wird.
3. 3. Windkraftanlage nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter auf der Gleichstromseite des Gleichrichters ein in Abhängigkeit von der Fliehkraft wirksamer Schalter, z. B. ein durch ein Fliehgewicht betätigtes Schrittschaltwerk, vorgesehen ist.
4. 4. Windkraftanlage nach Anspruch I, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Stromerzeugern mit Dauermagneterregung und einem Anker mit ausgeprägten Polen der Schalteranker unter dem magnetischen Einfluß des Polankers des Stromerzeugers steht, der bei Stillstand den Schalteranker entgegen der Kraft einer Feder angezogen und damit die Schaltkontakte geöffnet hält.