DE976632C - Schaltungsanordnung zur Spannungsregelung eines Gleichstromgenerators - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Spannungsregelung eines Gleichstromgenerators

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DE976632C
DE976632C DEA9534D DEA0009534D DE976632C DE 976632 C DE976632 C DE 976632C DE A9534 D DEA9534 D DE A9534D DE A0009534 D DEA0009534 D DE A0009534D DE 976632 C DE976632 C DE 976632C
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DE
Germany
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generator
current
resistor
coil
rectifier
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Expired
Application number
DEA9534D
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English (en)
Inventor
Jacques Joseph Bardin
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AEG AG
Original Assignee
AEG AG
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/14Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

  • Schaltungsanordnung zur Spannungsregelung eines Gleichstromgenerators Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zur Spannungsregelung eines Gleichstromgenerators zwischen Leerlauf und einem bestimmten Wert der Belastung sowie zur Stromregelung bei dieser Belastung. Derartige Schaltungsanordnungen werden auch als Einrichtungen zur Ausführung von Überholregelungen bezeichnet und insbesondere zur Ladung von Batterien verwendet.
  • In einer bekannten Schaltungsanordnung zur Spannungsgleichhaltung mit Begrenzung des zulässigen Belastungsstromes wird der Regler durch einen besonderen Ansprechkreis ergänzt, der bei Überschreiten seines Ansprechwertes stark in den Regler eingreift und eine Strombegrenzung erzwingt. Der Ansprechkreis umfaßt dabei eine Einrichtung zur :Messung des Stromes und Umformung desselben in eine diesem proportionale Spannung, eine Spannungsvergleichsschaltung sowie eine nachgeschaltete Verstärkerstufe. Dieser gesonderte Ansprechkreis bedingt dabei einen erheblichen Aufwand.
  • Ferner ist eine Schaltungsanordnung zur Spannungsgleichhaltung finit Strombegrenzung für Batterieladeeinrichtungen bekanntgeworden, beider die Regelung mittels Magnetverstärker erfolgt. Bei dieser Einrichtung wird eine Steuerwicklung des Magnetverstärkers vom Batterieladestrom und eine andere Steuerwicklung von einem Strom durchflossen, der von zwei hintereinandergeschalteten Spannungsquellen geliefert wird. Eine dieser Spannungsquellen erzeugt dabei einen dem Ladestrom proportionalen Strom, während die andere einen der Ladespannung proportionalen Strom erzeugt. Diese Hintereinanderschaltung der Spannungsquellen bewirkt, daß stets ein Einfluß des Stromanteiles vorhanden ist und daß dieser - bei Regelung auf konstante Spannung - durch die Rückführung des Batterieladestromes unwirksam gemacht werden muß. Dadurch, daß bei dieser bekannten Anordnung die Regelung zunächst in Abhängigkeit von der Spannung und vom Strom erfolgt und der Stromeinfluß mittels Störgrößenaufschaltung unwirksam gemacht werden. muß, wird diese ebenfalls recht aufwendig.
  • Weiter ist in einer älteren. Anordnung zur Verstellung beliebiger Organe nach verschiedenen, insbesondere zwei wählbaren Funktionen, wobei stets der größere der beiden Werte die Verstellung des Meß- oder Regelorgans bestimmt, vorgeschlagen worden, die gewünschten. Gesetzmäßigkeiten durch mit dem Meßwert veränderliche Spannungen nachzubilden und diese Spannungen. über Gleichrichter entgegengesetzter Durchlaßrichtung parallel zu schalten, so daß stets die größere der beiden Spannungen, unverfälscht die Meßgröße liefert. Gegenüber dieser unterscheidet sich die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung einmal insofern, als dort beiden Einflußgrößen je ein Gleichrichter zugeordnet ist, während hier nur ein Gleichrichter zur Wirkung kommt. Dieser Unterschied stellt jedoch nur eine geringfügige Abwandlung gegenüber der älteren Anordnung dar. Ein wesentlicher Unterschied ergibt sich aber hinsichtlich der Gewinnung der Einflußgrößen.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine mit den Nachteilen der bekannten Anordnungen nicht behaftete Schaltungsanordnung zur Spannungsregelung eines Gleichstromgenerators zwischen Leerlauf und einem bestimmten Wert der Belastung sowie zur Stromregelung bei dieser Belastung. Erfindungsgemäß ist dabei die Meßwerkspule des Reglers über einen Widerstand mit den Generatorklemmen verbunden, wobei ihr über ein unsymmetrisch leitendes Element, z. B. einen Gleichrichter, ein Widerstand parallel liegt, der über die Belastung ebenfalls mit den Generatorklemmen verbunden ist. In vorteilhafter Weise wird damit eine einfache Anordnung zur Spannungsregelung geschaffen, bei der die der Spannung proportionale Einflußgröße mittels Spannungsteilerschaltung und die dem Strom proportionale Größe mittels Widerstand oder günstigerweise mittels Wandler gewonnen wird.
  • Die Erfindung eignet sich auch mit Vorteil zur Regelung elektrischer Maschinen oder Anlagen in Abhängigkeit von mehr als zwei veränderlichen Größen. Statt nur eines Vergleichswiderstandes sind dann mehrere vorgesehen, und die an ihnen abfallenden Spannungen werden den beispielsweise an mehreren Meßwerkspulen anliegenden Spannungen gegenübergestellt.
  • Der verwendete elektrische Regler kann einer beliebigen Gattung angehören. Voraussetzung ist lediglich, daß die von den verschiedenen Meßgrößen abgeleiteten elektrischen Ströme im Sinne der Erfindung in den Meßspulen desselben zu einer komplexen Größe überlagert werden können. Er ist im übrigen entsprechend den Verhältnissen der zu regelnden Einrichtung auszuwählen.
  • Im folgenden seien an Hand der in den Fig. i bis 3 dargestellten Schaltbilder einige Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Dieselben zeigen nur die notwendigen Elemente des Erfindungsgedankens. Insbesondere sind von dem Regler nur die Spulen der Meßwerke dargestellt.
  • Fig. i zeigt eine Anordnung zur Spannungsregelung eines nicht dargestellten Gleichstromgenerators zwischen Leerlauf und der Belastung mit einem Strom I sowie die Stromregelung bei gleicher Belastung. Die Meßwerkspule i des Reglers ist an die Klemmen 2 und 3 des zu regelnden Generators angeschlossen, und- zwar unter Zwischenschaltung eines Widerstandes q.. Der vom Generator gelieferte Strom fließt im wesentlichen durch einen Parallelwiderstand 15 (5-6), der in Serie mit einem unsymmetrisch leitenden System 7, z. B. einem Trockengleichrichter K, zwischen den Punkten 6, 8 parallel zur Meßwerkspule i liegt. Die Leitung 6-8 verbindet also das Ende 6 des Parallelwiderstandes mit jeweils einem Ende der Spule i sowie des Widerstandes d.. Zwischen dem Ende 6 und der Klemme 3 des Generators ist weiter ein veränderlicher Lastwiderstand RL angeordnet. Dieser liegt parallel zum Widerstand q.. Es ergibt sich somit eine Brückenschaltung mit den Zweigen aus den Widerständen 15 sowie RL einerseits und Meßwerkspule i sowie Widerstand q. andererseits sowie dem unsymmetrisch leitenden System 7 im Diagonalzweig.
  • Ist die Klemme.2 positiv, fließt der Strom über 2 - 5 - 6- 3 durch den Parallelwiderstand 15 und über :2-5-8-3 durch den Reglermeßkreis. Das unsymmetrisch leitende Element 7 ist so geschaltet, daß es in der Richtung 6 - 7 - 8 den Strom sperrt. Solange nun die Spannung über dem Kreis 5 - i - 8 höher ist als die Spannung über dem Widerstand 15, kann kein Strom durch den Gleichrichter 7 - fließen. Die Reglerspule ist also allein der Wirkung der Klemmenspannung des Generators ausgesetzt, und der Regler regelt diese Spannung auf den eingestellten Wert.
  • Verringert sich nun der Lastwiderstand RL, so steigt der Strom I an. Wird nun der Spannungsabfall r-I am Widerstand 15 größer als der Spannungsabfall,r'-i an der Meßwerkspule, so wird der Trockengleichrichter 7 aufgesteuert, und durch die Meßwerkspule i fließt ein dem Spannungsabfall r-I und damit I proportionaler Strom. Die zuerst von einem der Generatorspannung proportionalen Strom durchflossene Meßwerkspule wird nun also bei Erreichen eines bestimmten Wertes des Stromes I, der eine Aufsteuerung des Trockengleichrichters 7 bewirkt, von einem diesem proportionalen Strom durchflossen.
  • Maßgebend für den Übergang von Spannungsregelung auf Stromregelung ist dabei in erster Linie die Größe des Belastungswiderstandes RL bzw. das Verhältnis des veränderlichen Widerstandes RL zum konstanten Widerstand R bzw. 4.. Während nämlich die sonstigen Widerstände (15, i, q.) der Brückenanordnung konstant sind, ist RL allein veränderlich. RL bestimmt somit die Polarität der Spannung zwischen 6 und 8 und damit an dem unsymmetrisch leitenden Element 7. Solange RL>R ist, fließt daher durch die Spule i im wesentlichen ein der Generatorspannung proportionaler Strom. Der Trockengleichrichter 7 sperrt in diesem Fall. Ist jedoch RLGR, fließt durch die Spule i und den nunmehr leitenden Gleichrichter 7 ein im wesentlichen dem Generatorstrom proportionaler Strom. Der Übergang von Spannungs- zu Stromregelung erfolgt, sobald der Spannungsabfall an R größer wird als der an RL. Er ist deshalb plötzlich, weil 7 ein unsymmetrisch leitendes Element ist, das plötzlich leitend wird und von dann ab das Ende 8 der Spule i unmittelbar mit dem Ende 6 des Widerstandes 15 verbindet. Vor dem Leitendwerden des Elementes 7 war dagegen die Verbindung zwischen 6 und 8 unterbrochen, d. h., die Stromwege über i und 4 einerseits und über 15 und RL andererseits waren völlig getrennt.
  • Der Regler regelt daher erst die Generatorspannung auf einen vorgegebenen Wert und, sobald durch den Gleichrichter 7 ein Strom in Richtung 8 - 7 - 6 fließt, den Strom auf einen eingestellten Wert. Der Regler kann dabei z. B. auf einen Widerstand im Erregerkreis des Generators arbeiten.
  • Wenn der Regler zwei Meßwerkspulen, eine feste und eine bewegliche, enthält, können diese an Stelle der Spule i in der Schaltung nach Fig. i in Reihe liegen. Die Regelweise dieser Anordnung ist nicht auf das beschriebene Beispiel beschränkt. Es kann auch die Spannungsquelle für U von der Stromquelle für I getrennt sein, wenn nur beide einen gemeinsamen Punkt in der Schaltung haben.
  • Andererseits kann man auch mehrere Spannungsquellen sowie den Widerstand zwischen 5 und 6 parallel zur Meßwerkspule schalten, wenn alle einen Punkt gemeinsam haben können. Jede dieser Spannungsquellen wird dann an den Punkt 8 über je ein unsymmetrisch leitendes Glied, wie den Gleichrichter 7, angeschlossen.
  • Wenn der Regler mehrere Meßwerkspulen besitzt, kann jede derselben getrennt von je einer Anordnung gemäß Fig. i gespeist werden. Auch können veränderliche Hilfsgrößen mittels anderer Mittel eingeführt werden.
  • Es kann vorkommen, daß der Relativwert der Größen U, r, t', R die praktische Ausführung der Schaltung nach Fig. i ausschließt, da man zu Einzelteilen mit unsinnigen Dimensionen kommen würde.
  • Dies ist z. B. der Fall, wenn der vorn Generator gelieferte Strom sehr erheblich wird. In solchem Fall wird zweckmäßig der Parallelwiderstand zwischen 5 und 6 durch einen Gleichstromtransformator ersetzt. Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer solchen Anordnung. Die Spule i des Reglers ist, wie zuvor, über einen Widerstand q. an die Klemmen des Generators angeschlossen. Der Widerstand zwischen 5 und 6 der Fig. i ist ersetzt durch eine Induktivität g., die vom Generatorstrom oder einem Teilstrom durchflossen wird. Sie liegt auf dem Mittelkern einer Drossel io, deren beide Außenkerne Wicklungen i i und 12 tragen, welche mit einem Gleichrichter 14. und einem Speisetransformator 13 in Reihe geschaltet sind. In bekannter Weise erhält der Gleichrichter durch die mit dem Strom in der Wicklung g schwankende Sättigung des Magnetkreises io einen schwankenden Strom. Dieser wird von einem Widerstand 15 aufgenommen, welcher auf die Meßwerkspule i des Reglers die gleiche Wirkung ausübt wie der Widerstand zwischen 5 und 6 der Fig. i. Der Transformator 13 wird von einer beliebigen Wechselstromquelle konstanter Spannung gespeist. Die Anordnung gestattet sinngemäß die gleichen Varianten wie die zu Fig. i angeführten.
  • Die Erfindung ist, wie gesagt, nicht an eine bestimmte Reglertype gebunden. Am besten bewährt sich ein Schwingkontaktregler. Die Meßwerkspule kann nämlich dann - bei Gleichstrom - durch den beweglichen Teil allein gebildet werden, dessen geringe Stromaufnahme die Anwendung der Erfindung erleichtert; denn diese gestattet eine beträchtliche Reduzierung der spannungsliefernden Teile, also des Widerstandes 15 (Fig. i) und des Gleichstromtransformators g-14 (Fig. 2).
  • Auf Grund seiner besonderen Anordnung ist ein solcher Regler, wenn man den Einfluß der Rückstellfeder vernachlässigt, bei stromloser Spule in der Mittellage im Gleichgewicht. Das Meßorgan eines solchen Reglers kann aus zwei Spulen bestehen, einer beweglichen und einer festen Spule. Zwischen diesen entsteht eine- anziehende oder abstoßende Kraft als Funktion des Produkts der Ströme, welche jede der Spulen durchfließen. Diese Eigenschaft gestattet die Lösung bestimmter komplexer Probleme, wie die Regelung auf konstante Last als Produkt von Strom und Spannung. Man kann also damit bei Anwendung der Erfindung der Charakteristik eines Generators eine Regelung abhängig von der Leistung aufdrücken.
  • Die Schaltung nach Fig.3 ist zur Anwendung für einen Sonderfall bestimmt. Die Induktivität i sei die bewegliche und 23 die feste Spule eines Reglers, oder umgekehrt. Der Stromzweig 1-23-q. steht unter der Wirkung der Klemmenspannung des zu regelnden Generators. Er bewirkt auf Grund der Eigenschaften des Gleichrichters 7 eine Regelung auf konstante Spannung bis zu dem Moment, in dem die Spannungsdifferenz zwischen den Klemmen des zum Gleichstromtransformator 9-14-i5 gehörenden Widerstandes i5 groß genug wird, um die Betätigung der Spule i zu übernehmen. Von diesem Moment an ist der Strom in i eine Funktion des Stromes in der Wicklung 9 des Transformators, während der Strom in 23 eine Funktion der Klemmenspannung wird.
  • Der Regler regelt dann in Abhängigkeit von der Leistung U-I. Wenn dann der Gleichstromzweig 9-24-25 einen hinreichend hohen Strom durch den Widerstand 25 liefert, wird über den Gleichrichter 26 zugleich der Strom im Transformator 9 - i4- i 5 und die Klemmenspannung über 2-3 für die Wirkung der beiden Reglerspulen i und 23 erhöht, welche beide unter dem Einfluß des Transformators 9-24-25 stehen. Das ergibt aber, daß die Regelung eine Funktion allein der Stromstärkewird. Die beiden Transformatoren g -24-25 und 9-14-15 werden von der gleichen Wechselspannungsquelle gespeist. Es können aber auch getrennte Spannungsquellen Anwendung finden.
  • Die beschriebenen Beispiele beziehen sich auf die Regelung von Gleichstromgeneratoren. Bei Wechselstrom liefernden Anlagen kann der Wechselstrom leicht mit bekannten Mitteln gleichgerichtet werden, so daß die gleichen Anordnungen auch zur Regelung von Wechselstromgeneratoren zu verwenden sind.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Schaltungsanordnung zur Spamiüngsregelung eines Gleichstromgenerators zwischen Leerlauf und einem bestimmten Wert der Belastung sowie zur Stromregelung bei dieser Belastung, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerkspule (i) des Reglers über einen Widerstand (4) mit den Generatorklemmen (2, 3) verbunden ist und ihr über ein unsymmetrisch leitendes Element, z. B. einen Gleichrichter (7), ein Widerstand (i5) parallel liegt, der über die Belastung (RL) ebenfalls mit den Generatorklemmen verbunden ist (Fig. i).
  2. 2. Abwandlung der Schaltungsanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (15) parallel zur Meßwerkspule (i) nicht unmittelbar im Generatorstromkreis liegt, sondern über eine Gleichrichterbrücke (i4) an eine vom Generatorgleichstrom vormagnetisierte Drossel (9 bis i3), d. h. über einen Gleichstromtransformator, angeschlossen ist (Fig.2).
  3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch i oder 2 zur Regelung in Abhängigkeit von mehr als zwei veränderlichen Größen mit einer festen und einer beweglichen Meßwerkspule zur von der Spannung, der Leistung sowie vom Strom abhängigen Regelung eines Gleichstromgenerators, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Spule (i) in Reihe mit der festen Spule (23) und einem Widerstand (4) mit den Generatorkleinmen (2, 3) verbunden ist, daß der beweglichen Spule über einen Gleichrichter (7) ein Widerstand (i5) parallel geschaltet ist, der über eine Gleichrichterb,rücke (i4) finit dem vom Generatorstrom durchflossenen Gleichstromtransformator (9 bis 13) verbunden ist, und daß außerdem der festen und der beweglichen Spule über einen Gleichrichter (26) ein Widerstand (25) parallel geschaltet ist, der über eine Gleichrichterbrücke (24) mit einer zweiten Wicklung des Gleichstromtransformators verbunden ist (Fig. 3). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 3724i5; Siemens-Zeitschrift, Jg. 1937, S. 52 bis 55; ASEA-Journal, Jg. ig39, S. 76 und 77. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 922 723.
DEA9534D 1943-10-19 1944-06-02 Schaltungsanordnung zur Spannungsregelung eines Gleichstromgenerators Expired DE976632C (de)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE372415C (de) * 1921-12-03 1923-03-27 Emil Pfiffner Selbsttaetige Spannungsregulierung elektrischer Stromerzeuger
DE922723C (de) * 1937-12-16 1955-01-24 Aeg Anordnung zur Verstellung beliebiger Organe, insbesondere zur Regelung, nach verschiedenen, insbesondere zwei waehlbaren Funktionen

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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