CH349326A - Anordnung zur Erzeugung einer konstanten Spannung mittels eines Generators veränderlicher Drehzahl und Belastung - Google Patents

Description

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 Anordnung zur Erzeugung    einer   konstanten Spannung mittels eines Generators    veränderlicher   Drehzahl    und      Belastung   Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur Stromerzeugung mittels eines Generators zu    .schaffen,   die trotz veränderlicher Drehzahl und Belastung eine konstante Spannung liefert.

   Nach der Erfindung wird dies erreicht durch einen mit permanenten Magneten konstant erregten Wechselstromgenerator mit ruhenden Ankerwicklungen und einen mit der einen Wicklung in Reihe geschalteten Magnetverstärker, dessen Steuerwicklungen von der Differenz zwischen der gleichgerichteten    Generatorausgangs-      spannung   und einem    Gleichspannungssollwert   (Vergleichsspannung) erregt ist, wobei dieser Gleichspannungssollwert an einem Belastungswiderstand eines Gleichrichters abgenommen ist, der über eine Drosselspule vom Generator gespeist wird. 



  Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Hierbei sind in den    Fig.   1 und 3 Anordnungen gezeigt, bei denen an den Verbraucher Gleichstrom entsprechend den in den    Fig.   2 und 4    gezeigten   Kennlinien abgegeben wird, während    Fig.   5 ein Schaltungsschema für Wechselstromabgabe wiedergibt. 



  In    Fig.   1 ist mit 1 ein durch permanente Magnete    erregter   Generator bezeichnet, der im Ständer ausser einer Hauptwicklung 2 noch eine    Hilfswicklung   3 aufweist. Die Hauptwicklung 2 speist über einen die Arbeitswicklungen 4, die    Steuerwicklungen   5 und Gleichrichter 6 aufweisenden Magnetverstärker in Brückenschaltung eine Last 8, die von einem Widerstand, Motor, einer Gegenspannung    (Sammlerbatterie)   oder    dergleichen      gebildet   wird. 



  Die Steuerwicklungen 5 des    Magnetverstärkers   liegen an der Spannungsdifferenz zwischen der Lastspannung und der Vergleichsspannung. Diese Vergleichsspannung entstammt einem    Spannungsteiler   11; der über einen Gleichrichter 10 und eine Drossel 9 an der Hilfswicklung 3 des Generators angeschlossen ist. Der    Spannungsteiler   11 dient als    Grundlastfür   die Wicklung 3 und erlaubt den Abgriff einer zum Zwecke der Einstellung beliebig wählbaren Spannung innerhalb des vorgesehenen Bereiches zur Bildung der Vergleichsspannung. 



  Um die Regelung auf konstante Spannung möglichst vollkommen zu gestalten, ist eine konstante    Vergleichsspannung   erforderlich. Zur    Konstanthal-      tung   dieser    Spannung   wird die vorteilhafte Eigenschaft der Drossel 9    ausgenutzt,   dass ihr Scheinwiderstand mit der Frequenz zunimmt. Vorteilhaft wird die    Grundlast   durch den Spannungsteiler 11 so gross gewählt, dass sie nahe dem    Kurzschlusswert   liegt. Man kann auch die    zweite   Ankerwicklung 3 selbst mit einem entsprechend grossen Scheinwiderstand, ausführen.

   Für viele Anwendungsfälle wird es aber besser sein, den zur    Spannungskonstanthaltung   nötigen Scheinwiderstand in eine ausserhalb der Maschine angeordnete Drossel zu verlegen, um irgendwelche Rückwirkungen der Belastung zu    vermeiden.   Die nahe dem    Kurzschlusswert   arbeitende Ankerwicklung 3    gibt   bekanntlich eine Spannung, die in einem um so grösseren Bereich konstant ist je grösser die Belastung ist. Dabei ist    allerdings   zu berücksichtigen, dass mit der Vergrösserung der Belastung der nutzbare Anteil abfällt.

   Da aber für die    Steuerung   des Magnetverstärkers nur eine geringe Energiemenge erforderlich ist, kann bei einer    verhältnismässig   hohen Belastung der Wicklung 3 eine über einen ausreichenden Bereich konstante Vergleichsspannung erreicht werden. 



  Die von dem    Potentiometer   11 abgenommene    Vergleichsspannung   wird über die    Steuerwicklungen   5 des Verstärkers mit dessen    Ausgangsgleichspannung   verglichen. Der Verstärker selbst wird zweckmässig 

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 so ausgelegt,    dass   er, wenn ein grosser Steuerstrom vorliegt, gesättigt ist,    also   praktisch den Stromdurchgang    freigibt.   Wenn dann in der Maschine die Drehzahl steigt oder die Last am Verbraucher absinkt, hat die Spannung die Tendenz, in die Höhe zu gehen. Dadurch ändert sich aber, da die Spannung am Spannungsteiler 11 konstant bleibt, die Steuerspannung durch die Wicklungen 5 im regelnden Sinne, so dass die Ausgangsspannung des Magnetverstärkers konstant gehalten wird. 



  Unter Umständen könnte es auch ausreichen, wenn auf die Anordnung einer Hilfswicklung 3 verzichtet und dafür der Drosselkreis an die Klemme der Wicklung 2    angeschlossen   wird. Dann können zwar eher belastungsabhängige Rückwirkungen auf den Regelvorgang auftreten; in manchen    Fällen,   in denen die    Genauigkeitsforderungen   nicht allzu hoch sind, können diese Rückwirkungen aber im Hinblick auf die Vereinfachungen gegebenenfalls in Kauf    ge-      nommen-werden.   



  In    Fällen,   wo eine völlige Abschaltung des Verbrauchers in Betracht kommt, kann es vorteilhaft sein, einen    Grundlastwiderstand   7 mit einer der    Magnetisierungsstromaufnahme   des Verstärkers entsprechenden Grösse anzuordnen. 



     Fig.2   zeigt die    Arbeitskennlinie   der dem    Ver-      gleichsspannungspotentiometer   11 zugeführten Spannung unter dem Einfluss der    Vorschaltdrossel   9. Hieraus ist zu ersehen, dass die Spannung    Ust   über den mit  Arbeitsbereich  bezeichneten Drehzahlbereich der Maschine nahezu konstant ist. 



  Um für den Generator 1 Arbeitsbedingungen zu schaffen, bei denen    Permanentmagnete   im Betriebe nicht beeinträchtigt werden, so dass die Erregung auf einem mit neuzeitlichen hochwertigen    Magneten   erreichbaren hohen Wert gehalten wird, kann es vorteilhaft sein, die Belastung der Maschine zu begrenzen. Diese Begrenzung kann vom Magnetverstärker durchgeführt werden. 



  Ein Beispiel hierfür ist in    Fig.   3 gegeben. Dort sind der Generator 1 und der Lastkreis wieder die, gleichen wie in    Fig.   1. über die Drossel 9 ist an die    Hilfswicklung   3 ein weiterer Magnetverstärker in Brückenschaltung angeschlossen, der die Arbeitswicklungen 12 und die Gleichrichter 10    enthält   und mit zwei    Steuerwicklungspaaren   13 und 14 ausgerüstet ist. Die    Wicklung   13 liegt gleichsinnig wie die Wicklung 12 am Ausgang des    Gleichrichters,   also am Spannungsteiler 11, der für den Regelverstärker die Vergleichsspannung liefert. Die Wicklung 14 dagegen ist in entgegengesetztem Sinne vom Laststrom J durchflossen.

   Die sperrende Wirkung dieser Wicklung tritt erst ein, wenn die Summe der    Amperewindungen   aus beiden Wicklungen 13 und 14 gegen die Amperewindungen von 12 negativ wird, also erst oberhalb eines bestimmten Laststromes J, beispielsweise    Voll-      last.   



  Während bei einer    Laststrombegrenzung   mit Sicherungen oder    überstromschaltern   ein Abschalten erst dann    erfolgen   würde, wenn die Überlastung be-    reits   eingetreten ist, die    Entregung   also nicht vermieden würde, wird bei der Anordnung nach    Fig.   3 das Auftreten einer    entregenden   Überlastung überhaupt verhindert. Die Erregung der Maschine wird somit dauernd auf einem hohen Wert gehalten, auf den sie sich nach wenigen Arbeitsspielen einstellt. 



     Fig.   4 zeigt die äussere Kennlinie der Anordnung.    Bis      Vollast      (100%)      ist      die      Spannung      nahezu      konstant,   während sie oberhalb dieser Belastungsgrenze stark    abfällt.   



  In    Fig.   5 ist    eine   der Anordnung nach    Fig.   1 analoge Anordnung dargestellt, die sich davon nur dadurch unterscheidet, dass der Belastung 8 Wechselstrom zufliesst, weil der Magnetverstärker nur in der an sich bekannten    Doubler-Schaltung   ausgeführt ist. Der Vergleich der Ausgangsspannung mit der am Spannungsteiler 11 abgegriffenen    Vergleichs-Gleich-      spannung   erfolgt daher über einen zusätzlichen Gleichrichter. Die Wirkung der Anordnung ist analog der in    Fig.   1. 



  Die Maschine 1 kann sowohl als    Einphasen-   als auch als    Mehrphasenmaschine   mit Permanentmagneterregung ausgeführt werden. Besondere Vorteile bietet die Anordnung nach der Erfindung für schlagwettergeschützte Anlagen, da jegliches Stromunterbrechungselement - sei es auch nur in Form von Schleifringen oder Kollektoren - vermieden ist. Ein anderes Anwendungsgebiet sind Fahrzeugdynamos, Notstromaggregate,    Kleinstromaggregate,   bei denen besondere    Abnutzungsfreiheit   und Betriebssicherheit gefordert werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Anordnung zur Erzeugung einer konstanten Spannung mittels eines Generators veränderlicher Drehzahl und Belastung, gekennzeichnet durch einen mit permanenten Magneten konstant erregten Wechselstromgenerator mit ruhenden Ankerwicklungen und einen mit der einen Wicklung in Reihe geschalteten Magnetverstärker, dessen Steuerwicklungen von der Differenz zwischen der gleichgerichteten Generatorausgangsspannung und einer Vergleichs-Gleich- spannung erregt ist, die an einem Belastungswiderstand eines Gleichrichters abgenommen ist, der über eine Drosselspule vom Generator gespeist wird. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Anordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Bildung der Vergleichsspannung dienende Strom einer besonderen Zusatzwicklung des Generators entstammt. 2. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum Lastkreis ein Grundlastwiderstand angeordnet ist, dessen Grösse der Magnetisierungsstromaufnahme des Magnetverstärkers entspricht. 3. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in den Stromkreis für die Bildung der Vergleichsspannung eine belastungsstromabhän- <Desc/Clms Page number 3> gige Überwachungseinrichtung vorgesehen ist, die den Laststrom auf einen bestimmten Wert begrenzt (Fig. 3). 4.

   Anordnung nach Patentanspruch und Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Über- wachungseinrichtung ein Magnetverstärker ist, dessen Steuerwicklungen so bemessen sind, dass sein Wider- stand bis zu einem vorgegebenen Betrag des Laststromes praktisch vernachlässigbar ist, dann aber steil ansteigt.