Elektrische Stromerzeugungseinrichtung, insbesondere für Fahrzeuge. Die Erfindung betrifft eine elektrische Stromerzeugungseinrichtung, insbesondere eine solche, die für Fahrzeuge bestimmt ist, um zum Beispiel den zum Beleuchten oder zum Laden von Batterien nötigen Strom zu liefern.
Wenn hierfür Gleichstrommaschinen be nutzt werden, dann besteht der Nachteil, dass ihre Kollektoren durch Erschütterungen, die vom Fahrzeug herkommen, beschädigt werden. Ausserdem müssen die Anker solcher Maschinen häufig ausgebessert werden, so bald die Maschinen überlastet worden sind.
Die Stromerzeugungseinrichtung gemäss der Erfindung besitzt statt einer Gleichstrom- mascbine einen asynchronen Stromerzeuger, Kondensatoren in seinem Stromkreis und Widerstände, die von dem Strom dieses Stromerzeugers abhängig sind, z. B. Eisen wasserstoff widerstände. Diese können derart gewählt werden, dass ein konstanter Strom gewonnen wird, obwohl die Drehzahl des Stromerzeugers und daher die Spannung sich ändert, z. B. mit der Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeuges.
Zur Erläuterung der gezeichneten Aus führungsbeispiele der Erfindung diene die folgende Betrachtung, welcher die Impedanz gleichung einer Asynchronmaschine zugrunde liegt. In dieser Betrachtung ist w die Kreis frequenz der Statorströme, s der Schlupf, co, = (1 -+- s) co die Kreisfrequenz der Dreh zahl des Rotors.
Liie, Lt24 und L2ie, Laxe die eigene und gegenseitige Drehinduktivität des Stators (Index 1) und des Rotors (Index 2). ri ist der Statorwiderstand, r2 der Rotor widerstand einer Phase.
Wenn die Phasen zahl des Stators gleich der des Rotors ist, dann ist die Statorimpedanz
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Hierin ist j =
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Das imaginäre Glied stellt die für die selbsterzeugte Frequenz c) <I>- 2</I> 7r <I>f</I> in Frage kommende resultierende Induktivität des Generators dar, welche mit der Erregerkapazität C in Resonanz kommt. Das erste Glied dagegen stellt den Wirk widerstand des Generators dar.
Ist der Gene ratorstrom J, so besteht in ihm ein Span nungsverbrauch Ey <I>=</I> JZje. Besteht der Be lastungsbreis aus einem Kondensator mit der Kapazität C, der mit einem Wirkwiderstand R in Reihe liegt, so verbraucht der Be lastungskreis die Spannung Ek = J
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Aus Ey + .Ek <I>= 0</I> folgt, wenn man in Eg <I>=</I> -Ek die reellen Glieder für sich und die imaginären Glieder für sich gleich setzt,
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Da beim Generator der Schlupf s negativ ist, Folgt aus (1)
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Man kann hieraus ersehen,
dass sowohl ri -1- <I>R</I> als co vom Schlupf abhängen. Um diese Wirkung zu .beseitigen, wird kg ent weder konstant oder zu Null gemacht. Dies wird erreicht, wenn r2 <I>= s</I> # ro gemacht wird, also in- den Rotor- ein Widerstand einge schaltet wird, der vom Schlupf s abhängig ist.
Dann wird die Gleichung (3)
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Ist nun noch rot klein gegen m2 L222e, so wird
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unabhängig von co. Die Gleichung 211 sagt dann, dass in diesem Falle die Asynchron maschine eine bei jeder Drehzahl konstante Frequenz besitzt, also Ströme von konstanter Frequenz erzeugt. In diesem Falle wird der Belastungswiderstand
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auch von dem Schlupf oder der Drehzahl unabhängig.
Man kann zwar nicht direkt r2 <I>= s</I> # r. machen, aber man kann den Widerstand r2 vom Rotorstrom J2 abhängig machen, nämlich dadurch, dass in die Rotor .wicklung geeignete Widerstände, z. B. Eisen wasserstoffwiderstände, eingeschaltet werden. Der Wert solcher Widerstände ändert sich von einem gewissen Wert J2 ab plötzlich oder jedenfalls in Abhängigkeit vom Strom.
Da J2 dem Schlupf s zunächst proportional ist, so wird von einem gewissen Schlupf s' an, bei dem der Strom J's erreicht ist, der Widerstand r2 mit dem Strom J2 und damit mit dem Schlupf ansteigen, um schliesslich den Strom J2 auf einen Höchstwert J2 max. ansteigen zu lassen, der etwas höher als J'2 ist. Jetzt ist sogar r2 nahezu unendlich -ge worden, kfi praktisch auf Null gesunken und
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vom Rotor so gut wie ganz unabhängig.
In diesem Grenzfalle behält
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# k"; immerhin noch einen endlichen Wert, weil r2 sehr gross werden kann. Man erkennt hieraus also, dass es möglich ist, einen sich selbst erregenden asynchronen Stromerzeuger zu bauen, der innerhalb gewisser Drehzahlbereiche einen Wechselstrom liefert, der erstens konstante Frequenz, zweitens konstanten Strom und drittens konstante Klemmenspannung .EIC <I>-</I> -Ji Zi d erzeugt.
Dass auch Ji von einem gewissen Strom J', an in einem festen Verhältnis zu 72 steht, ist leicht zu ersehen, wenn man be denkt, dass
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welches mit r, < (v L22ü in
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übergeht, wo Zi die Windungszahl im Stator, Z= die im Rotor und r2, der Streuungs koeffizient der Rotorwicklung ist.
Im folgenden sind nun die Ausführungs beispiele beschrieben. - Fig. 1-7 stellen schematisch je ein Bei spiel dar; Fig.8 und 9 sind schematische Ansichten eines Beispiels einer Vorrichtung, die statt der erwähnten Eisenwasserstoff widerstände vorgesehen sein kann, und zwar zeigt Fig. 8 den Ruhezustand, Fig. 9 einen Arbeitszustand. Gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In den Fig. 1-7 ist eine Asynchron- dy namo durch ihren Rotor B und ihren Sta- tor S angegeben. Der Rotor kann in dem üblichen Käfiganker bestehen.
Der Stator <B>S</B> nach Fig. 1 hat drei Kon densatoren K, drei Eisenwasserstoff- oder ähnliche Widerstände YTr und speist Ver braucherlampen L.
In dem Beispiel nach Fig. 2 sind in dem Belastungskreis ausser den Kondensatoren .g ein Transformator T, Gleichrichter G, zwei Widerstände W der erwähnten Art und eine Batterie B enthalten. Zu andern Verbrauchs stellen als der Batterie B kann der Strom an den Klemmen 1, 2 abgenommen werden.
In Fig.3 ist eine ähnliche Einrichtung wie in Fig. 2 dargestellt. Der Unterschied ist, dass Fig. 3 keinen Transformator zeigt. Es sind vielmehr die Statorwicklungen an gezapft, nämlich bei<I>a,</I> b, e.
Statt der in Fig. 3 gezeigten beiden Widerstände W braucht nur einer angeord net zu sein, nämlich in der punktiert ange deuteten Schaltungsweise.
Die Widerstände W brauchen laut Fig. 4 nur in dem Rotor B vorgesehen zu sein. Die Statorwicklung kann an den Punkten <I>a, b,</I> c angezapft und hier mit andern Ver brauchsstellen als den Lampen L oder der gleichen verbunden sein, z. B. so, wie dies schon in Fig. 3 gezeigt ist. Diese Einrich tung liefert von einer gewissen Drehzahl ab sowohl praktisch konstante Spannung, als auch praktisch konstanten Strom und fast genau konstante Frequenz. Sie ist daher nicht nur zum Beleuchten von Fahrzeugen und Laden von Batterien geeignet, sondern auch zum Erzeugen einer Sollfrequenz für synchron laufende Einrichtungen oder für Netze, die von Asynchrondynamos gespeist werden.
Die Einrichtung nach Fig. 5 hat einen Widerstand W der erwähnten Art, der in dem Statorkreis liegt, und drei gleiche Wider stände W in dem Rotörkreis. Die Spannung zum Laden der Batterie B kann in hohem Masse mittelst eines Transformators T hoher Sättigung trotz Schwankens der Frequenz konstant gehalten werden.
Die Einrichtung nach Fig. 6 hat zwischen den Kondensatoren g und der Dynamo einen Transformator T'. Der Stromerzeuger B, S' ist dreiphasig und kann mittelst eines Schal ters E abgeschaltet werden, damit an den Punkten 3 oder 4 eine andere Stromquelle, z. B. ein Wechselstromnetz, angeschlossen werden kann. Dies ist dann vorteilhaft, wenn das Fahrzeug, auf welchem die Dynamo an- geordnet ist, nicht fährt und daher auch der Stromerzeuger B, S in Ruhe ist. Der bei 3 oder 4 zugeführte Strom dient in solchem Falle statt des von der Einrichtung B, S er zeugten Stromes dazu, die Batterie B zu laden oder andere bei 1, 2 angeschlossene Verbrauchsstellen zu speisen.
Dank dem Transformator T' ist die Ein richtung stärkeren Beanspruchungen seitens des Fahrzeuges gewachsen, als es ohne Trans formator der Fall ist. Der Transformator ermöglicht ferner, die Wicklung der Dynamo für geringere Spannungen als sonst auszu bilden.
Einen. Transformator T' vorzusehen, ist auch in Fig. 7 gezeigt. Die Dynamo ist hier zweiphasig. Der Stator .S hat zwei Wick lungen, die um 90 elektrische Grade gegen einander versetzt sind. Dies erlaubt, die Dynamo bezüglich Raum und Wirtschaftlich keit besser als sonst auszunutzen. Der Trans formator hat drei Schenkel. Der mittlere Schenkel ist nicht bewickelt und im Quer schnitt #/-2 mal grösser als die beiden andern Schenkel. Der Stromerzeuger B, S kann wie im Falle der Fig. 6 durch den Schalter E abgeschaltet werden, damit bei 3 oder 4 eine andere Stromquelle angeschaltet werden kann.
Die Widerstandsvorrichtung W nach Fig. 8 und 9 trägt auf einem Eisenkörper A zwei hintereinandergeschaltete _N,\Ticklungen C C', die mittelst zweier Klemmen g, h an den Stator- oder Rotorkreis der Dynamo anschliess- bar sind. Die Dynamo ist nicht gezeichnet. Zwischen den Wicklungen C, C' ist ein Anker <I>D</I> um eine Achse<I>i</I> drehbar. Der Anker<I>D</I> trägt eine einzige Kurzschlusswicklung d. An einen Punkt f des Ankers ist eine Zugfeder e angeschlossen.
Sobald der Dynamostrom die Wicklungen <I>C, C'</I> durchfliesst, entsteht in der Wicklung<I>d</I> ein gurzschlussstrom, der entgegengesetzt zu dem Dynamostrom fliesst. Der Anker dreht sich infolgedessen in der Richtung des Pfeils zum Beispiel in die Lage, die in Fig. 9 ge zeigt ist. Hierdurch wächst die Induktanz der Wicklungen C, C'. Die Feder e hält dem Drehmoment des Ankers das Gleich gewicht.
Dieses Oxleichgewicht wird gestört, sobald der Dynamostrom über einen gewissen Wert steigt. Der Anker D dreht sich in diesem Falle weiter, z. B. weiter aus der in Fig. 9 veranschaulichten Stellung. Hierdurch nimmt auch die Induktanz der Wicklungen C, C' zu. Der Dynamostrom sinkt daher auf jenen gewissen Wert. Die Wicklung d strebt immer, sich senkrecht zur Feldachse der Wicklungen C, C' zu stellen. Ehe diese Stellung nicht erreicht ist, kann der Dynamostrom seinen grössten Wert nicht überschreiten. Die In duktanz der Wicklungen C, C' wird also durch das Spielen des Ankers beeinflusst. Hierdurch wird verhindert, dass der Dynamo strom linear ansteigt.
Das Drehmoment des Ankers nimmt mit zunehmender Schwenkung der Wicklung d ab. Die Gegenwirkung der Feder e ist diesem Vorgange dadurch angepasst, dass der Hebel arm k, mit welchem die Feder an dem Anker angreift, ebenfalls abnimmt. Aus Fig. 9 ist ersichtlich, dass hier der Hebelarm kleiner ist als in Fig. B.
Die Achse i, um welche der als Regelungs glied dienende Anker D drehbar ist, ist also kornzentrisch in bezug auf den Anker. Dieser gibt daher Anfahr-, Brems- und Schüttel schwingungen des Fahrzeuges nicht so leicht nach, wie exzentrisch gelagerte Regelungs glieder.