DE679074C - Anordnung zum annaehernden Konstanthalten der Leistung eines brennkraftelektrischen Aggregates - Google Patents

Description

Bei brennkraftelektrischen Anlagen ist es wesentlich, daß die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschinen bei Belastungs- und Drehzahlschwankungen der an den Stromerzeuger angeschlossenen Motoren annähernd konstant gehalten wird. Die vorliegende Erfindung geht aus von einer bereits bekannten Anordnung zum annähernden Konstanthalten der Leistung eines brennkraftelektrischen Aggregates, bei der der Gleichstromgenerator mit einer Hilfserregerwicklung versehen ist, die an eine schwach gesättigte, im kritischen Drehzahlbereich arbeitende und von der Kraftmaschine angetriebene Regelmaschine angeschlossen ist. In dieser bekannten Anordnung werden Generatoren der gewöhnlichen Konstantspannungsmaschinenbauart verwendet, deren in einem bestimmten Lastbereich annähernd hyperbelförmige Strom-Spannungs-Charakteristik durch verhältnismäßig große Regeleinrichtungen und -maschinen erzielt wird.

Gemäß der Erfindung ist nun der Generator als Generator der Konstantstrommascninenbauart ausgeführt, der bereits im ungeregelten Zustand eine im mittleren Spannungsbereich stark abfallende, vorzugsweise geradlinige Strom-Spannungs-Charakteristik hat. Eine derartige Anordnung hat gegenüber den bekannten Anordnungen u. a. den Vorteil, daß sie eine wesentlich kleinere Regelmaschine erfordert, da die Charakteristik der erfindungsgemäß verwendeten Generatoren der Konstantstrommaschinenbauart einer Gleichleistungshyperbel wesentlich ähnlicher ist als diejenige eines Generators der gewöhnlichen Konstantspannungsmaschinenbauart. Die erfindungsgemäße Anordnung arbeitet trotzdem sehr genau und zuverlässig, ermöglicht eine verhältnismäßig gute Ausnutzung des Generatoreisens und ist infolge ihrer Einfachheit verhältnismäßig billig. Die Charakteristik des verwendeten Generators ist von der Temperatur seiner Wicklungen praktisch unabhängig. Außerdem kann in einfacher Weise durch Regelung der Erregung der Regelmaschine von einer Charakteristik zu einer anderen übergegangen werden. Fahrzeugantriebe mit von Dieselmaschinen angetriebenen Konstantstromgeneratoren sind an sich bekannt. Bei diesem bekannten Antrieb hat aber der Generator keine abfallende Strom-Span-

nungs-Charakteristik, sondern der abgegebene Strom bleibt im Arbeitsbereich annähernd konstant, so daß die Leistung des Aggregates sich in großem Maße ändert. Die Anordnung nach der Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen veranschaulicht.

Abb. ι zeigt die Erfindung in Verbindung mit einem Metadyne-Generator. Unter einer ίο Metadyne versteht man eine Gleichstrommaschine mit mehr als zwei Bürsten je Polpaar. Bei einer Generator-Metadyne mit vier Bürsten je Polpaar wird· an zwei sog. Erregerbürsten eine Gleichspannung ange-• 5 legt und von zwei den ersteren Bürsten gegenüber am Kommutatorumfang verschobenen sog. Arbeitsbürsten der Arbeitsstrom für die Verbraucher abgenommen. Der Ständer der Metadyne dient hauptsächlich als Rückschluß 2< > für das im Läufer erzeugte Feld und hat einen geringen magnetischen Widerstand. In Richtung der Erregerbürsten wirkt eine an der Arbeitsspannung der Metadyne liegende Ständerwicklung, die das Arbeiten der Metadyne als Generator bewirkt. Die Größe des Arbeitsstromes kann beispielsweise durch Änderung der Durchflutung einer in der Arbeitsbürstenachse wirkenden, im Ständer angeordneten Stromregel wicklung geändert werden.

In der Anordnung nach Abb. 1 ist der Anker 1 der Generator-Metadyne durch die Welle 2 mit der in der Zeichnung nicht dargestellten Dieselmaschine gekuppelt. An den Arbeitsbürsten b, d der Metadyne liegt der Arbeitsstromkreis mit den drei Triebmotoren 3, 4 und 5. Die Metadyne wird über die Erregerbürsten a, c, beispielsweise von einer mit der Metadyne gekuppelten Erregermaschine 6 mit der Nebenschluß wicklung 7, erregt. Als Erregermaschine kann auch eine Hauptschlußmaschine verwendet werden. Die Metadyne hat eine weitere, an den Arbeitsbürsten b, d liegende Stromregelwicklung 8, die in der Erregerbürstenachse wirkt und das Arbeiten der Metadyne als Generator bewirkt. Auf der Welle 2 sitzt außerdem eine mit einer Nebenschlußwicklung 11 versehene Regelmaschine 9, die eine in der Arbeitsbürstenachse wirkende Stromregelwicklung 10 der Metadyne speist. Diese Regelmaschine ist so ausgelegt, daß sie bei den in Frage kommenden Drehzahlen der Brennkraftmaschine gerade im sog. kritischen Drehzahlbereich arbeitet, in dem geringe Drehzahländerungen erhebliche Spannungsänderungen ergeben. .

In der in Abb. 1 dargestellten Anordnung ist die Stromregelwicklung 10 mit der Regelmaschine 9 und der Erregermaschine 6 derart in Reihe geschaltet, daß die Klemmenspannungen der beiden Maschinen 9 und 6 einander entgegenwirken. Die Maschine 6 ist stärker gesättigt als die Regelmaschine 9. Da der die Wicklung 10 durchfließende Strom durch die Differenz der Klemmenspannungen der Regelmaschine 9 und einer annähernd konstanten Spannungsquelle, nämlich der Erregermaschine 6j bestimmt ist, ermöglicht diese Gegenschaltung ein größeres Ansprechvermögen der Anordnung auf DrehzaW-änderungen der Welle 2 als die vorstehend beschriebene Anordnung. Läuft die Welle 2 mit der gewünschten Arbeitsdrehzahl der Dieselmaschine, so wird kein oder nur ein verhältnismäßig geringer Strom durch die Wicklung 10 fließen. Es ist an sich bereits bekannt, zur Regelung von Umformer-Metadynen auf konstante Drehzahl ihrer drehzahlempfindlichen Regelmaschine eine konstante Spannung gegenzuschalten.

Eine Drehzahländerung der Welle 2 ruft nur eine geringe Spannungsänderung der Erregermaschine 6, jedoch eine verhältnismäßig große Spannungsänderung der Regelmaschine 9 hervor. Der die Wicklung 10 durchfließende Strom wird sich also ziemlich stark ändern und dadurch eine entsprechende Änderung des Arbeitsstromes der Metadyne verursachen. Die Richtung dieses Stromes ist davon abhängig, ob die Drehzahl der Welle 2 die gewünschte Drehzahl über- oder unterschritten hat. Die so erzielteRegelung bewirkt also, daß der Generator 1 eine Strom-Spannungs-Charakteristik von stark angenähert gleichseitiger Hyperbelform erhält, die Welle 2 mit annähernd konstanter Drehzahl und somit die Dieselmaschine bei konstanter Brennstoffzufuhr mit annähernd konstanter Leistung läuft.

In dem in Abb. 3 dargestellten Schaltbild ist als Ordinate der die Motoren 3, 4 und 5 durchfließende Arbeitsstrom der Metadyne und auf der Abszisse die an den Arbeitsbürsten b,d auftretende Arbeitsspannung der Metadyne aufgetragen. Die Kurve I stellt die charakteristische Stronii-Spannungs-Kennlinie der Anordnung nach Abb. 1 dar und hat angenähert die Form einer gleichseitigen Hyperbel. Die Differenz zwischen der Kurve I "o und einer idealen gleichseitigen Hyperbel entsteht dadurch, daß die erfindungsgemäße Anordnung natürlich die mit der Arbeitsspannung sich ändernden Verluste in der Stromerzeuger anlage decken muß.

Der die Regelmaschine 9 und die Erregerwicklung 10 durchfließende Strom muß sich entsprechend der Ordinate der in Abb. 3 dar-■estellten Kurve I ändern. Um diesen Strom und somit die Größe der Regelmaschine 9 noch weiter zu verringern, wird die Metadyne erfindungsgemäß mit einer Erregereinrich-

tung versehen, durch die sie bereits ohne die Verwendung einer Regelmaschine eine der Hyperbel ähnliche Kennlinie erhält. In diesem Falle dient der in der Stromregelwicklung ίο fließende Strom nur zur Umwandlung dieser Kennlinie in die gewünschte hyperbolische Kennlinie und hat daher eine wesentlich geringere Größe.

Eine derartige Einrichtung ist in Abb. 2

ίο veranschaulicht. Die Metadyne hat eine zusätzliche, in der Arbeitsbürstenachse wirkende Stromregelwicklung 12, die so geschaltet ist, daß ihre Durchflutung sich aus einer Komponente von konstanter Größe und einer zweiten Komponente, die sich mit der Arbeitsspannung der Matadyne ändert, zusammensetzt. Die Stromregelwicklung 12 liegt sowohl über den Widerstand 14 an der annähernd konstanten Erregerspannung als auch über den Widerstand 13 an einer sich entsprechend der Spannung an den Arbeitsbürsten b, d ändernden Spannung, beispielsweise an den Bürsten b, c. Bleiben die Regelmaschine 9 und die Stromregelwicklung 10 wirkungslos, so erhält man mit dieser Anordnung die in Abb. 3 dargestellte Kurve II der Strom-Spannungs-Kennlinie des verwendeten Generators. Die Stromregelwicklung 10 muß also nur die für die Umwandlung der Kennlinie II in die Kennlinie I nötige Durchflutung aufbringen. Der die Wicklung 10 durchfließende Strom ist daher der Ordinatendifferenz der Kurven I und II entsprechend gering.

Bei sehr kleinen Spannungen an den Arbeitsbürsten der Metadyne wird die hyperbolische Kennlinie übermäßig hohe Arbeitsströme verursachen. Es ist infolgedessen zweckmäßig, Einrichtungen zur Begrenzung des Arbeitsstromes der Metadyne vorzusehen, z. B. ein Relais, das auf den Arbeitsstrom der Metadyne anspricht. Einrichtungen zur Begrenzung der Stromstärke durch Änderung der Brennstoffzufuhr mittels von der Stromstärke abhängiger Relais sind bei brennkraftelektrischen Antrieben an sich kekannt. Überschreitet der Arbeitsstrom einen bestimmten Wert, so ruft das Relais beispielsweise eine Verringerung der Füllung der Brennkraftmaschine hervor. Aus der Kurve Ia der-Abb. 3 ist die Wirkung des Relais zu erkennen; der Arbeitsstrom steigt nicht über einen bestimmten Wert.

Statt dieses Relais mit dem verhältnismäßig hohen Belastungsstrom zu erregen, kann es durch den die Stromregelwicklung 10 durchfließenden Strom erregt werden. Dadurch kann eine billigere Ausführung des Relais verwendet werden.

Um die Größe der gewöhnlich konstanten Belastung der Dieselmaschine zu ändern, ist nur eine Änderung der kritischen Drehzahl der Regelmaschine 9 erforderlich. Dies kann in jeder geeigneten und an sich bekannten Weise erfolgen. Abb. 2 zeigt beispielsweise eine einfache Einrichtung zur Regelung der kritischen Drehzahl der Regelmaschine 9 mit Hilfe eines Nebenschlußreglers 15. Die kritische Drehzahl von Hauptschlußregelmaschinen kann durch Regelung eines im Hauptschlußkreis der Maschine liegenden Reglers geändert werden.

Die Regelung des Widerstandes 15 verursacht eine Verschiebung der angenähert gleichseitigen hyperbolischen Kennlinie der erfindungsgemäßen Einrichtung, wie aus den in Abb. 4 dargestellten Kennlinien III, IV und V zu ersehen ist. Jede Kennlinie entspricht einer besonderen Stellung des Widerstandes 15. Die Leistung wird proportional der Drehzahl der Kraftmaschine herabgesetzt; jeder Stellung des Widerstandes entspricht eine Leistungskennlinie.

Die Leistung der Dieselmaschine kann auch durch eine völlig unabhängig arbeitende Einrichtung zur Regelung der Füllung gesteuert werden, Die Regelmaschine tritt dann in . Tätigkeit, wenn die Füllung verringert wird, und bewirkt eine Verschiebung der Kennlinie in dem Sinne, daß das Produkt aus Spannung und Strom einen entsprechend geringeren Wert annimmt, welcher der Leistungsabgabe der Dieselmaschine bei verringerter Füllung entspricht. Diese Art der Regelung kann entweder allein oder zusammen mit der obenbeschriebenen Art der Leistungsregelung vorgenommen werden.

Als Konstantstromgenerator kann auch ein solcher anderer Bauart, z. B. eine Krämermaschine, verwendet werden. Abb. 5 zeigt eine derartige Anordnung. Der Konstant- ·°° stromgenerator ι enthält außer' der Regelwicklung 16, die der Stromregelwicklung 10 in Abb. 1 und 2 entspricht, eine Nebenschlußwicklung 17, die an den Bürsten des Generators ι liegt, eine Hauptschlußwicklung 18, die der Wicklung 17 entgegenwirkt, und eine fremder regte Wicklung 19. Die Größe des Erregerstromes in der Wicklung 19 bestimmt die Größe des Ankerstromes des Generators 1.

Die Regelmaschine 9 wird durch die Wick- no lung 20 im Hauptschluß erregt. Während des Betriebes wird die Wirkung der Wicklung 19 durch die Wicklung 16 verstärkt oder verringert, je nachdem die Drehzahl der Welle 2 steigt oder fällt. Dadurch ergibt sich die gewünschte Charakteristik des Generators 1.

Abb. 6 zeigt eine ähnliche Anordnung. Die Wicklung 16 wird jedoch von einem Erregerstrom durchflossen, welcher der Differenz der Klemmenspannungen der Nebenschlußregelmaschine 9 und der Erregermaschine 6 entspricht. Die Erregermaschine 6 arbeitet im

Sättigungsbereich, liefert somit eine annähernd konstante Spannung zur Speisung der Erregerwicklung 19 und dient zur Vergrößerung des AnsprechVermögens der Regeleinrichtung auf Drehzahländerungen der Welle 2.

Die oben für die Metadyne beschriebenen Einrichtungen zur Begrenzung des Arbeitsstromes, zur Regelung der Füllung der Kraftmaschinen usf. können natürlich in gleicher Weise bei Konstantstromgeneratoren anderer Bauart vorteilhaft verwendet werden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum annähernden Konstanthalten der Leistung eines brennkraftelektrischen Aggregates, dessen Gleichstromgenerator mit einer Hilfserregerwicklung versehen ist, die an eine schwach gesättigte, im kritischen Drehzahlbereich arbeitende und von der Kraftmaschine angetriebene Regelmaschine angeschlossen ist, insbesondere für Fahrzeugantriebe, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator als Generator der Konstantstrommaschinenbauart ausgeführt ist, der bereits im ungeregelten Zustand eine im mittleren Spannungsbereich stark abfallende, vorzugsweise geradlinige Strom-Spannungs-Charakteristik hat.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator der Konstantstrommaschinenbauart (1) als Generator-Metadyne ausgebildet ist und daß die Durchflutung der an die Regelmaschine (9) angeschlossenen Hilfserregerwicklung (10) in der Arbeitsbürstenachse der Metadyne wirkt.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metadyne mit einer zweiten, in Richtung der Arbeitsbürstenachse liegenden Regelwicklung (12) versehen ist, die sowohl über einen Widerstand (14): in Abhängigkeit von einer konstanten Spannung, beispielsweise der Erregerspannung der Metadyne, als auch über einen Widerstand (13) in Abhängigkeit von der Arbeitsspannung der Metadyne, beispielsweise von der Spannung zwischen einer Erregerbürste (c) und einer Arbeitsbürste (b), erregt wird.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator der Konstantstrommaschinenbauart (1) als Krämermaschine ausgebildet ist und mit einer zusätzlichen als Hilfserregerwicklung wirkenden Wicklung (16) versehen ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfserregerwicklung (10,16) des Generators der Konstantstrommaschinen bauart (1) in Abhängigkeit von der Differenz der Spannung der Regelmaschine (9) und einer annähernd konstanten Spannung, beispielsweise der Spannung der Erregermaschine (6), erregt wird,

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der kritischen Drehzahl der als Nebenschluß- oder Hauptschlußmaschine ausgeführten Regelmaschine (9) durch eine Widerstandsregelung in ihrem Erregerkreis erfolgt.

7. Anordnung nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Relais vorgesehen ist, das von bzw. entsprechend dem die Regelwicklung (10) durchfließenden Strom erregt wird und bei Überschreiten eines bestimmten Stromwertes auf die BrennstoffregeleinrichtungderDieselmaschine wirkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen