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Elektrischer Verbundstromerzeuger für .Anlagen auf Fahrzeugen Die
Erfindung bezieht sich auf einen mit verän,derlicher Drehzahl, artgetriebenen elektrischen
Verbundstromerzeuger fürAnlagen auf Fahrzeugen, dessen Spannung durch Steuerung
des 1Vebanschlußierregerstromes mittels eines elektromagnetischen Schnellreglers
geregelt wird, und, mit die Nebenschlußwicklung unterstützender Hauptstromwicklung.
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Bei einem bekannten Verbundstromerzeuger dieser Art, insbesondere
für Fahrzeuganlagen ohne Batterie, ist die Hauptstromwicklung verhältnismäßig stark
bemessen, damit der Erzeuger bereits bei sehr geringer Drehzahl seine volle Nennspannungerreidht,
BeiVerbundstromerzeugern mit solch starker Hauptstromwicklung reicht die Regelung
d ier Spannung durch Steuerung des Nebensahlu,ßerregerstromes wegen der starken
Wirkung der Hauppt.stromwicklung bei höheren Drehzahlen und Belastungen nicht mehr
aus, denn der Erregerstrom in der Nebenschlußwicklung nimmt längst vor Erreichen
.der höchsten Drehzahl bereits negative Werte an. Das bedeutet aber, daß eine weitere
Beeinflussung der Nebenadhlußwäckl.ung auf die Spannungsregelung keinen Einfluß
mehr haben würde. Nach der bekannten Einrichtung wird daher die Wirkung der Hauptstromwicklung
mittels eines weiteren selbsttätigen Reglers, geschwächt.
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Bei einem bekannten, aus Wasserturbine und. Gleichstromerzeuger bestehenden
Maschinensatz, dessen Drehzahl bekanntlich stark von. der Belastung abhängig ist,
wird: eine Vereinfachung der Spannungsregelung dadurch zu erzielen versucht, daß
eine sehwach eisengesättigte Maschine mit einer solchen Nebensahlußwicklung versehen
wird, daß deren Amperewindungen gerade hinreichen,
um im Leerlauf
bei höchster Drehzahl die Nennspannung zu erzeugen.. Dazu kommt eine Hauptstromwicklung,
die so bemessen ist, @daß .ihre Amperewindungen bei Vollast zusammen mit den Nebenschlußamperewindungen
gerade ausreichen, um bei Vollast (ISTormalstrom) die normale Spannung zu erregen.
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Demgegenüber müssen Stromerzeuger in Flugzeuganlagen vollständig anderen
Arbeitsbedingungen genügen. Sie müssen schon bei möglichst geringen Drehzahlen die
volle Nennspannung erreichen und Leistung abgeben können. Dabei schwankt die Drehzahl
dar Erzeuger im diesen Anlagen in wesentlich weiteren Grenzen .als die der bekannten
stationären Anlagen, und zwar, wenn d'ie kleinste Drehzahl, bei der volle Nennspannung
erreicht sein, muß, mit iooo/o angenommen wird, etwa zwischen ioo und 5oo,%.
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Das Ziel- der Erfindung ist, den einfachen, sehr zuverlässigen Kontaktschnellregler
in Anlagen auf Fahrzeugen auch für Stromerzeuger größerer Leistung als bisher für
die Spannun@gs.regelung verwenden zu können. Die Anwendung des Reglers ist aber
insofern. begrenzt, als mit den Kontakten nur bestimmte Ströme beherrscht werden
können. Bei zu hohen Strömen nutzen die Kontakte zu rasch. ab, so daß die Lebensdauer
des Reglers. praktisch: nicht ausreichen würde. Bei Nebenschlußmaschinen; beispielsweise
behält aber der Erregerstrom bei Belastung des Erzeugers. beträchtliche Werte bei.
Dieser Erregerstrom muß bei Verwendung eines Kontaktreglers für die Spannungsregelung
über die Reglerkontakte geführt werden.. Bei Verbundstromerzeugern mit starker Hauptstromwicklung
ist man andererseits, wie oben ausgeführt, auf dieVerwendung eines weiteren Reglers
für die Hauptstromwicklung angewiesen. Kann man erreichen, daß der über die Kontakte
des Reglers zu, führende. Strom auch bei Belastung des Erzeugers geringe Werte beibehält,
so läßt sich der einfache Kontaktziegler auch für die Spannungsregelung von Stromerzeugern
größerer Leistung verwenden. Dieses Ziel wird erfindungsgemäß bei einem Verbundstromerzeuger
durch eine derartige Bemessung der Hauptstromwioklung erreicht, daß bei. höchstzulässigerDrehzalhl
und'höchstzulässigem Be@lastungss.trom der Nebenschlußerregerstrom mindestens auf
seinen Wert bei Leerlauf mit Höchstdrehzahl, im Grenzfall auf den Wert Null zurückgeht.
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Bei einem solchen Verbundstromerzeuger ist es erreicht, die Spannungsregelung
auch bei Erzeugern größerer Leistung mit einem einzigen einfachen Regler zu bewältigen.
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Mit dem Erfindungsgegenstand wird die Lehre erteilt, die Hauptstromwicklung
dies Verbundstromerzeugers in ganz bestimmter Weise zu bemessen. Sie darf weder
größer noch kleiner sein, als sich nach der Lehre ergibt. Wird sie kleiner gewählt,
so kann das. Ziel, den über die Kontakte des Reglers ,geführten Nebenschlußerregerstrom
auch bei Stromerzeugern höherer Leistung genügend klein zu halten, nicht erreicht
werden. Wird die Hauptstromwicklluung zu groß bemessen, so würde der Erregerstrom
in ,der Nebenschlußwicklung nicht erst bei-,der höchstzulässigen Drehzahl und Belastung,
sondern bereits an einem früheren Punkt so kleine Werte annehmen, daß die Nebenschlußwicklung
bei Überschreiten dieses Punktes nicht mehr wirksam sein könnte, die Spannung des
Verbundstromerzeugers also dann nicht mehr durch den einfachen. Kontaktregler geregelt
würde.
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Bei Verwendung sogenannter Zwei:kontaktregler wird- durch den, Verbundstromerzeuger
gemäß der Erfindung folgender wesentliche Vorteil! erzielt: Bei,diesen Zweikontaktreglern
wird in: einem unteren, Drehzahlbereich ein Widerstand periodisch in Reihe mit der
Nebensahlußwicklung geschaltet und, kurzgeschlossen, in einem oberen Drehzahlbereich
dieErregerwicklung selbst periodisch.kurzgeschlossen. Dem unteren Drehzahlbereich
entspricht ein verhältnismäßig :großer Erregerstrom, der mit zunehmender Drehzahl
abnimmt. Die rasche Abnahme des Nebenschlußerregerstromes, wie sie mit dem neuen
Verbundstromerzeuger erzielt wird', bedeutet also, daß der Regler schon bei verhältnismäßig
niedrigen Drehzahlen :der Maschine in :der dem oberen Drehzahlbereich entsprechenden
Kontakts.tellung regelt. Die im Betrieb auftretenden. Erschütterungen haben nun
bei Regelung in der Oberlage praktisch, keinen Einfluß, so,daß der Regler gegen
Erschütterungen im Betrieb unempfind'-licher wird.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungs, beispielle, des Erfindungsgegenstandes
.dargestellt, und zwar zeigt Abb. i eine Stzomerzeugeranlage mit elektromagnetischem
Zweikontektregler, Abb. 2 einige Nebenschlußerregerstromkurven und Abb. 3 eine Anlage
mit einer Anlaß-Licht-Maschine.
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In Abb. i ist ein Verbundstromerzeuger schematisch. -dargestellt,
der einen Anker i, eine Haupt stromerregerwicklung 2 und eine Nebenschlußerregerwicklung
3 aufweist. Die Hauptstromwick-Iung 2 und die Nebenschlußwicklung 3 sind einander
gleichgerichtet, wirken, also im gleichen Sinn erregend. Die Nebenschlußwicklung
3 ist hinter der Hauptstromwicklung 2 angeschlossen, so daß der Nebenschlußerregerstrom
die Hauptstromwicklung durchfließt.
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In Reihe mit der Nebenschlußwicklung 3 liegt ein: Widerstand 4". der
in ,der Ruhelage durch Kontakte5,6 eines eektromagnetischenSchnellreglers8 kurzgeschlossen
ist, der im wesentlichen einen Magnetkern, 81 mit einer von der Spannung des Stromerzeugers
beeinflußten Wicklung 82 und einen Anker 83 aufweist.
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Über einen selbsttätigen Schalter 9, der nur schematisch dargestellt
ist, können ein elektrischer Sammler io und Stromverbraucher i i mit dem Stromerzeuger
i, 2, 3 verbunden werden.
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Die Hauptstromwicklung 2 ist nun so bemessen, daß bei der für den
Stromerzeuger höchstzulässigen Drehzahl und dem höchstzulässigen Belastungs-
Strom
der Erregerstrom in der Nebenschlußwicklung 3 mindestens bis auf etwa seinen Wert
bei Leerlauf zurückgeht. Die Stromverhältnisse seien an Hand- der Kurven in Abb.2
veranschaulicht.
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In Abb. 2 ist der Nebensehlußerregerstrom Je in Abhängigkeit von .der
Umdreh.ungszahldes. Stromerzeugers aufgetragen. Darin ist a eine Kurve für den Stromverlauf
in der Erregerwicklung einer Nebensohlußmaschine bei höchstzulässiger Belastung,
b zeigt den Erregerstromverlauf derselben Nebensohlußmaschine bei Leerlauf. .gilt
also für den Fall, d'aß die Stromverbraucher und der Sammler nicht mit dem Stromerzeuger
verbunden sind, der Maschine also kein Strom entnommen wird.
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Die Kurve a zeigt einen wesentlich flacheren Verlauf als die Kurve
b. Der Erregerstrom der Nebensdhfußmasehine behält also bei Belastung der Maschine
beträchtliche Werte bei.
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Bei Anwendung der in der besonderen Weise bemessenen Hauptstromwicklung
2 ergibt sich dagegen, bei höchstzulässiger Belastung ,des @erbundstromerzeugers,
für den Stromverlauf in, der Nebensohlußwicklung3 :die Kurve c. Diese Kurve c fällt
ziemlich steil ab und erreicht bei der höchstzulässigen Drehzahl die Leerlauferre.gerstromkurve
b. Während also bei einer Nebenschlußmaschine der Erregerstrom in der Nebenschlußwicklung
bei höchstzulässiger Belastung und höchstzulässiger Drehzahl A .+ B Amp. (s. Abb.
2) betragen würde, wird nun beim Verbundstromerzeuger :der Differenzbetrag
A zwischen den Kurven a und c von der Hauptstromwioklu.ng 2 bestritten,
und die Nebenschlußwicklung 3 führt nun noch ,den geringfügigen Strom B.
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Die Hauptstrommicklung 2 ist, also bemessen nach der Differenz zwischen
den Amperewindungen bei höchstzulässiger Belastung und denen bei Leerlauf der Maschine,
die bei der höchstzulässigen Drehzahl von :der Erregerwicklung einer Nebenschlußmas.ohine
allein aufgebracht werden. Zur näheren Erläuterung diene ein Zahlenbeispiel. Die
Erregerwicklung einer Nebenschlußmasdhine von 130 Watt Leistung habe zoo Windungen.
Der höchstzulässige Belastungsstrom dieser Maschine betrage 3o Amp. Bei der höchstzulässigen
Drehzahl sei der Erregerstrom bei Leerlauf (Strom B in Abb. 2) zu o,2 Amp. gemessen:
worden, bei höohstzulässi;ger Belastung (StromA + B inAbb.2) zu 1,4 Amp. Die Differenz
A beträgt also 1,2 Amp. Das ergibt bei Zoo Windungen der Nebenschlußwicklungen 1,2
X 200 = 24o Amperewindungen. Bei einem Verbundstromerzeuger müssen nun diese 24o
Amperewindungen von der Hauptstromwicklung aufgebracht werden. Da der höchstzulässige
Belastungsstrom der Maschine 3o Amp. betragen soll, muß also die Hauptstromwicklung
| 24o Amperewindungen |
| 3o Amp. = 8 Windungen |
erhalten. Die Kurve c kann bei entsprechender Bemessung der Hauptstromwicklung 2
noch :steiler und auch unterhalb der Leerlaufkurve b verlaufen und im Grenzfall
bei der höchstzulässigen Belastung .beim Wert Null anlangen.
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Durch die Erzielung eines solchen steil abfallenden und bei sehr niedrigen
Werten anlangenden Nebenschlußerregerstromverlaufes bei Belastung der Maschine ist
erreicht, daß bei Anwendung von Einkontaktschnellreglern mit dem einen Kontaktpaar
Maschinen wesentlich größerer Leistungen als bisher gesteuert werden können. War
man bislang gezwungen, bei Nebenschlußmaschinen von. einer bestimmten Leistung an
mit Doppe1erregerwicklungen und mehreren Reglern zu arbeiten, so kommt man jetzt
mit der neuen Verbundmaschine für diese Leistungen mit einfachem Regler aus. Beläßt
man andererseits die Anordnung mehrerer Regler, so kann man nunmehr durch entsprechende
Bemessung des Ankers der Maschine die Leistung der Maschine wesentlich steigern.
bzw. können die Abmessungen. der Maschine bei gleicher Leistung verringert werden,
dadurch die infolge der raschen Abnahme ermöglichte Steigerung des Nebenschlußstromes
eine größere Nebenschdußdurchflutung erzielt werden kann.
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Bei Anordnungen mit Zweikontaktregler, wie in Abb. r dargestellt,
ergibt sich durch, die neue Hauptstromwicklung 2 noch folgender wesentlicher Vorteil:
In einem bestimmten unteren Drehzahlbereich regelt der Regler mit den, unteren Kontakten
5, 6. Durch diese wird periodisch dier Widerstand 4 kurzgeschlossen bzw. in Reihe
mit der Nebenschlußwicklung 3 geschaltet und dadurch die Spannung der Maschine i,
2, 3, auf den gewünschten Wert geregelt. Ist mit zunehmender Drehzahl der Nebensch.lußerregerstrom
auf einen bestimmten Wert ,gesunken, so regelt der Regler 8 im oberen Drehzahlbereich
mit dien oberen Kontakten 6, 7-. Durch diese wird die Nebensch:lußwieklung 3 periodisch
kurzgeschlossen und dadurch die Spannung Bier Maschine ;geregelt. Ein Zweikontaktregler
ist nun, sobald er mit den oberen Kontakten regelt, gegen Erschütterungen, wie sie
im Betrieb auftreten, praktisch unempfindlich, was für die Regelurig mit den unteren
Kontakten nicht indem Maße zutrifft. Je früher, d`. h. bei je geringeren Drehzahlen
der Regler mit den. oberen Kontakten regelt, um so einwandfreier wird also die dann
von den Erschütterungen. unbecinflußte Spannungsregelung.
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Durch Anwendung der in der besonderen Weise ausgelegten Hauptstromwicklung
2 wird nun, wie Kurve c in. Abb. 2 zeigt, erreicht, daß der Nebensohlußerregerstrom
sehr rasch, d. h. bereits bei verhältnismäßig niedriger Drehzahl, geringe Werte
annimmt, so daß der Regler frühzeitig mit den oberen Kontakten regelt. Neben der
Möglichkeit, wegen des kleinen Drehzahlbereiches. für die unteren Kontakte mit der
Belastung dieser Kontakte hinaufgehen zu können und ,dadurch die oben für den Einkontaktregler
gesch:ilderten. Vorteile zu erzielen, ist also die neue Anordnung deswegen vorteilhaft,
weil der Regler infolge frühzeitiger Regelung mit den oberen Kontakten gegen Erschütterungen
unempfindlicher wird.
In Fortführung des Erfindungsgedankens lassen
sich alle diese Vorteile auch bei Anlaß-Licht-Maschinen erzielen. Bislang diente
bei solchen Maschinen für den Anlasserbetrieb eine Hauptstromwicklung, die beim
Stromerzeugerbetrieb entweder ausgeschaltet oder kurzgeschlossen wurde. Nunmehr
wird die Anlaß-Licht-Maschine mit einer in vorstehend beschriebener Weise bemessenen
Hauptstromwicklung ausgerüstet und diese hei UmschaltungvomAnlasser-auf,den Lichtmaschinenbetrieb
derart verwendet, daß die Lichtmaschine als Verbundstromerzeuger mit einander gleichgerichteten
Hauptstrom- und, Nebenschlu.ßwickluiigen arbeitet. Ein Ausführungsbeispiel zeigt
Abb. 3.
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Eine Anlaß-Licht-Maschine weist einen Anker 12, eine Hauptstromwicklungr3
und eine Nebenschlußwicklung 23 auf. Die Enden der Hauptstromwicklung 13 sind an
zwei Kontaktbrücken 17, 1.8 eines Relais 16 angeschlossen.. Der Anker 12 ist anit
einem Arbeitskontakt 2o und einem Ruhekontakt 21 des Relais 16 verbunden, während
an einem anderen Arbeitskontakt ig des Relais 16 ein Sammler 15 angeschlossen ist.
Mit der Kontaktbrücke 18 sind außerdem ein (schematisch dargestellter) selbsttätiger
Schalter 25 und ein Widerstand 22 verbunden. Der Widerstand 22 liegt in Reihe mit
:der Nebenschlußwicklung 23 und wird in der Ruhelage durch Kontakte 241, 242 eines
elektromagnetischen Reglers 24 kurzgeschlossen. Zu dem Regler 24 gehört ein Magnetkern
243, eine Spannungsspule 244 und ein die Kontakte 241, 2q.2 betätigender Anker 2q.5.
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Durch Einschalten eines Anlaßschalters 14 wird die Spule 161 des Relais
16 mit dem Sammler IS verbunden und das Relais 16 erregt, wodurch die Kontaktbrücken
17 bzw. i8 :auf ,d-ieArbeitskontakte ig bzw. 2o gelegt werden. Dadurch ist die Hauptstromwicklung
13 einerseits in Reihe mit dem Anker 12 geschaltet, andererseits an den Sammler
IS angeschlossen, und der Anlasserbetrieb ist !hergestellt.
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Durch Ausschalten desAnlaßsdhalters.14 schaltet sich auch das Relais
16 wieder aus:. In der Ausschaltstellung legt sich die Kontaktbrücke 17 an den Ruhekontakt
2i, wodurch die Hauptstrornwicklung 13 abermals in Reihe mit :dem Anker 12, und
zwar gleichgerichtet mit der 1,Tebensclilußwicklu.ng 23 :geschaltet wird, so :daß
:die Maschine nunmehr beim Stromerzeu.gerbetrieb als Verbundmaschine arbeitet.
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Erreicht der Stromerzeuger 12, 13, 23s, :der beispielsweise vom Motor
eines Kraftwagens angetrieben wird, eine bestimmte-Drehzahl, so schließt sich der
selbsttätige Schalter 25 und verbindet den Stromerzeuger mit dem Sammler 15, so
daß dieser geladen wird. Bei weiterer Drehzahlsteigerung erreicht der Stromerzeuger
die für den Betrieb gewünschte Spannung, auf die der Regler 24 dann in bekannter
Weise durch periodisches Kurzschließen und Einschalten des Widerstandes 22 regelt.
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Wie aus Abb. 3 ersichtlich, wird sowohl im für den Anlasserbetrieb
eingeschalteten zustand des Relais 16 als auch im für den Stromerzeugerbetrieb ausgeschalteten
Zustand des Relais 16 die Hauptstromwicklu,ng 13 einbezogen. Die Hauptstromwicklung
13 ist nun in der gleichen Weise bemessen wie die Hauptstromwieklung 2 des Beispiels
nach Abb. i. Beim Stromerzeugerbetrieb werden somit die gleichen Vorteile erzielt,
wie sie zu dem Beispiel i nach Abb. i vorstehend allgemein geschildert worden sind.
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An Stelle des :dargestellten doppelpoligen Relais können auch zwei
einpolige Relais verwendet werden, deren Erregerspulen mittels des Anlaßschalters
14 entweder parallel zueinander oder in Abhängigkeit voneinander an die Erregerstromquelle,
als welche :der Sammler 15 dient, angeschlossen werden können.