DE1017259B

DE1017259B - Arrangement for regulating a direct current machine as a function of the power of a circuit

Info

Publication number: DE1017259B
Application number: DES30409A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Gerhard Loocke
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1952-09-26
Filing date: 1952-09-26
Publication date: 1957-10-10

Description

Anordnung zur Regelung einer Gleichstrommaschine in Abhängigkeit von der Leistung eines Stromkreises Es ist oft die Aufgabe gestellt, eine Gleichstrommaschine in Abhängigkeit von der Leistung eines Stromkreises (Leistungskreis) derart zu regeln, daß beim Abweichen dieses Stromkreises von einem Leistungssollwert die Erregung der Gleichstrommaschine in dem einen oder dem anderen Sinne geändert wird, je nachdem die Leistung des Leistungskreises nach oben oder nach unten vom Sollwert abweicht. Eine solche Aufgabe liegt bei Gleichstrom-Leonard-Generatoren öfter vor, wie sie für Speisung und Regelung von Walzwerkmotoren oder auch als Umformer-Generator auf Fahrzeugen (elektrische Lokomotiven) für die Speisung der Gleichstrom-Fahrmotoren gebraucht werden. Obwohl der Leonard-Generator beim Regeln mit veränderlicher Spannung arbeitet, soll seine Leistung etwa konstant bleiben bzw. gewisse Werte nicht überschreiten. Dieses kann durch eine entsprechende Beeinflussung der Erregung des Leonard-Generators bzw. der Erregung der den Leonard-Generator erregenden. Gleichstrommaschine, die eine Verstärkermaschine einer der bekannten Bauarten sein kann, erreicht werden. Die Beeinflussung der Erregung des Leonard-Generators geschieht dabei in entgegengesetztem Sinne, je nachdem die Leistung den Sollwert über- oder unterschreitet. Oft liegt andererseits die Aufgabe vor, daß eine solche Regelung der Erregung des Leonard-Generators nur stattfinden soll, wenn seine Leistung gewisse Werte überschreitet, um den Generator und die gespeisten Motoren vor Überlastung zu schützen. Insbesondere bei der genannten Umformer-Lokomotive und bei Regelung der Erregung des Leonard-Generators im Erregerstromkreis einer den Generator erregenden Verstärkermaschine ist eine solche Leistungsbegrenzung zum Schutze der Maschinen erwünscht bzw. erforderlich, da infolge der hohen Verstärkung an der Verstärkermaschine die Regelung im Erregerstromkreis dieser Maschine leicht zu Übererregungen führen kann.Arrangement for regulating a DC machine as a function of The performance of a circuit It is often the task of a DC machine to regulate depending on the power of a circuit (power circuit), that when this circuit deviates from a power setpoint, the excitation the DC machine is changed in one sense or the other, as the case may be the power of the power circuit deviates upwards or downwards from the setpoint. Such a task occurs more often with DC Leonard generators, like them for supplying and regulating rolling mill motors or as a converter generator Vehicles (electric locomotives) for supplying DC traction motors to be needed. Although the Leonard generator when regulating with variable voltage works, its performance should remain approximately constant or not exceed certain values. This can be done by appropriately influencing the excitation of the Leonard generator or the excitation of the Leonard generator exciting. DC machine that an amplifier machine of any of the known types can be achieved. The influencing of the excitation of the Leonard generator happens in the opposite way Meaning, depending on whether the power exceeds or falls below the target value. Often lies on the other hand, the task is that such a regulation of the excitation of the Leonard generator should only take place when its power exceeds certain values to the generator and to protect the fed motors from overload. Especially with the one mentioned Converter locomotive and with regulation of the excitation of the Leonard generator in the excitation circuit an amplifier machine that excites the generator is such a power limitation Desired or necessary for the protection of the machines because of the high reinforcement on the amplifier machine, the control in the excitation circuit of this machine is easy can lead to overexcitation.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Regelung einer Gleichstrommaschine in Abhängigkeit von der Leistung eines Stromkreises (Leistungskreis), mit der die geschilderten Aufgaben leicht und sicher erfüllt werden können. Erfindungsgemäß ist in einen von der Spannung des Leistungskreises gespeisten, eine Erregerwicklung der Gleichstrommaschine enthaltenden Regelstromkreis ein Widerstand eingeschaltet, an den zweckmäßig über eine Verstärkereinrichtung eine vom Strom des Leistungskreises umgekehrt abhängige Spannung mit derartiger Richtung und Größe gelegt wird, daß beim Leistungssollwert des Leistungskreises der Strom in der Erregerwicklung der Gleichstrommaschine Null ist. Insbesondere- ist die Anordnung derart, daß die an den Widerstand gelegte Spannung umgekehrt proportional dem Strom des Leistungskreises ist bzw. verläuft.The invention relates to an arrangement for regulating a direct current machine depending on the power of a circuit (power circuit) with which the the tasks described can be easily and safely fulfilled. According to the invention is fed into one of the voltage of the power circuit, an excitation winding the control circuit containing the DC machine has a resistor switched on, to the expedient via an amplifier device one of the current of the power circuit inversely dependent voltage is placed with such a direction and magnitude that at the power setpoint of the power circuit, the current in the excitation winding of the DC machine is zero. In particular, the arrangement is such that the on The voltage applied to the resistor is inversely proportional to the current of the power circuit is or runs.

Der Leistungskreis stellt beispielsweise den Gleichstromkreis eines Leonard Generators der oben geschilderten Verwendungen dar, es kann sich aber auch um einen Wechselstrom-Leistungskreis handeln. In diesem Falle werden die Spannung und der Strom des Leistungskreises vor ihrer Einwirkung auf den Regelstromkreis erst über Gleichrichter geleitet. Die genannte Gleichstrommaschine kann auf die Leistung des Leistungskreises, etwa wie oben geschildert, zurückwirken; es kann sich aber auch um eine Regelung der Gleichstrommaschine in Abhängigkeit von dem Leistungskreis für andere Zwecke handeln.The power circuit represents, for example, the DC circuit of a Leonard Generators of the uses described above, but it can also be an AC power circuit. In this case the tension and the current of the power circuit before it affects the control circuit first passed through rectifier. Said DC machine can be applied to the Work back on the performance of the power circuit, for example as described above; it can but also a regulation of the DC machine as a function of the Act for other purposes.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels der Zeichnung näher erläutert. 1 ist ein Leonard-Generator, dessen Erregerwicklung 2 im Nebenschluß oder fremd gespeist wird und während des normalen stationären Betriebes die Erregung des Generators liefert. Um bei Abweichungen der Leistung dieses Leonard-Generators von einem Sollwert auf die Erregung des Generators im Sinne einer Rückgängigmachung dieser Abweichung einzuwirken, ist noch eine Erregerwicklung 3 vorgesehen, die - wie gezeichnet, unmittelbar auf die Erregung des Generators einwirkt. Sie könnte aber auch auf die Erregung einer Erreger=- ,oder Verstärkermaschine einwirken, die ihrerseits erst eine Erregerwicklung am Generator 1 speist. Der.: stark ausgezogene Stromkreis des Generators stellt dabei den obengenannten Leistungskreis, in dem die Reihenschlußmotoren 10 als Fahrmotoren einer Lokorhotive liegen, dar. An die Spannung des Leistungskreises ist nun ein Regel- Stromkreis angeschlossen, in den ein Ohmscher Widerstand 4 und die genannte Erregerwicklung 3 eingeschaltet sind. Die Bemessung des Widerstandes 4 ist derart, daß sein Ohmwert größer (z. B. ein Mehrfaches) als die in diesen Kreis sonst noch eingeschalteten Widerstände ist, insbesondere ist er größer als der Widerstand der Erregerwicklung 3. Dadurch wird der Regelgrad der Anordnung verbessert. In den Leistungskreis ist ein Ohmscher Widerstand bzw. ein Shunt 11 eingeschaltet, dessen dem Strom proportionale Spannung über den Dreiwicklungstrafo 7 und über die Trockengleichrichterschaltung 8 an den Widerstand 4 eine Spannung mit derartiger Richtung und Größe legt, daß beim Sollwert der Leistung des Generators 1 der Spannungsabfall am Widerstand 4 ebenso groß ist wie die Spannung des Leistungskreises, so daß keine von diesen Spannungen in der Lage ist, einen Strom durch die Wicklung 3 zu schicken. Weicht die Leistung der Maschine 1 vom Sollwert ab, weil der Strom ansteigt, so wird dies infolge der umgekehrten Proportionalität zwischen dem Leistungsstrom und der Spannung an 4 eine entsprechend kleinere Spannung am Widerstand 4 zur Folge haben, so: daß seine Spannung nunmehr kleiner ist als die Generatorspannung 1. Dies hat, wenn man von der Wirkung der Sperrzelle 9 zunächst absieht, das Fließen eines Stromes in der Erregerwicklung 3 zur Folge, der die Erregung des Generators schwächt, so daß auch sein Strom nunmehr zurückgeht. Beim Ansteigen des Stromes des Leistungskreises wird also mittels der Verstärkereinrichtung die Spannung am Widerstand 4 vermindert. Beim Fallen des Stromes des Generators 1 tritt der umgekehrte Vorgang ein. Dadurch wird erreicht, daß eine Verminderung des Stromes und eine Verminderung der Spannung des Leistungskreises (bzw. eine Verstärkung dieser beiden Größen) sich in demselben Sinne auf den Erregerstrom der Wicklung 3 auswirken, da bei konstantbleibendem überlagertem Strom am Widerstand 4 eine Vergrößerung der Generatorspannung ebenfalls einen von dieser Generatorspannung unter Überwindung der Gegenspannung des Widerstandes 4 erzeugten Strom in der Erregerwicklung 3 hervorruft.The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment of the drawing. 1 is a Leonard generator, the field winding 2 of which is shunted or fed externally and supplies the excitation of the generator during normal stationary operation. In order to act on the excitation of the generator in the sense of reversing this deviation when the output of this Leonard generator deviates from a nominal value, an excitation winding 3 is also provided, which - as shown, acts directly on the excitation of the generator. However, it could also act on the excitation of an exciter or amplifier machine, which in turn first feeds an exciter winding on generator 1. The: strongly drawn-out circuit of the generator represents the above-mentioned power circuit, in which the series motors 10 are located as traction motors of a locomotive. A control circuit is now connected to the voltage of the power circuit, in which an ohmic resistor 4 and the excitation winding mentioned 3 are switched on. The dimensioning of the resistor 4 is such that its ohmic value is greater (z. B. a multiple) than the resistors otherwise switched on in this circuit, in particular it is greater than the resistance of the excitation winding 3. This improves the degree of control of the arrangement. In the power circuit, an ohmic resistor or a shunt 11 is switched on, whose voltage proportional to the current via the three-winding transformer 7 and via the dry rectifier circuit 8 to the resistor 4 applies a voltage with such a direction and magnitude that at the nominal value of the power of the generator 1 the The voltage drop across the resistor 4 is just as great as the voltage of the power circuit, so that none of these voltages is able to send a current through the winding 3. If the power of the machine 1 deviates from the nominal value because the current increases, this will result in a correspondingly lower voltage across the resistor 4 due to the inverse proportionality between the power current and the voltage across 4, so that its voltage is now less than the generator voltage 1. Disregarding the effect of the blocking cell 9, this results in the flow of a current in the excitation winding 3, which weakens the excitation of the generator so that its current now also decreases. When the current in the power circuit rises, the voltage across the resistor 4 is reduced by means of the amplifier device. When the current of the generator 1 falls, the reverse process occurs. This ensures that a reduction in the current and a reduction in the voltage of the power circuit (or an amplification of these two variables) have the same effect on the excitation current of the winding 3, since if the superimposed current at the resistor 4 remains constant, the generator voltage also increases causes a current generated by this generator voltage by overcoming the counter voltage of the resistor 4 in the excitation winding 3.

Um für die Beeinflussung des Spannungsabfalls am `'Widerstand 4 in umgekehrter Abhängigkeit vom Strom des Leistungskreises mit einer kleinen Steuerleistung auszukommen, die die Einschaltung eines Shunts 11 von geringem Widerstand ermöglicht, also auch nur geringe Verluste zur Folge hat, erweist sich die Zwischenschaltung einer Verstärkereinrichtung zwischen dem Shunt 11 und dem Widerstand 4 als zweckmäßig. Eine solcheVerstärkereinrichtung könnte aus einem Röhrenverstärker (Elektronenröhren oder auch Gasentladungs-Stromrichterröhren) bestehen. Man könnte aber auch eine Gleichstromverstärkermaschine mit einer oder mit mehreren Verstärkerstufen dazu benutzen. Die umgekehrte Abhängigkeit des Ausgangsstromes vom Steuerstrom kann durch Differenzeinwirkung des Steuerstromes mit einem konstanten Strom auf den Verstärker erzielt werden. Besonders zweckmäßig erweist sich ein sogenannter magnetischer Verstärker, da dieser weder empfindliche Verstärkerröhren noch auch umlaufende Maschinen benötigt. In der Zeichnung besteht der magnetische Verstärker aus den beiden Transformatoren 5 und 7 und der Drosselspule 6. Der Transformator 7 weist eine Primärwicklung a auf, die von dem Transformator 5 über die in Reihe geschaltete Drosselspule 6 gespeist wird. Eine zweite Wicklung b des Transformators speist über die Trockengleichrichterschalteng 8 den Widerstand 4 im oben geschilderten Sinne. c ist die Gleichstromvormagnetisierungswicklung des Transformators 7, die von der Spannung am Shunt 11 proportional dem Strom des Generators 1 gespeist ist. Dem Transformator 5 wird primär eine etwa konstante Spannung zugeführt, seine Sekundärspannung verteilt sich auf die Drosselspule 6 und auf die Wicklung a des vormagnetisierten Transformators. Je mehr dieser Transformator über die Wicklung c mit Gleichstrom vormagnetisiert wird, um so kleiner wird seine Induktivität und um so mehr nimmt er vom Transformator 5 Wechselstrom auf. Dementsprechend übernimmt die Drosselspule einen immer größeren Teil der Sekundärspannung des Transformators 5, und die Spannung an der Wicklung a sinkt mit steigender Vormagnetisierung durch die Wicklung c. In demselben Maße vermindert sich aber auch die Spannung an der `'Wicklung b und dementsprechend der dem Widerstand 4 über die Gleichrichter 8 überlagerte Gleichstrom.In order for influencing the voltage drop across the '' resistor 4 in inverse dependence on the current of the power circuit with a small control power get along, which enables the connection of a shunt 11 of low resistance, So the interconnection proves to have only minor losses as a consequence an amplifier device between the shunt 11 and the resistor 4 is expedient. Such an amplifier device could consist of a tube amplifier (electron tubes or gas discharge converter tubes) exist. But you could also do one DC amplifier machine with one or more amplifier stages use. The reverse dependency of the output current on the control current can be achieved by Differential effect of the control current with a constant current on the amplifier be achieved. A so-called magnetic amplifier proves to be particularly useful, because it needs neither sensitive amplifier tubes nor rotating machines. In the drawing, the magnetic amplifier consists of the two transformers 5 and 7 and the choke coil 6. The transformer 7 has a primary winding a fed by the transformer 5 via the series-connected inductor 6 will. A second winding b of the transformer feeds via the dry rectifier circuit 8 the resistor 4 in the sense described above. c is the DC bias winding of the transformer 7, which is proportional to the current of the from the voltage at the shunt 11 Generator 1 is fed. The transformer 5 is primarily given an approximately constant voltage supplied, its secondary voltage is distributed over the inductor 6 and on the Winding a of the premagnetized transformer. The more this transformer over the winding c is biased with direct current, the smaller its inductance becomes and the more it takes up alternating current from the transformer 5. Accordingly, takes over the choke coil accounts for an ever larger part of the transformer's secondary voltage 5, and the voltage on winding a drops with increasing bias the winding c. To the same extent, however, the tension on the is also reduced `` 'Winding b and, accordingly, that superimposed on resistor 4 via rectifier 8 Direct current.

Im allgemeinen ist es keineswegs erforderlich, daß durch die Anordnung gemäß der Erfindung die zu regelnde Leistung einer Gleichstrommaschine absolut konstant gehalten wird; vielmehr genügt es meistens, diese Leistung annähernd konstant zu halten. Diese Aufgabe läßt sich immer dann lösen, wenn der Ausgangsstrom der verwendeten Verstärkereinrichtung, also die dem Widerstand 4 aufgedrückte Spannung, eine allgemeine reziproke Abhängigkeit vom Steuerstrom aufweist. In diesem Falle wird die Erregerwicklung 3 auch dann stromlos sein, wenn Strom und Spannung sich nicht mehr reziprok proportional ändern, so daß ihr Produkt nicht mehr eine genau konstante Leistung, sondern nur eine annähernd konstante Leistung ergibt. Tritt aber eine größere Abweichung von dieser annähernd konstanten Leistung ein, so ergibt sich der durch die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung bewirkte Regeleffekt, indem dann die Erregerwicklung 3 einen Strom führt, der im Sinne einer Korrektur der zu großen Abweichung der Maschine 1 vom Sollwert auf diese Maschine einwirkt.In general it is by no means required that by the arrangement According to the invention, the power to be controlled of a DC machine is absolutely constant is held; rather, it is usually sufficient to keep this power almost constant keep. This task can always be solved if the output current of the used Amplifier device, that is to say the voltage impressed on the resistor 4, a general one has reciprocal dependence on the control current. In this case, the excitation winding 3 also be de-energized when current and voltage are no longer reciprocally proportional change so that their product no longer has an exactly constant performance, but only results in an approximately constant performance. But if there is a greater deviation from of this approximately constant power, it results from the circuit arrangement according to the invention caused control effect by then the excitation winding 3 a Current leads, in the sense of a correction of the excessive deviation of the machine 1 acts on this machine from the setpoint.

Soll hingegen eine unbedingt konstante Leistung der Gleichstrommaschine eingehalten werden, so muß der Ausgangsstrom der verwendeten Verstärkereinrichtung reziprok proportional dem Steuerstrom sein. Eine reziproke Proportionalität des Ausgangsstromes vom steuernden Strom läßt sich beispielsweise bei Verstärkermaschinen in einfachster Weise dadurch erzielen, daß eine konstante Erregung an der Maschine vorgesehen ist, der die steuernde Erregung entgegenwirkt, so daß der Ausgangsstrom der Verstärkermaschine der Differenz. der konstanten Erregung und der steuernden Erregung proportional ist; auch bei magnetischen Verstärkern läßt sich eine solche lineare Abhängigkeit zwischen der steuernden Größe und der Ausgangsgröße herbeiführen, indem beispielsweise eine konstante Gleichstromvormagnetisierung der den Verstärker steuernden variablen Gleichstromvormagnetisierung entgegengeschaltet wird.On the other hand, if the DC machine has an unconditionally constant output must be observed, the output current of the amplifier device used be reciprocally proportional to the control current. A reciprocal proportionality of the Output current from the controlling current can be used, for example, in amplifier machines achieve in the simplest way that a constant excitation on the machine is provided, which counteracts the controlling excitation, so that the output current the amplifying machine of the difference. constant excitement and controlling Arousal is proportional; this can also be found in magnetic amplifiers bring about a linear dependency between the controlling variable and the output variable, by, for example, a constant DC bias of the amplifier controlling variable direct current bias is switched in the opposite direction.

Die Einschaltung der Gleichrichter-Sperrzelle 9 in den Stromkreis der Wicklung 3 hat zur Folge, daß die geschilderte Regelung nur in dem einen Sinne wirksam wird, also beispielsweise wenn die Leistung des Generators 1 den Sollwert überschreitet. In diesem Falle läßt die Sperrzelle 9 einen Strom durch, der über die Wicklung 3 eine Schwächung der Erregung des Generators 1 bewirkt. Bei einer Verminderung der Leistung unter dem Sollwert läßt hingegen die Sperrzelle einen die Erregung am Generator 1 stärkenden Erregerstrom nicht zustande kommen.The activation of the rectifier blocking cell 9 in the circuit the winding 3 has the consequence that the described scheme is only in one sense becomes effective, for example when the power of generator 1 exceeds the setpoint exceeds. In this case, the blocking cell 9 allows a current to pass through the winding 3 causes a weakening of the excitation of the generator 1. At a On the other hand, a reduction in the power below the setpoint value leaves the blocking cell a the excitation at generator 1 strengthening excitation current does not come about.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Arrangement for regulating a DC machine depending on the power of a circuit (power circuit), characterized in that that in one of the voltage of the power circuit, an excitation winding the control circuit containing the DC machine switched on a resistor is to which (expediently via an amplifier device) one of the current of the power circuit inversely dependent voltage is imposed with such a direction and magnitude, that at the nominal value of the power of the power circuit the current in the field winding the DC machine is zero.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that that the voltage imposed on the resistor reverses the current of the power circuit is proportional.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the resistance in the control circuit is a multiple of that in, this circuit as well switched on resistors, in particular the resistance of the excitation winding DC machine is.

4. Arrangement according to claims 1, 2 or 3, characterized characterized in that as an amplifier device between the controlling current of the Power circuit and the resistance of the control circuit a magnetic amplifier, a tube amplifier or amplifier machine is switched on.

5. Arrangement according to claim 4, characterized by one connected to the power circuit Shunt, the voltage drop of which is the DC bias winding of a three-winding transformer feeds, one of which is an alternating current winding via a rectifier (expediently dry rectifier) the resistance of the control circuit is inversely dependent on the current of the power circuit Tension.

6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the Transformer pre-magnetized with direct current from an appropriately constant alternating voltage is fed in series with a choke coil, which is the greater part of the feeding AC voltage takes on itself.

7. Arrangement according to claims 1 to 6, characterized in that the excitation winding switched on in the control circuit A blocking cell (e.g. dry rectifier) connected in series to the DC machine is, so that only when the power of the power circuit deviates from the setpoint in the one. Direction of a current in the field winding of the DC machine comes. B. Use of the arrangement of claims 1 to 7 for regulating the power of Leonard generators, with the DC machine in particular being an exciter of the Leonard generator is or an amplifier machine that excites the Leonard generator feeds. 9. Arrangement according to claims 7 and 8, wherein the Leonard generator the Forms DC generator of a converter locomotive, which is useful via a Amplifier machine is excited, characterized in that to limit the power of the Leonard generator the blocking cell switched on in the control circuit Current at the excitation winding of the DC machine only when the Setpoint of the power of the Leonard generator can come about, with the control circuit causes a reduction in the excitation of the Leonard generator. 10. Arrangement according to Claim 1, characterized in that in an alternating current circuit as a power circuit both the voltage and the current of this power circuit via rectifiers act on the control loop. 11. Arrangement according to claim 1, characterized in that that the direct current machine does not carry any current except that at the nominal value of the power Excitation winding still has an excitation winding fed externally or by a shunt.