<Desc/Clms Page number 1>
Vorrichtung zur Erzielung einer gleichen oder verhältnisgleichen
Belastung mehrerer parallel arbeitender Gleichstrommaschinen
Beim Parallelbetrieb mehrerer Gleichstrommaschinen ergibt sich die Aufgabe, die Belastung gleich- mässig bzw. dem Verhältnis der Belastungsfähigkeit der einzelnen Maschinen entsprechend auf diese zu verteilen. So sind bereits Schaltungsanordnungen, insbesondere für elektrische Triebfahrzeuge bekannt, bei denen zu diesem Zweck die Ankerströme der einzelnen Motoren bzw. Abbilder dieser Ströme mit einem Abbild des mittleren Ankerstromes verglichen werden, wobei sich dabei ergebende Differenzen zu einer Beeinflussung der Schaltwerke der einzelnen Motoren mit Hilfe von Differentialrelais und Servomo- toren verwendet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gleiche bzw. verhältnisgleiche Lastverteilung bei mehreren parallel arbeitenden Gleichstrommaschinen, insbesondere Fahrzeugmotoren, bei denen Abbil- der der einzelnen Ankerströme mit einem Abbild des mittleren Ankerstromes verglichen werden und die jeweilige Differenz zur Beeinflussung der Lastverteilung dient, in dem Fall zu erzielen, dass die Gleichstrommaschinen fremderregt sind und ihr Feldstrom durch je einen Regler nach einem vorgeschriebenen mittleren Sollwert geregelt wird. Ausserdem sollen dabei Differentialrelais vermieden werden, mit denen insbesondere beim Betrieb auf Fahrzeugen wegen der betriebsmässigen Erschütterungen und der dadurch bedingten robusten Bauart die erforderliche Genauigkeit und Empfindlichkeit der Regelung schwer zu erreichen ist.
Zu diesem Zweck werden nach der Erfindung Schaltmittel vorgesehen, welche die Ankerströme sowie den mittleren Ankerstrom und den mittleren Feldstrom je für sich abbilden, wobei die bei dem Vergleich dieser Abbilder miteinander und mit einem Abbild des Sollwertes des mittleren Feldstromes sich ergebenden Differenzen so auf die Feldregler einwirken, dass die Ankerströme unter sich gleich bzw. ver- bältnisgleich werden, ohne dass die Regelung des mittleren Feldstromes und die Steuerung oder Regelung des mittleren Ankerstromes dadurch beeinflusst wird.
In der Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Mit 1 sind drei gleiche fremder- regte Gleichstrommaschinen bezeichnet, die im Parallelbetrieb an Sammelschienen 12 angeschlossen sind.
Der aus je einer Stromquelle 6, die z. B. aus einem Generator, einem Stromrichter, einer Verstärkermaschine oder einem Magnetversiärker bestehen kann, gelieferte Feldstrom der Maschine wird durch je einen Regler 9 geregelt. Der Ankerstrom einer jeden Maschine wird über Gleichstromwandler 2 als Spannungsabfall an den Widerständen 3 und die Summe der drei Ankerströme über den Gleichstromwandler 4 als Spannungsabfall am Widerstand 5 abgebildet. Die Übersetzungsverhältnisse der Wandler bzw. die Widerstände sind so gewählt, dass der Spannungsabfall am Widerstand 5 dem mittleren Wert der Spannungsabfälle an den Widerständen 3 entspricht.
Die Feldströme der Maschinen sind über den Gleichstromwandler 7 als Spannungsabfall an den Widerständen 8 abgebildet. An den Klemmen 13 liegt eine Gleichspannung, die den Sollwert des mittleren Feldstromes darstellt.
Bei der zunächst zu betrachtenden Arbeitsweise der Anordnung sind die Kontakte 11 geöffnet und die Kontakte 10a geschlossen. Durch die letztgenannten Kontakte sind die drei Widerstände 8 unter sich parallel geschaltet, so dass die Spannungsabfälle an ihnen einander gleich sind und dem Mittelwert des Feldstromes entsprechen. Die Regler 9 befinden sich - integrale Regelung vorausgesetzt-in Ruhe, wenn die Summe der an ihren Eingängen liegenden Spannungen gleich Null ist.
<Desc/Clms Page number 2>
Mit den Bezeichnungen :
JA ist = Abbild des Ankerstromes, d. h. Spannung am Widerstand 3, JA m = Abbild des mittleren Ankerstromes, d. h. Spannung am Widerstand 5, JFM Abbild des mittleren Feldstromes, d. h. Spannung an einem der Widerstände 8,
JF soll = Sollwertspannung für den mittleren Feldstrom an den Klemmen 13, lautet unter Berücksichtigung der eingezeichneten Vorzeichen die Regelbedingung für jeden der Regler 9.
EMI2.1
übereinstimmen, und demgemäss auch die drei Ankerströme untereinander gleich sein. Da die drei Ankerspannungen wegen der gemeinsamen Sammelschienen ebenfalls gleich gross ? sind, stimmen a, lch die aufgenommenenbzw. abgegebenen Leistungen überein. Aus der Gleichheit der drei Ankerströme folgt, dass jeder Ankerstrom dem mittleren Ankerstrom entspricht.
Es ist also für alle drei Regelkreise JA ist-JA m = 0, folglich muss auch Jp -Ip m= in.
Dies bedeutet, dass die Feldstromregelung in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Sollwert durch die Regelung der Belastungsverteilung nicht beeinflusst wird. Ebenso können Ankerspannung oder der mittlere Ankerstrom völlig unabhängig von der Regelung der Belastungsverteilung gesteuert oder geregelt werden.
Sollen die Leistungen der Maschinen nicht untereinander gleich sein, sondern beispielsweise bei verschiedenen Nennleistungen entsprechend dem Verhältnis der Nennleistungen eingeregelt werden, so brauchen dazu nur die Übersetzungsverhältnisse der Gleichstromwandler und/oder die Widerstände entsprechend geändert zu werden.
Die beschriebene Anordnung arbeitet sowohl bei motorischem, wie bei generatorischem Betrieb der Maschinen 1 richtig, wenn die Gleichstromwandler 2 und 4 die Ankerströme auch ihrem Vorzeichen nach übertragen. Bei Drehrichtungsumkehr der Maschinen ist jedoch eine Umkehrung des Regelsinnes beispielsweise durch Vertauschen der Anschlüsse an den Widerständen 3 und 5 erforderlich.
Die Regelung arbeitet einwandfrei, solange der Spannungsabfall im Ankerstromkreis der Maschinen klein gegenüber ihrer EMK ist. Ist aber z. B. beim Anlassen die Drehzahl und damit die EMK der Maschinen klein, so ist die Verteilung der Ankerströme weitgehend nur durch die inneren Widerstände der Maschinen bestimmt, während die Feldströme wenig oder gar keinen Einfluss darauf haben. Die Regler werden dann an ihrem Anschlag liegen. Dementsprechend ist die Grösse und Richtung der Feldströme und damit auch das Drehmoment unbestimmt.
Diese Schwierigkeit kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch überwunden werden, dass die Parallelschaltung der Widerstände 8 durch Öffnen der Kontakte 10a aufgehoben wird, solange die EMK der Maschinen nicht oder nicht wesentlich grösser ist als der Spannungsabfall im Anker derselben.
Bei geöffneten Kontakten 10a lautet die Regelbedingung für jeden der drei Regler 9
EMI2.2
soll - JF ist + JA m - JA ist = 0, worin mit JF ist nochReihenschlussmaschinen verhalten. Sind also infolge kleiner Differenzen zwischen den inneren Widerständen der Maschinen bei Stillstand oder kleinen Drehzahlen die Ankerströme nicht gleich gross, so laufen die Regler 9 nicht mehr an einem Anschlag, vielmehr weisen die Feldströme höchstens die gleiche Verschiedenheit auf wie die Ankerströme.
Eine Vorrichtung, die anspricht, wenn die EMK der Maschinen grösser wird als der Spannungsabfall in den Ankerstromkreisen und dann die Schliessung der vorher geöffneten Kontakte lOa bewirkt, kann in verschiedener Weise ausgebildet sein. Bei nur motorischem Betrieb der Maschinen kann beispielsweise der Spannungsabfall an einem vom Gleichstromwandler 4 (oder einem zweiten derartigen Wandler) gespeisten Widerstand und die diesem Spannungsabfall entgegengeschaltete Spannung zwischen den Sammel-
<Desc/Clms Page number 3>
schienen 12 auf ein polarisiertes Relais einwirken.
Wird dabei der genannte Widerstand so bemessen, dass der Spannungsabfall an ihm gleich dem doppelten Betrag des Spannungsabfalles im Ankerstromkreis der
Maschinen ist, so kehrt die Stromrichtung im Relais sich um, wenn die Sammelschtenenspannung-die ja gleich der Summe aus der EMK der Maschinen und ihrem innern Spannungsabfall ist - grösser wird als der Spannungsabfall am Widerstand, d. h., wenn die EMK der Maschinen grösser wird als ihr innerer Span- nungsabfall. Das bei dieser Stromumkehr ansprechende polarisierte Relais kann dann-gegebenenfalls über ein Hilfsschütz - die Kontakte 10a betätigen.
Eine dem gleichen Zweck dienende Anordnung, die auf einem ähnlichen Prinzip beruht, jedoch auch bei generatorischemBetrieb der Maschinen das Überwiegen der EMK über den inneren Spannungsabfall der Maschinen erfasst, ist in der Fig. 2 dargestellt. Hier liegt im Sekundärstromkreis des Gleichstromwand- lers 4 ein Widerstand 14, an dem eine Spannung entsteht, die gleich dem inneren Spannungsabfall der
Maschinen ist. Am Widerstand 16 liegt die Sammelschienenspannung. Das Relais 10 ist in der dargestell- ten Weise mit einem Abgriff am Widerstand 16 verbunden. Durch die Einfügung von Gleichrichterele- menten 15, z. B. Dioden, spricht das Relais 10 sowohl bei motorischem, wie generatorischem Arbeiten der Maschinen in der erforderlichen Weise an.
In dem speziellen Anwendungsfall der Erfindung bei Motoren von Triebfahrzeugen soll beim Eintritt des Schleudems der Ankerstrom jeder Maschine sich frei einstellen können. In diesem Fall werden durch an sich bekannte Einrichtungen zur Erfassung des Schleuderzustandes die Kontakte 10a geöffnet und gleichzeitig die Kontakte 11 geschlossen. In diesem Zustand entsprechen die an den Widerständen 3 liegenden Spannungen dem Mittelwert des Ankerstromes. Die Ankerströme können sich daher vollkommen frei einstellen. Die Feldströme werden durch die Regelung gleich gross gemacht. Das dynamische Verhalten der Maschinen entspricht damit dem eines Nebenschlussmotors.
Die Vorteile der beschriebenen Anordnung bestehen darin, dass die Leistungsaufnahme der parallel arbeitenden Gleichstrommaschinen gleich gross gemacht, oder in einem vorgesehenen Verhältnis aufein- ander abgestimmt werden kann, wobei sonstige Steuer- und Regelvorgänge im Anker und/oder Feldstromkreis nicht beeinflusst werden, und dass durch einfache Schaltmittel das dynamische Verhalten der Maschinen als Reihen- oder Nebenschlussmaschinen verändert, und gegebenen Betriebsbedingungen angepasst werden kann. Die Erfindung ist nicht an das beschriebene Ausführungsbeispiel gebunden, sondern kann in mancherlei Weise abgewandelt werden.
Abgesehen davon, dass die Zahl der parallel geschalteten Maschinen beliebig sein kann, ist es z. B. in besonderen Fällen möglich, die Widerstände 8 bei entsprechender Bemessung direkt in den Feldstromkreis der Maschinen einzuschalten, statt sie über Gleichstromwandler anzuschliessen.
Je nach Lage des Einzelfalls kann auf die beschriebene Umschaltung bei kleiner Drehzahl bzw. EMK der Maschinen verzichtet werden. In diesem Fall können beispielsweise die Widerstände 8 bei entsprechender Bemessung auch in Reihe statt parallel geschaltet sein.
Angenähert die gleichen Vorteile können auch durch eine proportionale Regelung der Feldregler erzielt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Erzielung einer gleichen bzw. verhältnisgleichen Belastung mehrerer parallel arbeitender Gleichstrommaschinen, insbesondere Fahrzeugmotoren, bei denen Abbilder der einzelnen Ankerströme mit einem Abbild des mittleren Ankerstromes verglichen werden und die jeweilige Differenz zur Beeinflussung der Lastverteilung dient, dadurch gekennzeichnet, dass bei Fremderregung der Gleichstrommaschinen und Regelung der Feldströme derselben durch je einen Regler Schaltmittel vorgesehen sind, welche die Einzel-Ankerströme sowie den mittleren Ankerstrom und die einzelnen mittleren Feldströme je für sich abbilden, und dass die beim Vergleich dieser Abbilder miteinander und mit einem Abbild des Sollwertes des mittleren Feldstromes sich ergebenden Differenzen so auf die Feldregler einwirken,
dass die Einzel-Ankerströme unter sich gleich bzw. verhältnisgleich werden, ohne dass die Regelung des mittleren Feldstromes und die Steuerung oder Regelung des mittleren Ankersummenstromes dadurch beeinflusst wird.
<Desc / Clms Page number 1>
Device for achieving the same or the same proportion
Load of several DC machines working in parallel
When several DC machines are operated in parallel, the task is to distribute the load evenly or according to the ratio of the load capacity of the individual machines. Circuit arrangements, in particular for electric traction vehicles, are already known in which, for this purpose, the armature currents of the individual motors or images of these currents are compared with an image of the mean armature current, with the resulting differences in influencing the switching mechanisms of the individual motors used by differential relays and servo motors.
The invention is based on the object of providing an equal or proportionately equal load distribution in several parallel working DC machines, in particular vehicle engines, in which images of the individual armature currents are compared with an image of the mean armature current and the respective difference is used to influence the load distribution To achieve the case that the DC machines are externally excited and their field current is regulated by a controller according to a prescribed mean setpoint. In addition, differential relays are to be avoided, with which the required accuracy and sensitivity of the control is difficult to achieve, especially when operating on vehicles, because of the operational vibrations and the resulting robust design.
For this purpose, according to the invention, switching means are provided which map the armature currents as well as the mean armature current and the mean field current individually, whereby the differences resulting from the comparison of these images with one another and with an image of the setpoint value of the mean field current are applied to the field regulator have the effect that the armature currents become the same or proportionally the same without the regulation of the mean field current and the control or regulation of the mean armature current being influenced.
In Fig. 1, an embodiment of the invention is shown. With 1 three identical separately excited DC machines are designated, which are connected to busbars 12 in parallel operation.
Each from a power source 6, the z. B. can consist of a generator, a converter, an amplifier machine or a magnetic reverser, the field current supplied by the machine is regulated by a controller 9 each. The armature current of each machine is mapped via direct current converter 2 as a voltage drop across resistors 3 and the sum of the three armature currents across direct current converter 4 as a voltage drop across resistor 5. The transformation ratios of the converters or the resistors are selected such that the voltage drop across the resistor 5 corresponds to the mean value of the voltage drops across the resistors 3.
The field currents of the machines are mapped via the direct current converter 7 as a voltage drop across the resistors 8. A DC voltage is applied to terminals 13, which represents the setpoint value of the mean field current.
In the mode of operation of the arrangement to be considered first, the contacts 11 are open and the contacts 10a are closed. The three resistors 8 are connected in parallel with each other through the last-mentioned contacts, so that the voltage drops across them are equal to one another and correspond to the mean value of the field current. The regulators 9 - assuming integral control - are at rest when the sum of the voltages at their inputs is equal to zero.
<Desc / Clms Page number 2>
With the designations:
YES is = representation of the armature current, i.e. H. Voltage at resistor 3, JA m = image of the mean armature current, d. H. Voltage at resistor 5, JFM image of the mean field current, d. H. Voltage at one of the resistors 8,
JF soll = setpoint voltage for the mean field current at terminals 13, is the control condition for each of the controllers 9, taking into account the signs shown.
EMI2.1
match, and accordingly the three armature currents are also equal to one another. Since the three armature voltages are also the same because of the common busbars? are, agree a, l the recorded or provided services. It follows from the equality of the three armature currents that each armature current corresponds to the mean armature current.
So for all three control loops YES is-YES m = 0, consequently Jp -Ip m = in.
This means that the field current regulation is not influenced by regulating the load distribution as a function of the specified setpoint value. The armature voltage or the mean armature current can also be controlled or regulated completely independently of the regulation of the load distribution.
If the performance of the machines is not to be equal to one another, but, for example, should be adjusted in accordance with the ratio of the nominal performance for different nominal outputs, only the transformation ratios of the direct current converters and / or the resistors need to be changed accordingly.
The described arrangement works correctly in both motor and generator operation of the machine 1 when the direct current converters 2 and 4 also transmit the armature currents according to their sign. If the direction of rotation of the machines is reversed, however, the direction of control must be reversed, for example by swapping the connections at resistors 3 and 5.
The regulation works perfectly as long as the voltage drop in the armature circuit of the machines is small compared to their EMF. But is z. If, for example, the speed and thus the EMF of the machines are small when starting, the distribution of the armature currents is largely determined only by the internal resistances of the machines, while the field currents have little or no influence on it. The controls will then be at their stop. Accordingly, the size and direction of the field currents and thus also the torque are indeterminate.
According to a further embodiment of the invention, this difficulty can be overcome in that the parallel connection of the resistors 8 is canceled by opening the contacts 10a, as long as the EMF of the machines is not or not significantly greater than the voltage drop in the armature of the same.
When the contacts 10a are open, the control condition for each of the three regulators 9 is
EMI2.2
should - JF is + JA m - JA is = 0, in which with JF is still series machines behave. If the armature currents are not the same due to small differences between the internal resistances of the machines at standstill or at low speeds, the regulators 9 no longer run against a stop, rather the field currents have at most the same difference as the armature currents.
A device which responds when the EMF of the machines is greater than the voltage drop in the armature circuits and then causes the previously opened contacts 10a to close, can be designed in various ways. If the machines are only operated by a motor, the voltage drop across a resistor fed by the direct current converter 4 (or a second such converter) and the voltage opposite this voltage drop between the collective
<Desc / Clms Page number 3>
rails 12 act on a polarized relay.
If the said resistor is dimensioned so that the voltage drop across it is twice the amount of the voltage drop in the armature circuit of the
Machines, the current direction in the relay is reversed when the busbar voltage - which is equal to the sum of the EMF of the machines and their internal voltage drop - is greater than the voltage drop across the resistor, i.e. That is, when the EMF of the machines is greater than their internal voltage drop. The polarized relay that responds to this current reversal can then - if necessary via an auxiliary contactor - actuate the contacts 10a.
An arrangement serving the same purpose, which is based on a similar principle, but also detects the predominance of the EMF over the internal voltage drop of the machines when the machines are operated in generator mode, is shown in FIG. In the secondary circuit of the direct current converter 4 there is a resistor 14 across which a voltage is generated which is equal to the internal voltage drop of the
Machines is. The busbar voltage is applied to resistor 16. The relay 10 is connected to a tap on the resistor 16 in the manner shown. By inserting rectifier elements 15, e.g. B. diodes, the relay 10 responds to both motor and generator work of the machines in the required manner.
In the special application of the invention in engines of traction vehicles, the armature current of each machine should be able to adjust freely when the skid occurs. In this case, the contacts 10a are opened and at the same time the contacts 11 are closed by means of known devices for detecting the spin condition. In this state, the voltages across the resistors 3 correspond to the mean value of the armature current. The armature currents can therefore adjust completely freely. The control makes the field currents the same. The dynamic behavior of the machines corresponds to that of a shunt motor.
The advantages of the described arrangement are that the power consumption of the DC machines operating in parallel can be made the same, or can be matched to one another in an intended ratio, with other control and regulation processes in the armature and / or field circuit not being influenced, and by simple switching means changes the dynamic behavior of the machines as series or shunt machines and can be adapted to given operating conditions. The invention is not bound to the exemplary embodiment described, but can be modified in many ways.
Apart from the fact that the number of machines connected in parallel can be any, it is z. B. In special cases it is possible to switch the resistors 8 directly into the field circuit of the machines, if dimensioned accordingly, instead of connecting them via a DC converter.
Depending on the situation of the individual case, the described switchover at low speed or EMF of the machines can be dispensed with. In this case, for example, the resistors 8 can also be connected in series instead of in parallel, if dimensioned accordingly.
Approximately the same advantages can also be achieved by proportional control of the field controllers.
PATENT CLAIMS:
1. Device for achieving an equal or relatively equal load of several parallel working DC machines, in particular vehicle engines, in which images of the individual armature currents are compared with an image of the mean armature current and the respective difference is used to influence the load distribution, characterized in that in the case of external excitation the DC machines and control of the field currents of the same are provided by a controller each switching means, which map the individual armature currents as well as the mean armature current and the individual mean field currents, and that when comparing these images with one another and with an image of the setpoint value of the mean field current the resulting differences act on the field controller,
that the individual armature currents become equal or proportionate to one another without the regulation of the mean field current and the control or regulation of the mean total armature current being influenced thereby.