CH117859A - DC-DC converter unit. - Google Patents

DC-DC converter unit.

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CH117859A
CH117859A CH117859DA CH117859A CH 117859 A CH117859 A CH 117859A CH 117859D A CH117859D A CH 117859DA CH 117859 A CH117859 A CH 117859A
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converter
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Siemens Schuckertwerke Gmbh
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  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

  

  Gleichstrom-Gleichstrom-Umformeraggregat.    In elektrischen, mit hochgespanntem Gleich  strom arbeitenden Kraftbetrieben, insbesondere  aber bei Gleichstromhochspannungsbahnen  wird oftmals für die Speisung von Hilfs  stromkreisen, wie zum Beispiel zur Steuerung,  Beleuchtung, usw., eine möglichst konstante  und von den Schwankungen im Netz unab  hängige Niederspannung benötigt. Die meisten  Vorrichtungen, die diesen Zweck zu erfüllen  suchen, bestehen aus einem Umformeraggre  gat, dessen sekundäre Gleichspannung da  durch konstant gehalten wird, dass mittelst  Spannungsrelais oder dergleichen die Erregung  der Generatorseite des Umformers geändert  wird. Die Nachteile dieser Regelvorrichtungen  sind bekannt.  



  Erfindungsgemäss wird eine konstante  Sekundärspannung ohne Zuhilfenahme von Re  gelvorrichtungen oder einer Batterie mittelst  eines Umformeraggregates allein erzeugt.  Dieses besteht aus einem an der veränder  lichen Netzspannung liegenden Umformer und  einer mit diesem mechanisch gekuppelten  Zusatzmaschine, die einen Teil der vom Um-    former erzeugten Spannung motorisch ver  braucht. Die an den Klemmen der Hilfsein  richtungen verfügbare Restspannung ist dann  gleich der Differenz der von der Generator  seite des Umformers erzeugten und der von  der Zusatzmaschine verbrauchten Spannung.  Es lässt sich nun zeigen, dass diese Differenz  bei geeigneter Wahl der magnetischen Sät  tigungsverhältnisse der Maschinen für die  praktischen Bedürfnisse hinreichend konstant  gehalten werden kann.  



  In den Abb. 1 bis 3 seien Beispiele der Er  findung anhand von Schaltbildern näher  erläutert. Abbildung 4 ist eine graphische  Darstellung, welche die Abhängigkeit einiger  elektrischer Grössen voneinander und von der  Drehzahl des Aggregates zeigt.  



  In Abb. 1 ist M1D der Umformer, der  zweckmässig als Dynamotor ausgebildet ist.  Dieser besitzt zwei in Sparschaltung liegende  Ankerwicklungen, von denen die eine mo  torisch und die andere generatorisch wirkt.  Der Dynamotor wird vom Netz aus mittelst       Nebenschlusswicklung        Wi    erregt. Die Ab-      messungen des Dynamotors sind derart ge  wählt, dass er magnetisch stark gesättigt und  das Feld von M1D auch bei schwankender  Netzspannung praktisch konstant bleibt. Die  Drehzahl n des Dynamotors und somit die  auf der Generatorseite erzeugte Spannung  ED sind daher von der Netzspannung E1  linear abhängig.

   Es ist also  
EMI0002.0000     
  
    n <SEP> = <SEP> C1 <SEP> ³ <SEP> E1
<tb>  ED <SEP> = <SEP> c2 <SEP> ³ <SEP> E1       Die im Verbraucherkreise liegende Zusatz  maschine M2 ist so bemessen, dass sie bei  geringer Sättigung, also im geradlinigen Teil  der Magnetisierungskurve arbeitet. Da die  Erregerwicklung W2 vom Netz aus gespeist  wird, ist der Kraftfluss der Zusatzmaschine  ( M2 = C3 ³ E1  Die GEMK des Motors M2 ändert sich also  einerseits infolge der Drehzahlschwankungen  und anderseits im gleichen Sinne infolge der  Feldschwankungen. Es ist daher die GEMK  der Zusatzmaschine  
EMI0002.0001     
  
     Die Spannung EM2 ist also proportional E12.

    Durch geeignete Wahl der elektrischen und  magnetischen Verhältnisse beider Maschinen  lässt es sich erreichen, dass die Verbraucher  spannung  E2=ED-EM2=E1 (c2-cE1)  auch bei starken Schwankungen der Netz  spannung E1 für die praktischen Bedürfnisse  hinreichend konstant bleibt, wie auch aus  der graphischen Darstellung der Abb. 4 zu  ersehen ist. Hierin sind rechts von der Or  dinate 0M1D, (M2, ED und n als Funktion  von E1 aufgetragen. Für den auf dem gerad  linigen Teil der Magnetisierungskurve des  Dynamotors gewählten Bereich ist n eine  geradlinige Funktion. Links von der Ordinate  ergeben sich nach obigen Gleichungen ED  und EM2 als Funktion der Drehzahl n. Der  Abstand dieser beiden Kurven in Richtung  der Abszisse ist die Verbraucherspannung E2,  die in weitem Bereiche der Drehzahl annähernd  konstant ist.

      Um das Aggregat ohne besonderen An  lasser in Betrieb setzen zu können, - eine  Förderung, die besonders im Bahnbetriebe  erfüllt sein muss, - kann der Dynamotor  M1D ausser der Nebenschlusswicklung noch  eine starke magnetisch gleichsinnig wirkende  Reihenschlusswicklung W3 erhalten, wie dies  aus dem Schaltbild der Abb. 2 ersichtlich ist  so dass das Aggregat ohne Anlass- oder Vor  schaltwiderstände unmittelbar an die Netz  spannung gelegt werden kann. Hierbei wird  die Maschine M2 ebenfalls mit einer magne  tisch gleichsinnig wirkenden Reihenschluss  wicklung W4 versehen, um die nunmehr bei  Belastungsänderungen auftretenden Drehzahl  schwankungen auszugleichen. Die Reihen  schlusswicklung W4 der Zusatzmaschine kann  vom Verbraucherstrom (vergleiche Abb. 2)  oder in gewissen Fällen auch vom Strom  des Motors M1, (vergleiche Abb.3) durch  flossen werden.  



  Die Erfindung ist nicht beschränkt auf  die Ausbildung der Maschine M1D als Dy  namotor, sondern erstreckt sich natürlich  auch auf Aggregate, bei denen die Maschinen  M1 und D je eine gesonderte Einheit bilden.  



  Die Anordnung nach der Erfindung ist  ein aussergewöhnlich einfaches Mittel, eine  konstante Niederspannung aus einer verän  derlichen Hochspannung zu erzeugen. Der  Fortfall jeder mechanischen oder sonstigen  Regelvorrichtung, insbesondere aber der Ak  kumulatoren-Zusatzbatterie verbilligt nicht  nur den Betrieb, sondern bietet auch Gewähr  für grösste Betriebssicherheit. Besonders zweck  mässig ist die Anordnung bei Anwendung in  rauhen Betrieben, wo der Fortfall der empfind  lichen Relais- Regler- oder Zellenschalter  besonders wünschenswert ist.



  DC-DC converter unit. In electrical power plants working with high-voltage direct current, but especially in direct-current high-voltage railways, a low voltage that is as constant as possible and independent of fluctuations in the network is often required to feed auxiliary circuits, such as for control, lighting, etc. Most devices that seek to fulfill this purpose consist of a Umformeraggre gat, the secondary DC voltage is kept constant because by means of voltage relays or the like, the excitation of the generator side of the converter is changed. The disadvantages of these control devices are known.



  According to the invention, a constant secondary voltage is generated by means of a converter unit alone without the aid of Re gel devices or a battery. This consists of a converter connected to the variable mains voltage and an additional machine mechanically coupled to it, which uses part of the voltage generated by the converter. The residual voltage available at the terminals of the auxiliary devices is then equal to the difference between the voltage generated by the generator side of the converter and the voltage consumed by the auxiliary machine. It can now be shown that with a suitable choice of the magnetic saturation ratios of the machines, this difference can be kept sufficiently constant for practical requirements.



  In Figs. 1 to 3 examples of the invention are explained in more detail using circuit diagrams. Figure 4 is a graphic representation that shows the dependence of some electrical quantities on each other and on the speed of the unit.



  In Fig. 1, M1D is the converter, which is expediently designed as a dynamotor. This has two armature windings in economy circuit, one of which acts as a motor and the other as a generator. The dynamotor is excited from the network by means of a shunt winding Wi. The dimensions of the dynamo are chosen in such a way that it is magnetically strongly saturated and the field of M1D remains practically constant even with fluctuating mains voltage. The speed n of the dynamo and thus the voltage ED generated on the generator side are therefore linearly dependent on the mains voltage E1.

   So it is
EMI0002.0000
  
    n <SEP> = <SEP> C1 <SEP> ³ <SEP> E1
<tb> ED <SEP> = <SEP> c2 <SEP> ³ <SEP> E1 The additional machine M2 in the consumer circuit is dimensioned so that it works with low saturation, i.e. in the straight part of the magnetization curve. Since the excitation winding W2 is fed from the mains, the power flow of the additional machine is (M2 = C3 ³ E1 The GEMK of the motor M2 changes on the one hand due to the speed fluctuations and on the other hand in the same sense as a result of the field fluctuations. It is therefore the GEMK of the additional machine
EMI0002.0001
  
     The voltage EM2 is therefore proportional to E12.

    By suitable choice of the electrical and magnetic conditions of both machines, it can be achieved that the consumer voltage E2 = ED-EM2 = E1 (c2-cE1) remains sufficiently constant for practical needs even with strong fluctuations in the mains voltage E1, as well as off the graphic representation of Fig. 4 can be seen. Here, to the right of the ordinate, 0M1D, (M2, ED and n are plotted as a function of E1. For the area selected on the straight-line part of the magnetization curve of the dynamo, n is a straight-line function. To the left of the ordinate, according to the above equations, ED and EM2 as a function of the speed n. The distance between these two curves in the direction of the abscissa is the consumer voltage E2, which is approximately constant over a wide range of the speed.

      In order to be able to put the unit into operation without a special starter, - a promotion that has to be fulfilled especially in railway operations - the dynamotor M1D can also have a strong magnetically co-rotating series winding W3 in addition to the shunt winding, as shown in the circuit diagram in Fig 2 can be seen so that the unit can be connected directly to the mains voltage without starting or series resistors. Here, the machine M2 is also provided with a magnetically co-operating series winding W4 in order to compensate for the fluctuations in speed that now occur when the load changes. The series winding W4 of the additional machine can be flowed through by the consumer current (see Fig. 2) or in certain cases also by the current of the motor M1 (see Fig. 3).



  The invention is not limited to the design of the machine M1D as a Dy namotor, but of course also extends to units in which the machines M1 and D each form a separate unit.



  The arrangement according to the invention is an exceptionally simple means of generating a constant low voltage from a verän related high voltage. The elimination of any mechanical or other control device, but in particular the additional accumulator battery, not only makes operation cheaper, but also guarantees the greatest operational safety. The arrangement is particularly useful when used in rough operations, where the elimination of the sensitive relays, regulator or cell switch is particularly desirable.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Gleichstrom- Gleichstrom - Umformeraggre gat zur Erzeugung konstanter Sekundärspan nung bei veränderlicher Primärspannung, ge kennzeichnet durch einen an die Primärspan nung zu legenden Umformer mit zwei in Sparschaltung liegenden Ankerwicklungen, von denen die eine iriotoriscli, die andere genera- torisch wirkt, und durch eine mit ihm me chanisch gekuppelte Zusatzmaschine, die einen Teil der von der Generatorseite des Umfor mers erzeugten Spannung motorisch ver braucht. UNTERANSPRÜCHE 1. Umformeraggregat nach Patentanspruch, mit einem Dynamotor als Umformer da durch gekennzeichnet, dass die Erreger wicklung des Dynamotors im Nebenschluss liegt, und die Zusatzmaschine fremd erregt wird. 2. PATENT CLAIM DC-DC converter unit for generating constant secondary voltage with variable primary voltage, characterized by a converter to be connected to the primary voltage with two armature windings in an economy circuit, one of which has an iriotoriscli, the other a generator, and a an additional machine mechanically coupled to it, which consumes part of the voltage generated by the generator side of the converter. SUBClaims 1. Converter unit according to claim, with a dynamotor as a converter as characterized in that the exciter winding of the dynamo is in the shunt, and the additional machine is externally excited. 2. Umformeraggregat nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der Umformer sehr stark und die Zusatzmaschine nur schwach magnetisch gesättigt sind. 3. Umformeraggregat nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Umformer und die Zusatzmaschine mit einer Reihenschluss wicklung versehen sind. 4. Umformeraggregat nach Unteransprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenschlusswicklung der Zusatzmaschine vom Motorstrom des Umformers durch flossen wird. Converter assembly according to claim and dependent claim 1, characterized in that the converter is very strongly and the additional machine is only weakly magnetically saturated. 3. Converter assembly according to claim and dependent claims 1 and 2, characterized in that the converter and the additional machine are provided with a series winding. 4. Converter unit according to dependent claims 1-3, characterized in that the series winding of the additional machine is flowed through by the converter motor current.
CH117859D 1925-01-17 1926-01-11 DC-DC converter unit. CH117859A (en)

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