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.