Gleichstrom-Gleichstromumformer. Es besteht vielfach, wie z. B. im elek trischen Bahnbetrieb, die Aufgabe, Gleich strom höherer Spannung in solchen niedri gerer Spannung umzuformen. Man verwendet hierzu im allgemeinen aus Motor und Gene rator bestehende Umformer, sogenannte Motor generatoren.
Vielfach werden derartige Umformer in Grobschaltung lediglich über einen kleinen Vorschaltwiderstand eingeschaltet. Um die hierdurch bedingten heftigen Einschaltstrom stösse zu vermeiden, muss der Umformermotor mit einer stark bemessenen Anlasskompound- wicklung ausgerüstet werden.
Da derartige Umformer primärseitig an hoher Spannung liegen, die z. B. im Bahn betrieb 1000 Volt und mehr beträgt, werden von der Netzspannung gespeiste Motorneben schlusswicklungen zweckmässig vermieden. Von der hohen Primärspannung gespeiste Nebenschlusswicklungen erfordern nämlich eine grosse Windungszahl aus sehr dünnem Draht und sind deshalb nicht nur teuer in der Herstellung, sondern auch leicht be triebsunsicher, da die Beanspruchung der- artiger Wicklungen bei direktem Einschalten sehr gross ist.
Die den Umformermotor speisende Pri märspannung ist im allgemeinen nicht kon stant, sondern unterliegt mehr oder weniger grossen Spannungsschwankungen. Insbeson dere im elektrischen Bahnbetrieb unterliegt die Fahrdrahtspannung infolge der grossen Leitungslängen starken Schwankungen, wo-. bei Spannungsabweichungen von 40% und mehr von der normalen Netzspannung auf treten können. Anderseits wird aber meistens verlangt, dass die Sekundärspannung des Um formers, das heisst die Spannung des Gene- rators, konstant ist. Es müssen daher Mittel angewendet werden, die auch bei stark schwankender Primärspannung eine selbst tätige Spannungshaltung der Generatorspan nung auf einem konstanten Wert gewähr leisten.
Zu diesem Zweck ist es bekannt, mit der Umformerwelle eine Hilfsdynamo in selbsterregter Schaltung zu kuppeln, deren Ankerstrom eine Nebenschlusswicklung des Umformermotors speist. Die Konstanthaltung der Sekundärspannung wird hierbei also durch Konstanthaltung der Drehzahl des Umformers mittels der als Drehzahlstabili sator wirkenden Hilfsdynamo angestrebt.
Dieses Mittel allein reicht aber nicht aus, um die Generatorspannung bei Gleichstrom- Gleichstrom-Umformern der beschriebenen Art konstant zu halten, und zwar im wesent lichen aus folgendem Grunde: Damit der unbelastete Umformer beim Anlauf infolge der gegebenenfalls zu spät einsetzenden Selbsterregung der Hilfsdynamo nicht durchgehen kann, muss die als Drehzahl stabilisator wirkende Hilfserregermaschine eine vom Motorstrom durchflossene Anlass- Stosserregerwicklung besitzen, um die Selbst erregung rechtzeitig einzuleiten.
Dies hat jedoch den Nachteil, dass die drehzahlstabili sierende Wirkung der Hilfsdynamo ein geschränkt wird, da, die Erregermaschine nun nicht mehr unabhängig von der Belastung des Umformers ist. Es verbleiben daher immer noch gewisse Drehzahl- und Span nungsschwankungen des Generators, und es müssen daher zusätzliche Massnahmen getrof fen werden, um die Generatorspannung un abhängig von der Belastung konstant zu halten.
Mit. der Lösung dieser Aufgabe beschäf tigt sich die vorliegende Erfindung. Diese hat einen aus Motor, Generator und Erreger maschine bestehenden Gleichstrom-Gleich strom-Umformer für direkte Einschaltung. schwankende Primär- und konstante Sekun därspannung zum Gegenstand, dessen An triebsmotor ein Nebenschlussfeld besitzt, das von der drehzahlstabilisierenden Erreger maschine gespeist wird, die mit einem Neben schlussfeld und einer vom Motorstrom durch flossenen Anlass-Stosserregerwicklung ver sehen ist. Nach der Erfindung wird bei einem derartigen Gleichstrom-Gleichstrom-Umfor mer die Aufgabe, die im wesentlichen durch die Anlass-Stosserregerwicklung der Hilfs dynamo hervorgerufenen noch verbleibenden Drehzahl- und damit.
Spannungsschwankun gen zu beseitigen, dadurch gelöst, dass der Generator durch eine Differenzspannung er regt wird, die aus einer konstanten Fremd- spannung und der dagegengeschalteten Span nung der drehzahlstabilisierenden Erreger maschine gebildet ist.
Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass be reits für aus Motor, Generator und Erreger- niaschine bestehende Gleichstrom-Gleich strom-Umformer zum Betrieb von Bogen lampen, Schweisslichtbögen oder dergleichen vorgeschlagen wurde, die durch Spannungs schwankungen im Netz hervorgerufenen Schwankungen des Lichtbogenstromes selbst tätig dadurch auszugleichen, dass der Uni- formergenerator durch eine Differenzspan nung erregt wird. Im Gegensatz zur Erfin dung wird jedoch bei der früher vorgeschla genen Schaltung die für die Generatorerre gung dienende Differenzspannung durch die den Motor speisende Netzspannung und die dagegengeschaltete Spannung der Erreger maschine gebildet.
Weiterhin wird bei dieser Schaltung die Erregermaschine fremd vom Hauptnetz erregt. Schliesslich wird bei der früher in Vorschlag gebrachten Schaltung der Umformermotor nicht direkt auf das Netz geschaltet und besitzt eine von der Primär spannung gespeiste Nebenschlusswicklung. Letzteres bedeutet, dass bei der früher in Vorschlag gebrachten Schaltung ein Dreh zahlstabilisator überflüssig ist, während die Betriebsweise des Umformers nach der Er findung einen Drehzahlstabilisator unbedingt erfordert., um ein Durchgehen des Umformers bei unbelastetem und unerregtem Generator zu vermeiden.
Die ältere Schaltung mag zwar zu einer annähernd konstanten Generator spannung führen, wenn nur die Schwankun gen der Netzspannung auszugleichen sind. Handelt es sich aber, wie im vorliegenden Falle, nicht nur um den Ausgleich der ver hältnismässig starken Schwankungen der Pri märspannung, sondern auch um den Aus gleich der starken Drehzahlschwankungen, welche die mit Rücksicht auf die direkte Ein schaltung notwendige Anlasskonipoundwicl:
- lung und die Anlasswiderstandsstufe, die dauernd eingeschaltet. bleiben, hervorrufen, so ist die Wirke ng der früher vorgeschlagenen Schaltungsanordnung keinesfalls ausreichend. Abgesehen von den vorgenannten Unterschie den weicht aber die ältere Schaltung auch insofern grundsätzlich von der Schaltung nach .der Erfindung ab, als bei der ersteren die Erregermaschine ausschliesslich dem Zweck dient, die notwendige Gegenspannung zu liefern, während bei der Erfindung die Hilfsdynamo in erster Linie als Drehzahl stabilisator wirkt.
Hierin liegt aber der grosse technische Fortschritt des Erfindungs- gewenstandes, dass es gelungen ist, eine ein zige Hilfsdynamo für die Drehzahlstabili sierung einerseits und für die Lieferung der drehzahlabhängigen Gegenspannung ander seits heranzuziehen. Bisher sind lediglich Schaltungen bekannt, bei denen die mit der Umformerwelle gekuppelte Hilfsdynamo die eine oder die andere dieser beiden Aufgaben erfüllt.
Der Ausgleich der bei den bisherigen Schaltungen noch verbleibenden Drehzahl- und Spannungsschwankungen des Generators wird durch die Erfindung so vollständig, dass eine erhebliche Verstärkung der für den An lauf günstigen und für den Betrieb nach teiligen Motoranlasskompoundwicklung vor genommen werden kann, ohne dass die Span nungshaltung des Generators darunter leidet. Durch die erfindungsgemässe Schaltung wird damit zusätzlich noch eine erhebliche Ver besserung der Anlaufeigenschaften des Um formers erzielt.
In der Abbildung ist als Ausführungs beispiel der Erfindung ein Gleichstrom- Gleichstrom-Umformer für den elektrischen Bahnbetrieb dargestellt. Hierbei bedeutet a den Motor, b den Generator und c die Hilfs erregermaschine des Umformers, die auf einer gemeinsamen Welle d angeordnet sind. Der Motor a wird unmittelbar von dem Netz e über den Stromabnehmer f und über einen kleinen, nicht dargestellten Vorwiderstand sowie über die vom Hauptstrom durchflos sene Anlass-Kompoundwicklung g gespeist. Der Motor a besitzt keine von der hohen Pri märspannung gespeiste Nebenschlusswick lung.
Zum Ausgleich der durch die starken Schwankungen der Netzspannung des Net- zes e bedingten Drehzahlschwankungen des Umformersatzes dient in bekannter Weise eine Nebenschlusswicklung h, die von der Hilfserregermaschine c gespeist wird. -Letz tere besitzt eine Feldwicklung i und ist als selbsterregte Maschine geschaltet. Weiterhin besitzt die Hilfserregermaschine c eine An lass-Stosserregerwicklung Z, die ein Durchgehen des Umformers durch zu spät einsetzende Selbsterregung verhindert. Letztere hat, wie bereits erwähnt, aber den Nachteil, dass sie. die drehzahlstabilisierende Wirkung der Er regermaschine c einschränkt.
Um die auf diese Weise hervorgerufenen noch verbleiben den Drehzahl- und damit Spannungsschwan kungen des Generators b auszugleichen, wird die Feldwicklung k des Generators b erfin dungsgemäss von einer Differenzspannung gespeist, die durch die konstante Spannung der Batterie na und die dagegengeschaltete Spannung der drehzahlstabilisierenden Hilfs erregermaschine c gebildet ist, wie dies ohne weiteres aus dem Schaltbild hervorgeht. Die konstante Sekundärspannung des Genera- tors b wird von den Klemmen n an die jewei ligen Verbraucher weitergeleitet.
DC-DC converter. There are many such. B. in elec tric rail operations, the task of converting direct current of higher voltage into such niedri gerer voltage. For this purpose, converters, so-called motor generators, are generally used for this purpose, consisting of a motor and generator.
Often such converters are switched on in a coarse circuit only via a small series resistor. In order to avoid the violent inrush current surges caused by this, the converter motor must be equipped with a strong starting compound winding.
Since such converters are on the primary side at high voltage that z. B. operating in the railroad is 1000 volts and more, the mains voltage fed motor secondary circuit windings are appropriately avoided. This is because shunt windings fed by the high primary voltage require a large number of turns made of very thin wire and are therefore not only expensive to manufacture but also easily operationally unsafe, since the stress on such windings is very high when switched on directly.
The primary voltage feeding the converter motor is generally not constant, but is subject to more or less large voltage fluctuations. In particular in electrical rail operations, the contact wire voltage is subject to strong fluctuations due to the long line lengths, where-. in the event of voltage deviations of 40% and more from the normal mains voltage. On the other hand, however, it is usually required that the secondary voltage of the converter, i.e. the voltage of the generator, is constant. Means must therefore be used that ensure that the generator voltage is automatically maintained at a constant value, even with strongly fluctuating primary voltage.
For this purpose it is known to couple an auxiliary dynamo with the converter shaft in a self-excited circuit, the armature current of which feeds a shunt winding of the converter motor. The aim is to keep the secondary voltage constant by keeping the speed of the converter constant by means of the auxiliary dynamo acting as a speed stabilizer.
However, this means alone is not sufficient to keep the generator voltage constant in DC-DC converters of the type described, essentially for the following reason: So that the unloaded converter does not go through when starting due to the self-excitation of the auxiliary dynamo, which may start too late can, the auxiliary exciter acting as a speed stabilizer must have a starter shock exciter winding through which the motor current flows, in order to initiate self-excitation in good time.
However, this has the disadvantage that the speed-stabilizing effect of the auxiliary dynamo is restricted, since the exciter is no longer independent of the load on the converter. There are therefore still certain speed and voltage fluctuations of the generator, and additional measures must therefore be taken to keep the generator voltage constant regardless of the load.
With. The present invention is concerned with solving this problem. This has a DC-DC converter consisting of a motor, generator and exciter for direct activation. Fluctuating primary and constant secondary voltage to the object, whose drive motor has a shunt field that is fed by the speed-stabilizing exciter machine, which is provided with a shunt field and a starting shock exciter winding flowing through the motor current. According to the invention, in such a direct current-direct current converter, the task is, the still remaining speed and thus caused essentially by the starting shock exciter winding of the auxiliary dynamo.
Eliminating voltage fluctuations is achieved in that the generator is excited by a differential voltage, which is formed from a constant external voltage and the voltage from the exciter that stabilizes the speed.
It should be mentioned at this point that already existing direct current-direct current converters for the operation of arc lamps, welding arcs or the like has already been proposed for the motor, generator and excitation machine, the fluctuations in the arc current caused by voltage fluctuations in the network to be compensated by the fact that the uniform generator is excited by a differential voltage. In contrast to the inven tion, however, in the previously proposed circuit, the differential voltage used for the generator excitation is formed by the mains voltage supplying the motor and the voltage of the exciter connected to it.
Furthermore, with this circuit, the exciter is excited externally from the main network. Finally, with the circuit suggested earlier, the converter motor is not connected directly to the mains and has a shunt winding fed by the primary voltage. The latter means that in the earlier proposed circuit a speed stabilizer is superfluous, while the mode of operation of the converter according to the He-making absolutely requires a speed stabilizer. To avoid a runaway of the converter when the generator is unloaded and unexcited.
The older circuit may lead to an almost constant generator voltage if only the fluctuations in the mains voltage are to be compensated. However, as in the present case, is it not just a matter of compensating for the comparatively strong fluctuations in the primary voltage, but also of compensating for the strong fluctuations in speed, which cause the necessary changes in connection with direct activation:
- and the starting resistance level that is permanently switched on. remain, cause the effect of the circuit arrangement proposed earlier is by no means sufficient. Apart from the aforementioned differences, the older circuit also fundamentally differs from the circuit according to the invention in that in the former the exciter only serves the purpose of supplying the necessary counter voltage, while in the invention the auxiliary dynamo is primarily used as Speed stabilizer acts.
However, this is where the great technical progress of the state of the art lies in that it has been possible to use a single auxiliary dynamo for speed stabilization on the one hand and for supplying the speed-dependent counter voltage on the other. So far only circuits are known in which the auxiliary dynamo coupled to the converter shaft fulfills one or the other of these two tasks.
The compensation of the remaining speed and voltage fluctuations of the generator in the previous circuits is so complete that a considerable increase in the engine starter compound winding which is favorable for the start-up and disadvantageous for operation can be made without the voltage maintenance of the Generator suffers. The circuit according to the invention thus additionally achieves a considerable improvement in the starting properties of the converter.
In the figure, a DC-DC converter for electrical rail operations is shown as an embodiment of the invention. Here a means the motor, b the generator and c the auxiliary excitation machine of the converter, which are arranged on a common shaft d. The motor a is fed directly from the network e via the pantograph f and via a small series resistor, not shown, and via the starting compound winding g through which the main current flows. The motor a has no shunt winding fed by the high primary voltage.
A shunt winding h, which is fed by the auxiliary exciter c, is used in a known manner to compensate for the fluctuations in speed of the converter set caused by the strong fluctuations in the mains voltage of the mains e. - The latter has a field winding i and is connected as a self-excited machine. The auxiliary exciter machine c also has a starter shock exciter winding Z, which prevents the converter from running away due to self-excitation that occurs too late. As already mentioned, the latter has the disadvantage that it. the speed-stabilizing effect of exciter machine c restricts.
In order to compensate for the fluctuations in speed and thus voltage fluctuations of the generator b caused in this way, the field winding k of the generator b is fed according to the invention by a differential voltage that is determined by the constant voltage of the battery na and the voltage of the auxiliary exciter machine that stabilizes the speed c is formed, as is readily apparent from the circuit diagram. The constant secondary voltage of the generator b is passed on from the terminals n to the respective consumers.