DE1018976B

DE1018976B - Circuit arrangement for dividing the load current in proportion to the nominal power over several parallel working direct current generators

Info

Publication number: DE1018976B
Application number: DES37359A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Max Zorn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1954-01-29
Filing date: 1954-01-29
Publication date: 1957-11-07

Description

Schaltungsanordnung zur nennleistungsproportionalen Aufteilung des Belastungsstromes auf mehrere parallelarbeitende Gleichstromgeneratoren Insbesondere bei parallel arbeitenden Gleichstromgeneratoren großer Leistung, also beispielsweise bei Generatoren für Elektrolysen oder für parallel arbeitende Steuergeneratoren, ergibt sich das Problem der gleichmäßigen, also insbesondere der nennleistungsproportiona.len Aufteilung des Belastungsstromes auf die einzelnen Generatoren. DieUntersuchungenzeigen, daß ein Abweichen des Belastungsstromes des einzelnen Generators von dem gewünschten Wert in hohem Maße durch die Kommutierung des Gleichstromgenerators beeinflußt wird. Fig. 2 der Zeichnung zeigt an einem Diagramm die Kommutierungsverhältnisse, wobei die Abszisse des Diagramms den Umfang der Maschine darstellt, während als Ordinate der Belastungsstrom 1 des Generators aufgetragen ist. Außerdem sind über dem Diagramm noch die Feldpole 2 und der Wendepol 3 eingezeichnet. Mit bw ist die Breite der durch den Wendepol und durch die Bürstenbreite beeinflußten Stromwendezone bezeichnet, innerhalb der der Generatorstrom in der Wicklung seine Richtung wechselt. Bei idealer Stromwendung geht der Ankerleiterstrom genau in der Mitte der Stromwendezone (unter der Mitte des Wendepols) durch Null, was durch die schräge Gerade a veranschaulicht ist. Bei Frühwendung (Kurve b) verschiebt sich dieser Punkt gegen, bei Spätwendung (Kurve c) in der durch den Pfeil veranschaulichten Drehrichtung .des Generators. Damit verschiebt sich auch der Ankerstrombelag. Bei idealer Stromwendung ist die Summe der Ankerdurchflutung in der Pollücke Null. Folglich tritt keine Einwirkung auf das Hauptfeld auf. Bei Frühwendung dagegen verbleibt infolge der Verschiebung des Strombelages beim Generator eine Durchflutung (strichlierte Fläche zwischen den Kurven a und b) von derselben Richtung wie die der Erregung in der Hauptpollücke (mit +-Zeichen angedeutet). Bei Spätwendung des Generators hingegen verbleibt eine Durchflutung (Fläche zwischen den Kurven a und c) von entgegengesetzter Richtung. Das Hauptfeld des Generators wird also bei der Frühwendung gestärkt, und dementsprechend wird der Spannungsabfall des Generators bei Belastung geringer, der Generator also härter; bei Spätwendung wird das Hauptfeld des Generators geschwächt, der Generator wird weicher.Circuit arrangement for the nominal power proportional distribution of the load current to several parallel working direct current generators In particular with parallel working direct current generators of high power, for example with generators for electrolysis or for parallel working control generators, the problem arises of the uniform, so in particular the nominal power proportional distribution of the load current to the individual generators . The investigations show that a deviation of the load current of the individual generator from the desired value is influenced to a large extent by the commutation of the direct current generator. 2 of the drawing shows the commutation ratios in a diagram, the abscissa of the diagram representing the scope of the machine, while the load current 1 of the generator is plotted as the ordinate. In addition, the field poles 2 and the reversing pole 3 are shown above the diagram. The width of the current reversing zone influenced by the reversing pole and the width of the brush, within which the generator current changes direction in the winding, is denoted by bw. With an ideal current reversal, the armature conductor current passes through zero exactly in the middle of the current reversal zone (below the center of the reversing pole), which is illustrated by the inclined straight line a. In the case of an early turn (curve b) this point shifts in the opposite direction, in the case of a late turn (curve c) in the direction of rotation of the generator illustrated by the arrow. This also shifts the armature current coating. With an ideal reversal of the current, the sum of the anchor flux in the pole gap is zero. As a result, there is no effect on the main field. On the other hand, when turning early, as a result of the shift in the current layer on the generator, there remains a flow (dashed area between curves a and b) in the same direction as that of the excitation in the main pole gap (indicated by the + sign). If the generator turns late, however, there remains a flow (area between curves a and c) from the opposite direction. The main field of the generator is thus strengthened in the early turn, and accordingly the voltage drop of the generator is lower under load, so the generator is harder; at a late turn, the main field of the generator is weakened, the generator becomes softer.

Dieser Einfluß der Stromwendung auf die Härte der Maschine führt im Parallelbetrieb zu ungleicher Belastung, weil schon eine kleine Verschiedenheit der Kontaktverhältnisse auf den Kommutatoren eine zeit-1:iche Verschiebung der Stromwendung hervorruft. Die Stromverteilung wird um so ungünstiger, j e härter die Maschinen an sich arbeiten, je kleiner also ihr Spannungsabfall bei Belastung und je größer die Bürstenbedeckung bw ist. Denn mit der Bürstenbedeckung wächst die mögliche, durch .die Kurven b bis c angedeutete Größe der örtlichen bzw. zeitlichen Verschiebung der Stromwendung. Beträgt die Stromfläche F zwischen den Kurven c11 und b oder c z. B. 2511/o der Stromfläche, die durch das Produkt von Strombelag x Breite der Stromwendezone gegeben ist, so ist die Rückwirkung der verschobenen Stromwendung auf dem magnetischen Hauptkreis (je Polpaar) so groß, daß diese je nach der Sättigung der Maschine eine Veränderung des Spannungsabfalls von -f- oder - 3 bis 5 % ausmachen kann.This influence of the commutation on the hardness of the machine leads to unequal loading in parallel operation, because even a small difference in the contact conditions on the commutators causes a time-1: 1 shift in the commutation. The power distribution becomes more unfavorable, the harder the machines work on themselves, the smaller their voltage drop under load and the greater the brush coverage bw. Because with the brush coverage, the possible size of the local or temporal shift of the current reversal, indicated by the curves b to c, increases. If the current area F between the curves c11 and b or c z. B. 2511 / o of the current area, which is given by the product of current coating x width of the current reversal zone, the reaction of the shifted current reversal on the magnetic main circuit (per pole pair) is so great that it changes depending on the saturation of the machine Voltage drop of -f- or - 3 to 5%.

Gemäß der Erfindung sind zur insbesondere nennleistungsproportionalen Steuerung der Stromverteilung von mehreren parallel arbeitenden Gleichstromgeneratoren Ausgleichsleitungen zwischen den Verbindungen der Wendepolwicklungen der Generatoren mit den Kommutatoren vorgesehen. Fig. 2 der Zeichnung veranschaulicht diese Anordnung für die beiden parallel arbeitenden Gleichstromgeneratoren I und IL Diese besitzen z. B. fremderregte Hauptpolerregerwicklungen4, ferner dieWendepolwicklungen5 und gegebenenfalls mit diesen in Reihe geschaltete Kompensationswicklungen. Zur gleichmäßigen Stromaufteilung sind nun die Verbindungsleitungen zwischen der Wendepolwicklung und der zugehörigen Kommutatorbürste über die Ausgleichsleitung 6 verbunden. Angenommen, der Generator 1 führe aus irgendeinem Grunde zu starken Strom, so wird über die Ausgleichsleitung 6 ein Strom derartiger Richtung fließen, daß die Wendepolerregung des Generators I, deren Strom durch die Ausgleichsleitung beeinflußt wird, in ihrer Größe- geschwächt wird, während andererseits die Wendepolerregung des Generators II verstärkt wird. Der Generator I erfährt also nunmehr eine Spätwendung, d. h.., -seine Kommutierung vollzieht sich gemäß der Kurve c der Fig. 1, während am Generator II die Kommutierung sich nach der Kurve b vollzieht. Der Generator I wird also in der Charakteristik weicher; er gibt also- an den Generator II Strom ab, der in der Charakteristik härter wird.According to the invention are for the particular nominal power proportional Control of the power distribution of several direct current generators working in parallel Compensating lines between the connections of the reversing pole windings of the generators provided with the commutators. Figure 2 of the drawings illustrates this arrangement for the two parallel working direct current generators I and IL these have z. B. separately excited main pole excitation windings4, also the reversing pole windings5 and if necessary, compensation windings connected in series with these. For even Current distribution is now the connection lines between the reversing pole winding and the associated commutator brush connected via the compensation line 6. Accepted, If the generator 1 is carrying too strong a current for any reason, the Compensating line 6 a current flow in such a direction that the turning pole excitation of the generator I, affects the current through the equalizing line is weakened in its size, while on the other hand the Wendepole excitation of the generator II is amplified. The generator I is now experiencing a late turn, d. h .., - its commutation takes place according to curve c of FIG. 1, while at generator II the commutation takes place according to curve b. The generator So I becomes softer in the characteristic; So he gives power to generator II which becomes harder in the characteristic.

In Fig.2 sind an den beiden Generatoren noch Reihenschlußerregerwicklungen 7 vorgesehen, die als Gegenreihenschlußwicklungen geschaltet sind. Derartige Wicklungen sind beispielsweise für die Steuergeneratoren von Umkehrmotoren zur Begrenzung des Stromes bei zu großer Belastung des Umkehrmotors erforderlich. Diese Gegenreihenschlußwicklungen müssen, sofern sie den geschilderten Ausgleich der Stromverteilung nicht stören sollen, im Verhältnis zur Ausgleichsleitung in verschiedenen Polaritäten des Kommutators angebracht sein, so daß also die Ausgleichsleitung mit dem -(--Pol der Generatoren verbunden ist, während die Gegenreihenschlußwicklungen in den Außenleiter des Generators eingeschaltet sind, der mit dem --Pol des Kommutators verbunden ist. Würde man die Ausgleichsleitung etwa an dieKommutatorbürste anschließen, die mit derGeenreihenschlußwicklung verbunden ist, so würde' ein Ausgleichstrom bei zu großem Strom am Generator I den Strom in der Gegenreihenschlußwicklung schwächen, d. h., diese Gegenreihenschlußwicklung, die das Feld der Haupterregenvicklung 4 um einen bestimmten Betrag zu schwächen hat, würde nunmehr eine resultierende Verstärkung des Generatorfeldes hervorrufen und damit eine weitere Verstärkung des Stromes des Generators I. Bei der in Fig. 2 dargestellten Lage der Ausgleichsleitung ist diese unerwünschte Wirkung hingegen vermieden, da die Ausgleichsleitung hier eine unmittelbareBeeinflussung des Stromes der Gegenreihenschlußerregerwicklung nicht bewirkt.In FIG. 2 there are also series exciter windings on the two generators 7 provided, which are connected as counter-series windings. Such windings are for example for the control generators of reversible engines to limit the Current required if the reversing motor is too loaded. These back-to-back windings must, provided they do not interfere with the described balancing of the power distribution should, in relation to the compensating line in different polarities of the commutator be attached so that the compensation line with the - (- pole of the generators is connected, while the opposing series windings in the outer conductor of the generator connected to the - pole of the commutator. One would Connect the compensating line to the commutator brush that is connected to the series winding is connected, so would 'an equalizing current with too high a current at the generator I den Weaken the current in the back-to-back series winding, d. i.e., this reverse series winding, which weaken the field of the main rain winding 4 by a certain amount would now cause a resulting gain in the generator field and thus a further amplification of the current of the generator I. In the case of the in Fig. However, this undesirable effect is shown in the position of the compensating line shown in FIG avoided because the equalizing line has a direct influence on the current the opposing series excitation winding does not cause it.

Fig. 3 der Zeichnung zeigt eine Schaltung, bei der die parallel arbeitenden Gleichstromgeneratoren I bis IV an die Sammelschienen 8 mit dem einen Pol über einpolige Selbstschalter 9, mit dem anderen Pol über Trennschalter 10 angeschlossen sind. Außerdem sind die Ausgleichsleitungen 12 über Selbstschalter 11, die auch als Sicherungen ausgebildet sein können, an den Kommutator des zugehörigen Generators angeschlossen.Fig. 3 of the drawing shows a circuit in which the working in parallel DC generators I to IV to the busbars 8 with one pole via single-pole Circuit breaker 9, with the other pole connected via circuit breaker 10. In addition, the compensating lines 12 via circuit breakers 11, which also act as fuses can be formed connected to the commutator of the associated generator.

Die den einzelnen Ausgleichsleitungen zugeordneten Selbstschalter 11 haben den Zweck, bei inneren Störungen (Überschlag am Generator oder bei unsachgemäßer Erregung) anzusprechen und so die parallel arbeitende Maschine gegen Rundfeuer zu schützen. Ohne diese Schalter würde die Maschine infolge der -Störung einen zu großen Ausgleichsstrom aufnehmen, der das Rundfeuer veranlaßt. Die Selbstschalter 11 sind zweckmäßig für einige Prozent des Nennstromes des zugehörigen Generators bemessen. Es ist ferner zweckmäßig, die Anordnung derart auszubilden, daß an dein einzelnen Generator beim Ansprechen des Selbstschalters oder der Sicherung in der Ausgleichsleitung, die Maschine durch selbsttätige Einrichtungen schnell entregt wird. Dabei ist vorausgesetzt, daß bei der Störung der Hauptselbstschalter des Generators und der Selbstschalter in der Ausgleichsleitung so miteinander gekuppelt sind, daß beim Auslösen des einen auch der andere zwangläufig auslöst. Die anscl=liAende Schnellentregung bewirkt dann, daß ein die Störung verursachendes Rundfeuer schnell zum Erlöschen gebracht wird.The circuit breakers assigned to the individual compensating lines 11 have the purpose of internal faults (flashover on the generator or improper Excitement) to address and thus the machine working in parallel against round fire protection. Without these switches, the machine would be too big as a result of the malfunction Take up compensating current, which causes the round fire. The automatic switches 11 are expediently dimensioned for a few percent of the nominal current of the associated generator. It is also useful to design the arrangement in such a way that on your individual Generator when the circuit breaker or the fuse in the equalizing line respond, the machine is quickly de-energized by automatic devices. It is assumed that that in the event of a fault, the main circuit breaker of the generator and the circuit breaker are coupled to each other in the equalizing line that when one triggers also the other inevitably triggers. The resulting rapid de-excitation causes then that a round fire causing the disturbance quickly extinguished will.

Fig. 3 der Zeichnung zeigt ferner die nähere Ausbildung derAusgleichsleitungen. DieAnordnungist derart, daß die den einzelnen Generatoren zugeordneten Ausgleichsleitungen 12 mit dem einen Ende an den zugeordneten Generator, mit dem anderen Ende an einen gemeinsamen Vereinigungspunkt 13 angeschlossen sind. Eine derartige Anordnung ermöglicht es, den Widerstand der einzelnen Ausgleichsleitungen der jeweiligen Generatorleistung anzupassen, zweckmäßig derart, daß der Widerstand der einzelnen Ausgleichsleitungen und der zugeordneten Wendepol- und Kompensationswicklung im umgekehrten Verhältnis zum Nennstrom des zugeordneten Generators steht (R1 * il = R2 T.., = R3 - J3 = R4 J4 ... ) .Fig. 3 of the drawing also shows the more detailed configuration of the equalizing lines. The arrangement is such that the equalizing lines 12 associated with the individual generators are connected at one end to the associated generator and at the other end to a common junction point 13. Such an arrangement makes it possible to adapt the resistance of the individual compensating lines to the respective generator output, expediently in such a way that the resistance of the individual compensating lines and the associated reversing-pole and compensation winding is inversely related to the nominal current of the associated generator (R1 * il = R2 T .. , = R3 - J3 = R4 J4 ... ).

Für die geschilderte Beeinflussung der Stromaufteilung der parallel arbeitenden Generatoren erweist es sich als zweckmäßig, die Bürstenbedeckung am Kommutator groß zu wählen, wobei sie etwa größer als 20 mm ist. Eine große Bürstenbedeckung hat zur Folge, daß die geschilderte Spät- oder Frühwendung am Kommutator nicht in derartigem Maße wie bei geringer Bürstenbedeckung begrenzt ist, so daß auch eine kräftigere Beeinflussung des Feldes bzw. der Charakteristik der Maschine eintritt, die wiederum eine kräftigere Wirkung der Ausgleichsleitung bereits bei geringem Ausgleichsstrom ermöglicht.For the described influencing of the current distribution of the parallel working generators, it proves to be useful to cover the brush on To choose commutator large, where it is approximately larger than 20 mm. A great brush covering has the consequence that the described late or early turn on the commutator is not in is limited to such a degree as with low brush coverage, so that also a stronger influence of the field or the characteristics of the machine occurs, which in turn has a stronger effect of the compensation line even at a low level Compensating current enables.

Claims

PATrNTANSPRÜCI1f # 1. Circuit arrangement for preferably proportional to the nominal power Distribution of the load current to several direct current generators working in parallel, characterized by compensating connections between the connections of the reversing pole windings the generators with the commutators.

2. Arrangement according to claim 1, wherein the DC generators Have opposing series exciter windings, characterized in that these Windings and the compensating lines in different polarities of the commutators lie.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that in the Compensating lines of the individual generators, circuit breakers or fuses switched on that are required for a fraction of the nominal current of the individual generators and respond if the equalizing currents are too high.

4. Arrangement according to Claim 3, characterized in that the main switch of the generator and the Circuit breakers in the equalizing line of the generator are coupled to one another in this way are that when one is triggered, the other also triggers automatically.

5. Arrangement according to claim 3 or 4, characterized in that when the automatic switch responds or fuses in the compensating lines the generators automatically and quickly be de-excited.

6. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the individual compensating lines with one end to the assigned generator, are connected at the other end to a common junction point.

7. Arrangement according to claim 6, characterized in that the resistance of the individual compensating lines and the associated reversing pole - and compensation windings is in inverse proportion to the nominal current of their generators. B. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the brush coverage on the commutator of the direct current generators is large, suitably greater than 20 mm. References considered: U.S. Patents Nos. 2420922, 2403097.