DE1093885B - Control device for electrical machines with armature current limitation - Google Patents
Control device for electrical machines with armature current limitationInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
Beim Hochlauf eines Generators, der Energie an einen Motor liefert, ist es oft erforderlich, den Ausgangsstrom des Generators zu begrenzen, um eine Zerstörung des Motors zu vermeiden. Wenn die Generatorspannung sich zu rasch aufbaut, kann die Geschwindigkeit des Motors nicht genügend schnell folgen, und es können Überschläge im Motor auftreten. Wenn der Motor im Betrieb blockiert wird, versucht die Regelung die Generatorspannung konstant zu halten, so daß sich ein Überstrom im Motor einstellen würde. Es wird daher angestrebt, die Funktion des Regelkreises zu beeinflussen, sobald der Ausgangsstrom des Generators einen vorbestimmten Wert überschreitet, und dann die Ausgangsspannung des Generators nicht mehr auf dem vorbestimmten Wert zu halten.When starting up a generator that supplies energy to a motor, it is often necessary to adjust the output current of the generator in order to avoid the destruction of the engine. When the generator voltage builds up too quickly, the speed of the motor cannot be fast enough and flashovers can occur in the engine. If the motor is blocked during operation, try the regulation to keep the generator voltage constant, so that an overcurrent occurs in the motor would. The aim is therefore to influence the function of the control loop as soon as the output current of the generator exceeds a predetermined value, and then the output voltage of the generator can no longer be held at the predetermined value.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Regeleinrichtung zu schaffen, bei der der Ankerstrom des Generators bei plötzlichem Anschluß einer Last begrenzt und, falls erforderlich, die bis dahin konstant gehaltene Ausgangsspannung zeitweilig herabgesetzt wird.The object of the invention is to create a control device in which the armature current of the generator limited when a load is suddenly connected and, if necessary, the output voltage that has been kept constant until then is temporarily reduced.
In diesem Zusammenhang ist es bekanntgeworden, den Ankerstrom unter Verwendung von Ventilmitteln in einem mit dem Ankerstrom proportionaler Spannung gespeisten Steuerkreis zu begrenzen, und zwar in der Weise, daß das Ventil normalerweise sperrt und ab einem gewissen Grenzwert des Ankerstromes leitend wird und diesen dann nach oben begrenzt. Hierbei muß der Schwellwert des Ventils und die ungünstige Ventilkennlinie berücksichtigt werden, was dazu führt, daß der Einsatz der Ankerstrombegrenzung nicht sehr genau ist und diese besonders zu Beginn verhältnismäßig wenig wirksam ist. Demgegenüber besteht die Erfindung darin, im Steuerkreis sowie parallel zum Reglereingang je zwei mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung in Reihe geschaltete Zenerdioden anzuordnen. Da die Durchschlagspannung der Zenerdioden scharf definiert ist und nach dem Durchschlag sprunghaft ein beträchtlicher Strom durch die Diode fließt, zeichnet sich die in dieser Art durchgeführte Ankerstrombegrenzung durch eine hohe Ansprechgeschwindigkeit und große Genauigkeit aus. Durch die Anordnung des die Regelabweichung begrenzenden Zenerdiodenpaares parallel zum Reglereingang ergibt sich der Vorteil, daß bei einer großen Belastung des Generators, die beispielsweise durch ein Blockieren des Motors verursacht werden könnte, die Wirkung des Steuerkreises, welcher eine vorbestimmte Generatorausgangsspannung konstant hält, unterbunden wird, so daß der spannungssenkende Einfluß des Steuerkreises des Reglers für die Ankerstrombegrenzung voll wirksam wird.In this connection it has become known to control the armature current using valve means in a control circuit fed with the armature current proportional to the voltage, namely in the Way that the valve normally blocks and is conductive from a certain limit value of the armature current and this is then limited at the top. Here, the threshold value of the valve and the unfavorable valve characteristic must be taken into account, which means that the use of armature current limitation is not very is accurate and this is relatively ineffective, especially at the beginning. In contrast, there is the Invention therein, in the control circuit as well as parallel to the controller input two each with opposite direction of flow to arrange Zener diodes connected in series. Because the breakdown voltage of the zener diodes is sharp is defined and after the breakdown a considerable current suddenly flows through the diode, draws The armature current limitation implemented in this way is characterized by a high response speed and great accuracy. Due to the arrangement of the Zener diode pair limiting the control deviation parallel to the controller input there is the advantage that with a high load on the generator, for example could be caused by a blocking of the motor, the effect of the control circuit, which holds a predetermined generator output voltage constant, is prevented, so that the voltage-lowering Influence of the control circuit of the controller for the armature current limitation becomes fully effective.
Zum besseren Verständnis der Erfindung sei im folgenden ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert, das in der Zeichnung schematisch dargestellt ist.For a better understanding of the invention, an embodiment of the invention is explained below, which is shown schematically in the drawing.
Regeleinrichtung für elektrische
Maschinen mit AnkerstrombegrenzungControl device for electrical
Machines with armature current limitation
Anmelder:Applicant:
Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)
Vertreter: Dr.-Ing. P. Ohrt, Patentanwalt,
Erlangen, Weiner-von-Siemens-Str. 50Representative: Dr.-Ing. P. Ohrt, patent attorney,
Erlangen, Weiner-von-Siemens-Str. 50
Beanspruchte Priorität:
V. St. ν. Amerika vom 12. August 1957Claimed priority:
V. St. ν. America August 12, 1957
Donald E. Abell, Buffalo, N. Y. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt wordenDonald E. Abell, Buffalo, NY (V. St. Α.),
has been named as the inventor
Es ist ein Regler 10 vorgesehen, um die Ausgangsspannung eines Gleichstromgenerators 18 auf einem vorbestimmten Wert konstant zu halten. Der Generator 18 enthält einen Anker 16, eine Differentialfeldwicklung 12 und eine Haupterregerwicklung 14 mit Fremderregung. Die Differentialfeldwicklung 12 dient dazu, den Remanenzmagnetismus des Generators 18 aufzuheben und besondere Aufgaben bei der Geschwindigkeitsregelung des Motors 20 zu erfüllen. Die Wicklung wird an Leitungen 98, 99 angeschlossen, die ein Netz mit konstanter Gleichspannung bilden und vom Generator 40 gespeist werden. In Reihe mit der Wicklung 12 liegt ein einstellbarer Widerstand 43, so daß der Stromfluß durch die Wicklung 12 geändert werden kann.There is a regulator 10 is provided to the output voltage of a DC generator 18 on a to keep the predetermined value constant. The generator 18 includes an armature 16, a differential field winding 12 and a main excitation winding 14 with external excitation. The differential field winding 12 serves to cancel the remanence magnetism of the generator 18 and perform special tasks in controlling the speed of the motor 20. The winding is connected to lines 98, 99, which form a network with constant DC voltage, and from the generator 40 can be fed. In series with the winding 12 is an adjustable resistor 43, so that the Current flow through the winding 12 can be changed.
An den Generator 18 ist ein Gleichstrommotor 20 mit Anker 26 und Erregerwicklung 24 angeschlossen. Die Erregerwicklung 24 liegt ebenfalls an den Leitungen 98 und 99. Da der Regler 10 die Ausgangsspannung des Gleichstromgenerators 18 konstant hält, bleibt auch die Geschwindigkeit des Motors 20 im wesentlichen konstant.A direct current motor 20 with armature 26 and field winding 24 is connected to generator 18. The excitation winding 24 is also connected to the lines 98 and 99. Since the regulator 10 controls the output voltage of the DC generator 18 keeps constant, the speed of the motor 20 remains in essentially constant.
Der Regler 10 enthält eine Sollwertquelle 30 und einen Meßkreis 32 zur Bestimmung der Regelabweichung als Unterschied zwischen der SoIlspannung und der Ausgangsspannung des Generators 18. Ferner ist ein magnetischer Verstärker 100 vorgesehen, der auf die Regelabweichung anspricht und die Spannung an der Haupterregerwicklung 14 des Generators 18 steuert. Zur Begrenzung der Regel-The controller 10 contains a setpoint source 30 and a measuring circuit 32 for determining the control deviation as the difference between the nominal voltage and the output voltage of the generator 18. Furthermore, a magnetic amplifier 100 is provided which responds to the system deviation and the voltage on the main field winding 14 of the generator 18 controls. To limit the rule
009 650/365009 650/365
abweichung ist ein Schwellglied 85 und zur Übertragung eines Überstromsignals ein Hilfskreis 50 vorgesehen. deviation is a swelling element 85 and for transmission an auxiliary circuit 50 is provided for an overcurrent signal.
Der Sollwertgeber 30 kann ein Gleichstromgenerator sein, der einen Anker 31 und eine Erregerwicklung 37 aufweist. Zur Einstellung "des Erregerstromes dient ein veränderbarer Widerstand 33. An Stelle des Generators 30 kann jedoch auch jede andere bekannte Gleichspannungsquelle mit konstanter einstellbarer Ausgangsspannung verwendet werden.The setpoint generator 30 can be a direct current generator which has an armature 31 and an excitation winding 37. Serves for setting "the excitation current a variable resistor 33. Instead of the generator 30, however, any other known DC voltage source with constant adjustable output voltage can be used.
Der Meßkreis 32 zur Bestimmung der Regelabweichung enthält den einstellbaren Widerstand 58 und die Sollspannungsquelle 30 in Reihenschaltung an den Leitungen 23 und 25, die.die Verbindung zwischen Generator und Motor herstellen. Die Sollspannung ist in bekannter Weise der Ausgangsspannung des Generators entgegengeschaltet, so daß die Regelabweichung an den Klemmen 44, 46 erscheint. Der einstellbare Widerstand 58 dient zur Änderung des Stromes durch den an die Klemmen 44 und 46 angeschlossenen Kreis.The measuring circuit 32 for determining the system deviation contains the adjustable resistor 58 and the Setpoint voltage source 30 connected in series on lines 23 and 25, die.die connection between Manufacture generator and motor. The nominal voltage is, in a known manner, the output voltage of the generator switched in the opposite direction so that the control deviation appears at terminals 44, 46. The adjustable one Resistor 58 is used to change the current through the circuit connected to terminals 44 and 46.
Der Magnetverstärker 100 ist im Ausführungsbeispiel ein Selbstsättigungsmagnetverstärker in Doublerschaltung. Er enthält zwei Eisenkerne 74 und 76, auf denen Lastwicklungen 80 und 82 angeordnet sind. In Reihe mit den Lastwicklungen liegen Selbstsättigungsventile 64 und 66. Die Speisung des Magnetverstärkers erfolgt aus einer Wechselstromquelle 75 über einen Transformator 52 mit Primärwicklung 54 und Sekundärwicklung 56. Die Ausgangsspannung des Magnetverstärkers wird mittels eines Gleichrichtersatzes 42 gleichgerichtet und liefert den Erregerstrom für die Wicklung 14.The magnetic amplifier 100 is a self-saturation magnetic amplifier in the exemplary embodiment Doubler circuit. It contains two iron cores 74 and 76 on which load windings 80 and 82 are arranged are. In series with the load windings are self-saturation valves 64 and 66. The supply of the magnetic amplifier takes place from an alternating current source 75 via a transformer 52 with a primary winding 54 and secondary winding 56. The output voltage of the magnetic amplifier is determined by means of a rectifier set 42 is rectified and supplies the excitation current for the winding 14.
An den Konstantspannungsgenerator 40 ist ein Vormagnetisierungskreis für den Magnetverstärker angeschlossen, der aus den Wicklungen 60 und 62 und dem einstellbaren Widerstand 61 besteht. Die Durchflutungsrichtung der einzelnen Kreise ist in der Figur durch Pfeile angedeutet. Durch die Vormagnetisierung werden die beiden Kerne 74 und 76 auf einen bestimmten Betrag unterhalb der Sättigung eingestellt.A bias circuit is attached to the constant voltage generator 40 connected for the magnetic amplifier, which consists of the windings 60 and 62 and the adjustable resistor 61. The direction of flow the individual circles are indicated in the figure by arrows. Because of the bias the two cores 74 and 76 are set to a certain amount below saturation.
Das Regelabweichungssignal wird einem Steuerkreis des Magnetverstärkers, bestehend aus den Wicklungen 90 und 92 und dem einstellbaren Widerstand 91, zugeführt. Ferner ist ein Rückführkreis vorgesehen, der aus den Wicklungen 36 und 38, dem einstellbaren Widerstand 88, dem Sperrkondensator 68 und einer Glättungsdrossel 78 besteht. Der Strom durch diesen Kreis ist also von der Änderungsgeschwindigkeit der Ausgangsspannung des Gleichrichters 42 abhängig. Die Drossel 78 dient zur Unterdrückung unerwünschter Frequenzen, die die Funktion des Magnetverstärkers 100 stören können. Durch die Wicklungen 36 und 38 wird ein Gegenkopplungssignal zur Stabilisierung des Regelkreises eingeführt.The control deviation signal is sent to a control circuit of the magnetic amplifier, consisting of the windings 90 and 92 and the adjustable resistor 91 fed. Furthermore, a feedback loop is provided which from the windings 36 and 38, the adjustable resistor 88, the blocking capacitor 68 and one Smoothing throttle 78 consists. The current through this circle is therefore of the rate of change of the Output voltage of the rectifier 42 dependent. The throttle 78 is used to suppress undesirable Frequencies that can interfere with the function of the magnetic amplifier 100. Through the windings 36 and 38 a negative feedback signal is introduced to stabilize the control loop.
Schließlich ist ein Begrenzungskreis mit den Wicklungen 70 und 72, dem einstellbaren Widerstand 95 und dem Schwellglied 94, 96 vorgesehen, der an einen Widerstand 22 im Ankerkreis angeschlossen ist. Die Wirkungsweise dieses Kreises wird im folgenden noch erläutert.Finally, there is a limiting circuit with windings 70 and 72, the adjustable resistor 95 and the swell member 94, 96 which is connected to a resistor 22 in the armature circuit. the How this circuit works is explained below.
Das Schwellglied 85 enthält zwei Halbleiterdioden 84 und 86, vorzugsweise Zenerdioden, die mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung in Reihe geschaltet sind. Wenn das Regelabweichungssignal eine bestimmte Größe beliebigen Vorzeichens erreicht, schlägt eine der beiden Dioden 84 und 86 durch und verhindert dadurch ein weiteres Ansteigen des Steuersignals für den Magnetverstärker 100.The threshold element 85 contains two semiconductor diodes 84 and 86, preferably Zener diodes, with opposite Forward direction are connected in series. If the error signal is a certain If a magnitude of any sign is reached, one of the two diodes 84 and 86 breaks down and prevents it a further increase in the control signal for the magnetic amplifier 100.
Steigt der Ankerstrom in beliebiger Richtung über den vorgeschriebenen Grenzwert an, so schlägt eine
der beiden Dioden 94 und 96, die vorzugsweise ebenfalls Zenerdioden sind, durch, so daß Strom über die
Wicklungen 70 und 72 fließt. Im Bereich zulässiger Ankerströme ist dieser Kreis dagegen stromlos.
Die Wirkungsweise der gesamten Einrichtung ist folgende: Steigt die Ausgangsspannung des Generators
18 über den Sollwert an, so erscheint eine Regelabweichungsspannung an den Klemmen 44 und 46. Der
dadurch verursachte Steuerstrom in den WicklungenIf the armature current rises above the prescribed limit value in any direction, one of the two diodes 94 and 96, which are preferably also Zener diodes, breaks down, so that current flows through the windings 70 and 72. In the range of permissible armature currents, however, this circuit is de-energized.
The mode of operation of the entire device is as follows: If the output voltage of the generator 18 rises above the nominal value, a control deviation voltage appears at the terminals 44 and 46. The control current caused by this in the windings
ίο 90 und 92 wirkt im Sinne einer Abwärtssteuerung des Magnetverstärkers 100, so daß der Erregerstrom durch die Wicklung 14 entsprechend herabgesetzt und dadurch die Spannung des Generators auf den Sollwert zurückgeführt wird. Analoge Vorgänge treten ein, wenn die Generatorspannung den Sollwert unterschreitet. ίο 90 and 92 acts in the sense of a downward control of the Magnetic amplifier 100, so that the excitation current through the winding 14 is reduced accordingly and thereby the voltage of the generator is returned to the nominal value. Analogous processes occur when the generator voltage falls below the setpoint.
Steigt aus irgendeinem Grund der Ankerstrom über seinen zulässigen Wert, wobei zugleich eine Regelabweichung an den Klemmen 44 und 46 vorliegt, soIf for whatever reason the armature current rises above its permissible value, there is also a control deviation is present at terminals 44 and 46, so
ao fließt auch Strom über den Kreis mit den Wicklungen 70 und 72 des Magnetverstärkers. Die beiden Schwell· glieder werden so dimensioniert, daß die Amperewindungszahl der Wicklungen 70 und 72 im wesentlichen gleich und entgegengesetzt der Amperewindungszahl der Wicklungen 90 und 92 ist, die ihrerseits durch das Schwellglied 85 begrenzt wird. Dieses Schwellglied wird so eingestellt, daß die maximale Amperewindungszahl der Wicklungen 90 und 92, die von den Wicklungen 70 und 72 kompensiert werden muß, keine übermäßig hohen Werte erreicht.ao current also flows through the circuit with windings 70 and 72 of the magnetic amplifier. The two swell members are dimensioned so that the number of ampere turns of the windings 70 and 72 is substantially is equal and opposite to the number of ampere-turns of windings 90 and 92, which in turn is determined by the Swell member 85 is limited. This threshold element is set so that the maximum number of ampere-turns of windings 90 and 92 to be compensated by windings 70 and 72 are not excessive reached high values.
Es ist möglich, das Schwellglied 94 und 96 in Verbindung mit einem Regelkreis anzuwenden, in dem ein Magnetverstärker mit getrennten Wicklungen für Sollwert und Istwert verwendet wird. In diesem Fall wird das Schwellglied 85 zur Begrenzung des Regelabweichungssignals unnötig, und die Wicklungen 70 und 72 haben dann nur die Amperewindungszahl der Sollwertwicklungen zu kompensieren, was ausreicht, um die Spannung des Generators herabzuregeln.It is possible to use the swelling element 94 and 96 in connection with a control loop in which a Magnetic amplifier with separate windings for setpoint and actual value is used. In this case Threshold element 85 for limiting the control deviation signal becomes unnecessary, and windings 70 and 72 then only have to compensate for the number of ampere turns of the setpoint windings, which is sufficient to reduce the voltage of the generator.
Wenn an den Motor 20 eine Belastung mit konstantem Trägheitsmoment angeschlossen ist und eine Blockierung des Motors nicht eintreten kann, ist es nicht erforderlich, den Kreis 50 mit den Wicklungen 70 und 72 vorzusehen. Eine Belastung mit konstantem Trägheitsmoment erfordert einen im wesentlichen konstanten Ausgangsstrom des Generators 18 zur Beschleunigung der Last. Das Schwellglied 85 kann dann daher für die Begrenzung des Regelabweichungssignals derart eingestellt werden, daß der Grenzwert gerade ausreicht, um den Generator 18 zur Abgabe dieses konstanten Stromes zu veranlassen.When a constant moment of inertia load is connected to the motor 20 and a Blocking of the motor cannot occur, it is not necessary to use the circuit 50 with the windings 70 and 72 to be provided. A constant moment of inertia load requires a substantially constant one Output current of the generator 18 to accelerate the load. The swelling member 85 can then therefore, for the limitation of the system deviation signal, be set in such a way that the limit value just enough to cause the generator 18 to deliver this constant current.
Die Regeleinrichtung nach der Erfindung hat eine Reihe von wichtigen betrieblichen Vorteilen. Vor allem werden auf einfachste Weise beide Vorzeichen, sowohl der Regelabweichung als auch des Strombegrenzungssignals, berücksichtigt, und es ist hierzu keine äußere Spannuiigsquelle erforderlich. Außerdem wird die Begrenzung auf kontaktlosem Wege erzielt, so daß Instandhaltungsarbeiten auf ein Minimum be· schränkt sind.The control device of the invention has a number of important operational advantages. before Both signs, both the control deviation and the current limit signal, are in the simplest possible way taken into account, and no external voltage source is required for this. aside from that the limitation is achieved in a contactless way so that maintenance work is kept to a minimum are restricted.
Die an Hand der Figur erläuterte Ausführungsform der Erfindung ist nur als Beispiel zu werten. Die Begrenzung durch Zenerdioden ist auch bei vielen anderen Regelproblemen von Vorteil.The embodiment of the invention explained with reference to the figure is only to be assessed as an example. The limitation by Zener diodes is also advantageous for many other control problems.
Claims (3)
Deutsche Patentschrift Nr. 933 820;
USA.-Patentschrift Nr. 2 707 263.Considered publications:
German Patent No. 933 820;
U.S. Patent No. 2,707,263.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US1093885XA | 1957-08-12 | 1957-08-12 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1093885B true DE1093885B (en) | 1960-12-01 |
Family
ID=22327395
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEW23879A Pending DE1093885B (en) | 1957-08-12 | 1958-08-09 | Control device for electrical machines with armature current limitation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1093885B (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3155891A (en) * | 1961-07-20 | 1964-11-03 | Westinghouse Electric Corp | Regulator for electrodynamic power system with current limitation |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2707263A (en) * | 1952-04-07 | 1955-04-26 | D W Onan And Sons Inc | Voltage and current regulator |
DE933820C (en) * | 1948-10-02 | 1955-10-06 | Siemens Ag | Device for protecting sensitive electrical apparatus, in particular electrical measuring devices, against overloads |
-
1958
- 1958-08-09 DE DEW23879A patent/DE1093885B/en active Pending
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