DE1095928B

DE1095928B - Arrangement to achieve the same or proportionally the same load of several separately working DC machines working in parallel

Info

Publication number: DE1095928B
Application number: DEB48025A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Manfred Depenbrock
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1958-03-01
Filing date: 1958-03-01
Publication date: 1960-12-29
Also published as: CH371832A

Description

Anordnung zur Erzielung einer gleichen oder verhältnisgleichen Belastung mehrerer parallel arbeitender fremderregter Gleichstrommaschinen Beim Parallelbetrieb mehrerer Gleichstrommaschinen ergibt sich die Aufgabe, die Belastung gleichmäßig bzw. dem Verhältnis der Belastungsfähigkeit der einzelnen Maschinen entsprechend auf diese zu verteilen. Es sind bereits Schaltungsanordnungen, insbesondere für elektrische Triebfahrzeuge, bekannt, bei denen zu diesem Zweck die Ankerströme der einzelnen Motoren bzw. Abbilder dieser Ströme mit einem Abbild des mittleren Ankerstromes verglichen werden, wobei sich dabei ergebende Differenzen zu einer Beeinflussung der Schaltwerke der einzelnen Motoren mit Hilfe von Differentialrelais und Servomotoren hinzugezogen werden.Arrangement to achieve an equal or proportionate load Several separately excited DC machines working in parallel multiple DC machines, the task is to keep the load evenly or according to the ratio of the load capacity of the individual machines to distribute on this. There are already circuit arrangements, especially for electric traction vehicles, known, in which for this purpose the armature currents of individual motors or images of these currents with an image of the mean armature current can be compared, with the resulting differences leading to an influence the switching mechanisms of the individual motors with the help of differential relays and servomotors be consulted.

Es sind auch Anordnungen zur Erzielung einer gleichen bzw. verhältnisgleichen Belastung mehrerer parallel arbeitender, fremderregter Gleichstrommaschinen mit je einem Feldregler bekannt, bei denen an jedem Regler als auszugleichende Sollwert-Istwert-Abweichung die Differenz zwischen dem Abbild des betreffenden Ankerstromes und dem Abbild des mittleren Ankerstromes liegt und die jeweilige Differenz zur Beeinflussung der Lastverteilung dient.There are also arrangements to achieve the same or proportionally equivalent Load of several separately working DC machines working in parallel each known to a field controller in which at each controller as a setpoint-actual value deviation to be compensated the difference between the image of the armature current in question and the image of the mean armature current and the respective difference for influencing the load distribution serves.

Mit den bekannten Anordnungen dieser Art konnten aber die Feldströme der parallel arbeitenden Maschinen außer in Abhängigkeit von den Ankerströmen nicht auch gleichzeitig in ihrer Gesamtheit nach vorgegebenen Sollwerten geregelt werden. Eine Regelung der letztgenannten Art ist aber in, manchen Fällen, insbesondere bei elektrischen Triebfahrzeugen mit mehreren parallel arbeitenden Antriebsmotoren, sehr erwünscht. Dabei soll die Feldstromregelung nach vorgegebenen Sollwerten und die Steuerung oder Regelung des mittleren Ankerstromes nicht durch die Regelung der Belastungsverteilung beeinflußt werden, und umgekehrt.With the known arrangements of this type, however, the field currents of the machines working in parallel, except as a function of the armature currents can also be regulated at the same time in their entirety according to specified setpoints. A regulation of the latter type is, however, in, some cases, in particular with electric locomotives with several drive motors working in parallel, very welcome. The field current control should be based on specified setpoints and the control or regulation of the mean armature current not by the regulation the load distribution can be influenced, and vice versa.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einer Anordnung der erwähnten Art zusätzliche Schaltmittel vor, die den mittleren Feldstrom abbilden und so mit den Eingängen der Feldregler verbinden, daß an jedem Regler als auszuregelnde Sollwert-Istwert-Abweichung die Summe aus der Differenz zwischen dem Abbild des betreffenden Ankerstromes und dem Abbild des mittleren Ankerstromes und aus der Differenz zwischen dem Sollwert des Feldstromes und dem Abbild des mittleren Feldstromes liegt.To achieve this object, the invention provides an arrangement of the type mentioned, additional switching means that map the mean field current and connect it to the inputs of the field controller in such a way that each controller is to be regulated Setpoint / actual value deviation is the sum of the difference between the image of the relevant armature current and the image of the mean armature current and from the Difference between the setpoint of the field current and the image of the mean field current lies.

In der Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.In Fig. 1, an embodiment of the invention is shown.

Mit 1 sind drei gleiche fremderregte Gleichstrommaschinen bezeichnet, die im Parallelbetrieb an Sammelschienen 12 angeschlossen sind. Der aus je einer Stromquelle 6, die z. B. aus einem Generator, einem Stromlichter, einer Verstärkermaschine oder einem Magnet-Verstärker bestehen kann, gelieferte Feldstrom der Maschine wird durch je einen Regler g geregelt. Der .#kerstrom einer jeden Maschine wird über Gleichtwandler 2 als Spannungsabfall an den Widerständen 3 und die Summe der drei Ankerströme über den Gleichstromwandler 4 als Spannungsabfall am Widerstand 5 abgebildet. Die Übersetzungsverhältnisse der Wandler bzw. die Widerstände sind so gewählt, daß der Spannungsabfall am Widerstand 5 dem mittleren Wert der Spannungsabfälle an den Widerständen 3 entspricht.With 1 three identical separately excited DC machines are designated, which are connected to busbars 12 in parallel operation. The one from each Power source 6, the z. B. from a generator, a power light, an amplifier machine or a magnetic amplifier, the field current supplied by the machine is supplied regulated by one controller g each. The. # Kerstrom of any machine is over Equal converter 2 as the voltage drop across the resistors 3 and the sum of the three Armature currents across the DC converter 4 are shown as a voltage drop across the resistor 5. The transformation ratios of the converters or the resistors are chosen so that the voltage drop across the resistor 5 is the mean value of the voltage drops across the Resistors 3 corresponds.

Die Feldströme der Maschinen sind über den Gleichstromwandler 7 als Spannungsabfall an den Widerständen 8 abgebildet. An den Klemmen 13 liegt eine Gleichspannung, die den Sollwert des mittleren Feldstromes darstellt.The field currents of the machines are mapped via the DC converter 7 as a voltage drop across the resistors 8 . A DC voltage is applied to terminals 13 , which represents the nominal value of the mean field current.

Bei der zunächst zu betrachtenden Arbeitsweise der Anordnung sind die Kontakte 11 geöffnet und die Kontakte 10 a geschlossen. Durch die letztgenannten Kontakte sind die drei Widerstände 8 unter sich parallel geschaltet, so daß die Spannungsabfälle an ihnen einander gleich sind und dem Mittelwert des Feldstromes entsprechen.In the mode of operation to be considered first, the arrangement is the contacts 11 open and the contacts 10 a closed. Through the latter Contacts are the three resistors 8 connected in parallel, so that the Voltage drops across them are equal to each other and the mean value of the field current correspond.

Die Regler 9 befinden sich - integrale Regelung vorausgesetzt - in Ruhe, wenn die Summe der an ihren Eingängen liegenden Spannungen gleich Null ist.The controllers 9 are - assuming integral control - in Rest when the sum of the voltages at its inputs is zero.

Mit den Bezeichnungen JA ist = Abbild des Ankerstromes, d. h. Spannung am Widerstand 3, JA m = Abbild des mittleren Ankerstromes, d. h. Spannung am Widerstand 5, JF m = Abbild des mittleren Feldstromes, d. h. Spannung an einem der Widerstände 8, und JF soll = Sollwertspannung für den mittleren Feldstrom an den Klemmen 13 lautet unter Berücksichtigung der eingezeichneten Vorzeichen die Regelbedingung für jeden der Regler 9 JFsoll-JFm+JAZst-JAm=o# Die Größe (JF soll - JF m) ist für alle drei Regler identisch, folglich muß auch die Größe (JA ist - JA m) für alle drei Regler die gleiche sein. Die Größe JA ," ist nun, wie aus der Schaltung ersichtlich ist, für alle drei Regelkreise gleich, also müssen auch die drei Größen JA iss übereinstimmen und demgemäß auch die drei Ankerströme untereinander gleich sein. Da die drei Ankerspannungen wegen der gemeinsamen Sammelschienen ebenfalls gleich groß sind, stimmen auch die aufgenommenen bzw. abgegebenen Leistungen überein. Aus der Gleichheit der drei Ankerströme folgt, daß jeder Ankerstrom dem mittleren Ankerstrom entspricht. Es ist also für alle drei Regelkreise JA iss - JA m = 0, folglich muß auch JF soll - JF m = 0 sein.With the designations JA is = image of the armature current, ie voltage at resistor 3, JA m = image of the mean armature current, ie voltage at resistor 5, JF m = image of the mean field current, ie voltage at one of the resistors 8, and JF soll = The setpoint voltage for the mean field current at terminals 13, taking into account the signs shown, is the control condition for each of the controllers 9 JFsoll-JFm + JAZst-JAm = o # The variable (JF soll - JF m) is identical for all three controllers, so must also the size (JA is - JA m) must be the same for all three controllers. The quantity JA , "is now the same for all three control loops, as can be seen from the circuit, so the three quantities JA iss must also match and accordingly the three armature currents must also be the same are large, the absorbed and delivered power also agree. From the equality of the three armature currents it follows that each armature current corresponds to the mean armature current. So for all three control loops JA iss - JA m = 0, consequently JF should - JF m = 0 .

Dies bedeutet, daß die Feldstromregelung in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Sollwert durch die Regelung der Belastungsverteilung nicht beeinflußt wird. Ebenso können Ankerspannung oder der mittlere Ankerstrom völlig unabhängig von der Regelung der Belastungsverteilung gesteuert oder geregelt werden.This means that the field current control as a function of the specified The setpoint is not influenced by the regulation of the load distribution. as well armature voltage or the mean armature current can be completely independent of the regulation the load distribution can be controlled or regulated.

Sollen die Leistungen der Maschinen nicht untereinander gleich sein, sondern beispielsweise bei verschiedenen Nennleistungen entsprechend dem Verhältnis der Nennleistungen eingeregelt werden, so brauchen dazu nur die Übersetzungsverhältnisse der Gleichstromwandler und/ oder die Widerstände entsprechend geändert zu werden.Should the performance of the machines not be equal to one another, but, for example, with different nominal powers according to the ratio of the nominal power are adjusted, only the gear ratios are required the DC / DC converter and / or the resistors to be changed accordingly.

Die beschriebene Anordnung arbeitet sowohl bei motorischem wie bei generatorischem Betrieb der Maschinen 1 richtig, wenn die Gleichstromwandler 2 und 4 die Ankerströme auch ihrem Vorzeichen nach übertragen. Bei Drehrichtungsumkehr der Maschinen ist jedoch eine Umkehrung des Regelsinnes beispielsweise durch Vertauschen der Anschlüsse an den Widerständen 3 und 5 erforderlich.The arrangement described works with both motorized and generator operation of the machines 1 correct if the DC converters 2 and 4 also transmit the armature currents according to their sign. When reversing the direction of rotation of the machines, however, is a reversal of the control sense, for example by interchanging the connections at resistors 3 and 5 are required.

Die Regelung arbeitet einwandfrei, solange der Spannungsabfall im Ankerstromkreis der Maschinen klein gegenüber ihrer EMK ist. Ist aber z. B. beim Anlassen die Drehzahl und damit die EMK der Maschinen klein, so ist die Verteilung der Ankerströme weitgehend nur durch die inneren Widerstände der Maschinen bestimmt, während die Feldströme wenig oder gar keinen Einfluß darauf haben. Die Regler werden dann an ihrem Anschlag liegen. Dementsprechend ist die Größe und Richtung der Feldströme und damit auch der Drehmomente unbestimmt.The regulation works perfectly as long as the voltage drop in the The armature circuit of the machines is small compared to their EMF. But is z. B. at If the speed and thus the EMF of the machines are low, the distribution is low the armature currents largely determined only by the internal resistances of the machines, while the field currents have little or no influence on it. The regulators are then lie at their stop. The size and direction of the field currents is corresponding and thus also the torques indeterminate.

Diese Schwierigkeit kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch überwunden werden, daß die Paxallelschaltung der Widerstände 8 durch Öffnen der Kontakte 10a aufgehoben wird, solange die EMK der Maschinen nicht oder nicht wesentlich größer ist als der Spannungsabfall im Anker derselben.This difficulty can be solved according to a further embodiment of the invention be overcome in that the parallel connection of the resistors 8 by opening the contacts 10a is canceled as long as the EMF of the machines is not or not is much greater than the voltage drop in the armature of the same.

Bei geöffneten Kontakten 10a lautet die Regelbedingung für jeden der drei Regler 9 JF 8011 - JF iss + JA m - JA iss = 0, worin mit JF iss noch das jetzt an jedem der Widerstände 8 erscheinende Abbild des Istwertes des betreffenden Feldstromes bezeichnet ist.When the contacts 10a are open, the control condition for each of the three controllers 9 is JF 8011 - JF iss + JA m - JA iss = 0, where JF iss is the image of the actual value of the relevant field current that now appears on each of the resistors 8.

Da auch jetzt der mittlere Ankerstrom bzw. dessen Abbild durch die Regelung nicht beeinflußt wird, so ist die Regelbedingung erfüllt, wenn JA iss = JF iss ist, d. h., die Regler stellen jetzt einen Zustand her, bei dem die Maschinen sich wie Reihenschlußmaschinen verhalten. Sind also infolge kleiner Differenzen zwischen den inneren Widerständen der Maschinen bei Stillstand oder kleinen Drehzahlen die Ankerströme nicht gleich groß, so laufen die Regler 9 nicht mehr an einem Anschlag, vielmehr weisen die Feldströme höchstens die gleiche Verschiedenheit auf wie die Ankerströme.Since the mean armature current or its image is not influenced by the control, the control condition is fulfilled if JA iss = JF iss, ie the controllers now create a state in which the machines behave like series machines. If the armature currents are not the same due to small differences between the internal resistances of the machines at standstill or at low speeds, the regulators 9 no longer run against a stop, rather the field currents have at most the same difference as the armature currents.

Eine Vorrichtung, die anspricht, wenn die EMK der Maschinen größer wird als der Spannungsabfall in den Ankerstromkreisen und dann die Schließung der vorher geöffneten Kontakte 10a bewirkt, kann in verschiedener Weise ausgebildet sein. Bei nur motorischem Betrieb der Maschinen kann beispielsweise der Spannungsabfall an einem vom Gleichstromwandler 4 (oder einem zweiten derartigen Wandler) gespeisten Widerstand und die diesem Spannungsabfall entgegengeschaltete Spannung zwischen den Sammelschienen 12 auf ein polarisiertes Relais einwirken. Wird dabei der genannte Widerstand so bemessen, daß der Spannungsabfall an ihm gleich dem doppelten Betrag des Spannungsabfalles im Ankerstromkreis der Maschinen ist, so kehrt die Stromrichtung im Relais sich um, wenn die Sammelschienenspannung - die ja gleich der Summe aus der EMK der Maschinen und ihrem inneren Spannungsabfall ist - größer wird als der Spannungsabfall am Widerstand, d. h. wenn die EMK der Maschinen größer wird als ihr innerer Spannungsabfall. Das bei dieser Stromumkehr ansprechende polarisierte Relais kann dann - gegebenenfalls über ein Hilfsschütz - die Kontakte 10a betätigen.A device that responds when the EMF of the machines is greater is called the voltage drop in the armature circuits and then the closure of the causes previously opened contacts 10a can be designed in various ways be. If the machines are only operated by motor, the voltage drop, for example fed to one of the direct current converter 4 (or a second such converter) Resistance and the voltage opposite this voltage drop between the busbars 12 act on a polarized relay. Is the said Dimension the resistor so that the voltage drop across it is twice the amount of the voltage drop in the armature circuit of the machines, the direction of the current is reversed in the relay around when the busbar voltage - which is equal to the sum of the EMF of the machines and their internal voltage drop - becomes greater than that Voltage drop across the resistor, d. H. when the EMF of the machines becomes greater than her internal voltage drop. The polarized one that responds to this current reversal The relay can then - if necessary via an auxiliary contactor - actuate the contacts 10a.

Eine dem gleichen Zweck dienende Anordnung, die auf einem ähnlichen Prinzip beruht, jedoch auch bei generatorischem Betrieb der Maschinen das Überwiegen der EMK über den inneren Spannungsabfall der Maschinen erfaßt, ist in der Fig. 2 dargestellt. Hier liegt im Sekundärstromkreis des Gleichstromwandlers 4 ein Widerstand 14, an dem eine Spannung entsteht, die gleich dem inneren Spannungsabfall der Maschinen ist. Am Widerstand 16 liegt die Sammelschienenspannung. Das Relais 10 ist in der dargestellten Weise mit einem Abgriff am Widerstand 16 verbunden. Durch die Einfügung von Gleichrichterelementen 15, z. B. Dioden, spricht das Relais 10 sowohl bei motorischem wie generatorischem Arbeiten der Maschinen in der erforderlichen Weise an.An arrangement serving the same purpose, which is based on a similar principle, but also detects the predominance of the EMF over the internal voltage drop of the machines when the machines are operated in generator mode, is shown in FIG. Here, in the secondary circuit of the direct current converter 4, there is a resistor 14, across which a voltage is generated which is equal to the internal voltage drop of the machines. The busbar voltage is applied to resistor 16. The relay 10 is connected to a tap on the resistor 16 in the manner shown. By inserting rectifier elements 15, e.g. B. diodes, the relay 10 responds to both motor and generator work of the machines in the required manner.

In dem speziellen Anwendungsfall der Erfindung bei Motoren von Triebfahrzeugen soll beim Eintritt des Schleuderns der Ankerstrom jeder Maschine sich frei einstellen können. In diesem Fall werden durch an sich bekannte Einrichtungen zur Erfassung des Schleuderzustandes die Kontakte 10a geöffnet und gleichzeitig die Kontakte 11 geschlossen. In diesem Zustand entsprechen die an den Widerständen 3 liegenden Spannungen dem Mittelwert des Ankerstromes. Die Ankerströme können sich daher vollkommen frei einstellen. Die Feldströme werden durch die Regelung gleich groß gemacht. Das dynamische Verhalten der Maschinen entspricht damit dem eines Nebenschlußmotors.In the special application of the invention in engines of traction vehicles should the armature current of each machine set itself freely when the spin starts can. In this case are known per se devices for detection the centrifugal state the contacts 10a open and at the same time the contacts 11 closed. In this state, the voltages across the resistors 3 correspond the mean value of the armature current. The armature currents can therefore move completely freely to adjust. The field currents are made the same size by the regulation. The dynamic one The behavior of the machines corresponds to that of a shunt motor.

Die Vorteile der beschriebenen Anordnung bestehen darin, daß die Leistungsaufnahme der parallel arbeitenden Gleichstrommaschinen gleich groß gemacht oder in einem vorgesehenen Verhältnis aufeinander abgestimmt werden kann, wobei sonstige Steuer- und Regelvorgänge im Anker und/oder Feldstromkreis nicht beeinflußt werden, und daß durch einfache Schaltmittel das dynamische Verhalten der Maschinen als Reihen- oder Nebenschlußmaschinen verändert und gegebenen Betriebsbedingungen angepaßt werden kann.The advantages of the arrangement described are that the power consumption of the parallel working DC machines made the same size or in one provided relationship can be coordinated, with other tax and control processes in the armature and / or field circuit are not influenced, and that the dynamic behavior of the machines as a series or bypass machines can be changed and adapted to the given operating conditions can.

Die Erfindung ist nicht an das beschriebene Ausführungsbeispiel gebunden, sondern kann in mancherlei Weise abgewandelt werden.The invention is not bound to the exemplary embodiment described, but can be modified in many ways.

Abgesehen davon, daß die Zahl der parallel geschalteten Maschinen beliebig sein kann, ist es z. B. in besonderen Fällen möglich, die Widerstände 8 bei entsprechender Bemessung direkt in den Feldstromkreis der Maschinen einzuschalten, statt sie über Gleichstromwandler anzuschließen.Apart from the fact that the number of machines connected in parallel can be any, it is z. B. In special cases it is possible to switch the resistors 8 directly into the field circuit of the machines, if dimensioned accordingly, instead of connecting them via DC current converters.

Je nach Lage des Einzelfalles kann auf die beschriebene Umschaltung bei kleiner Drehzahl bzw. EMK der Maschinen verzichtet werden. In diesem Fall können beispielsweise die Widerstände 8 bei entsprechender Bemessung auch in Reihe statt parallel geschaltet sein. Angenähert die gleichen Vorteile können auch durch eine proportionale Regelung der Feldregler erzielt werden.Depending on the situation of the individual case, the described switchover at low speed or EMF of the machines can be dispensed with. In this case, for example, the resistors 8 can also be connected in series instead of in parallel, if dimensioned accordingly. Approximately the same advantages can also be achieved by proportional control of the field controllers.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Arrangement to achieve an equal or proportionate load of several parallel working, separately excited DC machines, in particular vehicle motors with one field controller each, in which the difference between an image of the armature current in question and an image is the setpoint / actual value deviation to be compensated for of the mean armature current and the respective difference is used to influence the load distribution, characterized in that additional switching means map the mean field current and thus connect it to the inputs of the field controller that the sum of the difference between the setpoint and actual value deviation to be regulated at each controller the image of the armature current in question and the image of the mean armature current and the difference between the target value of the field current and the image of the mean field current.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the anchor and Field currents and the mean armature current shown as voltage drops across resistors that are fed by DC current converters in the relevant circuits, and that the image of the mean field current by connecting the images in parallel the individual field currents supplying resistors is formed.

3. Arrangement according to Claim 2, characterized by a device through which the parallel connection the resistances that provide the images of the individual field currents are canceled, as long as the EMF of the machine is very small, in particular smaller than the internal voltage drop is in their armature circuit.

4. Arrangement according to claim 2 or 3 for traction vehicle engines, characterized in that a device is provided which responds in a known manner to the "skidding" of a part of the machine and thereby canceling the parallel connection of the resistors delivering the images of the individual field currents and at the same time a Parallel connection of the resistors that supply the images of the individual armature currents. Documents considered: German Patent No. 511007.