DE1222580B

DE1222580B - Process for the automatic reversal of the current direction for a direct current generator externally excited by a rectifier from an alternating current network

Info

Publication number: DE1222580B
Application number: DEW30618A
Authority: DE
Inventors: Richard Adolph; Dr-Ing Heinz Schneider
Original assignee: Wandel and Golterman GmbH and Co
Current assignee: Wandel and Golterman GmbH and Co
Priority date: 1961-08-26
Filing date: 1961-08-26
Publication date: 1966-08-11

Description

Verfahren zur selbsttätigen Stromrichtungsumkehr für einen über Gleichrichter aus einem Wechselstromnetz fremderregten Gleichstromgenerator Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur selbsttätigen Stromrichtungsumkehr nach Betätigung eines Steuerschalters für einen durch einen Regelverstärker auf konstanten Strom geregelten, über Gleichrichter aus einem Wechselstromnetz fremderregten Gleichstromgenerator.Procedure for the automatic reversal of the current direction for a rectifier The invention relates to separately excited direct current generator from an alternating current network a method for automatic current direction reversal after actuation of a control switch for a constant current regulated by a control amplifier, via rectifier separately excited direct current generator from an alternating current network.

Es ist bekannt, den Strom durch einen induktiven Verbraucher, z. B. einen Magneten, dadurch kontaktlos umzupolen, daß man ihn aus einem Gleichstromgenerator speist und dessen Erregerstrom umpolt. Die Erregerwicklung eines Gleichstromgenerators ist aber auch induktiv, so daß man dessen Stromkreis erst nach Abklingen des Erregerstromes zur Umpolung öffnen kann. Zum schnellstmöglichen Umpolen ist es jedoch schwierig, die kürzeste Zeit (einige zehntel Sekunden) richtig zu bestimmen, nach der der Erregerstromkreis nahezu stromlos ist.It is known to feed the current through an inductive load, e.g. B. a magnet, so that the polarity is reversed without contact by pulling it out of a direct current generator feeds and reverses its excitation current. The excitation winding of a direct current generator but is also inductive, so that its circuit can only be used after the excitation current has decayed can open for polarity reversal. To reverse the polarity as quickly as possible, however, it is difficult to correctly determine the shortest time (a few tenths of a second) after which the excitation circuit is almost currentless.

Nach dem Umpolen und Wiedereinschalten der Erregung wird der Laststrom des Gleichstromgenerators schnell ansteigen. Der Regelkreis derartiger Anlagen ist jedoch mit großen Zeitkonstanten behaftet, die nach dem Abschalten der Anlage eine sofortige Rückkehr des Stromes auf seinen Sollwert erschweren. Es sind Schnellerregungen mit dem Feldkreis vorgeschaltetem Ohmschen Widerstand oder einer Erregermaschine, deren anfangs hohe Spannung beim Stromanstieg stark abfällt, bekannt. Man muß dabei aber in Kauf nehmen, daß der Sollwert des Ankerstroms weit überschritten wird.After reversing the polarity and switching on the excitation again, the load current is of the DC generator increase rapidly. The control loop of such systems is however, they have large time constants which, after the system has been switched off, have a make it difficult for the current to return to its setpoint immediately. There are quick excitations with the ohmic resistance connected upstream of the field circuit or an exciter, whose initially high voltage drops sharply when the current increases. You have to do it but accept that the nominal value of the armature current will be exceeded by far.

Selbst wenn dies durch manuelle Eingriffe in den Regelkreis verhindert oder der Ablauf der A.usgleichvorgänge beschleunigt wird, ist es nahezu unmöglich, bei jeder Umpolung den gleichen Zeitablauf zu reproduzieren und damit jeweils den gleichen magnetischen Zustand einer angeschlossenen mit Remanenz behafteten Last (beispielsweise ein Magnet) zu erreichen.Even if this is prevented by manual intervention in the control loop or the sequence of the compensation processes is accelerated, it is almost impossible to to reproduce the same timing with each polarity reversal and thus the same magnetic state of a connected remanent load (for example a magnet).

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile durch die folgenden, selbsttätig nacheinander ablaufenden Maßnahmen: a) Auftrennen des Regelkreises; b) Festhalten des eingestellten Arbeitspunktes des Regelverstärkers durch eine Kapazität; c) Abschalten der Erregerstromquelle auf der Wechselstromseite des Gleichrichters ohne Auftrennen des Gleichstromerregerkreises; d) Umpolen der Erregerwicklung nach Unterschreiten eines bestimmten Restbetrages des Erregerstromes; e) Auferregung der Erregerwicklung mit dem höchstzulässigen Erregerstrom; f) Messung des Ausgangsstromes des Gleichstromgenerators und Vergleich desselben mit eingestelltem Sollwert; g) Schließen des Regelkreises bei Erreichen des eingestellten Sollwerts.The invention avoids these disadvantages automatically by the following successive measures: a) disconnection of the control loop; b) Hold on the set operating point of the control amplifier by a capacitance; c) Shutdown the excitation current source on the AC side of the rectifier without disconnection of the DC exciter circuit; d) Reversing the polarity of the field winding after falling below a certain residual amount of the excitation current; e) excitation of the excitation winding with the maximum permissible excitation current; f) Measurement of the output current of the direct current generator and comparison of the same with the set target value; g) Closing the control loop when the set target value is reached.

Auf diese Weise ist ein stromloses Umpolen der Generator-Feldwicklung nach einer sehr kurzen Zeit, d. h. sofort nach dem Abmagnetisieren des Generatorfeldes, sowie ein schnelles Hochfahren des Generatorfeldes nach dem Umpolen der Generator-Feldwicklung möglich, so daß die volle Maschinenleistung mit entgegengesetzter Polarität auf die zu diesem Zeitpunkt meist noch nicht entmagnetisierte induktive Last (Magnet) trifft. Es ist ferner ein schnelles Einstellen des Laststromes auf seinen Sollwert infolge einer Speicherung der vor dem Umpolen im Regelverstärker vorhandenen Spannungswerte möglich. Außerdem ist ein reproduzierbares Durchlaufen der Kennlinie einer induktiven Last (Magnet) bei mehrmaligem Umpolen infolge einer vollautomatischen Steuerung des Umpolvorganges gewährleistet.In this way a currentless polarity reversal of the generator field winding is possible after a very short time, i. H. immediately after demagnetization of the generator field, as well as a quick start-up of the generator field after reversing the polarity of the generator field winding possible so that the full machine power with opposite polarity on the inductive load (magnet), which is mostly not yet demagnetized at this point in time meets. It is also a quick adjustment of the load current to its setpoint as a result of the storage of the voltage values present in the control amplifier before the polarity reversal possible. In addition, a reproducible run-through of the characteristic curve is an inductive one Load (magnet) with repeated polarity reversal as a result of a fully automatic control the polarity reversal process guaranteed.

Es ist bekannt, die Feldwicklung eines Generators eines Leonard-Antriebs aus einem Stoßumkehrstromrichter zu speisen, um so eine kurze Wendezeit des Ankers des Leonard-Motors bei konstantem Motordrehmoment zu erreichen. Abgesehen von der andersartigen Arbeitsweise ist der durch den vorübergehend auch im Wechselrichterbetrieb arbeitenden Stoßumkehrstromrichter bedingte Aufwand gegenüber einer Anordnung zurDurchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sehr hoch.The field winding of a generator of a Leonard drive is known To feed from a pulse reversing converter, so as to shorten the turnaround time of the armature of the Leonard engine at constant engine torque. Apart from the The way of working is different because of the temporary inverter operation working impulse reversing converter required effort compared to an arrangement for implementation of the method according to the invention is very high.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. Alle Schalter-und Relaiskontaktstellungen sind so gezeichnet, wie sie vorhanden sind, wenn die Anlage in Betrieb ist. Der (von Hand betätigte) Umschalter S1 ... S4 kann sich sowohl in der gezeichneten Lage als auch in der anderen möglichen Stellung befinden. Steht er in der gezeichneten Lage, so sind die Relais A, C und D angezogen. (Die Relais C und D halten sich selbst über cl bzw. dl.) Der Regelkreis ist über S1, d2, c2, d3 und b2 geschlossen. Das Netzgerät N für die Leistungsstufe S ist über c3 eingeschaltet. Das Relais B ist stromlos. Steht der Schalter S1 ... S4 in der anderen Stellung, ist das Relais B eingeschaltet und die Feldwicklung umgekehrt gepolt als gezeichnet.An embodiment of the invention is shown schematically in the drawing. All switch and relay contact positions are drawn as they are when the system is in operation. The (manually operated) switch S1 ... S4 can be in the position shown as well as in the other possible position. If it is in the position shown, relays A, C and D are energized. (Relays C and D hold themselves via cl and dl, respectively.) The control loop is closed via S1, d2, c2, d3 and b2. The power supply unit N for the power level S is switched on via c3. The relay B is de-energized. If the switch S1 ... S4 is in the other position, the relay B is switched on and the polarity of the field winding is reversed as shown.

Soll nun die an der Last L liegende Spannung umgepolt werden, so ist ein Betätigen des Schalters S1 ... S4 erforderlich. Anschließend laufen folgende Vorgänge gleichzeitig ab: 1. Durch das kurzzeitige Unterbrechen des Stromkreises der Relais C und D durch den Schalter S4 fallen diese Relais ab. Ein Wiedereinschalten der genannten Relais ist nicht möglich, da die Kontakte cl geöffnet und a2 zunächst noch geöffnet sind. Da der Kontakt c3 das Netzgerät N vom Netz abschaltet, wird auch die Anodenspannung für die Leistungsverstärkerstufe S abgeschaltet. Der Erregerstrom in der Feldwicklung F des Generators G fällt schnell gegen Null ab, ohne daß eine unzulässig hohe Spannung an der Wicklung entsteht. Hat der Strom in der Feldwicklung F einen gewissen (kleinen) Wert unterschritten, fällt das Relais A ab. über den Kontakt a1 wird der Stromkreis für das Relais B geschlossen, da S3 mittlerweile in der anderen Stellung ist. Das Relais B zieht an und hält sich selbst über den Kontakt bi. Die Kontakte b2 und b3 polen (in nahezu stromlosem Zustand) die Feldwicklung F des Generators G um. Der Kontakt a2 schließt den Stromkreis für das Relais C, wodurch dieses anziehen kann und sich über cl selbst hält. Das Relais D kann nicht anziehen, da der Kontakt e nun geöffnet ist (s. unter 3.). Durch das Anziehen des Relais C wird der Kontakt c3 wieder geschlossen und schaltet das Netzgerät N wieder ein. Da das Relais D abgefallen ist, befindet sich der Kontakt d3 in der oberen Lage, wodurch das Steuergitter der Leistungsröhre S eine positive Vorspannung erhält. Es fließt dann ein kräftiger Erregerstrom durch die Feldwicklung F, nun jedoch in umgekehrter Richtung als im Ausgangszustand, und damit entsteht an den Klemmen des Generators die höchstmögliche nun ebenfalls umgepolte (Ausgangs-)spannung.If the voltage applied to the load L is to be reversed, the switch S1 ... S4 must be actuated. The following processes then take place simultaneously: 1. When the circuit of relays C and D is briefly interrupted by switch S4, these relays drop out. It is not possible to switch the relays on again, since the contacts cl are open and a2 are initially still open. Since the contact c3 disconnects the power supply unit N from the network, the anode voltage for the power amplifier stage S is also disconnected. The excitation current in the field winding F of the generator G quickly drops to zero without creating an inadmissibly high voltage on the winding. If the current in the field winding F has fallen below a certain (small) value, the relay A drops out. The circuit for relay B is closed via contact a1, since S3 is meanwhile in the other position. The relay B picks up and holds itself through the contact bi. The contacts b2 and b3 polarize the field winding F of the generator G (in the almost currentless state). The contact a2 closes the circuit for the relay C, whereby this can attract and hold itself over cl. The relay D cannot pick up because the contact e is now open (see under 3.). When the relay C is pulled in, the contact c3 is closed again and the power supply unit N is switched on again. Since the relay D has dropped out, the contact d3 is in the upper position, whereby the control grid of the power tube S receives a positive bias. A strong excitation current then flows through the field winding F, but now in the opposite direction than in the initial state, and this creates the highest possible (output) voltage at the terminals of the generator.

2. Nach Betätigen des Schalters S1 . . S4 trennen die Kontakte d2, c2 und d3 den Regelkreis auf. Der Gleichstromverstärker V behält jedoch seinen Arbeitspunkt durch die speichernde Wirkung des Gliedes K1. Die Leistungsröhre S be= kommt über den Kontakt d3 eine positive Gitterspannung zugeführt. Diese kommt jedoch, bedingt durch das Glied K2, erst dann voll zur Wirkung, wenn das Netzgerät N wieder eingeschaltet ist (s. unter 1.).2. After pressing switch S1. . S4 separate the contacts d2, c2 and d3 open the control loop. However, the DC amplifier V retains its operating point through the storing effect of the link K1. The power tube S comes over a positive grid voltage is supplied to the contact d3. This comes, however, conditionally through the element K2, only fully effective when the power supply unit N is switched on again is (see under 1.).

3. Im Ausgangszustand ist die an dem im Lastkreis liegenden Meßwiderstand R abfallende Spannung (Istwert) einer an dem Potentiometer P abgegriffenen Spannung (SoIlwert) entgegengeschaltet. (Die Differenz zwischen Ist- und Sollwert liegt in der Größenordnung 1- mV.) Nach Betätigen des Schalters S1 ... S4 addieren sich jedoch Ist- und Sollwert. Da d2 durch das Abfallen des Relais D in seine untere Lage gekommen ist, erhält das gepolte Relais E diese Addition von Soll- und Istwert (negative Spannung) und zieht an. Dadurch wird der Kontakt e geöffnet und sperrt die Wiedereinschaltung des Relais D.3. In the initial state, the voltage dropping across the measuring resistor R in the load circuit (actual value) is connected in opposition to a voltage (target value) tapped at the potentiometer P. (The difference between the actual and the setpoint is in the order of magnitude of 1 mV.) After pressing the switch S1 ... S4, however, the actual and setpoint are added. Since d2 has come to its lower position when relay D has dropped out, the polarized relay E receives this addition of setpoint and actual value (negative voltage) and picks up. This opens contact e and prevents relay D from being switched on again.

Im Verbraucherstromkreis fließt der Strom infolge der Induktivität des Verbrauchers L auch nach Abschalten der Erregung des Generators G eine gewisse Zeit weiter. Wird jedoch die Feldwirkung des Generators G umgepolt und mit dem höchstmöglichen Strom erregt, dann muß der Strom im Lastkreis schnell abnehmen und seine Richtung umkehren. Damit sinkt wiederum die an dem gepolten Relais E liegende Spannung ab. Ist der Strom im Lastkreis so weit angestiegen, daß der Istwert nahezu gleich dem Sollwert ist, so fällt das Relais E wieder ab und schließt den Kontakt e. Damit wird das Relais D erregt und hält sich selbst über dl. d2 und d3 kehren in ihre Ausgangsstellung zurück und schließen den Regelkreis wieder. c2 war bereits durch das Anziehen des Relais C wieder geschlossen. Die Regelung kann praktisch sofort einsetzen, da der ursprüngliche Arbeitspunkt des Verstärkers V durch die speichernde Wirkung des Gliedes K1 noch vorhanden ist und ein Herauslaufen des Verstärkers aus seinem Proportionalbereich verhindert wird. (Der weitere Anstieg des Stromes im Verbraucher wird abgefangen.) Der Strom im Verbraucher, nun jedoch in umgekehrter Richtung, wird durch die einsetzende Regelung in kürzester Zeit auf geringste Abweichung vom Sollwert gebracht.The current flows in the consumer circuit due to the inductance of the consumer L even after switching off the excitation of the generator G a certain amount Time on. However, the polarity of the field effect of the generator G is reversed and with the highest possible If current is excited, then the current in the load circuit must decrease rapidly and its direction turning back. This in turn decreases the voltage applied to the polarized relay E. If the current in the load circuit has risen so far that the actual value is almost equal to the Is setpoint, relay E drops out again and closes contact e. In order to the relay D is energized and holds itself over dl. d2 and d3 return to theirs Return to the starting position and close the control loop again. c2 was already through the pick-up of the relay C closed again. The scheme can be practically instantaneous use, since the original operating point of the amplifier V through the storing Effect of the element K1 is still present and the amplifier is running out its proportional range is prevented. (The further increase in the current in the Consumer is intercepted.) The current in the consumer, but now in reverse Direction, is set to the slightest deviation in the shortest possible time due to the control system brought from setpoint.

Aus dem vorstehenden ist zu ersehen, daß bei der erfindungsgemäßen Anordnung ein schnelles Umpolen des in einer (vorwiegend induktiven) Last fließenden Stromes möglich ist und bei wiederholtem Umpolen die Kennlinie des Verbrauchers reproduzierbar durchfahren wird. - Als Beispiel sei angeführt, daß bei einer ausgeführten Anlage für einen Forschungsmagneten, der eine Eigenzeitkonstante (Abklingzeitkonstante des Magnetfeldes bei Kurzschluß) von 7,8 Sekunden besitzt, der Sollwert des durch den Magneten fließenden Stromes, bei Verwendung eines Gleichstromstabilisators nach der Erfindung, nach Auslösen des automatischen Umpolvorganges nach 1,9 Sekunden wieder erreicht wird.From the above it can be seen that in the inventive Arrangement a rapid polarity reversal of the flowing in a (predominantly inductive) load Current is possible and with repeated polarity reversal the characteristic curve of the consumer is reproducible. - As an example, let us cite that in one carried out System for a research magnet that has a proper time constant (decay time constant of the magnetic field in the event of a short circuit) of 7.8 seconds, the setpoint of the through current flowing to the magnet, when using a direct current stabilizer of the invention, after triggering the automatic polarity reversal process after 1.9 seconds is reached again.

Claims

Claim: Method for automatic current direction reversal according to Actuation of a control switch for a constant through a control amplifier Current-regulated direct current generator externally excited by a rectifier from an alternating current network, characterized by the following measures, which run automatically one after the other: a) disconnection of the control loop; b) Holding the set working point of the Variable gain amplifier through a capacitance; c) Switching off the excitation current source the AC side of the rectifier without disconnecting the DC exciter circuit; d) Reversing the polarity of the field winding after falling below a certain residual amount the excitation current; e) Excitation of the excitation winding with the highest permissible Excitation current; f) Measurement of the output current of the direct current generator and comparison the same with the set target value; g) Closing the control loop when it is reached of the setpoint set. Publications considered: German Patent Specifications No. 590 318, 894 735.