DE1613409A1 - Circuit arrangement for the excitation of direct current generators or motors - Google Patents

Circuit arrangement for the excitation of direct current generators or motors

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Dipl-Ing Klaus Boehm
Gerhard Rumold
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/06Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current
    • H02P7/18Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power
    • H02P7/34Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using Ward-Leonard arrangements

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

Schaltungsanordnung zur Erregung von Gleichstromgeneratoren bzw. -motoren Die Erfindung befaßt sich mit einer Schaltungaanordnung zur Erregung von Gleichatromgeneratorene insbeoandere zur kontinuierlichen Verändorung der von LeonarigGacy9toron, vermittela steuerbarar Gleichtiehtor aun den Pür geregelte Vierquadranten-Antriebe wiA häufig Ve Loanardschaltung angewandt. Soll dia Drohsehl einie in.dionor Schaltung ausgeführten über dessen verändert werden, so wird diese Anke.- annung von einem zugeordnetcn Leonardgenerator geliefert. Es Ist nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Spannung eines solchen Generators (Leonardgeneratora).zum Zwecke der Drehzahlbeainflussung des nachgeschal-. teten Gläichotrommotorn in einfacher Weise ändern zu können. Es ist bekannt, die Erregerepannung einen Generatorn für die Gleichetromversorgung von Verbrauchern einem Gleichetromnetz zu entnehmen und dabei die Erregerspannung durch regelbare Widerstände zu verändern. Es ist auch bekannt, zur Gleichstromversorgung der Erregerwicklung den Generators den benötigten Gleichstrom über Gleichrichter aus dem örtlichen Wechseletronnetz zu entnehmen, wobei wiederum zur.Veränderung den Erregergleichstroze regelbare Widerstände verwendet worden. Eine solche U«Bnahme ist mit dem Nachteil verbundeng daß an dem Ragelwideretand erhebliche Spannungeabfälle auftreten können und dabei ein nicht unerheblicher Leietungeverluist im Erregerkrein entsteht. Um diesem Mißstand zu begegnpn,»ist es üblich und bekannt# ohne Verwendung eines Regelwideretanden im Gleichstrozerregerkrein zu arbeiten und stattdessen steuerbare'Gleichrichter (Thyrintoren oder Transistoren) in den Erregerstromkrein einzufügeng welche - durch entsprechende Steuerung - dafür norgang, daß der Generator in geeigneter Weise nach Größe und Richtung erregt wird. Durch Steuerung der Halbleiterlemente int eine kontinuierliche Veränderung der Felderregung und damit eine entsprechende Regelung der Ausgangsspannung den Gleichatrongeneratorn möglich. Eine aufwandearze Schaltung zur Speisung der Brregerwicklung von Leonardieneratoren mit Thyrintoren aus dba Wochseletronnetz sollte mit einer möglichst kleinen Anzahl von Thyristoren auskommen. Die einfachste Thyristorschaltung ist die einpuleige Schaltungt wobei wegen der geforderten Stromrichtungsumkehr für dai3 Generatorfeld für jede Stromrich tung ein Thyristor vorhanden ist. Eine solche Schaltung aber hat zunachst den Nachteil, daß die in die Erregerwicklung gegebene magnetische Energie in jeder Netzperiode wieder abgebaut wird. Damit ist ein technisch sinnvoller Betrieb nicht möglich, weil -sich die Ausgangsspannung des Generatore zwischen der Remanenzspannung und einem bestimmten Maximalwert periodisch ändert. Es ist bekannt# diesem Mangel durch zwei Erregerwicklungen mit je einem parallel zur Wicklung geschalteten Freilaufventil (Diode) zu begegnen.Circuit arrangement for the excitation of DC generators or motors The invention is concerned with a circuit arrangement for the excitation of DC generators, in particular for the continuous change of the four-quadrant drives controlled by LeonarigGacy9toron, mediated by the Pür-regulated four-quadrant drives. If the Drohsehl is to be modified by means of a circuit carried out in the circuit, this indication is supplied by an assigned Leonard generator. It is now the object of the present invention to measure the voltage of such a generator (Leonardgeneratora) for the purpose of influencing the speed of the downstream. to be able to change killed Gläichotrommotorn in a simple manner. It is known to take the excitation voltage from a generator for the DC power supply to consumers from a DC network and to change the excitation voltage by means of controllable resistors. It is also known to take the required direct current from the local AC power supply via a rectifier for the direct current supply of the exciter winding to the generator, with controllable resistors again being used to change the exciter direct currents. Such an assumption is associated with the disadvantage that considerable voltage drops can occur at the Ragelwideretand and a not inconsiderable loss of power in the pathogen occurs. In order to counter this deficiency, "it is customary and known to work in the DC exciter circuit without using a control resistor and instead insert controllable rectifiers (thyrintors or transistors) into the exciter current circuit, which - through appropriate control - ensure that the generator works in a suitable manner is excited according to size and direction. By controlling the semiconductor elements int a continuous change of the field excitation and thus a corresponding regulation of the output voltage of the Gleichatrongeneratorsn possible. A low-cost circuit for feeding the exciter winding of Leonardieneratoren with thyrintors from dba Wochseletronnetz should get by with the smallest possible number of thyristors. The simplest thyristor circuit is the single-coil circuit, whereby a thyristor is available for each current direction because of the required reversal of the current direction for the generator field. However, such a circuit initially has the disadvantage that the magnetic energy given to the excitation winding is dissipated again in each network period. Technically sensible operation is therefore not possible because the output voltage of the generator changes periodically between the remanent voltage and a certain maximum value. It is known to counteract this deficiency by using two excitation windings, each with a free-wheeling valve (diode) connected in parallel to the winding.

Die»Erfindung geht einen anderen Weg.zur Lösung der gestellten Aufgaben, Die Erfindungsieht vor, dem Generator erfindungsgemäß zwei magnetisch miteinander gekoppelte Kldwieklungen zuzuordneng von denen die eine periodisch vom Speiseetrom erreg.tg die andere dagegen kurzgeschlossen ist. Bei der Schaltungsanordnung nach der Erfindung-wird die*vom Speisestrom erregbare Wicklung über steuerbare Gleichrichter in Antiparalielschaltung entweder nur während der positiven oder nur während der negativen Halbwelle bzw. während eines Teils der jeweiligen Halbwelle auferregt.The »invention goes a different way. To solve the tasks set, The invention provides the generator according to the invention two magnetically with each other Coupled Kldwieklungen assigned, one of which periodically from the feeder stream excitable the other is short-circuited. In the circuit arrangement according to According to the invention, the winding, which can be excited by the supply current, is via controllable rectifiers in anti-parallel connection either only during the positive or only during the negative half-wave or excited during part of the respective half-wave.

Die Erfindung sei nachatehend anhand einen Ausführungebeiapiels in schematischer Darstellung nI#her erläutert.The invention is subsequently based on an exemplary embodiment in schematic representation nI # explained here.

Die Pigur veranschaulicht den Gleichstromgenerator Gg welcher durch den Motor M angetrieben wird. Der Generator speist den Verbraucher V über seine Ausgangeklemmen 5 und 6. Die Ausgangsspannung sei UG« Der Generator G weist zwei magnetisch.miteinander gekoppelte Feldwicklungen Wl und W2 auf, von denen die Wicklung W2 kurzgeaohlossen ist.-Die Wicklung Wl wird aus dem örtlichen Wechseletromnetzg dessen Klemmen mit 1 und 2 bezeichnet sind, über steuerbare Halbleitergleichrichter (Thyristoren) Nl bzw.*»2 gleichstromversorgt. Die Steuerung der Halbleitergleichrichter Nl bzw. N2 erfolgt aus einer nicht näher Veranschaulichten und erfindungsunwesentlichen Steuerschaltung über die Klemmen 3 und 4. Die Steuerung arbeitet in üblicher Weise derart# daß entweder in jeder positiven Halbwelle des Speisewochealetromes der Gleichrichter NI oder während der jeweiligen negativen Halbperiode des Speinewechseletrome der Gleichrichter N2 durchlässig gesteuert wird. Hierbei kann die Steuervorrichtung so ausgebildet sein# daß die Durchsteuerung des entsprechenden Thyristorn Nl oder N2 jeweils nur während eines Teils einer solchen Halbwelle erfolgt.The Pigur illustrates the direct current generator Gg which is driven by the motor M. The generator feeds the consumer V via its output terminals 5 and 6. The output voltage is UG «The generator G has two magnetically coupled field windings Wl and W2, of which the winding W2 is short-circuited. The winding Wl is taken from the local alternating electricity network whose terminals are labeled 1 and 2, supplied with direct current via controllable semiconductor rectifiers (thyristors) Nl or * »2. The semiconductor rectifier Nl or N2 is controlled from a control circuit, which is not illustrated in detail and is not essential to the invention, via terminals 3 and 4. The control works in the usual way in such a way that either the rectifier NI in every positive half-wave of the feed week or during the respective negative half-cycle of the Speinewechseletrome the rectifier N2 is controlled permeable. The control device can be designed in such a way that the corresponding thyristor N1 or N2 is controlled only during part of such a half-wave.

Es sei zunächst angenommen, daß die Kurzschlußwicklung W2 nicht vorhanden ist und daß bei der positiven Halbwelle der an den Klemmen 19 2 anstehenden Speisewechselspannung UX der Thyristor Nl gezündet werde. Es fließt dann ein Strom i in der Feldwieklung Wl den Generators G. Mit den Nulldürchgangder speisenden Wechselapannung ül, und beim Übergang zurntgativen Halbwelle wäre eine Löschung des Thyrietors NI erwünscht. Das Ventil Nl bleibt aber gezündetg bis der Strom in der Erregerwicklung Wi wieder vollständig abgebaut und i zu Null wird-(Wechselrichterbetrieb). Ist dagegen die veranschaulichte Kurzschlugwicklung W2 yorhanden, so verhindert dieige eine raache Stromänderung und übernimmt in der negativen Spannungehalbwelle des Speiaewechseletromeseine Aufrechterhaltung der Felderregung und sorgt überdies dafür, daß das gesteuerte Ventil Nl praktisch schon zu Beginn der negativen Spannungehalbwelle erlöschen kann, Die Erregerdurchflutung i Wl kommutiert also von der Wicklung Wi auf die Wicklung W2. Durch diese.kurzgeschlossene Hilfswicklung wird überdies die 50 Hz-Oberwelligkeit des Erregerflussee in erwünschter Weise verringert. It is initially assumed that the short-circuit winding W2 is not present and that the thyristor Nl is triggered in the event of the positive half-wave of the AC supply voltage UX applied to the terminals 19 2. A current i then flows in the field voltage Wl of the generator G. With the zero throughput of the feeding alternating voltage ül, and with the transition to the negative half-wave, a deletion of the thyrietor NI would be desirable. The valve Nl, however, remains ignited until the current in the field winding Wi is completely reduced again and i becomes zero (inverter operation). If, on the other hand, the illustrated short-circuit winding W2 is present, it prevents a slight change in current and maintains the field excitation in the negative voltage half-wave of the supply alternating current and also ensures that the controlled valve Nl can be extinguished practically at the beginning of the negative voltage half-wave, the excitation flow i Wl commutates thus from the winding Wi to the winding W2. This short-circuited auxiliary winding also reduces the 50 Hz ripple of the exciter flux in the desired manner.

Soll eine Umpolung der Aungangsepannung U, am Verbraucher V durchgeführt werden# so ist es lediglich erforderlich, den Erregerstrom umzukehren. Dies kann dadurch geschehent daß anstelle des Thyristore Ni nunmehr der Thyrietor »2 immer jeweila während der negativen Halbwelle der Speisewechselepannung U,# angesteuert wird. Die Kommutierung des Erregerflussea von der Speiaewicklung Wl.If the polarity of the output voltage U is to be reversed at the consumer V, it is only necessary to reverse the excitation current. This can happen in that instead of the thyristor Ni, the thyristor »2 is always activated during the negative half-cycle of the alternating supply voltage U, #. The commutation of the excitation flux from the feed winding Wl.

auf die Kurzuchlußwicklung W2 vollzieht sich jeweila in entsprechender Weise.on the short-circuit winding W2 takes place in a corresponding manner Way.

Die veranschaulichte Antiparallelschaltung der steuerbaren Gleichrichter (Thyristoren Nl und N2) Ist bejondern unempfindlich gegen Störungen. Obwohl der Strom i bei Halbwellenwecheel ungekehrt wird, treten keine Störungen durch WecUselrIchterbetriebe Kreisstron o. dgl. auf, Der Drahtquerschnitt und d-io Windmiezähl der Poldhilfswicklung WZ richten sicb nach der für die Glättung des Erregerflussee geforderten Glättungezeitkonntanten. Die Kurzschlußwicklung W2 kann sämtliche Ständerpole der Maschine um- fassen. Vorteilhaft ist es aber, jede Wicklung um einen Pol geaondert kurzzuschließen. Es ist möglichp den Spulenkörper für die Erregerwicklung W2 aus leitendem Material herzustelleng um auf diene Weise eine Kurzechlußwindung einfach verwirklichen zu können.The illustrated anti-parallel connection of the controllable rectifiers (thyristors Nl and N2) is insensitive to interference. Although the current I is inversely with Halbwellenwecheel, no interference occurs by WecUselrIchterbetriebe Kreisstron o. The like. On, the wire cross-section and d-io Windmiezähl the Poldhilfswicklung WZ directed SiCB on the required for the smoothing of the Erregerflussee Glättungezeitkonntanten. The short-circuit winding W2 can hold all stator poles of the machine environmentally. However, it is advantageous to short-circuit each winding separately around one pole. It is possible to manufacture the coil body for the excitation winding W2 from conductive material in order to be able to easily implement a short-circuit winding in this way.

Claims (2)

Patentansprüche Schaltungsanordnung zur Erregung von Gleichstrommaschinen, insbesondere zur kontinuierlichen Veränderung der Felderregung von Leonardgeneratoreng vermittels &teuerbarer Gleichrlchtetr aus dem Wächselstromnetz# dadurch gekennzeichnetg daß dem Generator (G) zwei magnetisch miteinander gekoppelte Feldwicklungen (W1, W2) zugeordnet sindg von denen die eine periodisch vom Speisestrom erregt, die andere (W-2) dagegen ku rz-_ geschlossen ist. Circuit arrangement for the excitation of direct current machines, in particular for the continuous change of the field excitation of Leonard generators by means of expensive rectifiers from the alternating current network # characterized in that the generator (G) is assigned two magnetically coupled field windings (W1, W2), one of which is periodically excited by the supply current while the other (W-2) is closed for a short time. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Speisestrom erregbare Wicklung (W1) über steuerbare Gleic hrichter (Nlt N2) entweder nur während der positiven oder nur während der negativen Halbwelle bzw. eines Teiles-der je- weiligen Halbwelle auferragt wird. 34 Schalttungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußwicklung (W2)-für jeden Ständerpol der Gleichstrommaschine getrennt aus geführt ist. 2. A circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the excitable the supply current winding (W1) via controllable Alike hrichter (Nlt N2) either only during the positive or only during the negative half-wave or a part-of JE weiligen half-wave is auferragt . 34 Circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that the short-circuit winding (W2) is carried out separately for each stator pole of the DC machine.
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