DE261044C

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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

- JVl 261044 KLASSE 2\d. GRUPPE- JVl 261044 CLASS 2 \ d. GROUP

Patentiert im Deutschen Reiche vom 13. September 1912 ab.Patented in the German Empire on September 13, 1912.

Es ist bekannt, daß sich bei Nutzbremsung von Wechselstrom-Kommutatormaschinen mit Reihenschlußcharakter über den Nutzstrom, welcher die Frequenz des Netzes hat, ein zweiter Strom anderer Frequenz (gegebenenfalls von der Frequenz o) lagert. Die Energie dieses zweiten übergelagerten Stromes wird nun zwar auch dem Netz zugeführt, aber sie wird wegen der Verschiedenheit der FrequenzIt is known that when regenerative braking of AC commutator machines with Series connection character over the useful current, which has the frequency of the network Second stream of another frequency (possibly of frequency o) is stored. The energy this second superimposed stream is now also fed into the grid, but it is is because of the difference in frequency

ίο nicht als Nutzleistung gewonnen, sondern lediglich in Wärme umgesetzt, außerdem aber ist der übergelagerte Strom, welcher ganz erhebliche Größe annehmen kann, auch die Ursache von hoher Erwärmung und Bürstenfeuer der Wechselstrommaschine selbst und stellt dadurch die Möglichkeit der Nutzbremsung überhaupt in Frage.ίο not gained as a useful service, but only converted into heat, but also the superimposed electricity, which is very considerable The alternating current machine itself and thereby represents the cause of high heating and brush fire the possibility of regenerative braking at all into question.

Es ist nun Gegenstand vorliegender Erfindung ein Verfahren zur Verhütung der schädliehen Selbsterregung bei Nutzbremsung von Wechselstrom-Kommutatormaschinen mit Reihenschiußcharakter, wobei von der praktisch zutreffenden Voraussetzung ausgegangen wird, daß bei den in Betracht kommenden Fällen die Frequenz der Selbsterregungsströme gegenüber der Netzfrequenz relativ klein ist. Beim Einphasen-Reihenschlußmotor ist diese Frequenz = 0, also der Selbsterregungsstrom Gleichstrom; bei Mehrphasen-Serienmotoren, Repulsionsmotoren, doppelt gespeisten Motoren usw. beträgt die Frequenz des Selbsterregungsstromes im allgemeinen nur wenige Perioden pro Sekunde. Die Verhütung der Selbsterregung wird durch die Einführung einer Gegen-E. M. K. oder einer Gegenerregung von der Frequenz des Selbsterregerstromes _t erreicht. Die in den Stromkreis der Maschine eingeführte Gegen-E. M. K. soll annähernd die Größe der Selbsterregerspannung haben, ihr aber entgegengerichtet sein.The subject matter of the present invention is a method for preventing harmful self-excitation during regenerative braking of AC commutator machines with series connection character, assuming the practically applicable prerequisite that in the cases under consideration the frequency of the self-excitation currents is relatively small compared to the mains frequency. In the case of a single-phase series motor, this frequency is = 0, i.e. the self-exciting current is direct current; In the case of multiphase series motors, repulsion motors, double-fed motors, etc., the frequency of the self-excitation current is generally only a few periods per second. The prevention of self-excitation is achieved by introducing a counter-EMF or a counter-excitation at the frequency of the self-exciting current _t . The back-EMF introduced into the machine's circuit should be approximately the same size as the self-excitation voltage, but should be in the opposite direction.

In Fig. ι a bedeutet 5 eine Einphasen-Serienmaschine, bestehend aus den in Reihe geschalteten Wicklungen, nämlich der Kompensationswicklung C, dem Anker A und der Feldwicklung H. E ist eine Erregermaschine, die zur Erregung der Gegenspannungsmaschine G dient. Die Erregerwicklung von E wird von dem Hauptstrom der Maschine S gespeist, welcher sich aus der Überlagerung des Nutzstromes, von der Netzfrequenz, und des selbsterregten Gleichstromes als Wellenstrom ergibt. Die Spannung der Maschine E, welche ebenso wie G mechanisch angetrieben werden muß, ist demnach auch eine Wellenspannung, aber der von E gelieferte Erregerstrom ist hauptsächlich ein Gleichstrom, da die hohe Selbstinduktion L dieses Kreises den Wechselstrom unterdrückt. Die Maschine G wird demnach von Gleichstrom erregt, und ihre Spannung ist daher eine Gleichstromspannung. Ist diese Spannung größengleich mit der Selbsterregerspannung, aber ihr entgegenwirkend, dannIn Fig. 1 a, 5 denotes a single-phase series machine, consisting of the series-connected windings, namely the compensation winding C, the armature A and the field winding H. The excitation winding of E is fed by the main current of the machine S, which results from the superposition of the useful current, the mains frequency, and the self-excited direct current as a wave current. The voltage of the machine E, which like G must be driven mechanically, is therefore also a shaft voltage, but the excitation current supplied by E is mainly a direct current, since the high self-induction L of this circuit suppresses the alternating current. The machine G is therefore excited by direct current, and its voltage is therefore a direct current voltage. If this voltage is the same size as the self-excitation voltage, but counteracting it, then

kann ein erheblicher Gleichstrom nicht zustande kommen. Der Selbsterregerstrom ist also durch diese Einfügung - einer Gegenspannung unterdrückt.a significant direct current cannot be generated. The self-exciting current is thus through this insertion - a counter-tension is suppressed.

In Fig. ib ist eine analoge Anordnung bei einem Repulsionsmotor R dargestellt. Die Bedeutung der Wicklungen geht aus der Figur hervor. Der übergelagerte Selbsterregungsstrom ist hier ein Wechselstrom geringer Fre- quenz. Die Spannung der Erregermaschine E ist eine aus zwei Spannungen verschiedener Frequenz zusammengesetzte Spannung, aber der von E gelieferte Erregerstrom zeigt vorwiegend den zeitlichen Verlauf eines Stromes der geringen Frequenz, da die hohe Selbstinduktion L dieses Kreises den Wechselstrom der relativ hohen Netzfrequenz unterdrückt. Die Spannung der Maschine G hat demnach auch im wesentlichen die niedere Frequenz der Selbsterregerspannung. Ist sie dieser an Größe gleich und wirkt sie ihr entgegen (was durch richtige Schaltung erreicht werden kann), dann kann auch hier ein erheblicher Selbsterregerstrom nicht zustande kommen.In Fig. Ib an analogous arrangement in a repulsion motor R is shown. The meaning of the windings can be seen from the figure. The superimposed self-excitation current is here an alternating current of low frequency. The voltage of the excitation machine E is a voltage composed of two voltages of different frequencies, but the excitation current supplied by E mainly shows the time course of a current of the low frequency, since the high self-induction L of this circuit suppresses the alternating current of the relatively high mains frequency. The voltage of the machine G therefore also has essentially the lower frequency of the self-exciting voltage. If it is the same in size and counteracts it (which can be achieved by correct switching), then here too a considerable self-excitation current cannot arise.

Eine besondere Erregermaschine E läßt sich vermeiden, wenn man gemäß Fig. 2 a bzw. 2 b die Hauptmaschine S bzw. R selbst als Erregermaschine für G benutzt, denn die Spannung der Hauptmaschine hat im wesentlichen denselben Charakter wie der Hauptstrom, da sie ihn erzeugt. Sie ist eine Wellenspannung im Falle des Reihenschlußmotors und eine aus zwei Wechselstromspannungen verschiedener Frequenz zusammengesetzte Spannung im Falle des Repulsionsmotor.A special excitation machine E can be avoided if the main machine S or R itself is used as an excitation machine for G as shown in FIGS . It is a wave voltage in the case of the series motor and a voltage composed of two alternating current voltages of different frequencies in the case of the repulsion motor.

Eine weitere Vereinfachung ergibt sich, wenn man die Gegenspannung nicht in einer besonderen Maschine G, sondern in der Hauptmaschine selbst erzeugt. Dieser Fall ist in den Fig. 3 a und 3b dargestellt. Die Hauptmaschinen werden hierbei nicht nur vom Hauptstrom erregt, sondern es ist auch eine Nebenschlußerregerwicklung vorgesehen, wobei in den Nebenschlußerregerkreis eine hohe Selbstinduktion L und gegebenenfalls ein Regulierwiderstand Ri, eingeschaltet ist. Die Spannung hoher Frequenz kann wegen der Drosselspule L keinen nennenswerten Erregerstrom in der Nebenschluß wicklung erzeugen, so daß das Nutzfeld durch die Nebenschlußwicklung unbeeinflußt bleibt. Die Selbsterregerspannung niederer Frequenz dagegen erregt die Nebenschluß wicklung erheblich, und zwar in dem Sinne, daß die Erregung der Wicklung N der Erregung der Wicklung H entgegenwirkt. Darin gleicht diese Maschine einer Gleichstrom-Kompoundmaschine, die in derjenigen Drehrichtung angetrieben wird, bei welcher durch die Nebenschlußwicklung die Maschine aberregt und das Hauptstromfeld zum Verschwinden gebracht wird.A further simplification results if the counter-voltage is not generated in a special machine G, but in the main machine itself. This case is shown in FIGS. 3a and 3b. The main machines are not only excited by the main current, but a shunt exciter winding is also provided, with a high self-induction L and possibly a regulating resistor Ri being switched on in the shunt exciter circuit. The high frequency voltage can not generate any significant excitation current in the shunt winding because of the choke coil L , so that the useful field remains unaffected by the shunt winding. The self-exciting voltage of lower frequency, however, excites the shunt winding considerably, in the sense that the excitation of the winding N counteracts the excitation of the H winding. In this respect, this machine resembles a direct current compounding machine, which is driven in the direction of rotation in which the machine is de-energized by the shunt winding and the main current field is made to disappear.

Schließlich kann man auch die besondere Nebenschlußwicklung, Drosselspule und Widerstand vermeiden, wenn man die Nebenschlußwicklung mit der Hauptstromwicklung vereinigt bzw. wenn man eine Hauptstromwicklung benutzt, welche nach Art einer Nebenschlußwicklung angeschlossen ist. Dieser Fall ist für den Reihenschlußmotor und den Repulsionsmotor durch die Fig. 4 a und 4 b erläutert. Finally, you can also use the special shunt winding, inductor and resistor avoid when uniting the shunt winding with the main current winding or if you use a main current winding, which is like a shunt winding connected. This case is for the series motor and the repulsion motor explained by FIGS. 4 a and 4 b.

In Fig. 4 a liegt die Hauptstromwicklung H parallel zum Anker an den Bürsten der Maschine. Der Hauptstromcharakter dieser Wicklung H ist dadurch gewahrt, daß die Wicklung C eine kleinere effektive Windungszahl erhält, als zur Kompensation des Ankerfeldes notwendig ist. Da sich jedoch die Amperewindungen in C und A das Gleichgewicht halten müssen, ist der Strom J₁ in C größer als der Strom J₂ in A. Wegen der Reihenschaltung von C und A muß nun die Differenz J₁-J₂ durch H fließen. Diese Differenz J₁-Ji ist aber proportional den Strömen J₁ bzw. J₂, und so ist auch das Feld der Wicklung H dem Hauptstrom proportional. Die Gleichheit der Amperewindungen von C und A gilt aber nur für den Nutzstrom der relativ hohen Netzfrequenz, denn die enge Transformatorverkettung der beiden Wicklungen ist dabei Voraussetzung. Für Gleichstrom oder für einen Strom geringer Frequenz ist diese Bedingung nicht vorhanden, und die Wicklung H hat für Ströme geringer Frequenz vorwiegend den Charakter einer Nebenschlußwicklung, und zwar einer solchen, die bei der Generatordrehrichtung der Maschine aberregend wirkt. Das Zustandekommen einer Selbsterregung geringer Frequenz ist also bei einer derartigen Anordnung unmöglich und nur der Nutzstrom kann sich ausbilden.In Fig. 4 a, the main current winding H is parallel to the armature on the brushes of the machine. The main current character of this winding H is preserved in that the winding C has a smaller effective number of turns than is necessary to compensate for the armature field. However, since the ampere turns in C and A have to keep equilibrium, the current J ₁ in C is greater than the current J ₂ in A. Because of the series connection of C and A , the difference J ₁ -J ₂ must now flow through H. This difference J ₁ -Ji is proportional to the currents J ₁ and J ₂ , and so the field of the winding H is also proportional to the main current. The equality of the ampere turns of C and A only applies to the useful current of the relatively high mains frequency, because the close transformer linkage of the two windings is a prerequisite. This condition does not exist for direct current or for a current of low frequency, and the winding H has predominantly the character of a shunt winding for currents of low frequency, namely one which has a de-energizing effect in the direction of the generator's rotation. The occurrence of self-excitation at a low frequency is therefore impossible with such an arrangement and only the useful current can develop.

Die Übertragung dieser Schaltung auf Repulsionsmotoren ist möglich und in Fig. 4 b durchgeführt. Hier bedeutet s einen Serientransformator, durch den in den Ankerkreis ein größerer Strom übertragen wird, als der Ankerdrahtzahl zur Herstellung des Gleichgewichtes der Amperewindungen von C und A entsprechen würde. Der Anker nimmt aber nur den zur Neutralisation von C erforderliehen Strom auf, und der Rest durchfließt die Wicklung H, welche demnach wieder ein dem Hauptstrom proportionales Feld erzeugt. Die Selbsterregerströme niedriger Frequenz durchfließen dagegen die Wicklung H in einem derartigen Sinne, daß dadurch die Selbsterregung geschwächt wird. Diese Wicklung H wirkt also für Ströme geringer Frequenz wie in den vorerwähnten Fällen aberregend. Ist das Übersetzungsverhältnis U des Serientransformators s=i, dann müßte die effektive Windungszahl von C wieder kleiner als die von A sein,The transfer of this circuit to repulsion motors is possible and carried out in Fig. 4b. Here s means a series transformer, through which a larger current is transmitted into the armature circuit than the number of armature wires would correspond to to establish the equilibrium of the ampere-turns of C and A. However, the armature only absorbs the current required to neutralize C , and the rest flows through the winding H, which again generates a field proportional to the main current. In contrast, the low-frequency self-excitation currents flow through the winding H in such a way that the self-excitation is weakened as a result. This winding H thus has an aberrating effect for currents of low frequency, as in the aforementioned cases. If the transformation ratio U of the series transformer is s = i, then the effective number of turns of C should again be smaller than that of A ,

Es ist auch möglich, die Feldwicklung H parallel zur Kompensationswicklung anzuschließen, wobei ebenfalls die effektive Windungszahl der Kompensationswicklung kleiner sein muß als die der Ankerwicklung. Dies wird für den Serienmotor durch Fig. 5 a, für den Repulsionsmotor durch Fig. 5 b erläutert. Der Stromverlauf für den Wechselstrom hoher Frequenz ist durch Pfeile angedeutet; für Wechselstrom niederer Frequenz bzw. für Gleichstrom ist die Stromrichtung in Wicklung H umgekehrt. Es wird sich in diesem Falle empfehlen, der Wicklung C eventuell durch Hinzufügen eines äußeren Ohmschen Widerstandes mehr Widerstand zu geben als der Wicklung H, damit sich z. B. im Falle eines Selbsterregergleichstromes ein genügend starker Aberregungsstrom ausbilden kann.It is also possible to connect the field winding H in parallel to the compensation winding, the effective number of turns of the compensation winding also having to be smaller than that of the armature winding. This is explained for the series engine by FIG. 5 a, for the repulsion engine by FIG. 5 b. The current curve for the high frequency alternating current is indicated by arrows; for alternating current of lower frequency or for direct current, the direction of the current in winding H is reversed. In this case, it is advisable to give the winding C more resistance than the winding H, possibly by adding an external ohmic resistance, so that e.g. B. in the case of a self-exciting direct current can form a sufficiently strong de-excitation current.

Die Erfindung ist nicht auf die angeführten Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Einführung einer Gegen-E. M. K. oder eines Gegenfeldes von der Frequenz der Selbst erregerströme ist sowohl bei Einphasen- wie auch bei Mehrphasen-Reihenschlußkollektormotoren möglich. Die sinngemäße Übertragung auf eine Zweiphasen-Serienmaschine ist in Fig. 6 dargestellt. Es kann auch beim Motorbetrieb eine andere Schaltung gewählt werden und nur beim Übergang zur Nutzbremsung auf eine Schaltung gemäß vorliegender Erfindung übergegangen werden. Es sind auch noch andere Kombinationen der dargestellten Maschinen möglich, z. B. könnte in Fig. 1 a und ib die Maschine G fortfallen, wenn die Erregerwicklung H₃ auf der Maschine S bzw. R selbst untergebracht wird. Zur Einstellung der Größe und Phase der Gegenspannung bzw. Gegenerregung können auch regelbare Ohmsehe und induktive Widerstände Verwendung finden.The invention is not restricted to the exemplary embodiments cited. The introduction of a back EMF or an opposing field at the frequency of the self-exciter currents is possible with single-phase as well as multi-phase series collector motors. The analogous transfer to a two-phase series machine is shown in FIG. 6. A different circuit can also be selected for motor operation and a changeover to a circuit according to the present invention can only be made when changing over to regenerative braking. Other combinations of the machines shown are also possible, e.g. B. the machine G could be omitted in Fig. 1 a and ib if the excitation winding H ₃ is housed on the machine S or R itself. Controllable ohmic and inductive resistances can also be used to adjust the size and phase of the counter voltage or counter excitation.

Bei den angegebenen Schaltungen können außerdem in Reihe mit dem Rotor Ohmsche Widerstände eingeschaltet werden, wie sie beispielsweise in Fig. 6 durch R₁ und R₂ dargestellt sind.In the specified circuits, ohmic resistances can also be switched on in series with the rotor, as shown for example in FIG. 6 by R ₁ and R ₂ .

Claims

Patent Claims:

1. Procedure to prevent harmful self-excitation during regenerative braking of single or multi-phase alternating current collector machines with series connection character, characterized in that a counter voltage or counter excitation inside or outside the machine of the frequency of the self-exciting currents is introduced so that the counter voltage the self-excitation voltage, the counter-excitation counteracts the self-excitation field.

2. The method according to claim 1, characterized in that the counter voltage or counter-excitation from the frequency of the self-exciting currents by the machine current or is generated by the machine voltage itself, the influence of the current or the voltage of the high Frequency versus lower frequency current or voltage through use inductive resistances or inductive concatenation is practically made to disappear.

3. The method according to claim 1 · and 2, characterized in that the counter voltage is generated by the frequency of the self-excitation currents in a special machine (G) which is connected in series with the main machine and whose excitation via a high self-induction (L) of an excitation machine (E) is supplied, the excitation of the excitation machine being carried out by the current of the main machine.

4. The method according to claim 1, 2 and 3, characterized in that the exciter machine for the special machine for generating the counter voltage from the frequency of the self-exciting currents, the main machine himself serves.

5. The method according to claim 1, 2, 3 and 4, characterized in that the main machine is also used as the machine for generating the counter voltage, and for this purpose receives a shunt winding (N) in addition to the winding (H) excited by the main current, which is connected via a high self-induction (L) , so that it can only be excited by the self-excitation current of lower frequency, in the sense that its excitation ampere turns counteract the self-excitation.

6. The method according to claim 1 to 5 ,. characterized in that the main current excitation winding is combined with the shunt excitation winding by connecting the winding (H) parallel to the armature or to the compensation winding, whereby at the same time the effective number of turns of the compensation winding should be smaller than that of the armature, for the purpose of no winding ( H) to give the character of a main current excitation winding for the currents of high frequency and the character of an (de-energizing) shunt winding for the currents of lower frequency.

7. The method according to claim 1 to 6 in repulsion motors, characterized in that the armature current (J ^ with the compensation _{current (J 1} ) via a series transformer (s) is concatenated, being i2q based on the gear ratio ü - 1 of this transformer , the effective win-

number of compensation of the compensation winding klei- j braking in a circuit according to vorner should be than that of the anchor. j lying invention is switched.

Method according to Claims ι to 7, characterized in that the machine when operating as a motor in any

9. The method according to claim 1 to 8, characterized in that for adjustment , the size and phase of the counter voltage

known motor circuit runs and only j or counter excitation controllable ohmic and be used for operation as a generator or for useful j inductive resistors.

1 sheet of drawings.