DE373135C

DE373135C - Lossless and continuous speed control for multi-motor direct current drives, especially for rail vehicles

Info

Publication number: DE373135C
Application number: DEA36500D
Authority: DE
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1921-10-27
Filing date: 1921-10-27
Publication date: 1923-04-07

Description

Verlustlose und stetige Geschwindigkeitsregelung für mehrmotorige Gleichstromantriebe, besonders für Eisenbahnfahrzeuge. Irre elektrischen Bahnbetrieb, besteht das Bedürfnis, die Zugkraft der Triebfahrzeuge in weiten. Grenzen der Geschwindigkeit zu ändern. Dies wird: zufolge der bekannten Eigenschaften der Elektromotoren durch; die Änderung der Klemmenspannung erzielt. Während man nun bei Wechselstrom im Transformator ein Mittel besitzt, die7 Motorspannung -stufenweise zu ändern, läßt Sich die wirtschaftliche Geschwindigkeitsregelung bei Gleichstrom nicht in so einfacher Weise durchführen. Die bekannteste Art derselben besteht darin, daß die Gesamtleistung auf mehrere Motoreinheiten, etwa 2 bis 12, unterteilt wird, wobei dann die Motoren in Reihe, gruppenweise in Reihe und schließlich nebeneinander geschaltet werden, wodurch sich die auf jeden Motor entfallende Spannung ändern läßt. Die Regelung der Geschwindigkeit kann bei diesem Verfahren wegen der beschränkten Zahl; der anwendbaren übergangssüufen nur sprungweise erfolgen, .wodurch entsprechend der ,Schwankung der Stromstärken bzw. der Zugkraft das Reibungsgewicht nicht voll; ausgenutzt werden kann. Abgesehen von der ungünstigen Baustoffwirtschaft durch die notwendige Aufteilung der Leistung auf viele kleine Einheiten haftet diesem Verfahren auch der Übelstand an, dafl im Moment des Anfahrens aus dem- Stillstande sich die in Reihe geschalteten Motoren insofern in einem unstagb-ilen Gleichgewichtszustande befinden, als die gewollte gleichmäßige Spannungsaufteilung auf alle vorhandenen Motoren b@zw. Kollektoren sofort gestört wird, wenn auch nur eine Achse ins -Sohleud'ern gerät. Der mit der durchgegangenen Achse verbundene Motor nimmt einen beträchtlichen Teil der Linienspannung auf und verhindert das zur Entwicktung der nötigen Zugkraft erforderliche Anwachsen des Stromes.Lossless and continuous speed control for multi-engine DC drives, especially for railway vehicles. Crazy electric train operation, there is a need to extend the tractive effort of the traction vehicles. Speed limits to change. This will: according to the known properties of electric motors by; the change in terminal voltage achieved. While you are now with alternating current in the transformer has a means of changing the motor voltage in stages, the economical one can be Speed control with direct current is not so easy to perform. The best-known type of the same is that the overall performance is divided into several Motor units, roughly 2 to 12, are subdivided, with the motors then in series, can be switched in groups in series and finally next to one another, which results in the voltage applied to each motor can be changed. The regulation of the speed can use this procedure because of the limited number; of the applicable transitional levels only take place in leaps and bounds, which means that the fluctuations in the currents or the tensile force does not fully reach the friction weight; can be exploited. Apart from that from the unfavorable building materials economy through the necessary division of the service Many small units also suffer from the disadvantage that im At the moment of starting from standstill, the motors connected in series come to a standstill in so far as are in an unstagbile state of equilibrium as the wanted one even voltage distribution on all existing motors b @ zw. Collectors is immediately disturbed if only one axis gets into the sole oar. The one with the The motor connected to the runaway axis takes up a considerable part of the line voltage and prevents the growth required to develop the necessary tensile force of the stream.

Als ein weiteres Mittel hat man die Leonardschaltung vorgeschlagen, welche eine kontinuierliche Regelung der Geschwindigkeit gestattet. Diese Schaltung hat jedoch den Nachteil, d'aß der hierbei zur Anwendung konmnende Umformer für die Gesamtleistung der Motoren bemessen sein muß und neben einer großen Gewichtsvermehrung des Triebfahrzeuges auch eine erhebliche Verteuerung desselben verursacht, Man hat deshalb die unter dem Namen Zu- und Gegenschaltung bekannte Anordnung ausgeführt, bei welcher nur die halbe Leistung der Motoren umzuformen ist. Diese Schaltung ist wieder mit dem großen Nachteil behaftet, daß die Linienspannung nur halb so groß als die Gesamtspannung an den Motoren gewählt werden darf.The Leonard circuit has been proposed as a further means, which is a continuous regulation of the speed allowed. However, this circuit has the disadvantage that the one that can be used here Converter must be sized for the total output of the motors and in addition to a large one The increase in weight of the motor vehicle also makes it considerably more expensive This is why one has what is known as the connection and disconnection Executed arrangement in which only half the power of the motors to be converted is. This circuit again has the great disadvantage that the line voltage only half as large as the total voltage at the motors may be selected.

Nach der Erfindung wird eine weitere Einschränkung der Umformerleistung unter möglichster Vermeidung der genannten Übelstände dadurch erzielt, daß von den. bekannten Schaltmethoden in einer bestimmten Reihenfolge während des Anfahrens und der Geschwindigkeitsregelung Gebrauch, gemacht wird, und zwar wird in den ersten Anfahrstufen der elektrische Strom den Motoren nach dem Leonardsy stem durch einen Umformer zugeführt, während bei den höheren Geschwindigkeitsstufen eine Zu- und Gegenschaltung mit demselben Umformer stattfindet. Die Anwendung der Leonardischaltung beim Anfahren und bei kleinen Geschwindigkeiten hat zur Folge, daß der durch Zu- und Gegenschaltung zu überwindende Spannungsbereich eingeschränkt wird. Schon dies ermöglicht, die Leistung des Umformers gegenüber der reinen Zu- und GegenschaItung herabzusetzen, wobei auch der Höchstwert der an den Motoren auftretenden Gesamtspannung sich über die Linienspannung weniger erhebt. Gemäß der Erfindung findet außerdem eine mäßige Unterteilung der Leistung auf mehrere Motoren statt; diese wird dazu benutzt, um die Motoren beim Anfahren parallel, später in Reihe bz-,v. gruppenweise in Reihe und bei den höchsten Geschwindigkeiten wieder parallel zu schalten, wodurch eine weitere Verkleinerung der Urnnformerleisturig möglich und die Rückwirkung des Schleuderns einzelner Achsen auf die übrigen beim, Anfahren vermieden wird.According to the invention, there is a further limitation of the converter performance with the greatest possible avoidance of the abuses mentioned achieved that of the. known switching methods in a certain order during start-up and cruise control is made use of, in the first Start-up stages the electric current to the motors according to the Leonardsy system through a Converter fed, while at the higher speed levels a feed and Counter-switching takes place with the same converter. The application of the Leonard circuit when starting up and at low speeds has the consequence that the voltage range to be overcome is restricted. Already this enables the performance of the converter compared to the pure connection and counter connection reduce, including the maximum value of the total voltage occurring on the motors rises less above the line tension. According to the invention also takes place a moderate subdivision of the power to several engines takes place; this becomes used to run the motors in parallel when starting, later in series bz-, v. in groups in series and again in parallel at the highest speeds, whereby a further downsizing of the reformers is possible and the retroactive effect of the Skidding of individual axes on the others when starting is avoided.

Der primäre, am Netz liegende Teil des Umformers ist beispielsweise eine normale NebenschluOmaschine, deren Erregung bei mäßiger Spannung von der Linie, bei Hochspannung auch von einem Sammler geliefert werden kann. Der Sekundärteil des Umformers besitzt wie bekannt Fremderregung, so daß dessen Spannung von Null bis zum vollen Werte beliebig gewählt werden kann. Man kann. auch die Sekundärseite auf mehrere, insbesondere auf zwei gleich große Maschinen oder zwei besondere Ankerwicklungen einer Maschine verteilen. Durch diese Maßnahmen läßt sich die Leistung des Umformers auf einen Bruchteil der Gesamtleistung der Triebmotoren vermindern, was einen wesentlichen Vorteil: der Anordnung darstellt; denn abgesehen voim der Gewichtsverminderung und den Beschaffungskosten werden bei einem verhältnismäßig nur kleinen Umformer dessen Leerlaufverluste für die Wirtschaftlichkeit ohne Bedeutung sein.The primary part of the converter that is connected to the network is for example a normal shunt machine, the excitation of which with moderate tension from the line, can also be supplied by a collector at high voltage. The abutment As is known, the converter has external excitation, so that its voltage is zero can be chosen arbitrarily up to the full value. One can. also the secondary side on several, in particular on two machines of the same size or two special armature windings a machine. These measures can improve the performance of the converter to a fraction of the total power of the traction engines, which is an essential Advantage: the arrangement represents; because apart from the weight reduction and the procurement costs are only a relatively small converter No-load losses are irrelevant for profitability.

Das Wesen der neuen Schaltung sei an Hand der Zeichnung erläutert, welche in den Abb. i bis ä die verschiedenen, Schaltstufen einer beispielsweisen Ausführung der Schaltung darstellt.The essence of the new circuit is explained using the drawing, which in Figs. i to ä show the various switching stages of an example Representing execution of the circuit.

Das Fahrzeug sei beispielsweise mit vier Triebnmaschinen ausgerüstet. Zu Beginn der Fahrt sind die vier Motoren Ml bis M4 nach Abb. i parallel geschaltet und werden ausschließlich von der Sekundärseite des Umformers gespeist, die entweder in zwei Maschinen oder zwei auf einem gemeinsamen Anker sitzende Wicklungen Z, und Z. geteilt ist. Die Maxiinal.spannung der Umformersekundärseite ist bei vier Motoren zweckmäßig aus später ersichtlichen Gründen. dem sechsten Teil der Linienspannung gleich. Da die Motoren bei dieser Anordnung sämtlich parallel geschaltet sind, wird das Reibungsgewicht bei sämtlichen Triebachsen vollständig ausgenutzt.The vehicle is for example equipped with four engines. At the beginning of the journey, the four motors M1 to M4 are connected in parallel as shown in Fig. I and are fed exclusively from the secondary side of the converter, either in two machines or two windings Z and Z. is divided. The maximum voltage of the converter secondary is with four motors expedient for reasons that will become apparent later. the sixth part of the line tension same. Since the motors are all connected in parallel in this arrangement, is the frictional weight is fully utilized in all drive axles.

Die Motoren werden derart angelassen, daß in dieser ersten Schaltstel:llung des Fahrschalters die Sekundärspannung des Umformers von Null beginnend bis zu der Maximalspannung gesteigert wird. Hierbei wird die Geschwindigkeit des Fahrzeuges auf ein Sechstel seiner Normalgeschwindigkeit gesteigert. In der nächsten Übergangsstellung des Fahrschalters, die ini Abb. 2 dargestellt ist, sind die vier Motoren und die beiden Maschinenhälften Z, und ZZ derart in Reihe an: das Netz gelegt, daß die von dem Umformersatz erzeugte Spannung der Netzspannung entgegenwirkt. Bei der Umschaltung wird die Erregung der Maschinenhälften Z, und Z2 nicht geändert, so daß dieselben zweimal' ein Sechstel der Linien§pannun.g verzehren und für die Motoren zwei Drittel der Linienspannung verbleibt. Auf einen Motor entfällt der vierte Teil von zwei Drittel d. i. ein Sechster der Linienspannung, also derselbe Betrag, der auch in der Schaltung nach Ab -b. i bei vollständiger Erregung des Umformers auf jeden einzelnen Motor entfällt. Beim Übergang von der einen Schaltung auf die zweite findet daher kein Stromstoß statt.The engines are started in such a way that in this first switching position of the drive switch the secondary voltage of the converter starting from zero up to the Maximum voltage is increased. This is the speed of the vehicle increased to a sixth of its normal speed. In the next transition position of the drive switch, which is shown in Fig. 2, are the four motors and the two machine halves Z, and ZZ in series in such a way: the network is laid so that the of The voltage generated by the transformer replacement counteracts the mains voltage. When switching the excitation of the machine halves Z, and Z2 is not changed, so that the same Consume one sixth of the line voltage twice and two thirds for the motors the line tension remains. One engine accounts for the fourth part of two Third d. i. a sixth of the line tension, i.e. the same amount that is also in the circuit according to fig. i with complete excitation of the converter on each individual No motor. The transition from one circuit to the second therefore takes place no power surge takes place.

Zur -weiteren Geschwindigkeitssteigerung wird nun die Gegenspannung des Umformers durch Änderung der Erregung zunächst auf Null gebracht, dann wird- der Umformer nach Umschaltung der Feldwicklüngen wieder voll erregt, so daß er eine der Netzspannung O'eichgerichtete zusätzliche Spannung von einem: Drittel der Netzspannung liefert. Die vier Motoren müssen dabei vier Drittel der Netzspannung aufnehmen, wobei für einen Motor ein Drittel verbleibt. In dieser Schaltstellung, wird demnach die Geschwindigkeit bis auf ein Drittel der Normalgeschwindigkeit gesteigert.The counter-tension is now used to further increase the speed of the converter is first brought to zero by changing the excitation, then- the converter after Switching of the field windings fully energized again, so that it has an additional voltage calibrated to the mains voltage from one: Supplies third of the mains voltage. The four motors have to do four thirds of the Take up mains voltage, leaving a third for a motor. In this switch position, the speed is increased to a third of the normal speed.

Beim Übergang in die nächstfolgende Schaltstellung, die in Abh. 3 dargestellt. ist, werden die Sekundärteile des Umformers bz-#v. ihre Erregerwicklungen so umgeschaltet, daß die von ihnen erzeugte Spannung der Netzspannung wieder entgegenwirkt. Gleichzeitig werden die Motoren in zwei gleiche Gruppen hintereinander geschaltet, wobei die beiden Gruppen mit den hintereinander geö schalteten Maschinenhälften der Sekundärseite des Umformers. in Reihe liegen. Man erkennt leicht, daß auch hier beim Übergang von der vorhergehenden Sohaltstelfung kein Stromstoß auftritt. Bei dem weiteren Anlassen, wird die Erregung des Umformers wieder derart geändert, da8 die Gegenspannung desselben zum Verschwinden gebracht und dann das Feld im umgekehrten Sinne voll erregt wird. Zn letzterem Zustand beträgt die Spannung an jedem. Motor die Hälfte von vier Drittel, d'. i. zwei Drittel der Netzspannung, woraus sich eine Geschwindigkeit von zwei Dritteil Normalgeschwindigkeit ergibt.When changing to the next switch position shown in dep. 3. is, the secondary parts of the converter bz- # v. their excitation windings are switched so that the voltage generated by them counteracts the mains voltage again. At the same time, the motors are switched one behind the other in two identical groups, the two groups with the machine halves switched one behind the other on the secondary side of the converter. lie in series. It is easy to see that here too no current surge occurs during the transition from the previous position. With further starting, the excitation of the converter is changed again in such a way that the counter-voltage of the converter is made to disappear and the field is then fully excited in the opposite sense. In the latter state, the voltage across each is equal to. Engine half of four thirds, d '. i. two thirds of the mains voltage, resulting in a speed of two thirds normal speed.

In der in Abb. 4 dargestellten nächsten Schaltstellung sind sowohl die Motoren als auch) die Maschinenhälften, des Umformers para#lle#ll geschaltet und gleichzeitig die Um@-fornuer der Netzspannung -,vieler entgegengeschaltet. Dia hierbei die Motoren an eine Spannung von i -'/e =5/, der Netzspannung angelegt würden, müßte ein entsprechender Stromstoß stattfinden. Dieser wird vermieden, wenn, man. den Widerstand W vorschaltet, welcher ein Sechstel der Netzspannung verzehrt. Man könnte auch die beiden Urr1 formerhälften in Reihe belassen, wobei dieselben natürlich mit- dem doppelten Strom kurzseitig belastet wären.In the next switch position shown in Fig. 4, both the motors as well as the machine halves, the converter parallely switched and at the same time the um @ -fornuer of the mains voltage -, many switched in the opposite direction. slide in this case the motors would be connected to a voltage of i - '/ e = 5 /, the mains voltage, a corresponding current surge would have to take place. This is avoided when, man. the resistor W is connected upstream, which consumes one sixth of the mains voltage. Man could also leave the two original halves of the form in a row, the same of course would be briefly loaded with twice the current.

Die Endstelilung des Fahrschalters ist in Abb. 5 angegeben, bei welcher der Widerstand W abgeschaltet ist und somit keine überflüssigen Verluste auftreten.The end position of the drive switch is shown in Fig. 5, where the resistor W is switched off and thus no unnecessary losses occur.

Die vorbesehriebene Regelmethode ist unabhängig von der Anzahl, der Triebmotoren. Je mehr Motoren jedoch vorhanden sind`, desto kleiner kann natürlich die Leistung des Umformers bemessen werden.The pre-defined control method is independent of the number of Traction engines. However, the more engines there are, the smaller it can of course be the performance of the converter can be measured.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Lossless and; constant speed control for multi-motor direct current drives, especially for railway vehicles, thereby characterized in that, in the first start-up stages, the electric current supplies the motors according to the Leonard system is fed by a converter, the primary side of which is on Mains is and its secondary side is equipped with a controllable external excitation is, while at the higher speeds an activation and deactivation with the same, Converter takes place. Control according to claim i, characterized in that in the first starting stages, in which the engines according to the Leonard system. Electricity supplied the motors for the purpose of utilizing the frictional weight as much as possible are partially connected in parallel. 3. Regulation according to claim i, characterized in that that the motors in the further starting stages first in series, then in series in parallel, and finally connected in parallel, with the converter in connection and counter connection is used. 4. Regulation according to claim i to 3, characterized in that the Secondary side of the converter in several machines or armature windings of one machine which are connected either in series or in parallel. 5. Regulation nasch claim 4, characterized in that the secondary side of the converter is in two machines of the same size or two armature windings of a machine is distributed. 6. Regulation according to claim i to 5, characterized in that the voltage of the Converter at the end of each switching stage is selected so that the individual, through; the progressive tempering required changes to the circuit individual machines omitted voltage before and! after switching the same remains so that current surges cannot occur. Regulation according to: Claim i to 5, characterized in that to avoid a current surge when changing the circuit at certain speed levels: low resistance! before the motors are connected upstream.