DE451962C

DE451962C - Device for operating electric motors by means of a Leonard generator, which is driven by an internal combustion engine together with an auxiliary generator that excites it

Info

Publication number: DE451962C
Application number: DEA45256D
Authority: DE
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1924-06-17
Filing date: 1925-06-18
Publication date: 1927-11-03

Description

Einrichtung zum Betriebe von Elektromotoren mittels Leonard-Generators, der gemeinsam mit einem ihn erregenden Hilfsgenerator von einer Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird. Um elektrische Triebwagen, die mit Verbrennungskraftmotoren als Antriebsmaschinen ausgerüstet sind, zu steuern, hat man bisher die Ward-Leonard-Schaltung oder ähnliche Anordnungen verwendet. Diese Anordnungen haben aber den :Nachteil, daß die Erregung des von dem Verbrennungskraftmotor angetriebenen Generators unter ständiger Beobachtung der Wattmeter von Hand geregelt werden muß. Hierzu dient neben der Drosselklappe ein Fahrschalter mit vielen Stellungen, mit dem ein Teil des Feldwiderstandes zu- und abgeschaltet werden kann. Es werden also an die Aufmerksamkeit des Fahrers große Ansprüche gestellt, da dieser nicht nur sich der eigentlichen Führung des Wagens widmen, sondern auch die elektrischen Instrumente beobachten muß. Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung, bei welcher die Fahrgeschwindigkeit ausschließlich durch die Drosselklappe des Motors geregelt wird, so,daß keinerlei Meßinstrumente nötig sind. Auf jeder Stellung der Drosselklappe stellt sich die Geschwindigkeit der Verbrennungskraftmaschine ohne weiteres selbsttätig so ein, daß die Maschine voll ausgenutzt wird, ohne daß die Gefahr des Stehenbleibens besteht.Equipment for the operation of electric motors by means of a Leonard generator, together with an auxiliary generator that excites it from an internal combustion engine is driven. To electric railcars with internal combustion engines as Drive machines are equipped to control, one has so far the Ward-Leonard circuit or similar arrangements are used. However, these arrangements have the following disadvantage: that the excitation of the generator driven by the internal combustion engine under constant observation of the wattmeter must be regulated by hand. This is used in addition to the throttle valve is a travel switch with many positions, with which part of the field resistance can be switched on and off. So it will get the driver's attention Great demands are made, as this is not only responsible for the actual management of the But also has to watch the electrical instruments. object the invention is an arrangement in which the driving speed is exclusive regulated by the throttle valve of the engine, so that no measuring instruments whatsoever are necessary. The speed is set in every position of the throttle valve the internal combustion engine automatically so that the machine is fully utilized without the risk of standing still.

Die Erfindung setzt eine Einrichtung zum Betrieb von Elektromotoren mittels Leonard-Generators, der gemeinsam mit einem ihm erregenden Hilfsgenerator von einer Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird, als bekannt voraus. Sie besteht darin, daß mit dem Hilfsgenerator über elektrische Schaltvorrichtungen, wie Relais o. dgl., eine Batterie verbunden ist, welche die Feldwicklung des Hilfsgenerators erregt, solange die von diesem abgegebene Spannung ein bestimmtes Maß nicht überschreitet, andernfalls aber vors dem alsdann durch Schaltvorrichtungen auf Selbsterregung umgeschalteten Hilfsgenerator aufgeladen wird. Ein weiteres Kennzeichen der Erfindung besteht darin, daß eine Kontaktvorrichtung vorgesehen ist, welche die Verbindung der Batterie mit der Erregerwicklung des Hilfsgenerators unterbricht, wenn der Verbrennungskraftmotor durch Abstellen seiner Drosselklappe o. dgl. außer Betrieb gesetzt ist. Man wird außerdem entweder an dem Hilfsgenerator oder an dem Hauptgenerator eine Gegencompoundfeldwicklung vorsehen, um zu erzielen, daß der Hauptgenerator eine möglichst konstante Leistung abzugeben versucht.The invention provides a device for operating electric motors by means of a Leonard generator, which works together with an auxiliary generator that stimulates it driven by an internal combustion engine, as known ahead. she consists in that with the auxiliary generator via electrical switching devices, such as relays o. The like., A battery is connected, which the field winding of the auxiliary generator excited as long as the voltage it emits does not exceed a certain level, otherwise, however, before switching over to self-excitation by switching devices Auxiliary generator is charged. Another characteristic of the invention is that that a contact device is provided, which connects the battery with the field winding of the auxiliary generator interrupts when the internal combustion engine by turning off its throttle valve or the like. Is put out of operation. You will also a counter compound field winding either on the auxiliary generator or on the main generator provide in order to achieve that the main generator as constant a power as possible tried to give up.

An Hand der in Abb. i und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden.On the basis of the embodiments shown in Fig. I and 2 should the invention will be explained in more detail.

5 ist eine Verbrennungskraftmaschine, die mittels einer Drosselklappe 8 gesteuert und zweckmäßig als schnellaufende Maschine ausgeführt wird, um die Anlage klein zu halten; sie ist so zu bemessen, daß sie bei fallender Drehzahl ein zunehmendes Drehmoment abgeben kann und ihre Leistung konstant bleibt. Mit dieser Maschine ist ein zwei Motoren 14 speisender Generator 6 und dessen Erregermaschine 7 mechanisch gekuppelt. i i ist die Feldwicklung des Generators 6. Außerdem besitzt der Generator eine Hilfspolwicklung 18 und eine Gegencompoundwicklung 17. Die Wicklung 17 wirkt der Wicklung i i in folgender Weise magnetisch entgegen: Sobald der Generator stärker belastet wird, steigt auch sein Ankerstrom. Infolgedessen wächst auch die magnetische Wirkung der Spule 17 auf die Spule ii. Gleichzeitig sinkt der Erregerstrom in der Wicklung i z, weil die Spannung der Maschine 7 infolge der sinkenden Drehzahl der Antriebsmaschine 5, die durch die wachsende Belastung verursacht wird, fällt. Da diese beiden Wirkungen sich addieren, sinkt die Spannung des Generators weiter, als es dem Drehzahlabfall der Maschine 5 entspricht. Daher wird auch die abgegebene Leistung des Generators, welche bei jedem Wert des Ankerstroms proportional der Spannung ist, bei fallender Drehzahl der Maschine 5. schneller fallen, als die Kraft der Maschine 5 fällt. Die Drehzahl der Maschine 5 wird sich also auf den Wert einstellen, bei welchem die Kraft der Maschine der Belastung des Generators das Gleichgewicht hält.5 is an internal combustion engine operated by means of a throttle valve 8 is controlled and expediently designed as a high-speed machine to the system to keep small; it is to be dimensioned in such a way that it increases with falling speed Can deliver torque and its performance remains constant. With this machine is a generator 6 feeding two motors 14 and its exciter 7 mechanically coupled. i i is the field winding of the generator 6. The generator also has an auxiliary pole winding 18 and a counter compound winding 17. The winding 17 acts the winding i i magnetically opposite in the following way: As soon as the generator is stronger is loaded, its armature current also increases. As a result, the magnetic also grows Effect of the coil 17 on the coil ii. At the same time, the excitation current decreases in the Winding i z because the voltage of the machine 7 as a result of the falling speed of the The prime mover 5 caused by the increasing load falls. There these two effects add up, the voltage of the generator continues to decrease, than it corresponds to the drop in speed of the machine 5. Therefore, the submitted Power of the generator, which for each value of the armature current is proportional to the If the speed of the machine falls, voltage is 5. fall faster than the force the machine 5 falls. The speed of the machine 5 will therefore adjust to the value at which the power of the machine equilibrates the load on the generator holds.

Die Feldwicklung i9 der Erregermaschine 7 ist über einen Regelwiderstand 24 und einen Schalter 22 an eine Batterie 2o angeschlossen. Der Schalter 22 ist über eine Regelvorrichtung io und ein Gestänge 9 mit der Drosselklappe der Maschine 5 verbunden und so angeordnet, daß er nur dann offen ist, wenn die Drosselklappe geschlossen ist (Leerlaufstellung), in allen anderen Stellungen der Drosselklappe aber geschlossen ist.The field winding i9 of the exciter 7 is via a variable resistor 24 and a switch 22 connected to a battery 2o. The switch 22 is Via a control device io and a linkage 9 with the throttle valve of the machine 5 connected and arranged so that it is only open when the throttle valve is closed (idle position), in all other positions of the throttle valve but is closed.

Statt daß der Schalter 22 den Stromkreis der Feldwicklung direkt unterbricht, kann man aber auch ein Schütz zwischenschalten, so daß von der Vorrichtung io nur der Schalter zum Unterbrechen des Schützstromkreises gesteuert wird.Instead of the switch 22 interrupting the circuit of the field winding directly, but you can also interpose a contactor so that the device io only the switch for interrupting the contactor circuit is controlled.

50 ist ein Relais, durch welches selbsttätig die Erregermaschine 7 auf Selbsterregung umgeschaltet und gleichzeitig die Batterie 2o aufgeladen wird, sobald die Spannung der Maschine 7 einen bestimmten Weit überschreitet. Das Relais besteht aus einer Haltespule 28, Zugspulen 29 Und°@o, festen Kontakten 31, 32, 33 und zwei beweglichen Kontaktarmen 34 und 35, welche miteinander elektrisch verbunden sind. Das Relais ist im Ruhezustand mit der Erregermaschine 7 durch einen Stromkreis verbunden, welcher von dem Pluspol der Maschine 7 aus über die Haltespule 28, die Arme 34 und 35, Kontakt 32, Zugspule 29 und zurück zu dem negativen Pol der Maschine 7 geschlossen ist. 50 is a relay, by means of which the excitation machine 7 automatically switches over to self-excitation and at the same time the battery 2o is charged as soon as the voltage of the machine 7 exceeds a certain level. The relay consists of a holding coil 28, tension coils 29 and ° @ o, fixed contacts 31, 32, 33 and two movable contact arms 34 and 35, which are electrically connected to one another. In the idle state, the relay is connected to the exciter 7 by a circuit which is closed from the positive pole of the machine 7 via the holding coil 28, the arms 34 and 35, contact 32, pull coil 29 and back to the negative pole of the machine 7.

Überschreitet nun die von der Maschine 7 abgegebene Spannung ein bestimmtes Maß, so zieht die Spule 29 den Arm 34 an, der die Kontakte 31 schließt. Hierdurch wird der Stromkreis der Zugspule 30 von der positiven Klemme der Maschine 7 aus über Spule 28, Arm 34, Kontakt 31 und zurück zu dem negativen Pol der Maschine 7 geschlossen. Infolgedessen zieht die Zugspule 3o den Arm 35 an, so daß die Kontakte 32 geöffnet und die Kontakte 33 geschlossen werden. Hierdurch wird ein Ladestromkreis für die Batterie gebildet von der positiven Klemme der Maschine 7 aus über die Haltespule 28, Arm 34 und 35, Kontakt 33, Regelwiderstand 24, Schalter 22 zu dem Pluspol der Batterie und über die Batterie zurück zu den negativen Klemmen der Erregermaschine.If the voltage output by the machine 7 now exceeds a certain level, the coil 29 attracts the arm 34, which closes the contacts 31. This closes the circuit of the pull coil 30 from the positive terminal of the machine 7 via coil 28, arm 34, contact 31 and back to the negative pole of the machine 7. As a result, the pull coil 3o attracts the arm 35, so that the contacts 32 are opened and the contacts 33 are closed. This creates a charging circuit for the battery from the positive terminal of the machine 7 via the holding coil 28, arm 34 and 35, contact 33, variable resistor 24, switch 22 to the positive terminal of the battery and via the battery back to the negative terminals of the exciter .

Die Spulen des Relais sind dabei so bemessen, daß die Haltespule 28 den Ladestromkreis der Batterie geschlossen hält, solange die Spannung der Erregermaschine höher ist als die der Batterie 2o, und wenn dies nicht mehr der Fall ist, den Kontaktarm 34 losläßt, so daß der Ladestromkreis unterbrochen wird.The coils of the relay are dimensioned so that the holding coil 28 keeps the charging circuit of the battery closed as long as the voltage of the exciter is higher than that of the battery 2o, and if this is no longer the case, the contact arm 34 lets go, so that the charging circuit is interrupted.

Ist die Drosselklappe 8 geschlossen, so ist damit der Schalter 22 geöffnet und der Stromkreis der Feldwicklung ig unterbrochen. Infolgedessen wird weder die Erregermaschine 7 noch der Generator 6 erregt. Sobald man die Drosselklappe öffnet, wird der Schalter 22 geschlossen und die Batterie 2o direkt mit der Erregerwicklung ig verbunden. Hierdurch wächst der von der Erregermaschine 7 an die Feldwicklung i i abgegebene Strom sehr rasch. Der Generator 6 erreicht also ebenfalls rasch seine normale Spannung und gibt Strom an die Motoren 14 ab. Dieser fließt durch die Wicklung 17, welche, wie bereits erwähnt, der Feldwicklung i r magnetisch entgegengeschaltet ist, so daß das wirkliche Feld des Generators 6 das resultierende aus den beiden entgegenwirkenden Feldern der Wicklungen i i und 17 ist. Sobald also der von denn Generator abgegebene Strom wächst, sinkt das Feld, so daß der Generator das Bestreben hat, mit konstanter Leistungsabgabe zu arbeiten.If the throttle valve 8 is closed, the switch 22 is opened and the circuit of the field winding ig is interrupted. As a result, neither the exciter 7 nor the generator 6 is excited. As soon as the throttle valve is opened, the switch 22 is closed and the battery 2o is connected directly to the field winding ig. As a result, the current delivered by the exciter 7 to the field winding ii grows very rapidly. The generator 6 also quickly reaches its normal voltage and delivers current to the motors 14. This current flows through the winding 17, which, contrary to the field winding is connected ir magnetically as already mentioned, so that the actual field of the generator 6 is the resultant of the two opposing areas of the windings 1 and ii. 7 As soon as the current delivered by the generator increases, the field decreases, so that the generator tries to work with a constant power output.

Die Anordnung nach Abb. 2 unterscheidet sich von der nach Abb. i nur dadurch, daß die Feldwicklung 17 nicht der Feldwicklung des Generators 6, sondern der Feldwicklung ig der Erregermaschine 7 entgegenwirkt. Hierdurch kann man die Wicklung 17 kleiner bemessen.The arrangement according to Fig. 2 differs from that according to Fig. I only in that the field winding 17 is not the field winding of the generator 6, but the field winding ig of the exciter 7 counteracts. This allows you to use the Winding 17 dimensioned smaller.

Die Vorteile, die ich aus der Anordnung gemäß der Erfindung ergeben, lassen sich am besten an Händ der in der Abb. 3 dargestellten Kurven erläutern. Die gestrichelt gezeichnete Kurve A zeigt die ideale Volt-Ampere-Charakteristik, bei der das Produkt Spannung. Strom konstant ist; sie bildet also eine Hyperbel. Die strichpunktierte Kurve B zeigt eine Charakteristik, wie man sie bei den gebräuchlichen Anordnungen erhält, bei denen das Generatorfeld durch eine Stromquelle mit konstanter Spannung erzeugt wird. Wie man sieht, nähert -sich die Kurve B nur an einer ganz kleinen Stelle der idealen Kurve A. Man muß also besondere elektrische Regeleinrichtungen vorsehen, um eine annähernd konstante Leistungsabgabe zu erhalten. Da bei der Anordnung gemäß der Erfindung der Generator durch eine besondere, von der Maschine 5 angetriebene Erregermaschirie gespeist wird, verursacht ein Wachsen des Ankerstroms des Generators bei stärkerer Belastung nicht nur ein Sinken der Generatorspannung infolge der steigenden Einwirkung der Wicklung 17 auf die Wicklung i i, sondern auch ein Fallen der Spannung der Erregermaschine 7 infolge der sinkenden Drehzahl der Antriebsmaschine 5. Durch die Verbindung dieser beiden Wirkungen und entsprechend gewählte Sättigung des Erregerfeldes des Generators erhält man die ausgezogen gezeichnete Belastungskurve C, welche sich der Idealkurve in weiten Grenzen nähert, sie aber in keinem Punkte überschreitet.The advantages that I derive from the arrangement according to the invention can best be explained with the aid of the curves shown in FIG. The dashed curve A shows the ideal volt-ampere characteristic, in which the product voltage. Current is constant; so it forms a hyperbola. The dash-dotted curve B shows a characteristic as it is obtained in the conventional arrangements in which the generator field is generated by a current source with constant voltage. As you can see, approaching --SiCH curve B only to a very small spot on the ideal curve A. So you special electrical control equipment must provide to obtain an approximately constant power output. Since, in the arrangement according to the invention, the generator is fed by a special exciter machinery driven by the machine 5, an increase in the armature current of the generator when the load is greater not only causes the generator voltage to decrease as a result of the increasing action of the winding 17 on the winding ii, but also a drop in the voltage of the exciter 7 as a result of the falling speed of the drive machine 5. By combining these two effects and appropriately selected saturation of the exciter field of the generator, one obtains the load curve C drawn in solid lines, which approaches the ideal curve within wide limits, but it does does not exceed in any point.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for the operation of electric motors by means of Leonard generator, which together with an auxiliary generator exciting it from a Internal combustion engine is driven, characterized in that with the Auxiliary generator (7) via electrical switching devices, e.g. B. Relay (So), one Battery (2o) is connected, which the field winding (ig) of the auxiliary generator (7) excited as long as the voltage it emits does not exceed a certain level, otherwise, however, from then through the switching devices (So) to self-excitation switched auxiliary generator (7) is charged.

2. Embodiment according to claim i, characterized in that a contact device (22) is provided which the connection of the battery (2o) with the excitation winding (ig) of the auxiliary generator (7) interrupts when the internal combustion engine (5) by switching off its throttle valve (8) or the like is out of service.

3. Embodiment according to claim i and 2, characterized in that either on the auxiliary generator (7) .or on the main generator (6) a counter compound field winding (i7) is provided.