DE644198C

DE644198C - Device for regulating direct current motors fed by grid-controlled discharge vessels using a choke coil that is controlled as a function of the load current

Info

Publication number: DE644198C
Application number: DES115865D
Authority: DE
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1933-10-31
Filing date: 1934-10-26
Publication date: 1937-04-26

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Regelung von Gleichstrommotoren, die über gittergesteuerte Entladungsgefäße mit lichtbogenförmiger Entladung, insbesondere gittergesteuerten Quecksilberdampfgleichrichtern, gespeist werden. Es ist bekannt, zu diesem Zweck regelbare Induktivitäten zu verwenden, die in Abhängigkeit von dem Laststrom des Motors gesteuert werden. Diese Induktivitäten werden dann in Brückenschaltung geschaltet und bestimmen die Phasenlage zwischen den Gitterspannungen und den Anodenspannungen des Entladungsgefäßes. Aufgabe der Erfindung ist eine solche Ausgestaltung der die veränderliche Induktivität darstellenden Drosselspule, daß ein unzulässiges Ansteigen des Motorstromes während des Anlaßvorganges verhindert wird lind daß fernerhin die Drehzahl des Motors während des Betriebs unabhängig von Belastungsschwankungen einen vorbestimmten, einstellbaren Wert möglichst genau einhält. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Wicklung mit der veränderlichen Induktivität auf einem zusätzlichen Magnetkern angeordnet ist, der dem Hauptmagnetkern einer von dem Verbraucherstrom durchflossenen Drosselspule parallel geschaltet ist und einen geringeren Querschnitt besitzt als der Hauptmagnetkern. Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, die nachfolgend beschrieben werden.The invention relates to a device for regulating direct current motors, the grid-controlled discharge vessels with arc-shaped discharge, in particular grid-controlled mercury vapor rectifiers, be fed. It is known to use adjustable inductances for this purpose, which are dependent can be controlled by the load current of the motor. These inductors are then turned into Bridge circuit switched and determine the phase position between the grid voltages and the anode voltages of the discharge vessel. The object of the invention is such an embodiment of the variable Inductance representing choke coil that an unacceptable increase in the motor current during the starting process is prevented and furthermore the speed of the engine during operation regardless of load fluctuations a predetermined, adheres to the adjustable value as closely as possible. According to the invention, this object is achieved in that the winding is arranged with the variable inductance on an additional magnetic core, the the main magnetic core of a choke coil through which the consumer current flows is connected in parallel and has a smaller cross section than the main magnetic core. Further details of the invention emerge from the drawings that follow to be discribed.

In Fig. ι ist das Schaltungsschema für eine Regeleinrichtung dargestellt, bei der die Erfindung verwirklicht ist. Ein Gleichstrommotor M ist über einen Transformator 12 und zwei gas- oder dampfgefüllte gittergesteuerte Entladungsgefäße 27, 29 an das Wechselstromnetz 7, 8 angeschlossen. Die Erregerwicklung 34 wird über ungesteuerte Gleichrichter 23, 24 und den Transformator 10 aus dem gleichen Wechselstromnetz gespeist. Die Entladungsgefäße 23, 24, 27 und 29 haben Glühkathoden, welche über Heiztransformatoren 19 bzw. 19' an das Wechselstromnetz 7, 8 angeschlossen sind.In Fig. Ι the circuit diagram for a control device is shown in which the invention is implemented. A direct current motor M is connected to the alternating current network 7, 8 via a transformer 12 and two gas or vapor-filled grid-controlled discharge vessels 27, 29. The field winding 34 is fed via uncontrolled rectifiers 23, 24 and the transformer 10 from the same alternating current network. The discharge vessels 23, 24, 27 and 29 have glow cathodes which are connected to the alternating current network 7, 8 via heating transformers 19 and 19 ', respectively.

Die Sammelschienen 7, 8 werden über einen Schalter 70 an die speisende Wechselstromquelle angeschlossen. Zwischen die Transformatorenio, 12 und die Sammelschienen 7,8 sind noch Schalter 71, 73 gelegt, welche voneinander abhängig sind; denn der Schalter 73 kann nicht geschlossen werden, bevor nichtThe busbars 7, 8 are connected to the AC power source via a switch 70 connected. Between the transformers, 12 and the busbars 7, 8 switches 71, 73 are still set, which are mutually dependent; because the switch 73 can not be closed before not

der Schalter 71 eingeschaltet ist. Der Transformator 14, welcher, wie noch im einzelnen beschrieben werden soll, die Steuergitter der Entladungsgefäße 27, 29 speist, ist dagegen,; unmittelbar an die Sammelschienen 7, 8 ange*-. schlossen. Wenn der Schalter 70 geschlossen" wird, werden daher zunächst die Steuergitter der Entladungsgefäße 27, 29 auf das gewünschte Potential gebracht. Eine bestimmte ίο einstellbare Zeit später schaltet der Schalter 71 die Entladungsgefäße 23, 24 und durch den Schalter 73 auch die Entladungsgefäße 27, 29 ein. Die Glühkathoden der Entladungsgefäße sind ebenso wie die Steuergitter unmittelbar an die Sammelschienen 7, 8 angeschlossen. Die Entladungsgefäße werden daher nicht eingeschaltet, bevor nicht die Temperatur der Glühkathoden einen bestimmten Mindestwert erreicht hat.the switch 71 is on. The transformer 14, which, as will be described in detail, the control grid of Feeds discharge vessels 27, 29, is against it; directly to the busbars 7, 8 * -. closed. Therefore, when switch 70 is closed, the control grids of the discharge vessels 27, 29 to the desired Brought potential. The switch switches a certain ίο adjustable time later 71 the discharge vessels 23, 24 and by means of the switch 73 also the discharge vessels 27, 29 a. The glow cathodes of the discharge vessels, like the control grids, are direct connected to the busbars 7, 8. The discharge vessels are therefore not switched on before the temperature has reached the hot cathode has reached a certain minimum value.

so Die beiden Entladungsgefäße 2y, 29, welche in den Ankerstromkreis des Gleichstrommotors M geschaltet sind, werden in bekannter Weise dadurch gesteuert, daß die Phasenlage der Gitterspannung gegenüber der ²S Anodenspannung verändert \vird. Die Steuergitter 55, 59 der beiden Entladungsgefäße sind zu dem Zweck an eine Brückenschaltung P angeschlossen, welche über den Transformator 14 aus dem Wechselstromnetz 7, S gespeist wird. Die wesentlichen Bestandteile dieser Brückenschaltung sind zwei induktivitäten 44, 46, welche einerseits an die Enden der Sekundärwicklung des Transformators 14 und andererseits an einen Punkt O angeschlossen sind. Ferner gehört zu der Brückenschaltung ein Kondensator 49, welcher im Punkt 3 an dem Transformator 14 liegt, sowie ein regelbarer Widerstand 48, welcher im Punkt 2 an den Transformator angeschlossen ist. Der Kondensator 49 und der Widerstand 48 sind im Punkte 5 miteinander verbunden und über die Leitung 51 mit dem Steuergitter 55 des Entladungsgefäßes 27 verbunden. Die Spannung, welche zwisehen den Punkten 5 und 6 der Brückenschaltung P abgenommen wird, ändert sich mit der Induktivität der Drosselspule 44 und bestimmt damit den Entladungszustand der beiden Entladungsgefäße bzw. die an den Motor M abgegebene mittlere Gleichspannung. Zwischen den Steuergittern 55 und 59 der beiden Entladungsgefäße liegen noch Widerstände 53, 54.The two discharge vessels 2y, 29, which are connected to the armature circuit of the direct current motor M , are controlled in a known manner by changing the phase position of the grid voltage with respect to the ² S anode voltage. For this purpose, the control grids 55, 59 of the two discharge vessels are connected to a bridge circuit P which is fed from the alternating current network 7, S via the transformer 14. The essential components of this bridge circuit are two inductors 44, 46, which are connected on the one hand to the ends of the secondary winding of the transformer 14 and on the other hand to a point O. The bridge circuit also includes a capacitor 49, which is connected to the transformer 14 at point 3, and a controllable resistor 48, which is connected to the transformer at point 2. The capacitor 49 and the resistor 48 are connected to one another at point 5 and are connected to the control grid 55 of the discharge vessel 27 via the line 51. The voltage which is picked up between points 5 and 6 of the bridge circuit P changes with the inductance of the choke coil 44 and thus determines the state of discharge of the two discharge vessels or the mean DC voltage delivered to the motor M. Resistors 53, 54 are also located between the control grids 55 and 59 of the two discharge vessels.

Die beiden Drosselspulen 44 und 4.6 sind so bemessen, daß sie die gleiche Impedanz haben, wenn in dem Ankerkreis des Motors .1/ kein Strom fließt. In diesem Fall gilt für die Brückenschaltung P das in Fig. 2 dargestellte Vektordiagramm der Spannungen. Die Endpunkte der Spannungsvektoren sind in dem Diagramm ebenso bezeichnet wie die An-I schlußpunkte in der Brückenschaltung P im Schaltungsschema der Fig. 1. Der Vektor 1-6 entspricht der Spannung an der Drosselspule \ 44, der Vektor 4-6 dagegen der Spannung an <i';der Drosselspule 46. Beide Spannungen sind, "wie Fig. 2 zeigt, einander gleich. Die Vek-'toren 2-5 bzw. 3-5 entsprechen den Spannungen an dem Widerstand 48 bzw. dem Kondensator 49. Wenn die Reaktanzen der beiden Drosselspulen 44, 46 den gleichen Wert haben, so wird die Gitterspannung der Entladungsgefäße durch den Vektor 5-6 bestimmt, dessen Endpunkt etwa im Mittelpunkt des über der Strecke 2-3 geschlagenen Halbkreises Hegt. Wenn man den Widerstand 48 verändert, so wandert der Punkt 5 auf diesem Halbkreis. Man kann also die Drehzahl des Motors M durch Einstellung des Widerstandes 48 verändern.The two inductors 44 and 4.6 are dimensioned so that they have the same impedance when in the armature circuit of the motor .1 / no current flows. In this case, the vector diagram of the voltages shown in FIG. 2 applies to the bridge circuit P. The endpoints of the voltage vectors in the diagram also referred to as the on-I-circuit points in the bridge circuit P in the circuit diagram of Fig. 1. The vector 1-6 corresponds to the voltage across the choke coil \ 44, the vector 4-6, however, the voltage at The two voltages are equal to one another, "as FIG. 2 shows. The vectors 2-5 and 3-5 correspond to the voltages across the resistor 48 and the capacitor 49, respectively. If the Reactances of the two choke coils 44, 46 have the same value, the grid voltage of the discharge vessels is determined by the vector 5-6, the end point of which lies approximately in the center of the semicircle drawn over the distance 2-3 If the point 5 moves on this semicircle, the speed of the motor M can be changed by adjusting the resistor 48.

Wesentlicher Bestandteil der Steuerungseinrichtung nach der Erfindung ist die Drosselspule 44, welche zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe eine besondere Konstruktion und Wicklungsan-Ordnung erhält.An essential part of the control device according to the invention is the Choke coil 44, which to solve the problem underlying the invention a special construction and winding arrangement.

Die Erregerwicklung 58 umschließt den mittleren Kern 61 der Drosselspule, in dem ein Luftspalt 60 vorgesehen ist. Der mittlere Kern 61 ist mit Bezug auf die äußeren Kerne 9» 63 so bemessen, daß in ihm wesentlich später als in den äußeren Kernen der Sättigungszustand erreicht wird. Der Luftspalt 60 dient einer besseren Verteilung des Flusses und verbessert im übrigen die Arbeitscharakteristik der Drosselspule 44. Der mittlere Kern 61 ist durch einen Magnetkreis 62 kurzgeschlossen, und zwischen diesem Magnetkreis und den äußeren Kernen 63 befinden sich noch kurze Kernstücke, auf denen ¹Oo kurzgeschlossene Erregerwicklungen 64 angeordnet sind.The field winding 58 surrounds the central core 61 of the choke coil, in which an air gap 60 is provided. The middle core 61 is dimensioned in relation to the outer cores 9 »63 in such a way that the saturation state is reached in it much later than in the outer cores. The air gap 60 serves to better distribute the flux and also improves the working characteristics of the choke coil 44. The middle core 61 is short-circuited by a magnetic circuit 62, and between this magnetic circuit and the outer cores 63 there are short core pieces on which ¹ Oo are short-circuited Excitation windings 64 are arranged.

Der Magnetkreis 62 ist so bemessen, daß er bei normalen Änderungen des Ankerstromes des Motors nicht gesättigt wird. Sobald aber >»5 der Ankerstrom über ein bestimmtes Maß hinaus anwächst, wie dies während der Beschleunigungsperiode beim Anlassen vom Stillstand aus oder bei plötzlichen Belastungsstößen während des Betriebes auftritt, wird n° auch der Magnetkreis 62 gesättigt. Nur wenn der Magnetkreis 62 gesättigt ist, können auch die beiden äußeren Magnetkerne 63 gesättigt werden. Es folgt daraus, daß normale Änderungen des Stromes, welcher in der Wicklung »15 fließt, die Reaktanz der Spulen 42,43 nicht ändern, welche auf den äußeren Kernen 63 angeordnet sind, und die in die Brückefischaltung P geschaltete Induktivität bilden. Solange die Änderungen des Ankerstromes iao innerhalb vorbestimmter Grenzen bleiben, sind die Frequenzänderungen in den äußerenThe magnetic circuit 62 is dimensioned so that it is not saturated with normal changes in the armature current of the motor. But as soon as> »5 the armature current increases beyond a certain amount, as occurs during the acceleration period when starting from standstill or with sudden load surges during operation, the magnetic circuit 62 is also saturated. Only when the magnetic circuit 62 is saturated can the two outer magnetic cores 63 also be saturated. It follows from this that normal changes in the current flowing in the winding 15 do not change the reactance of the coils 42, 43 which are arranged on the outer cores 63 and form the inductance connected in the bridge circuit P. As long as the changes in the armature current iao remain within predetermined limits, the frequency changes are in the outer

Kernen 63 verhältnismäßig gering. Sobald sich jedoch der Motorstrom über die normale Betriebsgrenze hinaus ändert, ändert sich auch der Fluß in den Kernen 63, und zwar S werden diese Kerne infolge ihres verhältnismäßig geringen Querschnittes sehr schnell gesättigt. Die Reaktanz der beiden Spulen 42, 43 nimmt in diesem Falle erheblich ab, und die Impedanz zwischen den Punkten 1 und 4 der Brückenschaltung P wird plötzlich herabgesetzt. Daraus ergibt sich eine plötzliche Änderung der Spannung an den Gittern 55 und 59 der beiden Entladungsgefäße 27 und 29. Die Phase der Gitterspannung ändertCores 63 relatively small. However, as soon as the motor current is above normal If the operating limit changes, the flux in the cores 63 also changes, namely As a result of their relatively small cross-section, these cores become very fast saturated. The reactance of the two coils 42, 43 decreases considerably in this case, and the impedance between points 1 and 4 of the bridge circuit P becomes sudden degraded. This results in a sudden change in the tension on the grids 55 and 59 of the two discharge vessels 27 and 29. The phase of the grid voltage changes

sich beträchtlich.considerably.

Fig. 3 zeigt das Vektordiagramm für den Betriebszustand der Brückenschaltung P, welcher bei großen Änderungen des Motorstromes eintritt. Da die Impedanz derFig. 3 shows the vector diagram for the operating state of the bridge circuit P, which occurs when there are large changes in the motor current. Since the impedance of the

Drosselspule 44, wie vorstehend beschrieben wurde, abnimmt, wandert der Punkt 6 des Diagramms von der in Fig. 2 angegebenen Stellung nach links, weil die Gesamtspannung des Transformators 14 nicht mehr zu gleichenChoke coil 44, as described above, decreases, moves to point 6 of the Diagram from the position indicated in Fig. 2 to the left, because the total voltage of the transformer 14 is no longer the same

Teilen auf die Drosselspulen 44, 46, sondern zum größeren Teil auf die Drosselspule 46 und zum kleineren Teil auf die Drosselspule 44 entfällt. Der Vektor 5-6 ändert mit Bezug auf die Anodenspannung der Entladungsgefäße seine Phasenlage in erheblichem Maße, wie das Diagramm der Fig. 3 zeigt. Der Zündzeitpunkt der beiden Entladungsgefäße wird dadurch wesentlich verändert, und zwar im Sinne einer Verkleinerung derShare on the choke coils 44, 46, but to a greater extent on the choke coil 46 and to a lesser extent the choke coil 44 is omitted. The vector 5-6 changes with reference on the anode voltage of the discharge vessels its phase position to a considerable extent, as the diagram in FIG. 3 shows. The ignition point of the two discharge vessels is significantly changed as a result, namely in the sense of a reduction in the

mittleren Spannung, weiche dem Motor M zugeführt wird.medium voltage, which is supplied to the motor M.

Aus den Diagrammen der Fig. 4 bis 8 ist die Wirkungsweise der Regeleinrichtung nach der Erfindung ersichtlich.. In allen Diagrammen bedeutet α die Halbwelle der Anodenspannung eines Entladungsgefäßes mit lichtbogenförmiger Entladung, c die Zündcharakteristik des Gefäßes und g die Gitterspannung. Eine Parallele E zur Abszissenachse gibt die Größe der Gegenspannüng des Motors an.The operation of the control device according to the invention can be seen from the diagrams in FIGS. 4 to 8. In all diagrams, α denotes the half-wave of the anode voltage of a discharge vessel with an arc-shaped discharge, c the ignition characteristics of the vessel and g the grid voltage. A parallel E to the abscissa axis indicates the size of the counter-voltage of the motor.

Fig. 4 zeigt den Entladungszustand zu Beginn des Anlassens'des Motors. Die Phasenverschiebung zwischen den Kurven g und a ist durch den Widerstand 48 im Schaltungsschema der Fig. 1 auf einen bestimmten Wert eingestellt. Mit zunehmender Drehzahl des Motors wächst die Gegenspannung E an. Der Motorstrom wird kleiner, und entsprechend ändert sich die Phasenlage der Gitterspannung g, wie aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich ist. Fig. 6 zeigt den Endzustand, in dem die volle Drehzahl des Motors erreicht ist. Ein Vergleich zwischen den Fig. 4, 5 und 6 zeigt, daß die Drehzahl des Motors selbsttätig ganz allmählich gesteigert wird.4 shows the state of discharge at the start of starting the engine. The phase shift between curves g and a is set to a specific value by resistor 48 in the circuit diagram of FIG. The counter voltage E increases as the speed of the motor increases. The motor current becomes smaller and the phase position of the grid voltage g changes accordingly, as can be seen from FIGS. 5 and 6. Fig. 6 shows the final state in which the full speed of the engine is reached. A comparison between FIGS. 4, 5 and 6 shows that the speed of the motor is automatically increased very gradually.

Die Fig. 7 und 8 zeigen die Wirkungsweise der Drosselspule 44 für den Fall, daß die Motordrehzahl aus irgendeinem Grunde plötzlich sinkt und der Ankerstrom entsprechend ansteigt. Die Gitterspannung wird aus der in Fig. 7 eingezeichneten Lage in ' die in Fig. 8 angegebene Lage verschoben, so daß die mittlere von den Entladungsgefäßen abgegebene Spannung sich der geänderten Gegenspannung des Motors selbsttätig anpaßt. 7 and 8 show the operation of the choke coil 44 in the event that the Motor speed suddenly drops for some reason and the armature current decreases accordingly increases. The grid voltage is derived from the position shown in FIG. 7 in 'the in Fig. 8 shifted position indicated, so that the middle one discharged from the discharge vessels Voltage adapts automatically to the changed counter voltage of the motor.

Obwohl die Erfindung insbesondere für die Regelung von Gleichstrommotoren und die Konstanthaltung ihrer Drehzahl geeignet ist, kann sie auch für die Regelung anderer Stromverbraucher verwendet werden, bei denen es darauf ankommt, die von den Entladungsgefäßen abgegebene mittlere Spannung selbsttätig in Abhängigkeit von Stromänderungen des Verbrauchers zu regeln.Although the invention is particularly suitable for the control of DC motors and the Keeping its speed constant is suitable, it can also be used to control others Electricity consumers are used where it depends on the discharge vessels to regulate the mean voltage output automatically depending on changes in the current of the consumer.

In dem Ausfühfungsbeispiel der Fig. 1 wurde angenommen, daß der Gleichstrommotor M über gittergesteuerte Glühkathodenrohre mit Gas- oder Dampffüllung gespeist wird. Die Erfindung ist nicht an diese spezielle Bauart von Entladungsgefäßen gebunden, sondern kann für alle Entladungsgefäße mit lichtbogenartiger Entladung angewendet werden, bei denen die mittlere, an den Verbraucher abgegebene Spannung dadurch geändert wird, daß der Zeitpunkt der Zündung des Lichtbogens in seiner Phase gegenüber der Anodenwechselspanuung verändert wird. Die Erfindung kann beispielsweise für Ouecksilberdampfentladungsgefäße verwendet werden, die in bekannter Weise mit Zündelektroden ausgerüstet sind, denen im Augenblick der Zündung des Lichtbügens ein Spannungsstoß zugeführt wird. Die ioo Brückenschaltung P der Anordnung nach Fig. ι könnte in diesem Falle im Steuerkreis eines Hilfsentladungsgefäßes liegen, welches den Zeitpunkt der Auslösung des Spannungsstoßes an der Zündelektrode des Entladungs- gefäßes bestimmt, beispielsweise dadurch, daß in diesem Zeitpunkt die Zündelektrode mit der Anode des Entladungsgefäßes verbunden wird.In the exemplary embodiment in FIG. 1, it was assumed that the direct current motor M is fed with gas or vapor filling via grid-controlled hot cathode tubes. The invention is not tied to this special type of discharge vessel, but can be used for all discharge vessels with arc-like discharge in which the average voltage delivered to the consumer is changed by the fact that the point in time of the ignition of the arc is in phase with respect to the alternating anode voltage is changed. The invention can be used, for example, for mercury vapor discharge vessels which are equipped in a known manner with ignition electrodes to which a voltage surge is supplied at the moment the arc is ignited. The ioo bridge circuit P of the arrangement according to FIG. Ι could in this case be in the control circuit of an auxiliary discharge vessel, which determines the point in time of the triggering of the voltage surge at the ignition electrode of the discharge vessel, for example by the fact that at this point in time the ignition electrode is connected to the anode of the discharge vessel is connected.

Claims

Patent claims:

ι. Device for the regulation of DC motors, which are controlled via grid Vapor or gas discharge paths are fed with an arc-shaped discharge, the ignition point of which depends on the in Dependence on the load current automatically variable inductance of a winding depends, which the phase position of the Control voltage, characterized in that the winding with

variable inductance (42, 43) arranged on an additional magnetic core (03) is connected in parallel to the main magnetic core (62) of a choke coil through which the consumer current flows and has a smaller cross section than the main magnetic core.

2. Device according to claim 1, characterized in that on the to the main magnetic core of the choke magnetic core connected in parallel with short-circuit windings (64) are arranged.

3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that in the for the main magnetic core and the part of the throttle core which is common to this magnetic core, which is connected in parallel, forms an air gap (60) is arranged.

1 sheet of drawings