DE650811C

DE650811C - Device for the regulation of electric direct current generators driven with variable speed

Info

Publication number: DE650811C
Application number: DEA71229D
Authority: DE
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1932-08-27
Filing date: 1933-08-27
Publication date: 1937-10-01

Description

Einrichtung zur Regelung von mit veränderlicher Drehzahl angetriebenen elektrischen Gleichstromerzeugern Die Veränderung der Antriebsdrehzahl ruft bei einem gewöhnlichen Gleichstromgenerator bekanntlich eine Spannungsveränderung hervor. Bei gewissen Antrieben können die Drehzahlveränderungen so groß sein, daß die entsprechenden Spannungsveränderungen die Anwendung irgendwelcher Regelungsmittel für die Spannung erfordern, damit die von dem Generator gespeisten Maschinen über den ganzen Bereich der Drehzahlveränderungen des Antriebsorgans für den Generator ordnungsgemäß arbeiten können.Device for controlling variable speed driven electrical direct current generators The change in the drive speed calls at is known to produce a voltage change in an ordinary DC generator. With certain drives, the speed changes can be so great that the corresponding Voltage changes the application of some means of regulating the voltage require that the machines powered by the generator cover the whole area the speed changes of the drive element for the generator work properly can.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Regelung von mit veränderlicher Drehzahl angetriebenen elektrischen Gleichstromerzeugern, deren Erregerkreis zwei einander entgegenwirkende Nebenschlußfeldwicklungen und einen Widerstand von negativer Widerstandsstromcharakteristik enthält. Das Neue und Erfinderische wird darin gesehen, daß die beiden Feldwicklungen in Reihenschaltung an die beiden Ankerbürsten des Generators angeschlossen sind und daß der selbstveränderliche Widerstand parallel zu der Hauptfeldwicklung liegt, temperaturunabhängig ist und mit wachsendem Strom augenblicklich nach einer Exponentialkurve sinkt. Die Erfindung findet Anwendung beispielsweise für einen Antrieb, bei dem ein Gleichstromgenerator von der Achse eines Fahrzeuges angetrieben ist und einen oder mehrere Gleichstrommotoren speist, die unter anderem zum Antrieb von Ventilatoren dienen, die beispielsweise zum Umwälzen von Luft in Kühlwagen gebraucht werden. Die Vorrichtung zur Erzeugung eines solchen Luftumlaufs muß einfach, zuverlässig und verhältnismäßig robust sein, wobei auch die Bedienung auf ein Mindestmaß beschränkt werden muß. Auch müssen dabei Hilfseinrichtungen irgendwelcher Art nach Möglichkeit vermieden sein.The invention relates to a device for controlling with variable speed driven electrical direct current generators, their excitation circuit two opposing shunt field windings and a resistance of contains negative resistance current characteristic. The new and inventive becomes seen in the fact that the two field windings are connected in series to the two armature brushes of the generator are connected and that the self-varying resistor is parallel to the main field winding, is temperature-independent and with increasing current decreases instantly after an exponential curve. The invention finds application for example for a drive in which a direct current generator is connected to the axis of a vehicle is driven and feeds one or more DC motors, which are used, among other things, to drive fans, for example for circulation of air in refrigerated trucks. The device for generating such Air circulation must be simple, reliable and relatively robust, and also Operation must be kept to a minimum. Also need auxiliary equipment of any kind should be avoided if possible.

Es ist an sich bekannt, zur Erzielung konstanter Spannung zwei gegeneinandergeschaltete Erregerwicklungen zu benutzen und einen Regelwiderstand mit negativem Temperaturkoeffizienten vorzusehen. Es ist aber erst durch die erfindungsgemäße Anordnung eine Einrichtung geschaffen worden, die bei elektrischen Übertragungen die größte Sicherheit dafür bietet, daß trotz großer Drehzahlveränderung an der Welle des Generators die Generatorspannung fast unverändert bleibt. Daher werden auch die von dem Generator gespeisten Maschinen über den ganzen Bereich der Drehzahländerungen des Antriebsorgans ordnungsgemäß arbeiten können. Der Grund dafür, daß durch die Erfindung gegen-.. über der bekannten Schaltung eine bessere Konstanthaltung der Spannung erzielt wird;>; liegt darin, daß im erstgenannten Falle däs:-Haupterregerfeld infolge Parallelschaltung mit dem stromabhängigen Widerstand praktisch konstant erregt wird. Bei der bekannten Anordnung wird die Haupterregung dagegen durch eine reine Nebenschlußwicklung bewirkt. Mit steigender Spannung des Generators steigt deshalb auch die Haupterregung. Daraus geht aber hervor, daß die Wirkung der Gegenerregung bei der neuartigen Schaltung zur Erreichung einer gewissen Konstanz der Spannung geringer zu sein braucht als bei der bekannten Anordnung, bei der das Anwachsen der Haupterregung außerdem noch aufgehoben werden muß. Setzt man gleichen Aufwand an Haupterregerwindungen und Gegenerregerwindungen bei gleicher Stromaufnahme in ein und demselben Maße voraus, so kann mit der erfindungsgemäßen Schaltung eine bessere Konstanz der Spannung bei veränderlicher Drehzahl erzielt werden. Dies bedeutet aber nichts anderes, als daß zur Erzielung desselben Grades der Spannungsregelung im Falle der vorliegenden Erfindungeinkleinerer Generator erforderlich wird als bei der bekannten Schaltung.It is known per se to have two mutually connected in order to achieve a constant voltage To use excitation windings and a rheostat with a negative temperature coefficient to be provided. But it is only a device through the arrangement according to the invention has been created that provides the greatest security for electrical transmissions offers that despite a large change in speed on the shaft of the generator, the generator voltage remains almost unchanged. Hence the ones from the generator fed Machines properly over the entire range of speed changes of the drive element can work. The reason why the invention compared to the known Circuit a better maintenance of the voltage is achieved;>; lies in that in the former case däs: -Main exciter field as a result of parallel connection with the current-dependent resistance is excited practically constant. With the known arrangement on the other hand, the main excitation is caused by a pure shunt winding. With As the voltage of the generator increases, the main excitation also increases. From it but it can be seen that the effect of the counter-excitation in the novel circuit to achieve a certain constancy of the voltage needs to be less than in the known arrangement in which the main excitation also increases must be canceled. Assuming the same effort is made for the main excitation windings and counter-excitation windings with the same power consumption in one and the same degree ahead, so can with the invention Circuit a better constancy of the voltage achieved at a variable speed will. But this means nothing else than that to achieve the same degree the voltage regulation in the case of the present invention, a smaller generator is required than in the known circuit.

Die Zeichnung veranschaulicht mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung in schematischer Darstellung. - .The drawing illustrates several exemplary embodiments of the invention in a schematic representation. -.

Abb. i zeigt das Schaltbild des Antriebes eines Lüfters.Fig. I shows the circuit diagram of the drive of a fan.

Abb.2 zeigt eine andere Ausführungsart eines solchen Antriebes, bei dem die Drehrichtung des Antriebsorgans für den den Lüftermotor speisenden Generator ohne Bedeutung ist.Fig.2 shows another embodiment of such a drive, at the direction of rotation of the drive element for the generator feeding the fan motor is irrelevant.

Abb. 3 zeigt die Kennlinien für den Antrieb nach Abb. 2.Fig. 3 shows the characteristic curves for the drive according to Fig. 2.

Bei dem Antrieb nach Abb. i wird ein Gleichstromgenerator i von der Achse 2 eines Fahrzeugrades 3 angetrieben. Der Generator i ist durch die Leitungen q. mit dem Elektromotor 5 verbunden, der beispielsweise einen Lüfter 6 antreibt. Der Motor 5 ist vorzugsweise als ein Nebenschlußgleichstrommotor ausgebildet, der unterhalb der Sättigung oder richtiger gesagt, unterhalb der Höchstwerte der Sättigung arbeitet. Unbedingt nötig ist dies aber nicht. . Der Zweck seiner Arbeit unterhalb der Sättigung ist nur der, die Drehzahl des Motors möglichst unempfindlich von den Spannungsänderungen zu machen.In the drive according to Fig. I, a direct current generator i is powered by the Axis 2 of a vehicle wheel 3 is driven. The generator i is through the lines q. connected to the electric motor 5, which drives a fan 6, for example. The motor 5 is preferably designed as a shunt DC motor, the below saturation or, more correctly, below the maximum saturation values is working. But this is not absolutely necessary. . The purpose of his work below the saturation is only that, the speed of the motor as insensitive as possible from the Make voltage changes.

Der Generator i besitzt eine Nebenschlußhauptfeldwicklung 7, die in Reihe mit einer Differentialnebenschlußfeldwicklung 8 liegt. Parallel zu der Hauptfeldwicklung 7 -ist ein Widerstand 9 vorgesehen, der eine negative Stromwiderstandscharakteristik besitzt.The generator i has a shunt main field winding 7, which in Series with a differential shunt field winding 8 is located. Parallel to the main field winding 7 - a resistor 9 is provided which has a negative current resistance characteristic owns.

Das Widerstandselement 9 ist vorzugsweise ::äus einem besonderen Widerstandsstoff herge-.stellt. Dieser Stoff hat die Eigenschaft, daß sein elektrischer Widerstand augenblicklich und exponential sinkt, 'wenn die durch den Widerstand geleitete Spannung oder Stromdichte oder beide steigen. Außerdem ist die Widerstandsveränderung dieses Baustoffes fast unabhängig von Temperaturschwankungen, so daß die Wirkungsweise einer Regelvorrichtung mit einem solchen Widerstand von der Temperatur der umgebenen Luft nicht beeinflußt wird. Das augenblickliche Ansprechen dieses Widerstandsstoffes macht ihn zur Verwendung für Regelvorrichtungen mit großer Empfindlichkeit und raschem Ansprechen besonders geeignet.The resistance element 9 is preferably: äus a special resistance material manufactured. This substance has the property that its electrical resistance instantaneously and exponentially decreases when the voltage passed through the resistor or current density or both increase. Besides, the change in resistance is this Building material almost independent of temperature fluctuations, so that the mode of action a control device with such a resistance to the temperature of the surrounding Air is not affected. The instant response of this resistance substance makes it useful for control devices with great sensitivity and rapidity Response particularly suitable.

Die Wirkungsweise des Antriebes nach Abb. i ist die folgende: Die Drehzahl des Fahrzeugrades 3 nehme beispielsweise zu. Infolgedessen erhöht sich auch die Drehzahl des Generators i. Das hat zunächst eine Steigerung der Spannung des Generators i zur Folge, also auch eine gesteigerte Spannung in den -beiden Feldwicklungen 7 und 8 und in dem Widerstand g. Dies verursacht wiederum einen stärkeren Stromfluß durch 7, 8 und g, wodurch eine Verbundwirkung hervorgerufen wird. Der erhöhte Stromfluß durch den Widerstand 9 verringert seinen Widerstand und verringert damit den Gesamtwiderstand der beiden aus Wicklung 7 und Widerstand 9 bestehenden Parallelzweige. Infolgedessen fließt ein wesentlich stärkerer Strom durch die Differentialfeldwicklung B. Hierdurch entsteht eine Verringerung der reinen Amperewindungen, die von den beiden Wicklungen 7 und 8 erzeugt werden. Der Gesamterregerstrom wird zwischen der Differentialwicklung 8 und der Hauptfeldwicklung 7 sowie dem Widerstand 9 mit einer solchen Veränderung verteilt, daß ein größerer Teil des Stromes durch den Widerstand- 9 und -ein geringerer Teil durch die - Hauptfeldwicklung 7 fließt. Dies hat die Wirkung, daß die reinen Feldamperewindungen des Generators i verringert werden. Durch richtige Wahl des Widerstandes 9 und der. Windungen der Haupt- und der Differentiabfeldwicklung sowie der Charakteristik des Widerstandes g kann tatsächlich eine Richtungsumkehrung der Erregung durch stetiges Steigern. der Spannung des Generators erzielt werden.The mode of operation of the drive according to Fig. I is as follows: The The speed of the vehicle wheel 3 increases, for example. As a result, increases also the speed of the generator i. That initially has an increase in tension of the generator i result in an increased voltage in the two field windings 7 and 8 and in the resistor g. This in turn causes a greater flow of current through 7, 8 and g, creating a composite effect. The increased current flow through the resistor 9 reduces its resistance and thus reduces the total resistance of the two parallel branches consisting of winding 7 and resistor 9. Consequently A much stronger current flows through the differential field winding B. This causes it there is a reduction in the pure ampere-turns produced by the two windings 7 and 8 are generated. The total excitation current is between the differential winding 8 and the main field winding 7 and the resistor 9 with such a change distributed that a larger part of the current through the resistor-9 and -a lesser Part through the main field winding 7 flows. This has the effect that the pure Field ampere turns of the generator i can be reduced. By choosing the right Resistance 9 and the. Turns of the main and differential field winding as well as the characteristic of the resistance g can actually reverse the direction of the Arousal through steady increase. the voltage of the generator.

Bei der Schaltung nach Abb. i ist es aber vorteilhafter, die Gesamterregung des Generators i mit dem Anwachsen der Spannung so zu verringern, daß die Spannung über einen weiten Bereich der Antriebsdrehzahl im wesentlichen konstant bleibt. Die Schaltung ist so empfindlich, daß schon sehr geringe Änderungen der Generatorspannung verhältnismäßig große Änderungen der Gesamtamperewindungen der Feldwicklung hervorrufen. .With the circuit according to Fig. I, however, it is more advantageous to use the total excitation of the generator i as the voltage increases so that the voltage Essentially over a wide range of the drive speed constant remain. The circuit is so sensitive that even very small changes in the Generator voltage relatively large changes in the total ampere turns of the Cause field winding. .

Ein Abfallen der Drehzahl des Generators i , verringert seine Spannung, so daß die Regelvorrichtung die Gesamterregung des Generators derart steigert, daß seine Spannung im wesentlichen konstant bleibt.A drop in the speed of the generator i reduces its voltage, so that the control device increases the total excitation of the generator so that its tension remains essentially constant.

Da ein gewöhnlicher Generator mit Selbsterregung bei bzw. nach dem Wechsel seiner Drehrichtung keine Spannung erzeugen kann, weil der Generator seinen restlichen Magnetismus nicht umpolen kann, ist es in praktischen Fällen notwendig, zum Erzeugen der Spannung bei umkehrbarem Antrieb des Gleichstromgenerators Hilfsmittel vorzusehen. Eine solche vervollständigte Schaltung ist in Abb. 2 veranschaulicht. Der Generator i wirkt hier als Erregermaschine für den Hauptgenerator io. Dieser hat eine Feldwicklung ii, die an den Bürsten des Generators i liegt, welcher nunmehr als Erregermaschine wirkt. Der Hauptgenerator io liefert zugleich den Erregerstrom für den Generator i. Der Erregerkreis des Generators i besteht wiederum aus einer Nebenschlußhauptfeldwicklung 7, einer Differentialnebenschlußfeldwicklung 8 und einem Widerstand 9 mit einer negativen Stromwiderstandscharakteristik.Since an ordinary generator with self-excitation at or after the Change of its direction of rotation cannot generate any voltage because the generator does its the remaining magnetism cannot reverse the polarity, in practical cases it is necessary to Auxiliary means for generating the voltage with reversible drive of the direct current generator to be provided. Such a completed circuit is illustrated in FIG. The generator i acts here as an exciter for the main generator io. This has a field winding ii, which is on the brushes of the generator i, which is now acts as an exciter. The main generator io also supplies the excitation current for the generator i. The excitation circuit of the generator i in turn consists of one Shunt main field winding 7, a differential shunt field winding 8 and a resistor 9 having a negative current resistance characteristic.

Bei der Schaltung nach Abb. 2 ist die Wirkung der Regelung grundsätzlich die gleiche wie nach Abb. i. Dreht Lzich das Rad 3 mit einem gewissen Drehsinn und steigt die Drehzahl, so wächst auch die Spannung der Erregermaschine i, wodurch die Erregung des Generators io und damit seine Spannung gesteigert wird. Die Spannungssteigerung wirkt auf die Erregung der Erregermaschine i derart, daß deren Erregerfeld genügend herabgesetzt wird, um ihre Spannung zu regeln. Es genügt aber nicht, die Spannung der Erregermaschine i bei Änderungen ihrer Drehzahl nur konstant zu halten, damit die Spannung des Generators io bei Drehzahländerungen ihren Wert beibehält. Es muß vielmehr für den Generator i eine solche Regelung der Erregung vorgesehen sein, daß seine Spannung bei Steigerung der Drehzahl sinkt. Dann kann die Erregung der Feldwicklung i i des Generators io in solchem Maße zum Sinken gebracht werden bei Steigerungen der Drehzahl, daß die Spannung des Generators io über einen verhältnismäßig weiten Bereich der Drehzahlveränderungen im wesentlichen konstant bleibt.With the circuit according to Fig. 2, the effect of the regulation is fundamental the same as in Fig. i. Lzich turns wheel 3 with a certain sense of rotation and If the speed increases, the voltage of the exciter i also increases, as a result of which the excitation of the generator and thus its voltage is increased. The increase in tension acts on the excitation of the excitation machine i in such a way that its excitation field is sufficient is decreased to regulate their voltage. But it is not enough, the tension the exciter i only to keep constant when its speed changes, so the voltage of the generator io maintains its value when the speed changes. It must rather, such a regulation of the excitation should be provided for the generator i, that its voltage decreases as the speed increases. Then the excitement of the Field winding i i of the generator io are brought down to such an extent Increases in speed that the voltage of the generator io over a relatively remains essentially constant over a wide range of speed changes.

Die Abb.3 zeigt Kennlinien dieser Wirkungsweise. Die Kurve i zeigt den sinkenden Verlauf der Spannung der Erregermaschine i bei Steigerung ihrer Drehzahl. Die Kurve io zeigt, daß die von dem Generator io abgegebene Spannung über einen verhältnismäßig weiten Bereich der Drehzahl im wesentlichen konstant bleibt. Aus diesem Grunde bleibt auch die Drehzahl des angetriebenen Arbeitsmotors 5 im wesentlichen über einen weiten Bereich'konstant, wie das die Kurve 5 angibt. Da die Drehzahl und die zugeleitete Spannung des Motors 5 konstant bleiben, so muß auch der Motorstrom über einen weiten Bereich der Generatordrehzahl konstant bleiben. Das wird durch die Kurve 5' veranschaulicht, wobei der durch diese Kurve angegebene Strom zugleich der Strom des Generatorankers und des Motors ist.Figure 3 shows characteristics of this mode of operation. The curve i shows the decreasing curve of the voltage of the exciter i when its speed increases. The curve io shows that the voltage output by the generator io over a relatively wide range of the speed remains essentially constant. the end For this reason, the speed of the driven work motor 5 remains essentially Constantly over a wide range, as indicated by curve 5. Because the speed and the voltage supplied to the motor 5 remains constant, so must the motor current Remain constant over a wide range of the generator speed. That will go through the curve 5 'illustrates, the current indicated by this curve at the same time is the current of the generator armature and the motor.

Wird der Drehsinn des* Rades 3 geändert, so werden die beiden Generatoren i und io in= folge ihres restlichen Magnetismus umgepolt. Dabei hat eine der beiden Maschinen stets einen stärkeren restlichen Magnetismus als die andere, so daß die Umpolung dieser Maschine auch die Umpolung, des restlichen Magnetismus der anderen Maschine zur Folge hat. Ist beispielsweise der Generator i die Maschine mit dem stärkeren restlichen Magnetismus, so polt sie auch bei Umkehr des Drehsinnes den restlichen Magnetismus des Generators io um. Der Generator io erzeugt dann eine Spannung mit der ursprünglichen Polarität, weil sowohl seine Felderregung als auch sein Drehsinn geändert worden sind. Die Spannungserzeugung des Generators io steigert die Erregung der Erregermaschine i im gleichen Sinne wie ursprünglich, so daß der Generator i seine Spannung mit umgekehrter Polarität aufbaut. Es genügt also, die Erregermaschine i mit einem stärkeren restlichen Magnetismus zu versehen als der des Generators io, um zu erreichen, daß der Generator io seine Spannung stets mitder gleichen Polarität aufbaut. Ist die Polarität unwesentlich, so braucht dieses Verhältnis des restlichen Magnetismus der beiden Maschinen. zueinander nicht zu bestehen.If the direction of rotation of * wheel 3 is changed, the polarity of the two generators i and io is reversed as a result of their remaining magnetism. One of the two machines always has a stronger residual magnetism than the other, so that the polarity reversal of this machine also results in the polarity reversal of the remaining magnetism of the other machine. If, for example, the generator i is the machine with the stronger remaining magnetism, it reverses the polarity of the remaining magnetism of the generator io even if the direction of rotation is reversed. The generator io then generates a voltage with the original polarity because both its field excitation and its direction of rotation have been changed. The voltage generation of the generator io increases the excitation of the exciter i in the same way as originally, so that the generator i builds up its voltage with the opposite polarity. It is therefore sufficient to provide the exciter i with a stronger residual magnetism than that of the generator io in order to ensure that the generator io always builds up its voltage with the same polarity. If the polarity is insignificant, the remaining magnetism of the two machines needs this ratio. not to exist with each other.

Bei dem Schema nach Abb. 2 ist der angetriebene Motor 5 mit einer Hilfsreihenschlußfeldwicklung 12 versehen, um bei Schwankungen der Last eine gewisse Drehzahlregelung im Sinne einer Konstanthaltung derselben zu =sichern.In the scheme of Fig. 2, the driven motor 5 is with a Auxiliary series field winding 12 is provided to a certain degree in the event of fluctuations in the load To secure speed control in the sense of keeping it constant.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for regulating with variable Speed driven electrical direct current generators, the excitation circuit of which has two opposing shunt field windings and a resistance of negative Contains resistance current characteristic, characterized in that the two field windings (7, 8) connected in series to the two armature brushes of the generator (i) and that the self-varying resistance (g) is parallel to the main field winding (7) is independent of temperature and instantaneously with increasing current an exponential curve decreases (Fig. i). a. The application of one with the two field windings equipped generator according to claim i as an exciter for a two-part Direct current generator (io), which together with the exciter generator (i) from the energy source (3) is driven, a field winding (i i) has and both the working motors (5) and the excitation circuit of the exciter generator (i) feeds (Fig.z). 3. Device according to claim a, characterized in that the exciter generator (i) has a stronger residual magnetism than the second generator (1o).