DE659865C

DE659865C - Arrangement to improve the transformer utilization when feeding a large number of direct current motors from an alternating current network

Info

Publication number: DE659865C
Application number: DEA69596D
Authority: DE
Inventors: Richard Troeger
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1933-05-28
Filing date: 1933-05-28
Publication date: 1938-05-12

Description

DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

Baar. kid. EigBaar. kid. Prop

AUSGEGEBEN AM
12.ΜΑΠ938ISSUED ON
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REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

M 659 KLASSE 21c GRUPPE 59 M 659 CLASS 21c GROUP 59

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin*)General Electricity Society in Berlin *)

Patentiert im Deutschen Reiche vom 2S. !Mai 1933 abPatented in the German Empire by the 2S. ! May 1933

Bei der Speisung von Gleichstrommotoren aus einem Wechselstromnetz mittels gesteuerter Entladungsstrecken, vorzugsweise mittels gittergesteuerter Dampf- oder Gasentladungsgefäße in Gleichrichterschaltung, sind im allgemeinen ein Haupttransformator und ein mehranodiges Gefäß erforderlich. Gleichrichtertransformatoren sind bekanntlich ungünstig ausgenutzt, sofern man nicht zu der Graetzschaltung greift, die aber die doppelte Anzahl Entladungsstrecken und außerdem wenigstens teilweise einanodige Gefäße erfordert. Die vorliegende Erfindung zeigt einen Ausweg aus diesen Schwierigkeiten, sobald eine gerade Zahl (z. B. zwei) Motoren gleichzeitig geregelt werden sollen. Solche Fälle treten häufig auf; vor allem ist es im Bahnbetrieb üblich, daß mehrere Motoren zum Antrieb der Lokomotive verwendet und alle gemeinsam geregelt werden.When feeding direct current motors from an alternating current network by means of controlled Discharge paths, preferably by means of grid-controlled vapor or gas discharge vessels in a rectifier circuit, a main transformer and a multi-anode vessel are generally required. Rectifier transformers are known to be used unfavorably, unless you use the Graetz circuit, but the double Requires number of discharge paths and also at least partially single-anodic vessels. The present invention shows a way out of these difficulties as soon as an even number (e.g. two) motors are running simultaneously should be regulated. Such cases are common; above all, it is in rail operations It is common for several motors to be used to drive the locomotive and for all of them to be controlled together.

Mitunter liegen die Verhältnisse auch so, daß man einen vorhandenen Transformator verwenden könnte, aber mit Rücksicht auf die für Gleichrichter erforderliche besondere Transformatorschaltung mit mehreren Sekundärwicklungen zu einer neuen Anschaffung schreiten muß. In solchen Fällen ist natürlich der Vorteil der Erfindung besonders groß, weil es sich dann nicht nur um den Mehrpreis gegenüber einem normalen Transformator handelt, sondern sich die Anschaffung eines neuen Transformators überhaupt erübrigt. Die vorliegende Erfindung bezweckt nun eine Verbesserung der Transformatorausnutzung durch Anwendung der an sich bekannten Speisung verschiedener Motoren in Halbweggleichrichterschaltung aus verschiedenen Halbwellen der speisenden Wechselspannung, wobei die verschiedenen Gruppen von Motoren jeweils über Entladungsstrecken parallel an die gleiche Wechselspannung angeschlossen sind, jedoch so, daß die Stromdurchlaßrichtung in den beiden Gruppen in bezug auf den speisenden Transformator entgegengesetzt ist. Soweit diese Schaltung schon bekanntgeworden ist, dient sie dazu, die einzelnen Motoren unabhängig voneinander regeln zu können, und zwar unter Ver^j wendung einer Anlaßsteuerung.Sometimes the situation is such that an existing transformer could be used, but in view of the special transformer circuit with several secondary windings required for rectifiers, a new acquisition would have to be made. In such cases, of course, the advantage of the invention is particularly great, because then it is not just a matter of the additional price compared to a normal transformer, but the purchase of a new transformer is unnecessary at all. The present invention now aims to improve the transformer utilization by using the known supply of different motors in half-wave rectifier circuit from different half-waves of the feeding AC voltage, the different groups of motors are each connected via discharge paths in parallel to the same AC voltage, but in such a way that the current flow direction is opposite in the two groups with respect to the feeding transformer. As far as this circuit is already become known, it serves to regulate the individual motors independently of each other, and ^j under Ver application of a starting control.

Bei Anwendung· einer Gittersteuerung bieten sich für eine derartige Schaltung zunächst gewisse Schwierigkeiten. Da vom speisenden Transformator über Entladungsstrekken eine Induktivität beliefert wird, tritt ein Stromfluß in den Entladungsstrecken auch dann noch auf, wenn die zugehörige Anodenspannung bereits negativ geworden ist. Das bedeutet die Übertragung einer Blindleistung, für die der Transformator entsprechend größer ausgelegt werden muß. Gleichzeitig ver-When a grid control is used, such a circuit is initially suitable certain difficulties. As from the feeding transformer via discharge paths an inductance is supplied, a current flow also occurs in the discharge paths then still on when the associated anode voltage has already become negative. That means the transfer of reactive power for which the transformer is correspondingly larger must be interpreted. Simultaneously

*) Von dem Palentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:*) The inventor of the Palentucher has been given:

Richard Tröger in Bcrlin-Zehlendorf.Richard Tröger in Bcrlin-Zehlendorf.

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größert sich die Welligkeit der erzeugten Gleichspannung, die ihrerseits den Transformator zusätzlich erwärmt. Das speisende Wechselstromnetz wird ebenfalls mit einem von der Aussteuerung des Gleichrichters abhängigen und mit zunehmender Regelung schlechter werdenden Leistungsfaktor belastet. the ripple of the generated DC voltage increases, which in turn also heats the transformer. The dining one AC network is also dependent on the modulation of the rectifier and the power factor deteriorates with increasing regulation.

Gemäß der Erfindung sind daher nicht nurAccording to the invention are therefore not only

to die Motoren in zwei Gruppen gleicher Leistung aufgeteilt und in der beschriebenen Weise an die speisende Wechselspannung angeschlossen, sondern parallel zu den Motoren, mindestens jedoch zu jeder Gruppe.von Motoren ist außerdem je eine zusätzliche Entladungsstrecke mit eindeutiger Stromdurchlaßrichtung vorgesehen; sie ist mit einer der Stromdurchlaßrichtung der Hauptentladungsstrecke in bezug auf den speisenden Transformator entgegengesetzten Stromdurchlaßrichtung eingeschaltet, derart, daß in den Zeitabschnitten, in welchen dem Motor keine Energie aus dem Wechselstromnetz zugeführt wird, der Stromfluß. im Anker über die Hilfsentladungsstrecke aufrechterhalten werden kann.to split the engines into two groups of equal power and in the described Connected to the supplying AC voltage, but parallel to the motors, However, at least for each group of motors, there is also an additional discharge path provided with a clear current flow direction; she is with one of the Current direction of the main discharge path with respect to the feeding transformer opposite current flow direction switched on, in such a way that in the time segments in which the motor is not supplied with power from the AC network becomes, the current flow. in the armature via the auxiliary discharge path can be sustained.

Die vorliegend beschriebene Einrichtung bietet also den Vorteil, daß eine durch die Gittersteuerung in dem Betriebszustand regelbare Vielzahl von Gleichstrommotoren unter bestmöglicher Ausnutzung des speisenden Transformators und der Motorwicklungen betrieben werden kann. Gegenüber den bereits bekannten Einrichtungen gestattet die Eriindung insbesondere, die Gittersteuerung mit all ihren bekannten Vorzügen anzuwenden.The device described here has the advantage that a through the Grid control in the operating state controllable variety of DC motors under the best possible utilization of the feeding transformer and the motor windings can be. Compared to the already known devices, the invention allows in particular, to use the grid control with all its known advantages.

Der Erfindungsgedänke möge an Hand der Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. In Abb. ι der Zeichnung ist der Erfmdungsgedanke an einem einfachen Schaltschema für die Regelung von zwei Motoren bei Verwendung einanodiger Gefäße erläutert. Der Transformator 1 ist von normaler Ausführung. Die beiden Motoren 2 und 3 sind untereinander parallel und jeder von ihnen mit einem einanodigen Entladungsgefäß 4 bzw. 5 in Reihe geschaltet. Die Ventile 4 und 5 sind mit verschiedenem Vorzeichen an das eine Ende der Transformatorwicklung angeschlos^ sen. Daraus ergibt sich, daß die Alotoren jeweils nur mit einer Halbwelle des Wechselstromes gespeist werden. Da aber in den Motorstromkreisen Induktivitäten vorhanden sind, so erlischt der Motorstrom 'nicht mit dem Ende der betreitenden Spannungshalbwelle, sondern \-ersucht weiterzutließen. Die Möglichkeit hierzu besitzt z. B. der Strom des Motors 2, dessen Richtung in der Abbildung durch ausgezogene Pfeile angedeutet ist, sobald das Ventil 5 freigegeben wird. Der Stromkreis von Motor 2 schließt sich dann über das zugehörige Ventil 4, das neu gezündete Gefäß 5 und den Motor 3. Aus dem speisenden Wechselstromnetz bekommt dann zwar nur der Motor 3 Energie. Aber es ist immerhin dafür gesorgt, daß der Strom im Motor 2 nicht unterbrochen werden muß. .Die Welligkeit der Motorströme ist auf diese Weise stark vermindert und auch die Ausnutzung der Motoren nahezu dieselbe wie bei Speisung durch Volhveggleichrichter. Verfolgt man den eben beschriebenen \^rorgang weiter, so wird nach Ablauf einer Spannungshalbwelle wieder .der Motor 2 aus dem Xetz angetrieben, und der Motor 3 ist über 2, 4 und 5 kurzgeschlossen.The idea of the invention should be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments. In Fig. Ι of the drawing, the inventive concept is explained using a simple circuit diagram for controlling two motors when using single-anode vessels. The transformer 1 is of normal design. The two motors 2 and 3 are parallel to one another and each of them is connected in series with a single-anode discharge vessel 4 and 5, respectively. The valves 4 and 5 are connected to one end of the transformer winding with different signs. This means that the motors are only fed with a half-wave of the alternating current. However, since there are inductances in the motor circuits, the motor current does not go out at the end of the voltage half-wave, but tries to continue to flow. The possibility of this has z. B. the current of the motor 2, the direction of which is indicated in the figure by solid arrows, as soon as the valve 5 is released. The circuit of motor 2 then closes via the associated valve 4, the newly ignited vessel 5 and the motor 3. Only motor 3 then receives energy from the AC power supply. But it is at least ensured that the current in motor 2 does not have to be interrupted. The ripple of the motor currents is greatly reduced in this way and also the utilization of the motors is almost the same as with supply by a voltage rectifier. One pursues the just described \ ^r organg further, .the engine 2 is after a voltage half-wave driven again from the Xetz, and the motor 3 is short-circuited by 2, 4 and 5. FIG.

Man erkennt zunächst, daß es nicht möglich ist, die Ventile 4 und 5 zu steuern, wenn man nicht zuläßt, daß der Motorstrom zeitweise auf XuIl zurückgeht, d. h. also die WeI-ligkeit stark erhöht und die Ausnutzung entsprechend vermindert wird. LTm die Motoren mittels der Gittersteuerung regeln zu können, verwendet man deshalb zweckmäßig zu jedem Motor parallel geschaltete Entladungsstrckken 6 und 7, die den Stromfluß im Motor aufrechterhalten. Diese sogenannten Freilaufventile liaben ferner die Wirkung, daß bei der Gittersteuerung der Entladungsstrccken 4 und 5 der Leistungsfaktor im primären Wechselstromnetz verbessert wird. Nimmt man zunächst wieder an, daß Motor 2 aus dem Einphasennetz ül>er \^rentii 4 gespeist wird, so ist, wie aus der Zeichnung hervorgeht, Ventil 6 zunächst wirkungslos, da es für die betreffende Spannungshalbwelle undurchlässig ist. Sobald die Wechselspannung durch Null geht, erlischt jetzt Ventil 4 von selbst, und der Motorstrom wählt den leichteren Weg über das Freilauf ventil 6. Bei genügend großer Motorinduktivität kann er jetzt bis zu Beginn der nächsten positiven Spannungswelle weiterfließen. Das Ventil 4 ist jetzt auf jeden Fall wieder steuerfähig und zur Freigabe der Motorspeisung zu tos einem beliebigen Zeitpunkt innerhalb der nächsten positiven Spaunungswelle bereit.One recognizes at first that it is not possible to control the valves 4 and 5 if one does not allow the motor current to go back to XuIl at times, that is to say the wiliness is greatly increased and the utilization is correspondingly reduced. In order to be able to regulate the motors by means of the grid control, it is therefore expedient to use discharge lines 6 and 7 which are connected in parallel to each motor and which maintain the flow of current in the motor. These so-called free-wheeling valves also had the effect of improving the power factor in the primary alternating current network in the grid control of the discharge paths 4 and 5. , Valve 6 is initially assumes again that motor is supplied from the single-phase ül> er \ ^r entii 4 2, then as is apparent from the drawing, first effect, since it is impermeable to the respective voltage half wave. As soon as the AC voltage goes through zero, valve 4 goes out by itself, and the motor current chooses the easier route via the free-wheeling valve 6. If the motor inductance is high enough, it can now continue to flow until the beginning of the next positive voltage wave. The valve 4 is now controllable again in any case and ready to release the motor feed at any time within the next positive voltage wave.

Wie aus der Zeichnung ohne weiteres hervorgeht, ist der Transformator 1 von normaler Schaltung und dementsprechend voll- no kommenster Ausnutzung. Die Zahl der Hauptentladungsgefäße (4 und 5) beträgt im Gegensatz zur Graetzschaltung nur zwei* Die Freilaufventile 6 und 7 übernehmen eine zusätzliche Verbesserung der Einrichtung durch Erhöhung des Leistungsfaktors bei der Gittersteuerung von 4 und 5.As is readily apparent from the drawing, the transformer 1 has a normal circuit and is accordingly fully no next exploitation. In contrast, the number of main discharge vessels (4 and 5) is only two for Graetz circuit * The free-wheeling valves 6 and 7 take on an additional one Improvement of the facility by increasing the power factor in the grid control from 4 and 5.

Wird Wert auf die Verwendung eines einzigen Entladungsgefäßes mit mehreren Anoden und gemeinsamer Kathode gelegt, so kommt man zu einer Anordnung, wie sie in Abb. 2 angedeutet ist. 4 und 5 sind da-Value is placed on the use of a single discharge vessel with several When anodes and a common cathode are placed, this is how they are arranged is indicated in Fig. 2. 4 and 5 are there-

bei wieder die gesteuerten Hauptanoden, ö und 7 die Freilaufanoden zur Ermöglichung der Spannungsregelung und Verbesserung des Leistungsfaktors. Reicht die Motorinduktivitat für die beabsichtigte Verringerung der Welligkeit des Motorstromes nicht aus, so werden zusätzliche Drosseln 8 und g vorgesehen. Zur weiteren Vergleichsmäßigung der Motorströme werden diese beiden Induktivitäten zweckmäßig miteinander magnetisch verkettet.with the controlled main anodes again, 6 and 7 the free-wheeling anodes to enable voltage regulation and improvement of the power factor. If the motor inductance is not sufficient for the intended reduction in the ripple of the motor current, additional chokes 8 and g are provided. To further equalize the motor currents, these two inductances are expediently linked together magnetically.

Bei der Anordnung nach Abb. 2 ist noch auf die Möglichkeit der Zündung der Hauptanoden zu achten. Es sei z. B. angenommen, daß Anode4 brennt, und infolgedessen der Motor 2 aus dem Netz angetrieben wird. Nach Ablauf der betreffenden Spannungshalbwelle erlischt der Strom der Anode 4 selbsttätig, und es wird Motor 2 über die Anode 6 kurzgeschlossen. Soll jetzt etwas später die Anode 5 zur Zündung freigegeben werden, um den Motor 3 während der betreffenden Halbwelle aus dem Netz zu speisen, so muß dafür gesorgt werden, daß die Zündspannung der Hauptanode niedriger ist als die Brennspannung der Freilaufanode, da andernfalls infolge der gleichen Potentiale von 5 und 6 die Hauptanode nicht zündet.In the arrangement according to Fig. 2, there is still the possibility of igniting the main anodes to pay attention. Let it be B. suppose that anode4 burns, and consequently the Motor 2 is driven from the network. After the relevant voltage half-wave has elapsed the current of the anode 4 goes out automatically, and motor 2 is short-circuited via the anode 6. Should something now later the anode 5 will be released for ignition to the engine 3 during the concerned To feed half-wave from the network, it must be ensured that the ignition voltage the main anode is lower than the running voltage of the free-wheeling anode, otherwise due to the same potentials of 5 and 6 the main anode does not ignite.

Bereits vorgeschlagene Maßnahmen zur Verbesserung der Kommutierung der Motoren, beispielsweise Parallelschalten einer Entladungsstrecke zum Erregerfeld u.dgl., können auch bei der Schaltung nach der Erfindung angewendet werden. Desgleichen ist es gleichgültig, ob die Motoren Reihenschlußoder Nebenschlußcharakteristik erhalten.Measures already proposed to improve the commutation of the motors, For example, parallel connection of a discharge path to the excitation field, etc., can also be used in the circuit according to the invention. The same is it does not matter whether the motors receive series connection or shunt characteristics.

Claims

Patent claims:

i. Arrangement to improve the transformer utilization when feeding a large number of direct current motors via rectifiers from an alternating current network, in particular single-phase network, with different motors each with only one half-wave of the primary alternating voltage are fed, characterized in that the motors are divided into two groups of approximately equal power are, and that parallel to the motors, but at least parallel to each • of a half-wave of the alternating voltage powered group of motors, each with an additional discharge path with a clear The current flow direction is switched in such a way that in the time segments in which the motor does not have any energy from the alternating current network via the main discharge paths is supplied, the current flow in the armature is maintained via the auxiliary discharge paths connected in parallel can be.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that additional smoothing chokes (8, 9) are provided in the motor circuits.

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the additional Chokes are linked together magnetically.

4. Arrangement according to claim 1 or f oily, characterized in that both those lying in series with the motors Main discharge paths such as the auxiliary discharge paths parallel to the motors with opposite current flow direction are housed in a single multi-anode vessel with a common cathode.

5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the grid control device to influence the discharge use of the main anodes is dimensioned such that the discharge via the Main anode of a motor group, e.g. B. 5. can be used as long as the free-wheeling anode the other group, e.g. B. 6, burns.

1 sheet of drawings