DE686459C

DE686459C - Device for the continuous regulation of the direct voltage of direct current motors, in particular locomotive motors, fed by a rectifier from an alternating current network

Info

Publication number: DE686459C
Application number: DE1933A0069477
Authority: DE
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1933-05-16
Filing date: 1933-05-16
Publication date: 1940-01-18

Description

Einrichtung zur stetigen Regelung der Gleichspannung von über einen Gleichrichter aus einem Wechselstromnetz gespeisten Gleichstrommotoren, insbesondere Lokomotivmotoren Der Betrieb von Gleichstromlokomotiven oder auch Gleichstrommotoren aus einem Einphasennetz von 5o Per. über Quecksilberdampfgleichrichter ist bekannt. Es ist auch bekannt, daß man, damit der cos p und der Primärstrom beim Anfahren möglichst günstig ausfallen, den Gleichrichterspeisetransformator mit Anzapfungen versieht. Das Anfahren erfolgt dabei durch Gittersteuerung des Gleichrichters, so daß zuerst mit der kleinsten Spannung am Transformator angefangen wird, wobei die Zündung der Anoden zu Beginn stark verzögert und dann schrittweise vorgeschoben wird. Nach Erreichen der vollen. Spannung dieser Anzapfung wird auf die zweite Stufe des Transformators übergeschaltet. Damit nun bei der zweiten Anzapfung sofort die Gleichspannung sich einstellt, die der höchsten Gleichspannung von Stufe i entspricht, muß der Zündwinkel entsprechend eingestellt werden. Dasselbe ist der Fall, wenn von der zweiten Anzapfung auf die dritte übergegangen wird usf. Alle bis heute bekannten Steuereinrichtungen bieten nicht die Möglichkeit, alle notwendigen Schaltvorgänge stetig und folgerichtig vorzunehmen.Device for continuous regulation of the DC voltage from over one Rectifiers fed from an alternating current network, direct current motors, in particular Locomotive motors The operation of direct current locomotives or also direct current motors is known from a single-phase network of 5o per. via mercury vapor rectifiers. It is also known that in order to reduce the cos p and the primary current during start-up The rectifier supply transformer with taps should be as cheap as possible provides. The start-up is done by grid control of the rectifier, see above that you start with the lowest voltage on the transformer first, whereby the Ignition of the anodes is strongly delayed at the beginning and then advanced gradually will. After reaching the full. Tension of this tap is on the second stage of the transformer switched over. With the second tap, the DC voltage is established which corresponds to the highest DC voltage of stage i, the ignition angle must be adjusted accordingly. Same is the case when from the second tap to the third, and so on. All known to this day Control devices do not offer the possibility of all necessary switching operations to be carried out steadily and consistently.

Es sind Einrichtungen zur Regelung der Gleichspannung von über einen Gleichrichter aus einem Wechselstromnetz gespeisten Gleichstrommotoren bekannt, bei welchen zur grobstufigen Regelung mindestens zwei jeder Sekundärphase des Speisetransformators zugeordnete Anodensätze mit Steuergittern benutzt werden und die beiden Anodensätze mit verschiedener Spannung aus Anzapfungen am Transformator gespeist werden, wobei jeder Anodensatz wechselweise durch das Steuergitter freigegeben oder gesperrt wird. Es sind weiter Einrichtungen bekannt, bei welchen eine grobstufige Regelung durch einen Stufenschalter am Speisetransformator und eine feinstufige Regelung durch die Gittersteuerung im Gleichrichter erfolgt, wobei jeder Sekundärphase des Speisetransformators entweder zwei oder nur eineAnode des Gleichrichters zugehört.There are devices for regulating the DC voltage from over one Rectifiers from DC motors fed from an alternating current network are known, in which at least two of each secondary phase of the supply transformer for coarse regulation assigned anode sets with control grids are used and the two anode sets are fed with different voltages from taps on the transformer, whereby each set of anodes is alternately enabled or disabled by the control grid. There are also known devices in which a coarse regulation by a step switch on the supply transformer and a fine step control the grid control takes place in the rectifier, with each secondary phase of the feed transformer belonging to either two or only one anode of the rectifier.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur stetigen Regelung der Gleichspannung von über einen Gleichrichter aus einem Wechselstromnetz gespeisten Gleichstrommotoren, insbesondere Lokomotivmotoren, bei der die grobstufige Regelung durch einen Stufenschalter am Speisetransformator und die feinstufige Regelung durch die gesteuerten Gitter im Gleichrichter erfolgt und jeder Sekundärphase des Speisetransformators nur eine Elektrode zugeordnet ist. Erfindungsgemäß ist ein mit Anzapfungen des den Gleichrichter speisenden Transformators v erbundener Grobstufenschalter mit einem zweiten Stufenschalter gekuppelt, welcher die Gitter des Gleichrichters mit einem umlaufenden Kontaktapparat verbindet, der den Gittern die Steuerspannung zuführt, und dessen Winkellage die Zeitlage der Zündmomente im Gleichrichter bestimmt. Ferner haben beide Stufenschalter gleiche Stufenzahl und werden vön einem gemeinsamen Schaltrelais synchron betätigt, während der umlaufende Kontaktapparat von einem synchronen Klotor angetrieben wird, dessen Feldlage durch eine besondere, mit fortlaufend drehbarem Kontakt versehene Steuereinrichtung eingestellt werden kann, die auch in Abhängigkeit von der Stellung des drehbaren Kontaktes das Schaltrelais derart betätigt, daß in jeder Stufenlage der Stufenschalter die Feldlage des synchronen Motors in bestimmten Grenzen so verändert wird, daß die dem Gleichrichter entnommene Spannung innerhalb jeder Grobstufe vom Wert der Spannung der vorhergehenden bis zum vollen Wert der neuen Grobstufe feinstufig geregelt werden kann.The invention relates to a device for continuous regulation the DC voltage fed by a rectifier from an AC network DC motors, especially locomotive motors, in which the coarse regulation by means of a step switch on the supply transformer and the fine control the controlled grid is done in the rectifier and each secondary phase of the feed transformer only one electrode is assigned. According to the invention is a with taps of the Rectifier feeding transformer connected Coarse step switch coupled with a second step switch, which the grid of the rectifier with a rotating contact device that connects the grids with the control voltage supplies, and its angular position determines the timing of the ignition moments in the rectifier. Furthermore, both step switches have the same number of steps and are shared by one Switching relay operated synchronously, while the rotating contact apparatus of one synchronous Klotor is driven, its field position by a special, with continuous rotatable contact provided control device can be adjusted, which also depending on the position of the rotatable contact, the switching relay in such a way actuated that in each step position of the step switch the field position of the synchronous Motor is changed within certain limits so that the one removed from the rectifier Voltage within each coarse level from the value of the voltage of the previous to can be fine-tuned to the full value of the new coarse level.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in Fig. i dargestellt. In Fig. z sind dieHalbwellenderPhasenspannungen der einzelnen Anzapfungen a, b und c des Gleichrichterspeisetransformators aufgetragen.An embodiment of the invention is shown schematically in FIG. In Fig. Z, the half-waves of the phase voltages of the individual taps a, b and c of the rectifier supply transformer are plotted.

In der Zeichnung bedeutet: i einen Einphasentransformator, dessen Primärwicklung an einem Netz von So Per., z. B. der Fahrleitung einer elektrischen Bahn, liegt und dessen Sekundärwicklung in jeder Phase in .drei Stufen a, b, c aufgeteilt ist und über den der Einphasengleichrichter a gespeist wird. Der Gleichrichter hat Anoden 3 und diesen vorgelagerte Steuergitter d.. Mit 5 sind Anzapfungs- und Umschalter für die Anzapfungen des Einphasentransformators und mit 6 Umschalter für die Gittersteuerung bezeichnet, von denen jeder ebenfalls drei Kontakte a1, b1, cl steuert. Der Gleichstrominotor mit Reihenschlußwicklung ist mit 7 bezeichnet, 8 ist die Glättungsdrosselspule. Mit 9 ist ein Kontaktapparat mit synchron umlaufender Bürste B für die Gittersteuerung bezeichnet, der durch den Synchronmotor io mit Ständer S und Läufer R angetrieben wird. i i ist der Steuerapparat mit Kontaktsegmenten a..,, b2, c2 und dem kreisförmigen Widerstand, der mit den Ableitungen zum Läufer R des Motors io versehen ist. Der Steuerapparat i i hat zwei mechanisch miteinander gekuppelte Kontakte x, y, die auf dem Widerstand und den Kontaktsegmenten a2, b2, c2 schleifen. Über die Kontakte x, y wird der Widerstand aus der Gleichstromquelle 14 gespeist. Die Gitterwiderstände im negativen Potentialkreis sind mit 1a und die Gitterwiderstände im positiven Kreis mit 13 bezeichnet. Der Widerstands@vert der letzteren beträgt etwa 1%s des Wertes vom Widerstand 12. 14 ist die Gleichstromhilfsquelle (Stromsammler) für die Gittersteuerspannung mit dem parallel liegenden Spannungsteiler 16.In the drawing: i means a single-phase transformer, the primary winding of which is connected to a network from So Per., E.g. B. the contact line of an electric train, and the secondary winding in each phase in .three stages a, b, c is divided and through which the single-phase rectifier a is fed. The rectifier has anodes 3 and these upstream control grid d .. With 5 tapping and changeover switches for the taps of the single-phase transformer and with 6 changeover switches for the grid control, each of which also controls three contacts a1, b1, cl. The direct current motor with series winding is denoted by 7, 8 is the smoothing choke coil. 9 with a contact apparatus with synchronously rotating brush B for the grid control is referred to, which is driven by the synchronous motor io with stator S and rotor R. ii is the control apparatus with contact segments a .. ,, b2, c2 and the circular resistor, which is provided with the leads to the rotor R of the motor io. The control apparatus ii has two mechanically coupled contacts x, y, which slide on the resistor and the contact segments a2, b2, c2. The resistor is fed from the direct current source 14 via the contacts x, y. The grid resistors in the negative potential circuit are denoted by 1a and the grid resistors in the positive circle by 13. The resistance @ vert of the latter is about 1% s of the value of the resistor 12. 14 is the DC auxiliary source (current collector) for the grid control voltage with the voltage divider 16 lying in parallel.

Die Umschalter 5 und 6 sind miteinander gekuppelt, sie werden von der Schalteinrichtung 15 mit den Schaltspulen a3, b2, c3 elektromagnetisch betätigt.The switches 5 and 6 are coupled to each other, they are from the switching device 15 with the switching coils a3, b2, c3 is actuated electromagnetically.

Der Vorgang der Steuerung ist wie folgt: Beim Anfahren der Lokomotive befindet sich der Steuerapparat i i mit den Kontakten x 'und v in der gezeichneten Stellung o°. In dieser Stellung fließt vom positiven Pol der Stromquelle 1¢ ein Strom über den Kontakt x des Steuerapparates ii auf das Kontaktsegment a2 und von da über die Spule a2 des Schaltapparates 15, der die Umschalter 5 und 6 in der gezeichneten Stellung hält, also an der niedrigsten Anzapfungsspannung des Transformators. In der genannten Stellung des Steuerapparates ii wird das Gleichstromfeld im Läufer des Synchronmotors io die Stellung einnehmen, in der die Bürste B des Kontaktapparates 9 gerade dann den Kontakt a.1 berührt, d. h. das Gitter d. des Gleichrichters zündet, wenn die Spannung in der Wicklung I des Speisetransformators i Null ist oder fast auf Null gefallen ist.The process of control is as follows: When the locomotive starts is the control apparatus i i with the contacts x 'and v in the drawn Position o °. In this position, 1 ¢ flows in from the positive pole of the current source Current through the contact x of the control apparatus ii to the contact segment a2 and from because over the coil a2 of the switching device 15, the switch 5 and 6 in the drawn Holds position, i.e. at the lowest tap voltage of the transformer. In the mentioned position of the control apparatus ii is the direct current field in the rotor of the synchronous motor io assume the position in which the brush B of the contact apparatus 9 just then touches contact a.1, d. H. the grid d. the rectifier ignites, when the voltage in the winding I of the supply transformer i is zero or almost has dropped to zero.

Um die Spannung am Lokomotivmotor zu erhöhen, wird das Kontaktpaar x, y des Steuerapparates entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht. Dadurch wird die Stromverteilung in den drei Rotorphasen geändert, was zur Folge hat, da$ die Feldachse vorn Läufer des Motors io und damit auch die Bürste B von Kontaktapparat 9 vorverschoben wird. Das Gitter q. de"s Gleichrichters wird nun je nach der Verdrehung des Kontaktpaares x, y des Steuerapparates i i früher gezündet. Die Verschiebung wird so weit fortgesetzt, bis die Zündung des Gitters q. bereits erfolgt, wenn die Spannung von Wicklung I des Transformators i positiv wird. Dies ist dann der Fall, wenn das Kontaktpaar x, y des Steuerapparates ii um i8o° entgegen dem Uhrzeigersinn verstellt worden ist, d. h. Kontakt x in der i8o°-Stellung liegt. Bei weiterer Verdrehung gleitet der Kontakt x auf Kontaktsegment b" auf. Dadurch wird die -Spule a3 von Schaltapparat 15 stromlos und dafür Spule b3 wirksam. Die Umschalter 5 und 6 werden dadurch in die Mittelstellung gebracht. Während des Umschaltens auf die Mittelstellung wird der positive Stromkreis zum Gitter q. durch den Umschalter 6 kurzzeitig unterbrochen. In dieser Zeit ist das Gitter 4. negativ geladen, sperrt also, und in derselben Zeit findet die Umschaltung des Schalters 5 statt, welche somit stromlos erfolgt. Nach erledigter Umschaltung der Schalter 5 und 6 erfolgt nun die- Kontaktgabe für das Gitter q. über Kontakt b1 von Umschalter 6. Die Phasenspannung der mittleren Anzapfung b sei so gewählt, daß sie doppelt so groß ist wie die der ersten Anzapfung a. Dadurch wird bei einer Zündverzögerung von 9o° die mittlere Gleichspannung der Anzapfung b gerade so groß wie die bei voller Zündung von Anzapfung a. Der Kontakt b4 von Apparat 9 muß somit um 9o° gegenüber dem Kontakt a4 versetzt sein.To increase the voltage on the locomotive engine, the contact pair x, y of the control apparatus rotated counterclockwise. This will power distribution changed in the three rotor phases, which has the consequence that the field axis in front of the rotor of the motor io and thus also the brush B of the contact device 9 is advanced. The grid q. de "s rectifier is now depending on the rotation of the contact pair x, y of the control apparatus i i ignited earlier. The shift continues so far until the ignition of the grid q. already takes place when the voltage of winding I of transformer i becomes positive. This is the case when the contact pair x, y of the control apparatus ii has been adjusted by 180 ° counterclockwise is, d. H. Contact x is in the i8o ° position. Slides with further rotation the contact x on contact segment b ". This causes the coil a3 of the switchgear 15 de-energized and therefore coil b3 effective. The switches 5 and 6 are thereby in brought the middle position. While switching to the middle position, the positive circuit to the grid q. briefly interrupted by the switch 6. During this time, the grid is 4. negatively charged, so it blocks, and in the same time Time the switch 5 is switched over, which is thus de-energized. After switching over switches 5 and 6 is now carried out the- Making contact for the grid q. via contact b1 of changeover switch 6. The phase voltage the middle tap b is chosen so that it is twice as large as that of the first tap a. This means that with an ignition delay of 9o °, the mean The DC voltage of the tap b is just as great as that when the tap is fully ignited a. The contact b4 of apparatus 9 must therefore be offset by 90 ° with respect to the contact a4 be.

Wird nun der Steuerapparat i i weiter im Gegenuhrzeigersinn verdreht, so wird die Zündung wieder stetig vorgeschoben, bis die Anode während der ganzen Dauer der positiven Halbwelle des Netzes brennt. Dies ist dann der Fall, wenn der Kontakt x in die Stellung 270° gelangt ist. Wird nun noch weiter gedreht, so wird die Schaltspule b3 von Schaltapparat 15 stromlos und dafür Schaltspule c3 unter Spannung gesetzt, worauf Umschalter 5 auf volle Windüngszahl des Transformators i schaltet. Nun wird vom Kontaktapparat 9 der positive Strom über Kontakt c4 dem Gitter .t zugeführt. Der Kontakt c4 ist so gesetzt, daß von der Spannungshalbwelle der Anzapfung c so viel zur Stromabgabe gelangt, daß der Mittelwert dieser Spannung mit dem Mittelwert von Anzapfung b bei voller Zündung dieser Halbwelle übereinstimmt. Der Rest der Regelung erfolgt nun, bis die Spannungshalbwelle der Anzapfung c ebenfalls voll ausgenutzt ist, d. h. bis Kontakt x des Steuerapparates in der Stellung 33o° steht.If the control apparatus i i is now turned further counterclockwise, so the ignition is pushed forward again steadily until the anode throughout Duration of the positive half-wave of the network burns. This is the case when the Contact x has reached the 270 ° position. If you now turn further, it becomes the switching coil b3 of switching apparatus 15 is de-energized and switching coil c3 is below Voltage set, whereupon changeover switch 5 to the full number of turns of the transformer i switches. Now from the contact apparatus 9, the positive current via contact c4 is dem Grid .t fed. The contact c4 is set so that from the voltage half-wave the tap c reaches so much current output that the mean value of this voltage coincides with the mean value of tap b at full ignition of this half-wave. The rest of the regulation now takes place until the voltage half-wave of the tap c also occurs is fully utilized, d. H. until contact x of the control unit is in the 33o ° position stands.

Die zum Umschalter 6 für die Steuergitter führenden Kontakte des Kontaktapparates 9 sind so gruppiert, daß jeweils bei Änderung der Anzapfung am Speisetransformator der Zündwinkel der Anoden sprunghaft derart verändert wird, daß nach jeder Umschaltung angenähert der Wert der Gleichrichterspannung sich einstellt, der vor der Umschaltung vorhanden war.The contacts of the contact apparatus leading to the switch 6 for the control grid 9 are grouped so that each time the tap on the supply transformer changes the ignition angle of the anodes is changed abruptly in such a way that after each switchover approximates the value of the rectifier voltage that is established before the switchover was present.

In Fig.2 ist der Inhalt der Fläche von Phasenhalbwelle der Spannung der Anzapfung a gleich der senkrecht schraffierten Fläche von Phasenhalbwelle der Spannung der Anzapfung b. Die waagerecht schraffierte Fläche der Phasenhalbwelle der Spannung der Anzapfung c ist gleich der Gesamtfläche der Phasenhalbwelle der Spannung der Anzapfung b. Beim Zurückdrehen des Steuerapparates i i im Uhrzeigersinne wird die Spannung in der richtigen Reihenfolge und ohne Sprünge bis auf Null heruntergeregelt.In Fig.2 is the content of the area of the phase half-wave of the voltage the tap a is equal to the vertically hatched area of the phase half-wave Voltage of the tap b. The horizontally hatched area of the phase half-wave the voltage of the tap c is equal to the total area of the phase half-wave Voltage of the tap b. When turning back the control apparatus i i clockwise the voltage is regulated down to zero in the correct sequence and without jumps.

Mit der Einrichtung gemäß der Erfindung wird die Regelung der Gleichspannung eines Lokomotivmotors oder eines Gleichstrommotors äußerst einfach und gleichmäßig durchgeführt, weil die Drehzahlerhöhung des Motors vollständig stetig und ohne jede Stoßwirkung erfolgt. und zwar auch beim Übergang von der einen Transformatoranzapfung auf die andere. Anlaßwiderstände sind nicht notwendig. Der Steuerapparat ist sehr einfach und führt bei fortlaufender Drehung in der einen Richtung eine stetige Spannungserhöhung, in der andern Richtung aber eine stetige Spannungserniedrigung herbei. Infolge der einfachen und sicheren Verriegelung zwischen dem Anzapfschalter, dem Steuerapparat und dem Gitterumschalter ist jedes falsche Steuern beim Anlassen des Gleichstrommotors ausgeschlossen.With the device according to the invention, the regulation of the DC voltage of a locomotive motor or a DC motor extremely easily and smoothly performed because the engine speed increase completely steadily and without any Impact occurs. even at the transition from one transformer tap on the other. Starting resistors are not necessary. The control apparatus is very much simple and with continuous rotation in one direction leads to a steady increase in tension, in the other direction, however, a steady decrease in tension brings about. As a result of simple and safe interlocking between the tapping switch and the control apparatus and the grid switch is any wrong control when starting the DC motor locked out.

Es ist natürlich ohne weiteres möglich, die Anzapf- und Gitterumschalter 5 und 6 mechanisch mit dem Steuerapparat i i zu verbinden. Weiter ist es möglich, die Stufenzahl am Transformator beliebig zu erhöhen. Es ist auch möglich, den Kontaktapparat 9 und den Steuerapparat i i so einzurichten, daß die Einrichtung auch für Stromrückgewinnung sich eignet. Die Einrichtung kann ferner so ausgebaut werden, daß sie auch für Mehrphasengleichrichter geeignet ist.It is of course easily possible to use the tap and grid switches 5 and 6 to be mechanically connected to the control apparatus i i. It is also possible to increase the number of stages on the transformer as required. It is also possible to use the contact machine 9 and the control apparatus i i set up so that the device also for power recovery is suitable. The device can also be expanded so that it can also be used for multi-phase rectifiers suitable is.

Claims

PATENT CLAIMS: 0 i. Device for the continuous regulation of the direct voltage of direct current motors fed by a rectifier from an alternating current network, in particular locomotive motors, in which the coarse-level control is carried out by a step switch on the supply transformer and the fine-level control via the controlled grid in the rectifier and only one electrode is assigned to each secondary phase of the supply transformer , characterized in that a coarse tap changer (5) connected to the taps of the transformer feeding the rectifier is coupled to a second tap changer (6) which connects the grid of the rectifier to a rotating contact device (9) which supplies the grid with the control voltage, and whose angular position determines the timing of the ignition moments in the rectifier, that both step switches (5, 6) have the same number of steps and are operated synchronously by a common switching relay (i5), while the rotating contact device (9) is operated by a m synchronous motor (io) is driven, the field position of which can be set by a special control device (ii) provided with a continuously rotatable contact, which is also actuated depending on the position of the rotatable contact of the switching relay (i6) in such a way that in each step position the step switch (5, 6) the field position of the synchronous motor (io) is changed within certain limits so that the voltage taken from the rectifier is within each coarse step of the value. the voltage of the previous level can be fine-tuned to the full value of the new coarse level. a. Device according to claim i, characterized in that the control apparatus (ii) has a circularly arranged resistor, to whose taps the phase windings of the rotor (R) of the synchronous motor (io) are connected, and that it also has contact segments (a., B, c2 ), to which the switching coils (a3, b3, c3) for the switch (5, 6) of the grid and the transformer taps are connected, the resistor being fed via a rotating sliding contact (y) to one pole of the grid control current source (1q.) is and a second sliding contact (x) is provided, which couples with the former mechan ical ge 1 'and is connected to the other pole DER grating control current source and simultaneously grinds the resistor and the contact segments. 3. Device according to claim i and z, characterized in that on the contact apparatus (9) each control grid is assigned such a number of contacts as taps on the supply transformer (1) are present, so that each time the anodes are switched from a tap of the transformer The grid can also be switched from one contact to the next using the switch (6), whereby the ignition angle of the anodes is changed abruptly. q .. Device according to claims 2 and 3, characterized in that the tap and grid switch (5, 6) is mechanically coupled to the control apparatus (15).