DE707094C

DE707094C - Device for voltage maintenance in power supply systems, in particular train lighting systems

Info

Publication number: DE707094C
Application number: DES134756D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Fritz Rampacher
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1938-11-27
Filing date: 1938-11-27
Publication date: 1941-06-13

Description

Einrichtung zur Spannungshaltung in Stromversorgungsanlagen, insbesondere Zugbeleuchtungsanlagen Die Erfindung bezieht sich auf Stromversorgungsanlagen, vorzugsweise Gleichstromanlagen, in denen Verbraucher an ein Netz mit stark schwankender Spannung angeschlossen sind. Da in zahlreichen Fällen die Verbraucher gegen Spannungsschwankungen empfindlich sind, wie dies beispielsweise bei Beleuchtungsstromkreisen der Fall ist, ist es erforderlich, zusätzliche Regeleinrichtungen vorzusehen, die die Schwankungen der Netzspannung von den Verbraucherstromkreisen fernhalten. Bei Beleuchtungsanlagen für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, die von der Fahrleitung gespeist werden, hat man, beispielsweise zwischen die Netzspannung unddie Lampenstromkreise oder sonstige Hilfsstromkreise, eine selbsttätige Regeleinrichtung, z. B. einen spannungsgesteuerten Regelwiderstand oder eine Zusatzmaschine, eingeschaltet, die zur Konstanthaltung der Verbraucherspannung dient. Insbesondere haben zu dem angegebenen Zweck Kohleplattenregler Anwendung gefunden, bei denen der Widerstand einer Kohleplattensäule durch einen an die Netzspannung angeschlossenen Spannungsmagneten so beeinflußt wird, daß infolge Änderung des Anpreßdruckes der Kohleplattensäule der Widerstandswert erhöht oder verringert und dadurch die den Verbrauchern zugeführte Spannung geändert wird. Die Ausbildung derartiger Regler stellt insofern ein schwieriges Problem dar, als unter Umständen die Netzspannung in sehr weiten Grenzen schwanken kann. Dabei treten die Spannungsschwankungen außerordentlich schnell. auf, wodurch es erforderlich wird, die Regler so auszubilden, daß trotz der großen Änderungsgeschwindigkeit der Spannung an den Verbraucherstromkreisen unzulässige Spannungen nicht auftreten können. Es hat sich nun im Laufe der Zeit gezeigt, daß auch derartige Regler bei längerem Betrieb nichteinwandfrei arbeiten. Dies ist darauf zurückzuführen, daß durch den dauernd wechselnden Druck die äußere Form und die innere Struktur der Kohleplatten geändert wird, wodurch die Reglercharakteristik beeinflußt wird. Es iergibt sich infolgedessen, -daß im Laufe der Zeit die eingeregelte Spannung nicht mehr gleichbleibt, sondern erheblichen Schwankungen ausgesetzt ist. Weiter tritt noch im Betrieb die Schwierigkeit hinzu, daß die Netzspannung unter Umständen auf sehr niedrige Werte herabgeht, und zwar im häufigen Wechsel beim Anfahren des Zuges selbst oder wenn in dem gleichen Streckenabschnitt mehrere Züge anfahren, ferner wenn bei Stromunterbrechungen in Weichen und Kreuzungen eine Hilfsstromquelle eingeschaltet wird.Device for voltage maintenance in power supply systems, in particular Train lighting systems The invention relates to power supply systems, preferably DC systems in which consumers are connected to a network with strongly fluctuating voltage are connected. Since in numerous cases the consumer against voltage fluctuations are sensitive, as is the case, for example, with lighting circuits is, it is necessary to provide additional control devices to control the fluctuations keep the mains voltage away from the consumer circuits. With lighting systems for electrically powered vehicles that are fed by the contact line, one has, for example, between the mains voltage and the lamp circuits or other auxiliary circuits, an automatic control device, e.g. B. a voltage controlled Variable resistor or an additional machine, switched on, to keep it constant the consumer voltage is used. In particular, carbon plate regulators have been used for the stated purpose Found application in which the resistance of a carbon plate column by a The voltage magnet connected to the mains voltage is influenced in such a way that as a result Changing the contact pressure of the carbon plate column increases or increases the resistance value reduced and thereby the voltage supplied to the consumers is changed. the Training such controllers is a difficult problem, as under Under certain circumstances, the mains voltage can fluctuate within very wide limits. The Voltage fluctuations extremely quickly. which makes it necessary to train the regulator so that despite the large rate of change of the voltage on the consumer circuits impermissible voltages do not occur can. It has now been shown in the course of time that such regulators also work with do not work properly for longer periods of time. This is due to the fact that due to the constantly changing pressure, the outer shape and the inner structure of the Carbon plates is changed, whereby the regulator characteristic is influenced. It As a result, the regulated voltage does not arise in the course of time remains the same, but is exposed to considerable fluctuations. Step further the difficulty that the mains voltage may increase during operation very low values, and that in frequent change when the train starts even or if several trains arrive in the same section of the route, furthermore if an auxiliary power source is switched on in the event of power interruptions in switches and crossings will.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine derartige Stromversorgungsanlage, insbesondere Beleuchtungsanlage für Bahnfahrzeuge, so auszubilden, da.ß mit einfachen Mitteln eine genügend sichere Regelung der Spannung der Verbraucherstromkreise erreicht wird, ohne da.ß verwickeltere Regeleinrichtungen benötigt werden.The invention is based on the object of providing such a power supply system, In particular, the lighting system for rail vehicles should be designed in such a way that simple Means a sufficiently reliable regulation of the voltage of the consumer circuits is achieved without the need for more complex control devices.

Erfindungsgemäß wird zu den Verbraucherstromkreisen eine an sich bekannte, mit einer Schwungmasse versehene oder gekuppelte leer laufende Hilfsmasehine, vorzugsweise mit Fremderregung, dauernd parallel geschaltet, die bei plötzlichen Spannungsschwankungen den Spannungszustand der Verbraucherstromkreise zunächst für eine gewisse Zeit aufrechterhält, innerhalb welcher durch die Regeleinrichtung die den Verbraucherkreisen zugeführte Spannung den auftretenden Schwankungen der Netzspannung angepaßt wird.According to the invention, a per se known, With a flywheel or coupled idle auxiliary machinery, preferably with external excitation, permanently connected in parallel, in the event of sudden voltage fluctuations initially maintains the voltage state of the consumer circuits for a certain period of time, within which the control device supplies the consumer circuits Voltage is adapted to the fluctuations in the mains voltage.

Durch die Erfindung wird es also vermieden, daß der Spannungsregler selbst eine so hohe Empfindlichkeit besitzen muß, daß die Änderungen der Netzspannung durch den Spannungsregler selbst unmittelbar von dem Verbraucher ferngehalten werden.The invention thus avoids that the voltage regulator itself must have such a high sensitivity that the changes in the line voltage be kept away from the consumer directly by the voltage regulator itself.

Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden, das in Fig. i der Zeichnung wiedergegeben ist.In the following, the invention will be described in more detail by means of an exemplary embodiment will be explained, which is shown in Fig. i of the drawing.

In dieser bedeuten i mehrere parallel geschaltete Beleuchtungsstromkreise. Diese Beleuchtungsstromkreise sind mit einem Regelwiderstand 2 in Reihe geschaltet. 3 bedeutet die Stromzuführung, beispielsweise einen Stromabnehmer, durch den der Strom dem Fahrleitungsnetz 4 entnommen wird. Zu den Beleuchtungsstromkreisen i, mit denen noch in bekannter Weise eine Ausgleichsdrosselspule 5 in Reihe geschaltet sein kann, ist erfindungsgemäß eine als Motor arbeitende, leer laufende Hilfsmaschine 6 dauernd parallel geschaltet, die entweder eine große Schwungmasse aufweist oder mit einer Schwungmasse 7 gekuppelt ist. Derartige Hilfsmaschinen mit Schwungmasse sind an sich schon für Fahrzeugbeleuchtungsanlagen vorgeschlagen warden, jedoch nur in der Form, daß bei Ausfall oder wesentlicher Absinkung der Speisespannung die Hilfsmaschine mit den von der speisenden Leitung abzutrennenden Verbrauchern in Reihe geschaltet wird. Die Hilfsmaschine dient hier also nicht zur Unterstützung einer vorhandenen Regeleinrichtung, sondern als vollständiger Ersatz des speisenden Netzwund muß daher wesentlich größer bemessen werden als die Hilfsmaschine nach der Erfindung, ohne daß die Verbraucher vor Spannungsschwankungen vollkommen geschützt werden. 8 bedeutet eine Regeleinrichtung, mittels deren in Abhängigkeit 'von der Netzspannung Teile des Widerstandes 2 kurzgeschlossen werden können. Sind die Verbraucherstromkreise an das Netz 4 angeschlossen, so ergibt sich, daß die Hilfsmaschine 6 bei gegebener Netzspannung mit einer bestimmten Drehzahl umläuft. Die Regeleinrichtung 8 macht dabei einen solchen Widerstand wirksam, daß gerade die für die Beleuchtungsstromkreise gewünschte Spannung an diesem vorhanden ist- Tritt nun eine plötzliche Spannungsänderung, beispielsweise eine Spannungssenkung, ein, so wird durch die mit einer Schwungmasse gekuppelte Hilfsmaschine 6 die an den Beleuchtungsstromkreisen liegende Spannung zunächst eine gewisse Zeit aufrechterhalten. Die Drehzahl der Hilfsmaschine 6, die in diesem Falle Energie abgibt, ändert sich allmählich, jedoch innerhalb eines solchen Zeitraumes, daß nunmehr durch die Widerstandsregeleinrichtung 8 der Vorschaltwiderstand 2 der aufgetretenen Spannungsänderung angepaßt werden kann. Es ergibt sich dabei, daß die Regeleinrichtumg 8 mit einer erheblichen Trägheit arbeiten kann, weil durch die Anwendung der Hilfsmaschine 6 die Spannungsschwankungen zunächst von den Verbraucherstromkreisen ferngehalten werden. Vorteilhafterweise wird die Hilfsmaschine 6 mit einer Fremderregung ausgeführt, sie kann indessen auch mit Nebenschlußerregung versehen sein.In this, i mean several lighting circuits connected in parallel. These lighting circuits are connected in series with a variable resistor 2. 3 means the power supply, for example a pantograph, through which the power is drawn from the catenary network 4. According to the invention, an idling auxiliary machine 6 which works as a motor and which either has a large flywheel or is coupled to a flywheel 7 is permanently connected in parallel to the lighting circuits i, with which a compensating inductor 5 can still be connected in series in a known manner. Such auxiliary machines with flywheels are already proposed for vehicle lighting systems, but only in such a way that the auxiliary machine is connected in series with the consumers to be separated from the feeding line in the event of failure or significant drop in the supply voltage. The auxiliary machine is not used here to support an existing control device, but as a complete replacement of the feeding network wound must therefore be dimensioned much larger than the auxiliary machine according to the invention, without the consumers are completely protected from voltage fluctuations. 8 denotes a control device by means of which parts of the resistor 2 can be short-circuited as a function of the mains voltage. If the consumer circuits are connected to the network 4, the result is that the auxiliary machine 6 rotates at a certain speed for a given network voltage. The control device 8 makes such a resistor effective that just the voltage required for the lighting circuits is present at this- If a sudden voltage change, for example a voltage drop, occurs, the auxiliary machine 6 coupled to a flywheel will cause the auxiliary machine 6 connected to the lighting circuits Maintain tension for a period of time. The speed of the auxiliary machine 6, which in this case emits energy, changes gradually, but within such a period of time that the series resistor 2 can now be adapted to the voltage change that has occurred by the resistance control device 8. The result is that the Regeleinrichtumg 8 can work with considerable inertia, because the use of the auxiliary machine 6, the voltage fluctuations are initially kept away from the consumer circuits. The auxiliary machine 6 is advantageously designed with a separate excitation, but it can also be provided with shunt excitation.

Die Regeleinrichtung 8 kann im einfachsten Fall durch Spannungsrelais gebildet werden, die einzelne Teile des Widerstandes 2 kurzschließen. Statt dessen ist es aber auch möglich, andere Regler, Kontaktregler, Wälzregler o. dgl., anzuwenden.The control device 8 can in the simplest case by voltage relays are formed, the individual parts of the resistor 2 short-circuit. Instead of this but it is also possible to use other regulators, contact regulators, rolling regulators or the like.

Eine weitere verbesserte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig.2 der Zeichnung wiedergegeben. Die in dieser Figur dargestellte Anordnung weist an Stelle des Vorschaltwiderstandes 2 und der Regeleinrichtung 8 eine Regelmaschine io auf. Diese, Maschine i o, die vorzugsweise als Reihenschlußmaschine geschaltet ist, ist mit einer Belastungsvorrichtung i i gekuppelt, durch die ein konstantes Moment auf die Maschine io ausgeübt wird. Die Wirkungsweise dieser Anordnung beruht darauf, daß sich bei konstanter Erregung,des Motors, die angenommen werden kann, ihre Umdrehungszahl und damit ihre Spannung sich nach der zugeführten Spannung einstellt. Die Maschine io ist nach Möglichkeit ohne größeres Schwungmoment ausgeführt, damit sie sich echnell entsprechend den Spannungsänderungen einstellen kann, d. h. eine sich mit Aer Netzspannung ändernde Gegen-EMK liefert. Durch die erwähnte Maschine i o können infolgedessen genau wie durch einen Widerstandsregler die auftretenden Spannungsschwankungen innerhalb einer gewissen Zeit ausgeglichen werden, wobeiwährend des Ausgleichsvorganges zunächst die Spannung an den Verbraucherstromkreisen durch die mit ider Schwungmasse 7 gekuppelte Hilfsmaschine 6 aufrechterhalten wird.Another improved embodiment of the invention is shown in FIG reproduced in the drawing. The one shown in this figure arrangement has a control machine instead of the series resistor 2 and the control device 8 io on. This, machine i o, which is preferably connected as a series machine is, is coupled to a loading device i i, through which a constant Moment is exerted on the machine io. The mode of operation of this arrangement is based on the fact that with constant excitation of the motor, which can be assumed, their number of revolutions and thus their voltage is adjusted according to the voltage supplied. The machine io is designed, if possible, without a greater moment of inertia, so it can adjust itself quickly according to the voltage changes, d. H. one provides back EMF that changes with the mains voltage. Through the aforementioned machine As a result, i o can, as with a resistance regulator, the occurring Voltage fluctuations are compensated for within a certain period of time, while During the equalization process, the voltage on the consumer circuits is first applied the auxiliary machine 6 coupled to the flywheel 7 is maintained.

Die Belastung der Regelmaschine io kann beispielsweise durch eine Wirbelstrombremse erfolgen, deren Erregung einen konstanten Wert besitzt. Ferner ist es möglich, die Hilfsmaschine i o mit einer Trommel zu versehen, die in einem abgeschlossenen Luftraum oder Flüssigkeitsraum umläuft. Bekanntlich kann bei einer derartigen Anordnung ,über einen weiten Drehzahlbereich ein gleichbleibendes Belastungsmoment erzielt werden. Die gleiche Wirkung tritt ein bei ,einem Scheibensystem, das innerhalb eines abgeschlossenen Luftraumes oder Flüssigkeitsraumes vorhanden ist.The load on the rule engine io can, for example, by a Eddy current brake take place, the excitation of which has a constant value. Further it is possible to provide the auxiliary machine i o with a drum that is in a enclosed air space or liquid space circulates. As is well known, with a Such an arrangement, a constant load torque over a wide speed range be achieved. The same effect occurs with a disc system that is within a closed air space or liquid space is available.

Einzelheiten der beschriebenen Anordnung können selbstverständlich abgeändert werden, beispielsweise kann Vorsorge getroffen werden, daß bei Änderungen innerhalb der Beleuchtungsstromkreise die vorhandene Belastung der Hilfsmaschine i o dem geänderten Stromwert der Verbraucherstromkreise an. gepaßt wird.Details of the arrangement described can of course can be changed, for example, provision can be made for changes the existing load on the auxiliary machine within the lighting circuits i o the changed current value of the consumer circuits. is fitted.

Claims

PATENT CLAIM: i. Equipment for voltage maintenance in power supply systems, preferably direct current systems, in which consumers from a network with strong fluctuating voltage via an automatic control device, e.g. B. a voltage controlled Variable resistor or an additional machine, and possibly also via a compensating reactor are fed, especially in train lighting systems in which the lighting circuits are fed from the mains voltage, characterized in that to the consumer circuits a known per se, provided with a flywheel, or coupled idling Auxiliary machine, preferably with external excitation, is permanently connected in parallel, which, in the event of sudden voltage fluctuations, determines the voltage state of the consumer circuits initially maintained for a certain time, within which by the control device the voltage fed to the consumer circuits to the fluctuations in the Line voltage is adjusted.

2. Device according to claim i, characterized by that the control device connected in series with the consumer circuits is a Auxiliary machine loaded with a constant torque, the speed of which changes accordingly the voltage fluctuations changes.