Steuerung für einen durch einen Verbrennungsmotor angetriebenen fremderregten
Generator, insbesondere für brennkraftelektrische Fahrzeugantriebe Bei der Steuerung
,eines von einer Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Gleichstromgenerators ist
bekanntlich darauf zu achten, daß der Generator die Verbrennungskraftmaschine nicht
überlastet. Insbesondere bei 'Betrieb von Eisenbahnfahrzeugen ist es erforderlich,
daß die Leistung der- Verbrennungskraftmaschine im ganzen Fahrbereich der Fahrmotoren
voll ausgenutzt wird, ohne daß eine Überlastung der Verbxennungskraftmaschine eintritt.
Es sind nun verschiedene Schaltungen bekanntgeworden, deren Wirkungsweise im wesentlichen
immer darin besteht, die Erregung des Hauptgenerators abhängig vom Fahrstrom der
Elektromotoren so zu beeinflussen, daß sich, abgesehen von den Verlusten im Generator,
eine hyperbelförmige, auf Strom bezogene Spannungskennlinie ergibt. Ferner sind
auch Anordnungen nicht mehr neu, bei denen die magnetische Kennlinie einer , Erregermaschine
als Abbild für die gewünschte Hyperbel benutzt wird. Eine solche Erregermaschine,
deren Kennlinie in Zusammenarbeit mit dem Hauptgenerator tatsächlich die _ gewünschte
Vollast ergibt, ist jedoch nichtleicht im voraus zu bestimmen. Alle die bekannten
Steuerungen für durch Verbrennungskraftmäsdhinen ,angetriebene Gieneratören haben
den Nachteil, daß sie entweder die Generatorkennlihie nicht weit genug an die Kennlinie
- der - Verbrennungf*raft-, maschine angleichen oder zu verwickelt und zu teuer
sind. - - -Der Erfindung liegt nun- die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile
zu beseitigen. Sie- bedient sich bei der Lösung dieser Aufgabe eines an sich bekannten
SteueTprinzips, bei dem die Erregung des durch den Verbrennungsmotor angetriebenen-
fremderregten Generators vermittels gittergesteuerter Ventile derart geregelt wird,
daß die Stromspannungskennlinie dieses Generators bei
gleichbleibender
Drehzahl und Leistungsaufnahme im Hauptarbeitsbereich in bezug auf den Nullpunkt
eine konvexe (hyperbelähciliche; Gestalt aufweist. Das Neue und Erfi derische besteht
nun darin, daß die hyperlx 1-förmige Stromspannungskennlinie vermittels»; einer
aus Elektronenröhren mit hyperb.eläl@1;' licher Gitterspannungsanodenstromkennlinie
bestehenden Verstärkeranordnung erregt wird, bei welcher an das Gitter der Eingangsröhre
die Spannungsdifferenz zwischen den Enden der Reihenschlußwicklung eines der Fahrmotoren
oder eines anderen vom Generatorstrom durchflossenen Widerstandes gelegt ist.Control for an externally excited one driven by an internal combustion engine
Generator, especially for internal combustion-electric vehicle drives When controlling
, is a direct current generator driven by an internal combustion engine
It is known to ensure that the generator is not the internal combustion engine
overloaded. In particular when operating railway vehicles, it is necessary
that the performance of the internal combustion engine in the entire driving range of the drive motors
is fully utilized without overloading the combustion engine.
Various circuits have now become known, their mode of operation essentially
always consists in the excitation of the main generator depending on the traction current of the
To influence electric motors in such a way that, apart from the losses in the generator,
results in a hyperbolic, current-related voltage characteristic. Furthermore are
also arrangements are no longer new in which the magnetic characteristic of an exciter machine
is used as an image for the desired hyperbola. Such an exciter,
whose characteristic, in cooperation with the main generator, is actually the _ desired
Full load results, but is not easy to determine in advance. All the known
Have controls for gieneratören driven by internal combustion engines
the disadvantage that either the generator characteristic is not close enough to the characteristic
- to match the - combustion engine, or too complex and too expensive
are. The object of the invention is now to address the aforementioned disadvantages
to eliminate. In solving this problem, it uses something known per se
Control principle, in which the excitation of the combustion engine driven
separately excited generator is regulated by means of grid-controlled valves in such a way that
that the voltage characteristic of this generator at
more consistent
Speed and power consumption in the main working range in relation to the zero point
has a convex (hyperbolic; shape. There is something new and inventive)
now that the hyperlx 1-shaped current-voltage characteristic is mediated by »; one
from electron tubes with hyperb.eläl@1; ' licher grid voltage anode current characteristic
existing amplifier arrangement is excited, in which on the grating of the input tube
the voltage difference between the ends of the series winding of one of the traction motors
or another resistor through which the generator current flows.
Eine hyperbelförmige Röhrenkennlinie ist in Abb. 2 dargestellt. In
diesem Schaubild ist auf der linken Seite als Abszisse die negative Gittervorspannung
-U, einer Elektronenröhre aufgetragen (das Negativ bezieht sich auf die Kathode;,
während .als Ordinate der Anodenstrom J, bei gleichbleibender Anodenspannung dargesfel.lt
ist. Verschiebt man die Gitterspannung innerhalb des dargestellten Bereiches, so
verändert sich der Anodenstrom bei einem als gleichbleibend vorausgesetzten äußeren
Widerstand entsprechend der dargestellten Kennlinie. Die Röhre arbeitet also wie
ein veränderlicher Widerstand.A hyperbolic tube characteristic is shown in Fig. 2. In this diagram, on the left-hand side, the negative grid bias -U, of an electron tube is plotted as the abscissa (the negative refers to the cathode; while the ordinate shows the anode current J, with the anode voltage remaining the same. If the grid voltage is shifted within If the external resistance is assumed to be constant, the anode current changes according to the characteristic curve shown.
Die veränderliche Gittervorspannung läßt sich beispielsweise durch
den Spannungsabfall im Erregerfeld eines Elektromotors erzeugen, dessen Stromstärke
von der Belastung abhängig ist. Man kann also, wie die Abb. 2 erkennen läßt, den
Anodenstrom der Elektronenröhre in Abhängigkeit vom Belastungsstrom .1"t eines Motors
regeln. Durch Zwischenschalten eines an sich bekannten Verstärkers, wie er beispielsweise
in Abb.. i im Prinzip dargestellt ist, wobei die Heizstromkreise der Kathoden weggelassen
sind und mittelbar beheizte Röhren vorausgesetzt werden, kann also durch Verändern
der Gitterspannung U,, der Anodenstrom J« verändert werden. Der in Abb. i dargestellte
Verstärker ist durch _Parallelschalten einer Anzahl von Elektronenröhren,R, bis
R; aufgebaut. Die erste Röhre e, ist als Spannungsverstärkerröhre geschaltet. Durch
Abgleich der Vorwiderstände in den Anodenstromkreisen und in den 'Gitterstromkreisen
läßt sich bekanntlich der Arbeitsbereich des Verstärkers einstellen. Der Aufbau
des Verstärkers selbst ist für den noch näher zu beschreibenden Erfindungsgedanken
ohne Bedeutung. Die Röhren können also auch in anderer als in der dargestellten
Weise geschaltet sein.The variable grid bias can, for example, through
generate the voltage drop in the excitation field of an electric motor, its current intensity
depends on the load. So you can, as Fig. 2 shows, the
Anode current of the electron tube as a function of the load current .1 "t of a motor
rules. By interposing an amplifier known per se, such as, for example
is shown in principle in Fig. i, the heating circuits of the cathodes being omitted
and indirectly heated tubes are assumed, so by changing
the grid voltage U ,, the anode current J «can be changed. The one shown in Fig. I
Amplifier is achieved by connecting a number of electron tubes in parallel, R, to
R; built up. The first tube e is connected as a voltage amplifier tube. By
Adjustment of the series resistors in the anode circuits and in the grid circuits
As is known, the working range of the amplifier can be adjusted. The structure
of the amplifier itself is for the inventive idea to be described in more detail
irrelevant. The tubes can also be used in other than the one shown
Be switched way.
In Abb.3 ist die Anwendung des Erfindungsgedankens bei der Steuerung
eineselektrischen Triebfahrzeuges dargestellt. G kennzeichnet den Anker des beispielsweise
von einem Dieselmotor angetriebenen Hauptgenerators und F sein Erregerfeld. Die
von dem Generator gespeisten Fahrmotoren sind als Hauptstrommotoren ausgebildet
und haben die Anker Ml bzw. M. und die Felder F1 bzw. F-1#xs Erregerfeld F des Generators
G wird von ,@in Anker der Erregermaschine a gespeist, scter durch die Erregerwicklung
e erregt wird. Die Erregerwicklung eerhält ihren Sirom von dem Anker einer Hilfsmaschine
h, deren Erregerfeld hl von .einer Batterie B über den Anodenstromkreis eines Verstärkers
V gespeist wird. Die an den Klemmen der Felder der Fahrmotoren vorhandene Spannungsdifferenz
wird dem Verstärker V zugeführt, und zwar derart, daß die Feldklemme, die am Generator
liegt, an die Kathode, und die Feldklemme, die am Anker des Motors liegt, an das
Gitter des Verstärkereinganges geführt wird. Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen
Schaltung ist folgende: Wenn die FahrmotorenATl und M@ einen großen Strom aufnehmen,
dann tritt auch an den Klemmen des Feldes F., eine große-Spannungsdifferenz auf.
Diese Spannungsdifferenz gibt dem Gitter der ersten Röhre R, eines in Abb. i in
seiner Schaltung des näheren dargestellten Verstärkers eine gegenüber der Kathode
negative Spannung. In den nachfolgenden Verstärkerröhren R2 bis R, wird der Anodenstrom
so weit verstärkt, daß damit das Feld der Hilfsmaschine lt, erregt werden kann.
Diese Hilfsmaschine gibt ihrerseits ihre Spannung an das Erregerfelde der Erregermaschine
a. des Hauptgenerators. Wenn der von den Fährmotoren aufgenommene Strom beim Anfahren
zurückgeht, so geht auch die Gitterspannung der ersten Röhre zurück. Dadurch steigen
derAnodenstrom und damit auch der Feldstrom der Hilfsmaschine 1t1 an. Die weitere
Folge ist, daß auch die Spannung des Hauptgenerators steigt. Durch passende Wahl
der Kennlinie des Verstärkers ist es nun ohne Schwierigkeiten möglich, von vornherein
eine hyperbelförmige Stromspannungskennlinie zu erzeugen. Durch Verlegen des Arbeitsbereiches
des Verstärkers kann auch eine Änderung der Generatorkennlinie, beispielsweise bei
sinkender Drehzahl, eine Erniedrigung der Spannung bei gleichem Strom, hervorgerufen
werden. Es sind hierbei immer nur ganz kleine Schaltleistungen notwendig, die in
der Größe von einigen Milliamperen liegen. Die Schaltgeräte fallen also in der Größe
sehr klein aus. Außerdem ist eine vollkommen verlustlose Regelung möglich, da keinerlei
Vorwiderstände in dem Haupterregerkreis und in dem Hilfserregerkreis notwendig sind.
Erst in dem Erregerkreis der Hilfsmaschine ist ein Vorwiderstand W vorzusehen, um
eine große Bereichänderung zu ermöglichen.
Ein großer Vorteil der
erfindungsgemäßen Anordnung ist auch darin zu sehen, daß der Generator im Bereich
der kleinen Stromstärken, wo bereits die Sättigung einzusetzen beginnt, besser ausgenutzt
werden kann, da gerade im Bereich der kleinen Stromstärken, also auch im Bereich
der kleinen Gitterspannungen, die Röhrenkennlinie sehr steil verläuft. Dies hat
zur Folge, daß auch bei Absinken des Stromes die Leistung, des Hauptgenerators noch
gut .auszunutzen ist.In Fig.3 is the application of the inventive concept to the control
of an electric traction vehicle. G denotes the anchor of the example
main generator driven by a diesel engine and F its excitation field. the
Traction motors fed by the generator are designed as main current motors
and have the armature Ml or M. and the fields F1 or F-1 # xs exciter field F of the generator
G is fed from, @ in armature of exciter a, scter from the exciter winding
e is excited. The excitation winding e receives its sirom from the armature of an auxiliary machine
h, whose excitation field hl from .einer battery B via the anode circuit of an amplifier
V is fed. The voltage difference present at the terminals of the traction motor fields
is fed to the amplifier V, in such a way that the terminal block on the generator
to the cathode, and the terminal block, which is on the armature of the motor, to the
Grid of the amplifier input is performed. The mode of action of the invention
The circuit is as follows: If the traction motors ATl and M @ draw a large current,
then a large voltage difference also occurs at the terminals of field F.
This voltage difference gives the grid of the first tube R, one in Fig. I in
its circuit of the amplifier shown in more detail one opposite the cathode
negative voltage. In the following amplifier tubes R2 to R, the anode current
amplified to such an extent that the field of the auxiliary machine can be excited with it.
This auxiliary machine in turn gives its voltage to the excitation field of the excitation machine
a. of the main generator. If the current drawn by the ferry motors when starting up
decreases, the grid voltage of the first tube also decreases. This will increase
the anode current and thus also the field current of the auxiliary machine 1t1. The other
The result is that the voltage of the main generator also increases. With the right choice
the characteristic curve of the amplifier, it is now possible from the outset without difficulty
generate a hyperbolic current-voltage characteristic. By relocating the work area
of the amplifier can also change the generator characteristic, for example at
decreasing speed, a lowering of the voltage with the same current caused
will. Only very small switching capacities are necessary here, which are shown in
the size of a few milliamps. The switching devices therefore fall in size
very small. In addition, a completely lossless control is possible, since none
Series resistors in the main excitation circuit and in the auxiliary excitation circuit are necessary.
Only in the excitation circuit of the auxiliary machine is a series resistor W to be provided in order to
to allow a large range change.
A big advantage of the
The arrangement according to the invention can also be seen in the fact that the generator is in the area
the small currents, where saturation begins to set in, are better utilized
can be, because especially in the area of small currents, so also in the area
the small grid voltages, the tube characteristic is very steep. this has
As a result, even if the current drops, the power of the main generator still remains
good. is to be exploited.
Ein weiterer Vorteil ist der, daß der Hauptgenerator nur ein einziges
Erregerfeld braucht und auch die Hilfsmaschinen keinerlei vom Hauptstrom durchflossene
Feldwicklungen benötigen. Die Hilfsmaschinen können also klein gehalten werden.Another advantage is that the main generator is only one
The exciter field and the auxiliary machines do not need any of the main current
Need field windings. The auxiliary machines can therefore be kept small.