DE877793C

DE877793C - DC-DC converter

Info

Publication number: DE877793C
Application number: DEB5556D
Authority: DE
Inventors: Adolf Dr Drehmann
Original assignee: BROWN
Current assignee: BROWN
Priority date: 1943-01-09
Filing date: 1943-01-09
Publication date: 1953-05-26

Description

Gleichstrom-Gleichstrom-Umformer Es besteht vielfach, wie z. B. im elektrischen Bahnbetrieb, die Aufgabe, Gleichstrom höherer Spannung in solchen niedrigerer Spannung umzuformen. Man verwendet hierzu, im allgemeinen aus Motor und Generator bestehende Umformer, sogenannte Motorgeneratoren.DC-DC converter There are many, such. B. in electrical railway operation, the task of direct current higher voltage in such lower Reshape tension. For this purpose, a motor and a generator are generally used existing converters, so-called motor generators.

Vielfach werden derartige Umformer in Grobschaltung lediglich über einen kleinen Vorschalt-Zn el widerstand eingeschaltet. Um die hierdurch bedingten heftigen Einschaltstromstöße zu vermeiden, muß der Umformermotor mit einer stark bemessenen, Anlaßkompoundwicklung ausgerüstet werden.In many cases, such converters are only used in a coarse circuit a small ballast resistor switched on. To the resulting To avoid violent inrush currents, the converter motor must be equipped with a strong dimensioned, tempering compound winding are equipped.

Da derartige Umformer primärseitig an hoher Spannung liegen,#die z.B. imBah!nbetrieb ioooVolt und mehr beträgt, werd#en von der Netzspannung gespeiste Motornebenschlußwicklungen zweckmäßig vermieden. Von der hohen Prinlärspannung gespeiste Nebenschlußwicklungen erfordern nämlich eine große Windungszahl aus sehr dünnem Draht und sind deshalb nicht nur teuer in der Herstellung, sondern auch leicht betriebstinsicher, da die. Beanspruchung derartiger Wicklungen bei direktem Einschalten sehr groß ist.Since such converters are at high voltage on the primary side, # which e.g. in train operation is 100 volts and more, they are fed by the mains voltage Motor shunt windings appropriately avoided. Fed by the high primary voltage Namely, shunt windings require a large number of very thin turns Wire and are therefore not only expensive to manufacture, but also easy to operate reliably, because the. The stress on such windings when directly switched on is very high.

Die den Umformermotor speisende Primärspannungistimallgemeinennichtkonstantsondernunterliegt mehr oder -weniger großen Spann,un#,-sscl-iwankungen. Insbesondere im elektrischen Bähnbetrieb unterliegt die Fahrdrahtspannung infol-ge der großen, Leitungslängen starken Schwankungen, wobei Spannungsabweichungen von 40'/0 und mehr von der normalen Netzspannung auftreten können. Andererseits wird aber meistens- verlangt, daß die Seikundärspannung des Umformers, d. h. die Spannung des Generators, konstant ist. Es müssen daher Mittel angewendet werden, - die auch bei stark schwankender Primärspannung eine selbsttätige Spannungshaltung derGeneratorspannung auf einen konstanten Wert gewährleisten. Zu diesem Zweck ist es bekannt, mit der Umformerwelle einen Hilfsdynamo in selbsterregter Schaltung zu kuppeln, dessen Ankerstrom eine Nebenschlußwicklung des Umformermotors speist. Die Konstanthaltung der Sekundärspannung wird hierbei also durch Konstanthaltung der Drehzahl des Umformers mittels des äls Drehzahlstabilisator wirkenden Hilfsdynamos angestrebt. Dieses Mittel allein reicht aber nicht aus, um die Generatorspannung bei Gleichstrom-Gleichstrom-Umformern der beschriebenen Art konstant zu halten, und zwar im wesentlichen aus folgendem Grund: Damit der unbelastete Umformer beim Anlauf infolge der gegebenenfalls zu spät einsetzenden Selbsterregung des, Hilfsdynamos nicht durchgehen kann, muß die als Drehzahlstabilisator wirkende Hilfserregermaschine eine vom Motorstrom durchflossene Anlaßstoßerregerwicklung besitzen, um die Selbsterregung rechtzeitigeinzt:deiten. Dies hat jedoch den Nachteil, daß die drehzafilstabilisierende Wirkung des Hilfs:dynames eingesehränkt wird', da die Erregermaschine nun, nicht mehr unabhängig von, der Belastung des Umformers ist. Es verbleiben daher immer noch gewisse Drehzahl- - und Spannungsschwankungen des Generators, und es müssen daher zusätzliche Maßnahmen getroffen werden" um die Generatürspannung unabhängig von der Belastung konst-ant zu halten.The primary voltage feeding the converter motor is generally not constant but is subject to more or less large voltage fluctuations. In particular in electric railway operation, the contact wire voltage is subject to strong fluctuations due to the large cable lengths, with voltage deviations of 40 '/ 0 and more from the normal mains voltage. On the other hand it is mostly required that the secondary voltage of the converter, i. H. the voltage of the generator, is constant. Means must therefore be used - which ensure that the generator voltage is automatically maintained at a constant value even in the case of strongly fluctuating primary voltage. For this purpose it is known to couple an auxiliary dynamo with the converter shaft in a self-excited circuit, the armature current of which feeds a shunt winding of the converter motor. The aim here is to keep the secondary voltage constant by keeping the speed of the converter constant by means of the auxiliary dynamo acting as a speed stabilizer. However, this means alone is not sufficient to keep the generator voltage constant in direct current-direct current converters of the type described, essentially for the following reason: So that the unloaded converter does not run away during start-up due to the self-excitation of the auxiliary dynamo, which may start too late can, the auxiliary exciter acting as a speed stabilizer must have a starting impulse exciter winding through which the motor current flows, in order to initiate the self-excitation in good time. However, this has the disadvantage that the speed stabilizing effect of the auxiliary: dynames is limited because the exciter machine is no longer independent of the load on the converter. It therefore still remain certain speed - and voltage fluctuations of the generator, and it must be therefore taken additional measures "const-ant to keep the Generatürspannung independent of the load.

Mit der Lösung dieser Aufgabe beschäftigt sich die Erfindung. Diese hat einen aus Motor, Generator undErregermaschinebestehendenGleichstrom-Gleichstrom-Umformer für direkte Einschaltung sowie für schwankende Primär- und konstante Sekuhdärspannung' zum Gegenstand-, dessen- Antriebsmotor ein Nebenschlußfeld besitzt, das von, der drehzahlstabilisierenden Erregermaschine gespeist wird. Nach der Erfindung wird- bei einem derartigen Gleichstrom-Gleichstrom-Umformer die Aufgabe, die im wesentlichen dürchdie AnliaßLstoßerregerwicklung des Hilfsdynamos hervorgerufenen noch verbleibenden Drehzahl- und damit Spannungsschwankungen zu beseitigen, dadurch gelöst, daß der Generator durch eine Differenzspannung erregt wird, die- aus einer konstanten Fremdspannung und der dagegengeschalteten Spannung der drehzahlstabilisierenden Erregermaschine gebildet wird.The invention is concerned with solving this problem. These has a DC-DC converter consisting of a motor, generator and exciter for direct activation as well as for fluctuating primary and constant secondary voltage ' to the subject- whose- drive motor has a shunt field that of, the speed-stabilizing exciter is fed. According to the invention- in such a DC-DC converter the task that essentially due to the impulse exciter winding of the auxiliary dynamo still remaining To eliminate speed and thus voltage fluctuations, solved in that the Generator is excited by a differential voltage, which - from a constant external voltage and the counter-switched voltage of the speed-stabilizing exciter is formed.

Es sei an dieser Stelle erwähnt, daß bereits für aus Motor, Generator und Erregermaschine bestehende Gleichstrom-Gleichstrom-Umformer zum Betrieb von Bogenlampen, Schweißlichtbögen, od. dgl. vorgeschlagen, wurde, die durch Spannungsschwankungen im Netz hervorgerufenen Schwankungen, des Lichtbogenstromes selbsttätig dadurch, auszugleichen, daß der Umformergenerator durch eine Differenzspanung erregt wird. Im Gegensatz zur, Erfindung wird jedoch, Wi der früh-er vorgeschlagenen, Schaltungdie, für die Generatorerregung dienende Differenzspannung durch die den Motor ,speisende Netzspannung und,die dagegengeschaltete Spannung der Erregermaschinegebildet. Weiterhin wird bei dieser Schaltung die Erregermaschine fremd vom Hauptnetz erregt. Schließlich wird bei der in Verschlag gebrachten Schaltung -der Umformermotor nicht direkt auf das Netz geschaltet und besitzt eine von der Primärspannung gespeiste Nebenschlußwicklung. Letzteres bedeutet, daß bei der früher in. Vorschlag gebrachten Schaltung ein Drehzahlstabillsator überflüssig ist, während die Betriehsweise des Umformers nach der Erfindung einen Drehzahlstabilisator unbedingterfordert, um .ein Durchgehen des Umformers bei unbelastetem und unerregtem Generator zu vermeiden. Die ältere Schaltung mag zwar zu. einer annähernd konstanten Generatorspannung führen, Nvenn nur die Schwankungend-er Netzspannung auszugleidhen sind. Handelt es, sich aber, wie im vorliegenden Falle, nicht nur um den Ausgleich der verhältnismäßig starken Schwankungen der Primärspannung, sondern auch um den Ausgleich der starken, Drehzahlschwankun,-gen, welche die mit Rücksicht auf die direkte Einschaltung notwendige-Anlaßkompoundwicklung ulld .die Anlaßwiderstandsstufe, die dauernd eingeschaltet hleiben# hervorrufen, so ist, die Wirkung der früher vorgeschlagenen Schaltungsanordnung keinesfalls ausreichend. Abgesehen von, den vorgenannten Unterschieden weicht aber die ältere Schaltung - auch- -insofern grundsätzlich von der Schaltung nach der Erfindung ab, als beider ersteren die Erregermaschine ausschließlich dem Zweck ,dient, die notwendige Gegenspannung zu liefern, während bei der Erfindung der Hilfsd#namo in erster Linie als Drehzahlstabilisator wirkt. Hierin liegt aber der große technische Fortschritt des Erfindungsgegenstandes, da3 es gelungen, ist, einen, einzigen Hilfs,dynamo für die Drehzahlstabilisierung -einerseits und für die Lieferung der drehzahlabhängigen Gegenspannung andererseits heranzuziehen. Bisher sind lediglich Schaltungen bekanntgeworden, bei denen der mit der Umformerwelle gekuppelte Hilfsdynamo die eine oder die andere dieser beiden Aufgaben. erfüllt. Der Ausgleich der bei den bisherigen S chaltungen noch verbleibenden Drehzahl- und Spannungsschwankungen des Generators wird durch die Erfindung so vollständig, daß eine erhebliche Verstärkung der für den Anlauf günstigen und für den Betrieb nachteiligen Motoranlaßkompoundwicklung vorgenommen werden kann, ohne daß die Spannungshaltung des Generators darunter leidet. Durch ,die erfindung5,gemäße Schaltung wird- damit zusätzlich noch eine erhebliche Verbesserung der Anlaufeigenschaften des Umformers erzielt.It should be mentioned at this point that it has already been proposed for DC-DC converters consisting of motor, generator and exciter to operate arc lamps, welding arcs, or the like that the fluctuations in the arc current caused by voltage fluctuations in the network automatically compensate for the fact that the converter generator is excited by a differential voltage. In contrast to the invention, however, in the circuit proposed earlier, the differential voltage serving for the generator excitation is formed by the mains voltage supplying the motor and the voltage of the exciter that is connected to it. Furthermore, with this circuit, the exciter is excited externally from the main network. Finally, in the case of the shifted circuit - the converter motor is not switched directly to the mains and has a shunt winding fed by the primary voltage. The latter means that a speed stabilizer is superfluous in the circuit made earlier in. Proposal, while the mode of operation of the converter according to the invention absolutely requires a speed stabilizer in order to prevent the converter from running away when the generator is unloaded and unexcited. The older circuit may be too. lead to an approximately constant generator voltage, if only the fluctuations in the mains voltage are to be tolerated. Is it, however, as in the present case, not only about the compensation of the relatively strong fluctuations in the primary voltage, but also about the compensation of the strong, speed fluctuations, which the starting compound winding necessary with regard to the direct activation Starting resistance stages which cause the circuit arrangement to remain switched on continuously, the effect of the circuit arrangement proposed earlier is by no means sufficient. Apart from the aforementioned differences, however, the older circuit - also - fundamentally differs from the circuit according to the invention in that the exciter machine in both of the former only serves the purpose of supplying the necessary counter voltage, while in the invention the auxiliary d # namo acts primarily as a speed stabilizer. This is where the great technical progress of the subject of the invention lies, since it has been possible to use a single auxiliary dynamo for speed stabilization on the one hand and for supplying the speed-dependent counter-voltage on the other. So far only circuits have become known in which the auxiliary dynamo coupled to the converter shaft does one or the other of these two tasks. Fulfills. The compensation of the speed and voltage fluctuations of the generator still remaining in the previous S circuits is so complete that a considerable reinforcement of the engine starting compound winding, which is favorable for start-up and disadvantageous for operation, can be made without the voltage stability of the generator suffering from it . With the circuit according to the invention, a considerable improvement in the starting properties of the converter is also achieved.

In, der Abb. ist die Schaltung nach der Erfindung dargestellt, und, zwar für einen, Gleichstrom-Gleichstrom-T-Tinformer für den elektrischen Bahnbetrieb. Hierbei bedeutet a den Motor, b den. Generator und c die Hilfserregermaschine -des Umformers, die auf einer gemeinsamen Welle d angeordnet sind. Der Motor (7, wird unmittelbar von, dem Netz e über den Stromahnehmver f und über einen kleinen, nicht dargestellten,Vorwiderstand sowie über dievornHauptstrom durchflossene Anlaßkompoundwicklung g geespeist. Der Motor a, besitzt keine von der hohen Primärspan-nung gespeiste Nebenschlußwicklung. Zum Ausgleich der durch die starken, Schwankungen der Netzspannung des Netzes e bedingten Drehzahlschwankungen des Umformersatzes dient in bekannter Weise eine Nebenschlußwicklung h, die von der Hilfserregermaschine c gespeist wird. Letztere besitzt eine Feldwicklung i und ist als selbsterregte el c Maschine geschaltet. Weiterhin besitzt die Hilfserregermaschine c eine Anlaßstoßerregerwicklung 1, die ein Durchgehen des, Umformers durch zu spät einsetzende Selbsterregung verhindert. Letztere- hat, wie bereits erwähnt, aber den Nachteil, daß sie die drehzahlstabilisierende Wirkung der Erregermaschine c einschränkt. Um auf diese Weise hervorgerufenen noch verbleibenden Drehzahl- und damit Spannungsschwankungen des- Generators b auszugleichen, wird die Feldwicklung k des Gcnerators b erfindungsgemäß von ein-er Differenzspannung gespeist, die durch die konstante Spannung der Batterie in und die dagegeligeschaltete Spannung der drehzahlstabilisierenden Hilfserregermaschine c bildet wird, wie dies ohne weiteres aus dem Schaltbild hervorgeht. Die konstante Sekundärspannung des Generators b wird von, den Klemmen, it an die jeweiligen Verbraucher weitergeleitet.In, the Fig. The circuit according to the invention is shown, specifically for a, direct current-direct current T-tinformer for electrical railway operation. Here a means the motor, b the. Generator and c the auxiliary exciter of the converter, which are arranged on a common shaft d. The motor (7, is supplied directly from the network e via the current meter f and via a small series resistor (not shown) and via the starting compound winding g through which the main current flows. The motor a has no shunt winding fed by the high primary voltage the speed fluctuations of the converter set caused by the strong fluctuations in the mains voltage of the network e are used in a known manner by a shunt winding h that is fed by the auxiliary exciter c . The latter has a field winding i and is connected as a self-excited el c machine a starting impulse excitation winding 1, which prevents the converter from running away due to self-excitation which occurs too late tension To compensate for fluctuations in the generator b , the field winding k of the generator b is fed according to the invention by a differential voltage which is formed by the constant voltage of the battery in and the voltage of the auxiliary exciter c , which is connected to it, as can be readily seen from the circuit diagram. The constant secondary voltage of the generator b is passed on from, the terminals, it to the respective consumer.

Claims

PATENT CLAIM: A direct current-direct current converter consisting of a motor, generator and exciter for direct activation, as well as for fluctuating primary and constant secondary voltage, whose drive motor has a shunt field that is fed by the speed-stabilizing exciter, with automatic compensation of the remaining fluctuations in speed caused voltage fluctuations of the generator, characterized in that the generator (b) is excited by a differential voltage, which is made up of a constant external voltage (battery) and the counterbalanced voltage of the speed-stabilizing. Exciter machine (c) is formed.