DE968023C

DE968023C - Control device for a converter consisting of an alternating current generator and a direct current motor

Info

Publication number: DE968023C
Application number: DEP1994D
Authority: DE
Inventors: Herbert Schlee
Original assignee: Pintsch Bamag AG
Current assignee: Pintsch Bamag AG
Priority date: 1943-05-13
Filing date: 1943-05-13
Publication date: 1958-01-09

Description

Regeleinrichtung für einen aus Wechselstromgenerator und Gleichstrommotor bestehenden Umformer Bei Gleichstrom-Wechselstrom-Umformern, die mit einer veränderlichen Gleichspannung gespeist werden, erhöht sich mit steigender Netzspannung die Drehzahl und damit auch die Frequenz der erzeugten Wechselspannung. Verlangen die an dem Umformer angeschlossenen Verbraucher außer einer konstanten Spannung die genaue Einhaltung der Frequenz, so muß auch eine selbsttätige Drehzahlregelung des Gleichstrommotors vorgenommen werden. Häufig ist jedoch die Leistung des Umformers so klein, daß die Steuerleistung eines zusätzlichen elektromechanischen Reglers bereits einen wesentlichen Teil der Umformerleistung beansprucht oder Gewicht und Raumbedarf des Reglers mit Zubehör nicht tragbar sind.Control device for an alternating current generator and direct current motor existing converters For direct current-alternating current converters with a variable If DC voltage is supplied, the speed increases as the line voltage rises and thus also the frequency of the alternating voltage generated. Desire on that Transformer connected consumers apart from a constant voltage the exact Compliance with the frequency, an automatic speed control of the DC motor must also be made. Often, however, the power of the converter is so small that the Control power of an additional electromechanical controller already an essential Part of the converter power is required or the weight and space requirements of the controller Accessories are not portable.

Für solche Anwendungsfälle ist es bekannt, durch nicht lineare Widerstände im Feldkreis des Motorteils des Umformers dessen Erregung bei schwankender Speisespannung so zu steuern, daß seine Drehzahl annähernd konstant bleibt. Aber auch diese Lösung benötigt für die Steuerung der Drehzahl zusätzliche Schaltelemente in Form von Röhren oder Heißleitern.For such applications it is known to use non-linear resistors in the field circuit of the motor part of the converter, its excitation when the supply voltage fluctuates to be controlled so that its speed remains approximately constant. But also this solution requires additional switching elements in the form of tubes to control the speed or thermistors.

Es ist ein Umformer bekannt, bei dem der aus einer Batterie gespeiste Gleichstrommotor einen selbsterregten Wechselstromgenerator antreibt und die Erregerspannung des letzteren einen Kohlesäuleregler steuert, dessen Regelwiderstand im Feldkreis des Motors liegt, so daß bei fallender Generatorspannung, etwa infolge Nachlassens der Batteriespannung, der Feldstrom und damit die Drehzahl des Motors in erhöhendem Sinne beeinflußt wird, und umgekehrt. Um hier beim Absinken der Generatorspannung infolge Belastungsänderung einem Ansteigen der Drehzahl entgegenzuwirken, wie sie der Regler allein herbeizuführen bestrebt wäre, ist außerdem eine vom Motorstrom durchflossene zusätzliche Erregerwicklung auf dem Generator vorgesehen, so daß die Generatorspannung auch beim Ansteigen des Ankerstroms des Motors in erhöhendem Sinne beeinflußt wird. Diese Verbundwicklung hat jedoch bei Änderung der Batteriespannung allein eine Beeinträchtigung der Drehzahlkonstanz zur Folge. Außerdem setzt diese Anordnung einen selbsterregten Wechselstromgenerator mit besonderem Kollektor für eine Gleichstromabnahme voraus.A converter is known in which the battery is powered DC motor drives a self-excited alternating current generator and the excitation voltage of the latter controls a coal column regulator whose rheostat is in the field circuit of the Motor is so that when the generator voltage falls, for example as a result of the decrease Battery voltage, the field current and thus the speed of the motor in increasing Senses is affected, and vice versa. Around here when the generator voltage drops to counteract an increase in speed as a result of a change in load, as they do the controller alone would strive to bring about is also one of the motor current through which additional excitation winding is provided on the generator, so that the Generator voltage also in an increasing sense when the armature current of the motor increases being affected. However, this composite winding has when the battery voltage changes the only consequence is an impairment of the speed constancy. Also, this continues Arrangement of a self-excited alternator with a special collector for a direct current decrease.

Die Erfindung hat demgegenüber eine Regeleinrichtung für einen Gleichstrom-Wechselstrom-Umformer mit einem die Drehzahl des Gleichstrommotors und die Spannung des Wechselstromgenerators beeinflussenden Regler zum Gegenstand, die dadurch gekennzeichnet ist, daß zu dem im Generatorfeld liegenden Widerstand für die Regelung der Generatorspannung eine Teilwicklung des Motorfeldes über Ausgleichswiderstände zwecks Steuerung der Drehzahl parallel geschaltet ist.In contrast, the invention has a control device for a DC-AC converter with one the speed of the DC motor and the voltage of the alternator influencing controller to the subject, which is characterized in that to the a resistor located in the generator field for regulating the generator voltage Partial winding of the motor field via balancing resistors for the purpose of controlling the speed is connected in parallel.

Die Einrichtung nach der Erfindung weist also zwar ebenfalls nur einen einzigen Regler auf, der jedoch im Gegensatz zu der bekannten Anordnung die Generatorspannung und die Motordrehzahl unmittelbar gleichsinnig beeinflußt, indem der Regelwiderstand sowohl in die Regelung des Generators als auch in die Regelung des Motors eingreift und beide gleichzeitig im entgegengesetzten Sinne beeinflußt. Dadurch ist mit verhältnismäßig geringem Aufwand erreicht, daß die Spannung und die Frequenz des Wechselstromgenerators bei Änderungen der Belastung und der Speisespannung einwandfrei konstant gehalten werden. Außerdem ist die erfindungsgemäße Anordnung bei normalen fremderregten Generatoren anwendbar, während lediglich die Erregerwicklung eines normalen Motors in zwei getrennte Abschnitte aufgeteilt zu werden braucht, ohne daß der Gesamtbedarf an Wickelraum dadurch vergrößert wird.The device according to the invention also has only one single regulator, which, however, in contrast to the known arrangement, controls the generator voltage and the engine speed is directly influenced in the same direction by the variable resistor intervenes in the regulation of the generator as well as in the regulation of the motor and influences both at the same time in the opposite sense. This is with relative Little effort that achieves the voltage and frequency of the alternator kept perfectly constant in the event of changes in the load and the supply voltage will. In addition, the arrangement according to the invention is used in normal separately excited generators applicable, while only the field winding of a normal motor in two separate Sections need to be split up without reducing the overall need for changing room is thereby enlarged.

Die Wirkungsweise der Einrichtung nach der Erfindung wird an Hand des in Abb. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.The mode of operation of the device according to the invention is illustrated by hand of the embodiment shown in Fig. 1 explained.

Der an der veränderlichen Spannung des Gleichstromnetzes 1 liegende Motor 2 ist mit dem Wechselstromgenerator 3 unmittelbar gekuppelt. Die Haupterregung q. des Motors 2 liegt über den Einstellwiderstand 5 ebenfalls an der veränderlichen Netzspannung. Der Motor 2 ist weiterhin mit einer Verbundwickhing6 versehen, die der Haupterregung q. entgegenwirkt und die Aufgabe hat, die Drehzahl des Motors 2 annähernd lastunabhängig zu machen. Der Wechselstromgenerator 3 besitzt eine Erregerwicklung 7 und eine vom Motorstrom durchflossene Verbundwicklung 8, die gleichsinnig mit der Erregung 7 wirkt und so bemessen ist, daß der Generatorerregerstrom bei konstanter Netzspannung unabhängig von der Generatorbelastung annähernd konstant bleibt. Die Haupterregung 7 des Generators 3 ist über den Einstellwiderstand 9 und den im Beispiel als Kohlesäule io ausgebildeten Regelwiderstand an das Netz i angeschlossen. Die Kohlesäule io wird über den Regleranker ii durch die Feder 12 zusammengepreßt. Überschreitet dieWechselspannung des Generators ihren Sollwert, so zieht die an zwei Phasen des Generators 3 angeschlossene Fühlspule 13 den Regleranker ii an und entlastet hierdurch die Kohlesäule io so weit, bis ihr Widerstand gerade so groß ist, wie zur Erzielung der Sollspannung des Generators 3 erforderlich ist.The one due to the variable voltage of the direct current network 1 The engine 2 is directly coupled to the alternator 3. The main excitement q. of the motor 2 is via the setting resistor 5 also on the variable Mains voltage. The motor 2 is also provided with a Verbundwickhing6, which the main excitation q. counteracts and has the task of increasing the speed of the engine 2 to be made almost independent of the load. The alternator 3 has an excitation winding 7 and a composite winding 8 through which the motor current flows and which are in the same direction as the excitation 7 acts and is dimensioned so that the generator excitation current at constant Mains voltage remains almost constant regardless of the generator load. the The main excitation 7 of the generator 3 is via the setting resistor 9 and in the example as a coal column io trained rheostat connected to the network i. the Coal column io is compressed by spring 12 via regulator armature ii. Exceeds the alternating voltage of the generator reaches its setpoint value, so the pulls on two phases of the Generator 3 connected sensing coil 13 to the regulator armature ii and thereby relieved the column of coal io so far that its resistance is just as great as to achieve it the nominal voltage of the generator 3 is required.

Die Erregung des Gleichstrommotors 2, dessen Belastung zunächst als konstant angenommen werde, muß sich, wenn die Drehzahl des Motors von Schwankungen der Netzspannung unabhängig sein soll, in Abhängigkeit von der Netzspannung gemäß der Gleichstrommotorkennlinie a in Abb. 2 ändern, die, sofern der Bereich zwischen der kleinsten Netzspannung Ui und der größten Netzspannung U2 nicht zu groß ist, in genügender Annäherung eine Gerade darstellt. Bei alleiniger Erregung des Motors 2 durch die Wicklung q. und Einstellung der Amperewindungszahl auf den Wert Pl bei der unteren Netzspannung Ui würde, da sich die Amperewindungszahl proportional der Netzspannung ändert, bei der Netzspannung U2 statt der erforderlichen Amperewindungszahl P, nur die um den Betrag h geringere Amperewindungszahl P4 vorhanden sein und die Drehzahl des Motors 2 infolge der zu schwachen Erregung ansteigen. Um dies zu verhindern, ist der Motor 2 mit einer zusätzlichen Erregung 15 versehen, die gleichsinnig mit der Haupterregung q. wirkt und so bemessen ist, daß sie den Unterschied der Kurven a und b ausgleicht, also längs der Geraden c verläuft.The excitation of the DC motor 2, the load of which is initially assumed to be constant, must, if the speed of the motor is to be independent of fluctuations in the mains voltage, change depending on the mains voltage according to the DC motor characteristic curve a in Fig. 2, which, provided the range between the lowest line voltage Ui and the highest line voltage U2 is not too large, represents a straight line to a sufficient approximation. When the motor 2 is only excited by the winding q. and setting the number of ampere-turns to the value Pl at the lower line voltage Ui, since the number of ampere-turns changes proportionally to the line voltage, with the line voltage U2 instead of the required number of ampere-turns P, only the number of ampere-turns P4, which is lower by the amount h, and the speed of the motor would be available 2 increase as a result of the weak excitation. To prevent this, the motor 2 is provided with an additional excitation 15, which is in the same direction as the main excitation q. acts and is dimensioned in such a way that it compensates for the difference between curves a and b , i.e. runs along straight line c.

Dieser Verlauf der Zusatzerregung wird dadurch erreicht, daß die Erregerwicklung 15 parallel zu der Kohlesäule io des Spannungsreglers 10-i3 des Generators 3 geschaltet wird. Der durch die Kohlesäule io gegebene veränderliche Widerstand wird durch die Fühlspule 13 so gesteuert, daß die Wechselspannung des Generators 3 gleichbleibt. Eine gleichbleibende Spannung des Generators setzt aber bei konstanter Drehzahl eine gleichbleibende Erregung voraus, und diese wird dadurch erreicht, daß der bei Schwankungen der Netzspannung über den Wert U1 hinausgehende Teil der Spannung in der Kohlesäule 1o abgedrosselt wird. Hieraus folgt, daß die Spannung an den Klemmen der Kohlesäule 1o und damit der durch die parallel zur Kohlesäule 1o geschalteteZusatzerregerwicklung15 des Motors 2 fließende Strom sich proportional der Abweichung der Netzspannung von dem Wert Ui ändern, die Zusatzerregung also den durch die Gerade c gegebenen Verlauf hat.This course of the additional excitation is achieved in that the excitation winding 15 connected in parallel to the coal column io of the voltage regulator 10-i3 of the generator 3 will. The variable resistance given by the column of coal io is given by the Sensing coil 13 is controlled so that the alternating voltage of the generator 3 remains the same. However, a constant voltage of the generator sets in at a constant speed a constant excitement, and this is achieved by the at Fluctuations in the mains voltage above the value U1 part of the voltage in the coal column 1o is throttled. It follows that the voltage at the terminals of the coal column 1o and thus the additional exciter winding 15 connected in parallel to the coal column 1o of the motor 2 flowing current is proportional to the deviation of the mains voltage from change the value Ui, the additional excitation thus the course given by the straight line c Has.

Da sich der Widerstand einer Kohlesäule nicht in so weit auseinanderliegenden Grenzen ändern läßt, daß die Spannung zwischen ihren Enden einmal den zur Erzielung der Erregung P6 erforderlichen Wert h annimmt, das andere Mal bis auf den zur Erzielung der Erregung P, = 0 erforderlichen Wert zurückgeht, wird zweckmäßig die Haupterregung 4 des Motors 2 von vornherein so bemessen oder der Widerstand 5 so eingestellt, daß die Haupterregung 4 des Motors 2 längs der Linie d, also zwischen den Punkten P7 und P8 verläuft. Dann muß, damit die Gesamterregung des Motors jeweils den durch die Kennlinie a gegebenen Wert annimmt, die Zusatzerregung sich längs der die Punkte P9 und PIo verbindenden Geraden e ändern. Hierfür ist ein Verhältnis der Widerstandswerte des veränderlichen Widerstandes Io des Feldreglers Io-I3 bei den Netzspannungen U1 und U2 erforderlich, das sich bei einer Kohlesäule ohne Schwierigkeiten erzielen läßt.Because the resistance of a coal column is not so far apart Lets change limits that the tension between their ends once to achieve the goal of the excitation P6 assumes the required value h, the other time except for the value h required to achieve it the excitation P, = 0 required value decreases, the main excitation is expediently 4 of the motor 2 Measure this from the start or the resistance 5 adjusted so that the main excitation 4 of the motor 2 along the line d, that is between points P7 and P8. Then it must, so that the total excitation of the motor each assumes the value given by the characteristic curve a, the additional excitation extends longitudinally of the straight line e connecting the points P9 and PIo. For this is a relationship the resistance values of the variable resistor Io of the field controller Io-I3 the mains voltages U1 and U2 required, which can be achieved with a coal column without difficulty can achieve.

Die notwendigen Abgleichungen der Erregerwicklungen 4 und I5 des Motors 2 und der Kohlesäule Io werden mittels der Widerstände 5, I6 und 9 vorgenommen.The necessary adjustments of the field windings 4 and I5 of the motor 2 and the coal column Io are made by means of resistors 5, I6 and 9.

Änderungen der Belastung des Generators werden in ihrer Wirkung auf die Drehzahl des Umformers durch die Verbundwicklungen 6 und 8 ausgeglichen, so daß sie ebenfalls ohne Einfluß auf die Frequenz der erzeugten Wechselspannung sind.Changes in the load on the generator are based on their effect the speed of the converter balanced by the composite windings 6 and 8, so that they also have no influence on the frequency of the alternating voltage generated.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Control device for an alternating current generator and DC motor existing converter with a the speed of the motor and the voltage of the generator influencing regulator, characterized in that to the rheostat in the generator field for regulating the generator voltage a partial winding of the motor field via balancing resistors for the purpose of controlling the Speed is connected in parallel.

2. converter set according to claim I, characterized in that that load changes of the generator in their effect on the speed of the converter are balanced by compound windings on the motor and generator fields. Into consideration Drawn pamphlets German patents Nos. 482 699, 453 891, 6o8 o81, 728 "18o; U.S. Patent No. 2,150,112.