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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 4. Mai 1943 Bekanntgemacht am 23. Februar 1956Registration date: May 4, 1943. Advertised on February 23, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

Für elektrische, aus einem Gleichstromnetz konstanter Spannung gespeiste Gleichstromantriebe, die oft angelassen und stillgesetzt werden müssen, werden seit langem Umformer verwendet, die eine konstante Netzspannung in eine veränderliche Gleichspannung für die Antriebsmotoren umformen. Am bekanntesten ist der Leonard-Umformer. Zur Einsparung an Gewicht der beiden Maschinen dieses Umformersatzes ist seit langem ein als Leonard-Sparschaltung bezeichneter Umformersatz bekannt, dessen grundsätzliche Schaltung in Fig. ι wiedergegeben ist. Zwei mechanisch gekuppelte Maschinen 1 und 2 liegen elektrisch in Reihe an einem Netz konstanter Spannung. Der zu regelnde Motor 3 liegt zwischen dem Verbindungspunkt beider Maschinen 1 und 2 und einem Pol des Netzes.For electrical, from a direct current network more constant Voltage-fed direct current drives that often have to be started and shut down, converters have long been used that convert a constant line voltage into a variable one Convert DC voltage for the drive motors. The best known is the Leonard converter. To save on weight of the two machines this converter set has been for a long time a transformer set known as a Leonard economy circuit, its basic circuit is shown in Fig. ι. Two mechanically coupled machines 1 and 2 are electrically inside Series on a network of constant voltage. The motor 3 to be controlled is located between the connection point of the two machines 1 and 2 and a pole of the network.

Die Weiterentwicklung dieses Gedankens ist eine Schaltung, die della Riccia für Gleichstromfahrzeuge angegeben hat, welche mit mindestens zwei Motoren ausgerüstet sind. Diese bringt gegenüber der Leonard-Sparschaltung eine weitere Gewichtsverminderung. Die Fig. 2 und 3 zeigen diese grundsätzliche Schaltung, welche die Anwendung der sonst üblichen Serienparallelschaltung auf die Leonard-Sparschaltung darstellt. Der freilaufende Umformersatz, bestellt aus vier Ankern, 4, 5, 6 und 7, die mechanisch gekuppelt sind und elektrisch in Reihenschaltung an der Netzspannung U_n (Fahrdrahtspannung) liegen. Jeder der vier Anker ist für halbe Netzspannung bemessen. Die beiden Fahrmotoren 8 und 9, die auch Gruppen von Fahrmotoren sein können, sind zu Beginn der Anfahrt derart geschaltet, daß 8 an der Spannung vonThe further development of this idea is a circuit that della Riccia has specified for DC vehicles that are equipped with at least two motors. This brings a further weight reduction compared to the Leonard economy circuit. 2 and 3 show this basic circuit, which represents the application of the otherwise usual series-parallel circuit to the Leonard economy circuit. The free-running converter set, ordered from four anchors, 4, 5, 6 and 7, which are mechanically coupled and electrically connected in series to the mains voltage U _n (contact wire voltage). Each of the four anchors is rated for half the mains voltage. The two traction motors 8 and 9, which can also be groups of traction motors, are switched at the beginning of the approach in such a way that 8 is connected to the voltage of

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Anker 4 und 9 an der Spannung von Anker 7 liegt. Die Felder der Maschinenpaare 4, 7 und 5> 6 werden gemeinsam geregelt derart, daß zu Beginn der Anfahrt die volle Netzspannung am Maschinenpaar 5, 6 liegt, die Maschinen 4, 7 dagegen spannungslos sind. Durch gleichzeitiges Aberregen des Maschinenpaares 5, 6 und Auf erregen des Maschinenpaares 4, 7 wird erreicht, daß die Spannung an jedem der Fahrmotoren bis zur halben Netzspannung steigt und das Maschinenpaar 5, 6 spannungslos wird. Dieser Betriebszustand entspricht der Serienstellung der Fahrmotoren bei der halben Fahrgeschwindigkeit. Nun werden die Fahrmotorenanschlüsse SO' umgeschaltet, wie Fig. 3 zeigt, derart, daß .Fahrmotor 8 an der Summe der Spannungen der Umformeranker 4, 5 und 6 und Fahrmotor 9 an der Summe der Spannungen der Ankers, 6 und 7 liegt; der eben beschriebene Regelvorgang bei der Erregung der Umformeranker 5 und 6 wird rückwärts durchlaufen. Hierdurch steigt die Spannung an den Fahrmotoren von 50 auf 100% der Netzspannung. Die Anfahrt ist be-. endet. Dieser Betriebszustand entspricht der Parallelschaltung der Fahrmotoren. Diese können nun direkt an das Netz gelegt werden. Diese Regelung des Umfo-rmersatzes kann durch zwei gemeinsam angetriebene Feldregler derart erfolgen, daß seine . Drehzahl annähernd konstant bleibt.Armature 4 and 9 is at the voltage of armature 7. The fields of machine pairs 4, 7 and 5> 6 are jointly regulated in such a way that the full mains voltage on the pair of machines at the start of the start-up 5, 6, the machines 4, 7, however, are de-energized. By simultaneously de-energizing the Machine pair 5, 6 and on excite the machine pair 4, 7 is achieved that the voltage on each of the traction motors up to half the line voltage increases and the pair of machines 5, 6 are de-energized will. This operating state corresponds to the series production of the traction motors at half Driving speed. The traction motor connections SO 'are now switched over, as shown in FIG. 3, such that. Driving motor 8 at the sum of the voltages the converter armature 4, 5 and 6 and traction motor 9 at the sum of the voltages of the Anchor, 6 and 7; the control process just described for the excitation of the converter armature 5 and 6 is run backwards. This increases the voltage on the traction motors from 50 to 100% of the mains voltage. The journey is easy. ends. This operating state corresponds to the parallel connection of the traction motors. These can now be placed directly on the grid. This regulation of the conversion rate can be shared by two Driven field controller take place in such a way that its. Speed remains almost constant.

Die Schaltung nach della Riccia hat den Vorteil, daß die gesamte Maschinenleistung des Umformers für ein bestimmtes Gleichstromfahrzeug halb so groß wie die eines Umformers nach. der Leonard-Sparschaltung ist.The circuit according to della Riccia has the advantage that the entire machine output of the converter for a specific DC vehicle half as large as that of a converter. the Leonard economy circuit is.

Bei Verminderung der Geschwindigkeit der Motoren 8, 9 bzw. bei Nutzbremsung des Fahrzeuges vollzieht sich der geschilderte Regelvorgang in umgekehrter Reihenfolge bis zum Stillstand des Fahrzeuges.When reducing the speed of the motors 8, 9 or when regenerative braking of the vehicle the described control process takes place in reverse order until the standstill Vehicle.

Bei den erwähnten Anordnungen ist es erforderlieh; daß die Feldregler entweder von Hand oder selbsttätig motorisch verstellt werden. Die Betätigung von Hand erfordert aber eine verhältnismäßig hohe Geschicklichkeit des Fahrers; die autoimatische Feldregelung bedingt dagegen die Verwendung von Feldregelschaltwerken, die verhältnismäßig verwickelt sind und einer ständigen Überwachung und Unterhaltung bedürfen.With the arrangements mentioned it is necessary; that the field controller either by hand or can be adjusted automatically by a motor. However, the operation by hand requires a proportionate high skill of the driver; the automatic field control, however, requires the use of field control switchgear, which are relatively complex and constant monitoring and require entertainment.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wesentliche Vereinfachung und Verbesserung der , 50 erwähnten Leonard-Sparschaltung und der Spannungsteilerschaltung nach della Riccia zu erzielen. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß eine derartige Selbstregelung der Umformermaschinen angewandt, daß diese als Konstantstrommaschinen arbeiten, Die Selbstregelung wird durch eine entsprechende Erregerschaltung ermöglicht. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, daß eine Regelung mittels Einzelfeldreglers entfallen kann.The invention is based on the object of a substantial simplification and improvement of the , 50 mentioned Leonard economy circuit and the voltage divider circuit to achieve della Riccia. For this purpose, according to the invention, such a Self-regulation of the converter machines applied that these as constant current machines work, The self-regulation is made possible by an appropriate excitation circuit. Through this the advantage achieved is that regulation by means of individual field controllers can be dispensed with.

Der Erfindungsgedanke kann in der Weise verwirklichf werden, daß bei Umformern mit Leonard-Sparschaltung bzw. della-Riccia-Schaltung jeweils die Magnetpole der Umformermaschinen so mit zwei oder mehreren Feldwicklungen versehen sind, von denen die eine den weitaus größeren Teil.der Erregerdurchflutung liefernde in Selbsterregung vom eigenen Anker, die zweite bzw. weiteren kleineren Wicklungen von der Spannung der anderen Anker des Um.formersatzes gespeist werden. Die neben der Selbsterregerwicklung vorhandenen, von den Ankern der anderen Maschinen gespeisten, der Steuerung dienenden Erregerwicklungen werden so geschaltet, daß der Induktionsfluß bei Gene-ratorbetrieb der Maschine verstärkt und bei Motorbetrieb der Maschine geschwächt wird.The idea of the invention can be realized in this way be that with converters with Leonard economy circuit or della Riccia circuit, respectively the magnetic poles of the converter machines are provided with two or more field windings, one of which supplies the far greater part of the pathogen flow in self-excitement from its own armature, the second or further smaller windings from the voltage of the other Armature of the converter set are fed. The existing in addition to the self-excitation winding, from the armatures of the other machines, the control excitation windings are fed switched so that the induction flux in generator operation the machine is amplified and weakened when the machine is running.

Bei della-Riccia-Umformern kann noch eine ₇g weitere Verbesserung und Vervollkommnung erfindungsgemäß dadurch erreicht werden, daß bei dem Maschinensatz von beispielsweise vier Teilmaschinen durch Vereinigung der mittleren Maschinen zu einer einzigen Einkommutätormaschine doppelter Spannung und doppelter Leistung eine ; wesentliche Gewichtsverminderung und Vereinfachung der Schaltung herbeigeführt wird. Dies ist von besonderer Bedeutting im Zusammenhang mit der Verwendung von Steuerwicklungen, wie sie für die selbsttätige Konstantstromregelung benötigt werden. Darüber hinaus hat dieser Vorschlag aber auch für die normale della-Riccia-Schaltung große Bedeutung, da er eine wesentlich günstigere und leichtere Bemessung des Umformersatzes sowie einfachere und betriebssicherere Ausbildung zur Folge hat.In the case of della Riccia converters, a _{further 7} g further improvement and perfection can be achieved according to the invention in that, in the machine set of, for example, four sub-machines, by combining the middle machines into a single single-commutator machine, double the voltage and double the power; substantial weight reduction and simplification of the circuit is brought about. This is of particular importance in connection with the use of control windings as they are required for automatic constant current regulation. In addition, this proposal is also of great importance for the normal della Riccia circuit, since it results in a significantly cheaper and lighter dimensioning of the transformer replacement as well as a simpler and more reliable training.

Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand der Fig. 8, 9 und 10 sowie der dazugehörigen Diagramme, gemäß Fig. 6 und 7, erläutert werden. Fig. 9 bezieht sich auf den einfacheren Fall der Leonard-Sparschaltung. Die beiden Maschinen des Leonard-Umformers I₁ und 2 weisen je eine Nebenschlußwicklung 18 bzw. 19 auf. Außerdem hat der Generator 1 eine Wicklung 20, die an der Spannung des Umformerankers 2 liegt, während der Umformeranker 2 eine weitere Wicklung 21 aufweist, die an der Spannung des Umformerankers 1 liegt. Für die Wirkungsweise dieser Schaltung gelten die folgenden Überlegungen: Die Steuererregerwicklung ermöglicht es, bei jeder der Umformermaschinen den resultierenden Induktionsfluß Φ_Γ gegenüber dem , der Klemmenspannung U proportionalen Fluß Φ_υ um den zusätzlichen Fluß φ₈ zu erhöhen oder zu vermindern. Demnach gilt folgende Gleichung: Φ_Γ~ Φυ - ^s- Diesen drei Flüssen entsprechen drei ihnen proportionale Spannungen, und zwar entspricht Φ_Γ die EMK E, dem Fluß Φ_υ die Klemmenspannung U und dem Fluß Φ₃ eine Spannung AU. Dementsprechend ist E= U ± AU. Hierbei bedeutet das positive ( + ) Vorzeichen Generatorbetrieb und das negative (—) Vorzeichen Motorbetrieb. Das Glied AU stellt aber nichts anderes als den ohmschen Spannungsabfall r · I der Ankerwicklung dar. Infolgedessen ergibt sich, daß der Ankerstrom bei jeder Maschine sich entsprechend dem Steuerfluß <2>_s einstellen wird. Es ergeben sich damit die folgenden Beziehungen: Ζ([/~Φ₅; AU = r-I und I ~ Φ_ε, d.h. bei magnetisch ungesättigter Maschine ist der Ankerstrom proportional der Spannung an der Steuererreger-The invention is to be explained in more detail below with reference to FIGS. 8, 9 and 10 and the associated diagrams according to FIGS. 6 and 7. Fig. 9 relates to the simpler case of the Leonard economy circuit. The two machines of the Leonard converter I ₁ and 2 each have a shunt winding 18 and 19, respectively. In addition, the generator 1 has a winding 20 which is connected to the voltage of the converter armature 2, while the converter armature 2 has a further winding 21 which is connected to the voltage of the converter armature 1. For the operation of this circuit, the following considerations apply: The control field winding allows, at each of the Umformermaschinen the resulting flux _Φ Γ relative to the, the terminal voltage U proportional flow _Φ υ to the additional flux φ ₈ to increase or decrease. Accordingly, the following equation applies: Φ _Γ ~ Φυ - ^ s- These three fluxes correspond to three voltages proportional to them, namely Φ _Γ corresponds to the EMF E, the flux Φ _υ corresponds to the terminal voltage U and the flux Φ ₃ corresponds to a voltage AU. Accordingly, E = U ± AU. The positive (+) sign means generator operation and the negative (-) sign means engine operation. The element AU , however, represents nothing other than the ohmic voltage drop r · I of the armature winding. As a result, the armature current is set in every machine in accordance with the control flux <2> _s . This results in the following relationships: Ζ ([/ ~ Φ ₅ ; AU = rI and I ~ Φ _ε , ie with a magnetically unsaturated machine, the armature current is proportional to the voltage at the control exciter

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wicklung. Bei der Schaltung gemäß Fig. 9 liegen nun die beiden Steuererregerwicklungen 20 und 21 an den Spannungen U₂ bzw. U₁, deren Summegleich der konstanten Fahrdrahtspannung U ist. Wird aber die Summe der Spannungen an den beiden Steuererregerwicklungen 20 und 21 gemäß Fig. 9 konstant gehalten, so sind die Summe der Steuerflüsse und damit nach den obigen Ausführungen auch die Summe der Ankerströme I₁ und I₂, winding. In the circuit according to FIG. 9, the two control exciter windings 20 and 21 are connected to the voltages U ₂ and U ₁ , the sum of which is equal to the constant contact wire voltage U. If, however, the sum of the voltages at the two control exciter windings 20 and 21 according to FIG. 9 is kept constant, then the sum of the control flows and thus also the sum of the armature currents I ₁ and I ₂ ,

d. h. der Abgabestrom I_f des Umformers konstant. Das Diagramm der Fig. 6 gibt den Verlauf der Flüsse bzw. Spannungen in Abhängigkeit von der Größe der an den Ankern 1 und 2 liegenden Spannungen U₁ und U₂, deren Summe gleich der Netzspannung U_n ist, wieder. Die durch die Wicklungen 18 und 19 sowie die Steuerwicklungen 20 und 21 hervorgerufenen Flüsse Φ₁₈ bis Φ₂₁ sind in dem Diagramm eingetragen. Die Änderungen ihrer Werte, abhängig von den Größen U₁ und U₂, geht aus den gegenläufigen verstärkt bzw. einfach eingetragenen Linien hervor. Da, wie oben angedeutet, den Flüssen bestimmte Spannungen entsprechen, bezeichnen — da die Drehzahl des Umformers angenähert konstant ist — die geneigt eingetragenen Geraden gleichzeitig auch Spannungen. Es entspricht die ansteigende verstärkt ausgezogene Gerade der EMK₁ der Maschine 1 nach Fig. 9, die darunterliegende dünne ausgezogene ansteigende Gerade der Klemmenspannung U₁. Der Unterschied der Spannungen entspricht dem ohmschen Spannungsabfall bzw. der durch den Steuerfluß hervorgerufenen Spannung AU₁. Ebenso bedeutet die stark ausgezogene fallende Gerade die EMK₂ der Maschine 2, die darüberliegende dünne abfallende Gerade die Klemmenspannung der Maschine 2. Die Differenz der beiden Spannungen entspricht wiederum dem ohmschen Spannungsabfall bzw. der durch die Steuerwicklungen hervorgerufenen Spannung AU₂. ie the output current I _{f of} the converter is constant. The diagram in FIG. 6 shows the course of the flows or voltages as a function of the magnitude of the voltages U ₁ and U _{2 applied} to the armatures 1 and 2, the sum of which is equal to the mains voltage U _n . _{The fluxes Φ 18} to Φ ₂₁ caused by the windings 18 and 19 and the control windings 20 and 21 are entered in the diagram. The changes in their values, depending on the variables U ₁ and U ₂ , can be seen from the opposite, reinforced or simply plotted lines. Since, as indicated above, certain voltages correspond to the fluxes, - since the speed of the converter is approximately constant - the inclined straight lines also denote voltages at the same time. The rising, reinforced straight line corresponds to the EMF _{1 of} the machine 1 according to FIG. 9, and the thin, solid rising straight line underneath corresponds to the terminal voltage U ₁ . The difference in the voltages corresponds to the ohmic voltage drop or the voltage AU ₁ caused by the control flow. The straight falling straight line also means the EMF _{2 of} the machine 2, the thin falling straight line above the terminal voltage of the machine 2. The difference between the two voltages corresponds in turn to the ohmic voltage drop or the voltage AU ₂ caused by the control windings.

Man kann die KonstantstiOmbedingungen auch dadurch erfüllen, daß man die Steuererregerwicklungen von einer festen Spannung aus speist. In diesem Falle müssen dann aber die Widerstände der Selbsterregerstromkreise geändert werden.One can also use the constant conditions meet by feeding the control exciter windings from a fixed voltage. In In this case, however, the resistances of the self-excitation circuits must be changed.

Eine entsprechende Schaltung zeigt Fig. 10 für die Leonard-Sparschaltung. Die Änderung der Selbsterregerstnxnkreise hat bei dieser Schaltung zur Folge, daß die Wicklung αϊ in α2 und β ι in β2 übergehen (vgl. dazu die Diagramme der Fi. 7),A corresponding circuit is shown in FIG. 10 for the Leonard economy circuit. The change in the self-excitation circuits has the consequence in this circuit that the winding αϊ in α2 and β ι in β2 (cf. the diagrams in Fig. 7),

d. h. bezogen auf die gleiche Klemmenspannung U wird der Selbsterregerstrom der Maschine 1 um einen bestimmten Betrag größer als der der Maschine 2.that is, based on the same terminal voltage U , the self-exciting current of machine 1 is greater than that of machine 2 by a certain amount.

Fig. 8 der Zeichnung gibt noch die analoge An-Fig. 8 of the drawing also gives the analogous

wendung des Erfindungsgedankens für einen della-Riccia-Maschinensatz wieder, bei dem erfindungsgemäß gegenüber den Schaltungen nach Fig. 2 und 3, wie die Fig. 4 und 5 erkennen lassen, die Umformermaschinen 5 und 6 durch eine einzige Einkommutatormaschine der doppelten Leistung, wie sie für sich die Maschinen 5 bzw. 6 aufweisen, ersetzt ist. In der Zeichnung der Fig. 8 bedeuten 8 und 9 zwei Fahrmotoren, die Maschinen 4 und 7 die beiden Außenmaschinen des Umformersatzes, die je für die halbe Netzspannung bemessen sind, sowie 10 die innenliegende Maschine des Umformersatzes, die für die volle Fahrdrahtspannung ausgelegt ist. 11, 12 und 13 sind die Nebenschlußerregerwicklungen der Maschinen ίο, 4 und 7; 15 und 14 die Steuerwicklungen der Umformermaschinen, wobei für die beiden Maschinen 4 und 7 nur eine Steuerwicklung wegen des gemeinsamen Ständers der beiden Maschinenanker 4 und 7 vorgesehen zu \verden braucht.Application of the inventive idea to a della Riccia machine set again, in the case of the invention compared to the circuits according to FIGS. 2 and 3, as FIGS. 4 and 5 show, the Converter machines 5 and 6 by a single single commutator machine of double the power, as they have for the machines 5 and 6 respectively, is replaced. In the drawing of FIG. 8, 8 denotes and 9 two traction motors, machines 4 and 7 the two external machines of the converter set, which are each rated for half the mains voltage, as well as 10 the internal machine of the converter set, which is designed for the full contact wire voltage. 11, 12 and 13 are the shunt exciter windings of machines ίο, 4 and 7; 15 and 14 the control windings of the converter machines, with only one control winding for the two machines 4 and 7 because of the common Stand of the two machine anchors 4 and 7 provided to \ verden.

Hervorzuheben ist noch, daß mit Hilfe der Widerstände 17 in Fig. 8, 22 in Fig. 9 sowie 23 in Fig; 10 der Strom der Steuerwicklungen geregelt werden kann, um damit den Belastungsstrom einstellen zu können.It should also be emphasized that with the aid of the resistors 17 in FIG. 8, 22 in FIG. 9 and 23 in Fig; 10 the current of the control windings is regulated in order to be able to adjust the load current.

Die bisherigen Ausführungen, gelten nur für magnetisch ungesättigte Maschinen. Um den Einfluß der Krümmung der Magnetisierungskennlinie auf die Konstanz des Fahrmotorenstromes und der Umformerdrehzahl zu beseitigen, werden auf die Pole der Maschinen weitere Wicklungen 24 und 25 in Fig. 11 aufgebracht, die vom Strom der zugehörigen Anker durchflossen werden, also Kompoundwicklung sind. Ihre Durchflutungen müssen, wie man nachweisen kann, den Durchflutungen der Steuererregerwicklungen 20 bzw. 21 entgegengesetzt wenden, die dann ihrerseits um den Durchflutungsbetrag der Kompoundwicklung zu vergrößern sind. Der generatorische Umformerteil entspricht damit einer Krämerschen Konstantstrommasohine, so daß näheres Eingehen auf die Wirkungsweise sich erübrigt.The previous statements only apply to magnetically unsaturated machines. To the influence the curvature of the magnetization characteristic on the constancy of the traction motor current and the To eliminate the converter speed, further windings 24 and 25 are placed on the poles of the machines in Fig. 11 applied by the current of the associated Anchors are flowed through, so are compound winding. Your floods must as can be demonstrated, the flow through the control exciter windings 20 and 21 opposite turn, which in turn increases the amount of flow through the compound winding are. The regenerative converter part thus corresponds to a Kramer constant current generator, so that a closer look at the mode of action is superfluous.

Ein wesentlich wirksameres Mittel zur Ausgleichung der Abweichungen des entnommenen. Stromes Ip vom angestrebten konstanten Wert zeigt die Anordnung von Fig. 12. Hier sind die dritten Erregerspulen 26,27 vom konstant zu haltenden Strom Ip selbst durchflossen. Ihre Magnetisierungsrichtung ist ebenfalls derjenigen der Steuererregungswicklung entgegenzusetzen. Letztere hat also zwei Aufgaben zu erfüllen. Erstens muß sie wie beim ungesättigten Umformer den Spannungsabfall ausgleichen, und zweitens muß sie der Durchflutung der Reihenwicklung 26, 27 das Gleichgewicht halten. Wie die punktweise Berechnung zeigt, wird durch diese Maßnahme der Abgabestrom des Umformers auch bei magnetischer Sättigung der Hauptmaschine nahezu konstant gehalten. In qualitativer Betrachtung gilt folgendes: Stimmt der Strom Ip nicht mit dem durch die S teuer erregung eingestellten Wert überein, ist er beispielsweise zu groß, so wird die Gesamterregung beim Generator 1 geschwächt, beim Motor 2 gestärkt, und die Folge davon ist ein Absinken des Belastungsstromes Ip in Richtung auf den eingestellten Wert.A much more effective means of compensating for the deviations of the extracted. Current Ip from the desired constant value showing the arrangement of Fig. 12. Here, the third exciting coils 26,27 traversed by to be kept constant current Ip itself. Its direction of magnetization is also to be opposed to that of the control excitation winding. The latter has two tasks to fulfill. Firstly, as in the case of the unsaturated converter, it must compensate for the voltage drop, and secondly, it must keep the flow through the series winding 26, 27 in equilibrium. As the point-by-point calculation shows, this measure keeps the output current of the converter almost constant even when the main machine is magnetically saturated. From a qualitative point of view, the following applies: If the current Ip does not match the value set by the expensive excitation, for example if it is too high, the overall excitation is weakened in generator 1 and increased in motor 2, and the result is a drop in the Load current Ip towards the set value.

Die Annäherung des Belastungsstromes I_F an den angestrebten konstanten Wert wird um so größer sein, je mehr Reüheriwicklungeri 26, 27 aufgebracht werden. Dann sind aber auch um so mehr Steuererregungswicklungen20, 21 erforderlich, d.h. um so größer wird das Erregerkupfergewicht undThe approximation of the load current I _F to the desired constant value will be the greater, the more Reüheriwickeri 26, 27 are applied. Then, however, the more control excitation windings 20, 21 are required, ie the greater the exciter copper weight and

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der notwendige Wickelraum. Es wird also um so mehr Umformergewicht erforderlich, je geringer die noch zugelassenen Abweichungen des Stromes//? vom Sollwert sind.the necessary changing room. The lower the converter weight, the more necessary it is the current deviations that are still permitted //? are from the setpoint.

Dieses Mehrgewicht kann verringert werden, wenn man die Subtraktion der Stromwindungen 26, 27 von den S teuererregungs windungen 20, 21 nicht auf den Polen der Maschine 1 und 2, sondern auf den Polen einer besonderen kleinen Erregermaschine vornimmt. Es ergibt sich dann die Schaltung der Fig. 13. Die verhältnismäßig kleinen Spulen 31, 32 der Zusatzerregung auf den Polen der Umformermaschinen 1 und 2 werden von einer Erregermaschine 28 gespeist, die von der Welle des Umformersatzes angetrieben wird, und deren Pole zwei Wicklungen tragen. Eine Wicklung 30 mit vielen Windungen dünnen Drahtes, die vom Steuererregerstrom i_f gespeist wird und ,eine Hochstromwicklung 29, mit wenigen Windungen großen Querschnittes, die vom Belastungsstrom I_f durchflossen wird. Beide Erregerdurchflutungen wirken einander entgegen. Da der Strom i_z in den Zusatzspulen 31, 32 der Maschinen 1 und 2 nur einen Bruchteil der Gesamtdurchflutung zu liefern hat, wird die Erregermaschine 28 sehr klein, trotzdem sie nur im ungesättigten Teil ihrer Magnetisierungslinie betrieben wird. Der Strom i_f in der Spule 30 ist, wie erwähnt, der Steuererregerstrom. Er beträgt als Erregerstrom der Erregermaschine nur einen kleinen Bruchteil des Stromes i₂. Es ergibt sich somit eine sehr große Übersetzung zwischen dem Steuererregerstrom i_f und dem Belastungsstrom/_/; die beide einander annähernd proportional sind. Der Umformersatz kann also mit außerordentlich kleinen Strömen gesteuert werden.This additional weight can be reduced if the subtraction of the current windings 26, 27 from the S expensive excitation windings 20, 21 is not carried out on the poles of the machine 1 and 2, but on the poles of a special small exciter. The circuit of FIG. 13 then results. The relatively small coils 31, 32 of the additional excitation on the poles of the converter machines 1 and 2 are fed by an exciter machine 28 which is driven by the shaft of the converter set and whose poles have two windings . A winding 30 with many turns of thin wire, which is fed by the control excitation current i _f , and a high-current winding 29, with a few turns of large cross-section, through which the load current I _f flows. Both pathogen flows counteract each other. Since the current i _z in the additional coils 31, 32 of the machines 1 and 2 only has to supply a fraction of the total flow, the excitation machine 28 becomes very small, although it is only operated in the unsaturated part of its magnetization line. As mentioned, the current i _f in the coil 30 is the control excitation current. As the excitation current of the excitation machine, it is only a small fraction of the current i ₂ . This results in a very large translation between the control excitation current i _f and the load current / _/; both of which are approximately proportional to each other. The transformer replacement can therefore be controlled with extremely small currents.

Eine zweite Entwicklung der Anordnung mit Erregermaschine ist in Fig. 14 gezeigt. Die Schaltung hat den besonderen Vorteil, daß als Maschinen ι und 2 normale Nebenschlußmaschinen verwendet werden können. Der Anker 28 der Erregermaschine, die auf ihren Polen wieder die beiden Wicklungen 29 und 30 trägt, ist zwischen den Verbindungspunkt der beiden in Reihe liegenden Anker 1 und 2 und den Verbindungspunkt der ebenfalls in Reihe liegenden Nebenschlußfeldwicklungen 18, 19 gelegt. DieAbweichung der gesamten Erregerdurchflutung der Umformermaschinen 1 und 2 von der reinen Selbsterregung wird hierbei nicht durch zweite Erregerwicklungen erreicht, sondern durch entsprechende Veränderung der Erregerspannungen gegenüber der reinen Selbsterregung. Nach der Schaltung wird nämlich die Spannung der Maschine 28 im Betrag von wenigen Prozenten der Netzspannung beim Generator zurA second development of the arrangement with an exciter is shown in FIG. The circuit has the particular advantage that the machines ι and 2 normal shunt machines can be used. The armature 28 of the exciter, which on their poles again the two windings 29 and 30 carries, is between the connection point of the two lying in series Armature 1 and 2 and the connection point of the shunt field windings also lying in series 18, 19 laid. The deviation of the total excitation flow of the converter machines 1 and 2 of the pure self-excitation is not achieved by second excitation windings, but by a corresponding change in the excitation voltages compared to pure self-excitation. Namely, after the circuit, the voltage of the machine 28 becomes in the amount of a few Percent of the mains voltage at the generator

Klemmenspannung addiert und beim Motor' subtrahiert. Wenn man das Mehrgewicht, das sich durch die Reihenwicklung auf den Polen der Maschinen ι und 2 entsprechend der Ausführung von Fig. 11 oder 12 oder durch die Erregermaschine entsprechend der Ausführung von Fig. 13 oder 14 ergibt, sparen will, so kann man die von der Eisensättigung hef rührenden Ungleichmäßigkeiten durch einen normalen Feldregler ausgleichen lassen. In Fig. 15 ist das entsprechende Schaltbild gezeichnet, wobei angenommen wurde, daß ein Kohledruckregler verwendet wird, dessen Kohlensäule 34 zusammengedrückt wird, wenn die Wirkung der Magnetspule 35 überwiegt, und die entlastet wird, wenn die Wirkung der Spule 36 überwiegt, die vom Strom I_f durchflossen wird. Die Spule 35 wird von der Netzspannung oder von einer besonderen Stromquelle über einen regelbaren Widerstand 37 erregt, mit dem der Vergleichstrom if und damit der Sollwert des Belastungsstromes eingestellt werden kann. An Stelle des gezeichneten Kohledruckreglers kann auch jeder beliebige Regler verwendet werden.Terminal voltage added and subtracted for the motor '. If you want to save the extra weight that results from the series winding on the poles of the machines ι and 2 according to the embodiment of FIG. 11 or 12 or from the exciter machine according to the embodiment of FIG Allow irregularities affecting the iron saturation to be compensated for by a normal field regulator. In Fig. 15 the corresponding circuit diagram is drawn, assuming that a coal pressure regulator is used, the coal column 34 is compressed when the action of the magnetic coil 35 outweighs, and which is relieved when the action of the coil 36 outweighs the current I _{f is} traversed. The coil 35 is excited by the mains voltage or by a special current source via a controllable resistor 37 with which the comparison current if and thus the nominal value of the load current can be set. Instead of the coal pressure regulator shown, any regulator can be used.

Claims

Patent claims:

1. DC converter set in Leonard's economy or in a della Riccia circuit for converting electrical direct current power in those with variable voltage, especially for supplying rail motors by such a self-regulation of the converter machines that they are operated as constant current machines.

2. DC converter set according to claim 1, characterized in that the main field windings are excited by their own armature voltage on the poles of the converter machines (self-exciting windings) and that other smaller windings (control windings), which only reduce the voltage drop of the individual machines have to compensate for the tensions of the other machines of the Transformer set are excited in such a way that the induction flux is amplified when the generator is in operation and is weakened during engine operation (Fig. 9).

3. DC converter set in Leonard economy circuit or in della Riccia circuit for converting electrical direct current power of constant voltage into such approximately constant current or vice versa according to claim 1 and 2, characterized in that that the main excitation windings of the individual machines of the converter set are self-excited are, but the smaller control windings from a specially adjustable power source or are also externally excited by the mains voltage itself via control resistors (Fig. 10).

4. converter set according to claim 2 and 3, characterized in that the deviations of the load current of the desired constant value, which is caused by the curvature of the Magnetization line is created by a third excitation winding of the individual machines of the converter set is compensated for, the current flowing through the respective armature and which is connected so that they counteract the S expensive excitation development (Fig. 11).

5. converter set according to claim 2 and 3, characterized in that the deviation of the load current (I _f ) of the control to be controlled

659/173

S 15352 VIIIb I'21 d ¹

user is compensated by the desired constant value by a third excitation winding of the individual machines, through which the constant current (I _f ) itself flows

to

and which is connected to the control excitation winding counteracts (Fig. 12).

6. converter set according to claim 2 to 5, characterized in that for simplification of the individual machines and to save machine weight the subtraction of the excitation flow, which originate from the load current and control excitation current, are not carried out on the poles of the individual machines, but in a special little excitation machine, the poles of which are created by two opposing forces Coils are excited, one of which (29 in Fig. 13) from the load current, the other (30) is traversed by the control excitation current, and its armature (28) the Additional excitation windings (31, 32) feed the individual machines of the converter.

7. converter set according to claim 2 to 6, characterized in that the armature (28) of the Exciter between the connection points of the series-connected armature of the Main machines (1 and 2) and the connection point of the also connected in series Shunt windings (18, 19) of the main engine is placed so that the im Armature (28) resulting voltage is the self-excited shunt field of the working as a generator Machines strengthened and that the machine working as a motor is weakened (Fig. 14).

8. converter set according to claim 2 and 3, characterized in that the deviation of the Load current of constant value through a known automatic field regulator is compensated, which acts on the tax excitation.

9. DC converter set according to claim 1, wherein according to della Riccia several armature des Converter set are connected in series, characterized in that instead of two Anchoring a single single commutator machine in the middle of the machines connected in series double power is switched on with only one armature winding (Fig. 8).

1 sheet of drawings