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Vorrichtung zur Erzielung einer gleichen oder verhältnisgleichen
Belastung mehrerer parallel arbeitender Gleichstrommaschinen
Beim Parallelbetrieb mehrerer Gleichstrommaschinen ergibt sich die Aufgabe, die Belastung gleich- mässig bzw. dem Verhältnis der Belastungsfähigkeit der einzelnen Maschinen entsprechend auf diese zu verteilen. So sind bereits Schaltungsanordnungen, insbesondere für elektrische Triebfahrzeuge bekannt, bei denen zu diesem Zweck die Ankerströme der einzelnen Motoren bzw. Abbilder dieser Ströme mit einem Abbild des mittleren Ankerstromes verglichen werden, wobei sich dabei ergebende Differenzen zu einer Beeinflussung der Schaltwerke der einzelnen Motoren mit Hilfe von Differentialrelais und Servomo- toren verwendet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gleiche bzw. verhältnisgleiche Lastverteilung bei mehreren parallel arbeitenden Gleichstrommaschinen, insbesondere Fahrzeugmotoren, bei denen Abbil- der der einzelnen Ankerströme mit einem Abbild des mittleren Ankerstromes verglichen werden und die jeweilige Differenz zur Beeinflussung der Lastverteilung dient, in dem Fall zu erzielen, dass die Gleichstrommaschinen fremderregt sind und ihr Feldstrom durch je einen Regler nach einem vorgeschriebenen mittleren Sollwert geregelt wird. Ausserdem sollen dabei Differentialrelais vermieden werden, mit denen insbesondere beim Betrieb auf Fahrzeugen wegen der betriebsmässigen Erschütterungen und der dadurch bedingten robusten Bauart die erforderliche Genauigkeit und Empfindlichkeit der Regelung schwer zu erreichen ist.
Zu diesem Zweck werden nach der Erfindung Schaltmittel vorgesehen, welche die Ankerströme sowie den mittleren Ankerstrom und den mittleren Feldstrom je für sich abbilden, wobei die bei dem Vergleich dieser Abbilder miteinander und mit einem Abbild des Sollwertes des mittleren Feldstromes sich ergebenden Differenzen so auf die Feldregler einwirken, dass die Ankerströme unter sich gleich bzw. ver- bältnisgleich werden, ohne dass die Regelung des mittleren Feldstromes und die Steuerung oder Regelung des mittleren Ankerstromes dadurch beeinflusst wird.
In der Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Mit 1 sind drei gleiche fremder- regte Gleichstrommaschinen bezeichnet, die im Parallelbetrieb an Sammelschienen 12 angeschlossen sind.
Der aus je einer Stromquelle 6, die z. B. aus einem Generator, einem Stromrichter, einer Verstärkermaschine oder einem Magnetversiärker bestehen kann, gelieferte Feldstrom der Maschine wird durch je einen Regler 9 geregelt. Der Ankerstrom einer jeden Maschine wird über Gleichstromwandler 2 als Spannungsabfall an den Widerständen 3 und die Summe der drei Ankerströme über den Gleichstromwandler 4 als Spannungsabfall am Widerstand 5 abgebildet. Die Übersetzungsverhältnisse der Wandler bzw. die Widerstände sind so gewählt, dass der Spannungsabfall am Widerstand 5 dem mittleren Wert der Spannungsabfälle an den Widerständen 3 entspricht.
Die Feldströme der Maschinen sind über den Gleichstromwandler 7 als Spannungsabfall an den Widerständen 8 abgebildet. An den Klemmen 13 liegt eine Gleichspannung, die den Sollwert des mittleren Feldstromes darstellt.
Bei der zunächst zu betrachtenden Arbeitsweise der Anordnung sind die Kontakte 11 geöffnet und die Kontakte 10a geschlossen. Durch die letztgenannten Kontakte sind die drei Widerstände 8 unter sich parallel geschaltet, so dass die Spannungsabfälle an ihnen einander gleich sind und dem Mittelwert des Feldstromes entsprechen. Die Regler 9 befinden sich - integrale Regelung vorausgesetzt-in Ruhe, wenn die Summe der an ihren Eingängen liegenden Spannungen gleich Null ist.
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Mit den Bezeichnungen :
JA ist = Abbild des Ankerstromes, d. h. Spannung am Widerstand 3, JA m = Abbild des mittleren Ankerstromes, d. h. Spannung am Widerstand 5, JFM Abbild des mittleren Feldstromes, d. h. Spannung an einem der Widerstände 8,
JF soll = Sollwertspannung für den mittleren Feldstrom an den Klemmen 13, lautet unter Berücksichtigung der eingezeichneten Vorzeichen die Regelbedingung für jeden der Regler 9.
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übereinstimmen, und demgemäss auch die drei Ankerströme untereinander gleich sein. Da die drei Ankerspannungen wegen der gemeinsamen Sammelschienen ebenfalls gleich gross ? sind, stimmen a, lch die aufgenommenenbzw. abgegebenen Leistungen überein. Aus der Gleichheit der drei Ankerströme folgt, dass jeder Ankerstrom dem mittleren Ankerstrom entspricht.
Es ist also für alle drei Regelkreise JA ist-JA m = 0, folglich muss auch Jp -Ip m= in.
Dies bedeutet, dass die Feldstromregelung in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Sollwert durch die Regelung der Belastungsverteilung nicht beeinflusst wird. Ebenso können Ankerspannung oder der mittlere Ankerstrom völlig unabhängig von der Regelung der Belastungsverteilung gesteuert oder geregelt werden.
Sollen die Leistungen der Maschinen nicht untereinander gleich sein, sondern beispielsweise bei verschiedenen Nennleistungen entsprechend dem Verhältnis der Nennleistungen eingeregelt werden, so brauchen dazu nur die Übersetzungsverhältnisse der Gleichstromwandler und/oder die Widerstände entsprechend geändert zu werden.
Die beschriebene Anordnung arbeitet sowohl bei motorischem, wie bei generatorischem Betrieb der Maschinen 1 richtig, wenn die Gleichstromwandler 2 und 4 die Ankerströme auch ihrem Vorzeichen nach übertragen. Bei Drehrichtungsumkehr der Maschinen ist jedoch eine Umkehrung des Regelsinnes beispielsweise durch Vertauschen der Anschlüsse an den Widerständen 3 und 5 erforderlich.
Die Regelung arbeitet einwandfrei, solange der Spannungsabfall im Ankerstromkreis der Maschinen klein gegenüber ihrer EMK ist. Ist aber z. B. beim Anlassen die Drehzahl und damit die EMK der Maschinen klein, so ist die Verteilung der Ankerströme weitgehend nur durch die inneren Widerstände der Maschinen bestimmt, während die Feldströme wenig oder gar keinen Einfluss darauf haben. Die Regler werden dann an ihrem Anschlag liegen. Dementsprechend ist die Grösse und Richtung der Feldströme und damit auch das Drehmoment unbestimmt.
Diese Schwierigkeit kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch überwunden werden, dass die Parallelschaltung der Widerstände 8 durch Öffnen der Kontakte 10a aufgehoben wird, solange die EMK der Maschinen nicht oder nicht wesentlich grösser ist als der Spannungsabfall im Anker derselben.
Bei geöffneten Kontakten 10a lautet die Regelbedingung für jeden der drei Regler 9
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soll - JF ist + JA m - JA ist = 0, worin mit JF ist nochReihenschlussmaschinen verhalten. Sind also infolge kleiner Differenzen zwischen den inneren Widerständen der Maschinen bei Stillstand oder kleinen Drehzahlen die Ankerströme nicht gleich gross, so laufen die Regler 9 nicht mehr an einem Anschlag, vielmehr weisen die Feldströme höchstens die gleiche Verschiedenheit auf wie die Ankerströme.
Eine Vorrichtung, die anspricht, wenn die EMK der Maschinen grösser wird als der Spannungsabfall in den Ankerstromkreisen und dann die Schliessung der vorher geöffneten Kontakte lOa bewirkt, kann in verschiedener Weise ausgebildet sein. Bei nur motorischem Betrieb der Maschinen kann beispielsweise der Spannungsabfall an einem vom Gleichstromwandler 4 (oder einem zweiten derartigen Wandler) gespeisten Widerstand und die diesem Spannungsabfall entgegengeschaltete Spannung zwischen den Sammel-
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schienen 12 auf ein polarisiertes Relais einwirken.
Wird dabei der genannte Widerstand so bemessen, dass der Spannungsabfall an ihm gleich dem doppelten Betrag des Spannungsabfalles im Ankerstromkreis der
Maschinen ist, so kehrt die Stromrichtung im Relais sich um, wenn die Sammelschtenenspannung-die ja gleich der Summe aus der EMK der Maschinen und ihrem innern Spannungsabfall ist - grösser wird als der Spannungsabfall am Widerstand, d. h., wenn die EMK der Maschinen grösser wird als ihr innerer Span- nungsabfall. Das bei dieser Stromumkehr ansprechende polarisierte Relais kann dann-gegebenenfalls über ein Hilfsschütz - die Kontakte 10a betätigen.
Eine dem gleichen Zweck dienende Anordnung, die auf einem ähnlichen Prinzip beruht, jedoch auch bei generatorischemBetrieb der Maschinen das Überwiegen der EMK über den inneren Spannungsabfall der Maschinen erfasst, ist in der Fig. 2 dargestellt. Hier liegt im Sekundärstromkreis des Gleichstromwand- lers 4 ein Widerstand 14, an dem eine Spannung entsteht, die gleich dem inneren Spannungsabfall der
Maschinen ist. Am Widerstand 16 liegt die Sammelschienenspannung. Das Relais 10 ist in der dargestell- ten Weise mit einem Abgriff am Widerstand 16 verbunden. Durch die Einfügung von Gleichrichterele- menten 15, z. B. Dioden, spricht das Relais 10 sowohl bei motorischem, wie generatorischem Arbeiten der Maschinen in der erforderlichen Weise an.
In dem speziellen Anwendungsfall der Erfindung bei Motoren von Triebfahrzeugen soll beim Eintritt des Schleudems der Ankerstrom jeder Maschine sich frei einstellen können. In diesem Fall werden durch an sich bekannte Einrichtungen zur Erfassung des Schleuderzustandes die Kontakte 10a geöffnet und gleichzeitig die Kontakte 11 geschlossen. In diesem Zustand entsprechen die an den Widerständen 3 liegenden Spannungen dem Mittelwert des Ankerstromes. Die Ankerströme können sich daher vollkommen frei einstellen. Die Feldströme werden durch die Regelung gleich gross gemacht. Das dynamische Verhalten der Maschinen entspricht damit dem eines Nebenschlussmotors.
Die Vorteile der beschriebenen Anordnung bestehen darin, dass die Leistungsaufnahme der parallel arbeitenden Gleichstrommaschinen gleich gross gemacht, oder in einem vorgesehenen Verhältnis aufein- ander abgestimmt werden kann, wobei sonstige Steuer- und Regelvorgänge im Anker und/oder Feldstromkreis nicht beeinflusst werden, und dass durch einfache Schaltmittel das dynamische Verhalten der Maschinen als Reihen- oder Nebenschlussmaschinen verändert, und gegebenen Betriebsbedingungen angepasst werden kann. Die Erfindung ist nicht an das beschriebene Ausführungsbeispiel gebunden, sondern kann in mancherlei Weise abgewandelt werden.
Abgesehen davon, dass die Zahl der parallel geschalteten Maschinen beliebig sein kann, ist es z. B. in besonderen Fällen möglich, die Widerstände 8 bei entsprechender Bemessung direkt in den Feldstromkreis der Maschinen einzuschalten, statt sie über Gleichstromwandler anzuschliessen.
Je nach Lage des Einzelfalls kann auf die beschriebene Umschaltung bei kleiner Drehzahl bzw. EMK der Maschinen verzichtet werden. In diesem Fall können beispielsweise die Widerstände 8 bei entsprechender Bemessung auch in Reihe statt parallel geschaltet sein.
Angenähert die gleichen Vorteile können auch durch eine proportionale Regelung der Feldregler erzielt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Erzielung einer gleichen bzw. verhältnisgleichen Belastung mehrerer parallel arbeitender Gleichstrommaschinen, insbesondere Fahrzeugmotoren, bei denen Abbilder der einzelnen Ankerströme mit einem Abbild des mittleren Ankerstromes verglichen werden und die jeweilige Differenz zur Beeinflussung der Lastverteilung dient, dadurch gekennzeichnet, dass bei Fremderregung der Gleichstrommaschinen und Regelung der Feldströme derselben durch je einen Regler Schaltmittel vorgesehen sind, welche die Einzel-Ankerströme sowie den mittleren Ankerstrom und die einzelnen mittleren Feldströme je für sich abbilden, und dass die beim Vergleich dieser Abbilder miteinander und mit einem Abbild des Sollwertes des mittleren Feldstromes sich ergebenden Differenzen so auf die Feldregler einwirken,
dass die Einzel-Ankerströme unter sich gleich bzw. verhältnisgleich werden, ohne dass die Regelung des mittleren Feldstromes und die Steuerung oder Regelung des mittleren Ankersummenstromes dadurch beeinflusst wird.