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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 gleichmässig 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 Servomotoren hinzugezogen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gleiche bzw. verhältnisgleiche Lastverteilung bei mehreren parallel arbeitenden Gleichstrommaschinen, insbesondere Fahrzeugmotoren, bei denen Ab'bild'er 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, d'ass die Gleichstrommaschinen fremderregt sind und ihr Feldstrom durch je eine Regeleinrichtung nach einem vorgeschriebenen 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 Abbi'ld'er miteinander und mit einem Abbild des Sollwertes des mittleren Feldstromes sich ergebenden Differenzen unter der Voraussetzung, dass die inneren Spannungsabfälle der Ankerstromkreise der Gleichstrommaschinen vernachlässigbar klein gegenüber ihrer EMK sind, so auf die Feldregler einwirken, dass die Ankerströme unter sich gleich bzw.
verhältnisgleich werden, ohne dass die Regelung des mittleren Feldstromes und die Steuerung oder Regelung des mittleren Ankerstromes dadurch beein- flusst wird. In der Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Mit 1 sind drei .gleiche fremderregte 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 Ver- stärkermaschine- oder einem Magnetverstärker 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 Wid'erständ'en 3 und die Summe der drei Ankerströme über den Gleichstromwandler 4 als Spannungsabfall am Widerstand 5 abgebildet. Die über- setzungsverhältnisse 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 d'ass die Spannungsabfälle an
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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.
Mit den Bezeichnungen: JA ;,t = Abbild des Ankerstromes, das heisst Spannung am Widerstand 3, JA", = Abbild des mittleren Ankerstromes, das heisst Spannung am Widerstand 5, J1,. ", = Abbild des mittleren Feldstromes, das heisst Spannung an einem der Widerstände 8, JF ,"l; = Abbild der Sollwertspannung für den mittleren Feldstrom an den Klemmen 13, lautet unter Berücksichtigung der eingezeichneten Vorzeichen die Regelbedingung für jeden der Regler 9: JF Soll - JF ," + JA lst - JA ", = 0.
Die Grösse (JF soll - JF ",) ist für alle drei Regler .identisch, folglich muss auch die Grösse (4;,t - JA.) für alle drei Regler die gleiche sein. Die Grösse JA ", ist nun, wie aus der Schaltung ersichtlich ist, für alle drei Regelkreise gleich, also müssen auch die drei Grössen JA ;,t übereinstimmen, und demgemäss auch die drei Ankerströme untereinander gleich sein. Da die drei Ankerspannungen wegen der gemeinsamen Sammelschienen ebenfalls gleich gross sind, stimmen auch die aufgenommenen bzw. 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 ;,t - JA ", = 0, folglich muss auch JF Soll - JF ", = 0 sein.
Dies bedeutet, dass die Regelung des mittleren Feldstromes 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 undloder 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 der Drehmoment unbestimmt.
Diese Schwierigkeit kann 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 JF soll - JF ist T 4 m - JA ist worin mit JF;st noch das jetzt an jedem der Widerstände 8 erscheinende Abbild des Istwertes des betreffenden Feldstromes bezeichnet ist. Da auch jetzt der mittlere Ankerstrom bzw. dessen Abbild durch die Regelung nicht beeinflusst wird, so ist die Regelbedingung erfüllt, wenn 4i, - JF ;,t, ist, das heisst, die Regler stellen jetzt einen Zustand her, bei dem die Maschinen sich wie Reihenschlussmaschinen 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 10a 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 Wand#l'er) gespeisten Widerstand und die diesem Spannungsabfall entgegengeschaltete Spannung zwischen den Sammelschienen 12 auf ein polarisiertes Relais einwirken.
Wird dabei der genannte Widerstand so bemessen, dä:ss 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 Sammel- schienenspannung - die ja gleich der Summe aus der EMK der Maschinen und ihrem innern Spannungsabfall ist - grösser wird als der Spannungsabfall am Widerstand, das heisst, wenn die EMK der Maschinen grösser wird als ihr innerer Spannungsabfall. 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 generatorischem Betrieb der Maschinen das über-
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wiegen der EMK über den inneren Spannungsabfall der Maschinen erfasst, ,ist in der Fig. 2 dargestellt. Hier liegt im Sekundärstromkreis des Gleichstromwandlers 4 ein Widerstand 14, an dem eine Spannung entsteht, die gleich dem inneren Spannungsabfall der Maschine ist. Am Widerstand 16 liegt die Sammelschienenspannung. Das Relais 10 ist in der dargestellten Weise mit einem Abgriff am Widerstand 16 verbunden. Durch die Einfügung von Gleichrichterelementen 15, z. B.
Dioden, spricht das Relais 10 sowohl bei motorischen, wie generatori- sehen Arbeiten der Maschinen in der erforderlichen Weise an.
In dem speziellen Anwendungsfall der Erfindung bei Motoren von Triebfahrzeugen soll beim Eintritt des Schleuderns 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 aufeinander abgestimmt werden können, wobei sonstige Steuer- und Regelvorgänge im Anker undjoder Feldstromkreis nicht beeinflusst werden, und dass durch einfache Schaltmittel das dynamische Verhalten der Maschinen als Reihen- oder Nebenschluss- masehinen verändert, und gegebenen Betriebsbedin- gungen 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 Einzelfalles 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.