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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.
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Device for achieving the same or proportionally equal load on several DC machines working in parallel When several DC machines are operated in parallel, the task is to distribute the load evenly or according to the ratio of the load capacity of the individual machines. Circuit arrangements, in particular for electric traction vehicles, are already known in which, for this purpose, the armature currents of the individual motors or
Images of these currents are compared with an image of the mean armature current, with the resulting differences being used to influence the switching mechanisms of the individual motors with the aid of differential relays and servo motors.
The invention is based on the object of providing the same or proportionately equal load distribution for several parallel working DC machines, in particular vehicle engines, in which replicas of the individual armature currents are compared with an image of the mean armature current and the respective difference is used to influence the load distribution, to achieve in the case that the DC machines are externally excited and their field current is regulated by a control device according to a prescribed target value.
In addition, differential relays are to be avoided, with which the required accuracy and sensitivity of the control is difficult to achieve, especially when operating on vehicles, because of the operational vibrations and the resulting robust design.
For this purpose, according to the invention, switching means are provided which map the armature currents as well as the mean armature current and the mean field current individually, the differences resulting from the comparison of these images with one another and with an image of the setpoint value of the mean field current Provided that the internal voltage drops in the armature circuits of the DC machines are negligibly small compared to their EMF, the field controllers act in such a way that the armature currents are equal or
be proportional without the regulation of the mean field current and the control or regulation of the mean armature current being influenced. In Fig. 1, an embodiment of the invention is shown. With 1 three .equal separately excited DC machines are designated, which are connected to busbars 12 in parallel operation. Each from a power source 6, the z. B. can consist of a generator, a converter, an amplifier machine or a magnetic amplifier, supplied field current of the machine is regulated by a controller 9 each.
The armature current of each machine is mapped via direct current converter 2 as a voltage drop across resistors 3 and the sum of the three armature currents across direct current converter 4 as a voltage drop across resistor 5. The transmission ratios of the converters or the resistors are selected so that the voltage drop across the resistor 5 corresponds to the mean value of the voltage drops across the resistors 3.
The field currents of the machines are mapped via the direct current converter 7 as a voltage drop across the resistors 8. A DC voltage is applied to terminals 13, which represents the setpoint value of the mean field current.
In the mode of operation of the arrangement to be considered first, the contacts 11 are open and the contacts 10a are closed. Through the last-mentioned contacts, the three resistors 8 are connected in parallel, so that the voltage drops occur
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they are equal to each other and correspond to the mean value of the field current. The regulators 9 are - assuming integral control - at rest when the sum of the voltages at their inputs is equal to zero.
With the designations: YES;, t = image of the armature current, that means voltage at resistor 3, JA ", = image of the mean armature current, that means voltage at resistor 5, J1,.", = Image of the mean field current, that means voltage at one of the resistors 8, JF, "1; = image of the setpoint voltage for the mean field current at terminals 13, taking into account the signs shown, the control condition for each of the controllers 9 reads: JF setpoint - JF," + JA lst - JA " , = 0.
The size (JF should - JF ",) is identical for all three controllers, consequently the size (4;, t - YES.) Must also be the same for all three controllers the circuit is the same for all three control loops, so the three variables JA;, t must also match, and accordingly the three armature currents must also be the same. Since the three armature voltages are also the same due to the common busbars, the power consumed or output is also the same. It follows from the equality of the three armature currents that each armature current corresponds to the mean armature current.
So for all three control loops it is YES;, t - YES ", = 0, consequently JF Soll - JF", = 0 must also be.
This means that the regulation of the mean field current as a function of the specified target value is not influenced by the regulation of the load distribution. The armature voltage or the mean armature current can also be controlled or regulated completely independently of the regulation of the load distribution.
If the performance of the machines is not to be equal to one another, but for example to be adjusted according to the ratio of the nominal powers at different nominal powers, only the transformation ratios of the direct current converters and / or the resistors need to be changed accordingly.
The described arrangement works correctly in both motor and generator operation of the machine 1 when the direct current converters 2 and 4 also transmit the armature currents according to their sign. If the direction of rotation of the machines is reversed, however, the direction of control must be reversed, for example by interchanging the connections at resistors 3 and 5.
The control works perfectly as long as the voltage drop in the armature circuit of the machines is small compared to their EMF. But is z. If, for example, the speed and thus the EMF of the machines are small when starting, the distribution of the armature currents is largely determined only by the internal resistances of the machines, while the field currents have little or no influence on it. The controls will then be at their stop. Accordingly, the size and direction of the field currents and thus also the torque are indeterminate.
This difficulty can be overcome in that the parallel connection of the resistors 8 is canceled by opening the contacts 10a as long as the EMF of the machines is not or not significantly greater than the voltage drop in the armature of the same.
At. open contacts 10a is the control condition for each of the three controllers 9 JF soll - JF is T 4 m - JA is where JF; st is the image of the actual value of the relevant field current that now appears on each of the resistors 8. Since the mean armature current or its image is not influenced by the control, the control condition is fulfilled if 4i, - JF;, t, is, that is, the controllers now establish a state in which the machines operate behave like series machines.
If the armature currents are not the same due to small differences between the internal resistances of the machines at standstill or at low speeds, the regulators 9 no longer run against a stop, rather the field currents have at most the same difference as the armature currents.
A device which responds when the EMF of the machines is greater than the voltage drop in the armature circuits and then causes the previously opened contacts 10a to close, can be designed in various ways. When the machines are only operated by a motor, the voltage drop across a resistor fed by the direct current converter 4 (or a second such wall) and the voltage opposite this voltage drop between the busbars 12 can act on a polarized relay.
If the mentioned resistance is dimensioned in such a way that the voltage drop across it is equal to twice the amount of the voltage drop in the armature circuit of the machines, the current direction in the relay is reversed when the busbar voltage - which is equal to the sum of the EMF of the machines and their internal voltage drop - is greater than the voltage drop across the resistor, i.e. when the EMF of the machines is greater than their internal voltage drop. The polarized relay which responds to this current reversal can then - if necessary via an auxiliary contactor - actuate the contacts 10a.
An arrangement serving the same purpose, which is based on a similar principle, but also with generator operation of the machines.
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weigh the EMF detected via the internal voltage drop of the machines, is shown in FIG. In the secondary circuit of the direct current converter 4 there is a resistor 14 across which a voltage is generated which is equal to the internal voltage drop of the machine. The busbar voltage is applied to resistor 16. The relay 10 is connected to a tap on the resistor 16 in the manner shown. By inserting rectifier elements 15, e.g. B.
Diodes, the relay 10 responds to both motor and generator work of the machines in the required manner.
In the special application of the invention in engines of traction vehicles, the armature current of each machine should be able to adjust freely when the skid starts. In this case, the contacts 10a are opened and at the same time the contacts 11 are closed by means of known devices for detecting the spin condition. In this state, the voltages across the resistors 3 correspond to the mean value of the armature current. The armature currents can therefore adjust completely freely. The control makes the field currents the same. The dynamic behavior of the machines corresponds to that of a shunt motor.
The advantages of the described arrangement are that the power consumption of the DC machines working in parallel can be made the same or can be matched to one another in an intended ratio, whereby other control and regulation processes in the armature and / or field circuit are not influenced, and the dynamic The behavior of the machines as series or shunt machines can be changed and the given operating conditions can be adapted. The invention is not bound to the exemplary embodiment described, but can be modified in many ways.
Apart from the fact that the number of machines connected in parallel can be any, it is z. B. in special cases possible to switch the resistors 8 with appropriate dimensioning directly into the field circuit of the machines instead of connecting them via a DC converter.
Depending on the situation of the individual case, the described switchover at low speed or EMF of the machines can be dispensed with. In this case, for example, the resistors 8 can also be connected in series instead of in parallel, if dimensioned accordingly.
Approximately the same advantages can also be achieved by proportional control of the field controllers.