DE601433C

DE601433C - Method for controlling electric motors with compound excitation

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Publication number: DE601433C
Application number: DEB149361D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1930-06-26
Filing date: 1931-04-03
Publication date: 1934-08-25
Also published as: GB380803A

Description

Verfahren zur Regelung von Elektromotoren mit Verbunderregung Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Schaltungsanordnung zur Regelung von Verbundmotoren für solche Antriebe, bei denen ein weiches Arbeiten beim Anlassen, ein- großer Geschwindigkeitsbereich im Betrieb und eine möglichst ausgiebige Stromrückgewinnung beim Herabsetzen der Geschwindigkeit und bei konstanter Geschwindigkeit gefordert werden. Diese Forderungen werden beispielsweise bei elektrisch betriebenen Fahrzeugen erhoben, deren als Verbundmotoren ausgebildete Antriebsmotoren von einer konstanten Spannung gespeist werden. Hierbei ist bekanntlich ein weiches Anfahren, ein großer Geschwindigkeitsbereich sowie Nutzbremsung beim Herabsetzen der Geschwindigkeit oder bei Fahrt auf abschüssiger Strecke erwünscht. Diese drei Forderungen konnten mit den bisher bekanntgewordenen Schaltungen nicht erfüllt werden.Method for controlling electric motors with compound excitation The The invention relates to a method and a circuit arrangement for regulating Compound motors for such drives, which require a smooth operation when starting, a large speed range in operation and as extensive a power recovery as possible required when reducing the speed and at constant speed will. These requirements are, for example, in the case of electrically powered vehicles collected, whose drive motors designed as compound motors from a constant Voltage are fed. As is well known, this is a soft start-up, a big one Speed range and regenerative braking when reducing speed or desired when driving on a sloping route. These three demands could cannot be met with the circuits that have become known so far.

Man hat bereits zum Zwecke eines weichen Anfahrens und einer Erhöhung der durch Nutzbremsung gewonnenen Energie bei Verbundmotoren die Hauptschlußwicklung während der Nutzbremsung vollkommen kurzgeschlossen; die Maschine arbeitet also bei der Nutzbremsung als Nebenschlußgenerator. Eine derartige Schaltung ist insbesondere für den Bahnbetrieb praktisch nicht brauchbar, denn mit N ebenschlußgeneratoren ist eine feinstufige Nutzbremsung nur dann möglich, wenn eine ganz erhebliche Anzahl von Nebenschlußregelstufen vorgesehen ist. Diese Anordnung würde naturgemäß so umfangreich und verwickelt sein, daß sie sowohl bezüglich des Gewichtes als auch bezüglich der Herstellungskosten @zu kostspielig wäre.One already has for the purpose of a soft start-up and an increase the energy gained by regenerative braking in compound motors is the main winding completely short-circuited during regenerative braking; so the machine works in regenerative braking as a bypass generator. Such a circuit is particularly Practically not usable for rail operations, because with shunt generators A finely stepped regenerative braking is only possible if a very considerable number of shunt control stages is provided. This arrangement would naturally be so extensive and be involved that they are both weight and Manufacturing costs @ would be too expensive.

Es ist auch eine Steuerung von Reihenschlußmotoren bekanntgeworden, welche durch Hinzuschalten einer Nebenschlußhilfswicklung während des Bremsens als Gegenverbundgeneratoren arbeiten. Die Anordnung ist hierbei so getroffen, daß während der Nutzbremsung parallel zum Reihenschlußfeld ein Nebenschlußwiderstand geschaltet ist. Dieser Antrieb hat keinen großen Geschwindigkeitsbereich, da die Motoren während der Fahrt in keiner Weise im Reihenschlußfeld geregelt werden.A control of series motors has also become known, which by connecting a shunt auxiliary winding during braking as Countercompound generators work. The arrangement is made so that during A shunt resistor is connected for regenerative braking in parallel with the series field is. This drive does not have a large speed range, since the motors during during the journey are in no way regulated in the series connection field.

Durch das Regelverfahren nach vorliegender Erfindung werden auf einfache Weise die drei eingangs erwähnten Forderungen erfüllt. Die Erfindung besteht darin, daß die Motoren sowohl beim Fahrbetrieb als auch bei der Nutzbremsung als Verbundmaschinen mit einem parallel zum Reihenschlußfeld schaltbaren N ebenschlußwiderstand ausgebildet sind, welcher bereits während des Anlassens bei einer bestimmten Motorgeschwindigkeit eingeschaltet und bei den weiteren Geschwindigkeitsänderungen auf seinem niedrigsten Wert gehalten wird. Beim Anfahren ist also zunächst die Reihenschlußerregung und die Nebenschlußerregung voll wirksam. Hieraus ergibt sich ein kräftiges Anfahrmoment. Außerdem ermöglicht die Reihenschlußerregung ein sanftes Anfahren. Auf einer bestimmten Fahrschalterstellung wird die Reihenschlußerregung geschwächt, und zwar noch bevor man die endgültige Nebenschlußfeldschwächungdurchführt. Hierdurch hat man nicht nur einen erheblich erweiterten Regelbereich, sondern vermeidet auch den Nachteil vieler bekannter Anordnungen, daß die Schwächung des Nebenschlußfeldes durch eine entsprechende Verstärkung des Reihenschlußfel.des teilweise aufgehoben wird. Außerdem hat man durch die Schwächung der Reihenschlußerregung die Möglichkeit, auf den ersten und einigen weiteren Stufen bei der Nutzbremsung mit einer sehr schwachen Reihenschlußerregung zu arbeiten, so daß eine erhebliche Drosselung des Nutzbremsstromes nicht eintritt und der Betrag der zurückgewonnenen Energie verhältnismäßig groß ist. Außerdem treten während der Nutzbremsung infolge der dämpfenden Wirkung der wenn auch schwachen Reihenschlußerregung keine Stromstöße auf, so daß man auch mit wenigen Regelstufen eine feinstufige Bremsung erzielen kann. Es werden somit auf einfache Weise ohne zusätzliche Mittel die Vorteile sämtlicher bekannter Steuerungen vereinigt, während deren Nachteile vermieden werden.The control method according to the present invention is simple Way, the three requirements mentioned above are met. The invention consists in that the motors both when driving and during regenerative braking as compound machines with one parallel to the series connection field switchable shunt resistor are formed, which already during starting at a certain engine speed switched on and with further speed changes at its lowest Value is held. When starting up, the series excitation and the shunt excitation fully effective. This results in a strong starting torque. In addition, the series excitation enables a smooth start-up. On a certain The series circuit excitation is weakened even before the drive switch position the final shunt field weakening is carried out. Because of this you don't have only a considerably expanded control range, but also avoids the disadvantage many known arrangements that the weakening of the shunt field by a corresponding reinforcement of the series key field is partially canceled. aside from that by weakening the excitation in series one has the possibility at first and a few more stages in regenerative braking with a very weak series excitation to work, so that a significant throttling of the regenerative braking current does not occur and the amount of energy recovered is relatively large. Also kick during regenerative braking due to the dampening effect of the albeit weak ones Series circuit excitation does not produce any current surges, so that one can also use a few control levels can achieve fine-grained braking. There are thus in a simple way without additional means combines the advantages of all known controls, while the disadvantages of which are avoided.

Man kann den Parallelwiderstand zum Reihenschlußfeld ein- oder mehrstufig ausbilden und seine Steuerung beim Aufwärtsschalten des Führerschalters auf anderen Stellungen bewirken als beim Abwärtsschalten, und zwar derart, daß er beim Aufwärtsschalten (Anlassen) auf weniger Stellungen wirksam ist als beim Abwärtsschalten (Nutzbremsen). Die Anordnung kann beispielsweise so ausgeführt werden, daß der Nebenschlußwiderstand beim Anfahren auf der Stellung 5 des Fahrschalters parallel zum Reihenschlußfeld gelegt wird und in dieser Schaltung bis zur letzten Fahrstellung bleibt. Beim Zurückschalten, also bei der Bremsung, wird der Parallelwiderstand nicht nur bis zur Stellung 5 beibehalten, sondern bis zur Stellung 3; auf der Stellung :2 wird er erst wieder unwirksam. Durch eine derartige Schaltung wird, ohne jeden Nachteil für das Anlassen, die durch Nutzbremsung gewonnene Energie beträchtlich erhöht, da die dämpfende Wirkung des Reihenschlußfeldes auf den meisten Stellungen des Führerschalters äußerst niedrig ist.The parallel resistance to the series field can be one or more stages train and its control while upshifting the driver switch on others Position effect than when shifting down, in such a way that it is when shifting up (Starting) is effective in fewer positions than when shifting downwards (regenerative braking). The arrangement can for example be carried out so that the shunt resistance when starting up on position 5 of the drive switch parallel to the series connection field is placed and remains in this circuit until the last driving position. When switching back, So when braking, the parallel resistance is not only up to position 5 retained, but up to position 3; on position: 2 he will only be back ineffective. With such a circuit, without any disadvantage for starting, the energy gained by regenerative braking is increased considerably, as the damping effect of the series connection field is extremely low in most positions of the driver's switch is.

In der Zeichnung sind einige Schaltungsbeispiele zur Durchführung des neuen Verfahrens dargestellt.In the drawing are some circuit examples for implementation of the new procedure.

Fig. i zeigt die Verwendung eines einzigen Motors mit zwei Nebenschlußstufen für die Reihenerregung.Fig. I shows the use of a single motor with two shunt stages for series excitation.

Fig.2 stellt schematisch eine elektrische Zugförderungseinrichtung mit Energiewiedergewinnung und mit zwei Verbundmotoren dar, die dauernd in Reihe geschaltet sind.Fig.2 shows schematically an electric train conveyor with energy recovery and with two compound motors that are continuously in series are switched.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist nur eine Nebenschlußstufe für die Reihenschlußwicklung vorgesehen.In this embodiment there is only one shunt stage for the Series winding provided.

Fig. 3 ist eine teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht der mechanischen Schaltvorrichtung für den Nebenschluß zur Reihenschlußwicklung.Fig. 3 is a partially sectioned view of the mechanical Switching device for the shunt to the series winding.

Fig. q. ist ein Schnitt nach der Linie A-B in Fig. 3.Fig. Q. FIG. 3 is a section along the line A-B in FIG.

Fig. 5 zeigt ein Schema einer elektrischen Schaltvorrichtung für den Nebenschluß zur Reihenschlußwicklung.Fig. 5 shows a diagram of an electrical switching device for the Shunt to series winding.

Bei der Ausführungsform nach Fig. i ist der aus einem Anker i, einer Reihenerregung 2 und einer Nebenschlußerregung 3 mit dem zugehörigen Regelwiderstand q. bestehende Verbundmotor zwischen den Klemmen 51 und 52 einer elektrischen Energiequelle angeordnet.In the embodiment according to FIG. I, the one armature i, one Series excitation 2 and a shunt excitation 3 with the associated control resistor q. existing compound motor between terminals 51 and 52 of an electrical power source arranged.

Der Antriebshebel 6 des Kontrollers ist mit zwei Anschlägen 71 und 72 versehen, die durch Vermittlung eines an einem Hebel g befestigten Zapfens 8 den Kontakt 1o auf den Anschlußstücken 11, 12 des Nebenschlußwiderstandes 13 der Reihenerregung verschieben.The drive lever 6 of the controller is provided with two stops 71 and 72 is provided, which by means of a pin 8 fastened to a lever g the contact 1o on the connecting pieces 11, 12 of the shunt resistor 13 of the Shift series excitation.

Nach Fig. i gelangt der Kontakt io mittels des Anschlages 71 erst dann mit dem Anschlußstück 1i in Berührung, wenn der Antriebshebel 6 des Kontrollers die Lage 143 einnimmt.According to FIG. I, the contact io only comes by means of the stop 71 then with the connector 1i in contact when the drive lever 6 of the controller position 143 assumes.

In den Stellungen 141 und 14, ist die Reihenerregung am stärksten.In positions 141 and 14, the series excitation is strongest.

In der Stellung 1¢3 liegen zur Reihenerregung die Widerstände 131 und 132 im Nebenschluß.The resistors 131 for series excitation are in position 1 ¢ 3 and 132 in shunt.

In der Stellung 14, liegt zur Reihenerregung allein der Widerstand 13, im Nebenschluß.In position 14, there is only the resistance for series excitation 13, in shunt.

Es ist gleichfalls erkennbar, daß der Widerstand 132 bei allen der umgekehrten Verschiebung des Handhebels entsprechenden Stellungen 144 bis 141 im Nebenschluß zur Reihenerregung verbleibt.It can also be seen that resistor 132 in all of the reverse displacement of the hand lever corresponding positions 144 to 141 im Shunt to the series excitation remains.

Zwischen- der Stellung 14, und der Stellung 14, wird infolge des Anschlages 72 der Nebenschluß ganz aufgehoben.Between the position 14 and the position 14 is due to the stop 72 the shunt completely canceled.

Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 bis 4 ist der Nebenschlußwiderstand 15 (Fig. 2) der in Reihe liegenden Feldmagnetenwicklungenz61 und 16, an den Klemmen dieser Wicklungen angeordnet, und zwar von der Stellung V der schraubenförmigen Antriebsvorrichtung des Kontrollers bei einer den wachsenden Geschwindigkeiten entsprechenden Antriebsbewegung des Kontrollers an. Dagegen bleibt für jede umgekehrte Antriebsbewegung der Nebenschlußwiderstand in der gleichen Lage bis zu der Stellung III, die der ersten Stellung bei der normalen Fahrtbewegung entspricht. Die Stellungen I und II werden zeitweilig beim Anlassen mit den Widerständen R1 und R3 und R2, R, eingenommen.In the embodiment according to FIG to 4 is the shunt resistor 15 (Fig. 2) of the series field magnet windingsz61 and 16, placed on the terminals of these windings, from position V the helical drive mechanism of the controller at one of the growing ones Speeds corresponding drive movement of the controller. Against it remains for each reverse drive movement the shunt resistance in the same position up to position III, that of the first position during normal driving is equivalent to. The positions I and II are temporary when starting with the resistors R1 and R3 and R2, R, taken.

Ein auf einer Nabe 18 angeordnetes ringförmiges Kontaktsegment 17 (Fig. 3 und 4), das mit geringer Reibung um die Achse 26 des Kontrollers herum drehbar ist, steht mittels eines biegsamen Kabels i9 in ständiger Verbindung mit dem Segment R3, das dem einen Ende der Reihenerregung entspricht.An annular contact segment 17 arranged on a hub 18 (Fig. 3 and 4), which rotates with low friction around the axis 26 of the controller is in constant communication with the segment by means of a flexible cable i9 R3, which corresponds to one end of the series excitation.

Das Segment 17 trägt an einem Ende einen Sektor 2o aus isolierendem Baustoff. Das Segment-- ist ferner durch einen aus isolierendem Baustoff bestehenden Ring 21 gegen das ringförmige Segment 24 isoliert, das unmittelbar unterhalb angeordnet ist.The segment 17 carries at one end a sector 2o made of insulating Building material. The segment-- is also made of an insulating building material Ring 21 isolated from the annular segment 24, which is located immediately below is.

Infolge der Reibung des Kontaktfingers 25 (Fig. 4) auf dem isolierten Sektor 2o bleibt das Segment 17 unbeweglich, wenn die schraubenförmige Antriebsvorrichtung des Kontrollers in die den wachsenden Geschwindigkeiten entsprechende Richtung bis zu der Stellung V bewegt wird. Von dieser Stellung an kommt der an der Achse 26 der schraubenförmigen Antriebsvorrichtung befestigte Anschlag 22 mit der Schulter 231 des Segmentes 17 in Berührung, so daß dieses Segment angetrieben wird. Auf diese Weise wird das freie Ende des Nebenschlußwiderstandes 15 mit dem Ende R3 der in Reihe liegenden Feldmagnetenwicklungen verbunden.As a result of the friction of the contact finger 25 (FIG. 4) on the isolated sector 2o, the segment 17 remains immobile when the helical drive device of the controller is moved in the direction corresponding to the increasing speeds up to the position V. From this position on, the stop 22 attached to the axis 26 of the helical drive device comes into contact with the shoulder 231 of the segment 17, so that this segment is driven. In this way, the free end of the shunt resistor 15 is connected to the end R3 of the series field magnet windings.

Zu diesen letzteren Wicklungen liegt daher in allen den den wachsenden Geschwindigkeiten entsprechenden und mit V bis VIII bezeichneten Stellungen der schraubenförmigen Antriebsvorrichtung des Kontrollers der Widerstand 15 im Nebenschluß.For these latter windings, therefore, lies in all the growing ones Positions corresponding to speeds and marked V to VIII helical drive device of the controller the resistor 15 shunted.

Wird dagegen die schraubenförmige Antriebsvorrichtung im entgegengesetzten Sinne bewegt, so bleibt das Segment 17 infolge der Reibung, die der Kontaktfinger 25 ausübt, zunächst unbeweglich.In contrast, the helical drive device in the opposite Moved senses, the segment 17 remains due to the friction that the contact finger 25 exercises, initially immobile.

Sobald indessen der Anschlag 22 mit der Schulter 232 des Segmentes 17 in Berührung gekommen ist, wird dieses -Segment angetrieben.As soon as the stop 22 with the shoulder 232 of the segment 17 has come into contact, this segment is driven.

Die Reihenerregung bleibt also bis zu der Stellung III der schraubenförmigen Antriebsvorrichtung des Kontrollers im Nebenschluß. Diese Stellung ist die letzte Stellung der normalen Stromrückgewinnung.The series excitation thus remains up to position III of the helical Drive device of the controller in the shunt. This position is the last Position of normal power recovery.

Zwischen der Stellung III und der Stellung II verläßt der Kontaktfinger 25 das Segment 17, um -auf den isolierten Sektor 2o überzugehen und dann auch diesen zu verlassen.The contact finger leaves between position III and position II 25 the segment 17 in order to pass over to the isolated sector 2o and then this too to leave.

Von diesem Augenblick an liegt die Reihenerregung nicht mehr im Nebenschluß; der Kontroller ist nach Rückkehr in die ursprüngliche Stellung für einen neuen Anlaßvorgang bereit.From this moment on the series excitation is no longer in shunt; after returning to the original position, the controller is ready for a new starting process ready.

Zum Antrieb des Kontaktes io nach Fig. i oder des Kontaktes 17 nach Fig. z des Kontrollers könnte jede beliebige mechanische, elektrische oder andere Vorrichtung verwendet werden.To drive the contact io according to FIG. I or the contact 17 according to FIG Fig. Z of the controller could be any mechanical, electrical or other Device can be used.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5, die eine elektrische Antriebsvorrichtung zeigt, -kann der @Tebenschlußwiderstand 27 derin Reihe liegenden Feldmagnetenwicklungen 281 und 282 der Motoren % und m'2 durch Schließen eines am Kern 30 eines Solenoids 31 angeordneten Kontaktes 29 eingeschaltet werden. Die Erregung des Solenoids 31 wird durch einen Kontakt 32 beeinflußt, der an dem nicht dargestellten Kontroller angeordnet ist und auf diesem Kontroller eine Stellung einnimmt, die derjenigen Geschwindigkeit entspricht, von der ab-die in Reihe liegenden Feldmagnete in den Nebenschluß gelegt werden sollen.In the embodiment according to FIG. 5, which shows an electric drive device, the shunt resistor 27 of the series field magnet windings 281 and 282 of the motors% and m'2 can be switched on by closing a contact 29 arranged on the core 30 of a solenoid 31. The excitation of the solenoid 31 is influenced by a contact 32 which is arranged on the controller (not shown) and which assumes a position on this controller which corresponds to the speed from which the field magnets lying in series are to be shunted.

An dem -Kern 3o ist ein Haltekontakt 35 angeordnet, um die Erregung des Solenoids 31 sicherzustellen, wenn der Hauptarbeitsstrom eingeschaltet ist.On the core 3o, a holding contact 35 is arranged to the excitation of the solenoid 31 when the main working current is turned on.

In den Erregerstromkreis des Solenoids 31 sind Widerstände 33, 34 eingeschaltet. Der Widerstand 34 soll die Stromentnahme des Solenoi,ds verringern, während der -Widerstand 33 dem Hindurchfließen eines zu großen Stromes durch Kontakt 35 entgegenwirkt.Resistors 33, 34 are switched on in the excitation circuit of solenoid 31. The resistor 34 is intended to reduce the current consumption of the Solenoi, ds, while the resistor 33 counteracts the flow of too great a current through contact 35 .

Der Nebenschluß der in Reihe liegenden Feldmagneten 281 und 282 ist daher bei allen den wachsenden Geschwindigkeiten entsprechenden Stellungen und beim Bremsen durch Wiedergewinnung hergestellt, sofern die als Generatoren arbeitenden Motoren mit dem Netz in Verbindung bleiben.The series field magnets 281 and 282 are shunted therefore at all positions corresponding to the increasing speeds and at Brakes made by regeneration, provided that they work as generators Keep motors connected to the grid.

Der Nebenschluß wird erst durch Abschalten des Hauptarbeitsstromes aufgehoben. Dies geschieht entweder dadurch, daß ein Handhebel des Kontrollers auf die -Nullstellung zurückgeführt oder ein Ausschalter betätigt wird.The shunt is only activated when the main working current is switched off canceled. This is done either by opening a hand lever on the controller the zero position is returned or an on / off switch is operated.

Die Erfindung bezieht sich auf Verbundmotoren für alle Anwendungsgebiete sowie auf die Steuerung einer beliebigen Anzahl von in Reihe, parallel oder gemischt in Reihe und parallel geschalteten Motoren von dem gleichen Kontroller aus.The invention relates to compound motors for all fields of application as well as the control of any number from in series, parallel or mixed series and parallel motors from the same controller the end.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Method for controlling electric motors with Combined excitation, the series excitation of which during regenerative braking by means of a parallel resistor can be regulated, characterized in that the single or multi-stage parallel resistor for series winding already during the starter at a certain engine speed switched on and with further speed changes at its lowest Value is held.

2. The method according to claim i, characterized in that the Parallel resistance during the up switch (starter) at a lower one Number of speed levels is switched on than during the downshift (Regenerative braking), in such a way that it is on some of the lower driving switch positions when Starting is switched off and switched on during regenerative braking.

3. Device for Implementation of the method according to claims i and 2, characterized in that that the travel switch lever (6) has two stops (71, 72) on both sides a pin (8) fastened to a contact lever (9) and arranged against one another are offset by a few travel switch positions and that the contact (io) of the contact lever (9) controls the parallel resistor (r31, z32) (Fig. I). q ..

Device for implementation of the method according to claims i and 2, characterized in that on the The travel switch shaft (26) rotates a segment (17) controlling the parallel resistor (15) is mounted, which is supported by the shaft (26) via a pin (22) and stops (231, 232) is driven (Fig. 2 to q.).

5. Device for carrying out the method according to claims i and 2, characterized in that the parallel resistor (27) through, the normally open contact (29) of a contactor (30, 31) to the one behind the other connected series winding (?, 81st, 282) is connected, its response circuit is closed by the travel switch (contact 32) and its self-holding circuit (Holding contact 35) maintained in all operating positions of the drive switch remains (Fig. 5).

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that a Current limiting resistor (3q.) With the contactor coil (31) is permanently in series, while another resistor (33) is switched on in the response circuit.