DE679074C - Arrangement for keeping the output of an internal combustion-electric unit almost constant - Google Patents
Arrangement for keeping the output of an internal combustion-electric unit almost constantInfo
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Description
Bei brennkraftelektrischen Anlagen ist es wesentlich, daß die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschinen bei Belastungs- und Drehzahlschwankungen der an den Stromerzeuger angeschlossenen Motoren annähernd konstant gehalten wird. Die vorliegende Erfindung geht aus von einer bereits bekannten Anordnung zum annähernden Konstanthalten der Leistung eines brennkraftelektrischen Aggregates, bei der der Gleichstromgenerator mit einer Hilfserregerwicklung versehen ist, die an eine schwach gesättigte, im kritischen Drehzahlbereich arbeitende und von der Kraftmaschine angetriebene Regelmaschine angeschlossen ist. In dieser bekannten Anordnung werden Generatoren der gewöhnlichen Konstantspannungsmaschinenbauart verwendet, deren in einem bestimmten Lastbereich annähernd hyperbelförmige Strom-Spannungs-Charakteristik durch verhältnismäßig große Regeleinrichtungen und -maschinen erzielt wird.In the case of internal combustion electrical systems, it is essential that the power output of the Internal combustion engines with load and speed fluctuations of the to the power generator connected motors is kept almost constant. The present invention is based on an already known arrangement for keeping the output of an internal combustion-electrical system approximately constant Aggregates in which the direct current generator is provided with an auxiliary excitation winding is that of a weakly saturated, working in the critical speed range and of the Power machine driven rule machine is connected. In this known arrangement Generators of the usual constant voltage machine type are used, whose in a certain load range approximately hyperbolic current-voltage characteristic due to relatively large control devices and machines is achieved.
Gemäß der Erfindung ist nun der Generator als Generator der Konstantstrommascninenbauart ausgeführt, der bereits im ungeregelten Zustand eine im mittleren Spannungsbereich stark abfallende, vorzugsweise geradlinige Strom-Spannungs-Charakteristik hat. Eine derartige Anordnung hat gegenüber den bekannten Anordnungen u. a. den Vorteil, daß sie eine wesentlich kleinere Regelmaschine erfordert, da die Charakteristik der erfindungsgemäß verwendeten Generatoren der Konstantstrommaschinenbauart einer Gleichleistungshyperbel wesentlich ähnlicher ist als diejenige eines Generators der gewöhnlichen Konstantspannungsmaschinenbauart. Die erfindungsgemäße Anordnung arbeitet trotzdem sehr genau und zuverlässig, ermöglicht eine verhältnismäßig gute Ausnutzung des Generatoreisens und ist infolge ihrer Einfachheit verhältnismäßig billig. Die Charakteristik des verwendeten Generators ist von der Temperatur seiner Wicklungen praktisch unabhängig. Außerdem kann in einfacher Weise durch Regelung der Erregung der Regelmaschine von einer Charakteristik zu einer anderen übergegangen werden. Fahrzeugantriebe mit von Dieselmaschinen angetriebenen Konstantstromgeneratoren sind an sich bekannt. Bei diesem bekannten Antrieb hat aber der Generator keine abfallende Strom-Span-According to the invention, the generator is a generator of the constant current machine type executed, which already in the unregulated state is a preferably straight line which drops sharply in the medium voltage range Has current-voltage characteristics. Such an arrangement has, compared to the known arrangements, inter alia. the advantage that it requires a much smaller rule engine, since the characteristic of the invention used generators of the constant current machine type of a direct power hyperbola is much more similar than that of a generator of the ordinary constant voltage machine type. The inventive Arrangement still works very precisely and reliably, enables one relatively good use of the generator iron and is owing to its simplicity relatively cheap. The characteristic of the generator used depends on the temperature practically independent of its windings. In addition, by regulating the excitation of the rule machine in a simple manner be passed from one characteristic to another. Vehicle drives with diesel engines driven Constant current generators are known per se. But with this known drive the generator does not have any decreasing current voltage
nungs-Charakteristik, sondern der abgegebene Strom bleibt im Arbeitsbereich annähernd konstant, so daß die Leistung des Aggregates sich in großem Maße ändert. Die Anordnung nach der Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen veranschaulicht.voltage characteristic, but the delivered one Current remains almost constant in the working area, so that the performance of the unit changes to a great extent. The arrangement according to the invention is in the drawing illustrated in several exemplary embodiments.
Abb. ι zeigt die Erfindung in Verbindung mit einem Metadyne-Generator. Unter einer ίο Metadyne versteht man eine Gleichstrommaschine mit mehr als zwei Bürsten je Polpaar. Bei einer Generator-Metadyne mit vier Bürsten je Polpaar wird· an zwei sog. Erregerbürsten eine Gleichspannung ange-• 5 legt und von zwei den ersteren Bürsten gegenüber am Kommutatorumfang verschobenen sog. Arbeitsbürsten der Arbeitsstrom für die Verbraucher abgenommen. Der Ständer der Metadyne dient hauptsächlich als Rückschluß 2< > für das im Läufer erzeugte Feld und hat einen geringen magnetischen Widerstand. In Richtung der Erregerbürsten wirkt eine an der Arbeitsspannung der Metadyne liegende Ständerwicklung, die das Arbeiten der Metadyne als Generator bewirkt. Die Größe des Arbeitsstromes kann beispielsweise durch Änderung der Durchflutung einer in der Arbeitsbürstenachse wirkenden, im Ständer angeordneten Stromregel wicklung geändert werden.Fig. Ι shows the invention in connection with a Metadyne generator. A ίο Metadyne is a direct current machine with more than two brushes per pole pair. For a generator metadyne with four brushes per pole pair is attached to two so-called A DC voltage is applied to the exciter brushes and from two of the first brushes opposite So-called working brushes shifted on the commutator circumference, the working current for the consumers is reduced. The stand of the Metadyne mainly serves as a conclusion 2 < > for the field generated in the rotor and has a low magnetic resistance. In In the direction of the exciter brushes, the working voltage of the metadyne acts Stator winding that causes the Metadyne to work as a generator. The size of the Working current can, for example, by changing the flow through a working brush axis acting in the stator arranged flow control winding can be changed.
In der Anordnung nach Abb. 1 ist der Anker 1 der Generator-Metadyne durch die Welle 2 mit der in der Zeichnung nicht dargestellten Dieselmaschine gekuppelt. An den Arbeitsbürsten b, d der Metadyne liegt der Arbeitsstromkreis mit den drei Triebmotoren 3, 4 und 5. Die Metadyne wird über die Erregerbürsten a, c, beispielsweise von einer mit der Metadyne gekuppelten Erregermaschine 6 mit der Nebenschluß wicklung 7, erregt. Als Erregermaschine kann auch eine Hauptschlußmaschine verwendet werden. Die Metadyne hat eine weitere, an den Arbeitsbürsten b, d liegende Stromregelwicklung 8, die in der Erregerbürstenachse wirkt und das Arbeiten der Metadyne als Generator bewirkt. Auf der Welle 2 sitzt außerdem eine mit einer Nebenschlußwicklung 11 versehene Regelmaschine 9, die eine in der Arbeitsbürstenachse wirkende Stromregelwicklung 10 der Metadyne speist. Diese Regelmaschine ist so ausgelegt, daß sie bei den in Frage kommenden Drehzahlen der Brennkraftmaschine gerade im sog. kritischen Drehzahlbereich arbeitet, in dem geringe Drehzahländerungen erhebliche Spannungsänderungen ergeben. .In the arrangement according to Fig. 1, the armature 1 of the generator Metadyne is coupled by the shaft 2 to the diesel engine, not shown in the drawing. The working circuit with the three drive motors 3, 4 and 5 is on the working brushes b, d of the Metadyne. The Metadyne is excited via the exciter brushes a, c, for example from an exciter 6 coupled to the Metadyne with the shunt winding 7. A main circuit machine can also be used as the exciter. The Metadyne has a further current control winding 8 located on the working brushes b, d , which acts in the exciter brush axis and causes the Metadyne to work as a generator. On the shaft 2 there is also a regulating machine 9 provided with a shunt winding 11, which feeds a current regulating winding 10 of the Metadyne acting in the working brush axis. This regulating machine is designed in such a way that it works precisely in what is known as the critical speed range at the speed of the internal combustion engine in question, in which small changes in speed result in considerable changes in voltage. .
In der in Abb. 1 dargestellten Anordnung ist die Stromregelwicklung 10 mit der Regelmaschine 9 und der Erregermaschine 6 derart in Reihe geschaltet, daß die Klemmenspannungen der beiden Maschinen 9 und 6 einander entgegenwirken. Die Maschine 6 ist stärker gesättigt als die Regelmaschine 9. Da der die Wicklung 10 durchfließende Strom durch die Differenz der Klemmenspannungen der Regelmaschine 9 und einer annähernd konstanten Spannungsquelle, nämlich der Erregermaschine 6j bestimmt ist, ermöglicht diese Gegenschaltung ein größeres Ansprechvermögen der Anordnung auf DrehzaW-änderungen der Welle 2 als die vorstehend beschriebene Anordnung. Läuft die Welle 2 mit der gewünschten Arbeitsdrehzahl der Dieselmaschine, so wird kein oder nur ein verhältnismäßig geringer Strom durch die Wicklung 10 fließen. Es ist an sich bereits bekannt, zur Regelung von Umformer-Metadynen auf konstante Drehzahl ihrer drehzahlempfindlichen Regelmaschine eine konstante Spannung gegenzuschalten.In the arrangement shown in Fig. 1, the current control winding 10 is connected in series with the control machine 9 and the excitation machine 6 in such a way that the terminal voltages of the two machines 9 and 6 counteract one another. The machine 6 is more saturated than the regulating machine 9. Since the current flowing through the winding 10 is determined by the difference between the terminal voltages of the regulating machine 9 and an approximately constant voltage source, namely the exciter 6j , this counter-circuit enables the arrangement to be more responsive to speed. changes of the shaft 2 than the arrangement described above. If the shaft 2 is running at the desired working speed of the diesel engine, no current or only a relatively low current will flow through the winding 10. It is already known per se to switch on a constant voltage to control converter metadynes to a constant speed of their speed-sensitive regulating machine.
Eine Drehzahländerung der Welle 2 ruft nur eine geringe Spannungsänderung der Erregermaschine 6, jedoch eine verhältnismäßig große Spannungsänderung der Regelmaschine 9 hervor. Der die Wicklung 10 durchfließende Strom wird sich also ziemlich stark ändern und dadurch eine entsprechende Änderung des Arbeitsstromes der Metadyne verursachen. Die Richtung dieses Stromes ist davon abhängig, ob die Drehzahl der Welle 2 die gewünschte Drehzahl über- oder unterschritten hat. Die so erzielteRegelung bewirkt also, daß der Generator 1 eine Strom-Spannungs-Charakteristik von stark angenähert gleichseitiger Hyperbelform erhält, die Welle 2 mit annähernd konstanter Drehzahl und somit die Dieselmaschine bei konstanter Brennstoffzufuhr mit annähernd konstanter Leistung läuft.A change in the speed of shaft 2 calls only a slight change in voltage of the exciter 6, but a proportionate one large voltage change of the regulating machine 9 emerges. The winding 10 The current flowing through it will change quite strongly and therefore a corresponding one Cause change in the working current of the metadyne. The direction of this current is depending on whether the speed of shaft 2 is above or below the desired speed Has. The control achieved in this way therefore causes the generator 1 to have a current-voltage characteristic of strongly approximated equilateral hyperbolic shape, the shaft 2 with an approximately constant speed and thus the diesel engine with constant fuel supply with almost constant power runs.
In dem in Abb. 3 dargestellten Schaltbild ist als Ordinate der die Motoren 3, 4 und 5 durchfließende Arbeitsstrom der Metadyne und auf der Abszisse die an den Arbeitsbürsten b,d auftretende Arbeitsspannung der Metadyne aufgetragen. Die Kurve I stellt die charakteristische Stronii-Spannungs-Kennlinie der Anordnung nach Abb. 1 dar und hat angenähert die Form einer gleichseitigen Hyperbel. Die Differenz zwischen der Kurve I "o und einer idealen gleichseitigen Hyperbel entsteht dadurch, daß die erfindungsgemäße Anordnung natürlich die mit der Arbeitsspannung sich ändernden Verluste in der Stromerzeuger anlage decken muß.In the circuit diagram shown in Fig. 3, the working current of the metadyne flowing through the motors 3, 4 and 5 is plotted as the ordinate and the working voltage of the metadyne occurring at the working brushes b, d is plotted on the abscissa. Curve I represents the characteristic Stronii voltage curve of the arrangement according to Fig. 1 and has approximately the shape of an equilateral hyperbola. The difference between the curve I "o and an ideal equilateral hyperbola arises from the fact that the arrangement according to the invention must of course cover the losses in the power generator that change with the working voltage.
Der die Regelmaschine 9 und die Erregerwicklung 10 durchfließende Strom muß sich entsprechend der Ordinate der in Abb. 3 dar-■estellten Kurve I ändern. Um diesen Strom und somit die Größe der Regelmaschine 9 noch weiter zu verringern, wird die Metadyne erfindungsgemäß mit einer Erregereinrich-The current flowing through the regulating machine 9 and the excitation winding 10 must be change according to the ordinate of the curve I shown in fig. To this stream and thus reducing the size of the rule engine 9 even further, becomes the metadyne according to the invention with an exciter device
tung versehen, durch die sie bereits ohne die Verwendung einer Regelmaschine eine der Hyperbel ähnliche Kennlinie erhält. In diesem Falle dient der in der Stromregelwicklung ίο fließende Strom nur zur Umwandlung dieser Kennlinie in die gewünschte hyperbolische Kennlinie und hat daher eine wesentlich geringere Größe.with which you can already use one of the Hyperbola is given a characteristic curve similar to that of the hyperbola. In this case, the one in the current control winding is used ίο flowing current only to convert this characteristic into the desired hyperbolic one Characteristic curve and therefore has a much smaller size.
Eine derartige Einrichtung ist in Abb. 2Such a device is shown in Fig. 2
ίο veranschaulicht. Die Metadyne hat eine zusätzliche, in der Arbeitsbürstenachse wirkende Stromregelwicklung 12, die so geschaltet ist, daß ihre Durchflutung sich aus einer Komponente von konstanter Größe und einer zweiten Komponente, die sich mit der Arbeitsspannung der Matadyne ändert, zusammensetzt. Die Stromregelwicklung 12 liegt sowohl über den Widerstand 14 an der annähernd konstanten Erregerspannung als auch über den Widerstand 13 an einer sich entsprechend der Spannung an den Arbeitsbürsten b, d ändernden Spannung, beispielsweise an den Bürsten b, c. Bleiben die Regelmaschine 9 und die Stromregelwicklung 10 wirkungslos, so erhält man mit dieser Anordnung die in Abb. 3 dargestellte Kurve II der Strom-Spannungs-Kennlinie des verwendeten Generators. Die Stromregelwicklung 10 muß also nur die für die Umwandlung der Kennlinie II in die Kennlinie I nötige Durchflutung aufbringen. Der die Wicklung 10 durchfließende Strom ist daher der Ordinatendifferenz der Kurven I und II entsprechend gering.ίο illustrated. The Metadyne has an additional current control winding 12 acting in the working brush axis, which is connected in such a way that its flow is composed of a component of constant size and a second component which changes with the working voltage of the Matadyne. The current control winding 12 is connected both to the approximately constant excitation voltage via the resistor 14 and to a voltage that changes in accordance with the voltage on the working brushes b, d, for example on the brushes b, c, via the resistor 13. If the regulating machine 9 and the current regulating winding 10 remain ineffective, this arrangement gives the curve II of the current-voltage characteristic of the generator used, as shown in FIG. 3. The current control winding 10 therefore only has to provide the flow rate necessary for converting the characteristic II into the characteristic I. FIG. The current flowing through winding 10 is therefore small, corresponding to the difference in ordinates between curves I and II.
Bei sehr kleinen Spannungen an den Arbeitsbürsten der Metadyne wird die hyperbolische Kennlinie übermäßig hohe Arbeitsströme verursachen. Es ist infolgedessen zweckmäßig, Einrichtungen zur Begrenzung des Arbeitsstromes der Metadyne vorzusehen, z. B. ein Relais, das auf den Arbeitsstrom der Metadyne anspricht. Einrichtungen zur Begrenzung der Stromstärke durch Änderung der Brennstoffzufuhr mittels von der Stromstärke abhängiger Relais sind bei brennkraftelektrischen Antrieben an sich kekannt. Überschreitet der Arbeitsstrom einen bestimmten Wert, so ruft das Relais beispielsweise eine Verringerung der Füllung der Brennkraftmaschine hervor. Aus der Kurve Ia der-Abb. 3 ist die Wirkung des Relais zu erkennen; der Arbeitsstrom steigt nicht über einen bestimmten Wert.If the tension on the Metadyne's working brushes is very low, the hyperbolic characteristic cause excessively high working currents. It is as a result expedient to provide devices to limit the working current of the Metadyne, e.g. B. a relay that on the Working stream that addresses the Metadyne. Devices for limiting the current intensity by changing the fuel supply by means of relays that are dependent on the amperage known per se in internal combustion-electric drives. If the working current exceeds one certain value, the relay calls, for example, a reduction in the filling the internal combustion engine. From the curve Ia of-Fig. 3 is the effect of the Detect relay; the working current does not rise above a certain value.
Statt dieses Relais mit dem verhältnismäßig hohen Belastungsstrom zu erregen, kann es durch den die Stromregelwicklung 10 durchfließenden Strom erregt werden. Dadurch kann eine billigere Ausführung des Relais verwendet werden.Instead of energizing this relay with the relatively high load current, it can be excited by the current flowing through the current regulating winding 10. Through this a cheaper version of the relay can be used.
Um die Größe der gewöhnlich konstanten Belastung der Dieselmaschine zu ändern, ist nur eine Änderung der kritischen Drehzahl der Regelmaschine 9 erforderlich. Dies kann in jeder geeigneten und an sich bekannten Weise erfolgen. Abb. 2 zeigt beispielsweise eine einfache Einrichtung zur Regelung der kritischen Drehzahl der Regelmaschine 9 mit Hilfe eines Nebenschlußreglers 15. Die kritische Drehzahl von Hauptschlußregelmaschinen kann durch Regelung eines im Hauptschlußkreis der Maschine liegenden Reglers geändert werden.To change the magnitude of the usually constant load on the diesel engine is only a change in the critical speed of the regulating machine 9 is required. This can take place in any suitable and per se known manner. For example, Fig. 2 shows a simple device for regulating the critical speed of the regulating machine 9 with Help of a shunt regulator 15. The critical speed of main circuit regulating machines can be changed by controlling a controller in the main circuit of the machine.
Die Regelung des Widerstandes 15 verursacht eine Verschiebung der angenähert gleichseitigen hyperbolischen Kennlinie der erfindungsgemäßen Einrichtung, wie aus den in Abb. 4 dargestellten Kennlinien III, IV und V zu ersehen ist. Jede Kennlinie entspricht einer besonderen Stellung des Widerstandes 15. Die Leistung wird proportional der Drehzahl der Kraftmaschine herabgesetzt; jeder Stellung des Widerstandes entspricht eine Leistungskennlinie.The regulation of the resistor 15 causes a shift in the approximate equilateral hyperbolic characteristic of the device according to the invention, as shown in the The characteristic curves III, IV and V shown in Fig. 4 can be seen. Each characteristic corresponds to a special position of the resistor 15. The power becomes proportional the engine speed decreased; corresponds to every position of resistance a performance curve.
Die Leistung der Dieselmaschine kann auch durch eine völlig unabhängig arbeitende Einrichtung zur Regelung der Füllung gesteuert werden, Die Regelmaschine tritt dann in . Tätigkeit, wenn die Füllung verringert wird, und bewirkt eine Verschiebung der Kennlinie in dem Sinne, daß das Produkt aus Spannung und Strom einen entsprechend geringeren Wert annimmt, welcher der Leistungsabgabe der Dieselmaschine bei verringerter Füllung entspricht. Diese Art der Regelung kann entweder allein oder zusammen mit der obenbeschriebenen Art der Leistungsregelung vorgenommen werden.The performance of the diesel engine can also be achieved by a completely independent device to regulate the filling, the rule engine then enters . Action when the filling is reduced and causes a shift in the characteristic curve in the sense that the product of voltage and current is correspondingly lower Assumes a value which corresponds to the power output of the diesel engine with reduced filling. This kind of Control can either be done alone or together with the type of power control described above.
Als Konstantstromgenerator kann auch ein solcher anderer Bauart, z. B. eine Krämermaschine, verwendet werden. Abb. 5 zeigt eine derartige Anordnung. Der Konstant- ·°° stromgenerator ι enthält außer' der Regelwicklung 16, die der Stromregelwicklung 10 in Abb. 1 und 2 entspricht, eine Nebenschlußwicklung 17, die an den Bürsten des Generators ι liegt, eine Hauptschlußwicklung 18, die der Wicklung 17 entgegenwirkt, und eine fremder regte Wicklung 19. Die Größe des Erregerstromes in der Wicklung 19 bestimmt die Größe des Ankerstromes des Generators 1.As a constant current generator, such a different type, z. B. a shopkeeper, be used. Fig. 5 shows such an arrangement. The constant- · °° In addition to 'the control winding 16, the current generator ι contains the current control winding 10 in Fig. 1 and 2 corresponds to a shunt winding 17 attached to the brushes of the generator ι lies, a main circuit winding 18 which counteracts the winding 17, and one foreign excited winding 19. The size of the excitation current in winding 19 is determined the size of the armature current of the generator 1.
Die Regelmaschine 9 wird durch die Wick- no lung 20 im Hauptschluß erregt. Während des Betriebes wird die Wirkung der Wicklung 19 durch die Wicklung 16 verstärkt oder verringert, je nachdem die Drehzahl der Welle 2 steigt oder fällt. Dadurch ergibt sich die gewünschte Charakteristik des Generators 1.The rule machine 9 is controlled by the Wickno ment 20 excited in the main circuit. During operation, the effect of the winding 19 increased or decreased by the winding 16, depending on the speed of the shaft 2 rises or falls. This results in the desired characteristics of the generator 1.
Abb. 6 zeigt eine ähnliche Anordnung. Die Wicklung 16 wird jedoch von einem Erregerstrom durchflossen, welcher der Differenz der Klemmenspannungen der Nebenschlußregelmaschine 9 und der Erregermaschine 6 entspricht. Die Erregermaschine 6 arbeitet imFig. 6 shows a similar arrangement. However, the winding 16 is powered by an exciting current which is the difference in the terminal voltages of the shunt regulating machine 9 and the exciter 6 corresponds. The exciter 6 works in
Sättigungsbereich, liefert somit eine annähernd konstante Spannung zur Speisung der Erregerwicklung 19 und dient zur Vergrößerung des AnsprechVermögens der Regeleinrichtung auf Drehzahländerungen der Welle 2.Saturation range, thus provides an almost constant voltage for the supply the excitation winding 19 and is used to increase the responsiveness of the control device to changes in the speed of shaft 2.
Die oben für die Metadyne beschriebenen Einrichtungen zur Begrenzung des Arbeitsstromes, zur Regelung der Füllung der Kraftmaschinen usf. können natürlich in gleicher Weise bei Konstantstromgeneratoren anderer Bauart vorteilhaft verwendet werden.The devices described above for the Metadyne for limiting the working current, for regulating the filling of the prime mover etc. can of course in the same way with constant current generators of others Design can be used advantageously.
Claims (7)
Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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1934
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