DE720814C - Method for regulating the feedback from direct current series generators to an alternating current network via grid-controlled converters, in particular for vehicle drives - Google Patents

Description

Verfahren zur Regelung der Rückarbeit von Gleichstrom-Reihenschlußgeneratoren auf ein Wechselstromnetz über gittergesteuerte Stromrichter, insbesondere für Fahrzeugantriebe Bekanntlich kann ein Reihenschlußgenerator auf eine konstante Gegenspannung nicht stetig zurückarbeiten, wie es im allgemeinen notwendig ist, wenn ein Motor als Generator auf ein Netz zurückarbeiten soll. Für den Betrieb von Reihenschlußmotoren über Stromrichter wurden schon früher gewisse Maßnahmen beschrieben, um den Strom auch im Falle der Rückarbeit durch Gittersteuerung des Stromrichters zu begrenzen, so daß eine gewisse Stetigkeit der Rückarbeit möglich war. In diesem Falle trat jedoch eine andere Schwierigkeit auf. Die Voraussetzung für eine derartige Strombegrenzung ist bekanntlich, daß die Gleichstromspannung des Stromrichters der elektromotorischen Kraft der Maschine in einem nicht allzu großen Abstande folgt, und zwar in einem Abstande, der dem dem Strom proportionalen Spannungsabfall entspricht. Für die Gleichspannung des Stromrichters gibt es eine von der Wechselspannung bestimmte -kritische Grenze, die unter keinen Umständen überschritten werden darf, weil dann ein Kurzschluß auftritt.Method for regulating the feedback of direct current series generators to an alternating current network via grid-controlled converters, in particular for vehicle drives As is well known, a series generator cannot respond to a constant counter voltage steadily work back, as is generally necessary when using an engine as a generator should work back on a network. For the operation of series motors via converters Certain measures have already been described earlier to keep the electricity flowing, even in the case of the To limit back work by grid control of the converter, so that a certain Continuity of the reverse work was possible. In this case, however, there was another problem on. The prerequisite for such a current limitation is known that the DC voltage of the converter of the electromotive force of the machine at a not too great distance, and at a distance that corresponds to the corresponds to the voltage drop proportional to the current. For the DC voltage of the Converter there is a critical limit determined by the AC voltage, which must not be exceeded under any circumstances, because then a short circuit occurs.

Es genügt jedoch nicht, die Gittersteuerung einfach an dieser Grenze stillzusetzen, weil man dann dieselbe Unstetigkeit wie bei der Rückarbeit auf eine feste Gegenspannung wiedereinführt, sondern man muß, wenn die Klemmenspannung der Maschine bzw. des Stromrichters sich ,dieser Grenze nähert, einen besonderen Eingriff in die Steuerung vornehmen, damit bei erhaltener Stetigkeit des Stromes .das Überschreiten der kritischen Spannungsgrenze verhindert wird.However, it is not enough to simply control the grid at this limit shut down because you then have the same discontinuity as when working back on a reintroduces fixed counter voltage, but you have to when the terminal voltage of the Machine or the converter, approaches this limit, a special intervention in the control, so that if the continuity of the current is maintained, the exceeding the critical voltage limit is prevented.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Rückarbeit von Gleichstrom-Reihenschlußgeneratoren auf ein Wechselstromnetz über gittergesteuerte Stromrichter, deren Gittersteuerung bei Wechselrichtung begrenzend auf die Strombelastung wirkt, insbesondere für Fahrzeugantriebe, welches sich dadurch auszeichnet, daß bei Generatorspannungen unterhalb eines bestimmten, von der kritischen Spannungsgrenze des Stromrichters abhängigen Spannungswertes die Gittersteuerung nur vom Belastungsstrom beeinflußt wird und daß bei einem Anstieg der Generatorspannung über diesen Spannungswert die Beeinflussung der Gittersteuerung durch die Generatorspannung in der Weise geschieht, daß die Gegenspannung des Stromrichters über den zur Innehaltung des zulässigen Stromes bestimmten Wert erhöht wird. Der Spannungswert, bei der die Umstellung von der einen auf die andere Regelweise geschieht, soll selbstverständlich etwas unterhalb der höchsten betriebsmäßig zulässigen Spannungsgrenze liegen, die ihrerseits wiederum mit einem gewissen Sicherheitsbereich unterhalb der obengenannten kritischen Spannungsgrenze liegen muß. Die Erhöhung der Gegenspannung des Stromrichters hat zur Folge, daß der Unterschied zwischen dieser Spannung und der Generatorspannung und damit auch der von diesem Unterschied abhängige Strom herabgesetzt wird, welcher Strom seinerseits auf die Spannung des Reihenschlußgenerators zurückwirkt, so daß ein Anstieg derselben über die gefährliche Grenze verhindert wird.The invention relates to a method for controlling the work back Direct current series generators on an alternating current network via grid-controlled Power converters whose grid control limits the current load when inverting acts, in particular for vehicle drives, which is characterized in that at generator voltages below a certain, of the critical one Voltage limit of the converter-dependent voltage value the grid control is only influenced by the load current and that when the generator voltage increases the influence of the generator voltage on the grid control via this voltage value happens in such a way that the counter voltage of the converter over the to pause of the permissible current is increased. The voltage value at which the The changeover from one to the other rule should of course take place are slightly below the highest operationally permissible voltage limit, the in turn with a certain safety range below the above critical voltage limit must be. The increase in the counter voltage of the converter has the consequence that the difference between this voltage and the generator voltage and thus also the current dependent on this difference is reduced, which one Current in turn acts back on the voltage of the series generator, so that an increase of the same over the dangerous limit is prevented.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.An embodiment of the invention is shown schematically in the drawing shown.

i ist der Anker und 2 die Erregerwicklung einer Reihenschlußmaschine, die im normalen Betrieb als Motor über einen Stromrichter von einem Einphasennetz 3 aus gespeist wird und beispielsweise ein Fahrzeug antreibt. Der Stromrichter besteht aus einem Ventilgefäß mit Anoden 5, Steuergittern 6 und Kathode 7 und einem Transformator mit Netzwicklung 8, Ventilwicklung 9 und Hilfswicklung io für die Gitterspeisung. Zwischen der Ventilwicklung 9 und der Reilfenschlußinaschine liegt eine Glättungsdrossel i i und ein Stromwandler 12. Um das abwechselnde Arbeiten der Maschine als Motor und als Generator zu ermöglichen, ist zwischen dem Anker i und der Erregerwicklung 2 ein L`mschaltür 13 angebracht.i is the armature and 2 is the excitation winding of a series machine, which in normal operation as a motor is fed by a converter from a single-phase network 3 and drives a vehicle, for example. The converter consists of a valve vessel with anodes 5, control grids 6 and cathode 7 and a transformer with mains winding 8, valve winding 9 and auxiliary winding io for the grid supply. Between the valve and the winding 9 is a smoothing reactor Reilfenschlußinaschine ii and a current transformer 12. In order to allow the alternating operation of the machine as a motor and as a generator, is mounted a L`mschaltür 1 3 between the anchor i and the excitation winding. 2

Die Klemmenspannung der Maschine wirkt über einen Widerstand 14 auf eine gleichstromgesättigte Induktanz 15, die in bekannter Weise derart ausgeführt ist, daß sie einen dem Gleichstrom und also auch der Maschinenspannung praktisch proportionalen Wechselstrom liefert. Letzterer wird in einem Transformator 16 transformiert und über einTrockengleichrichterviereck 17 gleichgerichtet. Er wird sodann von einem Normalstrom abgezogen, der über eine ähnliche, mit konstantem, einstellbarem Gleichstrom gesättigte Induktanz 18 erhalten und über ein Gleichrichterviereck i9 gleichgerichtet wird. Der Differenzstrom wird, vorzugsweise über einen Gleichrichter 2o, der Gleich:trornwicklung einer weiteren Induktanz 21 zugeführt, die eine Phasendrehschaltung an sich bekannter Art beeinflußt. Die Induktanz ist in Reihe mit einem Widerstand 22 an die Sekundärwicklung eines Transformators 23 angeschlossen, während zwischen dein Mittelpunkt der Sekundärwicklung und dem Verbindungspunkt zwischen der Induktanz 2l und dem Widerstand 22 die Primärwicklung eines Gittertransformators 2:I liegt. Die Sekundärwicklung dieses Transformators ist über Widerstände :25 mit den Gittern 0 verbunden, während ihr Mittelpunkt über einen Widerstand 26 höherer Größenordnung als die Widerstände 25 mit der Kathode 7 verbunden ist. Parallel zur Induktanz 21 kann ein Kondensator 27 liegen, um .den Drehbereich der Phasendreh:mpedanz zu erweitern. Die Anfangslage der Drehung kann von vornherein durch irgendeine beliebige Vorrichtung eingestellt werden, die in üblicher Weise durch den Pfeil im Transformator 23 angedeutet ist. Schließlich wirkt auf den Gittersteuerkreis eine stromempfindliche Anordnung ein, die den Belastungsstrom innerhalb bestimmter Grenzen hält. Diese Anordnung, die an sich bekannter Art sein kann, ist n'cht näher dargestellt, sondern nur schematisch bei 28 angedeutet und an den Stromwandler 1 2 angeschlossen.The terminal voltage of the machine acts via a resistor 14 a direct current saturated inductance 15, which is carried out in a known manner is that it has a practical effect on the direct current and therefore also the machine voltage supplies proportional alternating current. The latter is transformed in a transformer 16 and rectified via a dry rectifier square 17. He is then from one Normal current is deducted, which is via a similar, with constant, adjustable direct current Saturated inductance 18 obtained and rectified via a rectifier square i9 will. The differential current is, preferably via a rectifier 2o, the DC: trorn winding fed to a further inductance 21, which is a phase rotation circuit known per se Kind of influences. The inductance is in series with a resistor 22 across the secondary winding a transformer 23 connected while between the midpoint of the secondary winding and the connection point between the inductance 2l and the resistor 22, the primary winding of a grid transformer 2: I is located. The secondary winding of this transformer is connected to the grids 0 via resistors: 25, while their midpoint is via a resistor 26 of a higher magnitude than the resistors 25 with the cathode 7 is connected. In parallel with the inductance 21, a capacitor 27 can be to .den Rotation range of phase rotation: expand impedance. The initial position of the rotation can can be set in advance by any device included in is indicated in the usual way by the arrow in the transformer 23. Finally works a current-sensitive arrangement on the grid control circuit, which controls the load current holds within certain limits. This arrangement, per se, can be of a known type is not shown in more detail, but only indicated schematically at 28 and connected to the current transformer 1 2.

Die beschriebene Anordnung wirkt in folgender Weise. Wenn der zur Klemmenspannung der Maschine i im wesentlichen proportionale Gleichstrom des Gleichrichtervierecks 17 ansteigt und sich dem Wert des Normalstromes des Gleichrichtervierecks i 9 nähert, sinkt der vorher verhältnismäßig hole Differenzstrom in der Gleichstromtv:cl:lung der Induktanz 21, so daß der Wert der Induktanz von einem niedrigen Anfangswert, bei deni sie die Phase der Gitterspannung nicht nennenswert beeinflußt, auf einen höherenNVert steigt, bei dem die Phasenlage der Giterspannung gegenüber der Anodenspannung verzögert wird. Dies bedeutet bei Wechselrichtung einen steigenden Wert der Gleichspannung bei konstanter Wechselspannung. Der Stromrichter liefert also eine höhere Gegenspannung, wodurch der Strom sinkt und der ursprünglichen, beispielsweise von einer Geschwindigkeitssteigerung verursachten Spannungserhöhung an den Maschinenklemmen entgegenwirkt. Die Maschinenspannung wird infolgedessen innerhalb der zugelassenen Grenze gehalten.The arrangement described works in the following way. If the for Terminal voltage of the machine i is essentially proportional direct current of the rectifier square 17 rises and approaches the value of the normal current of the rectifier square i 9, the previously relatively brisk differential current in the direct current TV: cl: ment decreases the inductance 21, so that the value of the inductance starts from a low value, in which it does not significantly affect the phase of the grid voltage, on one higherNVert increases at which the phase position of the grid voltage compared to the anode voltage is delayed. This means that the DC voltage increases when the direction is reversed at constant alternating voltage. The converter therefore supplies a higher counter voltage, whereby the current decreases and the original, for example from an increase in speed counteracts the increase in voltage caused at the machine terminals. The machine voltage is therefore kept within the permitted limit.

Der vom Gleichrichterviereck i 9 gelieferte Normalstrom kann seinerseits nach einem gewissen Programm geregelt werden. Er kann z. B. von der Netzspannung abhängig gemacht werden, so daß die zulässige Grenze der Spannung an den Maschinenklemmen sich proportional mit der Netzspannung ändert, was richtiger ist als eine Konstanthaltung unter jeder Bedingung. In diesem Falle kann ,die Netzspannung über einen Transformator unmittelbar mit dem Gleichrichterviereck i g verbunden sein, so daß das Zwischenglied 18 weggelassen werden kann.The normal current supplied by the rectifier square i 9 can in turn be regulated according to a certain program. He can z. B. from the mains voltage be made dependent so that the allowable limit the tension at the machine terminals changes proportionally with the mains voltage, which is more correct is as a constant under any condition. In this case, the mains voltage Connected directly to the rectifier square i g via a transformer so that the intermediate member 18 can be omitted.

Es kann auch zweckmäßig sein, die zuläs° sige Spannungsgrenze vom Belastungsstrom abhängig zu machen, so daß sie unter sonst gleichen Bedingungen bei wachsendem Strom sinkt, weil die ,dabei erschwerte Kommutierung einen größeren Unterschied zwischen dem praktisch zulässigen und dem theoretisch möglichen Höchstwert der Gleichspannung benötigt.It can also be useful to reduce the allowable voltage limit from Make load current dependent, so that they are under otherwise identical conditions as the current increases, the commutation, which is made more difficult, is greater Difference between the practically permissible and the theoretically possible maximum value the DC voltage is required.

Solange die Spannung *in einem erforderlichen Abstand von der kritischen Grenze liegt, kann die Gittersteuerung im wesentlichen vom Belastungsstrom abhängig sein, da dann die Einwirkung des stromabhängigen Regelapparates 28 der Einwirkung der spannungsabhängigen Regelung überwiegt.As long as the voltage * is at a required distance from the critical Limit, the grid control can essentially depend on the load current be because then the action of the current-dependent control apparatus 28 of the action the voltage-dependent regulation predominates.

Die gleichstromgesättigte Induktanz 15 ist in erster Linie für die Isolierung von Bedeutung, indem man das unmittelbare Einführen der Maschinenspannung in den Regelstromkreis vermeidet. Falls man von diesem Gesichtspunkte absehen kann und gleichzeitig nur auf den Generatorbetrieb Rücksicht nimmt, kann man den zur Maschinenspannung proportionalen Strom unmittelbar an die Verzweigungspunkte des Regelkreises, d. h. zit den Gleichstromecken des Gleichrichtervierecks ig leiten. Oft ist es jedoch zweckmäßig, auch bei Motorbetrieb mit Spannungsregelung arbeiten zu können, und da die Spannung an den Maschinenklemmen dann die umgekehrte Richtung im Verhältnis zum Generatorbetrieb hat, kann man den dieser Spannung proportionalen Strom in die in der Zeichnung mit dem Transformator 16 verbundenen Ecken des Gleichrichtervierecks 17 einleiten und von den beiden anderen Ecken einen von der Richtung des einkommenden Stromes und damit auch von der- Richtung der Klemmenspannung unabhängigen Strom abnehmen, also einen Umschalter ersparen. Eine ähnliche Wirkung hat auch die gleichstromgesättigte Induktanz 15. Die Anbringung eines besonderen Hilfskontaktes für diesen Zweck auf dem Umschalter 13 ist in vielen Fällen weniger zweckmäßig, besonders falls die Maschine i abwechselnd in beiden Richtungen laufen soll, beispielsweise für Fahrzeugantriebe. In diesem Falle soll nämlich der Umschalter 13 außer der. vorher genannten Aufgabe -der Umschaltung vom Generator- zum Motorbetrieb, falls möglich, auch die bekannte Aufgabe erfüllen, den Motor auf die andere Drehrichtung umzuschalten, wobei die Spannungsregelung aber nicht umgeschaltet werden soll. In vielen Fällen kann es auch wünschenwert sein, daß die Spannungsgrenze, bei der die Regelung einzugreifen anfängt, eine andere, beispielsweise eine höhere, beim Motorbetrieb als beim Generatorbetrieb ist. Um dies in einfacher Weise zu ermöglichen, kann man -in der dargestellten Schaltung zu einem Teil des Widerstandes 14 einen Gleichrichter 29 parallel schalten, -der bei einer bestimmten Stromrichtung diesen Teil des Widerstandes kurzschließt, also den Proportionalitätsfaktor zwischen der Spannung und- dem von der Spannung abhängigen Strom ändert. Bei direktem Anschluß der Maschinenklemmen über einen Widerstand an zwei Ecken des Gleichrichtervierecks 17 kann man zu demselben Zweck auch in zwei gegenüberliegende Seiten des Vierecks Widerstände einschalten, die nur dann in Wirksamkeit treten, wenn diese Seiten Strom führen.The DC-saturated inductance 15 is primarily important for the isolation, in that one avoids the direct introduction of the machine voltage into the control circuit. If one can disregard this point of view and at the same time only consider generator operation, the current proportional to the machine voltage can be passed directly to the branch points of the control loop, ie the DC corners of the rectifier square. However, it is often useful to be able to work with voltage regulation even when the motor is running, and since the voltage at the machine terminals then has the opposite direction in relation to generator operation, the current proportional to this voltage can be fed into the corners connected to the transformer 16 in the drawing of the rectifier square 17 and take from the other two corners a current that is independent of the direction of the incoming current and thus also of the direction of the terminal voltage, thus saving a changeover switch. A similar effect has also the DC saturated inductance 1 5. The application of a special auxiliary contact for this purpose on the switch 13 is less desirable in many cases, especially if the machine should i run alternately in both directions, for example for vehicle propulsion. In this case, namely, the switch 13 is to except. The previously mentioned task - the switch from generator to motor operation, if possible, also fulfill the known task of switching the motor to the other direction of rotation, but the voltage regulation should not be switched. In many cases it can also be desirable that the voltage limit at which the regulation begins to intervene is different, for example a higher one, in motor operation than in generator operation. In order to make this possible in a simple manner, a rectifier 29 can be connected in parallel to a part of the resistor 14 in the circuit shown, -which short-circuits this part of the resistor at a certain current direction, i.e. the proportionality factor between the voltage and that of the Voltage dependent current changes. If the machine terminals are connected directly via a resistor to two corners of the rectifier square 17, for the same purpose resistors can also be switched on in two opposite sides of the square, which only come into effect when these sides are carrying current.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren -zur Regelung der Rückarbeit von Gleichstrom-Reihenschlußgeneratoren auf ein Wechselstromnetz über gittergesteuerte Stromrichter, deren Gittersteuerung bei Wechselrichtung begrenzend auf :die Strombelastung wirkt, insbesondere für Fahrzeugantriebe, dadurch gekennzeichnet, .daß bei Generatorspannungen unterhalb eines bestimmten, von der kritischen Spannungsgrenze des Stromrichters abhängigen Spannungswertes die Gittersteuerung nur vom Belastungsstrom beeinflußt wird und daß bei einem Anstieg der Generatorspannung über diesen Spannungswert die Beeinflussung der Gittersteuerung durch die Generatorspannung in der Weise geschieht, .daß .die Gegenspannung des Stromrichters über den zur Innehaltung des zulässigen Höchststromes bestimmten Wert erhöht wird. PATENT CLAIMS: i. Method for regulating the work back from direct current series generators to an alternating current network via grid-controlled converters, the grid control of which has a limiting effect on: the current load, in particular for vehicle drives, characterized in that at generator voltages below a certain, dependent on the critical voltage limit of the converter Voltage value, the grid control is only influenced by the load current and that when the generator voltage rises above this voltage value, the grid control is influenced by the generator voltage in such a way that the counter voltage of the converter is increased above the value determined to maintain the maximum permissible current. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenze, bei der ,das auf Spannungsänderungen ansprechende Regelorgan die Gittersteuerung zu beeinflussen anfängt, von der Netzspannung oder vom Belastungsstrom oder von beiden beeinflußt wird. 2. The method according to claim i, characterized characterized in that the limit at which is responsive to voltage changes Control organ starts to influence the grid control, from the mains voltage or influenced by the load current or both. 3. Anordnung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das spannungsempfindliche Regelorgan (21) mit den Klemmen des Stromrichters bzw. der Maschine über eine Steueranordnung, beispielsweise über ein Gleichrichterviereck (17) und eine gleichstromgesättigte Induktanz (r5), derart verbunden ist, daß das Regelorgan (ai) stets in gleicher Richtung unabhängig von .der Richtung der Klemmenspannung beeinflußt wird. 3. Order to exercise the Method according to claim i, characterized in that the voltage-sensitive Control element (21) with the terminals of the converter or the machine via a control arrangement, for example via a rectifier square (17) and a DC saturated Inductance (r5), is connected in such a way that the control element (ai) always in the same Direction independent of .the direction of the terminal voltage is influenced. 4. Anordnung nach Anspruch.3, bei der in den Verbindungsleitungen zwischen den Maschinenklemmen und dem auf Spannungsänderungen ansprechenden Regelorgan ein Widerstand liegt, dadurch gekennzeichnet, daß einTeil dieses Widerstandes (i4) bei einer bestimmten Spannungsrichtung über einen Gleichrichter (a9) kurzgeschlossen ist.4. Arrangement according to claim 3, in which in the connecting lines between the machine terminals and there is a resistance to the regulating element responding to voltage changes, thereby characterized in that a part of this resistor (i4) at a certain voltage direction is short-circuited via a rectifier (a9).