DE742588C - Leonard drive with armature current limitation and shortest turning time - Google Patents

Description

Leonardantrieb mit Ankerstrom'begrenzung und kürzester Wendezeit Leonardantriebe haben den Vorteil einer einerseits stufenlosen, andererseits fast verlustlosen Drehzahlregelung, jedoch die Eigenschaft, einer Automatisierung des Betriebes, vor allem der des Umkehrvorganges, gewisse Schwierigkeiten entgegenzusetzen. Dieser Nachteil ergibt sich aus der Feldträgheit elektrischer Maschinen, die insbesondere beim Leonardgenerator unangenehm ist. Einer Automatisierung .des Umkehrvorganges entspricht die Erfüllung von zwei Bedingungen: Einerseits ein rascher Stromanstieg und andererseits die Beibehaltung eines zulässigen Höchststromes im Ankerkreis des Motors, dessen Feld dauernd erregt bleibt. Mit anderen Worten: Der Verlauf des vom Motor entwickelten Drehmomentes zur Verzögerung bzw. zur Gegenbeschleunigung im Umkehrvorgang soll, über die Zeit betrachtet, einem Rechteck entsprechen. Die bisherigen Steuerungen an Leonardantrieben hatten mehr oder weniger alle -das gleiche Ziel, diesen rechteckigen Momentverlauf herzustellen, ohne aber dieser Aufgabe gerecht zu werden. Denn die Feldträgheit des Leonardgenerators verhindert einerseits ein sofortiges Ansteigen der Klemmenspannung am Motor und andererseits, falls die Spannung erreicht ist und der Motor auf Grund seiner gekuppelten Massen nicht gleich hochgelaufen ist, eine unerwünschte Stromspitze, die, wieder durch die Feldträgheit des Leonardgenerators verursacht, nicht rasch genug ausgeregelt werden kann.Leonard drive with armature current limitation and shortest turning time Leonard drives have the advantage of a stepless, on the other hand, almost lossless speed control, but the property of an automation of the operation, especially that of the reversal process, to oppose certain difficulties. This disadvantage arises from the field inertia electrical machines, which is particularly uncomfortable with the Leonard generator. One Automation of the reversal process corresponds to the fulfillment of two conditions: On the one hand, a rapid increase in current and, on the other hand, maintaining a permissible one Maximum current in the armature circuit of the motor, the field of which remains continuously excited. With others In other words: The course of the torque developed by the motor for deceleration or to counter acceleration in the reversal process, viewed over time, should be a rectangle correspond. The previous controls on Leonard drives had more or less all - the same goal to produce this rectangular moment curve, but without to do justice to this task. Because the field inertia of the Leonard generator prevents on the one hand, an immediate increase in the terminal voltage on the motor and, on the other hand, if the voltage is reached and the motor due to its coupled masses did not run up straight away, an undesirable current spike that, through again caused the field inertia of the Leonard generator, not regulated quickly enough can be.

Um diese unerwünschten Vorgänge zu beseitigen, hat man verschiedene Wege beschritten a) Um die Beschleunigung der hochlaufenden Massen zu berücksichtigen, wird der Feldregler durch einen Schaltmotor mit einstellbarer Geschwindigkeit betätigt; man verhindert damit die Stromspitze im Ankerkreis und erreicht bestenfalls eine gewisse Gleichmäßigkeit des Beschleunigungsmomentes, ohne aber hinsichtlich der Beseitigung der Feldträgheit selbst etwas zu unternehmen.There are several ways of eliminating these undesirable processes Path taken a) In order to take into account the acceleration of the masses running up, the field controller is operated by a switch motor with adjustable speed; this prevents the current spike in the armature circuit and, at best, achieves one certain uniformity of the acceleration torque, but without regard to the Eliminate field inertia to do something yourself.

b) In der gleichen Richtung: liegt die Verwendung eines mit einer Schwungmasse gekuppelten Umformers zur Speisung der Feldwicklung des Leonardgenerators. Die angeordneten Schwungnassen verzögern das Anisteigen der Erregerspannung, so daß von einer Art Abbildung der zu beschleunigenden Massen des Leonardantriebes gesprochen werden kann, alles ein Vorgang, der die Wirkung der vorhandenen Feldträgheit berücksichtigt, ohne diese selbst her,-bzusetzen oder zu beseitigen.b) In the same direction: is the use of one with one Flywheel-coupled converter to feed the field winding of the Leonard generator. The arranged flywheels delay the increase in the excitation voltage, see above that of a kind of illustration of the masses of the Leonard drive to be accelerated be spoken can, all a process that has the effect of the existing Field inertia is taken into account without creating, setting up or eliminating it yourself.

c) Um eine möglichst rasche Drehzahländerung am Leonardantrieb zu erreichen, wird eine Schnellerregung angewendet, die mittels eines Ohmschen Widerstandes vor der Erregerwicklung erzielt wird. Dieser für den dynamischen Vorgang günstige Widerstan( @ stellt aber einen Mehraufwand an Leistun* dar, so daß das ' Schnellerregerverhältnishöchstens 3 : i gewählt wird. Da die Zeitkonstante einer Nebenschlußmaschine 1,5 bis 3 sec beträgt und zwecks Ersparnis an Schaltapparaten eine Hintereinanderschaltung von Erregermaschinen erforderlich ist, so ist leicht zu erkennen, daß dieses Erregerverhältnis zu gering ist, um den mit der Eigenart dieser Schaltung verbundenen Stromspitzen ein Ankerkreis durch rasches Zurücknehmen der Klemmenspannung der Leonardgeneratoren entgegenzutreten. Bei Anwendung dieser Schnellerregung ist man also weit davon entfernt, den Erfordernissen einer Automatisierung nahe zu kommen und baut als Schutz gegen unzulässige Stromspitzen im Ankerkreis Schalter ein, die einen 3,5- bis 4fachen Strom sofort oder zeitabhängig abschalten.c) In order to achieve a speed change on the Leonard drive as quickly as possible reach, a high-speed excitation is used, which is achieved by means of an ohmic resistance is achieved before the excitation winding. This favorable for the dynamic process Resistance (@, however, represents an additional effort in terms of performance, so that the 'faster exciter ratio is at most 3: i is chosen. Since the time constant of a shunt machine is 1.5 to 3 sec and to save on switching devices, a series connection of Exciter machines is required, so it is easy to see that this excitation ratio is too low to withstand the current peaks associated with the nature of this circuit an armature circuit by quickly reducing the terminal voltage of the Leonard generators to oppose. When using this rapid excitation one is therefore far from to come close to the requirements of automation and build as protection against impermissible current peaks in the armature circuit switch, which are 3.5 to 4 times Switch off power immediately or time-dependent.

d) Eine weitere :@'Iöglichkeit, eine Schnellerregung mit sonst gleichem Erfolg zu erzielen, besteht in der Verwendung einer Erregermaschine, deren Erregung für mehr als für die nötige Klemmenspannung ausgelegt ist und deren Anfangsspannung bei ansteigendem Strom bzw. Ausgangsspannung durch Gegenerregung herabgesetzt wird. Diese Stoßerregung muß ebenfalls auf etwa 3 : i begrenzt werden, da eine Erhöhung dieses Verhältnisses auf Kosten der Typenleistung der Erregermaschine geht und aus wirtschaft-' liehen Gründen nicht zu weit getrieben werden kann.d) Another: possibility, a faster excitation with otherwise the same Achieving success consists in using an exciter to excite it is designed for more than the required terminal voltage and its initial voltage is reduced by counter excitation when the current or output voltage increases. This shock excitation must also be limited to about 3: i, since it is an increase this ratio goes at the expense of the type output of the exciter machine economic reasons cannot be taken too far.

Obwohl es nicht an Vorschlägen ,gefehlt hat, stromabhängig die anfänglich überhöhte Klemmenspannung des Leonardgenerators zurückzunehmen, so hat es vor allem am geringen Verstärkerverhältnis des Nebenschlußgenerators gelegen, wenn hierdurch das Ziel, nämlich einerseits ein rascher Stromanstieg und andererseits die Beibehaltung eines zulässigen Höchststromes im Ankerkreis des Motors, nicht erreicht wurde. Bei konstanter Antriebsdrelizalil ist die Nebenschlußmaschine als Verstärker aufzufassen, deren Ausgang die Klemmenleistung und deren Eingang die Erregerleistung vorstellt, wobei auf Grund der Feldträgheit ein exponentieller Verlauf finit der Zeitkonstante auftritt.Although there has been no shortage of suggestions, the initial depends on the current Above all, it has to take back excessive terminal voltage of the Leonard generator due to the low booster ratio of the shunt generator if this caused it the goal, namely a rapid increase in electricity on the one hand and maintaining it on the other a permissible maximum current in the armature circuit of the motor has not been reached. at constant drive relay, the shunt machine is to be understood as an amplifier, whose output represents the terminal power and whose input represents the excitation power, with an exponential curve finite of the time constant due to the field inertia occurs.

Durch die Erfindung werden die Nachteile der bekannten Anordnungen vermieden und die eingangs dargelegte Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Erregung des Leonardgenerators ein Zwischenbürstenverstärker (Ainplidyne) bzw. Staffelverstärker verwendet wird. Beide Maschinen haben die Eigenschaft eines sehr liolienVerstärkerverhältnisses (etwa ioooo : i) and einer praktisch vernachlässigbaren Zeitkonstante (etwa 0,003 sec). Der Staffel-4'i-?-rstärlzer hat den Vorteil einer günstigeren tal>ilität, sie hängt u. a. nur von der zweiten .'_ tenz der Drehzahlschwankung ab, während mplidyne von der vierten Potenz beeinflußt wird usw. Der Staffelverstärker kann beispielsweise aus zwei Gleichstromankern bestehen, die in einem gemeinsamen Feldumlaufen, das als Querfeld mit dein einen fremderregten Gleichstromanker erzeugt wird und als -i\rbeitsfeld den anderen Gleichstromanker durchsetzt.The invention avoids the disadvantages of the known arrangements and achieves the object set out above in that an intermediate brush amplifier (Ainplidyne) or relay amplifier is used to excite the Leonard generator. Both machines have the property of a very small booster ratio (about 10000: i) and a practically negligible time constant (about 0.003 sec). The relay amplifier has the advantage of a more favorable frequency, it depends, among other things, only on the second rate of the speed fluctuation, while mplidyne is influenced by the fourth potency, etc. The relay amplifier can, for example, consist of two DC anchors exist, which circulate in a common field, which is generated as a cross field with an externally excited DC armature and penetrates the other DC armature as a working field.

Durch das hohe V erstärkerverhältnls kann eine praktisch trägheitslose Stoßerregung verwirklicht werden, die dein Ziel einer Automatisierung, d. h. der kürzesten Wendezeit bei einem gewünschten Höchststrom ini _\nkerkreis des Leonardantriebes entspricht.Due to the high amplifier ratio, a practically inertia-free Shock excitation can be realized that your goal of automation, i. H. the shortest turnaround time with a desired maximum current in the inner circle of the Leonard drive is equivalent to.

Die Erfindung sei an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is based on the embodiment shown in the drawing explained in more detail.

Der Antriebsmotor i erhält seine Spannung vorn Leonar dgenerator 2, der vorn Drehstrominotor 3 mit konstanter Geschwindigkeit angetrieben wird. Das Feld 5 des Leonardgenerators wird durch den Zwischenbürstenverstärker G erregt. Dieser besteht in bekannter Weise aus einem Anker, dessen Bürsten quer zu seiner Grunderregung 8 kurzgeschlossen sind, wodurch das eigentliche Arbeitsfeld ini Anker erzeugt wird, so daß an den senkrecht stehenden Bürsten die Abgabe der Erregerleistung für das Feld ; des Leonardgenerators stattfinden kann. Die Wicklung 7 stellt die Kompensation des Ankers dar. Die Grunderregung 8, die vün einer konstanten Gleichstromquelle 30 geliefert wird, ist derartig bemessen, daß sie zur Erzeugung einer mehrfach höherer Spannung als die Erregerspannung am Leonardgenerator ausreicht. Beien Ansteigen des Erregerstromes wird der Widerstand des Reglers 13 dazu benutzt, ein bestimmtes Verhältnis im Nebenschluß abzugreifen und der Grunderregung in der Wicklung 9 entgegenzusetzen. Dies hat den Zweck, den Endwert für den Dauerzustand, also nach erfolgter Stoßerregung festzulegen. Um die dynamischen Ausgleichsvorgänge von Schwingungen zu befreien, wird auf Grund von Erkenntnissen aus der Reglertheorie eine Rückführung verwendet. Sie kann eine Rückführung erster oder mehrfacher Ordnung sein, was sich darin auswirkt, daß der erste Differentialquotient bzw. der nächste oder der höherer Ordnung des zu regelnden Vorganges, hier der Strom, abgegriffen und auf den Eingang des Verstärkers zur Einwirkung gebracht wird. Im vorliegenden Fall wird am Umspanner 14 die erste Rückführung in Form der Selbstinduktionsspannung L # dt entnommen und diese Ableitung der zu regelnden Größe verhältnisgleich durch die Wicklung io im Eingang des Verstärkers zugeführt. Die Wicklungen ii und 12 haben .den Zweck, die Grunderregung ankerstromabhängig zu schwächen bzw. zu unterstützen.The drive motor i receives its voltage from the Leonar dgenerator 2, which is driven from the three-phase motor 3 at constant speed. The field 5 of the Leonard generator is excited by the intermediate brush amplifier G. This consists in a known manner of an armature, the brushes are short-circuited transversely to its basic excitation 8, whereby the actual working field ini armature is generated, so that the output of the excitation power for the field at the vertical brushes; of the Leonard generator can take place. The winding 7 represents the compensation of the armature. The basic excitation 8, which is supplied by a constant direct current source 30 , is dimensioned such that it is sufficient to generate a voltage several times higher than the excitation voltage at the Leonard generator. When the excitation current rises, the resistance of the regulator 13 is used to tap a certain ratio in the shunt and to oppose the basic excitation in the winding 9. The purpose of this is to determine the end value for the permanent state, i.e. after the shock excitation has taken place. In order to free the dynamic compensation processes from vibrations, feedback is used on the basis of findings from controller theory. It can be a first or multiple order feedback, which has the effect that the first differential quotient or the next or the higher order of the process to be regulated, here the current, is tapped and applied to the input of the amplifier. In the present case, the first feedback in the form of the self-induction voltage L # dt is taken from the transformer 14 and this derivative of the variable to be controlled is fed proportionally through the winding io in the input of the amplifier. The windings ii and 12 have the purpose of weakening or supporting the basic excitation depending on the armature current.

Der Handhebel 2o ist mit vier Steuereinheiten gekuppelt. Die Bewegung aus der lotrechten oberen Stellung entscheidet für Rechts- oder Linkslauf des Antriebsmotors i. Das erste Viertel der Hebelbewegung läßt die federgekuppelten Schleppteile 13, 15 und 16 so einstellen, daß durch 15 die Grunderregung, durch 13 die endgültige Größe des Erregerstromes im Leonardgenerator 2 festgelegt wird. Dies entspricht einer bestimmten Klemmenspannung und .damit der endgültigen Drehzahldes Antriebsmotors i. Die Anordnung 16 bezieht sich auf die dreh= richtungsabhängige Beeinflussung der Generatorerregung durch den unzulässigen Überstrom im Ankerkreis. Das Differentialrelais 25 gibt durch seine Lage an, ob .der Antriebsmotor i angetrieben wird oder selbst Energie zurückliefert. Durch die Trockengleichrichteranordnung 23 wird die Abbildung der Motor-EMK, welche durch die vom Motor angetriebene Hilfsmaschine 21 mit fremderregtem Feld 22 erzeugt wird, in der unteren Wicklung des Differentialrelais 25 dargestellt. Die Trockengleichrichteranordnung 24 läßt die Generatorklemmenspannung drehrichtungsunabhängig in der oberen Wicklung des-Relais 25 erscheinen. Dieses schaltet somit, je nachdem ob vom Läufer i Energie aufgenommen bzw. abgegeben wird, den Kontakt um. Die Spannung am Anker der Hilfsmaschine 26, die zusammen mit dem Zwischenbürstenverstärker 6 und einer weiteren Hilfsmaschine 27 von einem Drehstrommotor 29 mit konstanter Geschwindigkeit angetrieben wird, stellt den drehrichtungsabhängigen Istwert des Ankerstromes dar, der in der Anordnung 31 so gerichtet wird, daß er mit einem festen Sollwert der Maschine 27 in Differenz gesetzt wird. Nur wenn der Stromistwert überwiegt, wird durch den Gleichrichter 32 eine Spannung an die Steueranordnung 16 weitergeleitet, so daß, je nach dem Energiezustand des Läufers i durch die Anordnung 25 vermittelt, eine schwächende bzw. stärkende Durchflutung in den Wicklungen i i und 12 der Erregung am Zwischenbürstenverstärker entsteht. Wird z. B. die Drehzahl am Handhebel 2o ruckweise eingestellt, so entsteht durch 8 eine Stoßerregung, die eine sofortige Erhöhung der Klemmenspannung am Generator 2 verursacht. Durch die Lage am Widerstand 13 wird der Endwert bestimmt. Falls sich der Antriebsmotor gemäß dem raschen Anstieg der Klemmenspannung nicht sofort beschleunigt, tritt ein Überstrom auf, der bei 31 als Spannung vermerkt wird, welche die Gegenspannung .der Maschine 27 überwiegt und über den Gleichrichter 32 und die Anordnung 16 an die Wicklung i i weitergeleitet wird, da das Differentialrelais 25 nach oben angezogen hat, weil durch die größere Spannung an den Klemmen des Leonardgenerators ein Motorzustand angezeigt wurde.The hand lever 2o is coupled to four control units. The movement from the vertical upper position decides for clockwise or counterclockwise rotation of the drive motor i. The first quarter of the lever movement allows the spring-coupled towing parts 13, 15 and 16 to be adjusted so that the basic excitation is determined by 15 and the final magnitude of the excitation current in the Leonard generator 2 is determined by 13. This corresponds to a certain terminal voltage and thus the final speed of the drive motor i. The arrangement 16 relates to the rotation = direction-dependent influence of the generator excitation by the impermissible overcurrent in the armature circuit. The differential relay 25 indicates by its position whether .the drive motor i is driven or itself supplies energy. The image of the motor EMF, which is generated by the auxiliary machine 21 with an externally excited field 22 driven by the motor, is represented in the lower winding of the differential relay 25 by the dry rectifier arrangement 23. The dry rectifier arrangement 24 allows the generator terminal voltage to appear in the upper winding of the relay 25, independent of the direction of rotation. This switches the contact over, depending on whether energy is being absorbed or emitted by the rotor i. The voltage at the armature of the auxiliary machine 26, which is driven together with the intermediate brush booster 6 and another auxiliary machine 27 by a three-phase motor 29 at constant speed, represents the actual value of the armature current, which is dependent on the direction of rotation and which is directed in the arrangement 31 so that it is connected to a fixed setpoint of the machine 27 is set in difference. Only when the actual current value predominates, a voltage is passed on to the control arrangement 16 by the rectifier 32 so that, depending on the energy state of the rotor i mediated by the arrangement 25, a weakening or strengthening flow in the windings ii and 12 of the excitation am Intermediate brush amplifier arises. Is z. B. the speed on the hand lever 2o jerkily set, 8 creates a shock excitation that causes an immediate increase in the terminal voltage on the generator 2. The final value is determined by the position at the resistor 13. If the drive motor does not immediately accelerate due to the rapid increase in the terminal voltage, an overcurrent occurs, which is noted at 31 as a voltage that outweighs the counter voltage of the machine 27 and is passed on via the rectifier 32 and the arrangement 16 to the winding ii , since the differential relay 25 has picked up, because an engine status was indicated by the higher voltage at the terminals of the Leonard generator.

Wenn die Drehzahl auf Überdrehzahl gebracht werden soll, so wird der Handhebel 20 noch weiter verdreht, so daß der federgekuppelte Teil sich gegen einen Anschlag 18 legt und keine Weiterbewegung der Teile 13, 15 und 16 erfolgt, während der unmittelbar mit dem Handhebel 2o gekuppelte Schaltarm von Teil 17 in eine Pfanne i9 eingreift und auf diese Weise den Feldregelwiderstand von der Erregermaschine 28 des Motors i verändert. Falls dieser Vorgang ebenfalls zu heftig erfolgt, entsteht im Ankerkreis ein Überstrom, der in der gleichen, praktisch trägheitslosen Weise, wie vorher beschrieben, durch eine selbsttätige Zurücknahme der Klemmenspannung am Generator 2 verhindert wird.If the speed is to be brought to overspeed, the Hand lever 20 still further twisted so that the spring-coupled part is against one Stop 18 sets and no further movement of the parts 13, 15 and 16 takes place while the switching arm of part 17, which is coupled directly to the hand lever 2o, in a pan i9 intervenes and in this way the field control resistor from the exciter 28 of the engine i changed. If this process is also too violent, it arises an overcurrent in the armature circuit, which in the same, practically inertia-free manner, as previously described, by automatically releasing the terminal voltage on generator 2 is prevented.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE: i. Leonardantrieb mit Ankerstrombegrenzung und kürzester Wendezeit, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erregung des Leonardgenerators ein Zwischenbürstenverstär ker (Amplidyne)bzw. Staffelv erstärker verwendet wird. PATENT CLAIMS: i. Leonard drive with armature current limitation and the shortest Turning time, characterized in that an intermediate brush amplifier to excite the Leonard generator ker (Amplidyne) or. Relay amplifier is used. 2. Leonardantrieb nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die betriebsmäßig gerichtete Ankerstrom-Meldespannung als zusätzliche Erregung .die Erregermaschine (Zwischenbürstenverstärker bzw. Staffelverstärker) in solchem Sinne beeinflußt, daß bei Überschreiten eines gewünschten Höchststromes im Ankerkreis des Antriebes die Klemmenspannung des Leonardgenerators herabgesetzt bzw. erhöht wird. Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren keine Druckschriften in Betracht gezogen worden.2. Leonard drive according to claim i, characterized in that the operationally directed armature current signaling voltage as additional excitation. the excitation machine (intermediate brush amplifier or relay amplifier) influenced in such a way that when a desired maximum current is exceeded the terminal voltage of the Leonard generator is reduced in the armature circuit of the drive or is increased. To distinguish the subject of the application from the state of the art no publications were taken into account in the granting procedure.