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Anordnung zur Speisung und Nutzbremsung von Gleichstrommotoren.
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Speisen und Nutzbremsen von Gleichstrommotoren mittels gittergesteuerter Entladungsgefässe, insbesondere Quecksilberdampfgleichrichter.
Beim Betrieb von Gleichstrommotoren, die von gesteuerten Gleichrichtern gespeist werden, hat es sich als Übelstand herausgestellt, dass beim Übergang vom Treiben zum Nutzbremsen oder für den
Fall, dass die angetriebene Arbeitsmaschine die Richtung ihres Drehmomentes wechselt, eine Umschaltung vorgenommen werden muss, wobei der Steuergleichrichter vollständig gesperrt bleibt. Während dieser
Umschaltzeit ist also der Motor sich selbst überlassen, und es besteht die Gefahr, dass er durchgeht oder seine Drehzahl doch in einer für den Arbeitsvorgang nachteiligen Weise ändert. Bis zu einem gewissen
Grade werden hiebei mechanische oder sonstige Verlustgrossbremsen den Betrieb sichern können, doch ist dieses Verfahren natürlich immer umständlich und unvollkommen.
Erfindungsgemäss wird die Anordnung zum Speisen und Nutzbremsen von Gleichstrommotoren mittels gittergesteuerter Entladungsrohre so getroffen, dass zwei bei voller Öffnung der Entladungsstrecken unter sich einen Kurzschlusskreis bildende Entladungsrohre vorgesehen sind, die zu der Gleichstrommaschine parallel und zueinander entgegengesetzt geschaltet sind, wobei die Steuerung der Gitterspannungen bei beiden in entgegengesetztem Sinne erfolgt, d. h. wenn die eine Gruppe stromdurchlässig gemacht wird, so muss zwangläufig die andere Gruppe eine zunehmende Sperrung erfahren. Das kann dadurch geschehen, dass man die Phasenlagen des Zündzeitpunkte der periodischen Entladungen bei beiden Gruppen im entgegengesetzten Sinne beeinflusst.
In der Zeichnung ist zur näheren Erläuterung ein Ausführungsbeispiel angegeben.
Der grosse Gleichrichter 1 und der kleine Gleichrichter 2 sind über die Transformatoren 3 und 4 an das Drehstromnetz 5 angeschlossen. Mit 6 ist ein fremderregter Gleichstrommotor bezeichnet, der an die Kathoden 7 und 8 der Gleichrichter 1 und 2 einerseits und an die Sekundärwicklungen der Transformatoren 3 und 4 anderseits angeschlossen ist. Mit 9 ist ein Drehtransformator bezeichnet. Als Drehtransformatoren kann man kleine festgebremste Asynchronmotoren verwenden, deren Läuferfeld im Drehsinne entgegengesetzt ist. Wie aus der Figur ersichtlich, wird die Drosselregelung der Gitterspannungen in der Weise verwendet, dass die Drehfelder in zwei auf einer Welle sitzenden Drehtransformatoren entgegengesetzte Richtung haben. Die Transformatorspannungen erhalten dadurch einander entgegengesetzte Phasenverschiebungen.
Die Regelapparate für die Gittersteuerspannungen können nun entsprechend der Verwendung der Einrichtung gemäss der Erfindung verschiedene Einstellungen erhalten, die sich je nach Verwendung der Einrichtung als besonders vorteilhaft erweisen. Zur Beurteilung der Frage, welche der einzelnen Regelapparatbetätigungen bzw.-einstellungen für den einzelnen Betriebsfall besonders günstig sind, sei zunächst auf die Wirkungsweise der Einrichtung gemäss der Erfindung eingegangen.
Die von einem gesteuerten Gleichrichter abgegebene Spannung weist einen sägeförmigen Verlauf auf, der dadurch gebildet wird, dass in der zeitlichen Darstellung der Anodenspannungen von jeder derselben ein bestimmtes Teilstück, beginnend mit dem sogenannten Zündpunkt und endigend im Zeitpunkt der Zündung der folgenden Anode, herausgeschnitten und mit andern Teilstücken der folgenden Anodenspannungshalbwelle aneinandergereiht wird. Die von der sägeförmigen Kurve und der Nulllinie des Diagramms eingeschlossene Fläche ist ein Mass für die gesteuerte Gleichspannung. Da es sich
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in dem vorbeschriebenen Falle um eine Gleichrichtung handelt, arbeitet das Entladungsgefäss vorwiegend im Gebiete positiver Anodenspannungen.
In entsprechender Weise ist zur Bestimmung der Energiefläche eines Wechselrichters zu verfahren, jedoch ist hiebei zu berücksichtigen, dass diese Fläche vorwiegend im negativen Gebiete der Anodenspannungen liegt. Auch hier entsteht also eine sägeförmige Kurve als Verlauf der vom Wechselrichter aufzunehmenden Gleichspannung. Bei dieser Darstellung sind die inneren Spannungsverluste der Entladungsgefässe unberücksichtigt geblieben, da sie im Verhältnis zur Gesamtspannung klein sind und keinen Einfluss auf das Prinzip der beschriebenen Arbeitsweise haben.
Gemäss dem Erfindungsgegenstande sind Gleich-und Wechselrichter einander entgegengesetzt parallelgeschaltet ; um dieses in dem Diagramm zum Ausdruck zu bringen, kann man die Gleichspannungskurve des Wechselrichters um die Bezugsnullinie umklappen, d. h. spiegeln. Hiebei ist zu beachten, dass der Gleichrichter nur dann Energie abgeben kann, wenn die Gegenspannung (Gegen-E. M. K. ) im Gleich- stromkreise kleiner ist als der Mittelwert der Gleichrichterspannung, wohingegen die Arbeitsfähigkeit des Wechselrichters dadurch bedingt ist, dass die E. M. K. der angeschlossenen Gleichstromquelle grösser ist als die Gleichspannung des Wechselrichters.
Ist nun in der Darstellung der Betriebszustand so gewählt, dass die Gleichrichterspannung wesentlich kleiner als die Wechselrichterspannung ist, so kann ein Energieaustausch zwischen beiden Gefässen nicht stattfinden. Ebensowenig findet ein Energieaustausch beider Gefässe mit der Maschine statt, wenn deren Spannung im Betrage zwischen den beiden Spannungen der Gefässe liegt. Da die Maschine innerhalb dieser Grenzen keine Energie aus dem Gleichrichter entnehmen noch an den Wechselrichter abgeben kann, kann man diesen Zustand der Steuerung als toten Gang bezeichnen.
Ein derartiger Zustand kann aus Sicherheitsgründen erwünscht sein, um dem Bedienungsmann das Regeln der Gleichstrommasehine zu erleichtern oder, mit ändern Worten, um einen gewissen Unemp- findlichkeitsgrad der Einrichtung zu schaffen. Zur Verkleinerung des toten Ganges müssen die Zündzeitpunkte eines der beiden oder beider Gefässgruppen vorverlegt werden. Hiebei tritt eine Annäherung der beiden sägeförmigen Kurven und schliesslich stellenweise eine Überlappung der einander zugekehrten Spitzen derselben ein.
Das bedeutet aber, dass während der Zeiten, die durch die entstehenden Überlappungsflächen dargestellt sind, Ströme in den von den beiden Entladungsgefässen unter sich gebildeten Kreis (in der Form einer liegenden 8, daher"Achterkreis" genannt) auftreten. Da jedoch diese Flächen zunächst nur klein sind, wirken sich die infolge der Überlappung auftretenden Ausgleichsströme noch nicht allzu schädlich aus, da sie nur einen pulsierenden Charakter aufweisen. Sie können vielmehr als ein Warnungszeichen dafür angesehen werden, dass bei einer weiter fortschreitenden Aussteuerung in dem genannten Sinne ein vollkommener innerer Kurzschluss der Anordnung auftritt, der zur Beschädigung bzw. Zerstörung der Gefässe führen kann.
Vorteilhaft kann deshalb dieser Zustand der Aussteuerung der Entladungsgefässe dazu verwendet werden, Schutzeinrichtungen ansprechen zu lassen, durch die beispielsweise die Steuergitterspannungen so beeinflusst werden, dass die Lagen der Zündzeitpunkte der beiden Entladungsgefässgruppen derart verschoben werden, dass die Einrichtung aus dem Gefahrenbereich des vollkommenen inneren Kurzschlusses herausgebracht wird.
Anderseits stellt der beschriebene Zustand der Aussteuerung, in dem bereits pulsierende Gleichströme geringeren Ausmasses in dem Achterkreis auftreten, den Fall der höchstmöglichen Genauigkeit in der Steuerung der Einrichtung dar, d. h. eine geringfügige Änderung der Beeinflussung der Regelapparate für die Gittersteuerung der Entladungsgefässe hat ein sofortiges Ansprechen eines der beiden Entladungsgefässe zum Energieaustausch mit der
Gleichstrommaschine zur Folge oder, mit andern Worten, die Einrichtung zeigt einen hohen Empfindlichkeitsgrad. Vorteilhaft wird die Steuereinrichtung derart angeordnet sein müssen, dass über dem ganzen Regelbereich der Grad der Überlappung bzw. die Grösse des toten Ganges gleichbleibt.
In bestimmten Fällen kann es ferner von Vorteil sein, die Steuerung der Entladungsgefässe derart einzuregulieren, dass bei beliebiger Klemmenspannung der betriebenen Gleichstrommaschine die E. M. K. einer der beiden Gruppen so weit gesenkt ist, dass diese sich nicht an der Stromführung beteiligen kann.
Das bedeutet, dass die Anordnung gemäss der Erfindung entweder als Gleichrichter oder als Wechselrichter arbeitet.
Wirtschaftliche Vorteile können noch durch verschieden grosse Bemessung der Gleichrichter erzielt werden, wenn etwa die Durchschnittsbelastung eines der beiden wesentlich überwiegt. Das trifft gelegentlich bei Förderanlagen zu. Bei derartigen Anlagen wird durch die neue Anordnung erst die erforderliche
Sicherheit für den Steuergleichrichterbetrieb erreicht. Als Beispiel ist hier der Fall anzuführen, wo bei fehlendem Unterseil während der Abwärtsfahrt der Forderkorb Übergewicht bekommt. Mer kann das Anziehen der mechanischen Bremsen durch die Erfindung vermieden und der Motor ohne weiteres abgefangen werden. Erst durch diese neue Anordnung werden Steuergleichrichter als Ersatz für die Leonardschaltung brauchbar.
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