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Einrichtung zur Umschaltung von über steuerbare Dampf-oder Gasentladungsstreeken gespeisten Motoren von Motorbetrieb auf Energierückgewinnung.
Bei gittergesteuerten Dampf-oder Gasentladungsstreeken, welche normalerweise in Gleichrichterschaltung arbeiten, wird in der Praxis häufig die Forderung gestellt, dass sie zeitweise auch in
Wechselrichterschaltung arbeiten sollen. Dies ist beispielsweise der Fall bei Anlagen zur Speisung und Regelung von Motoren, für welche eine Energierückgewinnung oder Nutzbremsung vorgesehen ist, beispielsweise also bei Bahnanlagen. Eine bekannte Einrichtung zu diesem Zweck verwendet nur eine einzige Gruppe von Entladungsstrecken, welche beim Übergang von Energielieferung auf Energie- rückgewinnung jeweils entsprechend von Gleichrichterbetrieb auf Wechselrichterbetrieb oder umgekehrt umgeschaltet werden müssen.
Handelt es sich dabei um die Speisung und Regelung normaler
Gleichstrom-Kollektormotoren, die aus einem Wechselstromnetz gespeist werden, so muss eine Um- schaltung sowohl im Hauptstromkreis als auch in den Gitterkreisen der Entladungsstrecken vorgesehen sein, während bei Speisung kollektorloser Motoren über gittergesteuerte Entladungsstrecken zum Zweck der Energierichtungsumkehr nur eine Umschaltung der Gitterkreise erforderlich ist. Diese Umschaltung kann willkürlich erfolgen. In vielen Fällen ist es aber erwünscht, die Richtung des Energieflusses selbsttätig umzukehren, falls die Betriebsbedingungen dies erfordern. Zweckmässig erfolgt dann diese Umschaltung in Abhängigkeit von den Betriebsgrössen, vorzugsweise von dem Verhältnis der Motorgegenspannung zur vom Gleichrichter gelieferten Spannung.
Dabei ist nun zu berücksichtigen, dass die vom Gleichrichter gelieferte Spannung nicht stets den gleichen Wert hat, sondern sich je nach dem durch die Gittersteuerung eingestellten Aussteuerungsgrad verändert. Ausserdem ist zu beachten, dass die vom Gleichrichter gelieferte Spannung dem Motor stets unmittelbar zugeführt wird und sich je nach der Belastung zusammen mit der Motorgegenspannung ändert. Es ist daher mit Schwierigkeiten verbunden, eine Vergleichsspannung zu erhalten, welche wirklich als Sollspannung für eine im richtigen Moment erfolgende Umschaltung bei jeder Aussteuerung angesprochen werden kann. Dazu kommt noch, dass die Umsehaltung naturgemäss möglichst bei der Belastung 0, d. h. also bei der Leerlaufspannung, erfolgen soll.
Gerade in diesem Falle aber dürfte die Einwirkung der Motorgegenspannung mit ihren gegebenenfalls vorhandenen Schwankungen auf die unter Umständen ebenfalls je nach der Aussteuerung stark pulsierenden Gleichrichterspannung nicht zu vernachlässigen sein und unter Umständen an sich die Entnahme einer Messspannung für den genauen Zeitpunkt der Umschaltung bereits unmöglich machen.
All die geschilderten Nachteile werden durch eine Einrichtung gemäss der Erfindung vermieden und eine sichere Umschaltung in genau dem vorgeschriebenen Bereich in Leerlaufnähe gewährleistet.
Gemäss der Erfindung wird der Wert der jeweiligen, für eine beliebige Aussteuerung des Gleichrichters gültigen Spannung bei absolutem Leerlauf des Hauptgleichrichters durch einen besonderen Hilfsgleichrichter dauernd nachgebildet, der in genau der gleichen Weise gesteuert wird wie der Hauptgleichrichter. Die Spannung dieses Hilfsgleichriehters wird gegensinnig mit der Motorspannung in Reihe geschaltet und die Differenz dieser beiden Spannungen mittelbar oder unmittelbar zur Betätigung der Umschalteinrichtung verwendet. Der Hilfsgleichrichter ist dabei auf eine kleine, stets gleiche Belastung geschaltet und liefert damit stets eine der Leerlaufspannung des Hauptgleichrichters entsprechend Gleichspannung.
Die nähere Ausgestaltung des Erfindungsgedankens und die Wirkungsweise einer den Erfindungs- gedanken verkörpernden Einrichtung mögen an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. In Fig. 1 der Zeichnung möge beispielsweise ein aus dem Wechsel-
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stromnetz 1 gespeister, aus dem Transformator 2 und einem zweianodigen, mit Steuergitter versehenen Entladungsgefäss 3 bestehender Gleichrichter auf ein Gleichstromnetz 4 arbeiten unter Zwischenschaltung einer Drosselspule 5. An das Gleichstromnetz 4 möge ein nicht näher dargestellter Gleichstrommotor oder mehrere zusammenarbeitende Motoren, beispielsweise Lokomotivmotoren, angeschlossen sein.
Die Steuergitter des Gleichrichtergefässes 3 werden in an sieh bekannter Weise vermittels einer über einen Gittertransformator 6 zugeführten Wechselspannung und gegebenenfalls einer einer Spannung- quelle 7 entnommenen Vorspannung gesteuert. Die Steuerwechselspannung wird dem Wechselstromnetz 1 unter Zwischenschaltung eines phasenverschiebenden Elementes, beispielsweise eines Drehreglers lets 8, entnommen und der Primärwicklung des Gittertransformators 6 zugeführt. Zur Nachbildung der Leerlaufspannung des Hauptgleichrichters ist ein Hilfsgleichrichter 9 vorgesehen, der beispielsweise aus einem Transformator 10 und zwei gittergesteuerten Entladungsstrecken 11 und 12 besteht.
Der Hauptstromkreis dieses Hilfsgleichrichters schliesst sich über eine Glättungsdrossel 7. 3 und einen verhältnismässig hohen Belastungswiderstand M, dem zweckmässig ein zur Glättung der abgegebenen Spannung dienender Kondensator M parallel geschaltet ist. Die Steuerspannung für die Hilfsentladungs- strecken 11 und 12 wird deren Gittern gegebenenfalls über Strombegrenzungswiderstände 16 in derselben Weise zugeführt wie den Hauptentladungsstreeken. Es kann zu diesem Zweck wie im Aus- führungsbeispiel der Fig. 1 die gleiche resultierende Steuerspannung für beide Gleichrichter verwendet werden.
Die Motorgegenspannung 4 wird einem Widerstand 17 mit parallelgeschaltetem Glättungskondensator 18 zugeführt, u. zw. derartig, dass der Spannungsabfall am Widerstand 17 mit dem Spannungsabfall des Hilfsgleiehriehters am Widerstand 14 gegensinnig in Reihe geschaltet ist. An zwei Abgriffen der Widerstände 14 und 17 kann die Differenzspannung entnommen und dem Betätigungsstromkreis 19 für die Umschaltung zugeführt werden. Durch Einstellung dieser Abgriffe wird die Differenzspannung so abgeglichen, dass sie bei tatsächlichem Leerlauf des Hauptgleichrichters gerade den Wert 0 annimmt.
Durch diese Anordnung wird erreicht, dass bei Änderungen der Aussteuerung des Hauptgleichnehters im motorischen Betrieb durch Verstellung des Drehreglers 8 beispielsweise in Richtung eines späten Zündeinsatzes in jeder Periode nicht nur die Spannung des Hauptgleichriehters, die ausserdem noch von der Gegenspannung und dem Belastungswiderstand abhängt, sondern auch die Spannung des Hilfsgleichrichters herabgesetzt wird, und die letztere gerade um einen solchen Betrag, dass die Hilfsgleiehrichterspannung der Leerlaufspannung des Hauptgleichrichters für den betreffenden Aussteuerungsgrad entspricht.
Bei einem Rückgang der Belastung und dem damit verbundenen Anstieg der Hauptgleiehrichterspannung wird also die dem Betätigungsstromkreis zugeführte Differenzspannung gerade dann verschwinden, wenn der Hauptgleiehrichter tatsächlich den Leerlaufzustand erreicht, und die Umschaltung daher gerade im richtigen Augenblick eingeleitet.
Ein anderes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 2 dargestellt. Es wird wieder wie in Fig. 1 der Hauptgleichrichter 3 über einen Transformator 2 aus dem Wechselstromnetn 7 gespeist und die Energie über eine Drossel 5 und die Klemmen 4 an einen Motor abgegeben. Die Steuerung erfolgt ebenfalls in der schon beschriebenen Weise mittels Drehregler 8, Gittertransformator 6 und Vorspannungsquelle 7 unter Zwischenschaltung von Strombegrenzungswiderständen 16. Unterschiedlich gegenüber dem zuerst geschilderten Ausführungsbeispiel ist die Ausbildung des Hilfsgleichrichters 9.
Dieser besteht aus vier ungesteuerten, in Grätzschaltung angeordneten Elementen mit eindeutiger Stromdurehlass- richtung, beispielsweise Trockengleichrichtern, und ist wechselstromseitig mit dem Netz 1 über einen Drehregler 80 angeschlossen, welcher mit dem Drehregler 8 für die Steuerung des Hauptgleiehrichters in geeigneter Weise gekuppelt ist. Der Gleichstromkreis des Hilfsgleichrichters ist ebenso ausgebildet wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1, und ebenso ist die Einrichtung zur Bildung der Differenzspannung zwischen Hilfsgleiehrichterspannung und Motorspannung unverändert.
Als Drehregler 80 kommt für die Änderung der Gleichspannung des ungesteuerten Hilfsgleiehriehters 9 selbstverständlich nur ein Drehregler in Frage, welcher eine Grössenänderung der dem Gleichrichter zugeführten Wechselspannung bewirkt, welche proportional der durch Phasenänderung der Steuerwechselspannung des Hauptgleichriehters bewirkten Gleichspannungsänderung des letzteren ist. Der Drehregler 80 wird zu diesem Zweck als sogenannter Doppeldrehregler ausgebildet, d. h. er besteht im Grunde genommen aus zwei gleichen Drehreglern, die mechanisch derart miteinander gekuppelt sind, dass die beiden Teilspannungen gegenüber der speisenden Grundspannung jeweils eine Phasenverschiebung gleicher Grösse, jedoch verschiedenen Vorzeichens aufweisen.
Durch Addition dieser beiden Teilspannungen wird eine Wechselspannung erzielt, die bei Änderung der Drehreglerstellung sieh zwischen 0 und einem Höchstwert nach Massgabe eines Cos-Gesetzes ändert. Da anderseits auch die Spannungsänderung des Hauptgleichrichters bekanntlich in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung der Steuerwechselspannung nach Massgabe eines Cos-Gesetzes erfolgt, kann bei geeigneter Einstellung der Kupplung beider Drehregler erreicht werden, dass die vom Hilfsgleichrichter 9 erzeugte Gleichspannung der jeweiligen Leerlaufspannung des Hauptgleichrichters bei jedem Aussteuerunggrad entspricht. Die Ausführungsform nach Fig. 2 hat insofern besondere Vorzüge, als sie besondere Glühkathodenröhren, Heizeinrichtungen usw. zu vermeiden erlaubt.
Die Motorspannung wie die Spannung des Hilfsgleichrichters können durch Glättungseinrichtungen beliebig von Pulsationen befreit werden, um einen störungsfreien Vergleich der Spannungen
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sicherzustellen. Die Anwendung des Erfindungsgedankens ist, wie ohne weiteres ersichtlich, nicht nur auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt und insbesondere nicht an bestimmte Phasenzahlen oder an bestimmte Steuerungsarten (Drehreglersteuerung) gebunden. Sie erlaubt stets, eine Umschaltung von Gleichrichter-auf Wechselrichterbetrieb in dem richtigen Augenblick vorzunehmen.
Das gleiche gilt auch für die Umschaltung in umgekehrter Richtung, wobei nur vom Fachmann darauf zu achten ist, dass die Steuereinrichtung für den Hilfsgleichrichter bei der Umschaltung des Hauptgleiehrichters entsprechend beeinflusst wird, so dass auch bei Wechselrichterbetrieb die Differenz zwischen Hilfsgleichrichterspannung und Hauptwechselrichterspannung bzw. Motorspannung mit der Belastung der in Wechselrichterschaltung arbeitenden Entladungsstreeke dem Wert 0 zustrebt.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen sich zwar auf Speisung von normalen Gleichstrommotoren. Der Erfindungsgedanke lässt sich aber auch auf die Speisung kollektorloser Motoren anwenden.
In diesem Falle ist lediglich die Motorgegenspannung, bevor sie zum Vergleich mit der Hilfsgleichrichterspannung verwendet wird, mit einem besonderen Hilfsgleichrichter in eine Gleichspannung zu verwandeln.
PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Einrichtung zur Umschaltung eines oder mehrerer über gittergesteuerte, sowohl für Gleichrichter-wie für Wechselrichterbetrieb steuerbare Dampf-oder Gasentladungsstrecken gespeister Motoren von Motorbetrieb auf Energierückgewinnung und umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, dass besondere, in Gleichrichterschaltung an das speisende Wechselstromnetz angeschlossene Hilfsentladungsstrecken bzw. Schaltungselemente mit eindeutiger Stromdurchlassrichtung vorgesehen sind, welche bei jeder Änderung der Steuerung der Hauptentladungsstrecken derart beeinflusst werden, dass die abgegebene Spannung des Hilfsgleichrichters der dem jeweiligen Aussteuerungsgrad entsprechenden Leerlaufspannung des Hauptgleichrichters-bzw.
Wechselrichters proportional ist und dass die Differenz der Spannung des Hilfsgleichrichters und einer der Motorspannung proportionalen Gleichspannung dem Betätigungsstromkreis der Umschalteinrichtung zugeführt wird.