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Schaltungsanordnung zur Drehmomentumkehr einer Gleichstrommaschine
Um das Drehmoment einer Gleichstrommaschine umzukehren, muss entweder der Ankerstrom oder das Feld gewendet werden. Handelt es sich um über Stromrichter gespeiste Motoren, so bediente man sich bisher für die Stromrichtungsumkehr der sogenannten Kreuzschaltung oder nach einem neueren Vorschlag (deutsche Patentschrift Nr. 914406) zweier gegensinnig wirkender Feldwicklungen, die über Gleichrichter und in Abhängigkeit von einer Steuerwechselspannung gesteuerte Transduktoren gespeist werden. Wird jedoch der Motor nur von einem. Stromrichter gespeist, ist es nicht ohne weiteres möglich, den Ankerstrom zu wenden. Es ist bekannt, die vom Stromrichter bestimmte Richtung des Ankerstromes unverändert zu lassen und die Richtung der Erregung durch besondere Einrichtungen umzukehren.
Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, die Erregung nicht unabhängig von der Grösse des Drehmomentes konstant zu lassen und bei der Drehmomentumkehr dann vom vollen Wert der einen Richtung auf den vollen Wert der ändern Richtung zu wenden, sondern bei kleiner werdendem Drehmoment nicht nur den Ankerstrom sondern auch die Erregung zu vermindern, so dass dann beim nulldurchgang und der nachfolgenden Umkehr des Drehmomentes eine stetige Änderung des Feldes möglich ist. Wenn also Ankerstrom und Erregung gleichzeitig und gleichsinnig geändert werden, hat der Motor im wesentlichen das Verhalten eines Reihenschlussmotors. Es war aber bisher nicht möglich, den Motor wirklich als Reihenschlussmotor auszuführen, weil das Wenden der Erregerwicklung einen Schaltvorgang in dem die volle Leistung führenden Ankerstromkreis bedeutet hätte.
Es ist das Ziel der Erfindung, ein solches Wenden ohne mechanische Schalteinrichtungen zu ermöglichen.
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Drehmomentumkehr einer Gleichstrommaschine, deren Leistung aus einer einzigen Stromquelle mit gleichbleibender Stromrichtung entnommen bzw. dorthin zurückgeliefert wird, vorzugsweise eines stromrichtergespeisten Gleichstrommotors, wobei erfindungsgemäss für den die Erregerwicklung durchfliessenden Ankerstrom (oder für einen dem Ankerstrom proportionalen Strom) zwei getrennte, über elektrische Ventile führende Wege vorgesehen sind und diese Ventile nur für eine Leistung in der Grössenordnung der Erregerleistung bemessen sind, wobei diese Stromwege einander entgegengerichtete Erregungsrichtungen ergeben und durch Zusatzspannungen oder durch Steuerung der Ventile bestimmbar ist, welchen der beiden Wege der Ankerstrom (oder der ihm proportionale Strom) nimmt.
Es ist nämlich notwendig, das Schliessen und Öffnen der Wege über Zusatzspannungen herbeizuführen, weil die Ventile nicht, wie es vielleicht naheliegend erscheinen würde, durch Gittersteuerung beeinflusst werden können. sie ja gleichstromführend sind und daher durch das Gitter nur ge- öffnet aber nicht gelöscht werden können. Die Verwendung der Gittersteuerung ist nur dann möglich, wenn der Ankerstrom zuerst in einen ihm proportionalen Wechselstrom umgeformt wird. Im Kreise dieses Wechselstromes können dann die beiden Wege für die beiden Erregungsrichtungen durch gittergesteuerte Entladungsgefässe oder auch durch Transduktoren öffnen und schliessen.
Die Erfindung soll nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. Fig. 1 zeigt das Prinzip der Erfindung unter Verwendung zweier getrennter Erregerwicklungen, Fig. 2 das Prinzip für eine beiden Drehrichtungen gemeinsame Erregerwicklung, und die Fig. 3 und 4 zeigen schaltungstechnische Verwirklichungen des Prinzips nach Fig. 2.
In Fig. 1 bedeutet 1 den Gleichstrommotor, der von einem Transformator 2 über einen Stromrichter 3 gespeist wild. Der Strom des Stromrichters wird von einer Gittersteuereinrichtung 4 geregelt. Der Motor 1
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hat zwei Erregerwicklungen 5 und 5', die einander parallelgeschaltet sind, wobei in jedem dieser Wege ein Ventil 6 bzw. 6'und eine Zusatzspannung 7 bzw. 7'in Reihe geschaltet sind. Die Erregerwicklungen 5, 5' sind so gepolt, dass sie einander entgegengerichtete Erregungen ergebsn. Wenn keine Zusatzspannung 7 oder Teingefügt ist, dann wnrde sich der Ankerstrom auf die beiden Wicklungen 5 und 5'zu glei- chen Teilen auf teilen, und die Summe der Erregung wäre Null. Wird aber z.
B. bei 7 eine Gleichspannung als Zusatzspannung eingefügt, die die Gleichrichterspannung unterstützt, dann wird der Ankerstrom über die Wicklung 5'geringer und über 5 grösser und wenn 7 grösser ist als der Spannungsabfall an der Erregerwicklung 5, dann wird das Ventil 6'auf Sperrspannung beansprucht, so dass durch diesen Zweig 5', 6', 7'überhaupt kein Strom fliesst. Die Grösse der Erregung von 5 ist allein durch die Grösse des Ankerstromes bestimmt. Das Ventil 6 und die Zusatzspannungsquelle 7 sind zwar fUr den vollen Ankerstrom, aber nur für eine Spannung in der Grössenordnung des Spannungsabfalles an der Erregerwicklung, also etwa 1% der Hauptspannung, zu bemessen. Als Ventil wird daher vorzugsweise ein Selenglelelrichter inFrage kom men.
Zum Wenden des Feldes ist es nur erforderlich, statt der Zusatzspannung 7 die Zusatzspannung 7' einzufügen, unabhängig davon, wie gross in diesem Augenblick der Ankerstrom ist. Es muss also insbesondere nicht der Nulldurchgang dieses Stromes abgewartet werden. Die bei 7 aufgewendete Erregerleistung unterstützt den Hauptgleiehrichter 2,3 und ist also nicht verloren. Je grösser die Zusatzspannung 7 im Vergleich zum Spannungsabfall an der Erregerwicklung ist, desto schneller erfolgt das Wenden des Feldes und die Überwindung der Selbstinduktionsspannung der Wicklung 5.
Fig. 2 zeigt die Anwendung der Erfindung auf eine Maschine mit nur einer Erregerwicklung. Es ist in diesem Falle eine Brückenschaltung vorgesehen, in deren Diagonale die Erregerwicklung 5 liegt, während die andere Diagonale die Anschlusspunkte des Ankerstromes bildet. Für die eine Richtung der Erregung wird mit Hilfe der Zusatzspannung 7 und 7'der Weg über die Ventile 6, 6'freigegeben und der über die
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6"gesperrt,eingefügt werden muss.
Diese Zusatzspannungen könp"aus den Ankern ständig laufender Gleichstrommaschinen entnommen werden, so dass also nach Fig. veder die Erregung der Maschine 7 oder die der Maschine 7'einge- schaltet ist, während nach Fig. 2 weder die Erregungen 7, 7'oder 7", 7'"eingeschaltet sind.
Vorzugsweise aber wird die Zusatzspannung einer Transformatorwicklung entnommen, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, deren Schaltung im übrigen der der Fig. 2 entspricht. Das Ventil 6 ist dort in eine Gruppe von 3 Ventilen aufgelöst, die zusammen mit der dreiphasigen Transformatorwicklung 7 einen Gleichrichter bilden, der also in sich die Eigenschaft der Zusatzspannung und des Sperren. : der umgekehrten Stromrichtung vereinigt. Die Transformatorwicklungen 7 und 7', die gleichzeitig Spannung erzeugen sollen, sind auf einem gemeinsamen Eisenkern mit einer Primärwicklung 8 untergebracht, während die Wicklungen 7", 7"mit der Primärwicklung 9 einen zweiten Transformator bilden.
Zum Wenden der Erregungsrichtung in der Erregerwicklung 5 ist es also nur notwendig, die Primärwicklung 8 oder die Pri-
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gewendet werden soll, dann werden also von der Gittersteuereinrichtung 4 aus an Stelle der Gitter der Thyratrongruppe 10 die Gitter der Thyratrongruppe 11 so beaufschlagt, dass 11 zündet und 10 sperrt.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 4 gezeichnet, in der eine indirekte Reihenschaltung der Erregerwicklung verwendet ist. Der Ankerstrom des Motors 1 erregt eine Synchronmaschi-
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Wechselspannung liegen und als Gleichrichter wirken, können sie mit einer Gittersteuerung versehen werden, so dass das Wenden des Feldes durch Öffnen der Gruppe 14, 15 bei gleichzeitigem Sperren der Gruppe 16, 17 oder umgekehrt stattfinden kann. AnStelle der gesteuerten Ventile können auch hier Transduktoren verwendet werden.
Das erfindungsgemässe Wenden des Reihenschlussfeldes kann nicht nur bei stromrichtergespeisten Motoren verwendet werden, sondern auch bei Gleichstrommotoren, die aus irgendwelchen andern Spannungquellen gespeist werden.
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Circuit arrangement for reversing the torque of a DC machine
To reverse the torque of a DC machine, either the armature current or the field must be reversed. In the case of motors fed by converters, the so-called cross connection or, according to a more recent proposal (German Patent No. 914406), two oppositely acting field windings that are fed via rectifiers and transducers controlled as a function of an AC control voltage have been used to reverse the current direction . However, the engine is only from one. Power converter fed, it is not easily possible to turn the armature current. It is known to leave the direction of the armature current determined by the converter unchanged and to reverse the direction of excitation by special devices.
It has proven to be advantageous not to leave the excitation constant regardless of the magnitude of the torque and then to turn from the full value of one direction to the full value of the other direction when the torque is reversed, but not only the armature current when the torque decreases but also to reduce the excitation, so that a constant change of the field is then possible at the zero crossing and the subsequent reversal of the torque. If the armature current and the excitation are changed simultaneously and in the same direction, the motor has essentially the behavior of a series motor. Up to now, however, it was not possible to really run the motor as a series motor, because turning the field winding would have meant a switching process in the armature circuit carrying full power.
The aim of the invention is to enable such a turning without mechanical switching devices.
The invention relates to a circuit arrangement for the torque reversal of a direct current machine, the power of which is taken from a single current source with constant current direction or is supplied back to it, preferably a converter-fed direct current motor, whereby according to the invention two separate armature current flowing through the excitation winding (or a current proportional to the armature current) , paths leading via electrical valves are provided and these valves are only dimensioned for a power in the order of magnitude of the excitation power, these current paths resulting in opposing excitation directions and it can be determined by additional voltages or by controlling the valves which of the two paths the armature current (or the electricity proportional to it).
It is namely necessary to bring about the closing and opening of the paths via additional voltages, because the valves cannot be influenced by grid control, as it might seem obvious. they carry direct current and can therefore only be opened but not deleted through the grid. The grid control can only be used if the armature current is first converted into an alternating current proportional to it. In the circuit of this alternating current, the two paths for the two directions of excitation can then open and close through grid-controlled discharge vessels or also through transducers.
The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. 1 shows the principle of the invention using two separate excitation windings, FIG. 2 shows the principle for an excitation winding common to both directions of rotation, and FIGS. 3 and 4 show circuit implementations of the principle according to FIG.
In Fig. 1, 1 denotes the DC motor, which is fed by a transformer 2 via a converter 3 wild. The current of the converter is regulated by a grid control device 4. The engine 1
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has two excitation windings 5 and 5 'which are connected in parallel to each other, with a valve 6 or 6' and an additional voltage 7 or 7 'being connected in series in each of these paths. The excitation windings 5, 5 'are polarized so that they result in mutually opposing excitations. If no additional voltage 7 or Te is inserted, then the armature current would be divided equally between the two windings 5 and 5 ', and the sum of the excitation would be zero. But z.
B. at 7 a DC voltage is inserted as an additional voltage, which supports the rectifier voltage, then the armature current through the winding 5 'is lower and greater over 5 and if 7 is greater than the voltage drop across the excitation winding 5, then the valve 6' is set to blocking voltage so that no current at all flows through this branch 5 ', 6', 7 '. The size of the excitation of 5 is determined solely by the size of the armature current. The valve 6 and the additional voltage source 7 are to be dimensioned for the full armature current, but only for a voltage in the order of magnitude of the voltage drop across the excitation winding, i.e. about 1% of the main voltage. A selenium gel funnel is therefore preferably used as the valve.
To turn the field, it is only necessary to insert the additional voltage 7 'instead of the additional voltage 7, regardless of how large the armature current is at that moment. In particular, there is no need to wait for this current to cross zero. The excitation power used at 7 supports the main rectifier 2,3 and is therefore not lost. The greater the additional voltage 7 is compared to the voltage drop on the exciter winding, the faster the turning of the field and the overcoming of the self-induced voltage of the winding 5 takes place.
Fig. 2 shows the application of the invention to a machine with only one field winding. In this case, a bridge circuit is provided, in the diagonal of which the excitation winding 5 lies, while the other diagonal forms the connection points of the armature current. For one direction of excitation, the path via the valves 6, 6 'is released with the aid of the additional voltage 7 and 7' and that via the
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6 "locked, must be inserted.
These additional voltages can be taken from the armatures of continuously running DC machines, so that according to FIG. Either the excitation of the machine 7 or that of the machine 7 'is switched on, while according to FIG. 2 neither the excitations 7, 7' or 7 ", 7 '" are switched on.
Preferably, however, the additional voltage is taken from a transformer winding, as shown in FIG. 3, the circuit of which otherwise corresponds to that of FIG. The valve 6 is broken up there into a group of 3 valves which, together with the three-phase transformer winding 7, form a rectifier, which in itself has the property of additional voltage and blocking. : the reverse current direction combined. The transformer windings 7 and 7 ', which are to generate voltage at the same time, are accommodated on a common iron core with a primary winding 8, while the windings 7 ″, 7 ″ with the primary winding 9 form a second transformer.
To reverse the direction of excitation in the excitation winding 5, it is only necessary to move the primary winding 8 or the primary
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is to be turned, then the grid control device 4 acts on the grid of the thyratron group 11 instead of the grid of the thyratron group 10 so that 11 ignites and 10 blocks.
Another embodiment of the invention is shown in FIG. 4, in which an indirect series connection of the excitation winding is used. The armature current of motor 1 excites a synchronous machine
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AC voltage and act as a rectifier, they can be provided with a grid control so that the turning of the field can take place by opening the group 14, 15 while blocking the group 16, 17 or vice versa. Instead of the controlled valves, transducers can also be used here.
The reversal of the series field according to the invention can be used not only with motors fed by a converter, but also with direct current motors that are fed from any other voltage source.
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