AT207956B - Circuit arrangement for reversing the torque of a converter-fed direct current machine - Google Patents

Circuit arrangement for reversing the torque of a converter-fed direct current machine

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AT207956B
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Kurt Dipl Ing Dr Techn Strobl
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Elin Union Ag
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  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

  

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Schaltungsanordnung zur Drehmomentumkehr einer stromrichtergespeisten Gleichstrommaschine 
Es ist bereits bekannt, dass das Drehmoment einer Gleichstrommaschine, die über einen Stromrichter mit einem Ankerstrom gleichbleibender Richtung gespeist wird, dadurch umgekehrt werden kann, dass das
Feld der Maschine gewendet wird.

   Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, durch die Gittersteuerung des Stromrichters den Strom (nicht die Spannung) auf einem bestimmten, durch das verlangte Drehmo- ment gegebenen Wert zu halten und das Feld nicht unabhängig vom Strom konstant zu lassen und dann zur   Drehmomentumkehr   vom vollen Wert der einen Richtung auf den vollen Wert der andern Richtung zu wenden, sondern bei kleiner werdendem Drehmoment nicht nur den Ankerstrom sondern auch die Erre- gung 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 Wen- den der Erregung einen Schaltvorgang in dem die volle Leistung führenden Ankerstromkreis bedeutet   Mt-   te. 



   Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, mit der es möglich ist, dem Motor ein Reihenschlussverhalten zu geben und seine Erregung zu wenden, wobei nur eine Leistung in der Grössenordnung der Erregerleistung, und dies nur in Wechselstromkreisen, geschaltet wird, so dass zum Schalten gittergesteuerte Entladungsgefässe oder Transduktoren verwendet werden können. Erfindungsgemäss wird zu diesem Zweck die Erregerleistung der Gleichstrommaschine auf der Wechselstromseite des Stromrichters über Stromtransformatoren entnommen und über steuerbare Entladungsstrecken oder über Transduktoren der Erregerwicklung so zugeführt, dass der dem Ankerstrom zumindest annähernd proportionale Erregerstrom durch die Steuerung dieser steuerbaren Elemente gewendet werden kann. 



   Fig. 1 zeigt eine solche Schaltung. 



   DasDrehstromnetz RST speist über den Transformator l den gittergesteuerten Stromrichter 2 und dieser liefert den Strom für die Gleichstrommaschine 3. Die an den Stromrichter angeschlossene Sekundärwicklung des Transformators 1 ist mit Sechsphasen-Nullpunktschaltung gezeichnet, doch gilt das folgende ebenso für alle andern Sechsphasenschaltungen. Von den sechs Anoden des Stromrichters sind der Übersichtlichkeit   halber nur zwei   an einander entgegengesetzte Phasen angeschlossen gezeichnet. Die Erregerwicklung der Maschine 3 wird über Stromwandler 4,5, 6, die in den Primärleitungen des Transformators 1 liegen, mit einem dem Ankerstrom ungefähr proportionalen Strom erregt. Dazu hat jeder Stromwandler eine Sekundärwicklung mit Mittelanzapfung, die an ein Ende der Erregerwicklung angeschlossen ist.

   Jedes Ende der Sekundärwicklung ist über gegensinnig geschaltete, steuerbare Entladungsgefässe (Thyratrons) mit dem andern Ende der Erregerwicklung 19 verbunden. Wenn alle vier Ventile der Phase R geöffnet sind, führt die Sekundärwicklung des Wandlers einen dem Primärstrom proportionalen Strom im Kurzschluss. Werden nun die Ventile 9, 10 gesperrt, dann fliesst die eine Halbwelle vom Mittelpunkt durch das Ventil 7 und die Erregerwicklung zum Mittelpunkt zurück, die andere Halbwelle durch das Ventil 8 und in derselben Richtung durch die Erregerwicklung. Ebenso liefern die Phasen S und T ihren Anteil am Erregerstrom, wenn die Ventile 13, 14 bzw. 17, 18 gesperrt werden. Werden jedoch statt dessen die Ventile 7, 8, 11, 12, 15, 16 gesperrt, dann hat die Erregung umgekehrte Richtung. 

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   Statt der Stromwandler in den Primärwicklungen des Trafos können auch Wandler in den Anodenlei- tungen verwendet werden. Zweckmässig ist es, zwei gegenüberliegende Phasen auf zwei Primärwicklungen desselben Wandlers so zu schalten, dass sie einander entgegengesetzt magnetisieren. Dadurch wird eine
Gleichstromsättigung des Wandlers vermieden. Dies ergibt insgesamt drei Wandler, von denen einer (20) gezeichnet ist. Ihre Sekundärwicklungen sind ebenso über Ventile an die Erregerwicklung zu schalten, wie es oben für die Wandler in den Primärleitungen beschrieben ist. Die Wandler in den Anodenleitungen geben eine genauer dem Ankerstrom proportionale Erregung als die Wandler in den   Primärleitungen,   weil sie nicht vom Magnetisierungsstrom des Transformators durchflossen sind. 



   Die beschriebene Einrichtung gestattet es, die Erregung bei jedem beliebigen Wert des Ankerstromes durch einfache Gittersteuerung der Ventile zu wenden. Vorzugsweise wird zwar der Nulldurchgang des
Stromes abgewartet, aber das Wenden könnte z. B. auch bei Nennstrom durchgeführt werden. Sind z. B. die Ventile 7,   8, 11, 12, 15, 16   geöffnet und   9, 10, 13, 14, 17, 18   gesperrt, dann kann durch Öffnen der zwei- ten Gruppe die Erregerwicklung über die Ventile in sich kurzgeschlossen werden und der Erregerstrom klingt mit seiner Zeitkonstante ab. Wird aber gleichzeitig die erste Gruppe gesperrt, dann erzwingt der
Stromwandler, mit der ganzen ihm zur Verfügung stehenden Spannung trotz der Induktivität der Wicklung eine Umkehr des Stromes. Um Überspannungen zu vermeiden, ist der Feldschutzwiderstand 21 vorgesehen. 



   In der Schaltung nach Fig. 1 haben nur sechs der Entladungsgefässe ein gemeinsames Kathodenpoten- tial, so dass sie mit einer gemeinsamen Gitterspannungsquelle gesteuert werden können, die andern haben verschiedene Potentiale, was ihre Steuerung umständlich macht. Fig. 2 zeigt eine Schaltung am Beispiel des Stromwandlers der Phase R, in der die beiden Ventilgruppen für die beiden Richtungen der Erregung jede für sich ein gemeinsames Kathodenpotential haben. Allerdings geht dies auf Kosten der Anzahl der Sekundärwicklungen des Wandlers. So wie bei der Schaltung nach Fig. 1 wird durch Sperren der
Ventile   9, 10 (und der entsprechendender andernPhasen) der Erregerstrom einer Richtung erzeugt (oben plus)   und durch Sperren der andern Gruppe Erregerstrom der andern Richtung.

   Die sechs Gefässe einer Gruppe können hier jedoch auch zu einem   sechsanodigen Gefäss   mit gemeinsamer Kathode zusammengefasst werden, ebenso die der andern Gruppe. 



   Soll die Erregung des Motors geschwächt werden, um seine Überlastbarkeit auszunützen oder um den Stromrichter bei Energierücklieferung, wenn er also als Wechselrichter arbeitet, vor dem Kippen zu bewahren, dann kann dies in der Art ausgeführt werden, dass in schneller Folge zwei Betriebszustände ein- ander abwechseln : beim ersten Betriebszustand sind beide Gruppen von Entladungsstrecken durchlässig, so dass die Erregung in sich kurzgeschlossen ist und mit ihrer Zeitkonstante abklingt, beim zweiten Betriebszustand ist eine Gruppe gesperrt, so dass die Stromwandlerspannung den Erregerstrom wieder erhöht. Auf diese Art kommt eine Zweipunktregelung wie bei einem Tirillregler zustande, die einen geschwächten Mittelwert des Feldes ergibt. 



   Fig. 3 zeigt eine Schaltung mit Transduktoren. 



   Es ist wiederum nur der Stromwandler der Phase R gezeichnet, die beiden andern Phasen sind gleichartig ausgeführt. Der Stromwandler hat eine Primärwicklung 22 und zwei untereinander gleiche Sekundärwicklungen 23',   23".   An die Sekundärwicklung   23'ist   ein Transduktor   24'und   eine Gleichrichterbrücke 25'angeschlossen. Ist der Transduktor   24'durch   seine Steuerwicklung voll geöffnet, dann bietet er dem Sekundärstrom der Wicklung   23'nur   wenig Widerstand und an seinen Klemmen erscheint nur eine kleine Spannung. 



   Wird der Transduktor durch die Steuerwicklung gesperrt, dann lässt er praktisch keinen Strom durch, der Sekundärstrom muss über die Brücke 25'und als Gleichstrom durch die Erregerwicklung 19'fliessen. Ebenso kann durch Sperren des Transduktors 24" die Erregerwicklung 19"erregt werden. Die Erregerwicklungen   19',     19"sind   so gepolt, dass sie einander entgegengerichtete Erregungen ergeben. Durch die Leitungen   26',   26" werden den Erregerwicklungen die von den Phasen S und T kommenden Erregerstromanteile zugeführt.

   Die Erregung hat also eine bestimmte Richtung, wenn der Transduktor   24'und   die ihm entsprechenden Transduktoren der Phasen S und T gesperrt und Transduktor 24" mit den beiden ihm entsprechenden geöffnet ist und sie hat die umgekehrte Richtung, wenn die Gruppe mit 24" gesperrt und die mit 24'geöffnet ist. Die Schaltung erfordert insgesamt ausser den Stromtransformatoren sechs Transduktoren und sechs Gleichrichterbrücken und zwei voneinander getrennte Erregerwicklungsteile   19'und   19". 



   Wenn es nicht darauf ankommt, dass eine extrem kleine Steuerleistung zum Umkehren des Feldes genügt, dann kann an Stelle der Transduktoren in Sättigungswinkelschaltung auch eine andere, einfachere Transduktorschaltung verwendet werden.



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  Circuit arrangement for reversing the torque of a converter-fed direct current machine
It is already known that the torque of a DC machine, which is fed via a converter with an armature current of a constant direction, can be reversed by the fact that the
Field of the machine is turned.

   It has proven to be advantageous to use the grid control of the converter to keep the current (not the voltage) at a certain value given by the required torque and not to leave the field constant independent of the current and then to reverse the full torque To turn the value of one direction to the full value of the other direction, but to reduce not only the armature current but also the excitation when the torque decreases, so that a constant change of the field is 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 design the motor as a series motor, because turning the excitation means a switching process in the armature circuit carrying full power.



   The invention relates to a circuit arrangement with which it is possible to give the motor a series connection behavior and to reverse its excitation, whereby only a power in the order of magnitude of the excitation power, and this only in alternating current circuits, is switched, so that grid-controlled discharge vessels or Transductors can be used. According to the invention, the excitation power of the DC machine on the AC side of the converter is taken from the converter via current transformers and fed to the excitation winding via controllable discharge paths or transducers so that the excitation current, which is at least approximately proportional to the armature current, can be reversed by controlling these controllable elements.



   Fig. 1 shows such a circuit.



   The three-phase network RST feeds the grid-controlled converter 2 via the transformer 1 and this supplies the current for the DC machine 3. The secondary winding of the transformer 1 connected to the converter is drawn with six-phase zero-point connection, but the following also applies to all other six-phase circuits. Of the six anodes of the converter, only two are shown connected to opposite phases for the sake of clarity. The excitation winding of the machine 3 is excited via current transformers 4, 5, 6, which are in the primary lines of the transformer 1, with a current approximately proportional to the armature current. For this purpose, each current transformer has a secondary winding with a center tap that is connected to one end of the excitation winding.

   Each end of the secondary winding is connected to the other end of the excitation winding 19 via controllable discharge vessels (thyratrons) connected in opposite directions. When all four valves of phase R are open, the secondary winding of the converter carries a current proportional to the primary current in the short circuit. If the valves 9, 10 are now blocked, then one half-wave flows from the center through the valve 7 and the excitation winding back to the center, the other half-wave flows through the valve 8 and in the same direction through the excitation winding. The phases S and T also supply their share of the excitation current when the valves 13, 14 and 17, 18 are blocked. However, if the valves 7, 8, 11, 12, 15, 16 are blocked instead, then the excitation has the opposite direction.

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   Instead of the current transformers in the primary windings of the transformer, transformers can also be used in the anode lines. It is useful to switch two opposite phases on two primary windings of the same transducer so that they magnetize in opposite directions. This creates a
DC saturation of the converter avoided. This results in a total of three transducers, one of which (20) is drawn. Their secondary windings are also to be switched to the excitation winding via valves, as described above for the converters in the primary lines. The transducers in the anode lines give an excitation that is more precisely proportional to the armature current than the transducers in the primary lines because the magnetizing current of the transformer does not flow through them.



   The device described makes it possible to turn the excitation at any value of the armature current by simple grid control of the valves. Preferably, the zero crossing of the
Stromes waited, but the turning could z. B. can also be carried out at rated current. Are z. B. the valves 7, 8, 11, 12, 15, 16 open and 9, 10, 13, 14, 17, 18 blocked, then by opening the second group the field winding can be short-circuited via the valves and the Excitation current decays with its time constant. But if the first group is blocked at the same time, then the
Current transformer, with all the voltage available to it, a reversal of the current despite the inductance of the winding. To avoid overvoltages, the field protection resistor 21 is provided.



   In the circuit according to FIG. 1 only six of the discharge vessels have a common cathode potential, so that they can be controlled with a common grid voltage source, the others have different potentials, which makes their control cumbersome. Fig. 2 shows a circuit using the example of the current transformer of phase R, in which the two valve groups for the two directions of excitation each have a common cathode potential. However, this comes at the expense of the number of secondary windings in the converter. As in the circuit of FIG. 1, by locking the
Valves 9, 10 (and the corresponding other phases) generate the excitation current in one direction (above plus) and by blocking the other group excitation current in the other direction.

   The six vessels of a group can, however, also be combined here to form a six-anode vessel with a common cathode, as can those of the other group.



   If the excitation of the motor is to be weakened in order to take advantage of its overload capacity or to prevent the converter from falling over when the energy is returned, i.e. if it is working as an inverter, this can be done in such a way that two operating states meet in quick succession alternate: in the first operating state, both groups of discharge paths are permeable, so that the excitation is short-circuited and its time constant decays; in the second operating state, one group is blocked so that the current transformer voltage increases the excitation current again. In this way, a two-point control like a Tirill controller comes about, which results in a weakened mean value of the field.



   Fig. 3 shows a circuit with transducers.



   Again, only the current transformer of phase R is drawn, the other two phases are designed in the same way. The current transformer has a primary winding 22 and two identical secondary windings 23 ', 23 ". A transducer 24' and a rectifier bridge 25 'are connected to the secondary winding 23'. If the transductor 24 'is fully opened by its control winding, it supplies the secondary current the winding 23 'has little resistance and only a small voltage appears at its terminals.



   If the transducer is blocked by the control winding, then it lets practically no current through, the secondary current must flow via the bridge 25 'and as a direct current through the excitation winding 19'. Likewise, by blocking the transducer 24 ″, the excitation winding 19 ″ can be excited. The excitation windings 19 ', 19 "are polarized in such a way that they result in mutually opposing excitations. The excitation current components coming from the phases S and T are fed to the excitation windings through the lines 26', 26".

   The excitation thus has a certain direction when the transductor 24 'and the transducers of phases S and T corresponding to it are blocked and the transductor 24 "with the two corresponding ones is open and it has the opposite direction when the group is blocked with 24" and which is open at 24 '. In addition to the current transformers, the circuit requires a total of six transducers and six rectifier bridges and two exciter winding parts 19 ′ and 19 ″ that are separate from one another.



   If it is not important that an extremely small control power is sufficient to reverse the field, then another, simpler transducer circuit can be used instead of the transducers in the saturation angle circuit.

 

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