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Einrichtung zur Kompoundierung eines durch Umkehrstromrichter gespeisten fremderregten Gleichstrommotors
Durch die franz. Patentschrift Nr. 985.675 und die brit. Patentschrift Nr. 670. 545 ist es bekannt gewor- den, einen über einen Stromrichter gespeisten fremderregten Gleichstrommotor mit zwei Feldwicklungen auszurüsten, von denen die eine vom Ankerstrom durchflossen und die andere konstant erregt wird. Eine solche Anordnung lässt sich aber nicht verwenden, wenn, wie es beispielsweise bei Antrieben von Reversiergerüsten von Walzwerken der Fall ist, zur Drehrichtungsumkehr ein Umkehrstromrichter benutzt wird, weil die Kompoundwirkung nur in einer Drehrichtung feldverstärkend, d. h. stabilisierend, in der andern
Drehrichtung dagegen feldschwächend wirken und deshalb die Instabilitätverstärken würde.
Da eine Um- polung der Kompoundwicklung wegen der dabei notwendigen Unterbrechung des Ankerkreises in den mei- sten Fällen aus betrieblichen Gründen nicht möglich ist, verwendet man für derartige Zwecke fast immer
Nebenschlussmotoren ohne Kcmpoundwicklung. Derartige Motoren sind jedoch bekanntlich instabil, d. h. ihre Drehzahl steigt mit der Last. Um mit derartigen Umkehrmotoren eine lastunabhängige Drehzahl zu erhalten, hat man bisher entweder eine Drehzahlregelung zu Hilfe genommen, oder man hat Stabilisierungswiderstände in den Ankerkreis gelegt, die durch Schütze gesteuert wurden ; man hat auch bei Leonardschaltungen den Generator gegenkompoundiert.
Die Erfindung löst das Problem der Kompoundierung von durch Umkehrstromrichter gespeisten fremderregten Gleichstrommotoren indirekt auf einfache und betriebssichere Weise durch ruhende Mittel, die keinerlei Wartung bedürfen und keinem Verschleiss unterworfen sind. Die Erfindung bestehtdarin, dass der Erregergleichstrom des Motors sich zusammensetzt aus einem festen Grunderregungsanteil und aus einem dem Primärstrom des Stromrichtertransformators proportionalen, lastabhängigen Anteil. Dieser lastabhängige Anteil wird vorteilhaft einem Stromwandler bzw. einem Stromtransformator entnommen, der dem Stromrichtertransformator vorgeschaltet ist. Man kann nun entweder eine vektorielle oder eine algebraische Addition der beiden Erregungsanteile vornehmen und dadurch verschiedene Abhängigkeiten erzielen.
So kann man beispielsweise den Grunderregungsanteil ebenfalls dem Wechselstromnetz entnehmen und ihn einer Primärwicklung des Stromtransformators zuführen. Schaltet man dieser Wicklung eine Drossel vor, so eilt im Stromtransformator der Grunderregungsanteil der Netzspannung um 900 nach. Bei voll ausgesteuertem Stromrichter ist der Laststromanteil in Phase mit der Netzspannung. Nach Gleichrichtung ist daher an der Erregerwicklung die geometrische Summe des Grundanteils und des Laststromanteils wirksam. Der Winkel zwischen den beiden Wechselstromanteilen verkleinert sich, wenn der Stromrichter auf niedrigere Spannung gesteuert wird, d. h. also, bei vorgeschalteter Drossel ist bei niedriger Gleichspannung der laststromabhängige Anteil stärker wirksam als bei voller Aussteuerung des Stromrichters.
Man kann aber statt der Drossel auch einen ohmschen Widerstand verwenden. Dann erhält man die umgekehrte Abhängigkeit, weil die Grunderregung in diesem Fall bei Vollsteuerung in Phase mit dem laststromabhängigen Anteil ist und bei auf niedrige Spannung ausgesteuertem Stromrichter wegen der hiebei auftretenden hohen Blindstromkomponente der lastabhängige Anteil dem Grundanteil in der Phase nacheilt. Daher ist bei niedriger Aussteuerung des Stromrichters die Kompoundierungswirkung geringer als bei voller Aussteuerung.
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Durch Kombination dieser beiden Möglichkeiten, d. h. durch Vorschalten einer Drossel und eines Wi- derstandes vor die Wicklung, durch welche der Grunderregungsanteil in den Stromtransformator eingeführt wird, kann man praktisch jede gewünschte Abhängigkeit der Kompoundierungswirkung vom Aussteuerungs- grad des Stromrichters innerhalb der beiden angegebenen Grenzen erhalten.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Grunderregungsanteil und den laststromabhängigen Er- regungsanteil getrennt gleichzurichten. Dann entsteht durch ihre Überlagerung bzv'. Addition immer die algebraische Summe.
Durch die Erfindung wird es somit ausserdem mit einfachen Mitteln möglich, eine Reihe von Abhän- gigkeitenzuschaffen. so dass für die einzelnenAnwendungsfälle eine Reihe von Möglichkeiten zur Verfügung stehen.
An Hand der Zeichnung, welche einige Ausführungsbeispiele schematisch in einphasige Schaltung veranschaulicht, wird die Erfindung noch näher beschrieben.
In Fig. 1 wird der Anker 1 des Motors M über einen Umkehrstromrichter gespeist, der durch die beiden entgegengesetzt parallel angeordneten gittergesteuerten Entladungsgefässe 2, 2'angedeutet ist. Mit 3 ist der vorgeschaltete Stromrichtertransformator bezeichnet, über den die Energie aus dem nicht näher dar- gestellten Versorgungsnetz zugeführt wird, und 4 ist die Erregerwicklung des Motors. Zwischen Netz und Stromrichtertransformator ist ein Stromwandler bzw. Stromtransformator 5 angeordnet, dessen vom An- kerstrom des Motors durchflossene Primärwicklung mit 6, und dessen Sekundärwicklung mit 7 bezeichnet ist. Der Sekundärstrom wird über einen Gleichrichter 8, beispielsweise einen Trockengleichrichter in Dreh- strom-Brückenschaltung, der Nebenschlusswicklung 4 des Motors zugeführt.
Der Grundanteil für den Er- regerstromwird demdrehstromnetz entnommen und in den Stromtransformator 5 über die Wicklung 9 ein- geführt, so dass in der Sekundärwicklung 7 die vektorielle Summe der in den beiden Wicklungen 6 und 9 fliessenden Ströme induziert wird. Der Wicklung 9 ist eine Drossel 10 vorgeschaltet, so dass der in Wick- lung 9 fliessende Grunderregungsanteil der Netzspannung um 900 nacheilt. i Das Zeigerdiagramm in Fig. 2 veranschaulicht die vektorielle Zusammensetzung des in den einzel- nen Betriebszuständen des Umkehrstromrichters in der Wicklung 7 induzierten Erregerstromes. U veranschau- licht die Richtung der Netzspannung. Mit i9 ist der gegenüber der Netzspannung um 900 phasenverscho- bene Grunderregungsanteil bezeichnet.
Bei voller Aussteuerung des Stromrichters ist der lastabhängige
Stromanteil i6a inPhase mit der Netzspannung. In Wicklung 7 bzw. nacliGleichrichtunginder Erregerwick- lung 4 fliesst daher ein Strom von der Grösse i7a. Bei sehr niedriger Aussteuerung des Stromrichters ist we- gen des dabei auftretenden hohen Blindstromanteils der stromabhängige Anteil i6b annähernd in''hase mit dem Grundanteil i9. Der Erregerwicklung 4 wird daher ein Strom von der Grösse i7b zugeführt.
Wenn der Stromrichter für generatorische Bremsung auf volle Wechselrichterspannung umgesteuert ist, hat der stromabhängige Anteil etwa die bei i6c gezeigte Richtung und der Erregerstrom hat nun etwa die Grö- sse i7c. Bei diesem Besipiel ist vorausgesetzt, dass in allen drei besprochenen Aussteuerungsfällen des
Stromrichters gleiches Moment am Motor verlangt wird, so dass die laststromabhängigen Anteile i6a, i6b, i6c gleich gross sind.
Man erkennt also aus Fig. 2, dass die vektorielle Summe beider Erregungsanteile bei der in Fig. 1 dar- gestellten Schaltung bei voller Aussteuerung des Stromrichters und bei Wechselrichterbetrieb kleiner ist als bei niedriger Aussteuerung, d. h., dass die Kompoundierung bei niedriger Aussteuerung stärker ist als bei Vollaussteuerung und bei generatorischer Bremsung.
Die umgekehrte Abhängigkeit erhält man, wenn statt der Drossel 10 gemäss Fig. 3 ein ohmscher Wi- derstand 11 angeordnet wird. Die übrigen Teile dieser Figur sind die gleichen wie in Fig. 1. Aus dem da- zugehörigen Zeigerdiagramm in Fig. 4 erkennt man, dass nunmehr der Grunderregungsanteil 19 in Phase mit der Netzspannung ist und dass daher bei voller Aussteuerung des Stromrichters der stromrichtungsab- gängige Anteil am Gesamterregerstrom am grössten ist, während bei der niedrigst möglichen Aussteuerung des Stromrichters eine schwächere Kompoundierung zustande kommt. Ausserdem ist bei Wechselrichterbt. - trieb, d. h. bei generatorischer Bremsung, nur die vektorielle Differenz zwischen Grunderregungsanteil und stromabhängigem Anteil wirksam.
Eine weitere Ausführungsmöglichkeit ist in Fig. 5 veranschaulicht. Dort wird der Grunderregungsanteil über einen Transformator 13 und einen Gleichrichter 14, beispielsweise einen Trockengleichrichter in Brückenschaltung, unmittelbar der Erregerwicklung 4 zugeführt. Ausserdem wird in der Sekundärwicklung
7 des Stromtransformators 5 nur der ankerstromabhängige Erregungsanteil induziert. Dieser fliesst über einen weiteren Gleichrichter 12 ebenfalls der Erregerwicklung 4 zu. Die beiden Gleichrichter 12 und 14 können gleichstromseitig beispielsweise in Reihe geschaltet sein, so dass sich die Ausgangsspannungen der beiden Gleichrichter addieren. Es ist aber auch eine Stromschaltung, d. h. Parallelschaltung, möglich.
Da hie-
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bei die Addition auf der Gleichstromseite erfolgt, findet eine algebraische Addition von Grunderregungsanteil und lastabhängigem Anteil statt. Die Kompoundie ung erfolgt immer in gleichem Masse und wirkt ausserdem unabhängig von der Aussteuerung des Stromrichters immer feldverstärkend.
Die Anwendung eines Stromtransformators zur Entnahme des laststromabhängigen Erregungsanteiles hat den besonderen Vorteil, dass Laständerungen besonders rasch zur Wirkung kommen und die verzögernde Wirkung der Erregerinduktivität weitgehend kompensiert wird. Wenn nämlich infolge der Induktivität der Erregerwicklung 4 der Strom in der Sekundärwicklung 7 dem Strom in der Primärwicklung 6 nicht sofort folgt, so entsteht eine entsprechend höhere Spannung, die eine beschleunigte Änderung des Feldes auf den neuen durch den Laststromanteil definierten Wert erzwingt.
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eine Neigung zur Drehzahlerhöhung bei Belastungszunahme zeigen. Wie schon ausgeführt wurde, muss auch bei derartigen Motoren eine eventuell angebrachte Kompoundwicklung umgepolt werden, wenn die Drehrichtung bzw. die Stromrichtung im Anker. geändert wird.
PATENTANSPRÜCHE ;
1. Einrichtung zur indirekten Kompoundierung eines durch Umkehrstromrichter gespeisten fremderregten Gleichstrommotors, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregergleichstrom des Motors sich zusammensetzt aus einem festen Erregungsanteil und aus einem dem Primärstrom des Stromrichtertransformators proportionalen, lastabhängigen Anteil.