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Schaltanordnung zur Umkehr der Erregungsrichtung einer elektrischen Maschine Wenn die Erregung einer elektrischen Maschine über Transduktoren und ungesteuerte Gleichrichter ge- speist wird, kann sie mit geringer Steuerleitung geregelt werden, sie kann jedoch nicht ohneweiters um- gekehrt werden, weil die Stromrichtung durch die Ausgangsgleichrichter des Transduktors festgelegt ist.
Es ist bekannt, zur Überwindung dieser Schwierigkeit Brückenschaltungcn zu verwenden, doch brauchen diese eine Typenleistung der Transduktoren und Gleichrichter, die der vierfachen Erregerleistung ent- spricht.
Einè andere bekannte Lösung besteht darin, dass die Maschine mit zwei Erregerwicklungen versehen wird, deren jede die volle Erregung einer Richtung liefern kann und deren jede über einen Magnet- verstärker und Gleichrichter gespeist wird. Die Steuerwicklungen beider Magnetverstärker sind parallel oder in Reihe geschaltet. Hat nun der Steuerstrom eine bestimmte Richtung, dann sperrt er den einen
Transduktor völlig und öffnet den andern ganz oder teilweise. Die zugehörige Erregerwicklung ist stromdurchflossen und liefert AW einer Richtung. Wird nun der Steuerstrom vermindert, dann vermindert sich auch der Erregerstrom.
Beim Steuerstrom Null führen beide Erregerwicklungen nur den Reststrom der völ- liggesperrten Transduktoren, wenn sich aber der Steuerstrom umkehrt, dann öffnet der vorher gesperrt gewesene Transduktor und es fliesst Strom in der vorher ganz oder fast stromlosen Erregerwicklung, während die vorher stromdurchflossene Wicklung nur mehr den ganz kleinen Reststrom des gesperrten Transduktors führt. Da diese nun stromdurchflossene Wicklung aber AW umgekehrter Richtung erzeugt, hat sich die die Maschine magnetisierende AW-Summe umgekehrt. Wenn die Vorströme der Transduktoren richtig einge- stelltsind, geht der Nulldurchgang der AW-Summe und deren Umkehr stetig und proportional zum Steuerstrom vor sich.
Im stationären Betrieb ist also immer nur eine der Erregerwicklungen stromdurchflossen, die andere ist praktisch stromlos.
Bei plötzlicher Stromzunahme in der einen Wicklung wird infolge der engen transformatorischen Kopplung in der andern Wicklung eine Spannung induziert, die eine solche Richtung hat, dass sie durch den Ausgangsgleichrichter ihres Transduktors einen Strom treiben kann. Durch diesen Kurzschlussstrom wird die Zeitkonstante der Feldzunahme vergrössert, u. zw. im Verhältnis des Gewichtes der beiden stromdurch- flossenen Wicklungen zu dem Gewicht, das eine Erregerwicklung für nur eine Richtung hätte. Für geregelte Antriebe ist diese Erhöhung der Zeitkonstanten sehr unerwünscht.
Die Möglichkeit der stetigen Erregungsumkehr muss also durch folgende Nachteile erkauft werden :
1. Zwei Erregerwicklungen, jede für die volle Erregung, vergrössern und verteuern die Maschine.
2. Es müssen zwei Transduktoren, jeder für die volle Erregerleistung verwendet werden.
3. Die Zeitkonstante des Erregerkreises wird grösser.
Es ist das Ziel der Erfindung, eine stetige Erregungsumkehr zu ermöglichen, die frei von diesen Nachteilen ist. Zu diesem Zweck wird in der eben geschilderten Schaltung zwischen jeden der beiden Transduktoren und den zugehörigen Erregerwicklungsteil ein Schützenpaar geschaltet, mit dem der vom Aus- gangsgleichrichter des Magnetverstarkers gelieferte Strom wahlweise in jeder der beiden Richtungen durch den Wicklungsteil geschickt werden kann. Die Transduktoren und die Erregerwicklungsteile sind so bemessen, dass jeder Teil für sich nur die Hälfte der für div volle Erregung der Maschine notwendigen AW
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liefern kann.
Dazugehört nun folgende Betriebsweise : In der Umgebung der Gesamterregung Null sind die
Schütze so eingeschaltet, dass die beiden Erregerwicklungsteile einander entgegenwirken, genau so, wie es eingangs beschrieben ist, so dass auch ein stetiger Nulldurchgang und eine stetige Erregungs-Umkehr stattfinden. Bis zum halben Wert der vollen Maschinenerregung in jeder der beiden Richtungen ist keine weitere Massnahme notwendig, denn eine Steuerspannung bestimmter Richtung sperrt ja den einen Trans- duktor völlig und öffnet gleichzeitig den andern bis zu seiner maximalen Ausgangspannung, wodurch die eine Hälfte der Erregerwicklung mit ihrem vollen Strom versorgt wird, während die andere Hälftestrom- los bleibt.
Solldie Erregung in einer Richtung aber über die Hälfte steigen, steigt also die Steuerspannung weiter an, dann wird der für die andere Richtung vorgesehene und zunächst gesperrte Transduktor mit Hil- fe seiner beiden Schütze so an seinen Erregerwicklungsteil geschaltet, dass die Erregungsrichtungen beider
Wicklungsteile gleiche Richtung haben. Gleichzeitig werden auch die Steuerwicklung und die Vorstrom- wicklung des zweiten Transduktors so umgeschaltet, dass er bei weiterem Ansteigen der Steuerspannung wieder öffnet und-nun den zweiten Erregerwicklungsteil bis zu seinem vollen Wert erregt, so dass die Ma- schine insgesamt ihre volle Erregung erhält.
Die Schütze schalten also immer nur den gesperrten Trans- duktor praktisch stromlos, der Übergang von der Erregung mit einem Transduktor auf die Erregung mit beiden Transduktoren geht ebenso stossfrei und stetig vor sich, wie der Nulldurchgang.
Um den Preis des Mehraufwandes von 4 Schützen (oder 2 Umkehrschützen) werden also folgende Vor- teile erreicht :
1. Die Maschine hat eine geteilte, aber insgesamt nur für die einfache Erregung bemessene Erreger- wicklung, sie ist also nicht grösser als eine Maschine für nur eine Erregungsrichtung.
2. Es sind zwei Transduktoren notwendig, aber jeder ist nur für die halbe Erregerleistung bemessen.
3. Da das gesamte Kupfergewicht der Erregerwicklung nicht grösser ist als bei einer Maschine für nur eine Erregungsrichtung, ist keine Vergrösserung der Erregerzeitkonstanten z. u befürchten.
In der Fig. 1 ist ein Schaltbild als Beispiel und in Fig. 2 die Wirkungsweise an Hand der Kennlinie dargestellt.
In der Schaltung nach Fig. l speisen die Transduktoren 1, 2 über die Umkehrschütze 3,5 bzw. 4,6 die Erregerwicklungsteile 7,8 der Maschine M. Im Ruhezustand sind die Schütze 3,4 von der Hilfsspannung 23 erregt und sie halten ihre Kontakte geschlossen. Die Schütze 5,6 sind offen. In den Vór5tromwicklungen 13, 14 der Transduktoren fliessen von der Hilfsspannung 23 über die Widerstände 19,21 bzw. 20,22 getrieben so grosse Ströme, dass die Transduktoren gerade gesperrt sind. Erscheint nun an der Steuerspannungsschiene 24 eine Spannung z. B. mit einer Polarität, die den nicht eingeklammerten Zeichen entspricht, dann fliessen in den Steuerwicklungen 15, 16 Steuerströme über die geschlossenen Ruhekontakte 53 bzw.
63 der Schütze 5 und 6, die die eingetragene Richtung haben. Dies bedeutet für den Transduktor 1 Öffnen, für den Transduktor 2 verstärkte Sperrwirkung. Der Transduktor 1 liefert Strom in die Erregerwicklung 7, die die Maschine M in der durch den Pfeil bezeichneten Richtung erregt. Würde die Steuerspannung kleiner, um schliesslich ihre Richtung umzukehren, dann würde der Transduktor 1 sperren und anschliessend 2 öffnen, so dass die Maschine durch die Wicklung 8 umgekehrt erregt wird.
Steigt jedoch die Steuerspannung in der alten Richtung weiter an, dann wird schliesslich das Schütz 6, dessen Spule an die Schiene 9 angeschlossen ist, geschlossen. Dabei öffnet es seinen Hilfskontakt 61, so dass das Schütz 4 abfällt. Diese Umschaltung geht also im gesperrten Zustand des Transduktors praktisch stromlos vor sich. Da sich die Kontaktzeiten der Schütze übergreifen, wird der Ausgang des Transduktors 2 kurzzeitig kurzgeschlossen und es kann der kleine Widerstand 12 vorgesehen werden, um jeden Stromanstieg zu unterdrücken. Durch die Umschaltung der Schütze 4,6 ist auch der Steuerstrom des Transduktors 2 mittels der Hilfskontakte 41, 63 gewendet worden.
Da 6 zuerst schliesst, bevor 4 öffnet, öffnen die Ruhekontakte 63 bevor die Ruhekontakte 41 schliessen, so dass der Steuerstrom in der Wicklung 16 kurzzeitig unterbrochen und ein Kurzschluss der Steuerstromschiene 24 vermieden wird. Nach dem Wenden hat der Steuerstrom in der Wicklung 16 eine solche Richtung, dass er versucht, den Transduktor 2 zu öffnen.
Damit dies nicht plötzlich geschieht, wird gleichzeitig mit dem Schliessen des Schützes 6 der Vorstrom erhöht, indem der Vorwiderstand 20 im Vorstromkreis durch den Hilfskontakt 64 des Schützes 6 überbrückt wird. Die erhöhte Sperrwirkung des Vorstromes ist so bemessen, dass der Transduktor 2 erst bei weiterem Ansteigen der Steuerspannung öffnet, am besten bei jenem Wert der Steuerspannung, bei dem der Transduktor 1 in die Sättigung übergeht.
Damit bei Ansteigen der Ausgangsspannung des Transduktors 2 das Schütz 5 nicht fälschlich geschlossen wird, wird dessen Spulenkreis durch den Hilfskontakt 62 des Schützes 6 unterbrochen, wenn dieses Schütz anspricht.
In Fig. 2 sind die Kennlinien der Anordnung eingetragen. Die Ausgangsspannungen der Transduktoren
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gesetzt ist, dass die Vorströme so gewählt sind, dass bei der Steuerspannung Null beide Transduktoren fast völlig gesperrt sind. Die Erregerströme in den beiden Erregerwicklungen 7 und 8 sind verhältnisgleich der
Ausgangsspannung und die Summenerregung der Maschine M ist als gestrichelte Linie mit 1 AW bezeich- net, eingetragen. Erreicht die Steuerspannung in positiver oder negativer Richtung den Wert uS1, dann wird die Ausgangsspannung an der Schiene 9 bzw. 10 so hoch, dass das Schütz 5 bzw. 6 anspricht. Damit wird die Kennlinie 2'nach 2"bzw. l'nach l"umgepolt und durch den höheren Vorstrom verschoben.
Beim Wert u n beginnt dann auch der umgepolte Transduktor an der Erregung teilzunehmen. Wenn sich die Steuerspannung wieder vermindert, geht der Übergang im Bereich des Wertes us2 ebenso kontinuierlich vor sich wie beim Anstieg. Das Schütz 6 wird allerdings, entsprechend seinem Halteverhältnis, erst bei einer Steuerspannung abfallen, die kleiner ist als usai. Auf jeden Fall aber geschieht dies in dem Bereich, in dem der Transduktor 2 gesperrt ist und vor dem Nulldurchgang, so dass der Übergang auf die Gegen- schaltung der beiden Wicklungstelle und das Wenden der Summen AW wiederum stossfrei und stetig vor sich geht.
Statt das Ansprechen der Umschalteinrichtung von der Ausgangsspannung der Transduktoren abhängig zu machen, kann es auch von der die Steuerspannung us liefernden Einrichtung selbst oder von der Span- nung der Maschine M eingeleitet werden. Strom-oder Spannungsgegenkopplung der Steuerwicklungen ist in der üblichen Weise anwendbar, sie ist nur der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet. Allerdings wird im Falle der Verwendung einer Gegenkopplung das Verschieben des Einsatzpunktes des umgepolten
Verstärkers bis zur Steuerspannung u, zweckmässig nicht durch Erhöhen des Vorstromes, sondern durch Einschalten einer Spannungsschwelle im Kreis der Steuerwicklung erzielt, die so gross ist, dass ein Steuer- strom erst zu fliessen beginnt, wenn die Steuerspannung den Wert us2 Überschreitet.
Statt die Schütze so' zu steuern, dass sich ihre Kontaktzeiten überlappen, dass also der gesperrte Transduktor kurzzeitig kurzgeschlossen wird, können die Schutze auch so gesteuert werden, dass sie den Transduktor kurzzeitig von der Erregerwicklung abschalten. Statt der Reihenwiderstände 11 und 12 werden dann zweckmässig Grundlastwiderstände an die Sammelschienen 9 und 10 angeschlossen.
Die Art der Kontakteinrichtung und die Einzelheiten ihrer Steuerung sind für die Erfindung nicht wesentlich. Wesentlich ist nur, dass mit Hilfe der mechanischen Kontakteinrichtung die geschilderte Betriebsweise und damit die Verminderung des Aufwandes an Erregerwicklungen und Erregerstromquellen erreicht wird. Für die Erfindung ist es auch nicht wesentlich, ob als Erregerstromquellen Transduktoren verwendet werden, wohl aber, dass es steuerbare Wechselspannungsquellen sind, die die Erregerleistung über ungesteuerte Gleichrichter liefern, denn das durch die Erfindung gelöste Problem entsteht gerade dadurch, dass die Richtung des von einem ungesteuerten Gleichrichter gelieferten Stromes nicht umgekehrt und dass ein von der Gleichstromseite herrührender Strom in der Durchlassrichtung der Ventile nicht gesperrt werden kann.