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Halbleiteranordnung zur Regelung des Stromes für einen mit einem
Bremsventil versehenen Gleichstrommotor
Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelanordnung für Gleichstrommotoren mit zerhackten
Strömen oder Impulsen, insbesondere für über eine Impulssteuerung mit Nutzbremsung arbeitende
Motoren, die mit den Abwicklern von Maschinen für die Behandlung von Stahlblechen gekuppelt sind.
Es ist eine Steuerung von mit zerhackten Strom gespeisten Gleichstrommotoren bekannt, welche die zurückgewonnene Energie aufbraucht. Die Erfindung benutzt eine ganz ähnliche Ausbildung in einem System zur Drehmomentsteuerung für eine Anlage mit einem Gleichstrommotor, welches zur
Aufnahme der zurückgewonnenen Energie benutzt werden kann, um den Wirkungsgrad und die Wirtschaftlichkeit der Anlage zu erhöhen.
Die Erfindung bezweckt die Verbesserung einer solchen mit Impulsen arbeitenden Halbleiter-Regelanordnung für einen Gleichstrommotor, welcher einer Anordnung von mehreren gleichrichtergespeisten Motoren angehört, wobei der gerege te Gleichstrommotor ein häufig mit Nutzbremsung arbeitender Motor ist, derart, dass die so erzeugte elektrische Energie auf das Speisenetz eines andern Motors grössere Leistung übertragen werden kann.
Dies wird bei einer Halbleiteranordnung zur Regelung des Stromes für einen mit einem Bremsventil versehenen Gleichstrommotor, enthaltend einen Gleichstrom-Hauptmotor, der von einer Hauptstromquelle mit veränderlicher Gleichspannung gespeist wird, bei welchem geregelten Gleichstrommotor, dessen Leistung geringer ist als die Leistung des Hauptmotors, ein erster Stromkreis mit einem mit einer Löschdrossel in Serie geschalteten Treibthyristor und einen zweiten Stromkreis mit einem mit einer weiteren Löschdrossel in Serie geschalteten Bremsthyristor vorgesehen sind, wobei die letztgenannte Löschdrossel mit der Löschdrossel des ersten Stromkreises magnetisch gekoppelt ist und die beiden Stromkreise in Serie zwischen die Speiseklemmen des Hauptmotors geschaltet sind, einen mit dem ersten bzw.
zweiten Stromkreis parallelgeschalteten ersten und zweiten Löschkondensator, eine in Serie mit dem geregelten Gleichstrommotor geschaltete Drossel parallel dem zweiten Stromkreis, eine Nutzbremsstufe parallel dem ersten Stromkreis mit einer Sperrdiode, deren Polarität entgegengesetzt jener des Treibthyristors ist, und eine gemeinsame zum Arbeit-un Bremsbetrieb dienende Zweipunktsteuerstufe für die abwechselnde Zündsteuerung des Treib-und Bremsthyristors, erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass eine Hilfs-Gleichstromquelle für die Aufladung des ersten und zweiten Löschkondensators und zumindest ein ein-oder mehrteiliges Dioden-Sperrglied zwischen einer den Anschlussklemmen der Hauptstromquelle und einer Anschlussklemme der Hilfsstromquelle vorgesehen ist bzw. sind, wobei die Polarität des Dioden-Sperrgliedes entgegengesetzt jener der Hilfsstromquelle ist.
Dies ergibt den Vorteil, dass in Verbindung mit der erfindungsgemässen Anordnung eine Hauptstromquelle mit veränderbarer Spannung verwendet werden kann, da die erfindungsgemäss vorgesehene Hilfsstromquelle zur Ladung der beiden Löschkondensatoren bei beliebiger Spannung der Hauptstromquelle herangezogen wird. Alle bekannten Einrichtungen dieser Art arbeiteten bisher mit einer Gleichstromquelle von konstanter Spannung.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Ausbildung ist darin gelegen, dass die durch die
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Nutzbremsung des geregelten Motors rückgewonnene Energie einem Hauptmotor zugeführt werden kann, der selbst mit veränderlicher Spannung angespeist wird.
Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann als Dioden-Sperrglied eine Gleichrichterbriicke dienen, deren Gleichstromklemmen in Serie mit dem zweiten Stromkreis geschaltet sind und deren Wechselstromeingangsklemmen über einen Schalter mit einer Wechselstromquelle verbunden sind. Diese Gleichrichterbrücke dient zur Spannung des Stromes der Hilfsstromquelle und zur Lieferung einer negativen Spannung, um den geregelten Motor mit umgekehrter Drehrichtung und geringer Drehzahl anzutreiben.
Bei Verwendung der erfindungsgemässen Anordnung für eine Bandabwickelanlage, bei der das Bandmaterial von einer Spule abgewickelt und einer Maschine zugeführt wird, wobei der Hauptmotor das Band antreibt und der geregelte Gleichstrommotor mit der Spule gekoppelt ist und als Bremsmotor wirkt, und die einen mechanischen Zugspannungs-Istwertgeber in Form einer vom Band getragenen Tänzerwalze aufweist, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass an den mechanisch-elektrischen Zugspannungs-Istwertgeber ein elektrischer Zugspannungsvergleicher angeschlossen ist, von dem über einen Motorstrom-Istwertgeber die Zweipunktsteuerstufe steuerbar ist (Fig. 6).
Die Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel näher beschrieben.
In den Zeichnungen bilden die Fig. 1 und 6 zusammen eine Schaltung einer erfindungsgemässen Regelanordnung für Elektromotoren ; Fig. 2 zeigt einen Teilabschnitt der Schaltung bei seiner Anwendung auf eine durch eine Spule gespeiste Maschine, z. B. einer Bandabwickelanlage ; die Fig. 3, 4 und 5 zeigen Schaubilder der Stromregelung unter verschiedenen Betriebsbedingungen.
Die dargestellte Ausführung umfasst einen Gleichstromhauptmotor --2-- und einen abbremsbaren, geregelten Gleichstrommotor--3--. In einer typischen Anlage kann das Verhältnis der Leistungen dieser Motoren etwa 10 : 1 betragen. So kann z. B. der Hauptmotor--2--eine Leistung von 250 PS und der geregelte Motor eine Leistung von 25 PS haben.
Die elektrische Energie für das Motorsystem wird einer Drehstromquelle mit den Netzleitern - Li, L : ! und L3 -- entnommen. Eine gesteuerte Drehstromgleichrichterbrücke üblicher Bauart mit Gleichrichterdioden-4, 5 und 6-und Thyristoren--7, 8 und 9-liefert einem positivem Leiter --10-- und einem negativen Leiter--11--Gleichstrom.
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der Thyristoren-7, 8 und 9-durch Leiter--13, 14 und 15-verbunden. Ein Leiter-16verbindet die Zündkreise mit den Kathoden der Thyristoren--7, 8 und 9--. Die Zündschaltung --12-- ist so regelbar, dass die Thyristoren in jeder Phase mit dem gewünschten Phasenwinkel gesteuert werden, so dass sie während regelbarer Abschnitte der Stromhalbwellen in jeder Phase des Drehstromeinganges leiten, wodurch die Ausgangsgleichspannung nach Belieben verändert wird.
Eine sogenannte "Freilaufdiode" --17-- schützt die Gleichrichterbrücke gegen die Rückwärtsspannungen und trägt zum Schutz der Thyristoren--7, 8 und 9--gegen Fehlzündungen
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--18-- verbindetMotor--3--und dem andern Hauptspeiseleiter--11--desselben in Reihe geschaltet. Der Speisekreis des Motors -3-- enthält also den Leiter den Widerstand-24--, den Motor
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undUmschaltdrossel--26--mit auf einen gemeinsamen Kern aufgewickelten Wicklungen--26a und 26b--. Die Drosselspule --26-- braucht natürlich nicht unbedingt'mit einer Mittelanzapfung versehen zu sein, und die Wicklungen--26a und 26b--können getrennte Wicklungen sein.
Ausserdem können sich die Wicklungen--26a und 26b-- auf der andern Seite der mit diesen Wicklungen in Reihe geschalteten Thyristoren--21 und 22--befinden. So kann im besonderen die Wicklung - 26a-mit der Anode des Thyristors --21-- und die Wicklung-26b-mit der Kathode des Thyristors --22-- verbunden sein.
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Wie dargestellt, verläuft vorzugsweise ein Zweig des Speisekreises von dem positiven Leiter --19-- über eine Diode-27-, den Thyristor --21--, eine sättigbare Drossel --28-- und die Wicklung --26a-- zu dem Mittelpunkt--25--. Der andere Zweig verläuft von dem Mittelpunkt --25-- über die Wicklung --26b--, eine sättigbare Drossel-29--, den Thyristor --22-- und
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--30-- zu--25-- und die Kathode des Thyristors--22--geschaltet.
Ein Stromkreis zur Vorladung der Kondensatoren--31 und 32--ist mit der Anode des Thyristors --21-- und der Kathode des Thyristors --22-- verbunden. Dieser Vorladekreis gewährleistet eine Ladung der Kondensatoren--31 und 32-- bei beliebiger Spannung der Leiter --19 und 11--.
Die Primärwicklung eines Transformators--33--wird durch die Netzleiter--L und L3 -- gespeist. Die Sekundärwicklung dieses Transformators--33--ist an die Eingangsklemmen einer Gleichrichterbrücke --34-- angeschlossen, deren positive Ausgangsklemme über einen Widerstand --35-- mit der Anode des Thyristors --21-- verbunden ist, während ihre negative
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--22-- angeschaltet--27-- und der Gleichrichterbrücke --30-- sind so gewählt, dass der von der Brücke-34- kommende Vorladestrom nicht die Leiter-19 und 11-erreichen kann.
Ein Widerstand --36-- und eine Diode --37-- sind in Reihe zwischen den Mittelpunkt --25-- und den Leiter --19-- geschaltet. Ebenso sind ein Widerstand --38-- und eine Diode --39-- zwischen den Mittelpunkt --25-- und den Leiter --11-- geschaltet.
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- 11-- eingeführt. Die Wirkung dieser Schaltung ist weiter unten genauer erläutert. Die negative Klemme der Brücke --30-- ist mit der Kathode des Thyristors --22-- und ihre positive Klemme mit dem Leiter--11--verbunden. Die Wechselstromeingangsklemmen der Brücke --30-- sind mit der Sekundärwicklung eines Transformators --40-- verbunden, dessen Primärwicklung über einen Schalter --41-- von einer Wechselstromquelle--42--gespeist wird.
Wenn der Schalter--41-
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ausserdem an ihren Klemmen eine Gleichspannung.
Fig. 6 zeigt eine den Strom regelnde Zündschaltung zur Steuerung der Thyristoren--21 und 22--.
Eine Gleichstromquelle--43--besitzt eine mit einem negativen Leiter --44-- verbunden
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--45-- verbundeneWiderstand--50--zwischen die Leiter--44 und 45--geschaltet. Wie in Fig. 2 dargestellt, kann der Schleifer --51-- mechanisch mit einer Tänzerwalze-52-gekuppelt werden, um die Zugspannung eines Werkstoffbandes --53--, z.B. eines Stahlbandes in einer Maschine zur Bearbeitung des Stahls, festzustellen. Wie in Fig. 2 dargestellt, treibt der Hauptmotor --2-- ein Walzenpaar --54-- an,
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Feststellung der Spannung des Bandes --53--.
Der Schleifer --51-- ist durch einen Leiter--60-- (Fig. 6) mit dem den geregelten Motor --3-- mit dem Widerstand-24- (Fig. l) verbindenen Leiter verbunden. Das andere Ende des Widerstandes --24-- ist an einen Leiter--61--angeschlossen, welcher über einen Widerstand --62-- mit dem Mittelpunkt --63-- eines Spannungsteilers verbunden ist. Dieser Spannungsteiler wird durch einen Widerstand-64--, ein Potentiometer--65--, ein Potentiometer --66-- und
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einen Widerstand --67-- gebildet und ist zwischen die Leiter-46 und 44-- (Fig.6) geschaltet. Ein Kondensator --68-- liegt zwischen dem Mittelpunkt --63-- und dem Leiter--44--.
Die Kombination des Widerstandes --62-- und des Kondensators--68--dient zur Filterung der vorübergehenden Störerscheinungen oder der von dem Signal des Stromes des Motors in dem Leiter --61-- herrührenden Oberwellen.
Der Schleifer-69-des Potentiometers-65-ist über einen Widerstand --70-- mit der
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6)Transistors --79-- mit dem Leiter-46-. Der Kollektor des Transistors --79-- ist noch mit der Basis eines Transistors --83-- der Type PNP zur Umkehr des Signals des Transistors-79verbunden. Der Emitter des Transistors --83-- ist über einen Widerstand --84-- mit dem Leiter - verbunden. Ein Belastungswiderstand --85-- ist zwischen den Kollektor des Transistors --83-- und den Leiter--44--geschaltet. Ein Widerstand --86-- vereinigt den Kollektor des Transistors --83-- mit der Zündelektrode eines Thyristors-87-.
Die Thyristoren-76 und 87-und die ihnen zugeordneten Stromkreise bilden eine Kippschaltung bekannter Bauart, in welcher die Thyristoren--76 und 87--abwechselnd leitend gemacht werden. Die Anoden der Thyristoren--76 und 87--sind mit dem Leiter --45-- über Belastungswiderstände --88 bzw. 89-verbunden. Die Kathoden der Thyristoren-76 und 87-sind miteinander und mit dem Leiter --44- über eine Diode--90--verbunden. Ein Widerstand - ist zwischen den Leiter --45-- und die Kathoden der Thyristoren-76 und 87-geschaltet. Der Widerstand--91--und die Diode--90--liefern den Stromkreisen Kathode-Zündelektrode der Thyristoren--76 und 87-eine geringe Vorspannung in der
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die Anoden der Thyristoren--76 und 87--geschaltet.
Bekanntlich ermöglicht die obige Schaltung, die Leitfähigkeit eines der Thyristoren --76 und 87--in dem Augenblick zu unterbrechen, in welchem der andere gezündet wird. Wenn sich z. B. der Thyristor --76-- in leitendem Zustand und der Thyristor --87-- im Sperrzustand befindet, lädt sich der Kondensator --92-- über den Widerstand-89-, den Widerstand-93-, den Thyristor --76-- und die Diode--90--. Wenn der Thyristor --87-- gezündet wird, erzeugt die Entladung des Kondensators --92- einen plötzlichen Spannungsabfall an der Anode des Thyristors--76--, welcher für seine Sperrung ausreicht.
Die Anoden der Thyristoren --76 und 87-sind mit den Emitter von Doppelbasisdioden-94 und 95-durch Dioden--96 bzw. 97-verbunden, um das Arbeiten eines entsprechenden Paares von identischen Kippschwingern mit Doppelbasisdioden bekannter Bauart zu steuern. Ein mit dem Leiter--44--verbundener Kondensator--98--lädt sich über einen mit dem Leiter --45-verbundenen Widerstand-99--. Die Verbindungsstelle zwischen dem Widerstand --99-- und dem Kondensator --98-- ist mit dem Emitter der Doppelbasisdiode --95-- verbunden.
Der Basiskreis verläuft von dem Leiter --45-- zu dem Leiter --44-- über einen Widerstand-100--, die Basis zwei und die Basis eins der Doppelbasisdiode--95--und die Primärwicklung, eines Impulstransformators--101--. Wenn sich der Kondensator--98--soweit auflädt, dass der Emitter
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--101--,Kondensator --98-- überbrückt und der Schwinger blockiert wird.
Ebenso empfängt der Thyristor--21--durch Leiter--104 und 105-- Zündimpulse von einem gleichartigen Kippschwinger mit einem Widerstand-106--, einem Kondensator-107-, einem Widerstand --108-- und einem Impulstransformator-109--. Dieser Schwinger liefert
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