Schalthmg für mit Wechselstrom gespeiste Mutatormotoren. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung für von einem Wechselstromnetz gespeiste Mutatormotören in Graetzschaltung, deren Drehzahl der zugeführten Spannung im wesentlichen proportional und von der Netzfrequenz unabhängig ist, und welche zeitweise zur Nutzbremsung dienen.
Bei solchen kollektorlosen Mutatormoto- ren muss bekanntlich der Übergang vom Trei ben zum Bremsen und umgekehrt möglichst einfach und ohne Zuhilfenahme von Relais erfolgen. Zu diesem Zweck ist daher bereits vorgeschlagen worden, jeden Phasenleiter so wohl des speisenden Netzes als auch der Ar beitswicklung des Motors mit mindestens zwei parallel geschalteten Anoden der Muta zoren zu verbinden, von denen jeweils je nach der Richtung des Drehmomentes nur die eine oder die andere arbeitet, wobei die Steuerung jeder Anode durch zwei Steuer spannungen erfolgt,
von denen die eine mit der Frequenz des speisenden Netzes, die andere mit der Frequenz des gespeisten Mo tors pulsiert, wobei die Phasen sowohl der beiden netzfrequenten als auch der beiden motorfrequenten Steuerspannungen der Git ter je zweier paralleler Anoden untereinander symmetrisch zu derjenigen Mittellage liegen, bei welcher die gleichgerichtete Spannung der betreffenden Frequenz gleich' Null ist.
Das Prinzip einer solchen Anordnung ist an Hand der Fig. 1 erläutert. Hierin bedeu tet 1 das den Motor speisende Drehstrom netz, 2 die mit der Arbeitawichlung des Mo- tors verbundenen Sammelschienen, 3 die Ar beitswicklung des Motors, welcher den kon struktiven Aufbau eines normalen Synchron motors aufweist, und 4 bis 9 die sechs Mutatoren, welche zur Steuerung des Motors dienen und die Funktion des Kollektors aus üben.
In diesen sechs Mutatoren 4 bis sind jeweils je zwei Anoden desselben Mütätors parallel geschaltet, wobei beispielsweise die linke Gruppe zu drei Anoden der Abgabe eines Drehmomentes am Motor in der einen Richtung, die rechte Gruppe zu drei Anoden desselben Mutators der Abgabe eines Dreh. momentes in der andern Richtung dient.
Die beiden Anoden-Dreiergruppen desselben Mu- tators sind somit niemals gleichzeitig, son dern nur alternativ in Betrieb. Der Betrieb des Motors gestaltet sich nun folgenderweise:
Mit Hilfe der Gittersteuerung der Muta- toren wird in bekannter Weise jeder der drei Statorwicklungen des Motors 3 im Takte der in ihnen induzierten Wechselspannung ein Wechselstrom zugeführt, wobei jeweils die eine Halbwelle über einen der Mutatoren 4, 5, 6, die andere Halbwelle über die Mutäto= ren 7, 8, 9 fliesst. So fliesst z.
B. in der Phase R der Statorwicklung des Motors Wäh rend der Spannungshalbwelle, welche vom Nullpunkt der Wicklung nach der Sammel schiene 2 gerichtet ist, ein Strom über den Mutator 4.
nach der Wicklung R. Hierbei führt im Mutator 4 bei der gewählten Dreh richtung des Motors beispielsweise die linke Dreiergruppe der Anoden, in zyklischer Reihenfolge Strom, und zwar in der Weise, dass von den drei Anoden derselben Gruppe jeweils diejenige Anode Strom führt, welche die höchste positive Spannung aufweist.
Während der nächstfolgenden Spannungs- halbwelle der Motorspannung, welche von der Schiene 2 über Phase R nach dem Null punkt 0 gerichtet ist, fliesst eine Stromhalb welle aus -dem Nullpunkt über die Phase B nach einem der drei Mutatoren 7, 8, 9. Von diesen drei Mutatoren führt jeweils derjenige Strom, dessen Kathode bezüglich der Span nung des Netzes 1 die grösste negative Span nung aufweist.
Von den beiden parallelen Anoden desselben Mutators führt wiederum nur die linke Anode Strom.
Soll nun der Motor in den Bremszustand überführt werden, so muss bei gegebener Richtung der Spannung in den Statorwick- lungen der Strom umgekehrt werden, das heisst der Strom in den Statorwicklungen muss dann nicht mehr, wie bei Betrieb als Motor, entgegengesetzt zur Spannung, son dern in gleicher Richtung wie die Spannung fliessen.
Statt nun in bekannter Weise zwecks Umkehrung der Gleichspannung bei unver änderter Stromrichtung die Steuerung der bisher in Betrieb gestandenen linken Anoden gruppen der Mutatoren um 180 e1 gegen über ihrer Spannung zu verdrehen, werden nun die rechtsstehenden Anodengruppen der Mutatoren an Stelle äer linksstehenden An odengruppen zur Wirkung gebracht,
deren Steuerung von vornherein um 180 e1 gegen über derjenigen der andern Anodengruppen verschoben ist. Beim Wechsel der Energie richtung, also beim Übergang vom Treiben zum Bremsen und umgekehrt wird dann lediglich an Stelle der einen Anodengruppe jedes Mutätors die andere Anodengruppe in Betrieb- genommen. Der Übergang des Stro mes von der einen Gruppe zur andern erfolgt vollkommen stetig und ohne jegliche Ände rung der Schaltung, sowohl im Hauptstrom kreis als auch in den Steuerstromkreisen.
Die Einstellung der -Phase der Steuerspan nungen jeder der beiden Anodengruppen jedes Mutatörs muss dabei, symmetrisch zu derjeni- gen Phasenlage erfolgen, welche der Regu lierung auf Spannung Null entspricht.
Auf Grund der durch die Graetzsche Zweiweg- schaltung gegebenen Tatsache, dass der Strom in den Motorwicklungen in beiden Richtun gen fliessen kann, ist es also möglich,
zwecks Umkehrung der Energierichtung bei gegebe ner Richtung der Spannung in der Wicklung die Richtung des Stromes umzukehren. Zur Umkehrung des Stromes für die Einleitung der Bremsung muss dann in genau gleicher Weise wie beim Leonard-Betrieb mit Gleich strommotoren nur die vom Netz über die ge steuerten Mutatoren zugeführte Gleichspan nung vermindert und unter den -Wert der vom Motor über die gesteuerten
Mutatoren erzeugten Gegenspannung herabreguliert wer den. Bei diesem Reguliervorgang -verschwin det der Strom in der einen der beiden Anodengruppen der Mutatoren, um so dann in gleicher Weise in den andern An odengruppen der Mutatoren anzuwachsen.
Während also beispielsweise während der po sitiven, vom Nullpunkt 0 nach der Schiene 2 über die Phase R gerichteten Spannungs- halbwelle der Strom beim Arbeiten als Motor über die linke Anodengruppe des Mutators 4 in die Wicklung R nach 0 fliesst, würde der Strom im Bremszustand bei der gleichen Spannungsrichtung vom Nullpunkt 0 über die Phase B in die mit der Schiene R ver bundene Anode der rechten Gruppe eines der drei-Mutatoren 7,
8 oder 9 fliessen. Da jeder zeit einer der drei Mutatoien 7, 8, 9 Strom führt, kann auch die Glättungsdrossel als aufgelöste Drossel 10 in die drei Kathoden leiter eingebaut werden.
Die Steuerung der Anoden erfolgt dabei in an sich bekannter Weise wie bei elasti schen Mehrphasenumrichtern, wo jedem Steuergitter zwei--Wechselspannungen zuge führt werden., deren Frequenz- derjenigen: der beiden Netze entspricht.
Mittels geeigneter Steuerkollektoren werden die beiden überla gerten Steuerspannungen jeweils den beiden Anodengruppen eines der Mutatoren zuge führt, wobei aber jederzeit nur eine der bei den Anodengruppen jedes Mutators in Be- trieb ist, und zwar so, dass jede Anoden gruppe eindeutig einer bestimmten Richtung des Drehmomentes im Stator zugeordnet ist.
Obwohl die beschriebene Schaltung ge genüber den bisherigen Anürdnungen mit Mutatormotoren wesentlich einfacher ist, er gibt sich doch ein relativ grosser Aufwand für die Mutatoren, da jeweils zwei parallellie gende, jedoch separat gesteuerte 18-Ventil- systeme erforderlich sind, die entweder aus total 6 sechsanodigen Mutatoren oder aus 36 Einanoden-Mutatorelementen aufgebaut sein können, wobei je nach der Richtung des Drehmomentes immer nur das eine oder an dere der 18-Ventilsysteme in Betrieb ist.
Dies bedeutet aber eine schlechte Ausnützung der 1AIutatoren und hat ungünstige Dampf druckverhältnisse bei den Anoden zur Folge.
Gemäss der Erfindung wird nunmehr eine bedeutende Vereinfachung der in Fig. 1 dar gestellten Anordnung dadurch erreicht, dass je zwei der parallelliegenden Anoden, von denen die eine nur bei positiver und die an dere nur bei negativer Richtung des Dreh momentes arbeitet, durch je eine einzige Anode ersetzt werden, deren Gitter von zwei Steuersystemen Impulse .erhalten, wovon je nach der Richtung des Drehmomentes auto matisch nur das eine oder andere Steuer system die Zündung der Anode einleitet.
Die Spannung jedes der zwei Steuersysteme setzt sich wieder aus zwei einander überlagerten Steuerspannungen zusammen, die rechteck- förmig sein können und von denen die eine mit der Frequenz des speisenden Netzes und die andere mit der Frequenz des gespeisten Motors pulsiert, wobei die Phasen sowohl der beiden netzfrequenten als auch der bei den motorfrequenten Steuerspannungen unter einander symmetrisch zu derjenigen: Mit tellage liegen, bei welcher die gleichgerichtete Spannung der betreffenden Frequenz Null ist.
An Hand des in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nunmehr näher erläutert. In der Fig. 2 be deutet 1 wieder das den Motor 3 speisende Drehstromnetz und 2 die zeit dem Motor verbundenen, Sammelschienen.
An Stelle der bei der Anordnung gemäss Fig. 1 erforder lichen 36 Einanodenventile bezw. 6 Sechs anodenventile sind gemäss der Erfindung nur noch halb so viel Ventile notwendig, und von diesen 18 Einanodenventilen ist in Fig.2 der Einfachheit halber nur ein Ventil 12 für einen Phasenleiter gezeigt.
Das Gitter 13 des Ventils 12 erhält über zwei statische Steuer systeme positive Steuerimpulse, wobei- die für eine positive Drehmomentrichtung des Motors vorgesehenen Impulse über die Zuleitung 14 und die .für eine negative Drehmomentrich- tung des Motors vorgesehenen Impulse über- die Zuleitung 15 zum Gitter 13 gelangen.
Diese Impulse der zwei Steuersysteme sind, wie bereits beschrieben, aus zwei übereinan- dergelagerten rechteckförmigen Spannungen von je 120 Länge zusammengesetzt, von denen die eine mit der Frequenz des speisen den Netzes 1 und die andere mit der Fre quenz des gespeisten Motors<B>3</B> pulsiert. Für die Lieferung der motorfrequenten Steuer spannungskomponenten sind die Transforma toren 16 vorgesehen,
wobei die Gleichrichtung dieser Spannung durch die in Graetzschal- tung angeordneten Selenzellen 17 erfolgt. Diese Selenzellen 17 verhindern gleichzeitig, däss' positive Steuerimpulse von einem Steuer system auf das zur Zeit nicht arbeitende andere Steuersystem übergehen, das heisst wenn beispielsweise positive Steuerimpulse für eine positive Drehmomentriehtung des Mo tors über die Leitung 14 zum Gitter 13 ge langen und die Zündung des Ventils einlei ten,
so können diese Impulse nicht über die Selenzellen 17 auch zum andern Steuersystem (Zuleitung 15) gelangen und umgekehrt. Für die negative Aufladung des Gitters ist noch -eine Spannungsquelle 18 vorgesehen.
Um zu verhindern, dass Ausgleichströme zwischen dem Wechselstrom-Gleichstrom- System und dem Gleichstrom-Wechselstrom- System fliessen, müssen noch an sich bekannte Mittel vorgesehen werden, die je nach der Richtung des Motordrehmomentes die. positi ven Steuerimpulse des einen oder andern Steuersystems unterbrechen. Die Betätigung dieser Unterbrechungsmittel kann automa tisch in Abhängigkeit der Bewegung des Motor-Steuerhebels, -erfolgen.
Selbstverständlich können an Stelle der beschriebenen statischen Steuersysteme- auch Steuersysteme mit mechanischen Steuerkon takten (Steuerkollektoren) zur Anwendung kommen. In diesem Falle sind dann Hilfs ventile für die Sperrung der Steuerzuleitun gen nicht mehr nötig, weil die in den Git terzuleitungen angeordneten Kontakte so wieso nur für die Dauer der positiven Im pulse Kontakt machen, so dass das Gitter in der Zeit, wo es von einem Steuersystem positive Spannung erhält, sich nicht über das andere System entladen kann, weil das letztere durch die Synchronkontakte bereits unterbro chen' ist.
Ausser dem bereits erwähnten Vorteil, d.äss die Anzahl Anoden bezw. Mutatoren mit der Schaltung gemäss Fig. 2 auf die Hälfte herabgesetzt werden kann, ist noch zu \berücksichtigen, dass die Anoden in allen Betriebsfällen gleichmässig belastet und er wärmt werden, wodurch die Betriebssicher heit erhöht wird.
Ferner wird das Gewicht der erforderlichen Mutatoren, insbesondere bei der Verwendung von einanodigen Muta- toren, wesentlich vermindert.