Einrichtung zur Steuerung eines Umkebrantriebes über Dampfentladungsstromrichter in Eingefäss-Schaltung. Umkehrantriebe mit Gleichstrommotoren, die über Stromriehter mit Dampfentladungs- strecken gespeist und deren Drehzahl mit Hilfe der Gittersteuerung verändert wird, können bekanntlich nach folgenden drei grundsätzlichen Verfahren aufgebaut sein cc) In Zweigefäss (Krenz)-Schalt:
ung ist eine Umkehr von Strom und Spannung möfg- lich, so dass sowohl eine Energierüeklieferung im Bremsbetrieb als auch eine Drehrichtungs- umkehr bei gleicher Erreger-Feldriehtung er folgen kann.
b) In Eingefäss-Schaltung kann Umkehr betrieb durch Feldumkehr bei entsprechen der Regelung der Stromrichterspannung in Gleich- und Wechselrichteraussteuerung er folgen.
c) In Eingefäss-Schaltung ist ausserdem Umkehrbetrieb bei gleicher Feldrichtung durch Ankerumsehaltung mit Hilfe eines Pol wenders möglich.
Die erste Ausführung ist wegen der dop pelten Gefässbestiiekung wirtschaftlich be nachteiligt. Die zweite Ausführung ist wegen der relativ grossen Feldträgheit nur begrenzt anwendbar. Dageä@en kann die dritte Ausfüh rung bei entsprechender Auslegung der Steue rung allen Anforderungen gerecht. werden. Die wesentlichen Schwierigkeiten liegen hier in der zeitlich richtigen Betätigung des Pol wenders.
Eine völlige Automatisierung ist in den meisten Fällen unbedingt erforderlich, weil sich der Reversierprozess, zum Beispiel bei Walzwerken, in wenigen Sekunden ab spielen muss und der bedienende Maschinist möglichst nur einen Steuerhebel (Knüppel) zur Einstellung der Drehzahlhöhe und Dreh richtung betätigen soll.
Die bisher bekanntgewordenen Steuerver fahren haben neben dem Nachteil des grossen Aufwandes an Steuerelementen noch keine völlig befriedigende Lösung für eine eindeu tige Umsc'aaltung des Ankerkreises gebracht. Es wurden vornehmlich steuertechnische Prinzipien angewendet. Demgegenüber wird bei der vorliegenden Erfindung das Prinzip der Regelung angewendet.
Bei der mit einem Regler für Gleichrichterbetrieb und mit einem von Hand einstellbaren Sollwertgeber und mit Strombegrenzung versehenen Einrichtung dient erfindungsgemäss die Regelabweichung dieses Reglers (Differenz von Soll- und Ist wert) zur stetigen elektrischen Verstellung der Gleichrichtersteuerung des Stromrichters von Gleichriehterbetrieb auf Wechselrichter betrieb, und die Umschaltung des Polwenders im Ankerkreis erfolgt. immer dann, wenn die Drehzahlverstellung des Motors einer Soll wertv erstellung nicht folgt.
Stimmt die im Ankererforderliche Strom richtung bei einer Verstellung des Drehzahl sollwertes von Hand mit der im Gefäss mög- liehen überein, so folgt die Drehzahl dem vorgegebenen '\Vert praktisch sofort. Wird dagegen der Sollwert im Sinne einer Vermin derung der Drehzahl verstellt, wobei eine Abbremsung durch Energierücklieferung er forderlich ist, so muss der Ankerkreis vorher umgeschaltet und der Gleichrichter in Wecb- selrichterbetrieb umgesteuert werden, damit.
eine Beschleunigung in dem gewünschten Sinne (Bremseng) erfolgen kann. Die Tat sache, dass der Drehzahl-Istwert dem Soll wert im Falle einer Verminderung des letz teren nicht folgt, ist ein eindeutiges Krite rium für eine erforderliche Ankerumschal tung. In diesem Falle läuft der Regler in eine bestimmte Endstellung, wodurch die Er fassung dieses Kriteriums relativ einfach und völlig eindeutig ist.
In Fig.1 bis 3 ist ein Ausführungsbei beispiel der Erfindung schematisch darge stellt, und zwar zeigt Fig.1 die Gesamtschal tung. Die Fig. 2 und 3 zeigen betriebsmässige Abänderungen der Schaltung.
In Fig.1 werden für die Regelung eine bzw. mehrere Elektronenröhren verwendet. Der Motor 1 wird von dem gittergesteuerten Stromriehter 2 über den Polwender 3 ge speist. Zwecks Einsparung einer besonderen Drehzahlmesseinrichtung erfolgt die Regelung in der Weise, dass die Ankerspannung mit der des von Hand einstellbaren, in Form eines Spannungsteilers ausgebildeten Sollwertgebers 4 verglichen wird. Der Sollwertgeber liegt an einer Gleichspannung 5, die er Anoden wechselspannung proportional ist und daher ohne Stabilisierung dem allgemeinen Netz ent nommen wird.
Er ist, mit einem festen Mittel abgriff zwecks Umkehr der Spannungsrich tung für Links- und Rechtslauf versehen. Die Differenz aus Soll- und Istspannung wird über die Widerstände 6 und 7 auf das Gitter der Elektronenröhre 8, die über die Steuerung 9 die Gitter des Stromrichters 2 in der Weise beeinflusst, dass bei einer Ver minderung ihres Anodenstromes i, durch Ver grösserung ihrer negativen Gitterspannung die Gleichspannung des Stromrichters 2 ebenfalls vermindert wird und eine Umsteuerung in Wechselrichterbetrieb erfolgt. Dem Strom i, der Röhre 8 ist also eine eindeutige Strom- richterspannung zugeordnet.
Bei i,. = Null ergibt sich die maximalmögliche Wechselrich- tergegenspannung. Der Stellbereich der Git tersteuerung 9 muss daher genügend gross - etwa 150 elektrische Grade - sein.
Die Umschaltung des Polwenders 3 rnuss immer im stromlosen Zustand erfolgen. Dies ist. dann gewährleistet, wann der Stromrich- ter genügend weit in Weebselriehterbetrieb umgesteuert ist, und erfolgt daher dureh das gepolte Unterstronirelais 10, dessen Wicklung a. an der Gleichspannung 11 liegt und den Relaisanker auf den 7,-Kontakt legt, wenn der Strom iv. in der Wicklung bz einen be stimmten Minimalwert unterschreitet.
Es wird dann das endlose Schrittsehaltwerk 12 uni eine Stufe weitergeschaltet, Glas auch durch Relaiskippanordnung ersetzt werden kann und den Polwender 3 in die Stellung ai oder bi umschaltet. Damit erfolgt. also jedesmal, wenn der Strom i,. den kritischen Minimalwert. unterschreitet, eine Ankerumschaltung, und zwar entweder von Gleichrichterbetrieb in Weehselrichterbetrieb oder umgekehrt.
Als zusätzliehe Sicherheit kann in deni Röhrenstromkreis noeh ein Kontakt 13 vor gesehen werden, der bei jeder Betätigung des Polwenders 3 kurzzeitig öffnet, wodurch die Wechselrichterumsteuerung erzwungen wird.
Um den Reversiervorgang bzw. eine Dreh zahländerung in kürzester Zeit ohne Über schreitung des höchstzulässigen Anker- und Gefässstromes vornehmen zu können, ist eine Strombegrenzung vorgesehen, die aus dein Gleichstromwandler 14 (bzw. auch einem Wechselstromwandler primärseits des Strom richtertransformators), Trockengleichrichter 15, Widerstand 16, Ventil 17 und der Strom sollwertspannung 7.8 (identisch mit der Hilfs gleichspannung 11) besteht.
Überschreitet die dem Ankerstrom proportionale Spannung über Widerstand 16 den Wert der Spannung 18, so greift die Begrenzung im Sinne einer Ver minderung der Stromrichterspannung ein. Damit kann der Maschinist den Drehzahl- Sollwertgeber 4 ganz beliebig schnell ver stellen, ohne den Stromrichter bzw. den Mo tor zu überlasten. Es ergeben sich dann opti- male Verhältnisse für die Beschleunigung und damit kürzeste Reversierzeiten.
Um das Relais 10 bei kleinstem Strom i,. umzuschalten und seine Wicklung b.2 gegen thermische Überlastung zu schützen, ist der Trockengleichrichter 19 an den Abgriff des Widerstandes 20 gelegt. Hiermit erfolgt eine Begrenzung des Spannungsabfalles über die ser Wicklung b2.
LTrn die Wirkungsweise näher zu erläu tern, sollen einige Beispiele von Drehzahl sollwertveränderun gen behandelt werden Befindet sich beispielsweise bei Stillstand nach Linkslauf (Stromriehterspannung Null) der Polumschalter 3 in der dargestellten Stel lung a1 und der Abgriff des Sollwertgebers -1- in Nullstellung, so hat i, einen Wert, der der Stromrieht,erspannung Null entspricht und etwas unterhalb des halben lIaximalwertes liegt.
Wird nun der Sollwerthebel 4- aus sei ner bisherigen Stellung in Richtung positiver Sollspannungswerte verschoben, so ergibt sieh im Gitterkreis der Röhre 8 ein negativer Po tentialüberschuss. Der Strom i,. wird Null, und es erfolgt eine Umschaltung des Pol wenders 3. Gleichzeitig mit dem Umpolen der elektrischen Maschine wird auch die Dif ferenzspannung zwischen Soll- und Istwert umgepolt, denn vor dem Umpolen lag das eine Ende des Ankers über einen a-Kontakt an Kathode und nach dem Unipolen über einen b-Kontakt an Gitter.
Jetzt steigt i, bzw. die Stromrichterspannung an. Der Mo tor wird mit einem Strom, dessen Höhe durch den eingestellten Begrenzungsstromwert 18 bestimmt ist, in der gewünschten Richtung (Rechtslauf) positiv beschleunigt, bis schliess lich die Drehzahlsollwertspannung durch die Motorklemmenspannung aufgehoben wird und keine weitere Beschleunigung erfolgt. Wird nun zum Zwecke einer Drehrichtungsumkehr bzw.
Verminderung der Drehzahl der Steuer knüppel 4 in entgegengesetzter Richtung be wegt., so wird zunächst, da sich der Polwender noch in der Stellung br befindet, das Regel rohr 8 wieder gesperrt und hierdurch eine Umschaltung verursacht. Es ergibt sich dann ein Schaltzustand, wie er vereinfacht in Fig. \_' dargestellt ist. Der Stromrichter ist als Wech selrichter ausgesteuert und bremst den 31lotor mit dem Begrenzungsstrom JA ab.
Sobald die Istspannung Z'; kleiner wird als die Sollspan nung 1'0, wird iv vermindert, bis schliesslich wieder eine Umschaltung für neuen Gleich richterbetrieb erfolgt. und der Motor auf der Solldrehzahl gehalten wird. Ist. der Hebel über den Nullpunkt hinaus in Richtung nega tiver Sollspannungswerte gebracht worden, so erfolgt keine Umschaltung. Der Stromrichter geht allmählich aus der Wechsel- in die Gleich- richteraussteuerung über, wodurch sieh die Drehrichtung umkehrt.
Wird aus dieser Lage in entgegengesetzter Richtung umgesteuert, so ergibt. sieh in gleicher Weise die Umschalt bedingung. Es besteht dann nach erfolgter Umschaltung der Schaltzustand'gemäss Fig. 3, wobei wiederum eine Abbremsung erfolgt..
Beim erstmaligen Anfahren bzw. durch ungewöhnliche Bewegungen des Steuerhebels kann der Fall eintreten, dass sich der Strom richter bereits in voller -#Veehselrichteraus- steuerung befindet und eine weitere Verstel lung des Steuerhebels im Sinne einer Ver grösserung der negativen Gitterspannung der Röhre 8 erfolgt. Dann bleibt die Motordreh zahl auf Null und folgt der Hebelverstellung erst, nachdem kurzzeitig die Nullstellung durchschritten und somit eine Umschaltung bewirkt wurde.
Eine zusätzliche Taste zur Betätigung des Schaltwerkes vorzusehen, hat keine praktische Bedeutung, da die Steuer hebelbewegung durch Null hindurch in der gleichen kurzen Zeit erfolgen kann wie das Drücken einer Taste.
Erfolgt die Verschiebung der Gitter impulse in der Steuerung 9 durch Vormagneti- sierung von Drosseln, so kann die Umsteue rung in Wechselrichterbetrieb bei Sperrung der Röhre 8 relativ schnell erfolgen und in der andern Richtung durch entsprechende Wahl der Höhe der Spannung 11 verzögert werden. Durch Einführung dieser gerich teten Zeitkonstante im ungefähren Verhältnis 1:10 vermindert. sich die Wechselrichter gegenspannung nach Umschaltung dies Pol- wenders 3 nicht schlagartig, wodurch Über stromspitzen, vermieden werden.
Es muss ferner noch darauf hingewiesen werden, dass die Verwendung Ankerklemmen spannung für den Drehzahlvergleich aus Gründen der Stabilisierung günstig ist, da infolge des Spannungsabfalles am Anker widerstand eine gewisse Rückführung erfolgt und Überregelungen leichter vermieden wer den können.
Soll eine zusätzliche Erhöhung der Dreh zahl bei maximaler Stromrichterspannung durch Feldschwächung erfolgen, so ist das bei der beschriebenen Anordnung in ein facher Weise möglich. Eine Feldschwächung durch Einschalten eines Widerstandes in den Erregerkreis bzw. durch Erregerspannungs- v erminderung erfolgt dann, wenn der Steuer hebel über die Endstellung des Potentiometers 4 hinaus bewegt wird, ohne dass eine weitere Erhöhung der Sollwertspannung eintritt, was bei Verwendung eines Kollektorpotentiometers ohne weiteres möglich ist.
Wird dann der Steuerhebel zwecks Verminderung der Dreh zahl verstellt, tritt ebenfalls eine Sperrung des Rohres 8 und somit eine Umschaltung des Polwenders ein, weil hierdurch zunächst eine Erhöhung der Ankerklemmenspannung er folgt. Dass der Feldstrom nicht schneller an steigt, als die Drehzahl bei dem Begrenzungs- ankerstrom abfällt, muss durch entsprechende Massnahmen gewährleistet sein.
Die beschriebene Einrichtung arbeitet auch in erforderlichem Bremsbetrieb bei Förder maschinen, die durch die Förderlast beschleu nigt werden.
Device for controlling a reverse drive via vapor discharge converters in a single-vessel circuit. Reversing drives with direct current motors, which are fed with steam discharge paths via streamers and whose speed is changed with the aid of the grid control, can be constructed according to the following three basic methods cc) In two-vessel (Krenz) switching:
A reversal of current and voltage is possible so that both an energy return in braking mode and a reversal of the direction of rotation can take place with the same excitation field direction.
b) In a single-vessel circuit, reverse operation can follow through field reversal with the corresponding regulation of the converter voltage in the rectifier and inverter control.
c) In the single-vessel circuit, reverse operation is also possible with the same field direction by changing the armature with the help of a pole changer.
The first version is economically disadvantageous because of the double vessel control. The second version can only be used to a limited extent because of the relatively large field inertia. On the other hand, the third version can meet all requirements if the control is designed accordingly. will. The main difficulties here are the correct timing of the pole wender.
In most cases, complete automation is absolutely necessary because the reversing process, for example in rolling mills, has to take place in a few seconds and the operator operating the machine should only operate one control lever (stick) to set the speed and direction of rotation.
The previously known Steuerver drive have not yet brought a completely satisfactory solution for a clear term Umsc'aaltung the armature circuit in addition to the disadvantage of the great expense of controls. Mainly tax-related principles were used. In contrast, the principle of regulation is used in the present invention.
In the device provided with a regulator for rectifier operation and with a manually adjustable setpoint generator and with current limitation, the control deviation of this regulator (difference between setpoint and actual value) is used according to the invention for continuous electrical adjustment of the rectifier control of the converter from rectifier operation to inverter operation, and the The pole reverser is switched in the armature circuit. whenever the speed adjustment of the motor does not follow a setpoint adjustment.
If the current direction required in the armature when the speed setpoint is adjusted by hand corresponds to the one possible in the vessel, the speed follows the specified value practically immediately. If, on the other hand, the setpoint is adjusted in the sense of reducing the speed, whereby a braking through energy return is required, the armature circuit must first be switched over and the rectifier switched over to inverter operation.
an acceleration in the desired sense (braking) can take place. The fact that the actual speed value does not follow the setpoint in the event of a reduction in the latter is a clear criterion for a necessary armature switchover. In this case, the controller runs into a certain end position, which makes it relatively easy and completely clear to record this criterion.
In Fig.1 to 3, an Ausführungsbei example of the invention is schematically Darge provides, namely Fig.1 shows the overall circuit. 2 and 3 show operational modifications of the circuit.
In FIG. 1, one or more electron tubes are used for the regulation. The motor 1 is fed by the grid-controlled Stromriehter 2 via the pole changer 3 ge. In order to save a special rotational speed measuring device, the regulation takes place in such a way that the armature voltage is compared with that of the manually adjustable setpoint generator 4 in the form of a voltage divider. The setpoint generator is connected to a DC voltage 5, which is proportional to the anode AC voltage and is therefore taken from the general network without stabilization.
It is provided with a fixed center tap for the purpose of reversing the voltage direction for left and right rotation. The difference between the target and actual voltage is via the resistors 6 and 7 on the grid of the electron tube 8, which influences the grid of the converter 2 via the controller 9 in such a way that with a reduction in their anode current i, by increasing their negative Grid voltage, the DC voltage of the converter 2 is also reduced and a changeover to inverter operation takes place. A clear converter voltage is thus assigned to the current i, the tube 8.
At i ,. = Zero results in the maximum possible inverter reverse voltage. The adjustment range of the grid control 9 must therefore be sufficiently large - about 150 electrical degrees.
The switching of the pole changer 3 must always take place in the currentless state. This is. then guarantees when the converter is reversed sufficiently far in Weebselriehterbetrieb, and is therefore carried out through the polarized Unterstronirelais 10, whose winding a. is on the DC voltage 11 and the relay armature puts on the 7, contact when the current iv. falls below a certain minimum value in the winding bz.
The endless stepping mechanism 12 is then switched one step further, glass can also be replaced by a relay tilting arrangement and the pole changer 3 switches to the position ai or bi. So it takes place. so every time the current i ,. the critical minimum value. falls below an armature switchover, either from rectifier operation to alternator operation or vice versa.
As an additional security, a contact 13 can also be seen in the tube circuit, which briefly opens each time the pole changer 3 is actuated, whereby the inverter reversal is forced.
In order to be able to perform the reversing process or a speed change in the shortest possible time without exceeding the maximum permissible armature and vessel current, a current limitation is provided, which consists of your DC converter 14 (or an AC converter primary side of the converter transformer), dry rectifier 15, resistor 16, valve 17 and the current setpoint voltage 7.8 (identical to the auxiliary DC voltage 11).
If the voltage proportional to the armature current across resistor 16 exceeds the value of voltage 18, then the limitation intervenes in the sense of a reduction in the converter voltage. The machinist can thus adjust the speed setpoint generator 4 as quickly as he likes without overloading the converter or the motor. This then results in optimal conditions for acceleration and thus the shortest reversing times.
To the relay 10 with the smallest current i ,. to switch and to protect its winding b.2 against thermal overload, the dry rectifier 19 is connected to the tap of the resistor 20. This is used to limit the voltage drop across this winding b2.
To explain the mode of operation in more detail, some examples of speed setpoint changes will be dealt with.If, for example, the pole-changing switch 3 is in the position shown at a1 and the tap of the setpoint generator -1- is in the zero position when the motor is at a standstill to the left (zero current supply voltage) i, a value that corresponds to the current line, voltage zero and is slightly below half the maximum value.
If the setpoint lever 4 is now shifted from its previous position in the direction of positive setpoint voltage values, then there is a negative potential excess in the grid circle of the tube 8. The current i ,. becomes zero, and the pole winder 3 switches after unipole via a b-contact on the grid.
Now i or the converter voltage increases. The motor is positively accelerated in the desired direction (clockwise) with a current, the level of which is determined by the set limiting current value 18, until the speed setpoint voltage is finally canceled by the motor terminal voltage and no further acceleration takes place. Is now used for the purpose of reversing the direction of rotation or
Reduction of the speed of the control stick 4 in the opposite direction be moved. First, since the pole changer is still in the position br, the control tube 8 is locked again and this causes a switch. A switching state then results as it is shown in simplified form in FIG. The converter is controlled as an inverter and brakes the motor with the limit current YES.
As soon as the actual voltage Z '; If the voltage is less than the nominal voltage 1'0, iv is reduced until finally there is a switchover for new rectifier operation. and the engine is held at the target speed. Is. If the lever has been brought beyond the zero point in the direction of negative setpoint voltage values, no switching takes place. The converter gradually changes from the inverter to the rectifier control, which reverses the direction of rotation.
If this position is reversed in the opposite direction, the result is. see the switchover condition in the same way. After the switchover, the switching state according to FIG. 3 then exists, with braking again taking place.
When starting up for the first time or due to unusual movements of the control lever, the case may arise that the converter is already in full control and the control lever is further adjusted to increase the negative grid voltage of the tube 8. Then the engine speed remains at zero and only follows the lever adjustment after the zero position has been passed briefly and a switchover has been effected.
Providing an additional button to operate the switching mechanism is of no practical importance, since the control lever movement can take place through zero in the same short time as pressing a button.
If the grid pulses are shifted in the controller 9 by pre-magnetizing chokes, the changeover to inverter operation can take place relatively quickly when the tube 8 is blocked and can be delayed in the other direction by selecting the voltage 11 accordingly. Reduced by the introduction of this directed time constant in an approximate ratio of 1:10. the inverter counter-voltage does not abruptly change after the pole reverser 3 has been switched, thereby avoiding over-current peaks.
It must also be pointed out that the use of armature terminal voltage for the speed comparison is beneficial for reasons of stabilization, as a certain amount of feedback occurs due to the voltage drop at the armature resistance and over-regulation can be avoided more easily.
If there is an additional increase in the speed at maximum converter voltage by field weakening, this is possible in a number of ways with the described arrangement. A field weakening by switching on a resistor in the excitation circuit or by reducing the excitation voltage occurs when the control lever is moved beyond the end position of potentiometer 4 without further increasing the setpoint voltage, which is easily possible when using a collector potentiometer is.
If the control lever is then adjusted for the purpose of reducing the speed, a blocking of the tube 8 and thus a switching of the pole changer also occurs, because this initially increases the anchor terminal voltage. Appropriate measures must be taken to ensure that the field current does not rise faster than the speed drops with the limiting armature current.
The device described also works in the required braking mode for conveyor machines that are accelerated by the conveying load.