Schaltung zur Speisung von Gleichstrommotoren durch Gleichrichter mit in den Kathodenleitungen liegenden Drosselspulen. Bei llehrmotorantrieben, insbesondere Walz- werkantrieben, wo mehrere 'Gleichstrommoto ren an dieselbe Sammelschiene angeschlossen erden, ist. es von grosser Wichtigkeit, last abhängige Änderungen in der Drehzahl eines dieser Motoren möglichst rasch und zuver lässig auszugleichen.
Der lastabhängige Span nungsabfall des Motors, der eine Ursache der Drehzahländerung ist, wird am vorteilhafte sten durch Einführen einer Zusatzspannung mittels einer Zusatzmaschine (Boostergenera- tor) kompensiert, und dadurch die Drehzahl aasreguliert. Insbesondere bei Speisung der Anlage durch Gleichrichter ist es notwendig, mit Rücksicht. auf die bei grossen Rückströ men auftretende Auslösung des Motorschal ters sowie auf den Drehzahlabfall und die Rundfeuergefahr, den Rückstrom aus den Motoren durch Drosseln zii begrenzen. Die Drosseln setzen aber die Zeitkonstante des zu regulierenden Kreises herauf, wirken also einer raschen Durehführung des Reguliervor ganges entgegen.
Die Bedingungen, einerseits eine möglichst kleine Induktivität im Betrieb zu haben, um eine raschwirkende Regulie rung zu erhalten, und anderseits eine mög- liehst grosse Induktivität im Rückzündungsfall, widersprechen sieh und konnten bisher nicht erfüllt werden.
Gegenstand der Erfindung ist eine Schal tun; zur Speisung von Gleichstrommotoren durch Gleichrichter mit in den Kathodenlei tungen liegenden Drosselspulen zur Begren- zung des Rückstromes im Rückzündungsfall, insbesondere zum 'Speisen von Motoren mit rasch durchzuführender Drehzahlregulierung, zum Beispiel in Mehrmotorenantrieben für Walzwerke, bei welcher die vorgenannten, sich widerstrebenden Bedingungen erfüllt werden, indem die Kathodendrosselspulen Sekundär wicklungen besitzen, welche durch eine im wesentlichen konstanten Gleichstrom füh rende, mit Schaltmitteln versehene Verbin dung kurzgeschlossen sind,
wobei der kon stante Gleichstrom in der Verbindung so ein gestellt ist., dass die durch die betriebsmässi gen Belastungssenkungen in der Anlage in den Sekundärwicklungen der Kathodendros selspulen hervorgerufenen, dem konstanten Gleichstrom in den Schaltmitteln entgegenge setzt gerichteten, negativen Stromstösse klei ner sind als der konstante Gleichstrom, so dass die Sekundärwicklungen auch für diese nega tiven Stromstösse durch die Verbindung kurz geschlossen bleiben, während die durch Rücli:- zündungen in den Sekundärwicklungen her vorgerufenen negativen Stromstösse ein Öff nen der die Sekundärwicklungen der Drossel spulen kurzschliessenden Verbindung bewir ken.
In der Zeichnung sind Ausführungsbei spiele der Erfindung in einphasiger Schal tung in Fig. 1 und 3 schematisch dargestellt. Die Fig.2 und 4 zeigen Stromdiagramme.
Zur 'Speisung der Gleichstrommotoren 2 einer Walzenstrasse sind zwei auf eine Sam- melschiene 7 arbeitende Gleichrichter 1 vor gesehen. Die Walzwerkmotoren sind über Zu satzmaschinen 3, sogenannte Boostergenerato- ren, an die Sammelschiene 7 angeschlossen. Zur Begrenzung des Rückstromes bei Rück zündungen sind in die Kathodenleitungen der Gleichrichter 1 Drosselspulen 4 einge schaltet.
Die Kathodendrosselspulen sind je mit einer vorzugsweise grössere Windungs- zahl aufweisenden Sekundäiwieklung ver sehen, welche Sekundärwicklungen miteinan der gleichsinnig in Reihe geschaltet sind.
Die Speisung der Sekundärwicklungen mit konstantem 'Strom i, erfolgt beim Beispiel Fig. 1 vom Dreiphasennetz 8 her über einen Transformator 6 und eine Gruppe von Ven tilen 5 in Graetzschaltung. Die Ventile 5 sind derart in die die Sekundärwieldungen über brückende Kurzschlussverbindung geschaltet, dass der konstante Strom i,_ der llagnet.isie- rung des Drosseleisens durch den Laststrom J entgegenwirkt.
Die Wirkungsweise sei an Hand von Fig.2 erläutert: Im obern Diagramm ist der Verlauf des Laststromes J der Anlage eingezeichnet. Im Abschnitt a ist eine Stromsenkung und im Abschnitt b eine Stromsteigerung gegenüber dem Nennstrom J.; veranschaulicht, während im Abschnitt c der Verlauf des Stromes .7 bei einer Rückzündung dargestellt ist. Bei jeder Laständerung werden in den Sekundärwick lungen der Drosselspulen 4 Stromstösse indu ziert, die bei Laststeigerungen in gleicher Richtung wie der Strom i\ wirken, bei Last senkung dagegen in entgegengesetzter Rich tung.
Der resultierende Strom i, in den Se kundärwicklungen, der auch dem Strom durch die Ventilgruppe 5 entspricht, ist. im untern Diagramm der Fig.2 aufgezeichnet. Solange dieser Strom i,. durch die Ventilgruppe durch gelassen wird, das heisst seine Richtung nicht ändert, solange wirken die 'Sekundärwicklun gen bezüglich der Primärwicklungen prali- tiseh als Kttrzsehlusswiekltuigen, und die In duktivität, die der Änderung des Laststromes entgegenwirkt,
entspricht der Streuinduk- tivität der Drosselspulen 4. Im Falle einer Rückzündung wird, infolge des grossen Rück- stromes, der Stromstoss in der Sekundärwick lung der Drosselspulen derart, dass der Se kundärkreis geöffnet wird. Dadurch wird die gesamte Induktivität der Drosselspulen zur Begrenzung des Rückstromes wirksam.
Bezeichnet man in obiger Schaltung mit ia, die Primä.rwindungszahl einer Drosselspule 4 und mit v!. die Windungszahl ihrer Sekun- därwieklung, so gilt für die Durehflutung (-) im stationären Zustand, also für die Vor magnetisierung des Drosseleisens,
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Ist J klein, das heisst. also bei kleiner Bela stung, dann wird 0- negativ. Nimmt aber die Last und damit also auch J stark zu, so wird n positiv.
Es tritt eine L?mmagnetisierung drs Drosseleisens auf, die eine Verzögerung des Reguliervorganges bei zunehmender Last zur Folge hat. Bei Rüelzzündungen aus kleiner Belastung heraus (negative Voinnagnetisie- rung) tritt.
beim Sperren der Vent.ilvorricb- tung, zufolge der schon bei dieser Last vor handenen und durch den Rückstrom noch verstärkten negativen Sättigung, keine wesen.t- liehe Induktivitätszunahme der Drosseln auf, so dass die Strombegrenzung durch die Dros seln bei Rückzündung in diesem Falle illuso risch wird.
Dieser Mangel kann behoben werden, wenn die Schaltung so ausgebildet wird, dass rieht wie in Fig. 1 die Sekundärwicklungen der Kathodendrosselspulen durch den konstanten Gleichstrom im überbrüekun gskrei., vor- magnetisiert werden, sondern wenn, wie in Fig.3 gezeigt, die Sekundärwicklungen vom konstanten Gleichstrom entlastet werden.
Bei der Schaltung nach Fig. 3 werden die Sekundärwicklungen der Drosselspulen 4 über einen Widerstand 10 und eine Vordrosse111 direkt mit Gleichstrom iv. aus einer beliebigen Gleichstromquelle 13 gespeist. Ein Parallel pfad, bestehend aus einem Ventil 12 und einem Widerstand 9, schliesst bei stromfüh rendem Ventil 12 die Sekundärwicklungen der Kathodendrosselspulen praktisch kurz. Die Sekundärwicklungen der Drosselspulen -1 sind derart an die Gleichstromquelle angesehlos- seil, dass der Strom i, die Magnetisierung des Drosseleisens durch den Laststrom J unter stützt.
Dadurch wird eine Ummagnetisierung des Drosseleisens bei Laststeigerungen aus kleiner Vorlast heraus vermieden, denn es gilt <I>0 =</I> Jiv1 <I>+</I> i' # <I>w2.</I>
Bei Rückzündung tritt zwar eine Um magnetisierung des Drosseleisens auf, aber schon bevor O = 0 wird, sperrt das Ventil 12, so dass bereits vor diesem Zeitpunkt, die totale Induktivität zur Begrenzung des Rückstromes wirksam wird. Im f=egensatz zum Ausfüh- rungsbeispiel Fig. 1 werden die Drosselspulen bei Rückzündung ummagnetisiert; sie durch laufen den ungesättigten Zustand, in welchem eine wesentliche Zunahme ihrer Induiktivität beim Sperren des Ventils ermöglicht wird.
Die Wirkungsweise der Schaltung gemäss Fig. 3 geht aus den Diagrammen der Fig. 4 hervor. In diesen stellt wieder das obere Dia gramm den Verlauf des Laststromes J dar. Die Achse A-A im untern Diagramm ist. die 0- Achse des resultierenden Ventilstromes i v B-B ist die 0-Achse des resultierenden Stro mes i, in den :Sekundärwicklungen, und C-C ist die 0-Aehse des Gegenstromes ix.
Der Strom über dem Ventil 1'2 setzt. sieh zusammen aus dem konstanten Strom in" und dem Gegenstrom 'a
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Der Gegenstrom iIL ist gegeben durch
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Der bei Lastsenkungen in den Sekundär wicklungen der Drosselspulen induzierte Stromstoss hat die Richtung des Stromes i, und wirkt dem konstanten Strom i.v. entgegen.
Von einer bestimmten Grösse der Lastsen kung weg, insbesondere bei Rückzündungen, wird der konstante Strom i.., durch den Ge genstrom 'a kompensiert und durch das sper rende Ventil 12 unterbrochen, wodurch die rückstrombegrenzende Wirkung der Drossel spulen beginnt. Die Vordrossel 11 soll ver hindern, dass bei sperrendem Ventil 12 die Sekundärwicklungen der Drosselspulen über die Gleichstromquelle kurzgeschlossen werden.
Bei Laststeigerungen dagegen wirkt der indu zierte .Stromstoss in Durchlassrichtung des Ventils 12, das heisst in derselben Richtung wie igv; die Sekundärwicklungen der Drossel spulen werden dadurch über das Ventil 12 kurzgeschlossen, so dass nur die Streuinduk- tivität der Drosseln im -Primärkreis wirksam wird.
Obwohl bei beiden beschriebenen Ausfüh rungsbeispielen die Schaltung für zwei spei sende Gleichrichter angegeben wurde, ist es selbstverständlich, dass Ausführungsbeispiele mit einem einzigen speisenden Gleichrichter oder mit mehreren parallel arbeitenden Gleich richtern möglich sind. Die Schaltungen sind nicht auf die Anwendung von Gleichrichtern mit Dampfentladungsstrecke beschränkt, wie bei den Beispielen angenommen, sondern sie sind ebenfalls bei Benützung von Kontakt stromrichtern anwendbar. An Stelle des im Beispiel Fig.1 benutzten Hilfswechselstrom netzes für die Erzeugung des konstanten Stromes kann auch das die Gleichrichter spei sende Hauptnetz verwendet werden.
Circuit for supplying DC motors through rectifiers with choke coils in the cathode lines. In the case of training motor drives, especially rolling mill drives, where several DC motors are connected to the same busbar. It is of great importance to compensate for load-dependent changes in the speed of one of these motors as quickly and reliably as possible.
The load-dependent voltage drop in the motor, which is the cause of the speed change, is most advantageously compensated for by introducing an additional voltage by means of an additional machine (booster generator), and thereby regulating the speed. Particularly when the system is fed by a rectifier, it is necessary to be careful. to the triggering of the motor switch, which occurs in the event of large reverse currents, as well as to the drop in speed and the risk of round fire, limit the reverse current from the motors by means of throttles zii. The throttles, however, increase the time constant of the circuit to be regulated, thus counteracting the rapid implementation of the Reguliervor gear.
The conditions, on the one hand to have as small an inductance as possible in operation in order to obtain a fast-acting regulation, and on the other hand to have the greatest possible inductance in the case of reignition, contradict and have not yet been met.
The subject of the invention is to do a scarf; For feeding DC motors through rectifiers with choke coils in the cathode lines to limit the reverse current in the event of reignition, especially for feeding motors with speed regulation that can be carried out quickly, e.g. in multi-motor drives for rolling mills, in which the aforementioned conflicting conditions are met in that the cathode choke coils have secondary windings which are short-circuited by a substantially constant direct current carrying connection provided with switching means,
The constant direct current in the connection is set in such a way that the negative current impulses, which oppose the constant direct current in the switching means and which are caused by the operational load reductions in the system in the secondary windings of the cathode inductors, are smaller than the constant Direct current, so that the secondary windings also remain short-circuited for these negative current surges through the connection, while the negative current surges caused by Rücli: ignitions in the secondary windings cause the connection that short-circuits the secondary windings of the choke coils to open.
In the drawing, Ausführungsbei are games of the invention in single-phase scarf device in Figs. 1 and 3 shown schematically. Figures 2 and 4 show current diagrams.
Two rectifiers 1 operating on a busbar 7 are provided for feeding the direct current motors 2 of a roller train. The rolling mill motors are connected to the busbar 7 via auxiliary machines 3, so-called booster generators. To limit the reverse current during backfires, the rectifier 1 inductor coils 4 are switched into the cathode lines.
The cathode choke coils are each provided with a preferably larger number of turns having secondary windings, which secondary windings are connected in series with one another in the same direction.
The supply of the secondary windings with a constant 'current i takes place in the example of FIG. 1 from the three-phase network 8 through a transformer 6 and a group of Ven valves 5 in Graetz circuit. The valves 5 are connected to the short-circuit connection bridging the secondary circuits in such a way that the constant current i, _ counteracts the positionalization of the throttle iron by the load current J.
The mode of operation is explained with reference to Fig. 2: The curve of the load current J of the system is shown in the upper diagram. In section a there is a current reduction and in section b there is an increase in current compared to the nominal current J .; illustrates, while in section c the course of the current .7 is shown in a backfire. With every change in load, 4 current surges are induced in the secondary windings of the choke coils, which act in the same direction as the current i \ when the load increases and in the opposite direction when the load decreases.
The resulting current i, in the secondary windings, which also corresponds to the current through the valve group 5, is. recorded in the lower diagram of Fig.2. As long as this current i ,. is allowed through the valve group, i.e. its direction does not change, as long as the secondary windings act in relation to the primary windings in principle as Kttrzsehlusswtuigen, and the inductivity, which counteracts the change in load current
corresponds to the leakage inductance of the choke coils 4. In the event of a backfire, due to the large reverse current, the current surge in the secondary winding of the choke coils is such that the secondary circuit is opened. As a result, the entire inductance of the choke coils is effective in limiting the reverse current.
In the above circuit, ia is used to denote the number of primary turns of a choke coil 4 and v !. the number of turns of its secondary winding, then applies to the flooding (-) in the steady state, i.e. for the pre-magnetization of the choke iron,
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Is J small, that means. so with a small load, then 0- becomes negative. But if the load and therefore also J increases sharply, then n becomes positive.
A noise magnetization of the throttle iron occurs, which results in a delay in the regulation process with increasing load. In the case of rumble ignitions from a small load (negative pre-magnetization) occurs.
When the valve device is blocked, due to the negative saturation already present at this load and increased by the reverse current, there is no substantial increase in inductance of the throttles, so that the current is limited by the throttles in the case of backfire becomes illusory.
This deficiency can be remedied if the circuit is designed in such a way that, as in FIG. 1, the secondary windings of the cathode choke coils are pre-magnetized by the constant direct current in the bridging circuit, but instead, as shown in FIG. 3, the secondary windings are relieved of constant direct current.
In the circuit according to FIG. 3, the secondary windings of the choke coils 4 are supplied with direct current iv via a resistor 10 and a Vordrossse111. fed from any direct current source 13. A parallel path, consisting of a valve 12 and a resistor 9, practically short-circuits the secondary windings of the cathode choke coils when the valve 12 is energized. The secondary windings of the choke coils -1 are connected to the direct current source in such a way that the current i supports the magnetization of the choke iron by the load current J.
This avoids magnetization of the throttle iron when the load increases due to a small preload, because <I> 0 = </I> Jiv1 <I> + </I> i '# <I> w2. </I> applies
In the event of backfire, the throttle iron is magnetized to be reversed, but before O = 0, the valve 12 blocks so that the total inductance to limit the reverse current becomes effective before this point in time. In contrast to the exemplary embodiment in FIG. 1, the choke coils are remagnetized during reignition; they go through the unsaturated state, in which a substantial increase in their inductivity is made possible when the valve is closed.
The mode of operation of the circuit according to FIG. 3 can be seen from the diagrams in FIG. In these the upper diagram again shows the course of the load current J. The axis A-A in the lower diagram is. the 0-axis of the resulting valve flow i v B-B is the 0-axis of the resulting flow i, in the: secondary windings, and C-C is the 0-axis of the countercurrent ix.
The current through valve 1'2 sets. see together from the constant flow in "and the countercurrent" a
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The countercurrent iIL is given by
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The current surge induced in the secondary windings of the choke coils when the load drops has the direction of the current i, and acts on the constant current i.v. opposite.
From a certain size of the load reduction away, especially with reignitions, the constant current i .., is compensated by the countercurrent 'a and interrupted by the blocking valve 12, whereby the reverse current limiting effect of the throttle begins to coils. The choke 11 is intended to prevent the secondary windings of the choke coils from being short-circuited via the direct current source when the valve 12 is blocking.
When the load increases, however, the induced .Stromstoss acts in the flow direction of the valve 12, that is, in the same direction as igv; the secondary windings of the choke coils are short-circuited via the valve 12 so that only the leakage inductance of the chokes in the primary circuit is effective.
Although the circuit for two feeding rectifiers has been specified in the two exemplary embodiments described, it goes without saying that embodiments with a single feeding rectifier or with several rectifiers working in parallel are possible. The circuits are not limited to the use of rectifiers with vapor discharge paths, as assumed in the examples, but they can also be used when using contact converters. Instead of the auxiliary alternating current network used in the example of Fig.1 for generating the constant current, the main network feeding the rectifier can also be used.