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Anordnung zum Betrieb eines Hauptschlussmotors Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Betrieb eines Hauptschlussmotors durch vier Quadranten seines Drehzahl-Drehmomentenkennlinienfeldes.
Der Anordnung liegt die Aufgabe zugrunde, den Betrieb eines Hauptschlussmotors in den vier Quadranten seines Drehzahl-Drehmomentenkennlinienfeldes in der Weise durchzuführen, dass möglichst wenig, insbesondere mechanische Schalthandlungen erforderlich sind. Es soll dabei der Regel- bzw. Steuerbereich der Anordnung keine Einschränkung gegenüber vergleichbaren, mit Umschaltkontakten versehenen Anordnungen erfahren.
Diese Aufgabe wird mit einer Anordnung zum Betrieb eines Hauptschlussmotors durch vier Quadranten seines Drehzahl-Drehmomentenkennlinienfeldes nach der Erfindung dadurch gelöst, dass eine Wicklung der Reihenschaltung von Erregerwicklung und Ankerwicklung in der Diagonalen einer in diese Reihenschaltung eingefügten einphasigen Brückenschaltung mit vier ungesteuerten Ventilen liegt und die Reihenschaltung an Mittel zur Änderung der Spannung nach Grösse und Richtung angeschlossen ist.
Als Mittel für die Änderung der Spannung nach Grösse und Richtung bietet sich ein an sich bekannter Pulswechselrichter an, an den die Reihenschaltung gegebenenfalls über eine zusätzliche Induktivität angeschlossen wird.
Bei generatorischem Betrieb des Motors besteht die Gefahr, dass ein zu grosser Strom in der Erregerwicklung eine der Selbsterregung vergleichbare weiterhin stromsteigernde Wirkung hat. In Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann dieser Nachteil dadurch vermieden werden, dass beim Überschreiten eines vorgebba- ren maximalen Stromwertes in der Brückendiagonalen ein zu der Wicklung parallel angeordnetes steuerbares Ventil gezündet wird. Damit ist die Reihenschaltung zwischen der Ankerwicklung und der Erregerwicklung hinsichtlich eines durch beide fliessenden gleichen Stromwertes aufgehoben.
Trotz eines möglicherweise in der Ankerwicklung weiterhin steigenden Stromes wird aufgrund des parallel angeordneten steuerbaren Halbleiterventils der Strom in der Erregerwicklung geringer.
Zur Verringerung der Zeitkonstanten des Stromabklingens innerhalb der Brückenschaltung kann in einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ein zusätzlicher Widerstand parallel oder in Reihe zur Wicklung in der Brückendiagonalen vorgesehen werden. Zu ihm kann in an sich bekannter Weise ein steuerbares, jederzeit löschbares Halbleiterventil parallelgeschaltet sein, so dass sich der wirksame Gesamtwiderstand dieser Parallelschaltung, bestehend aus Widerstand und Halbleiterventil, dadurch verändern lässt, dass man die Zeit, in der der Strom durch den Widerstand fliesst, und die Zeiten, in denen er über das zum Widerstand parallele Halbleiterventil fliesst, variiert. Es ist dabei an eine pulsartige Veränderung gedacht.
Der insbesondere für diesen generatorischen Betrieb vorgesehene Widerstand innerhalb der Brückendiagonale wird beim motorischen Betrieb zweckmässigerweise durch Zünden des parallel liegenden Halbleiterventils kurzgeschlossen.
Anhand einer Zeichnung sei ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. An die Klemmen einer Gleichspannungsquelle U, ist ein Pulswech- selrichter mit vier steuerbaren, jederzeit löschbaren Ventilen 1, 2, 3 und 4 angeschlossen. Das Löschen dieser Ventile kann mit an sich bekannten Mitteln, z.B. einer Kondensatorlöschschaltung durchgeführt werden. Des weiteren besitzt der Pulswechselrichter vier unge- steuerte Ventile 5, 6, 7 und B. Die beiden Parallelzweige I und 1I des Pulswechselrichters sind in der Verbindung der Strompfade a und b mit Drosseln D versehen.
Diese Drosseln verhindern ein schnelles Abfliessen der Lösch- energie des Kondensators einer Löschanordnung. Jede
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der Drosseln D besitzt eine Mittelanzapfung, an die die Reihenschaltung der Ankerwicklung A und der Erregerwicklung E des Gleichstromhauptschlussmotors angeschlossen ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Erregerwicklung E des Motors in der Diagonalen einer aus vier ungesteuerten Ventilen bestehenden Brük- kenschahung angeordnet.
Die Stromflussrichtung in dieser Erregerwicklung bleibt demzufolge, unabhängig von der Stromflussrichtung in der nachgeschalteten Ankerwicklung, immer gleich. Im Strompfad der Reihenschaltung der Erregerwicklung und der Ankerwicklung liegt eine Zusatzinduktivität L. Ohne eine Veränderung des Betriebsverhaltens der Anordnung lassen sich die Rollen von Erregerwicklung und Ankerwicklung hinsichtlich ihrer schaltungstechnischen Lage vertauschen.
Falls die Gleichspannungsquelle nicht dazu geeignet ist, Strom aufzunehmen, ist es zweckmässig, einen Verlustwiderstand R vorzusehen, der bei generatorischem Betrieb des Motors durch Schliessen des Schalters S eingeschaltet wird. In der praktischen Ausführung ist der Schalter S ein elektronisch schaltendes Element, z.B. ein Thyristor. Vor dem Eingang des Pulswechselrichters ist noch ein Pufferkondensator C vorgesehen.
Der Betrieb der Anordnung wird so durchgeführt, dass die Reiehenschaltung der Erregerwicklung und der Ankerwicklung aus der Gleichspannungsquelle über die Ventile 1 und 2 gespeist wird bzw. im Falle entgegengesetzter Drehrichtung über die Ventile 3 und 4. Nicht nur die Richtung, sondern auch die Grösse der die Reihenschaltung speisenden Spannung U lässt sich mit Hilfe des Pulswechselrichters steuern. Dies geschieht in an sich bekannter Weise dadurch, dass der Mittelwert der Energiezufuhr durch Veränderung des Tastverhältnis- ses, d.h. durch Variation des Verhältnisses der Zeiten, da die Ventile stromführend sind, zu den Zeiten, da sie gelöscht sind, bestimmt wird.
Sinkt die Gleichspannung unter den Wert der Motor-EMK, befindet sich der Motor unter Umkehr der Stromrichtung in generatori- schem Betrieb, er bremst.
Parallel zu der Erregerwicklung E in der Brückenschaltung ist ein steuerbares Halbleiterventil 10 geschaltet. Wächst der Strom in der Brückendiagonalen mit der Erregerwicklung E über einen vorgebbaren maximalen Stromwert Imax an, so wird das Gitter des steuerbaren Halbleiterventils nach einem mit an sich bekannten Mitteln durchgeführten Soll-Ist-Vergleich des Stroms gezündet. Es fliesst dann der Ankerstrom des Haupt- schlussmotors über das steuerbare Ventil 10, während die in der Erregerwicklung E gespeicherte Energie in dem mit dem Widerstand R1 behafteten Stromkreis über die Dioden 11 und 12 abklingt.
Die vorstehend beschriebene Anordnung, bei der zur Speisung ein Pulswechselrichter benutzt wird, lässt sich auch in der Weise ausführen, dass die Speisung aus einem Drehstromnetz über antiparallelgeschaltete Ventile erfolgt.
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Arrangement for operating a main-circuit motor The invention relates to an arrangement for operating a main-circuit motor through four quadrants of its speed-torque characteristic field.
The arrangement is based on the task of operating a main circuit motor in the four quadrants of its speed-torque characteristic field in such a way that as few as possible, in particular mechanical switching operations are required. The regulation or control range of the arrangement should not experience any restriction compared to comparable arrangements provided with changeover contacts.
This object is achieved with an arrangement for operating a main circuit motor through four quadrants of its speed-torque characteristic field according to the invention in that one winding of the series connection of excitation winding and armature winding is in the diagonal of a single-phase bridge circuit with four uncontrolled valves and the series connection is connected to means for changing the voltage according to size and direction.
A pulse-controlled inverter, known per se, to which the series circuit is optionally connected via an additional inductance, is suitable as a means for changing the voltage in terms of magnitude and direction.
When the motor is operated in generator mode, there is a risk that too high a current in the excitation winding will continue to have a current-increasing effect comparable to self-excitation. In a further development of the inventive concept, this disadvantage can be avoided by igniting a controllable valve arranged parallel to the winding when a predefinable maximum current value is exceeded in the bridge diagonal. The series connection between the armature winding and the exciter winding is thus canceled with regard to an equal current value flowing through both.
Despite a possible further increase in the current in the armature winding, the current in the excitation winding is lower due to the controllable semiconductor valve arranged in parallel.
To reduce the time constant of the current decay within the bridge circuit, in a further embodiment of the inventive concept, an additional resistor can be provided in parallel or in series with the winding in the bridge diagonal. A controllable semiconductor valve that can be erased at any time can be connected in parallel with it in a manner known per se, so that the effective total resistance of this parallel connection, consisting of resistor and semiconductor valve, can be changed by changing the time in which the current flows through the resistor, and the times in which it flows through the semiconductor valve parallel to the resistor varies. It is thought of a pulse-like change.
The resistance provided in particular for this generator operation within the bridge diagonal is expediently short-circuited during motor operation by igniting the semiconductor valve located in parallel.
A schematic exemplary embodiment of the invention will be explained with the aid of a drawing. A pulse inverter with four controllable valves 1, 2, 3 and 4 that can be deleted at any time is connected to the terminals of a DC voltage source U. The deletion of these valves can be carried out by means known per se, e.g. a capacitor quenching circuit. The pulse-controlled inverter also has four uncontrolled valves 5, 6, 7 and B. The two parallel branches I and 1I of the pulse-controlled inverter are provided with chokes D in the connection of the current paths a and b.
These chokes prevent the extinguishing energy of the capacitor of an extinguishing arrangement from flowing away quickly. Each
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of the chokes D has a center tap to which the series connection of the armature winding A and the excitation winding E of the direct current main circuit motor is connected. In the illustrated embodiment, the excitation winding E of the motor is arranged in the diagonal of a bridge consisting of four uncontrolled valves.
The direction of current flow in this exciter winding therefore always remains the same, regardless of the direction of current flow in the downstream armature winding. In the current path of the series connection of the excitation winding and the armature winding, there is an additional inductance L. Without changing the operating behavior of the arrangement, the roles of the excitation winding and armature winding can be interchanged with regard to their circuit position.
If the DC voltage source is not suitable for taking up current, it is advisable to provide a loss resistor R, which is switched on by closing switch S when the motor is in generator operation. In the practical implementation the switch S is an electronically switching element, e.g. a thyristor. A buffer capacitor C is also provided in front of the input of the pulse-controlled inverter.
The operation of the arrangement is carried out in such a way that the series connection of the excitation winding and the armature winding is fed from the DC voltage source via valves 1 and 2 or, in the case of opposite direction of rotation, via valves 3 and 4. Not only the direction, but also the size of the the voltage U feeding the series circuit can be controlled with the help of the pulse inverter. This is done in a manner known per se in that the mean value of the energy supply is determined by changing the pulse duty factor, i.e. is determined by varying the ratio of the times when the valves are energized to the times when they are extinguished.
If the DC voltage falls below the value of the motor EMF, the motor is in generator mode with the current direction reversed; it brakes.
A controllable semiconductor valve 10 is connected in parallel with the excitation winding E in the bridge circuit. If the current in the bridge diagonal with the exciter winding E increases above a predeterminable maximum current value Imax, the grid of the controllable semiconductor valve is ignited after a target / actual comparison of the current carried out with known means. The armature current of the main-circuit motor then flows via the controllable valve 10, while the energy stored in the excitation winding E decays in the circuit with the resistor R1 via the diodes 11 and 12.
The arrangement described above, in which a pulse-controlled inverter is used for the supply, can also be implemented in such a way that the supply takes place from a three-phase network via valves connected in anti-parallel.