Anordnung an einer Stromrichtermaschine zur Verbesserung von deren Stromwendung Der Patentanspruch des Hauptpatentes 486 156 be trifft eine Anordnung an einer Stromrichtermaschine, die über einen gesteuerten Stromrichter aus einem Gleich- oder Wechselstromnetz gespeist wird, zur Ver besserung ihrer Stromwendung, bei der in Reihe zu den Klemmen der Ständerwicklung je eine Wicklung glei cher Windungszahl geschaltet ,ist, die gleichachsig und gemeinsam, eng gekoppelt auf dem magnetischen, ge blechten Krens :eines einphasigen Stromwandlers ange ordnet sind und deren Summendurchflutung in strom wendelosen Zeiten Null ist, :
die dagegen in den Strom wendezeiten die in der Phase, in der der Strom gelöscht werden soll, gespeicherte magnetische Energie des Streu- feldes auf die Phase, auf die der Strom übergeleitet wer den soll, übertragen.
Die Ständerwicklungen der Ma schine werden durch diesen Stromwendewandler so eng miteinander gekoppelt, dass bei der Stromwendung die dem Streufluss der stromwendenden Phase (Löschphase) entsprechende magnetische Energie in kürzester Zeit auf die neu zugeschaltete Phase (Stromphase) übergehen kann. Dies hat leichtere Stromwendung und :dadurch günstigere Bemessung der Maschine zur Folge.
Stromrichtermaschinen der Synchron-Bauart mit gleichstromerregtem Läufer, wie sie vorzugsweise für grosse Leistungen in Frage kommen, können, wenn sie aus einem Gleichstrom-(zwischen)-Kreis gespeist wer den, nicht von selbst anlaufen. Sie benötigen im Dreh zahlbereich von Stillstand bis :etwa 10 % der Nenndreh zahl eine unabhängige Wechselstromquelle für die Stromwendung. Es ist bekannt, dafür einen an das Dreh stromnetz angeschlossenen Drehstromhilfsumspanner zu verwenden, essen Zweitwicklungen in Reihe zu den Strangwicklungen der Maschine liegen.
Die Schwierig keit bei dieser Löschung besteht darin, dass man die sen Umspanner nicht stossfrei abschalten kann, wenn die Maschine von Fremdstromwendung auf Eigenstrom wendung übergeht. Der Vorteil dieser Anordnung liegt jedoch darin, dass man nur eine einfache Drehstrom brücke mit sechs Thyristoren bei 3-Phasenstrom benö tigt. Andere Lösungen :erfordern bei stossfreier Um- schaltung, ebenfalls bei Fremdstromwendung, minde stens zwei Drehstrombrücken mit insgesamt zwölf Thy ristoren.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine weitere Ver besserung der im Patentanspruch ,des Hauptpatentes de finierten Erfindens. Gemäss der vorliegenden Erfindung wird bei einer Anordnung an einer Stromrichterma schine, die über einen gesteuerten Stromrichter aus einem Gleichstrom- oder Wechselstromnetz gespeist wird, zur Verbesserung ihrer Stromwendung :die Stän derwicklung der in Synchronbauart ausgebildeten Strom richtermaschine nur über eine einzige Drehstrom-Haupt thyristorbrücke gespeist und :
der Sternpunkt der Ständer wicklung eist mit dem Mittelpunkt einer aus zwei Dio den beistehenden Brücke verbindbar, die gegenparallel zur Hauptbrücke liegt und gleichachsig zu dien je in Reihe mit je einer Ständerwicklung liegenden, als Zweit wicklungen vorgesehenen Wicklungen gleicher Win dungszahl des einphasigen, als Stromwendewandler wir kenden Stromwandlers ist eine einphasig an das Dreh stromnetz anschliessbare Erstwicklung angeordnet. Da durch erhält man ebenfalls nur mit einer Drehstrom brücke zu sechs Thyristoren und mit dem im Hauptpa tent angegebenen Stromwendewandler einen völlig stoss- freien Übergang von Fremd- auf Eigenstromwendung.
Der für die Verbesserung der Stromwendung vorgese hene Stromwendewandler wird also noch mit einer zu sätzlichen Wicklung zum einphasigen Anschluss :an das Wechselstromnetz versehen. Ausserdem ist gegenparal lel zur gesteuerten Drehstrombrücke der Stromrichter- mase'ne eine aus zwei Dioden bestehende Brücke er forderlich, deren Mittelpunkt mit dem Sternpunkt der Ständerwicklung der Stromrichtermaschine verbunden ist.
Solange die von der Stromrichtermaschine bei klei nen Drehzahlen erzeugüe Gegenspannung für :die Strom= wendung nicht ausreicht, werden durch das Zusammen wirken des an das Netz angeschlossenen Stromwende- wandl:
ers, der Diodengegenbrücke und der Verbindung zum Sternpunkt der Ständerwicklung die jeweils gezün deten Thyristoren im Takt der Netzfrequenz stromlos und stromführend, so dass sie richtig gesteuert werden können und die Ständerdurchflutungsachse auch bei ver änderlicher Drehzahl im richtigen Winkel zur Läufer durchflutungsachse bleibt. Die Maschine läuft,daher aus dem Stillstand sicher an und kann, wenn sie etwa 10 % der Nenndrehzahl terreicht hat, auf Eigenstromwendung umgeschaltet werden.
Zu diesem Zweck wird lediglich die Erstwicklung des Stromwendewandlers vom Netz abgeschaltet. Der Wandler liefert dann selbsttätig die richtigen Stromwendespannungen bei Dreiphasenstrom mit der dreifachen Drehfrequenz .der Stromrichterma schine. Auch die Leitung zum Sternpunkt der Ständer wicklung kann unterbrochen werden, da bei Eigenstrom wendung der Stromkreis über den Sternpunkt und die Diodengegenbrücke nicht mehr benötigt wird. Die Ver bindung kann aber auch bestehen bleiben.
An Hand der beigefügten Figuren soll ein Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden. In Fig. 1 bezeichnet l einen Stromrichtermotor mit den drei Ständersträngen 2, 3, 4 und einem mit Gleichstrom erregten Läufer. Der Motor ist an eine Thyristor-Dreh strombrücke 5 mit den sechs Thyristoren 6, 7, 8, 9, 10, 11 angeschlossen, die von den Klemmen 12, 13 eines Gleichstromzwischenkreises gespeist wird.
Dieser sei über die Thyristorbrücke 14 an das Drehstromnetz 15 angeschlossen. 16 bezeichnet den Stromwendewandler mit den drei Zweitwicklungen 17, 18, 19 gleicher Win dungszahl, die gleichachsig auf einem gemeinsamen ma gnetischen Kreisangeordnet und mit den drei Ständer strängen 2, 3, 4 in Reihe geschaltet sind. Ausserdem befindet sich gleichachsig und auf dem .gleichen magne tischen Kreis noch eine Erstwicklung 20, die an das Wechselstromnetz normaler Frequenz z. B. 50 Hz an geschlossen ist. Die Ständerwicklung 2, 3, 4 hat einen Sternpunkt 21, der mit dem Mittelpunkt 22 der aus den beiden Dioden 23, 24 bestehenden Brücke verbunden ist.
Diese Brücke liegt gegenparallel zur Brücke 5.
Die Anordnung wirkt folgendermassen: Die Erstwicklung 20 des Stromwendewandlers sei zunächst noch vom Netz .abgeschaltet. Werden jetzt die Thyristoren 6, 10 und 11 gezündet, so fliessen in den drei Strängen Ströme, wie sie in Fig. 2a dargestellt sind, im Strang 2 ein Strom mit dem Wert 1 und in den Strän gen 3, 4 je der Strom 0,5. Alle drei Stränge bilden die Summendurchflutung - des Ständers mit dem relativen Wert 1,5. Sie ist in Fig. 2a von oben nach unten gerich tet. In den Zweitwicklungen des Wandlers 16 ergibt sich die durch die Pfeile dargestellte Summendurchflu tung Null.
Wird jetzt die Erstwicklung 20 des Wandlers 16 auf das Netz geschaltet und ist für die eine Halbschwingung die Durchflutung in der Wicklung 20 von unten nach oben gerichtet, so werden die Ströme in den Zweitwick lungen 18, 19 und damit auch in den Strängen 3, 4 un ter dem Einfluss der von oben nach unten gerichteten erzeugten Spannung zu Null, während gleichzeitig der Strom im Strang 2 auf den Wert 1,5 steigt, damit die Summendurchflutung den Wert 1,5 beibehält. Sie ist nach wie vor von oben nach unten gerichtet. Der Strom 1,5 fliesst dabei auf .dem Wege 2, 21, 22, 23, 6, 17, 2 (vgl. Fig. 2b).
In der nächsten Halbschwingung ist die Durchflu tung in der Wicklung 20 des Wandlers 16 von oben nach unten gerichtet, infolgedessen wird der Strom in den Wicklungen 17 und 2 zu Null. In den Wicklungen 18, 19 und 3,4 steigt er dagegen auf den Wert 0,866, was als Summendurchflutung den Wert 0,866.2. wie vor von oben nach unten gerichtet. über die Wick
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ergibt. Die Durchflutung 1,5 ist im Motor nach lungen bzw. Thyristoren 3, 18, 10 und 4, 19, 11 fliessen dabei je ein Strom 0,866, die Summe = 1,73 über 24, 22 zurück zum Sternpunkt, wie dies in Fig. 2c dargestellt ist.
Die eine Halbschwingung des Stromes im Wandler 16 ist daher um etwa 15 % grösser als die andere. Man erkennt, dass für die Verhältnisse nach Fig. 2b die Thy ristoren 10 und 11, nach Fig. 2c der Thyristor 6 gesperrt werden könnten.
Fig. 2d entspricht wieder dem Zustand in Fig. 2b, jedoch ist jetzt der Thyristor 10 gesperrt, der Strang 3 hat keine Verbindung mehr zum Minuspol 13. Es kann vielmehr der Thyristor 7 gezündet werden.
Die nächste Halbschwingung ist in der Wicklung 20 (Wandler 16) von oben nach unten gerichtet, ;so dass der Strang 3 noch stromlos bleibt, dagegen wird der Strang 4 mit dem Strom 1,5 beaufschlagt, vgl. Fig. 2e. Die Durchflutung O des Ständers mit dem Wert 1,5 hat sich gegenüber Fig. 2d um 60 im Uhrzeigersinn ge dreht.
In der nächsten Halbschwingung Fig. 2f bleibt die Durchflutung O bestehen, :die Stränge 2 und 3 führen je den Strom 0,866, der mit 1,73 vom Sternpunkt abfliesst.
In Fig. 2g führt der Strang 4 den Strom 1,5 und der Strang 2 (Thyristor 6) kann gesperrt, der Thyristor 9 dagegen gezündet werden, so dass in der nächsten Halb schwingung Fig. 2h der Strang 3 den Strom 1,5 führt und die Durchflutung O um westere 60 im Uhrzeiger sinn gewandert ist.
Wie aus Fig. 2b und 2c bzw. Fig. 2e und 2f hervor geht, kann die Achse der Durchflutung O in der jeweils erforderlichen Lage gehalten werden unabhängig da von, dass unter dem Einfluss der vom Wandler 16 mit Netzfrequenz erzeugten Spannungen die Durchflutung der Ständerwicklung in der einen Halbschwingung von einem Strang und in der anderen von den beiden ande ren Strängen gehalten wird. Jeder Strang wird dabei in jeder Halbschwingung der Netzfrequenz mit dem 1,5fa- chen Strom belastet. Da er aber in der nächsten Halb schwingung stromlos ist, entspricht dies einer Zunahme der Strombelastung um etwa 7 0/0.
Da der kleine Dreh zahlbereich meistens nur zum Anfahren benötigt wird, hat dies auf die Abmessungen der Maschine keinen Ein fluss.
An sich ist es auch möglich, jeweils nur zwei Stränge im Ständer zu beaufsichtigen, wobei unter der Einwir kung des Stromwendewandlers die Durchflutungsachsen im Takt der Netzfrequenz unter 120 verlaufen, eine Summendurchflutung von annähernd 30 kann dann nur unter Einwirkung von Dämpferkreisen im Läufer zustande kommen. Die Zweitwicklungen des Stromwen- dewandlers können auch im Sternpunkt der Ständer wicklung liegen, ohne dass sich an der Wirkungsweise der Anordnung etwas ändert.
Der Aufwand für Stromrichtermotoren wird in sehr erheblichem Mass durch die erforderlichen Thyristoren beeinflusst. Daher bedeutet jede Einsparung auf diesem Gebiet eine entsprechende Verbesserung der Wirtschaft lichkeit. Die vorliegende Erfindung verringert die Zahl der benötigten Thyristoren gegenüber bisherigen Lösun gen auf die Hälfte.
Der Stromwendewandler ermöglicht nicht nur eine bessere Beherrschung der Stromwendung im Betrieb und dadurch eine bessere Ausnutzung und kleinere Abmessungen der Maschine, sondern auch das Anfahren aus dem Stillstand und den Betrieb bei klei- neu Drehzahlen. Dafür ist lediglich noch eine Gegen parallelbrücke aus zwei Dioden erforderlich, was nur einen kleinen Einfluss ,auf den Gesamtaufwand hat.