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Regelanordnung für einen Wechselrichter und einen diesen speisenden
Gleichstromgene-rator Bekanntlich arbeitet ein Stromrichter mit einem um so schlechteren
Leistungsfaktor, je niedriger sein Aussteuerungsgrad ist, d. h.
je niedriger bei einer gegebenen Anodenspannung seine jeweilige Gleichspannung
im Verhältnis zu der bei voller Aussteuerung sich ergebenden Gleichspannung ist.
Um mit gutem Leistungsfaktor zu arbeiten, wird daher bei Stromrichtern mit stark
veränderlicher Gleichspannung vielfach nicht nur die Aussteuerung, sondern auch
die Anodenspannung geändert. Es sind verschiedene Anordnungen bekannt, bei denen
die Anodenspannung des Stromrichters stufenweise mit Hilfe ein-es Stelltransformators
so geändert wird, daß durch die Änderung der Aussteuerung im wesentlichen nur der
Spannungsbereich zwischen zwei Stufen des Stelltransformators überbrückt wird.
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Es sind auch Verfahren bekannt, bei denen in Ab-
hängigkeit
von der einzustellenden Gleichspannung der Stelltransformator selbsttätig auf die
jeweils höchstmögliche Spannungsstufe gesteuert wird.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Sonderfall eines Stromrichterbetriebes,
der darin besteht, daß ein Wechselrichter durch einen Gleichstromgenerator gespeist
wird, der dabei unter Einhaltung eines vorbestimmten Stromes Energie an ein Wechselstromnetz
bei bestmöglichem Leistungsfaktor abgeben soll. Ein solcher Betrieb liegt z. B.
vor, wenn elektrisch angetriebene Fahrzeuge, deren Gleichstrommotoren über Stromrichter
aus einer Wechselstromfahrleitung ge-
speist werden, zur sogenannten NTutzbreinsung
bei generatorischem Arbeiten der Motoren Energie an die Fahrleitung zurückliefern
sollen.
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Um in solchen oder ähnlich gelagerten Fällen die Energierücklieferung
mit bestmöglichem Leistungsfaktor durchführen zu können, sieht die Erfindung im
Gegensatz zu den bekannten vorerwähnten Steuerungen eine Regelanordnung für einen
über einen Stelltransformator an ein Wechselstromnetz angeschlossenen Wechselrichter
mit in Abhängigkeit von einer Soll-Istwert-Differenz geregelten Aussteuerung und
einen den Wechselrichter speisenden Gleichstromgenerator, insbesondere für elektrische
Triebfahrzeuge vor, bei der die Differenz zwischen einer der Spannung des Generators
proportionalen Gleichspannung und einer der wechselrichterseitigen Spannung des
Stelltransformators entsprechenden Gleichspannung sowohl einem die Spannung des
Generators steuernden Regler als auch einem den Stelltransformator steuernden Regler
als Eingangsspannung dient, wobei jedoch dein Eingang des letztgenannten Reglers
noch eine Gleichspannung vor 'geschaltet ist, die für diesen Regler eine Erhöhung
des Sollwertes darstellt und bei der schließlich die Aussteuerung des Wechselrichters
in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Stromsollwert geregelt ist.
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Die Erfindung soll an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert werden.
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Die als Generator arbeitende Gleichstronimaschine 1
liefert
über einen Wechselrichter 2 und einen Stelltransformator 3 Energie an das
Wechselstromnetz 4. Zur Regelung des Wechselrichterstromes dient ein Regler
5, der über einen Stenerimpulserzeuger 6 die Aussteuerung des Wechselrichters
in Abhängigkeit von einer am Widerstand 7 liegenden, vom Gleichstromwandler
8 erzeugten Spannung und einer dieser entgegengeschalteten, am Widerstand
9 liegenden Sollwertspannung im Sinne einer Stromregelung beeinflußt.
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Die Spannung des Generators wird durch den Regler 10 über eine
Stellvorrichtung 11 vorzugsweise durch Beeinflussung des Erregerstromes geregelt,
während für den Stelltransformator 3 ein Regler 12 mit einer Stellvorrichtung
13, z. B. einem Stufenschalter, vorgesehen ist.
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An einem Widerstand 14 lie-t als Abbild der Generatorspannung eine
über einen Gleichspanliungswandler 15 gewonnene Spannung. Ferner liegt am
Widerstand 16 eine die wechselrichterseitige Spannung des Stelltransformators
abbildende, über einen Spannungswandler 17 gewonnene Gleichspannung.
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Die Differenz beider Spannungen liegt am Eingang Z> t5
der beiden
Regler 10 und 12 ! wobei jedoch dem Eingang des Reglers 12 noch ein
Widerstand 18 vorgeschaltet ist, an dem eine vorzugsweise konstante Gleichspannung
liegt, die für diesen Regler eine Erhöhung des Sollwertes bewirkt.
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Wird zunächst einmal der Spannungsabfall im Wechselrichter vernachlässigt,
so ergibt sich folgende Wirkungsweise der Regelanordnung:
Geht man
von einem Zustand aus, bei dem die pannungsabfälle an den Widerständen 14 und
16
.nander gleich sind, ihre Differenz also gleich Null ;t, so befindet sich
der Regler 10 in Ruhe. Am .egler 12 liegt dabei die Spannung des Widerstandes
8, die für diesen Regler ein Überwiegen des Sollrertes über den Istwert bedeutet.
Diese Spannung, ie etwas größer gewählt ist als die Ansprechempfindchkeit des Reglers
12, bewirkt, daß der Regler die ;echselrichterseitige Spannung des Stelltransforma-Drs
erhöht bzw. die nächsthöhere Spannungsstufe inschaltet. Dies hat nun aber eine Sollwertvergrößeung
für den Regler 10 zur Folge, der nun seine #egelbedingungen durch Erhöhung
der Generatorpannung zu erfüllen sucht. Damit wird wiederum der #ollwert für den
Regler 12 erhöht, so daß dieses Spiel ler gegenseitigen Beeinflussung beider Regler
sich so ange fortsetzt, bis entweder die höchstmögliche 3pannung des Generators
erreicht ist oder der Stufen-;chalter des Stelltransforrnators auf der obersten
3tufe angelangt ist.
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Läuft der Gleichstromgenerator mit hoher Dreh-#ahl, so wird zuerst
die höchste Spannungsstufe des Stelltransformators erreicht, die der höchsten Spanmrig
für die Anoden des Wechselrichters entspricht. Der Regler 10 regelt dann
eine dieser Anodenspannung --ntsprechende Gleichspannung des Generators ein und
kommt damit zur Ruhe.
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Sinkt in der Folgezeit die Drehzahl des Generators, so sucht der Regler
10 die Generatorspannung durch Erhöhung des Erregerstromes auf dem gleichen
Wert zu halten. Wenn nun bei weiterem Abfall der Generatordrehzahl die Spannung
des Generators auch bei Einstellung des höchsten Erregerstromes unter den genannten
Wert sinkt '. so verkleinert sich damit der Sollwert des Reglers 12, so daß dieser
Regler nunmehr den Stelltransformator stufenweise in dem Maße abwärts steuert, wie
die Generatorspannung bei höchster Generatorerregung sinkt. Dieser Vorgang kann
sich nahezu bis zum Stillstand des Generators fortsetzen.
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Während dieser Vorgänge stellt der Regler 5 stets einen dem
im vorgegebenen Sollwert entsprechenden Wechselrichterstrom ein. Bei passender Wahl
der Widerstände 14 und 16 ergibt sich dabei immer eine Aussteuerung des Wechselrichters,
die nur wenig unter ihrem optimalen Betrag liegt.
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Da die Aussteuerung des Wechselrichters nahezu trägheitslos geändert
werden kann, so kann die Regelgeschwindigkeit des Reglers 5 so groß gewählt
werden, daß keine unzulässigen Stromstöße beim Weiterschalten der Stelltransformatorstufen
auftreten.
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Bisher war der Spannungsabfall im Wechselrichter vernachlässigt,
d. h., es war angenommen, daß bei einer bestimmten Aussteuerung des Wechselrichters
die Spannungen auf der Gleichstrom- und Wechselstromseite desselben in einem konstanten
Verhältnis zueinander stehen. Durch den Spannungsabfall im Wechselrichter ändert
sich aber in Wirklichkeit dieses Verhältnis etwas, insbesondere bei kleinen Spannungen.
Dadurch können sich Einstellungen der Aussteuerung des Wechselrichters durch den
Regler 5
ergeben, die von der optimalen Aussteuerung erheblich abweichen.
Zur Vermeidung dieses Mangels können in den Regelkreis Korrekturgrößen eingefügt
werden, durch deren Einfluß der Spannungsabfall im Wechselrichter ausgeglichen wird.
Dieser Spanungsabfall besteht zum Teil aus der im wesentlichsten stromunabhängigen
Lichtbogenspannung und zum Teil aus dem stromabhängigen Spannungsabfall an den induktiven
und ohmschen Widerständen des Wechselrichters.
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Zum Ausgleich des Spannungsabfalls kann nach einer weiteren Ausbildung
der Erfindung mit den Widerständen 14 und 16 noch ein gestrichelt gezeichneter
Widerstand 20, an dem eine konstante, der Lichtbogenspannung entsprechende Spannung
liegt, und bzw. oder ein Widerstand 19 mit einer dem Wechselrichterstrom
proportionalen Spannung in Reihe geschaltet werden. Bei entsprechender Beinessung
dieses oder dieser Widerstände und entsprechender Wahl der Stromrichtung in ihnen
kann der Einfluß des Spannungsabfalls im Wechselrichter auf das Arbeiten der Regelanordnung
mehr oder weniger genau ausgeglichen werden.
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Wenn die erfindungsgemäße Regelanordnung auch in erster Linie für
elektrisch betriebene Fahrzeuge der obenerwähnten Art bestimmt ist, so besagt dies
nicht, daß sie nicht auch in anderen Fällen, beispielsweise in stationären Anlagen,
mit Vorteil angewendet werden kann.
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Die Anordnung kann auch in mancherlei Hinsicht gegenüber dem dargestellten
Beispiel geändert werden. So kann statt eines Stelltransformators mit Stufenschalter
auch ein solcher verwendet werden, der eine kontinuierliche Spannungsänderung ermöglicht,
z. B. ein Drehtransformator.
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Die Stromregelung des Wechselrichters kann unter Umständen nur in
einer Strombegrenzung bestehen u. dgl.