DE1087254B - Anordnung zum schnellen Entregen bzw. zur schnellen Erregungsumkehr von induktiven Gleichstromkreisen, insbesondere zum Umerregen des Feldes von Gleichstrommaschinen - Google Patents
Anordnung zum schnellen Entregen bzw. zur schnellen Erregungsumkehr von induktiven Gleichstromkreisen, insbesondere zum Umerregen des Feldes von GleichstrommaschinenInfo
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- B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
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- B66C13/18—Control systems or devices
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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- H02P7/00—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
- H02P7/03—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for controlling the direction of rotation of DC motors
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- B66C2700/00—Cranes
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Description
DEUTSCHES
Die bei der Ab- und Umschaltung von Gleichstromkreisen, welche große Selbstinduktivität enthalten,
auftretenden Überspannungen bringen technisch erhebliche Schwierigkeiten, da sie an den Schaltern zu
Funken- und Lichtbogenbildung und in den Wicklungen selbst zu Zerstörungen führen können.
Diese Schaltprobleme treten beispielsweise bei der Abschaltung von Magnetkupplungen und Hubmagneten
auf, sind aber ganz besonders wichtig bei allen Maschinen mit gleichstromerregten Feldwicklungen.
Es sind eine ganze Reihe von Schaltungen bekannt, die dazu dienen sollen, die Ableitung der in der Spule
gespeicherten Energie in unschädlicher Weise zu bewirken. Eine der bekanntesten Maßnahmen ist die
Parallelschaltung eines Widerstandes zur Selbsinduktionsspule.
Weiter ist ein Verfahren zur Schnellentregung bekannt, bei welchem die in der Induktivität gespeicherte
Energie abwechselnd von einem Gegenspannungserzeuger, wie beispielsweise einem Kondensator oder
einer leer laufenden, eventuell mit einer Schwungmasse gekuppelten Gleichstrommaschine aufgenommen
und wieder in die Induktivität zurückgespeist wird. Bei diesen mit beliebig geringer Frequenz erfolgenden
Energiependelungen wird ein Nulldurchgang der Spannung für den eigentlichen Schaltzeitpunkt
ausgenutzt, um leistungslos schalten zu können.
Bei den folgenden Erläuterungen sei von der Umerregung der Feldwicklungen von Gleichstrommaschinen,
die über gesteuerte Gleichrichter betrieben werden, ausgegangen, da dies eine der wichtigsten technischen
Aufgaben ist. Jedoch ist die Anwendung der Anordnung nach der Erfindung, wie bereits erwähnt,
nicht hierauf beschränkt.
Um die Drehrichtung einer Gleichstrommaschine umzukehren, wird die Spannung entweder am Anker
oder an der Feldwicklung umgepolt. Bei Umkehrantrieben mit elektronisch geregelter Motorsteuerung
macht man meist von der Ankerumpolung Gebrauch, weil sich damit verhältnismäßig kurze Umsteuerzeiten
erzielen lassen, aber die zu schaltende Leistung und damit die Belastung für die Schalter bzw. Wendeschütze
ist höher als für Feldumkehrbetrieb und so die Schalthäufigkeit beschränkt.
Bei Umpolung des Feldes ist zwar die zu schaltende Leistung geringer, aber die Beherrschung der auftretenden
Überspannungen verlangt Schaltmaßnahmen, welche die Umsteuerzeit verlängern. Wechselt man
nämlich die Polarität des Erregerfeldes zu schnell, so treten infolge der Selbstinduktion an der Feldwicklung
derart hohe Spannungsspitzen auf, daß sie zur Zerstörung der Wicklung führen können. Dabei ist
außer der absoluten Höhe auch die Stirnflankensteilheit der Überspannung des Ausgleichsvorganges maß-
Anordnung
zum schnellen Entregen bzw. zur schnellen Erregungsumkehr von induktiven
Gleichstromkreisen,
insbesondere zum Umerregen des Feldes von Gleichstrommaschinen
Anmelder:
Pintsch Bamag Aktiengesellschaft,
Berlin NW 87, Reuchlinstr. 10-17
Berlin NW 87, Reuchlinstr. 10-17
Otto Beholz, Hegne (Kr. Konstanz),
ist als Erfinder genannt worden
ist als Erfinder genannt worden
gebend, da der kapazitive Verschiebungsstrom zwischen den Wicklungslagen zu Stoßionisation führen
kann und damit den Durchschlag einleitet. Zur Begrenzung dieser Überspannungen wird in bekannten
Feldumkehrschaltungen meist parallel zur Feldwicklung ein Schutzwiderstand geschaltet. Dieser Widerstand
verbraucht jedoch während des Normalbetriebes nutzlos Leistung und vergrößert beim Umschalten
die Zeitkonstante des Ausgleichsvorganges.
Bei dem bekannten Verfahren zur Schnellentregung mittels Kondensator bzw. Energiespeicherung in
rotierenden Massen muß ein Nulldurchgang der oszillierenden Spannung für den Schaltzeitpunkt abgewartet
werden. Die Höhe der auftretenden Überspannung ist dabei nicht durch Schaltmaßnahmen festgelegt.
Es ist weiter bekannt, durch Gegenspannungen die Entregung bzw. Umerregung zu beschleunigen. Beispielsweise
wird bei einem fremderregten Generator die Gegenspannung durch Umpolen der Feldspannungsquelle
erhalten, und man kann sie durch Umgehen des S teil Widerstandes im Feldkreis höher als im
Normalbetriebe wählen. Jedoch hat man bei dieser bekannten Anordnung keine Vorsorge getroffen, Überspannungen
abzuleiten, welche die Schalteinrichtungen gefährden könnten. Eine andere bekannte Einrichtung
schaltet die Spannungen zweier Erregermaschinen in der Weise gegeneinander, daß die Differenzspannung
eine zur Entregung dienende Gegenspannung ergibt, welche jedoch unterhalb der normalen Netzspannung
009 587/152
liegt. Auch ist es bekannt, die Induktivität zur Entregung
parallel zu einem ungeladenen Kondensator zu schalten.
Die vorgeschlagene Anordnung ist jedoch besonders vorteilhaft, weil die gewählte, Gegenspannung in Höhe
der für die Schalteinrichtungen maximal zulässigen Überspannung und somit höher als üblich gewählt
wird. Den ersten Teil des Ausgleichvorganges übernimmt ein Schaltgleichrichter, der einen teilweisen
Ladungsausgleich der Feldenergie über den Kondensator ermöglicht, solange dieSelbsinduktionsspannung
die in Höhe der zulässigen Überspannung eingestellte Gegenspannung überschreitet. Nach Absinken der
Selbstinduktionsspannung auf den Wert der (umgepolten) Netzspannung sperrt der Schaltgleichrichter,
und die weitere Umerregung erfolgt mit konstanter Netzspannung.
Gemäß der Erfindung ist die neue Anordnung zum schnellen Entregen bzw. zur schnellen Erregungsumkehr
von induktiven Gleichstromkreisen, insbesondere zum Umerregen des Feldes von Gleichstrommaschinen,
unter Verwendung einer Gegenspannungsquelle dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator mit parallel
geschaltetem hochohmigem Widerstand vorzugsweise über einen Gleichrichter auf einer der zulässigen
Überspannung gleichen Gegenspannung gehalten und über einen Schaltgleichrichter, der die Gegenspannung
vom induktiven Gleichstromkreis fernhält, beim Entregen bzw. Umerregen des induktiven Gleichstromkreises
derart parallel zur Induktivität des Gleichstromkreises geschaltet wird, daß die an der Induktivität
auftretende Selbstinduktionsspannung beim Überschreiten der die zulässige Überspannung festlegenden
Gegenspannung über den Schaltgleichrichter und die mit ihm in Reihe liegende: Parallelschaltung
aus dem Kondensator und dem hochohmigen Widerstand abgeleitet wird.
Ein Teil des beim Schaltvorgang frei werdenden Energieinhaltes der Induktivität der Feldwicklung
wird mit definierter zulässiger Überspannung von einer Kapazität aufgenommen. Dieser Kondensator
wird auf einer der Öffnungsspannung der Selbstinduktion entgegengerichteten Gleichspannung gehalten,
die praktisch der gewählten zulässigen Überspannung entspricht. Ein hochohmiger Widerstand
überbrückt den Kondensator, um diese Gegenspannung definiert zu erhalten und nach Schaltvorgängen die
Ladungen auszugleichen und höhere als die zulässigen Überspannungen abzuleiten. Zwischen dem Kondensator
und dem induktiven Gleichstromkreis liegt ein Schaltgleichrichter, der im Normalbetrieb die der zulässigen
Überspannung entsprechende Gegenspannung vom induktiven Gleichstromkreis fernhält, aber beim
Umsteuern die entgegengerichtete Selbstinduktionsspannung der Schaltvorgänge zum Kondensator durchläßt,
solange sie die zulässige Spannung überschreitet. Die Umsteuerzeiten werden gegenüber bekannten Anordnungen,
beispielsweise mit Schutzwiderstand, wesentlich verkürzt, und der zusätzliche Leistungsaufwand
ist für die Kondensatorschaltung viel geringer.
Bei Betrieb von Gleichstrommaschinen aus dem Wechselstromnetz über gesteuerte Gleichrichter ist
eine Nutzbremsung der Maschine im Wechselrichterbetrieb mit Energierücklieferung ins speisende Netz
bei der vorgeschlagenen Feldumkehrsteuerung sehr leicht möglich, da für diesen Fall lediglich der Zündwinkel
der Ankerstromrichtergefäße über 180° hinaus verstellt zu werden braucht und im übrigen keine Änderungen,
insbesondere Unterbrechungen und Umschaltungen, im Ankerkreis notwendig sind.
Ein Ausführungsbeispiel erläutert die Vorteile der Erfindung. Die Zeichnung zeigt das Prinzipschaltbild
der vorgeschlagenen Anordnung.
Es sei -beispielsweise eine Überspannung Ü vom doppelten Betrag der Nennspannung Un zugelassen.
In der Abbildung wird die Feldwicklung der Maschine, dargestellt durch die Reaktanz LP und den
ohmschen Widerstand RP der Wicklung, vom Transformator
Tr über den Gleichrichter Gl1 mit der Nenn-
spannung Un versorgt. Der durch die Feldspulen
fließende Nennstrom sei IF. Mit dem Wendeschütz
FW kann die Erregerspannung der Maschine umgepolt werden. Parallel zur Wicklung liegt der Kondensator
Cp, der zur Funkenlöschung am Wendeschütz dient, aber in dieser Schaltung auch die Aufgabe hat,
die Steilheit der Stirnflanke der durch die Feldumkehr bedingten Ausgleichspannungen zu verringern. Der
reichlich bemessene Ausgleichkondensator C wird vom Transformator Tr über den kleinen Gleichrichter GZ2
so auf eine Gleichspannung Ü in Höhe der zulässigen
Überspannung aufgeladen. Um diese Spannung bei allen Ausgleichvorgängen definiert zu halten, ist der
Kondensator C mit einem Hochohmwiderstand R überbrückt. Zwischen Kondensator und Feldkreis liegt ein
Schaltgleichrichter Gl3, der so angeordnet ist, daß er
die Ausgleichspannung durchläßt, solange sie die Gegenspannung Ü übersteigt. Die normale Betriebsspannung
Un kann wegen der am Kondensator C liegenden
höheren Gegenspannung Ü über den Schaltgleichrichter Gl3 keinen Strom fließen lassen.
Wird nun die Feldwicklung durch Betätigen des Wendeschützes FW umgepolt, so fließt in der Wicklung
beim Abbau des Feldes zunächst der Strom in ursprünglicher Richtung weiter, und die Spannung an
den Klemmen der Wicklung steigt infolge der Selbstinduktion steil an. Erfindungsgemäß kann die Überspannung
nur bis zu dem zulässigen vorgewählten Wert Ü der Gegenspannung ansteigen, welche am
Ausgleichkondensator C liegt. Für den Ausgleichstrom/fz=0
ist der Weg zum speisenden Netz durch den Gleichrichter Gl1 gesperrt, der Durchgang über
den Schaltgleichrichter Gl3 zum Kondensator C aber
frei. Die Kapazität C wird so groß bemessen, daß die sich entladende Induktivität die Spannung Ü an C
nicht wesentlich erhöhen kann. Der hochohmige Widerstand R sorgt dafür, daß die Spannung an C den
Wert Ü auch bei mehrmaligem Umsteuern in kurzen Zeitabständen wieder erreicht. Ein Teil des Energieinhaltes
der Induktivität wird bei der konstanten Spannung C in den Kondensator C übertragen. Dies
bewirkt eine schnellere Entladung der Induktivität als z. B. bei Verwendung eines Schutzwiderstandes, da
in diesem Fall die Klemmenspannung während des Entladevoroanges proportional mit dem Strom sinken
würde und der Ausgleichstrom allmählich verschwindet.
Claims (3)
1. Anordnung zum schnellen Entregen bzw. zur schnellen Erregungsumkehr von induktiven Gleichstromkreisen,
insbesondere zum Umerregen des Feldes von Gleichstrommaschinen, unter Verwendung
einer Gegenspannungsquelle, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (C) mit parallel geschalteten!
hochohmigem Widerstand (R) vorzugsweise über einen Gleichrichter (Gl2) auf einer der
zulässigen Überspannung gleichen Gegenspannung (Ü) gehalten und über einen Schaltgleichrichter
(Gl3), der die Gegenspannung vom induktiven Gleichstromkreis fernhält, beim Entregen bzw.
Umerregen des induktiven Gleichstromkreises derart parallel zur Induktivität des Gleichstromkreises
geschaltet wird, daß die an der Induktivität auftretende Selbstinduktionsspannung beim Überschreiten
der die zulässige Überspannung festlegenden Gegenspannung über den Schaltgleichrichter
(Gl3) und die mit ihm in Reihe liegende Parallelschaltung aus dem Kondensator (C) und
dem hochohmigen Widerstand (R) abgeleitet wird. 2. Anordnung nach Anspruch]., dadurch gekennzeichnet,
daß die Kapazität (C) und der Widerstand (R) so bemessen sind, daß beim Entregungsvorgang
bzw. bei der Umkehr der Erregung die am Kondensator liegende Spannung (O) nur unwesentlich
und kurzzeitig überschritten wird.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Induktivität des
Gleichstromkreises ein Funkenlöschkondensator (Cp) geschaltet ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
ίο Deutsche Patentschriften Nr. 269 149, 304 323,
851, 394 441, 418 038;
ETZ., 1927, S. 1719.
ίο Deutsche Patentschriften Nr. 269 149, 304 323,
851, 394 441, 418 038;
ETZ., 1927, S. 1719.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEP11727A DE1087254B (de) | 1954-04-09 | 1954-04-09 | Anordnung zum schnellen Entregen bzw. zur schnellen Erregungsumkehr von induktiven Gleichstromkreisen, insbesondere zum Umerregen des Feldes von Gleichstrommaschinen |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1087254B true DE1087254B (de) | 1960-08-18 |
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ID=599795
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEP11727A Pending DE1087254B (de) | 1954-04-09 | 1954-04-09 | Anordnung zum schnellen Entregen bzw. zur schnellen Erregungsumkehr von induktiven Gleichstromkreisen, insbesondere zum Umerregen des Feldes von Gleichstrommaschinen |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE1087254B (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2539133A1 (de) * | 1974-09-04 | 1976-03-25 | Lucas Ltd Joseph | Steuerschaltung fuer elektrisch angetriebenes fahrzeug |
DE3148200A1 (de) * | 1981-12-05 | 1983-06-16 | Zahnradfabrik Friedrichshafen Ag, 7990 Friedrichshafen | Vorrichtung zur steuerung eines elektromotorischen antriebs |
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-
1954
- 1954-04-09 DE DEP11727A patent/DE1087254B/de active Pending
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