DE1101585B

DE1101585B - Arrangement for resistive braking of a grid-controlled rectifier from the AC network fed DC motor

Info

Publication number: DE1101585B
Application number: DEL22398A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Johannes Foerster
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1955-07-08
Filing date: 1955-07-08
Publication date: 1961-03-09

Description

Anordnung zur Widerstandsbremsung eines über gittergesteuerte Gleichrichter aus dem Wechselstromnetz gespeisten Gleichstrommotors Auf Grund der Ventilwirkung von Stromrichtern, die für die Speisung, Steuerung und Regelung von Gleichstrommotoren verwendet werden, kann die Abbremsung dieser Motoren nicht in der einfachen Weise erfolgen, wie das bei der Speisung derartiger Motoren über Maschinenumformer der Fall ist. Soll die kinetische Energie eines Stromrichterantriebes an das speisende NTetz zurückgeliefert werden, so ist dies bekanntlich dadurch möglich, daß entweder der Anker oder die Erregerwicklung des Gleichstrommotors umgeschaltet wird oder daß zu den Entladungsstrecken Stromrichter antiparallel geschaltet werden. Eine bloße Umwandlung der kinetischen Energie in Wärme kann durch Zuschalten von Bremswiderständen erfolgen. -Bei Anwendung der Nutzbremsung in der Art der Antiparallelschaltung von gesteuerten Entladungsstrecken ist eine Stromrichtungsumkehr und daher auch eine Leistungs-Richtungsumkehr in kürzester Zeit möglich, weil hierbei keine mechanischen Schaltmittel, z. B. Ankerumschalter, erforderlich sind bzw. die Feldenergie nicht erst ab- und wieder aufgebaut «erden muß. Bei reiner Widerstandsbremsung wird bei Verwendung von Schützen oder Schaltern eine spürbare Totzeit bis zum Wirksamwerden der Abbremsung vergehen. Außerdem werden die verwendeten Schalter einem bestimmten Verschleiß unterliegen. Der Wunsch, die Abbremsung schnell und möglichst kontaktlos vorzunehmen, ließ sich bisher am besten mit der Antiparallelschaltung .der Entladungsstrecken bzw. mit der Bereitstellung eines getrennten Stromrichters erreichen, der nur als Wechselrichter ausgesteuert wurde. Diese Methode ist aber bei Antrieben kleiner und mittlerer Leistung etwa bis 50 kW sehr aufwendig, weil nicht nur fast die doppelte Stromrichterleistung installiert werden muß, sondern auch zusätzliche Gittersteuereinrichtungen erforderlich sind.Arrangement for resistance braking of a grid-controlled rectifier DC motor fed from the AC mains due to the valve action of converters for the supply, control and regulation of DC motors can not be used, the braking of these motors in the easy way take place, as is the case with the supply of such motors via machine converters Case is. Is the kinetic energy of a converter drive to the feeding NTetz are returned, this is known to be possible in that either the armature or the excitation winding of the DC motor is switched or that converters are connected anti-parallel to the discharge paths. One mere conversion of the kinetic energy into heat can be achieved by connecting braking resistors take place. -When regenerative braking is used in the form of anti-parallel connection of controlled discharge paths is a reversal of the current direction and therefore also a Reversal of power direction possible in a very short time because there are no mechanical ones Switching means, e.g. B. armature switch, are required or the field energy is not must first be dismantled and then rebuilt. With pure resistance braking, at Use of contactors or switches has a noticeable dead time before it becomes effective the deceleration pass. In addition, the switches used are a specific one Subject to wear and tear. The desire to brake quickly and with as little contact as possible The best way to do this was to use the anti-parallel connection of the discharge paths or with the provision of a separate converter that is only available as Inverter was controlled. However, this method is smaller for drives and medium power up to 50 kW is very expensive, because not only almost twice as much Power converter power must be installed, but also additional grid control devices required are.

Es sei zunächst darauf hingewiesen, daß ein sogenannter Wechselrichterbetrieb auch mit einer einzigen gesteuerten Entladungsstrecke möglich ist, «renn der Strom von selbst lückt, d. h. eine Kommutierung des Stromes von dieser Entladungsstrecke auf eine andere nicht erforderlich ist, um einen Stromnulldurchgang zu erzwingen. Das setzt allerdings voraus, daß sich entweder im Ankerkreis überhaupt keine Induktivität befindet, also nur auf die Gegenspannung des Motors gearbeitet wird bzw. im Wechselrichterbetrieb nur die EMK des Motors ohne induktiven Widerstand den Strom durch die Wechselrichterröhre treibt. Ein lückender Strom kann außerdem dadurch erreicht werden, daß die Amplitude der Wechselspannung gegenüber der Motorgleichspannung im Wechselrichterbetrieb sehr hoch gewählt wird. In beiden Fällen würden sich kurze und hohe Stromspitzen ergeben. Die Beanspruchung sowohl des Kollektors als auch die der Entladungsstrecken wäre außerordentlich ungünstig. Dies kann in bekannter Weise vermieden werden, indem in Reihe zu den Wechselrichtergefäßen ohmsche Widerstände geschaltet werden, wie das in Fig. 1 beispielsweise für eine Einphasendoppelweggleichrichtung dargestellt ist.It should first be noted that a so-called inverter operation is also possible with a single controlled discharge path, the current runs lapses by itself, d. H. commutation of the current from this discharge path to another is not required to force a current zero crossing. However, this assumes that there is no inductance at all in the armature circuit is located, i.e. only the counter voltage of the motor is used or in inverter operation only the EMF of the motor without inductive resistance the current through the inverter tube drives. An intermittent current can also be achieved by increasing the amplitude the AC voltage compared to the DC motor voltage in inverter operation is chosen high. In both cases short and high current peaks would result. The stress on both the collector and the discharge paths would be extremely unfavorable. This can be avoided in a known manner by ohmic resistances are connected in series with the inverter vessels, such as shown in Fig. 1 for example for a single-phase double-wave rectification is.

Dort wird der Anker 1 eines Gleichstrommotors über die beiden als Gleichrichter dienenden Entladungsstrecken 2 d und 2 b gespeist. Von dem zugehörigen Netztransformator ist nur die Sekundärwicklung 3 dargestellt. Eine Abbremsung des Motors erfolgt mit Hilfe einer weiteren Entladungsstrecke (Bremsgefäß) 4 und eines ohmschen Widerstandes 5. Der Motor kann im Normalbetrieb über einen beispielsweise elektronischen Regler auf konstante Ankerspannung geregelt werden, in der Weise, daß die Ankerspannung mit einem Sollwert verglichen wird und die so ermittelte Regelabweichung über die beiden Gleichrichter 2 ca und 2 b - bewirkt, daß die Regelabweichung vermindert oder beseitigt wird. Das Bremsgefäß 4 soll beispielsweise immer dann gezündet werden, wenn die Regelabweichung negativ ist, d. h. wenn die Ankerspannung größer ist als der Sollwert.There the armature 1 of a direct current motor is fed via the two discharge paths 2 d and 2 b serving as rectifiers. Only the secondary winding 3 of the associated network transformer is shown. The motor is decelerated with the help of a further discharge path (brake vessel) 4 and an ohmic resistor 5. In normal operation, the motor can be regulated to a constant armature voltage via an electronic controller, for example, in such a way that the armature voltage is compared with a target value and the The control deviation determined in this way via the two rectifiers 2 ca and 2 b - causes the control deviation to be reduced or eliminated. The brake chamber 4 should, for example, always be ignited when the control deviation is negative, ie when the armature voltage is greater than the setpoint value.

Im allgemeinen kann der Bremsstrom und damit auch die Bremsleistung wesentlich niedriger gehalten werden als die Antriebsleistung. Auf Grund der großen stromlosen Pausen können die Stromspitzen im Bremsgefäß ein Vielfaches vom Mittelwert sein. Dennoch ist eine eventuell erforderliche Parallelschaltung mehrerer Bremsgefäße über getrennte Bremswiderstände bei Verwendung nur einer Gitterzündeinrichtung möglich. Insbesondere hei den sogenannten Cottonantrieben ist nun erforderlich, daß der Motor bei Versagen irgendeiner Einrichtung auf keinen Fall seine Drehrichtung umkehrt.In general, the braking current and thus also the braking power can be kept much lower than the drive power. Because of the big In pauses with no current, the current peaks in the brake chamber can be a multiple of the mean value be. However, a parallel connection of several brake chambers may be required possible via separate braking resistors when using only one grid ignition device. In particular in the so-called Cotton drives it is now necessary that the motor should fail any device under no circumstances reverses its direction of rotation.

Diese Bedingung wird durch die vorliegende Erfindung erfüllt, die eine Anordnung zur Widerstandsbremsung eines über gittergesteuerte Gleichrichter aus dem Wechselstromnetz gespeisten Gleichstrommotors mit Hilfe eines über zusätzliche gittergesteuerte Entladungsstrecken (Bremsgefäße) an den Motoranker anschaltbaren Bremswiderstandes betrifft. Erfindungsgemäß ist dem Bremswiderstand ausschließlich und unmittelbar ein Kondensator parallel geschaltet.This condition is met by the present invention an arrangement for resistive braking of a grid-controlled rectifier DC motor fed from the AC network with the help of an additional Grid-controlled discharge lines (brake vessels) can be connected to the motor armature Braking resistor concerns. According to the invention, the braking resistor is exclusive and a capacitor connected in parallel immediately.

An sich ist zwar die Anordnung einer Kombination ohmscher und kapazitiver Widerstände im Stromkreis von Bremsgefäßen bekannt. Diese Widerstände sind jedoch weiteren Steuergliedern zugeordnet und sollen nicht selbst unmittelbar im Leistungskreis Wirkungen hervorrufen.In itself, the arrangement is a combination of ohmic and capacitive Resistances in the circuit of brake vessels are known. However, these resistances are assigned to other control elements and should not be directly in the service area Cause effects.

Nach Fig. 1 ist das Bremsgefäß 4 mit dem in Reihe dazu liegenden Bremswiderstand 5 unmittelbar an den Ankert geschaltet. Um das Bremsgefäß nach erfolgter Abbremsung wieder zum Verlöschen zu bringen, ist erfindungsgemäß parallel zu dem Bremswiderstand 5 ein Kondensator 20 geschaltet. Der Kondensator ist so bemessen, daß nach Beendigung des Bremsvorganges, d. h. in dem Augenblick, wenn der Zündzeitpunkt der Entladungsstrecken 2a und 2b zeitlich wieder vorverlegt wird, so daß es wieder zu deren Stromaufnahme kommt, das Bremsgefäß 4 zum Verlöschen gebracht wird: An Hand der Fig.2 soll die Arbeitsweise einer solchen Anordnung erläutert werden.According to FIG. 1, the brake chamber 4 is connected directly to the armature with the brake resistor 5 lying in series with it. In order to extinguish the braking vessel again after braking has taken place, a capacitor 20 is connected in parallel to braking resistor 5 according to the invention. The capacitor is dimensioned so that after the end of the braking process, that is, at the moment when the ignition point of the discharge paths 2a and 2b is brought forward again so that their current consumption occurs again, the brake chamber 4 is extinguished The method of operation of such an arrangement is to be explained in FIG.

Die Zündung der Gleichrichtergefäße 2 d und 2 b muß bei den Transformator-Wechselspannungen %o und Uwb in der angedeuteten Weise zum Zeitpunkt t1 und t4 erfolgen, um die Ankerspannung UA auf dem angenommenen Wert zu halten. In Fig.2 ist der Übergang vom Bremsbetrieb in den Normalbetrieb dargestellt. Bis zum Zeitpunkt t1 waren die Gleichrichtergefäße 2d und 2b auf Grund einer Zurücknahme ihrer Zündzeitpunkte praktisch gesperrt, so daß über das Bremsgefäß 4 der Bremsstrom iB, gegeben .durch die Höhe der Ankerspannung UA und durch den Bremswiderstand 5, als abklingender Gleichstrom floß. Mit der Zündung des Gleichrichtergefäßes 2 a am Zeitpunkt t1 überlagert sich dem Bremsstrom noch ein Wechselstrom auf Grund der Oberwelligkeit der gezündeten Gleichspannung. Wegen der ohrnschen und induktiven Widerstände im Transformator folgt die Spannung UC am Kondensator 20 bzw. am Bremswiderstand 5 der Transformator-Wechselspannung etwas verzögert, bis schließlich am Zeitpunkt t2 eine Überschneidung eintritt und die Spannung UC wegen der Streuinduktivität des Transformators etwas über die Transformatorspannung hinausschwingt, so daß am Zeitpunkt t3, wenn sich die magnetische Energie der Streuinduktivität auf das Bremsglied übertragen hat, der Bremsstrom iB durch Null geht und damit das Bremsgefäß zum Verlöschen kommt. Die Spannung Uc klingt dann nach der normalen Exponentialfunktion auf Null ab. Eine Wiederzündung des Bremsgefäßes wäre erst am Zeitpunkt t4 mit der Zündung des Gleichrichtergefäßes 2 b anodenseitig möglich, da jedoch das Gitter wieder eine negative Vorspannung besitzt, bleibt das Gefäß verloschen. Ein sicheres Verlöschen des Bremsgefäßes nach Wiederaufnahme des Gleichrichterbetriebes ist immer dann gewährleistet, wenn die Kondensatorspannung etwas langsamer abklingt als die Anodenwechselspannung. Ein sicheres Verlöschen des Bremsgefäßes ist selbst dann gewährleistet, wenn der Ankerstromkreis noch zusätzlich die Glättungsdrossel 21 (Fig. 1) enthält.The rectifier vessels 2 d and 2 b must be ignited with the transformer alternating voltages % o and Uwb take place in the manner indicated at times t1 and t4, in order to increase the armature voltage To keep UA at the assumed value. The transition from braking operation is shown in FIG shown in normal operation. The rectifier vessels were up by time t1 2d and 2b practically blocked due to a reduction in their ignition times, see above that the braking current iB, given through the level of the armature voltage, via the braking vessel 4 UA and through the braking resistor 5, as decaying direct current flowed. With the ignition of the rectifier vessel 2a at time t1 is still superimposed on the braking current an alternating current due to the ripple of the ignited direct voltage. Because the earnschen and inductive resistances in the transformer are followed by the voltage UC something at the capacitor 20 or at the braking resistor 5 of the transformer AC voltage delayed until finally an overlap occurs at time t2 and the Voltage UC slightly above the transformer voltage due to the transformer's leakage inductance swings out, so that at time t3 when the magnetic energy of the leakage inductance has transferred to the braking member, the braking current iB goes through zero and thus that Brake chamber is extinguished. The voltage Uc then sounds like the normal exponential function down to zero. A reignition of the brake chamber would not occur until time t4 with the Ignition of the rectifier vessel 2b is possible on the anode side, but there is the grid has a negative bias again, the vessel remains extinguished. A sure one The brake chamber is always extinguished after the rectifier operation is resumed then guaranteed when the capacitor voltage decays a little slower than that Anode alternating voltage. Even then, the brake chamber is sure to go out guaranteed if the armature circuit also has the smoothing reactor 21 (Fig. 1) contains.

Claims

PATENT CLAIM: Arrangement for resistance braking of a direct current motor fed via grid-controlled rectifiers from the alternating current network with the help of an additional grid-controlled discharge path (braking vessel) braking resistor that can be connected to the motor armature, characterized in that a capacitor is connected exclusively and directly in parallel with the braking resistor. Considered publications: German Patent Specifications No. 680 034, 755 410, 759 973, 767 686; U.S. Patent Nos. 2,325,092, 2,409,029, 2413070.