DE1109252B

DE1109252B - Anordnung zur Umkehrsteuerung und generatorischen Bremsung eines ueber steuerbare Dampfentladungs-stromrichter gespeisten Gleichstrommotors

Info

Publication number: DE1109252B
Application number: DEP7027A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Artur Gruen; Dipl-Ing Bernhard Hoehl
Original assignee: Pintsch Bamag AG
Current assignee: Pintsch Bamag AG
Priority date: 1952-01-30
Filing date: 1952-01-30
Publication date: 1961-06-22

Description

Anordnung zur Umkehrsteuerung und generatorischen Bremsung eines über steuerbare Dampfentladungsstromrichter gespeisten Gleichstrommotors Bei vielen Antrieben der Technik sind sogenannte Umkehrsteuerungen gebräuchlich, bei denen der Antrieb auf ein Umkehrkommando hin bis zum Stillstand abgebremst wird und dann in entgegengesetzter Drehrichtung anläuft. Die Umschaltung des Ankers erfolgt dabei in stromlosem Zustand. Eine Drehzahlsteuerung in weiten Grenzen ist bei Gleichstrommotoren bekanntlich zunächst durch Änderung der Ankerspannung herbeizuführen; eine weitere Drehzahlerhöhung kann bei voller Ankerspannung durch Schwächung des Erregerfeldes erfolgen. Wegen der günstigen Steuermöglichkeit des Gleichstrommotors verwendet man ihn gern für geregelte Antriebe, wobei die Speisung über steuerbare Dampfentladungsstromrichter erfolgen kann. Die Antriebe sind oft mit Regeleinrichtungen versehen, welche Abbremsen und Wiederanlassen mit größtmöglichem Drehmoment unter Einhaltung einer einstellbaren Ankerspannung erlauben. Die Ankerspannungsregelung kann durch Steuerung des Ankerstromrichters bewirkt werden. Weiterhin ist meist in derartigen Antrieben eine Strombegrenzungsregelung im Ankerstromkreise vorgesehen, die sich mit elektronischen Mitteln gut bewerkstelligen läßt.
Für die Inbetriebnahme von elektrischen Verbrauchern, wie z. B. Gleichstrommotoren, durch Zuführung einer von einer Maschine, z. B. einem Leonardgenerator, gelieferten, stetig ansteigenden Spannung ist es bekannt, die beim Einschalten angelegte Gitterspannung für das im Erregerkreise des Leonardgenerators liegende Entladungsgefäß mit Hilfe eines einstellbaren RC-Gliedes erst allmählich am Gitter wirksam werden zu lassen.
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Umkehrsteuerung und generatorischen Bremsung eines über steuerbare Dampfentladungsstromrichter gespeisten Gleichstrommotors mit Drehrichtungsumkehr durch Ankerumschaltung im stromlosen Zustand und mit einer Regeleinrichtung, welche Abbremsen und Wiederanlassen mit größtmöglichem Drehmoment unter Einhaltung einer einstellbaren Ankerspannung durch Steuerung des Erregerstromes bewirkt und mit einer Strombegrenzungsregelung im Ankerstromkreise sowie einer Steuereinrichtung, welche nach dem Umschalten zeitplanmäßig diese Strombegrenzungsregelung verzögert wirksam werden läßt. Erfindungsgemäß wird zu Beginn der Umsteuerung der Drehrichtung der Abgriff eines Spannungsteilers, mittels dessen die den Stromsollwert des zugelassenen größten Ankerstromes darstellende Spannung eingestellt wird, über Relaiskontakte an eine negative Spannung angelegt und gleichzeitig ein Kondensator kurzgeschlossen, der nach erfolgter Umschaltung durch seine Aufladung über einen Widerstand die Zeitkonstante vorgibt, mit der die eingestellte Stromsollwertspannung und damit der Begrenzerstrom wieder seinen Betriebswert erreicht. Zur Strombegrenzungsregelung im Ankerstromkreise ist vorgesehen, daß eine über einen Stromwandler entnommene, dem Ankerstrom proportionale Spannung beim 'Überschreiten eines mittels des Spannungsteilers einstellbaren Grenzwertes eine Elektronenröhre, welche im leitenden Zustand einen Teilwiderstand einer den Sollwert der Ankerspannungsregelung vorgebenden Brückenschaltung darstellt, mehr oder weniger sperrt und die Brückenspannung über eine Röhre zur Impulserzeugung den Dampfentladungsstromrichter so beeinflußt, daß der Strom konstant bleibt. Die Strombegrenzungsregelung als solche ist an sich bekannt. Neu ist jedoch die Mehrfachausnutzung der den beiden Regelkreisen für die Ankerspannung bzw. die Drehzahl und für die Strombegrenzung gemeinsamen Elektronenröhre.
An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles soll das Wesen der Erfindung näher erläutert werden. Die Abbildung zeigt als Ausschnitt aus einer größeren Anlage die Schaltung für die Ankerspannungsregelung, die IR-Kompensation, die Strombegrenzung und die Relaisschaltung zum verzögerten Aufsteuern des Dampfentladungsstromrichters bei Wechselrichterbetrieb. Der Erregerstromkreis mit den Feldstromrichternund der Regeleinrichtung für die Ankerspannungsbegrenzung sowie die notwendigen Schalteinrichtungen zur Einleitung der Umsteuerung sind nicht mit dargestellt.
In der Abbildung ist 1 der Anker des Gleichstrommotors, der über den Dampfentladungsstromrichter Z aus dem Wechselstromnetz gespeist wird. Zum Umsteuern unterbricht ein nicht dargestellter Steuerschalter die Anodenspannung der Impulsröhre 6 und leitet anschließend durch ein Relais den Umsteuervorgang ein. Die Röhre 6 erhält eine einstellbare Gittergleichspannung, der über den Gittertransformator 11 eine hohe Wechselspannung überlagert wird. Ist beim Umsteuern des Motors der Anker bereits umgepolt, läuft dieser aber infolge seiner Schwungmasse noch in alter Drehrichtung, so arbeitet die Maschine als Generator und kann einen Teil ihrer kinetischen Energie unter Nutzbremsung bei entsprechender Polung in das Wechselstromnetz liefern, wenn die Entladungsgefäße für diese Rückspeisung ins Netz im jeweils richtigen Zeitpunkt gezündet werden. Für diesen Wechselrichterbetrieb ist es daher notwendig, daß die Zündwinkel aus der positiven Halbwelle von 0 bis 180° in die negative Halbwelle zwischen 180 und 360° verschoben werden können.
Die Steuerimpulse der Röhre 6 werden vor der Umsteuerung der Motordrehrichtung zunächst unterbrochen, und der Dampfentladungsstromrichter 2 ist dann infolge der im Gittersteuerkreis liegenden Gleichspannung gesperrt. Mit Hilfe von Steuerschaltern, wie z. B. Richtungstasten für Vorwärtslauf und Rückwärtslauf sowie einer Halttaste, werden die Steuerkommandos gegeben, die über eine Schützschaltung wirksam werden. Die Schaltschütze sind mittels besonderer Kontakte elektrisch gegenseitig verriegelt.
Wird eine Richtungstaste betätigt, so wird im Ankerstromkreis mittels der Schalter vsz, vs3 und rs2, rs., die Stromrichtungsumkehr vorbereitet; ein Strom kann aber noch nicht fließen, da keine Gittersteuerimpulse auftreten. Das Gitter der Elektronenröhre 17 ist normalerweise positiv gegenüber der Kathode durch die am Spannungsteiler 18 einstellbare Vorspannung. Durch die Röhre 17 und den Widerstand 19 fließt daher der Sättigungsstrom. Die an dem Widerstand 19 entstehende Spannung erzeugt zusammen mit der am Potentiometer 20 abgreifbaren und der am Spannungsteiler 22, 23 entnommenen, der Ankerspannung proportionalen Spannung die Gittergleichspannung der Impulsröhre 6, gegebenenfalls unter Einführung konstanter Gleichspannungen zur Festlegung des Arbeitspunktes der Röhre 6. Eine Verkleinerung der am Potentiometer 20 abgegriffenen Spannung macht die Gitterspannung der Röhre 6 positiver und verschiebt damit den Impuls zu kleineren Zündwinkeln. Dies hat einen größeren Ankerstrom zur Folge, wodurch der Motor beschleunigt wird und sich eine höhere Drehzahl, d. h. Ankerspannung, einstellt, bis wieder Gleichgewicht herrscht, also bis der am Widerstand 22 abgegriffene Teil der Ankerspannung etwa gleich der am Potentiometer 20 eingestellten Sollspannung ist (Drehzahleinstellung).
Ein Teil der über den Stromwandler 24 am Widerstand 25 entstehenden, dem Ankerstrom proportionalen Spannung wird am Potentiometer 26 abgegriffen und als Kompensationsspannung zur Veränderung der Neigung der Drehzahl-Ankerstrom-Kennlinie dem Ankerspannungsregelkreis zugeführt. Die am Widerstand 27 entstehende, dem Ankerstrom proportionale Spannung bewirkt, wenn sie größer als die am Potentiometer 18 eingestellte Spannung geworden ist, d. h. wenn der Ankerstrom einen bestimmten Wert überschritten hat, eine Zusteuerung der Elektronenröhre 17. Damit verschwindet aber auch die Spannung am Widerstand 19, und die Impulsröhre 6 wird so beeinflußt, daß sich die Zündwinkel zu großen Werten hin verschieben. Der Gleichrichtersatz 2 muß dabei weit in den Wechselrichterbetrieb hinein gesteuert werden können, wozu die unter Umständen sägezahnförmige Gitterwechselspannung an Röhre 6 dient. Hierdurch ist gewährleistet, daß der am Potentiometer 18 einstellbare Begrenzungswert des Ankerstromes auch nach dem Umsteuern bei Wechselrichterbetrieb nicht überschritten wird.
Die Umschaltung wird, wie oben beschrieben, in der Weise eingeleitet, daß zunächst die Steuerimpulse verschwinden, der Dampfentladungsstromrichter 2 gesperrt und durch die Schützen die Umschaltung des Ankerstromkreises vorgenommen wird. Infolge der Verriegelung der beiden Richtungsschütze kann bei Abgabe eines Umsteuerkommandos das folgende Schütz erst anziehen, wenn das vorhergehende abgefallen ist. Deshalb wird der Kondensator 28 beim Umsteuern während dieses Verriegelungsvorgangs über die Schützruhekontakte vs4 und rs, immer kurzzeitig kurzgeschlossen. Hierdurch wird das Gitter der Elektronenröhre 17 über den Widerstand 30 negativ, die Röhre sperrt demnach und die Zündwinkel des Dampfentladungsstromrichters 2 werden gleichzeitig weit in den Wechselrichterbetrieb hinein verschoben. Nach vollendeter Schützumschaltung öffnet sich wieder einer der Kontakte vs4 oder rs4, und der Kondensator 28 lädt sich im wesentlichen über den großen Widerstand 30 langsam auf den für den normalen Betrieb eingestellten Wert auf. Dabei wandert der Zündwinkel entsprechend der mit Widerstand 30 und Kondensator 28 wählbaren Zeitkonstanten zu kleinen Werten hin, der Ankerstrom steigt an, wird aber sanft durch das Einsetzen der vorher beschriebenen Begrenzerschaltung aufgefangen.
Dieses sanfte Anlassen wird durch mehrfache Ausnutzung der den beiden Regelkreisen für Ankerspannung (Drehzahl) und Ankerstrom (Drehmoment) gemeinsamen Elektronenröhre 17 erreicht. Der Innenwiderstand der Elektronenröhre 17 bildet einen Teilwiderstand der den Sollwert der Ankerspannungsregelung vorgebenden Brückenschaltung mit den Schaltelementen 17, 19, 20 und 21. Die Röhre 17 ist gewöhnlich leitend und bildet zusammen mit dem Widerstand 19 einen Zweig der von einer Gleichspannung gespeisten Brücke. Im anderen Zweig liegen der Widerstand 21 und das Potentiometer 20, an dem der Ankerspannungssollwert eingestellt werden kann. Dieser Sollwertspannung ist als Istwertspannung der über den Spannungsteiler 22, 23 wirksam werdende Teil der Ankerspannung des Gleichstrommotors entgegengeschaltet. Tritt die Strombegrenzungsregelung in Kraft, indem die Bürdenspannung des Stromwandlers 24 den am Spannungsteiler 18 eingestellten Grenzwert überschreitet, so wird die Elektronenröhre 17 mehr oder weniger gesperrt. Die sich damit ändernde Brückenspannung beeinflußt im regelnden Sinne über die Impulsröhre 6 den Dampfentladungsstromrichter 2 so, daß der Ankerstrom konstant bleibt und den vorgewählten Grenzwert nicht überschreitet. Durch das Kurzschließen des Kondensators 28 und dessen langsame Wiederaufladung wird nun der Sollwert der Regelung vorübergehend zeitplanmäßig verändert. Im normalen Betriebsfalle bewirkt ein kleiner Begrenzerstromsollwert großen Zündwinkel und damit kleinen Ankerstrom. Ein darüber hinausgehendes künstlich gesteuertes Verkleinern des Begrenzerstromsollwertes bewirkt ein weiteres Verschiebendes Zündwinkels in den Wechselrichterbetrieb. Nach dem zeitplanmäßigen Wiederaufsteuern erfolgt die Nutzbremsung im Wechselrichterbetrieb mit normal arbeitender Strombegrenzungsregelung. Die dazu erforderliche Arbeitspunktverschiebung der Impulsröhre 6 erfolgt durch die umgepolte Anker-EMK, welche in richtiger Größe und Polarität an dem mit einem Schaltgleichrichter versehenen und entsprechend bemessenen Spannungsteiler 22, 23 wirksam wird.
Das kurzfristige programmäßig festgelegte zwangläufige Steuern des Zündwinkels schafft für den Augenblick des Umsteuerns definierte und von Belastungsschwankungen oder anderen die Regelung beeinflussenden äußeren Störungen unabhängige und übersehbare Verhältnisse. Insbesondere werden durch die erfindungsgemäße Schaltung Regelschwankungen, welche zum Durchzünden der Gefäße führen könnten, sicher vermieden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Anordnung zur Umkehrsteuerung und generatorischen Bremsung eines über steuerbare Dampfentladungsstromrichter gespeisten Gleichstrommotors mit Drehrichtungsumkehr durch 3o Ankerumschaltung im stromlosen Zustand und mit einer Regeleinrichtung, welche Abbremsen und Wiederanlassen mit größtmöglichem Drehmoment unter Einhaltung einer einstellbaren Ankerspannung durch Steuerung des Erreger- 35 Stromes bewirkt und mit einer Strombegrenzungsregelung im Ankerstromkreise sowie einer Steuereinrichtung, welche nach dem Umschalten zeitplanmäßig diese Strombegrenzungsregelung verzögert wirksam werden läßt, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn der Umsteuerung der Drehrichtung der Abgriff eines Spannungsteilers (18), mittels dessen die den Stromsollwert des zugelassenen größten Ankerstromes darstellende Spannung eingestellt wird, über Relaiskontakte (vs, und rs4) an eine negative Spannung angelegt und gleichzeitig ein Kondensator (28) kurzgeschlossen wird, der nach erfolgter Umschaltung (vs4 oder rs4 offen) durch seine Aufladung über einen Widerstand (30) die Zeitkonstante vorgibt, mit der die eingestellte Stromsollwertspannung und damit der Begrenzerstrom wieder seinen Betriebswert erreicht.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Strombegrenzungsregelung im Ankerstromkreise eine über einen Stromwandler (24) entnommene, dem Ankerstrom proportionale Spannung beim Überschreiten eines mittels des Spannungsteilers (18) einstellbaren Grenzwertes eine Elektronenröhre (17), welche im leitenden Zustand einen Teilwiderstand einer den Sollwert der Ankerspannungsregelung vorgebenden Brückenschaltung (17, 19, 20, 21) darstellt, mehr oder weniger sperrt und die Brückenspannung über eine Röhre zur Impulserzeugung (6) den Dampfentladungsstromrichter (2) so beeinflußt, daß der Strom konstant bleibt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 647 065, 669 615, 684515, 686192, 690108, 693 938, 712539, 725547, 757154; VDE-Fachberichte, 1937, S. 123, 124; VDE-Fachberichte, 1951, S. 151 bis 155; Elektrotechnische Zeitschrift, 1951, Heft 11, S. XXXIX.