DE1293298B

DE1293298B - Device for commutating the valves of a reversing converter

Info

Publication number: DE1293298B
Application number: DEB79379A
Authority: DE
Inventors: Orth Arthur
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1964-11-18
Filing date: 1964-11-18
Publication date: 1969-04-24

Description

Die Stromunterbrechung induktiver Verbraucher, die aus einer Wechselstromquelle durch gittergesteuerte Gasentladungsgleichrichter oder steuerbare Halbleitergleichrichter mit Gleichstrom gespeist sind, kann bekanntlich durch Gittersperrung der Gasentladungsventile oder durch Fortnahme des Steuerstromes der Halbleiterventile erfolgen. Hierbei tritt die Abschaltung des Verbrauchers bei dem nächsten Nulldurchgang des gerade fließenden Ventilstromes ein.The interruption of power to inductive loads from an alternating current source through grid-controlled gas discharge rectifiers or controllable semiconductor rectifiers are fed with direct current, as is known, by locking the grid on the gas discharge valves or by removing the control current of the semiconductor valves. This occurs the shutdown of the consumer at the next zero crossing of the currently flowing Valve flow.

Bei Umkehrstromrichtern zum Betrieb von Gleichstrommotoren, die in ihrer Drehrichtung umgesteuert werden sollen, bedingt dieser Umstand eine gewisse Zeitverzögerung zwischen dem Erscheinen des Umsteuerbefehles und dem tatsächlichen Eintritt der Drehmomentumkehr des Motors. Diese Verzögerung ist je nach dem Zeitpunkt des Umsteuerbefehles verschieden groß und dementsprechend unbestimmbar. Außer dieser zeitlich unterschiedlichen Verzögerung gibt es noch zusätzliche Verzögerungen, die indessen praktisch etwa gleich groß ausfallen. Eine dieser gleichbleibenden Verzögerungen ist immer gegeben, wenn die Umschaltung des Stromes mit Hilfe von Schützen erfolgt. Außerdem ist mit einer weiteren Verzögerung zu rechnen, wenn die Drehmomentumkehr durch eine Feldumkehr des Motors oder bei Leonardantrieben mit einem Motor und einem Generator durch eine Feldumkehr des Leonard-Generators erfolgt, da die magnetische Energie des Feldes abgebaut und wieder neu aufgebaut werden muß. Auch diese ist eine immer gleichbleibende Verzögerung.In the case of reversing converters for the operation of DC motors that are specified in Their direction of rotation are to be reversed, this circumstance requires a certain amount Time delay between the appearance of the reversing command and the actual one Start of the torque reversal of the motor. This delay depends on the point in time of the reversing order of different sizes and accordingly indeterminable. Except this one temporally different delays there are additional delays that meanwhile turn out to be practically the same size. One of those constant delays is always given when the current is switched with the help of contactors. In addition, a further delay is to be expected when the torque reversal by reversing the field of the motor or, in the case of Leonard drives, with one motor and one Generator is made by a field reversal of the Leonard generator, since the magnetic Energy of the field has to be reduced and built up again. This is also a constant delay.

Die zeitlich unterschiedlichen Verzögerungen der Momentumkehr bei Gleichstromantrieben mit Speisung durch einen Umkehrstromrichter kann sich nachteilig auswirken, wenn der Umkehrantrieb eine besonders schnelle und exakte Drehmomentumkehr erfordert. Ein solcher Fall liegt beispielsweise bei Schnellwendeantrieben von Werkzeugmaschinen, wie Hobelmaschinen und anderen Maschinen mit rasch hin- und hergehenden Werkstücken oder Werkzeugen vor.The temporally different delays of the momentum reversal at DC drives fed by a reversing converter can be detrimental affect when the reversible drive is a particularly fast and precise torque reversal requires. One such case is, for example, high-speed reversing drives in machine tools, like planers and other machines with rapidly moving workpieces or tools.

Für derartige Schnellwendeantriebe von Werkzeugmaschinen ist es notwendig, die zeitlich schwankenden Verzögerungszeiten der Umsteuerung des Antriebsmotors auf ein Mindestmaß zu reduzieren. Hierzu ist es zunächst zweckmäßig, die Umschaltung des Stromes mit elektronisch wirkenden Schaltventilen durchzuführen. Bei diesen ist es weiterhin erforderlich, die Kommutierung der Ventile, also die Stromübernahme des gerade stromführenden Schaltventils der Gleichrichteranordnung der einen Stromrichtung durch ein Ventil der Gleichrichteranordnung der anderen Stromrichtung umverzögert durchzuführen. Außerdem ist es zweckmäßig, die der Feldwicklung des Motors oder des Leonardgenerators noch innewohnende magnetische Energie möglichst rasch abzubauen und wieder aufzubauen.For such high-speed turning drives of machine tools, it is necessary the time-fluctuating delay times for reversing the drive motor reduce to a minimum. To this end, it is initially advisable to switch over to carry out the current with electronically operating switching valves. With these it is still necessary to commutate the valves, i.e. take over the current of the current-carrying switching valve of the rectifier arrangement of the one current direction delayed by a valve of the rectifier arrangement of the other current direction perform. It is also useful that the field winding of the motor or of the Leonard generator to dissipate any remaining magnetic energy as quickly as possible and rebuild.

Hierzu bietet die Erfindung eine verhältnismäßig einfache Lösung. Sie bezieht sich auf eine Einrichtung zur Kommutierung der Ventile eines Umkehrstromrichters, Speisung der Feldwicklung eines Gleichstrommotors oder des Generators eines Leonardumkehrantriebs bestehend aus einer Kreuzschaltung von zwei umgesteuerten Gleichrichtern, in deren zur Feldwicklung führenden Leitungen steuerbare Ventile und niederohmige Widerstände angeordnet sind. Bei einer solchen Einrichtung sind erfindungsgemäß weitere steuerbare Ventilanordnungen vorgesehen, die über je einen in die Wechselstromkreise der beiden Gleichrichter des Umkehrstromrichters eingeschalteten Hilfstransformator eine der speisenden Wechselspannung dieser Gleichrichter im Betrag gleiche, aber entgegengesetzt gerichtete Wechselspannung einzuschalten gestattet, so daß die resultierende Wechselspannung am zugehörigen Gleichrichter auf den Wert Null reduziert wird.To this end, the invention offers a relatively simple solution. It relates to a device for commutating the valves of a reversing converter, Supply of the field winding of a DC motor or the generator of a Leonard reversing drive consisting of a cross connection of two reversed rectifiers, in their Controllable valves and low-ohmic resistances to the lines leading to the field winding are arranged. In such a device, according to the invention, there are further controllable ones Valve assemblies are provided that each have one in the AC circuits of the two Rectifier of the inverter switched on auxiliary transformer one of the feeding AC voltage of this rectifier in the amount same, but opposite allowed to turn on directed alternating voltage, so that the resulting alternating voltage is reduced to zero at the associated rectifier.

Ein Schaltungsbeispiel einer Einrichtung nach der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.A circuit example of a device according to the invention is in shown in the drawing.

Die Zeichnung zeigt einen Umkehrstromrichter zur Speisung der Feldwicklung des Generators eines Leonardumformers, der zur Ankerspeisung eines Gleichstrommotors für einen Umkehrantrieb dient. Der Stromrichter, der aus einem Einphasentransformator mit einer Primärwicklung 1 und zwei Sekundärwicklungen 2 und 3 gespeist wird, besteht aus zwei umgesteuerten Gleichrichtern 8 und 9 in Brückenschaltung. In die abgehenden, für die verschiedenen Stromrichtungen bestimmten Leitungen, die zur Feldwicklung 16 des Leonardgenerators führen, sind zwei steuerbare Ventile 10 und 11 und die relativ zum Widerstand der Feldwicklung 16 niederohmigen Widerstände 12 und 13 eingeschaltet. Der Anker des Leonardgenerators ist mit 18 bezeichnet. Zu seiner Feldwicklung 16 ist ein Kondensator 17 parallel geschaltet. Der Anker 18 des Leonardgenerators, der von einem Motor 19 angetrieben wird, ist elektrisch mit dem Anker des Umkehrantriebsmotors 20 verbunden.The drawing shows a reversing converter for supplying the field winding of the generator of a Leonard converter, which is used for the armature supply of a DC motor for a reversing drive. The converter, which is fed from a single-phase transformer with a primary winding 1 and two secondary windings 2 and 3, consists of two reversed rectifiers 8 and 9 in a bridge circuit. Two controllable valves 10 and 11 and the resistors 12 and 13, which are low relative to the resistance of the field winding 16, are switched on in the outgoing lines intended for the different current directions, which lead to the field winding 16 of the Leonard generator. The armature of the Leonard generator is denoted by 18. A capacitor 17 is connected in parallel to its field winding 16. The armature 18 of the Leonard generator, which is driven by a motor 19 , is electrically connected to the armature of the reversing drive motor 20.

In die Wechselstromkreise der umgesteuerten Gleichrichter 8 und 9 sind erfindungsgemäß die Sekundärwicklungen von Hilfstransformatoren 4 und 5 eingeschaltet, deren Primärwicklungen über Anordnungen in bekannter Weise antiparallel geschalteter steuerbarer Ventile 6 und 7 so mit den Sekundärwicklungen 2 und 3 des Transformators verbunden werden können, daß in den Wechselstromkreisen der beiden Gleichrichter den speisenden Wechselspannungen jeweils eine im Betrag gleiche, aber entgegengesetzt gerichtete Wechselspannung wirksam wird, so daß die resultierende Wechselspannung am zugehörigen Gleichrichter auf den Wert Null reduziert wird.Into the AC circuits of the reversed rectifiers 8 and 9 According to the invention, the secondary windings of auxiliary transformers 4 and 5 are switched on, whose primary windings are connected in antiparallel via arrangements in a known manner controllable valves 6 and 7 so with the secondary windings 2 and 3 of the transformer that can be connected in the AC circuits of the two rectifiers each of the feeding alternating voltages is equal in amount, but opposite directed alternating voltage becomes effective, so that the resulting alternating voltage is reduced to zero at the associated rectifier.

Die steuerbaren Ventile 10 und 11 dienen als Schaltventile zur Umsteuerung des Gleichstrommotors 20 von der einen auf die andere Drehrichtung. Ihre Steuerung erfolgt durch Steuergeräte 14 und 15, die gleichzeitig mit den Steuerimpulsen für die steuerbaren Ventile 10 und 11 auch Steuerimpulse für die Ventilanordnungen 6 und 7 abgeben. Diese Steuergeräte 14 und 15 erhalten ihre Steuerbefehle aus einem Steuerimpulsgeber 21, der je nach der gewünschten Drehrichtung des Motors 20 den erforderlichen Steuerbefehl für die Stromübernahme durch die in Frage kommende Gleichrichteranordnung unterbindet.The controllable valves 10 and 11 serve as switching valves for reversing the direct current motor 20 from one direction of rotation to the other. They are controlled by control devices 14 and 15 which, at the same time as the control pulses for the controllable valves 10 and 11, also emit control pulses for the valve arrangements 6 and 7. These control devices 14 and 15 receive their control commands from a control pulse generator 21 which, depending on the desired direction of rotation of the motor 20, prevents the required control command for the current transfer by the rectifier arrangement in question.

Die Steuerung erfolgt in der Weise, daß beispielsweise bei Stromführung im linken Gleichrichter 8 und im linken steuerbaren Ventil 10 bei gesperrten Ventilen 6 die Einleitung eines Stromrichtungswechsels in der Feldwicklung 16 durch die gleichzeitige Steuerung des rechten steuerbaren Ventils 11 auf Stromübernahme und Sperrung des linken steuerbaren Ventils 10 in Verbindung mit einer gleichzeitigen Steuerung der linken Ventilanordnung 6 auf Stromdurchlässigkeit erfolgt. Dadurch entsteht in der Sekundärwicklung des linken Hilfstransformators 4 eine Wechselspannung, die der Wechselspannung an der Sekundärwicklung 2 des Einphasentransformators entgegenwirkt und die resultierende Wechselspannung am Gleichrichter 8 auf den Wert Null reduziert.The control takes place in such a way that, for example, when current is carried in the left rectifier 8 and in the left controllable valve 10 with the valves 6 blocked, a change in the direction of current is initiated in the field winding 16 by simultaneously controlling the right controllable valve 11 to accept current and block the left controllable valve 10 takes place in connection with a simultaneous control of the left valve arrangement 6 for current permeability. This creates an alternating voltage in the secondary winding of the left auxiliary transformer 4, which counteracts the alternating voltage on the secondary winding 2 of the single-phase transformer and reduces the resulting alternating voltage on the rectifier 8 to the value zero.

Dies hat kurzzeitig einen durch die Widerstände 12 und 13 begrenzten internen Kurzschlußstrom über die Gleichrichter 8 und 9 und die steuerbaren Ventile 10 und 11 in der Durchlaßrichtung dieser Ventile zur Folge. Hierzu tritt ein weiterer, durch den Widerstand 12 allein begrenzter Kurzschlußstrom über den Gleichrichter 8 und über das steuerbare Ventil 10, der entgegen der Durchlaßrichtung dieses Ventils gerichtet und der durch die Spannung des Kondensators 17 hervorgerufen ist. Außerdem entlädt sich der Kondensator 17 über die Feldwicklung 16, die dadurch abmagnetisiert wird. Mit dem Nulldurchgang des resultierenden Stromes in dem steuerbaren Ventil 10 ist der als Kommutierungsvorgang bezeichnete Ablösevorgang der steuerbaren Ventile 10 und 11 beendet. Danach fließt ein Strom in der entgegengesetzten Richtung durch die Feldwicklung 16, so daß die Ventile 6 wieder gesperrt werden können.This briefly results in an internal short-circuit current limited by the resistors 12 and 13 via the rectifiers 8 and 9 and the controllable valves 10 and 11 in the forward direction of these valves. For this purpose, a further short-circuit current, limited solely by the resistor 12, occurs via the rectifier 8 and via the controllable valve 10, which is directed against the direction of flow of this valve and which is caused by the voltage of the capacitor 17. In addition, the capacitor 17 discharges via the field winding 16, which is demagnetized as a result. With the zero crossing of the resulting current in the controllable valve 10 , the detachment process, referred to as the commutation process, of the controllable valves 10 and 11 is ended. A current then flows in the opposite direction through the field winding 16 so that the valves 6 can be blocked again.

Den Spannungsabfall in den Sekundärwicklungen der Hilfstransformatoren 4 und 5 bei offenen Primärstromkreisen kann man beispielsweise dadurch klein halten, daß die Hilfstransformatoren so ausgelegt werden, daß eine Sättigung ihrer Kerne schon bei kleinen Strömen eintritt.The voltage drop in the secondary windings of the auxiliary transformers 4 and 5 with open primary circuits can be kept small, for example, by that the auxiliary transformers are designed so that their cores are saturated occurs even with small currents.

Nach einer Weiterentwicklung der Erfindung kann dieser Spannungsabfall aber auch ganz vermieden werden, wenn man an Stelle der Ventilanordnungen 6 und 7 andere an sich bekannte Anordnungen von Ventilen verwendet, durch die im stationären Betrieb des Umkehrstromrichters die Primärwicklungen der Hilfstransformatoren 4 und 5 kurzgeschlossen und bei Einleitung einer Umsteuerung nach Öffnung des betreffenden Kurzschlußstromkreises die zugehörige Primärwicklung des Hilfstransformators für den abzulösenden Stromkreis mit der speisenden Wechselspannung des zugehörigen Gleichrichters vorübergehend verbunden werden.According to a further development of the invention, this voltage drop can also be completely avoided if, instead of the valve arrangements 6 and 7, other known arrangements of valves are used, through which the primary windings of the auxiliary transformers 4 and 5 short-circuited during steady-state operation of the reversing converter, and when initiated a reversal after opening the relevant short-circuit circuit, the associated primary winding of the auxiliary transformer for the circuit to be detached can be temporarily connected to the feeding AC voltage of the associated rectifier.

Claims

Claims: 1. Device for commutating the valves of a Reversing converter for feeding the field winding of a DC motor or the Generator of a Leonard reversing drive, consisting of a cross connection of two uncontrolled rectifiers, in whose lines leading to the field winding controllable ones Valves and low-resistance resistors are arranged, characterized in that further controllable valve arrangements are provided, each via one in the alternating current circuits of the two rectifiers of the reversing converter switched on (4, 5) one of the supplying alternating voltage of these rectifiers in the amount equal, but allowed to switch on oppositely directed alternating voltage, so that the resulting AC voltage at the associated rectifier (8 or 9) to the Value zero is reduced.

2. Device according to claim 1, characterized in that the further controllable valve arrangements each consist of two anti-parallel controlled valves (6, 7) which are inserted into the primary circuits of the auxiliary transformers (4, 4, 5) are switched on, of which, when the controllable valves (10, 11 ) arranged in the supply lines of the field winding (16) are reversed from one current direction to the other current direction, the valve arrangement (6, 7) belonging to the circuit to be detached is temporarily caused to conduct current .

3. Device according to claim 1, characterized in that a group of controllable valves is provided as further controllable valve arrangements, which are switched on and controlled in the primary circuits of the auxiliary transformers (4, 5) lying in the AC circuits of the rectifiers (8, 9) are that the primary windings of the auxiliary transformers (4, 5) are short-circuited during steady-state operation of the reversing converter, and when the controllable valves (10, 11) arranged in the supply lines of the field winding (16) are reversed, the primary winding of the Auxiliary transformer for the circuit to be detached is temporarily connected to the feeding AC voltage of the associated rectifier (8 or 9).