DE1413584A1

DE1413584A1 - Anordnung zum Anlassen von Gleichstrommaschinen

Info

Publication number: DE1413584A1
Application number: DE19621413584
Authority: DE
Inventors: Koppelmann Dr-Ing Foris; Steimel Dr Phil Dr-Ing Karl
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1962-11-07
Filing date: 1962-11-07
Publication date: 1969-11-27
Also published as: US3388306A; CH425966A; GB1055884A

Description

Licentia Paten

Frankfurt (Main),Theodor-Stern-Kai 1„

CBroSim)Lehjnann/'»Yo PB-Nr₀ Lm 31 804₀

"Anordnung zum Anlassen von Gleichstrommaschine*"ο

Bekanntlich werden Gleichstrommotoren dadurch angelassen, daß in die Zuleitung sum Anker Widerstände eingeschaltet sind, die mit Hilfe mechanischer Schalter stetig oder in Stufen bis auf Null verringert werden. Dieses Verfahren hat den Nachteil,daß die Schalter mechanisch und auch elektrisch durch Schaltfunken in ihrer Lebensdauer beeinträchtigt werden» Außerdem werden diese Schalt- ^exäte kompliziert und teuer, wenn die Tfideretandsänderung feinstufig oder gar stetig sein soll, wie es beispielsweise bei elek- +!licchen Bahnen zur Vermeidung von Rucken wünschenswert ist ο

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sum stetigen und kontakt losen Anlassen von Gleichstrommotoren· Erfindungsgemäß werden -ohmsche AnXaßwiderstände verwendet, die mit Hilfe von Halbleiterzellsn, die durch Kondensatorstöße löschbar gemacht sind, in ihrem wirksamen Widerstand durch periodisches Schalten der Halbleiterze 1.1 an stetig veränderlich gemacht werden·

Nach der Erfindung werden also die Anlaßwiderstände von Qleichstroimaotoren im wesentlichen ohne Verwendung mechanischer Schalter dadurch von ihrem vollen Wert bis auf Null veränderlich

909848/0075

gemacht;, daß parallel zu ihnen ein elektronischer Schalter angeordnet ist, der die Widerstände mit hoher Pulsfrequenz periodisch kurzschließt;ο Durch das Pulsvsrhältnis bzw,, durch die Einachaltzeit der elektronischen Schalter im Verhältnis zur Öffnungszeit, läßt sich dabei der im Stromkrais wirksame 'widerstand von vollen Betrag bis auf Null stetig verändern» Der Strom macht dabei, da praktisch stets Induktivitäten vorhanden sind, nur geringfügige Schwankungenc

An Hand einer Zeichnung sei ein schematisches Ausführung«- P beispiel der Erfindung dargestellte

Die Fig. 1 zeigt einen Hauptschlußmotor mit einem Anlaßwiderstand R und einem zur Erregerwicklung parallelgeschalteten Widerstand r. Der Anlaßwiderstand R ist ebenso wie der Widerstand r parallelgeschaltet sit einem elektronischen Schalter S bzw. S¹, der es gestattet, während gewisser Zeitintervalle den Strom kurzechlußartig an den Widerständen R bzw„ r vorbeizuleiten. Die elektronischen Schalter bestehen aus einer steuerbaren Halbleiterzelle Λ,, die mit Hilfe eines Kondensators C und einer zweiten Halbleiter zelle T₂ zu beliebigen Zeitpunkten gelöscht werden kann, dadurch, daß sich die Kondensatorladung dem Strom in T, in entgegengesetzter Richtung überlagert, so daß T^ beim Rüllwerden des Stromes entionirsieren kanne Die wfderaufladung dee Kondensators 0 erfolgt über eine Diode D^ und eine Ladedrossel L¹. Der '.Viderstand r ist groß gegen· über dem ohmschen Widerstand r der Erregerspule, so daß bei geöff-

909848/0075

BAL

netem elektronischem Schalter S' praktisch der ganze Strom I durch die Erregerspule fließt, d.he/^ I*»0« Ist der elektronische Schalter S¹ dauernd geschlossen, so fließt praktisch der ganze Strom I durch den elektronischen Schalter S¹ und I_βΓΓ*»0· Die gleiche Aliordnung, nämlich die Parallelschaltung j von S zu R, ermöglicht es, bei geöffnetem Schalter S den Strom I durch den Widerstand R auf einen gewünschten Wert zu begrenzen, bei geschlossenem Schalter S dagegen 1st der Widerstand R praktisch kurzgeschlossen. Wird die Triode T periodisch geöffnet und geschlossen, so ist der Widerstand S perio-i die oh ist Hauptstromkrele eingeschaltet bzw. ausgeschaltet« so ' daß eine Regelung dee dromes I möglich ist, Beispielsweife kann R so bemessen werden ,daß bei geöffnetem Schalter S der , Koter im Stillstand den Xsanstrom «ufnlmot. Das dabei auftretende Drehmoment kann durch den elektronischen Schalter S* geregelt werden«. Es 1st VuII₉ wenn β' vollständig geschlossen ist und hat angenähert seinen vollen Wert, wenn S' dauernd

geöffnet ist» Avf diese Weise ist es möglich, den Anlauf des ^! Kotors ruckfrei zu gestalten« Beim Hochlauf des Motors entwickelt sich eine Ge^enspannung, die bei konstantem Widerstand R eine Abnahme «See Stromes I zur Folge haben würde. Diese Ab- ; nähme kann,v;eiui men den Hochlauf mit konstanter Leistung durchführen wi.1?., dadurch verhindert werden,daß der elektronische Schaitey S den 'Viderstand R periodisch kurzschließte Went) der Motor seine voll« Drehzahl erreicht hat, wird man den Widerstand B beispielsweise durch dauernde Einschaltung

909848/0075

von S ständig überbrücken_t GoIl der Motor auf noch größere Geschwindigkeit gebracht werden_t so kann man einen Teil des Stromes I an der Wicklung r vorbeileiten„dadurch_edaß S* periodisch mehr oder weniger geschlossen wird. Dieses letztere Verfahren entspricht der bekannten Feldschwächung.

In Fig« 2 ist eine ähnliche Anordnung für einen Hebenschlußmotor gezeichnete Im Gegensatz zu Bild 1 sind in Fig. 2 zwei Anlaßwiderstände R₁ und R₂ in Reihe geschaltet· Jeder von ihnen ist durch einen elektronischen Schalter S^ und $2 überbrückt» Dies hat den Vorteil,daß nan den Anlaßvorgaög alt besonders kleinem Strom beginnen kann, nämlich bei geöffneten elektronischen Schal tern SI und S2« Ebenso wie in Fig. 1 kann man durch Regeln des £rregerstromes I_err mit dem elektronischen Sehalter S3, der sich In der Stromführung ablöst mit der Freilaufdiode D, dem Drehmoment des Motors bzwc seiner Drehzahl zusätzlich gewünschte Werte geben· Dj.e Anordnung ist davon unabhängig, ob 1» Stromkreis eine groß* Induktivität L, beispielsweise die Fahrdrahtinduktivität einer G-leichstrombahn_? vorhanden ist.. Man kann auch aus dem Wechsel-) stromnetz über einen Gleichrichter eine Gleichspannung schaffen und diess sum Betrieb des Motors benutzen· In dieser Figur ist die Löschschaltung für das steuerbare Halbleiterelement schematisch durch einen zweiten Strich an dem Gleiohrichtersymbol angedeutet..

IDs ist bekannt, mit Hilfe elektronisch geregelter ohmscher Widerstands Motoren abzubremsen. Im Fall der Anwendung der Erfindung ist es möglieb- die Anlaßwiderstände R, R- und R₂ beim

BAD ORIGINAL 909848/Q075

Abbremsen als Bremswiderstände zu benutzen, ebenso auch die elektronischen Schalter S_? S^ und S₂ο Man kann den Abbremsvorgang entweder ausschließlich als Widerstandsbremsung ausführen, man kann aber auch nach' der v/eiteren Erfindung die Abbremsenergie in das Netz zurückschicken und sie mit Hilfe der elektronisch geregelten Widerstände R, R^ und R^ bei abnehmender Motordrehzahl auf gewünschte Werts regulieren»

Die figuren 1 und 2 zeigen nur einfache Anwendungsbeispiele₀ Bei elektrischen Triebfahrzeugen werden in der Regel mehrere Motoren benutzt» Dabei wird es bei Anwendung der Erfindung notwendig sein, die Steuerung bzw« Regelung der verschiedenen Motoren aufeinander abzustimmen, was mit den bekannten Mitteln der Steuerungsund Regelungstechnik verhältnisaässig einfach geschehen kann, da zum Betätigen der elektronischen Schalter-S₉ S'₍ S^₉ Sg und S, nur geringe Energien erforderlich sind« Man kann durch Beeinflussung die.'3er Schalter auch das Durchrutschen der Triebräder beim Anfahren von Triebfahrzeugen verhindern_s indem man alt den elektronischen Schaltern dem Motor gewünschte dynamische Kennlinien gibt« Wenn die Reaktanz L dos Stromkreises nicht groß genug ist« kann eine zusätzliche Induktivität L vorgesehen werden» Die Impulsfrequenz der elektronischen Schalter wählt niaa. zweckmässigerwei3e so hoch₉daß die Stromschwankungen nur gering sindo

Wenn man. den Anlaßwiderstand R fortlassen würde und parallel iiuni Motor Freileufdioden Dp anbringen würde, hätte man das vorgeschlagene Verfahren des verlustfreien Hochfahrens bzwoRegeins von

909848/0075

Motoren mit elektronischen Schaltern» Dieses Verfahren ist in seiner einfachsten Form möglich bei reaktanzfreier Spannungsquelle U₃ dcho also beispielsweise in der Anordnung der Figd, nicht aber in der Anordnung der Fig.2. Unter Umständen kann es zweckmäßig sein,zur Verringerung der Verluste oder aus anderen Gründen eine Freilaufdiode D₂ vorzusehen und außerdem den Anlaßwiderstand R nach der Erfindung, d<-hc das bekannte verlustfreie Verfahren, mit dem verlustbehaftet en Verfahren nach der Erfindung zu kombinieren

Me Erfindung läßt sich in all den Fällen mit Vorteil anwenden „in denen die Verluste beim Anfahren keine entscheidende Rolle spielen, in demen jedoch andererseits der Spannungeiuelle keine impulsförmigen Strom· entnommen werden können oder dürfen. Dies ist beispielsweise der Tall bei allen elektrischen Fahrdraht» bahnenο Beispielsweise kann Dan statt der so&st üblichen Gleichrichterlokomotiven, die die Fahrdrahtwecheelepannung gleichrichten und durch Steuerung des Gleichrichters in ihrer Größe der Geschwindigkeit des Motors anpassen,ungesteuerte Gleichrichter verwenden und die Anpassung der Spannung an den Motor durch einen nach der Erfindung kontaktlos regelbaren 7/iderstand vornehmen· Dieses Verfahren hat den Vorteil großer Einfachheit,außerdem wird dem Fahrdraht keine Blindleistung entnommen« Selbstverständlich kann man, um Verluste zu sparen, in bekannter Weise eine oder eini ge wenige grob umschaltbare Stufen mit mechanischen Schaltern vorsehen ,beispielsweise die bekannte Reihen- und Parallelschaltung von zwei. Motoren«, Man könnte auch,statt den elektronischen Schalter mit Impulsfrequenz periodisch arbeiten su lassen, mehrere oder

909848/0Q75

: U:1 3-584

viele Stufen dieses Widerstandes ait elektronischen Schaltern überbrücken und diese entsprechend den Schaltfunktionen der heute üblichen mechanischen Anlasser schliessen bzw« mit Rondensatorstössen öffnen«. Bei voller Drehzahl des Motors könnte man diese Vielzahl von elektronischen Schaltern, von denen jeder einen gewissen Spannungsabfall hat, durch einen einzigen elektronischen Schalter oder auch durch einen mechanischen Schalter überbrücken, um den Spannungeabfall einzusparenο

an, Wenn der Hauptlceil der Heäktanz des Stromkreises auf der

NetZ9eite liegt, bricht die GpaaaaOfeg an Eingang der Regelschaltung stark sueajffien in de* Aj^getfbllck_f in dem die elektronischen Schalter geschlossen,dfh.&eg_H,A^f«hrwi&erstand kurzgeschlossen wird,. Um dies su TerMTKJeffiikwrrti min, Kondensator O₁ in Fig «2 angeordnet werden. Die a er tan&iaiM*tk&*lk**£ na «o kleiner sein, je höher die Impulsfrequenz der elelrtifpnlechen Schalter S₁ bzw. S₂ ist» Das Zu-

■ ' ■■ ■
samnenbrechen· der %>eisespe|Siiung kenn euch dadurch gemildert wer den,daß in Fig.2 die beide» Schalter 8^ und S₂ nicht gleichzeitig, sondern zeitlich nacheinander betätigt werden«Besonders wirksam wird dies,wenn noch mehr als zwei Widerstandsstufen vorgesehen sind Dabei kann Ben diese Stufen derart wählen,daß die an den Teilwiderständen auftretenden Spannungen gerade der Spannungsfestigkeit der verwendeten elektronischen Schalter entsprechen. Bei einer Speisespannung von 1000 V und einer Spannungsfestigkeit der verwendeten elektronischen Schalter ven 250 V würde man beispielsvreise vier Anzapfungen bzw» Unt er t eilungen des Anfahrwiderstandes vorsehen-Die Widerstände wirken öann als Spannungsteiler<,

BAD ORIGINAL 9098A8/0075

Unter Umständen kann es erforderlich sein,den Kondensator C nicht in der gezeichneten Weise selbsttätig über die Diode D^ und die Drossel L' umzuladen,, sondern ihn durch eine besondere Einrichtung stets aiii die volle* zur Löschung von T^ erforderliche Spannung zu bringen«

909848/QQ75

Claims

I Vl 3584

1) Verfahren zvjcr. stetigen und kontaktlosen Anlassen von

Gl eichst ro mmo tore». _v dadurch, gekennzeichnet, daß ohmsche Anlaßwiderstände verwendet werden j die mit Hilfe von Halbleiterzelien^di.e dtu?eh Kondensaborstöße löschbar gemacht sind_? in ihrem wirksamen Widerstand durch periodisches Schalten der Halbleiterzelleri stetig ■veränderlich gemacht werden ο

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß die 2LUIIi Anlassen verwendeten ohmschen Widerstände und steuerbaren HaITo lei.terzöllen beim Abbremsen des Gleichstrommotors auf das speisende Netz oder auch allein auf die Widerstände verwendet werden<>

3) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,daß gleichzeitig mit der Steuerung oder Regelung der Anlaß- bzwoBremswiderstände auch der .Erregerstrom des Gleichstrommotors mit Hilfe steuerbarer Halbleiterzellen im Impulsbetrieb stetig verändert

'!·) Verfahren nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren festen.,ÄniaÄiiiaers*«n*eÄ in Reihe geschalteten AftJaßwidsrsbänden diesü zeitlich hintereinander oder auch gleich-SÄifcig durch gesteuerte elektronische Schalter in ihrem wirksamen Verfc verändert wenden,.

$} Ver-/'ahce.n nach 4n«pruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß na Verwendung; für eiektri.sc.be Triebfahrseuge findetO

9098A8/0075

L e e r s e i t e