DE1438889A1 - Anordnung zum kontinuierlichen Regeln eines oder mehrerer UEberbrueckungswiderstaende der Erregerwicklung eines Hauptschlusskollektormotors - Google Patents

Anordnung zum kontinuierlichen Regeln eines oder mehrerer UEberbrueckungswiderstaende der Erregerwicklung eines Hauptschlusskollektormotors

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DE1438889A1 DE19651438889 DE1438889A DE1438889A1 DE 1438889 A1 DE1438889 A1 DE 1438889A1 DE 19651438889 DE19651438889 DE 19651438889 DE 1438889 A DE1438889 A DE 1438889A DE 1438889 A1 DE1438889 A1 DE 1438889A1
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Description

Aktiengesellschaft Brown, Boveri 4 Cie., Baden (Schweia)
Anordnung, zum kontinuierlichen Regeln eines oder mehrerer Ueberbrückungswiderstände der Erregerwicklung eines Haupt-
seirlusskollektormotors ·
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum kontinuierlichen Regeln eines oder mehrerer üeberbrückungswiderstände der " Erregerwicklung eines aus einem Ein- oder Mehrphasenwechseletroanetz gespiesenen Hauptschlu&skollektormotors, mit eine» Gleich* richterteil, in welchem Erregerwicklung und Anker in Serie geschaltet sind und das freie Ende der Erregerwicklung mit mindestens zwei in gleicher Richtung arbeitenden Gleichrichtern verbunden ist, von welchen jeder in einem andern Gleichrichterv/eg liegt, d*h» von welchen jeder von Balbwellen unterschiedlicher Phase beschickt ist und welche in Kombination mit Ueberbrückungsmitteln i&li mindestens einem- Teil der Erregerwicklung verbunden j eindr wobei mindestens eine der Halbwellen die Erregerwicklung durchl&uft.
Derartige Probleme ergeben sich insbesondere bei der kontinuierlichen Geschwindigkeitsregelung von Motoren durch kontinuierliche YerSnderang der Parallelwiderstände ihrer Erregerwicklungen mittels Steuerventilen nach der Art der Kippschwingröhre oder dee gesteuerten Halbleiterventils, genannt Thyratron Transistor oder Thyristor.
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Es ist bekannt, derartige Hauptschlusskollektormotoren in der elektrischen Traktion zu verwenden, in Lokomotiven, in welchen sie durch gleichgerichteten Strom gespiesen werden· Wenn man während der normalen Fahrt die Zugskraft erhöhen will, erfolgt dies bekanntlich durch Parallelschalten der Erregerwicklungen der Motoren mittels Widerständen oder möglicherweise Induktanzen»
Man verfügt zu diesem Zwecke über eine gewisse Anzahl von lieber* brückungs- oder Shunt-Stellungen, welche durch verschiedene Kombinationen von Teil-Widerständen erhalten werden, wenn von einer Ueberbrückungsstellung in die andere geschaltet wird, wobei die Intensität sowohl in der Erregerwicklung als auch im Anker eine Diskontinuität erfährt; daraus ergibt sich eine plötzliche Veränderung des Motorendrehmomentes, das sich durch eine plötzliche> heftige Kraftänderung am Kranz jeder Motorenaxe ausdrückt: Eine derartige Aenderung ergibt einen Schlag auf die Motorenaxe und kann das Rutschen einleiten· Eine Möglichkeit, diesem Uebelstande zu begegnen, besteht im Erreichen einer kontinuierlichen Aenderung der Shuntstellung, was u.a· ein besseres Haften erlaubt, indem in jedem Augenblick die Grosse der Kraft am Kranz etwas unter der maximalen Grosse der Haftkraft gehalten werden kann.
Die vorliegende Erfindung betrifft Verschiedene Möglichkeiten, Steuerventile auf den Erregerwicklungen parallel zu schalten, deren Oeffnung man mittels des Steuergitters kontinuierlich
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steuern- kann, wodurch man zu einer kontinuierlichen Regulierung des. ganzen Erregerwicklungswiderstandes gelangt. !
Man weiss, dass ein klassisches Steuerventil sich der beiden folgenden Eigenschaften erfreut:
Es besitzt einerseits den Effekt der Oleichrichtung, d»h, dass es den Strom nur in einer Richtung durchlässt» Andererseits kann dieser Durchgang nur stattfinden, wenn das Steuergitter entsprechend erregt wirdr wobei, wenn das Ventil einmal angeworfen ist, dieses Steuergitter keinen Einfluss mehr auf den Strom ausüben kann, welcher'nur durch einen äussern Eingriff auf den Stromkreis im Augenblick, wo der Strom in diesem zu Null wird* zum Verschwinden oder Auslöschen gebracht werden kann·
Ein derartiges von einem Wechselstrom gespiesenes Ventil kann '; also periodisch mit der Frequenz des Stromes μηά höchstens während der Halbperioder welche der Durchgangsrichtung des Stromes ent- ( spricht, von der Anode zur Kathode leitend werden. Damit wird man also einerseits dank einer klassischen Anlauf-Verzögerungs-' einrichtung die Qeffnung des Ventils zwischen Null und 180° elektrischen Graden steuern können; anderseits wird das Auslöschen nicht kritisch, da der Strom im HauptStromkreis wShrend der Halbperiode, welche derjenigen des Stromdurchganges folgt, verschwindet»
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Kin von einem mittels eines Einweggleichrichters gleichgerichteter Strom beaufschlagtes Ventil ergibt daher keine Auslöschschwierigkeit ·
Ein Ventil, welches jedoch von einem durch Mehrweggleichrichtung erhaltenen Strom durchflossen wird und aus einer einzigen oder verschiedenen Phasen stammt, bringt die Gefahr mit sich, dass der die Erregerwicklung durchströmende Strom nicht mehr ausgelöscht werden kann oder nicht mehr auf den Nullwert abfällt oder aber während einer zu kurzen Zeit auf diesem Nullwert verharrt. Es wären daher komplizierte und teure Spezialanordnungen nötig, um eine Auslöschung zu erzwingen, indem man künstlich den Strom während einer genügend langen Zeit zum Verschwinden bringt» Die erfindungsgemässe Anordnung, welche diesen Umständen Rechnung trägt, zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens ein Steuerventil vorgesehen ist, das mit mindestens einem in gleichem Richtungssinn durchströmten Gleichrichter parallel geschaltet ist, welches Ventil eine kontinuierlich versteilbare Zündverzögerungseinrichtung aufweist, die einer- .,, seits am gemeinsamen.Punktcdes Gleichrichters und dessen Speisewicklung und andererseits an einem Punkt der Erregerwicklung angeschlossen ist* , Das Auslöschen kann periodisch»' selbsttätig erfolgen, wenn man die Steuerventile in Stromkreise schaltet, in welchen der Strom periodisch während eiöer genügend langen Zeitdätte? verschwindet·
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Wenn man in einer Anordnung mit Mehrweggleichrichtung Steuerventile derart einbaut, dass jedes einzelne von ihnen nur einer einzigen Halbwelle ausgesetzt wird, wobei die Gleichrichter der überbrückten Halbwelle dazu aienen, den andern Halbwellen den Zugang zu diesem Ventil zu verwehren, so wird der Strom in diesem Ventil bei jeder Halbperiode auf Null absinken und zwar während der Zeitdauer einer Halbperiode, i was das Auslöschen des Ventils sicherstellt·
Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele von Anordnungen, deren Eigenheiten sowohl aus den Schemas wie aus dem erklärenden Text hervorgehen, erläutert. Sie dienen dazu, die massgeblichen Punkte klarer darzulegen und deren Funktionieren zu erklären. Aus ihrer Anzahl geht die Beweglichkeit im Gebrauch sowohl bei einfacher Speisung durch Ein- oder Mehrphasenstrom als auch im Falle der Versorgung mehrerer Motoren durch ein einziges Gleichrichterdispositiv oder eines einzigen Motors durch meh- ' rere Gleichrichtergruppen hervor.
Es zeigt:
Fig. 1 die Grundanordnung mit einer Einphasenspeisung und Einweggleichrichtung,
Pig. 2 die gleiche Anordnung mit einer Einphasenspeisung und Doppelweggleichrichtung,
Fig. 3 die Anordnung bei einer Speisung über Gleichrichter, in der die Orte'sehen - oder Brücken-Schaltung erfolgt . Die Schaltung gemäss Fig .4 weicht von der vorhergehenden dadurch
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ab, dass sie eine zweite Grätz'sche Brücke besitzt, die mit der ersten in Serie geschaltet ist?
Fig. 5 ebenfalls eine Anordnung mit zwei Grat zischen Brücken, deren Verbindung jedoch ein Verändern der Parallelschaltwiderstände erlaubt,
Fig. 6 eine Shunt-Anordnung des Erregerkreises bei einer Dreiphasenspeisung und einem Gleichrichter mit Kinweggleichrichtung,
Fig. 7 eine Dreiphaseneinspeisung mit Zweiweggleichrichtung, die
Fig. 8r 9 und 10 verschiedene Anordnungen von zwei Hauptschlusskollektormotoren, welche aus einer gleichen Anordnung gespiesen und mit der Parallelschaltung ihrer entsprechenden Erregerkreise versehen sind. Alle Gleichrichter, Dioden oder Rücksteuerventile stellen in den verschiedenen Figuren gegebenenfalls eine Gruppe von Elementen in Serie - Parallelschaltung entsprechend den Erfordernissen dar. Der in der Fig.l dargestellte Hauptschlussmotor mit einer Erregerwicklung 1 und einem Anker 2 ist in Serie mit einer Sekundärwicklung 3 eines Speisetransformators und einer Gleichrichter-Diode 4 verbunden. Ein Steuerventil 5, zur Erregerwicklung 1 parallel geschaltet, befindet sich zwischen dem Punkt 6, welcher zur Gleichrichterdiode 4 und zur Sekundärwicklung 3 gehört und dem Punkt 7 der Erreger- «£
wicklung 1. Bei vollständiger, Ueberbrückung der Erreger- g
O wicklung 1 erfolgt der Anschluss anstatt im Punkte 7 im .Cji
Punkte 8, v/elcher der Erregerwicklung 1 und dem Anker 2 gemeinsam ist. Die Erregerwicklung 1 kann schon mit einem Fest-
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widerstand 9 überbrückt werden. Eine Induktanz 10 zum Ausgleichen oder Glätten kann ferner mit dem Anker Z in Serie geschaltet werden. Diese, für das Verständnis der Erfindung unwichtigen Teile, sind nur in der Fig.l dargestellt»
Bei der Speisung der Erregerwicklung 1 über* Doppelweggleichrichter gemäss Fig.2 sind an der Sekundärwicklung 3 des Speisetransformators die zwei Gigichrichterdioden 4 und 14 angeschlossen, welche gegeneinander geschaltet sind, wobei der Hauptschlussmotor zwischen dem Punkt 11 in der Mitte der Sekundärwicklung 3 und dem Punkt 12, welcher beiden Dioden 4 und 14 gemeinsam ist, liegt» Die Ueberbrückungssteuerventile 5 und 15 sind zwischen den Punkt 7 der Erregerwicklung 1 und den Punkten 6 und 13 geschaltet, wobei letzterer zur Diode 14 und zur Sekundärwicklung 3 , an welche diese angeschlossen ist, gehört·
Den Zweck, welchen die Diode 4 beispielsweise zu erfüllen hat, ist ein doppelter: Im Normalbetrieb speist sie den Hauptschluesmotor und stellt eine der Halbwellen des Wechselstromes; während des Ueberbrückens verhütet sie, dass die durch die Diode 14 gleichgerichtete Halbwelle die Anode des Steuerventiles 5 erreicht so dass dieses auslöschen kann, wenn die Ballwelle, welche^ es durchströmt, durch den Wert lall gellt und bis zum Eintreffen der nächsten Halbwelle auf diesen Werte bleibt. Es ist selbstverständlich, dass jede
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Diode und jedes Steuerventil, wenn sie paarweise als Gruppe 4 und 5 oder 14 und 15 parallel geschaltet sind, entweder an eine gemeinsame Anode, wie dies Fig.2 darstellt, oder an eine gemeinsame Kathode angeschlossen werden können. Die Speisung des Hauptschlussmotors über die Gratζ'sehe Brücke (Fig.3) zwischen den Punkten 12 und 16, welch letzterer zu den beiden Dioden 17 und 18 der Brücke gehört, weist mit den Steuerventilen 5 und 15 die gleiche Ueberbrückungsanordnung auf, wie die Ausführung gemäss Fig.2 · Eine zweite Gräte.'sehe Brücke (Fig»4) ist mit der Brücke, . ... wie sie in Fig.3 dargestellt ist, in Serie geschaltet. Diese Brücke 19 wird gegebenenfalls, wie auch die erste, zum Regulieren des Speisestroms des Hauptschlussmotors verwendet» indem gemäss einem bekannten Verfahren, die Dioden ganz oder teilweise durch Steuerventile ersetzt und deren Zündphase durch diese steuert·
Die Anordnung gemäss Fig.5 umfasst ebenfalls zwei Brücken: Die eine speist die Erregerwicklung 1 und ist nur zwischen die Punkte 12 und 16 geschaltet, während die andere mit den Dioden 20, 21, 22 und 23 den Anker 2, der zwischen den Anschlüssen 8 und 24 liegt, mit Strom versorgt; werden jedoch die WechselstromäBchlüsse 13 und 25 und die zwei andern An-Schlüsse 6 und 26 unter sich bzw· mit der Sekundärwicklung 3 verbunden,-, so stellt man gleichzeitig die Serie se haltung der Erregerwicklung 1 und des Ankers 2 sicher, sowie die Wechselstromversorgung der beiden in Serie geschatteten Brücken
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mittels ein und derselben Sekundärwicklung 3· Man hätte auch das Ueberbrücken der Erregerwicklung gemäss Fig,3 vornehmen · könruHi, d»h, für die gleichgerichtete Halbwelle durch die Diode 4, indem man das Steuerventil zwischen die Punkte 6 und gebracht hätte; man kann jedoch auch, wie dies Figur 5 zeigt, das Ventil zwischen die Punkte 6 und 13 legen, indem man ebenfalls die Gleichrichterdiode 17 überbrückt, v/elche auch der Gleichrichtung der gleichen Halbwelle dient. Der Nebenschluss wird durch die Parallelschaltung von zwei Kopf bei Fuss geschalteten Steuerventilen erreicht, welche am Vfechselstromeintritt der Brücke, die die Erregerspannung speist, anschliesst· Diese können übrigens durch ein einsiges, symmetrisches Steuerventil ersetzt werden, d.h. ein Ventil, das den Strom in beiden Richtungen gleichrichtet· Die zweite Brücke kann auch zum Regulieren des im Hauptschlussmotor verbrauchten Stromes dienen, wobei zum Teil oder vollständig dessen Dioden durch Steuerventile ersetat werden«.
Wenn ein Hauptschlussmotor aus'einem Dreiphasenteil und einer Einweggleichrichtung gemäss Fig.6 gespiesen werden soll, verbindet man den Motor mit den gemeinsamen Punkten 33 der drei Phasen 27, 28 und 29 sowie dem Punkt 34 der drei Gleichrichter 30, 31 und 32, welche mit jeder Phase verbunden sind. Der Nebenschluss wird dadurch erreicht, dass der Punkt 7 der Erregerwicklung i» gemeinsamen Punkt 35 der drei Steuerventile 36, 37 und 38 bzw· an jedem der gemeinsamen Punkte an eine Phase und an ihre entsprechende Gleichrichterdiode geschaltet wird,
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Wenn bei Doppelweggleichrichtung von einem Dreiphasenteil ausgegangen wird (Fig.7), wird der Hauptschlussmotor zwischen den Punkt 42, welcher den drei Dioden 39, 40 und 41 gemeinsam ist, und den gemeinsamen Punkt 34 der drei Dioden 3O1 und 32 angeschlossen. Die Phasen 27, 28 und 29 der Dreiphasen-Versorgung sind im Dreieck geschaltet und die Versorgung der Gleichrichterbrücke erfolgt, indem man die Spitzen mit
gemeinsamen Punkte
jedem der drei/zweier Dioden, welche paarv#eise in Serie geschaltet sind, verbindet. Das Ueberbrücken der Erregerwicklung geschieht in -vorstehend für die Dreiphaseneinweggleichrichtung beschriebener Weise.
Ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen, kann man mit Hilfe der Anordnung geraäss Fig.2 zwei Hauptschlussmotoren anstatt nur einen steuern, was durch eine Ergänzung gemäss Fig.8 erreicht wird, in welcher eine zweite Erregerwicklung la und ein zweiter Anker 2a eines zweiten Hauptschlussmotors dargestellt sind;. allein die Tatsache, dass fortwährend die beiden Erregerwicklungen 2 und 2a parallel geschaltet sind, kann möglicherweise eine beträchtliche Behinderung darstellen· Um dem üebel zu steuern^ kann man einen Satz Steuerventile für das getrennte Ueberbrücken Jeder Erregerwicklung vorsehen.
In diesem Sinne sind in der Anordnung gemäss Fig.9 zwei Steuerventile 5a und 15a für das Ueberbrücken des Erregerkreises la vorgesehen-, während die Ventile 5 und 15 nur dem Ueberbrücfcen der Erregerwicklung 1 dienen· Unter diesen Be-
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dingungen werden die Anker 2 und 2a nur noch dann parallel geschaltet, wejin die Steuerventile 5 und 5a oder 15 und 15a gleichzeitig ansprechen, d.h. wenn die Erregerwicklungen 1 und la gleichzeitig geschaltet werden. Man kann dies vermeiden und eine fortwährende Unabhängigkeit dieser beiden Anker 2 und 2a erreichen, wenn man eine Brückenschaltung in der Art nach Fig.3 benützt und wenn taan die beiden Kauptschlussmotoren, wie * dies in Fig.lO dargestellt ist, schaltet^ d.h. beide Motoren parallel an die Ausgänge 12 und 16 der Gleichstromspeisung legt; aber die freie Klemme des Ankers 2 ist an den Punkt 16 angeschlossen, während die entsprechende Klemme des Ankers 2a am Punkt 12 liegt, wobei diese beiden Punkte verschiedene Potentiale aufweisen^ die beiden Anker können nun unter keinen Umständen »ehr parallel geschaltet werden.
Es wird abschliessend der ausserordentlieh hohe Wirkungsgrad dieser Anordnung zum lieber brücken hervorgehoben, welche, sofern die Ventile nicht stromführend sind, keinen Strom verbraucht und i deren Terbrauch auesergewöhnlieh gering ist bei Verwendung von Thyristoren, da diese einen sehr kleinen Innern Spannungsabfall haben,
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Claims (8)

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    Patentansprüo h" e:
    '. Anordnung zum kontinuierlichen Regeln eines oder mehrerer Ueberbrückungswiderstände der Erregerwicklung eines, aus einem Ein- oder Mehrphasenwechselstromnetz gespiesenen Hauptschlusskollektormotors, mit einem Gleichrichterteil, in welchem Erregerwicklung und Anker in Serie geschaltet sind und das freie Ende der Erregerwicklung mit mindestens zwei in gleicher Richtung arbeitenden Gleichrichtern verbunden ist, von welchen jeder in einem andern Gleichrichterweg liegt, d.h. von welchen jeder von Halbwellen unterschiedlicher Phase beschickt ist und welche in Kombination mit Ueberbrückungsmitteln mit mindestens einem Teil der Erregerwicklung verbunden sind, wobei mindestens eine der Halbwellen die Erregerwicklung durchläuft, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Steuerventil (5 bzw. 15) vorgesehen ist, das mit mindestens einem in gleichem Richtungssinn durchströmten Gleichrichter (4 bzw. 14) parallel geschaltet ist, welches Ventil (5 bzw. 15) eine kontinuierlich verstellbare Zündverzögerungseinrichtung aufweist, die einerseits am gemeinsamen Punkt (6 bzw. 13) des Gleichrichters (4 bzw. 14) und dessen Speisewicklung (3) und andererseits an einem Punkt (7) der Erregerwicklung (l) angeschlossen ist.
  2. 2.Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichrichter (4,14) als Dioden ausgebildet sind.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der'Gleichrichter als Steuerventile (5*15) ausgebildet ist. ·■
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Hauptschlusskollektormotoren (1,2 bzw. la, 2a) mit individueller oder gemeinsamer Ueberbrückung ihrer Erregerwicklung (1,1a) vorgesehen sind, welqhe Motoren an die Speisung des gleichgerichteten Stromes in Parallelschaltung angeschlossen sind.
    ORIGINAL 809806/0750 . ·
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  5. 5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichrichterteil mindestens eine Grätz'sche Brücke umfasst, auf welcher in Parallelschaltung zwei Hauptschlusskollektormotoren angeschlossen sind, wobei das freie 3nde jedes Ankers an Klemmen (12 bzw. l6) unterschiedlicher Polarität liegt, derart, dass die Anker (2,2a) nie direkt in Parallelschaltung liegen.(Fig. 10).
  6. 6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speisung einphasig und die Ueberbrückung der zwei Halbwellen über die ganze Erregerwicklung erfolgt und wobei der Gleichrichterteil zwei getrennte Grätz'sche Brücken aufweist und die eine die Erreger- ä Wicklung (1), die andere aber den Anker (2) speist und wobei die Verbindung des Steuerventils (5*15) im Punkt (7) der Erregerwicklung (1) über einen Gleichrichter (17,18) erfolgt und die beiden Brücken sowohl auf der Gleichstromseite der Erregerwicklung und des Ankers als auch auf der Wechselstromseite in Serie geschaltet sind und die Speisung der Brücken durch ein und dieselbe Wicklung (3) sichergestellt wird.
  7. 7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ueberbrückungssteuerventile Fuss bei Kopf und parallel zwischen den Wechselstromklemmen der Speisebrücke der Erregerwicklung vorgesehen sind (Fig. 5)·
  8. 8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle zweier Fuss bei Kopf angeordneter Steuerventile ein symmetrisches Steuerventil vorgesehen ist, welches den Strom in beiden Richtungen durchlässt.
    Aktiengesellschaft BROWN, BOVERI & CIE.
DE19651438889 1964-06-25 1965-06-23 Anordnung zur stetigen steuerung der erregung eines oder mehrerer gleichstromreihenschlussmotoren Withdrawn DE1438889B2 (de)

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