DE1438889C - Anordnung zur stetigen Steuerung der Erregung eines oder mehrerer Gleichstromreihenschlußmotoren - Google Patents

Anordnung zur stetigen Steuerung der Erregung eines oder mehrerer Gleichstromreihenschlußmotoren

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DE1438889C
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Expired
Application number
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English (en)
Inventor
Jean Neuilly Seine Woimant (Frankreich)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BBC Brown Boveri AG Switzerland
Original Assignee
Brown Boveri und Cie AG Switzerland
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur stetigen Steuerung der Erregung eines oder mehrerer Gleichstromreihenschlußmotoren, deren Speisung über Gleichrichterdioden aus einem Wechselstromnetz erfolgt. Aus einem Ein- oder Mehrphasenwechselstromnetz wird ein Gleichstromreihenschlußmotor über eine Gleichrichterdiode gespeist, welcher Erregerwicklung und Anker in Serie nachgeschaltet sind. Das freie Ende der Erregerwicklung ist entweder nur mit einer Gleichrichterdiode oder mit zwei oder mehr in gleicher Richtung arbeitenden Gleichrichterdioden verbunden, von welcher jede in einem anderen Gleichrichterweg liegt und so mit unterschiedlichen Netzleitern verbunden ist.
Es ist bekannt, derartige Gleichstromreihenschlußmotoren bei elektrischen Bahnen zu verwenden, insbesondere in elektrischen Lokomotiven, in weichen sie durch gleichgerichteten Strom gespeist werden. Wenn man während der normalen Fahrt die Zugkraft erhöhen will, erfolgt dies bekanntlich durch Parallelschalten von Widerständen oder Drosselspulen zur Erregerwicklung der Motoren (österreichische Patentschrift 224 222 und deutsche Patentschrift 596 466). Bekannt ist dabei die Steuerung mit Hilfe von Stufenschaltern für die Erregerwicklung und für die Widerstände. Man erhält auf diese Weise eine gewisse Anzahl von Überbrückungs- oder Shunt-Stellungen, welche durch verschiedene Kombinationen von Teilwiderständen erhalten werden, wenn von einer Überbrückungsstellung in die andere geschaltet wird. Dabei ändert sich der Strom sowohl in der Erregerwicklung als auch im Anker sprunghaft. Es ergibt sich eine plötzliche Veränderung des Motorendrehmomentes und damit eine plötzliche und starke Kraftänderung an jeder Motorwelle. Eine derartige Kraftänderung kann ein Rutschen der Antriebsräder einleiten. Eine Möglichkeit, diesem Übelstande zu begegnen, besteht im Erreichen einer kontinuierlichen Änderung der Shuntwirkung. Dies würde ein besseres Haften erlauben, indem in jedem Augenblick die Größe der Kraft am Radkranz etwas unter der maximalen Größe der Haftkraft stabil gehalten werden könnte. Das Zuschalten von Widerständen bringt immer zusätzliche Verluste, welche vermieden werden sollten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, parallel zur Erregerwicklung eine Shuntwirkung zu erhalten, die stetig gesteuert werden kann und praktisch ohne zusätzliche Verluste ist.
Bei einer Anordnung der eingangs genannten Art besteht die Erfindung darin, daß parallel zur Reihenschaltung der Gleichrichterdiode bzw. von Gleichrichterdioden und der Erregerwicklung ein bzw. je ein mit stetiger Anschnittsteuerung betriebenes steuerbares Gleichrichterventil mit gleicher Durchlaßrichtung wie die Gleichrichterdiode bzw. die zugehörigen Gleichrichterdioden angeschlossen ist.
Das Löschen der steuerbaren Gleichrichterventile erfolgt periodisch selbsttätig, da diese in Stromkreisen angeordnet sind, in welchen der Strom periodisch während einer genügend langen Zeitdauer verschwindet.
In einer Anordnung mit Mehrweggleichrichtung sind die steuerbaren Gleichrichterventile derart angeordnet, daß jedes einzelne von ihnen nur in jeder zweiten Halbwelle leitend wird. Der Ventilstrom wird deshalb in jeder Halbwelle auf Null absinken, was das Löschen des Ventils sicherstellt.
Die mit der Erfindung erzielbaren technischen Vorteile bestehen insbesondere darin, daß parallel zur Erregerwicklung ein stetig veränderbarer und praktisch verlustfreier Nebenschluß wirksam wird.
Im folgenden werden einige in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine Anordnung mit Einweggleichrichtung, Fig. 2 eine Anordnung mit Doppelweggleichrichtung,
F i g. 3 eine Anordnung mit einer Graetz-Brückenschaltung,
F i g. 4 eine Anordnung mit zwei Graetz-Briickenschaltungen,
F i g. 5 eine Anordnung mit Dreiphasenspeisung und Einweggleichrichtung,
F i g. 6 eine Anordnung mit Dreiphaseneinspeisung und Zweiweggleichrichtung,
F i g. 7, 8 und 9 verschiedene Anordnungen mit zwei Gleichstromreihenschlußmotoren.
Alle steuerbaren Gleichrichterventile und Gleichrichterdioden stellen in den verschiedenen Figuren gegebenenfalls eine Gruppe von Bauelementen in Serien-Parallelschaltung entsprechend den Erfordernissen dar.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung zur stetigen Steuerung der Erregung eines Gleichstromreihenschlußmotors mit einer Erregerwicklung 1 und einem Anker 2. Die Speisung erfolgt über eine Gleichrichterdiode 4 aus der Sekundärwicklung 3 eines Speisetransformators. Dabei ist die Erregerwicklung 1 an ihrem freien Ende über die Gleichrichterdiode 4 mit der Sekundärwicklung 3 verbunden. Ein mit stetiger Anschnittsteuerung betreibbares steuerbares Gleichrichterventil 5 ist zur Reihenschaltung der Erregerwicklung 1 und der Gleichrichterdiode 4 parallel geschaltet. Es ist zwischen einem Punkt 6, welcher zwischen der Gleichrichterdiode 4 und der Sekundärwicklung 3 liegt, und einer Anzapfung 7 der Erregerwicklung 1 angeordnet. Der Erregerwicklung 1 kann zusätzlich ein Festwiderstand 9 parallel geschaltet sein.
Bei der Speisung der Erregerwicklung I über Vollweggleichrichter gemäß F i g. 2 sind an der Sekundärwicklung 3 des Speisetransformators zwei Gleichrichterdioden 4 und 14 angeschlossen, welche gegeneinander geschaltet sind, wobei der Gleichstromreihenschlußmotor zwischen dem Punkt 11 in der Mitte der Sekundärwicklung 3 und dem Punkt 12, welcher beiden Gleichrichterdioden 4 und I^ gemeinsam ist, liegt. Zwei steuerbare Gleichrichterventile 5 und 15 sind zwischen die Anzapfung 7 der Erregerwicklung 1 und die Punkte 6 und 13 geschaltet.
Den Zweck, welchen die Gleichrichterdiode 4 beispielsweise zu erfüllen hat, ist ein doppelter: Irr. Normalbetrieb speist sie den Gleichstromreihenschlußmotor und leitet während einer der Halbweiler des Wechselstromes; während der nächsten Halbwelk verhütet sie, daß die durch die Diode 14 gleich gerichtete Halbwelle die Anode des steuerbarer Gleichrichterventils 5 erreicht, so daß dieses löscher kann, wenn die Halbwelle, welche es durchfließt durch den Wert Null geht und bis zum Eintreffe!
der nächsten Halbwelle auf diesem Werte bleibt. E ist selbstverständlich, daß jede Gleichrichterdiodi und jedes steuerbare Gleichrichterventil, wenn si; paarweise als Gruppe 4 oder 5 oder 14 und 15 ange
ordnet sind, entweder anodenseitig, wie dies F i g. 2 darstellt, oder kathodenseitig verbunden sein können. Die Speisung des Gleichstromreihenschlußmotors über eine Graetz-Brückenschaltung (Fig. 3) zwischen den Punkten 12 und 16, welch letzterer mit den beiden Gleichrichterdioden 17 und 18 der Brücke verbunden ist, weist mit den steuerbaren Gleichrichterventilen 5 und 15 die gleiche Überbrückungsanordnung auf wie die Ausführung gemäß F i g. 2.
Die Anordnung gemäß F i g. 4 enthält zwei zueinander in Reihe liegende Graetz-Brückenschaltungen. Die eine, mit den Gleichrichterdioden 4,14,17 und 18 speist die zwischen die Punkte 12 und 16 geschaltete Erregerwicklung 1, während die andere mit den Gleichrichterdioden 20, 21,22 und 23 den Anker 2, der zwischen den Anschlüssen 8 und 24 liegt, mit Strom versorgt. Zur Überbrückung der Erregerwicklung 1 sind zwei antiparallel geschaltete steuerbare Gleichrichterventile 5 und 15 vorgesehen, welche an den Wechselstromeingangsklemmen der Brücke für die Erregerwicklung 1 angeschlossen sind. Diese könnten auch durch eih einziges, symmetrisches steuerbares Gleichrichterventil ersetzt werden, d. h. ein Ventil, das den Strom in beiden Richtungen gleichrichtet.
Wenn der Gleichstromreihenschlußmotor aus einem Drehstromnetz unter Einweggleichrichtung gemäß F i g. 5 gespeist werden soll, verbindet man den Motor mit dem Sternpünkt 33 der drei Sekundärwicklungen 27,28 und 29 eines Drehstromtransformators sowie dem Punkt 34 der drei Gleichrichterdioden 30, 31 und 32, welche je mit einer Sekundärwicklung verbunden sind. Der Nebenschluß zur Erregerwicklung 1 wird dadurch erreicht, daß die Anzapfung 7 der Erregerwicklung mit dem gemeinsamen Punkt 35 der drei steuerbaren Gleichrichterventile 36, 37 und 38 und das freie Ende der Erregerwicklung 1 mit dem gemeinsamen Punkt 34 der Gleichrichterdioden 30, 31 und 32 verbunden ist. Wenn bei Doppelweggleichrichtung von einem Drehstromnetz ausgegangen wird (Fig. 6), wird der Gleichstromreihenschlußmotor zwischen dem Punkt 42, welcher den drei Gleichrichterdioden 39, 40 und 41 gemeinsam ist, und dem gemeinsamen Punkt 34 der drei Gleichrichterdioden 30,31 und 32 angeschlossen. Die Sekundärwicklungen 27, 28 und 29 des Drehstromtransformators sind in Dreieck geschaltet. Das Überbrücken der Erregerwicklung 1 geschieht in vorstehend für die Dreiphaseneinweggleichrichtung beschriebener Weise.
Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, kann man mit Hilfe der Anordnung gemäß F i g. 2 zwei Gleichstromreihenschlußmotoren anstatt nur einen steuern, was durch eine Ergänzung gemäß F i g. 7 erreicht wird, in welcher eine zweite Erregerwicklung la und ein zweiter Anker la eines zweiten Gleichstromreihenschlußmotors dargestellt sind. Die dauernde Parallelschaltung beider Erregerwicklungen 2 und 2 a kann jedoch einen beträchtlichen Nachteil darstellen. Um diesen zu vermeiden, kann man einen Satz steuerbare Gleichrichterventile für das getrennte Überbrücken jeder Erregerwicklung vorsehen. In diesem Sinne sind in der Anordnung gemäß F i g. 8 zwei steuerbare Gleichrichterventile Sa und 15 a für das Überbrücken der Erregerwicklung 1 α vorgesehen, während die steuerbaren Gleichrichterventile 5 und 15 nur zum Überbrücken der Erregerwicklung 1 dienen. Unter diesen Bedingungen * werden die Anker 2 und 2 a nur noch dann parallel geschaltet, wenn die steuerbaren Gleichrichterventile 5 und 5a sowie 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 2 a erreichen, wenn man eine Brückenschaltung in der Art nach F i g. 3 benützt und wenn man die beiden Gleichstromreihenschlußmotoren, wie dies in F i g. 9 dargestellt ist, schaltet, d. h. beide Motoren parallel an die Punkte 12 und 16 der Gleichstromspeisung legt; aber die freie Klemme des Ankers 2 ist an den Punkt 16 angeschlossen,
ao während die entsprechende Klemme des Ankers 2 a am Punkt 12 liegt, wobei diese beiden Punkte verschiedene Potentiale aufweisen. Die beiden Anker können nun unter keinen Umständen mehr parallel geschaltet werden.
as Es wird abschließend der hohe Wirkungsgrad dieser Anordnung zur Steuerung der Erregung hervorgehoben, welche, sofern die Ventile nicht stromführend sind, keinen Strom verbraucht und deren Verbrauch außergewöhnlich gering ist bei Verwendung von Thyristoren, da diese einen sehr kleinen inneren Spannungsabfall haben.

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Anordnung zur stetigen Steuerung der Erregung eines Gleichstromreihenschlußmotors, welcher über eine in Reihe zu seiner Erregerwicklung liegende Gleichrichterdiode aus einem Wechselstromnetz gespeist ist, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Reihenschaltung der Gleichrichterdiode (4) und der Erregerwicklung (1) ein mit stetiger Anschnittsteuerung betriebenes steuerbares Gleichrichterventil (5) mit gleicher Durchlaßrichtung wie die Gleichrichter-. diode (4) angeschlossen ist (F i g. I).
2. Anordnung zur stetigen Steuerung der Erregung eines oder mehrerer Gleichstromreihenschlußmotoren, deren Speisung über Gleichrichterdioden in Vollweg- oder Brückenschaltung aus einem Wechselstromnetz erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Reihenschaltung von Gleichrichterdioden (4,14; 17, 18; 30 bis 32) und Erregerwicklung (1; la) je ein mit stetiger Anschnittsteuerung betriebenes steuerbares
Gleichrichterventil (5, 15; 5α, 15α; 36 bis 38) mit gleicher Durchlaßrichtung wie die zugehörigen Gleichrichterdioden (4, 14; 17, 18; 30 bis 32) angeschlossen ist (F i g. 2 bis 9).
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das steuerbare Gleichrichterventil (5, 15; 36 bis 38) an eine Anzapfung der Erregerwicklung (1) angeschlossen ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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