DE1613200C - Antnebsanlage mit einem oder mehreren mit Konstantstrom gespeisten Gleichstrommotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsanlage mit einem oder mehreren mit Kcmstantstrorii gespeisten Gleichstrommotoren, deren Speiseleistum; einem Konstantspannungsnetz entnommen wird, das über zwei hintereinandergeschaltete Gleichrichter den Gleichstrom-Konstantstromkreis der Antriebsanlage speist.

Es ist bereits eine Antriebsanlage mit einem oder mehreren mit Konstantstrom gespeisten Gleichstrommotoren vorgeschlagen worden, bei der die Speisung in des Gleichstrommotors bzw. der Gleichstrommotoren mittels an das Konstantspannungsnetz angeschlossener an sich bekannter Kondensator-Transformatoren nach· B ο tic Ii e ro t erfolgt, denen Gleichrichter nachgeschaltet sind (deutsche Auslegeschi if t 1 276 795).

Zweck der Erfindung ist es, eine Antriebsanlage zu schallen, bei der ebenfalls auf einfache Weise Gleichstrommotoren aus einem Konstantspannungsnetz mit Speiseleistung,versorgt werden. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der eine Gleichrichter über eine Drosselspule und der andere Gleichrichter über einen Kondensator an das Konstantspannungsnetz angeschlossen ist und daß die Reaktanzen von Drosselspule und Kondensator bei Netzfrequenz annähernd gleich sind.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß mit Hilfe einer derartigen Schaltungsanordnung zur Speisung eines Konstantstromkreises aus einer konstanten Spannung ein weitgehend konstanter Strom gewonnen werden kann. Für die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung ist dabei wesentlich, daß durch den Kondensator, über den einer der Gleich-' richter mit dem Konstantspannungsnetz verbunden ist, eine Potentialtrennung des Gleichrichters vom Konstantspannungsnetz erfolgt. Der Kondensator verhindert das Fließen eines Gleichstrom-Kreisstromes. '

Im Vergleich zu der an anderer Stelle vorgeschlagenen Lösung mit dem an sich bekannten Kondensator-Transformator nach Douche rot ist bei der erfindiingsgemäßen Anlage für die Drosselspule und für den Kondensator eine geringere Typenleistung erforderlich. Ferner besteht die Anlage aus zwei Teilen, die unabhängig voneinander bei Ausfall eines Teiles — wenn auch mit verkleinerter Leistung — im Betrieb gehalten werden können. Diese Tatsache ist vor allem wichtig für Gleichstromfahranlagen auf Schiffen. Eine Reservehaltung für ausgefallene Teile ist daher weitgehend überflüssig. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Speisung der Gleichstrommotoren ähnlich wie bei einem Kondensator-Transformator in Dreiecksschaltung nahezu frequenzunabhängig erfolgt. Im Gegensatz zum Kondensator-Transformator wird das Netz jedoch nur mit der halben Oberwellenleistung der Gleichrichter belastet.

Den bisher genannten Vorteilen steht ein gewisser Nachteil gegenüber. Der Strom schwankt zwischen Leerlauf (Kurzschluß im Konstantstromkreis) und ßo Vollast (Summenspaimung an den Gleichrichtern gleich Netzspannung) um etwa 13¹Vo. Γη vielen Anwcndungsi'iillen kann diese Stroniänderung durchaus in Kauf genommen werden. In manchen Fallen ist diese sogar erwünscht, z. D. zum schnelleren Anlauf der Gleichstrommotoren, beim Losbrechen oder beim Beschleunigen von Massen. Die Stromändening spielt vor allem dann keine besondere Rolle, wenn für die' 2
eine Feldregelung vorge-

Gleichstroinmotoren
sehen ist.

Nachfolgend sollen einige Vorschläge genannt werden, die die Erfindung in vorteilhafter Art verbessern. In vielen Fällen kommt es vor, daß die Gleichstrommotoren vorübergehend auch generatorisch arbeiten. Eine Rückspeisimg der generatorischeu Leistung über die Gleichrichter ist nicht möglich. Nun ist es bekannt, Rückleistung in parallelgeschalteten Bremswiderständen zu vernichten. Diese sind jedoch in einem Konstantstromkreis nur anwendbar, wenn gleichzeitig der Gleichrichter kurzgeschlossen und der Konstantstromkreis geöffnet wird. Sämtliche Schaltelemente müßten dabei für die volle Leistung ausgelegt sein. Außerdem läßt die Bremswirkung mit fallender Drehzahl beträchtlich nach. · .

Zur Vermeidung der beschriebenen umfangreichen technischen Anwendung und der genannten Nachteile wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß in den' Konstantstromkreis jeweils ein Bremswiderstand in Reihe zu dem oder den Motoren geschaltet ist. Diese Bremswiderstände nehmen bei generatorischem Betrieb des Motors bzw. bei überwiegend generatorischem Betrieb der Motoren die Rückleistung auf. Damit ist die Aufgabe einer Rückleistungsveniichtung auf einfache Weise gelöst. Die Bremsung erfolgt mit vollem Moment bis zum Stillstand, da immer der volle Strom durch den Widerstand fließt.

Bei motorischem Betrieb können die Bremswiderstände überbrückt werden; es wird im einzelnen von der Größe und der Bedeutung der entstehenden Verluste abhängig, ob dies erforderlich ist. Sollen die Bremswiderstände überbrückt werden, so gibt es hierfür zwei vorteilhafte Möglichkeiten:

An sich ist es ausreichend, wenn die Bremswiderstände eingeschaltet werden, d. h., wenn die Überbrückung unterbrochen wird, sobald wegen des Übergangs in den generatorischen Betrieb des Motors eine Vorzeichenumkehr seiner Klemmenspannung auftritt bzw. sobald im Falle des Vorhandenseins mehrerer Motoren wegen des Übergangs in den überwiegend generatorischen Betrieb eine Vorzeichenumkehr der Summe der Klemmenspannungen aller Motoren auftritt. Hierbei ergeben sich jedoch meist längere Einschaltzeiten für die Widerstände, die dann größer dimensioniert sein müssen. Demgegenüber ist es gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung vorteilhaft, wenn die Bremswiderstände jeweils durch einen Überbrückungsschalter bei motorischem Betrieb des oder der Motoren kurzschließbar und bei generatorischem Betrieb nach Überschreiten eines zulässigen Maximalstromes durch Öffnen des oder der Überbrückungsschalter in. den Konstantstromkreis einschaltbar sind.

Durch diese Maßnahme können die Einschaltzeiten der Breinswiderstände verkürzt werden. Die Öffnung der Überbrückungsschalter in Abhängigkeit von einem Maximalstem macht dabei von der Tatsache Gebrauch, daß in einem Konstantstromkreis durch generatorischen Betrieb des Gleichstrommotors ein gegenüber dem Nornialfall großer, lediglich durch die im Gleichstromkreis liegenden ohinschen Widerstände begrenzter Gleichstrom erzeugt werden kann, obwohl dem den Konstantstromkreis speisenden Gleichrichter eingangsseitig weiierhin ein konstanter Wechselstrom zugeführt wird.

Nun ist bei dnein Betrieb tier Gleichstrommotoren

im Schwachlastbereich oft eine fallende Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie erwünscht. Diese läßt sich vorteilhaft dadurch erreichen, daß im Schwachlastbereich parallel zu mindestens einem Gleichstrommotor ein ohmscher Parallelwiderstand dauernd oder nur zeitweise einschaltbar ist. Erfindungsgemäß kann dann als Parallelwiderstand der oder die durch Umschalter umgeschalteten Bremswiderstände dienen. Wird einer der Gleichstrommotoren nicht benötigt, so kann man den Parallelwiderstand Null werden lassen bzw. überbrücken. Es ist auch denkbar, den Gleichstrommotor mit einer Nebenschlußwicklung zu versehen, die direkt oder über einen nichtlinearen Widerstand von der Motorspannung gespeist ist. Auf diese Weise erhält man eine fallende Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie; eine solche Nebenschlußwicklung ist dann jedoch ständig wirksam. Sie beeinflußt das Motorfeld und eignet sich zur Zuführung von Steuereinflüssen. Ob in den Kreis der Nebenschlußwicklung ein zusätzlicher nichtlinearer Widerstand geschaltet wird, hängt davon ab, welche Kennlinie speziell erwünscht ist.

In gewissen Fällen ist es von Vorteil, wenn der Strom im Konstantstromkreis herabgesetzt werden kann, z. B. bei Hebezeugen zur Erlangung eines konstanten Seilzuges oder bei Betrieb der Antriebsanlage mit verminderter Leistung, um Verluste zu sparen. Hierzu schlägt die Erfindung in einer weiteren Ausgestaltung vor, daß der Kondensator aus mindestens zwei parallelgeschalteten Teilkondensatoren besteht, von denen mindestens ein Teilkondensator durch einen Umschalter der Drosselspule parallel schaltbar ist. Zur Herabsetzung des Stromes wird also ein Teil der Kapazität des Kondensators der Drosselspule parallel geschaltet. Beide Reaktanzen — die des verbleibenden Kondensators und die der Parallelschaltung von Drosselspule und Teilkondensator — sind dann bei Netzfrequenz wiederum annähernd gleich groß, aber in ihrem Wert heraufgesetzt.

Da beim Umschalten des Teilkondensators wegen des unterschiedlichen Energiepotentials beider Teilkondensatoren hohe Ausgleichsströme fließen können und es zu Schädigungen der Kontakte des Umschalters kommen kann, schlägt die Erfindung ferner vor, daß der umschaltbare Teilkondensator an eine Anzapfung der Drosselspule angeschlossen ist. Ein Teil der Drosselspule und der an die Anzapfung der Drosselspule angeschlossene Teilkondensator bilden einen Reihenschwingkreis, durch den ein Ausgleichstrom in erheblichem Maße gedämpft wird.

An Hand von Zeichnungen soll die Erfindung näher erläutert werden.

F i g. 1 stellt ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Antriebsanlage dar;

F i g. 2 zeigt die Ortskurve des Stromes, und in

F i g. 3 sind zusätzliche Maßnahmen zur Verbesserung der Antriebsanlage dargestellt.

Ein im wesentlichen aus zwei Gleichstrommotoren 10 und 11 bestehender Konstantstromkreis wird über zwei hintereinandergeschaltete Gleichrichter 12 und 13 aus einem Drehstrom-Konstantspannungsnetz 14 gespeist. Der Gleichrichter 12 ist mit einer Drosselspule 15 und der Gleichrichter 13 mit einem Kondensator 16 mit dem Konstantspannungsnetz 14 verbunden. Die Reaktanzen von Drosselspule 15 und Kondensator 16 sind bei Netzfrequenz annähernd gleich. Der sich einstellende Gleichstrom z., im Konstantstromkreis in Abhängigkeit von der Gleichspannung M₂₁ eines Gleichrichters ist in F i g. 2 gezeigt. Die Gleichrichterspannung M₀₁ ist auf die Spannung M₁ des Konstantspannungsnetzes 14 und der Gleichstrom i₂ auf den Kurzschlußstrom i_k bezogen. Die Spannung des Konstantstromkreises M₂ setzt sich also aus der Summe der Gleichrichterspannungen M₂₁ und M₂₂ zusammen, wobei M₂₁ = M₂₂ ist, da die Reaktanzen von Drosselspule und Kondensator gleich sind. Dabei wird der Einfachheit halber vorausgesetzt,

ίο daß die Spannungen am Eingang und am Ausgang des Gleichrichters gleich groß sind. Aus der Darstellung ist ersichtlich, daß gegenüber einem Gleichstrom von 100% im Kurzschlußfall der Gleichstrom z₂ bei voller Nennspannung u_o im Betrieb auf etwas mehr als 87% abfällt, da für

-^- = 0,5 bzw. ■=&- = 0,5

W₁ U₁

Z*

sich ein Strom von -Λ-= 0,866 einstellt. Dieser Wert

entspricht dabei dem Kosinus eines Winkels von 30°. Wie bereits beschrieben, kann diese Stromänderung in vielen Konstantstromkreisen durchaus in Kauf genommen werden, vor allem dann, wenn die Gleichstrommotoren eine Feldregelung besitzen. In manchen Fällen ist diese Charakteristik eines Konstantstromkreises sogar erwünscht zum Losbrechen oder Beschleunigen von Massen aus dem Stillstand.

.3° In F i g. 3 sind weitere Maßnahmen zur Erfindung dargestellt. Der Gleichrichter 12 ist über eine Drosselspule 17 mit Anzapfung und der Gleichrichter 13 über zwei Teilkondensatoren 18 und 19 an das Konstantspannungsnetz 14 angeschlossen. Der Teilkondensator 18 ist mit einer Klemme an die Anzapfungen an die Drosselspule 17 gelegt und mit der anderen an einen Kontakt des Umschalters 20. Mit Hilfe des Umschalters 20 kann der Teilkondensator 18 der Drosselspule 17 parallel geschaltet werden, so daß die Reaktanzen zu den Gleichrichtern 12 und 13 jeweils um einen gleich großen Betrag vergrößert werden. Der Strom im Konstantstromkreis kann also in diesem Fall auf zwei Werte eingestellt werden. Bei Zurückschaltung des Teilkondensators 18 parallel zum anderen Teilkondensator 19 liegt ein kleiner Teil der Drosselspule 17 mit dem Teilkondensator 18 in Reihe. Dieser derart gebildete Reihenschwingkreis soll auftretende Ausgleichsströme zwischen den Kondensatoren 18 und 19 weitgehend unterbinden, damit die Kontakte des Umschalters 20 nicht zerstört werden.

Jedem der Gleichstrommotoren 10 und 11 ist ein im Konstantstromkreis liegender Bremswiderstand 21 bzw. 22 zugeordnet. Im generatorischen Betrieb des betreffenden Motors wird ein Überbrückungsschalter 23 bzw. 24 geöffnet. Zur Erzielung einer abfallenden Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie sind die Bremswiderstände 21 und 22 mittels Schalter 25 und 26 als Parallelwiderstände umschaltbar, wobei dann die Schalter 23 und 24 geschlossen sein müssen.

Außer normalen fremderregten Erregerwicklungen 27 und 28 weisen die Motoren 10 und 11 Nebenschlußwicklungen 29 und 30 auf, durch die ebenfalls eine Kennlinienbeeinflussung der Gleichstrommotoren erfolgt. Im Stromkreis der Nebenschlußwicklungen 29 und 30 liegen als nichtlineare Widerstände Zenerdioden 31 und 32. An Stelle einer Zenerdiode kann jedoch auch ein aktives Schaltungselement ver-

wendet werden, so daß zusätzliche Steuereinflüsse auf den Gleichstrommotor gelangen können.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Antriebsanlage mit einem oder mehreren mit Konstantstrom gespeisten Gleichstrommotoren, deren Speiseleistung einem Konstantspannungsnetz entnommen wird, das über zwei hintereinandergeschaltete Gleichrichter den Gleichstrom-Konstantstromkreis der Antriebsanlage speist, dadurch gekennzeichnet, daß der eine

- Gleichrichter (12) über eine Drosselspule (15) und der andere Gleichrichter (13) über einen Kondensator (16) an das Konstantspannungsnetz (14) angeschlossen ist und daß die Reaktanzen von Drosselspule (15) und Kondensator (16) bei Netzfrequenz annähernd gleich sind.

2. Antriebsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Konstantstromkreis jeweils ein Bremswiderstand (21, 22) in Reihe zu dem oder den Motoren (10, 11) geschaltet ist.

3. Antriebsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremswiderstände (21, 22) jeweils durch einen Überbrückungsschalter (23, 24) bei motorischem Betrieb des oder der Motoren (10, 11) kurzschließbar und bei generatorischem Betrieb nach Überschreiten eines zulässigen Maximalstromes durch öffnen des oder der Überbrückungsschalter in den Konstantstromkreis einschaltbar sind.

4. Antriebsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Schwachlastbereich parallel zu mindestens einem Gleichstrommotor (10,11) ein ohmscher Parallelwiderstand dauernd oder nur zeitweise einschaltbar ist.

5. Antriebsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Parallelwiderstand der oder die durch Umschalter (25, 26) umgeschalteten Bremswiderstände dienen.

6. Antriebsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Gleichstrommotoren (10,11) eine Nebenschlußwicklung (29, 30) hat, die direkt oder über einen nichtlinearen Widerstand (31, 32) an der Motorspannung liegt.

7. Antriebsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator aus mindestens zwei parallelgeschalteten Teilkondensatoren (18, 19) besteht, von denen mindestens ein Teilkondensator durch einen Umschalter (20) der Drosselspule (17) parallel schaltbar ist.

8. Antriebsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der umschaltbare Teilkondensator (18) an eine Anzapfung der Drosselspule (17) angeschlossen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen