DE2243620A1

DE2243620A1 - Verfahren zur verbesserung des leistungsfaktors eines aus einer wechselstromquelle gespeisten mischstrommotors

Info

Publication number: DE2243620A1
Application number: DE2243620A
Authority: DE
Inventors: Johannes Prof Dr Foerster
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1972-09-01
Filing date: 1972-09-01
Publication date: 1974-03-07
Also published as: DE2243620B2; FR2198304A1; FR2198304B1; CH563686A5; SE403678B; AT325719B; DE2243620C3; ATA758273A

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH Frankfurt/Main^ Theodor-Stern-Kai 1-

Ninnemann/ml Erf.-Nr.: B I 72/51 Nm

Verfahren zur Verbesserung des Leistungsfaktors eines aus einer Wechselstromquelle gespeisten Mischstrommotors

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung des Leistungsfaktors eines aus einer Wechselstromquelle -über steuerbare Anker- und Feldstromrichter gespeisten Mischstrommotors.

Misch- bzw. Wellenstrommotoreri werden vorzugsweise über anschnittsteuerbare Thyristor-Stromrichter gespeist und geschwindigkeit- bzw. zugkraftgeregelt.'Der sich hierbei ergebende Leistungsfaktor ist infolge des induktiven Verhaltens auch bei Anwendung blindstromsparender Schaltungen, wie z.B. Folgestromrichtern mit Halbsteuerung, noch recht niedrig* Bei der Verwendung löschbarer Stromrichterschaltungen zur Ankerstromspeisung des Motors, wie sie z.B. dem Heft 1, 1972 der Zeitschrift "Elektrische Bahnen" auf den Seiten 13 bis 19 zu entnehmen sind, ist eine beträchtliche Anhebung des Leistungs-

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faktors erreichbar. Da hierbei jedoch der volle Ankerstrorr. gelöscht werden muß, müssen die Löscheinrichtungen auch der Ankerleistung angepaßt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gleichwertige Anhebung des Leistungsfaktors bzw. Verminderung der Aufnahme von Blindleistung zu erreichen, ohne die Löscheir.richtungen der vollen Ankerleistung anpassen zu müssen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, daß dadurch gekennzeichnet ist, daß der Felderregerstrcm über den steuerbaren Feldstromrichter dem jeweiligen Aussteuerungszustand des Ankerstromrichters derart angepaßt wird, daß die der Wechselstromquelle entnommene Wechselstrom-Grundschwingung des Ankerstroms in Phase zur Wechselspannung liegt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert werden, wobei Figur 1 ein erfindungsgeinäßes Schaltungsbeispiel eines Mischstrommotors enthält und Figur 2 den zeitlichen Verlauf von Strom und Spannung im Erregerkreis aufgrund der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt.

Die in Figur 1 dargestellte prinzipielle Schaltung zeigt den Mischstrommotor 3, der über zwei unsymrnetrisch-halbgesteuerte Ankerstromrichter 1 und 2, die als Folgebrücken geschaltet sind, und eine Glättungsdrossel 4 gespeist wird. Die Ankerstromrichter 1 und 2 werden von einer Wechselspannung U_w gespeist.

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OBlOfNAL INSPECTED

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Die Feldwicklung 5 des Mischstrommotors 3 wird von einem un— symmetrisch-halbgesteuerten Feldstromrichter 6 in Erückenschaltung gespeist. Die Hauptthyristoren 61 und 62 des Feldstromrichters sind zünd- und löschbar, was ,in vereinfachter Darstellung durch zwei Steueranschlüsse angedeutet ist und die derzeit übliche Beschaltung des Thyristors mit einem Löschkondensator, einer Ladediode und einem Löschthyristor zeichnerisch ersetzen soll. Der Feldstromrichter 6 wird mit einer Wechselspannung U gespeist, die zur speisenden Wechselspannung U,. der Ankerstromrichter 1 und 2 synchron ist.

Der Zusammenhang zwischen der Klemmenspannung U ,, der EMPC E sowie dem Ankerstrom I. und dem ohmschen Widerstand R. des Ankerkreises einer Gleichstrommaschine ist unter Vernachlässigung der Spannungsabfälle an den Bürsten gegeben durch die Gleichung

^Ud - ^{E + 1}A * ^RA

bzw. U, = C · η · φ + I. · R

π ΙΑ

d ~ * ^τ A "A

wobei für die EMK E das Produkt aus der Drehzahl η der Maschine, dem Felderregerfluß φ und einer Maschinenkonstanten C gesetzt wurde.

Erfindungsgemäß wird nun' der Felderregerfluß $ und damit die· EMK E des Mischstrommaschine zur.Beeinflussung des Kurvenver-

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laufs des Ankerstromes I. in der Weise verändert, daß der die Ankerstromrichter 1 und 2 speisende Netzstrom in der Netz- _: spannung U_w weniger nacheilt, sondern besser in Phase zu ihr liegt. Das bedeutet eine Anhebung des Leistungsfaktors bzw. Verminderung induktiver Blindleistung. Zur Kompensation am gleichen Netz angeschlossener stark induktiver Verbraucher kann der Felderregerfluß φ derart verändert werden, daß ein Verlauf des Netzstromes i,. sogar im Sinne einer kapazitiven Netzrückwirkung erzielt wird. Bei Anwendung der Erfindung kann somit Einfluß auf den Leistungsfaktor der Maschine gewonnen werden, ohne in dem Ankerkreis die Ankerstromrichter 1 und 2 löschbar ausführen zu müssen. Der Vorteil liegt darin, daß die Erregerleistung beträchtlich niedriger, nur bei etwa 5 % der Ankerleistung liegt.

Voraussetzung dafür, daß der Felderregerstrom i„ und der wegen der Wirbelströme etwas nacheilende Fluß $ sich im gewünschten Sinne einstellen läßt, ist, daß Betrag und Lage der Spannungszeitfläche der an die Erregerwicklung 5 anzulegenden Felderregerspannung Up frei einstellbar sind. Das ist erreichbar, wenn, wie in Figur 1 dargestellt, ein löschbarer Erregerstromrichter 6 vorgesehen wird, mit dessen Hilfe ein Phasenan- und -abschnitt möglich ist.

Figur 2 zeigt einen Ausschnitt des zeitlichen Verlaufs der der Feldwicklung 5 zugeführten Felderregerspannung Up, des Felderregerstromes ip und der am Feldstromrichter 6 angelegten Wechselspannung U_wp. Zum Zeitpunkt t wird einer der beiden

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Hauptthyristoren 61 bzw. 62 gezündet und zum Zeitpunkt t-, wieder durch Kondensatorentladung bzw. andere Maßnahmen gelöscht. Bei dem in Figur..2 angenommenen Verlauf der Felderregerspannung Up ergibt sich ein Felderregerstrom i„ etwa wie eingetragen. Der Verlauf des Felderregerflusses φ weicht, von dem des Felderregerstromes i_p je nach dem Dämpfungsgrad durch Wirbelströme im. nacheilenden Sinne ab. Aus dieser Darstellung ist erkennbar, daß insbesondere gegen Ende der Halbwelle der Wechselspannung ü*_WF der Felderregerfluß φ angehoben werden kann," was zu einer Anhebung der EMK E und damit auch zu einem Rückgang des Anker-Wellenstromes I. führt. Wird nun die den Erregerstromrichter" 6 speisende Wechselspannung U_WF über-

ι-

höht, so kann die Spannungszeitfläche der Felderregerspannung Up mit Hilfe eines löschbaren Erreger;stromrichters '6 in Betrag und. Lage beliebig variiert werden. Bei dieser Betriebsweise ist es sinnvoll und möglich, den Felderregerstrom ip von dem jeweiligen Ankerstrom I. abhängig zu machen, indem der Ankerstrom- Istwert als Führungsgröße eines Felderregerstrom-Reglers vorgegeben wird. Ferner ist es möglich, bei Erreichen der vollen Ankerspannung übliche. Feldschwächung durch Verringerung der Feldspannung U_f vorzunehmen, d.h. das Prinzip der ankerspanhungsabhängigen Feldschwächung kann beibehalten werden.

5 Seiten Beschreibung ......

7 Patentansprüche
. 1 Blatt Zeichnungen mit 2 Figuren

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Claims

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH Frankfurt/Main, Theodor-Stern-Kai 1 Ninnemann/ml Erf.-Nr.: B I 72/51 Nm Patentansprüche

1. ) Verfahren zur Verbesserung des Leistungsfaktors eines aus

einer Wechselstromquelle über steuerbare Anker- und Feldstromrichter gespeisten Mischstrommotors, dadurch gekennzeichnet, daß der Felderregerstrom über den steuerbaren Feldstromrichter (6) dem jeweiligen Aussteuerungszustand des Ankerstromrichters (1, 2) derart angepaßt wird, daß die der Wechselstromquelle (u"_w) entnommene Wechselstrom-Grundschwingung des Ankerstroms in Phase zur Wechselspannung liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Feldstromrichter (6) dem jeweiligen Aussteuerungszustand des Ankerstromrichters (1, 2) derart angepaßt wird, daß die der Wechselstromquelle (u*_w) entnommene Wechselstrom-Grundschwingung des Ankerstroms der Wechselspannung voreilt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Feldstromrichter (6) speisende Wechselspannung auf den zwei- bis dreifachen Betrag der maximal benötigten Felderregerspannung erhöht wird.

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4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch' gekennzeichnet, daß der Feldstromrichter (6) mit zünd- und löschbaren Stromrichterventilen (61, 62) versehen ist.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine unterlagerte Ankerund Feldstromregelung vorgesehen ist.

6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Führung des Felderregerstromes vom Ankerstrom-Istwert vorgesehen ist.

7. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldstromrichter (6) aus einer löschbaren, unsymmetrisch-halbgesteuerten Stromrichter-Brückenschaltung besteht.

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