DE2612231C2 - Kreisstrombehafteter Umkehrstromrichter für reaktionsschnelle Gleichstromregelantriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen krelsstrombehafteten, zündwinkelgesteuerten Umkei rsiromrichter mit einer Laststrombegrenzung für reaktionsschnelle Glelchstromregelantrlebe mit einer Krelsstrornreduzierung über Kreisstrominduktivitäten.

Die Kreisstrominduktivitäten werden bei bekannten

Schaltungen (z. B. BBC-Nachrichten, September 1967 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der wech- 45 Selten 460 bis 464 und 482 bis 487) entsprechend einem

selstromseltigen Hauptzuleitungen von einem Nelztransformator (5) zu den Stromrichtern (2) über Krelsstromlnduktivitäten (6, 7) geführt sind, die einen gemeinsamen Eisenkern (17) aufweisen.

5. Umkehrstromrichter für Gleichstromregelantriebe mit Tachogenerator und Drehzahlregelkreisverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tachogeneratorspannung zusätzlich in mitkoppelnder Weise zusammen mit der Ausgangsspannung des Drehzahlregelkreisverstärkers (12s 62) in einem solchen Verhältnis die Zündwinkelsteuerstufe (11) beeinflußt, daß über einen großen Bereich der Beschleunigungsphase der Strom durch den Glelchstromregelantrieb (9) annähernd konstant gehalten wird.

6. Umkehrstromrichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die der Zündwinkelsteuerstufe (11) zugeführte Ausgangsspannung des Regelkrelsverstärkers(13;62)-dem eine Drehzahlsollwertspannung (14) und eine Tachogeneratorspannung In gegenkoppelnder Welse zugeführt sind - auf einen maximalen Wert begrenzt ist, und dieser Grenzwert einen Strom durch den Glelchstromregelantrieb (9) maximalen Kreisstrom ausgelegt, der beim Umkehren der Stromrichtung dadurch entstehen kann, daß ein gleichzeitiges Durchzünden von Thyristoren erfolgt, die ohne Kreisstrominduktivitäten einen Kurzschluß am Netzleistungstransformator hervorrufen würden. Hierbei werden üblicherweise für die einzelnen Brückenzweige getrennte, sich gegenseitig nicht beeinflussende Krclsstromlnduktlvltäten (z. B. der ASEA-Zeltschrlft 1962 Heft 3, Seite 89, 90 Insbesondere Bild 6) verwendet.

Zur Speisung reaktionsschneller Gleichstromantriebe, Insbesondere für Werkzeugmaschinen oder Handhabungssysteme, ist es erforderlich Steuerungen vorzusehen, deren Anregelzeit möglichst klein Ist und die während der Beschleunigungsphasen einen möglichst hohen Strom zulassen. Hierzu werden häufig krelsstrombehaftete Thyristorumkehrstromrichter benutzt. Hierbei kann in Verbindung mit entsprechenden zusätzlichen Kreisstrominduktivitäten der Kreisstrom derart hoch gewählt werden, daß sich bei guter Regeldynamik ein stufenloser Übergang vom motorischen auf generatorischen Betrieb ergibt. Ein großer Kreisstrom bedingt jedoch große Kreisstrominduktivitäten, wodurch bei den bekannten Schaltungen sich das Zeitverhalten der Regel-

strecke verschlechtert, bzw. die Reaktionsschnelligkeit des Antriebes herabgesetzt wird.

Um dies zu vermeiden, ist es bekannt (siehe z. B. DAS 2164 510 und Protokoll der VDE-Tagung Elektronik vom 29. 5. 1969 Seite 146) nur kleine Krelsstrominduktivitalen zu verwenden und die hierdurch sich verschlechternde Regeldynamik durch eine vom Laststrom abhängige Änderung der Regelverstärkung auszugleichen. Dies bedingt nicht nur eine aufwendige Messung des Laststromes, sondern auch eine schwierige Anpassung, da bei unterschiedlichen Drehzahlen und Laständerungen vor allem in den unterschiedlichen Beschleunigungsphasen eine stets andere Regelverslärkung erforderlich wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und mit geringem Aufwand dafür zu IS sorgen, daß auch bei größeren Kreisströmen mit verhältnismäßig großen Kreisstruminduktivitäten die Reaktionsschnelligkeit des Antriebes groß bleibt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Durch die Kopplung der Kreisstrominduktivitäten wird bewirkt, daß die Teüströrne eines Laststromes bei nicht lüekendem Betrieb sich gegenseitig jewels abwechselnd mit entgegengesetzter Polung beeinflussen und durch ihren Wechselstromwiderstand Beschleunigungs-Stromspitzen stärker begrenzen. Die Kopplung und Größe der induktivitäten kann hierbei derart gewählt werden, daß die Beschleunigungsstromspitzen auf Werte begrenzt werden, die unter den maximal zulässigen Werten des Gleichstromantriebes liegen.

Aus einem Protokoll der VDE Fachtagung Elektronik 1969, 29. April 1969 im Rahmen der Hannover Messe 1969, herausgegeben Deutsche Messe und Ausstellungs AG. Abt. V b, Tagungsbüro D 3000, Hannover-Messegelände Ssite 146 ist eine Schaltung eines zwölfpulsigen Umkehrstromrichiers mit Kreisstrom bekannt, bei der zwei aus getrennten Transformatoren gespeiste Kreu?- schaltungcn über Luftdrosselspulen parallelgeschaltet sind. Die Parallelschaltung erfolgt gemäß Bild J4 über Mitlelabgriffe zweier Luftdrosselspulen, die gemeinsam an einem Abschluß des Antriebsmotors liegen. Je nach Stromrichtung fließt bei dieser Schaltung jeweils ein Strom nur durch je eine Hälfte der Luftdrosselspule, so daß die Verkoppelung der Spule.nhälften bezüglich der Heschleunigungsstromspitzen ohne Wirkung bleibt.

Neben der sich durch die Kopplung erzwungenen UmmagnctiSierung der Kreisstromiitduktivitäten mit hieraus resultierendem Wcchselstromwiderstand ergeben sich noch weitere Vorteile. So kann vor allem bei größeren LastsirOmen durch die zusätzliche induzierte Spannung die Kommutierung der zündwinkelgesteuerten Stromrlcnicr verbessert werden und es entfallen die auf der Wechseisiromseite häufig erforderlichen Entstördrosseln, da diese Aufgabe durch die Kreisstrominduktivitätcn mit übernommen wird. Weiterhin wird es möglich, den maximalen Zündwinkel um etwa 20 bis 30 Grad zu erweitern.

Hin besonders einfacher Aufbau wird mit einem zweipulsigen Umkehrstromrichter in Mittelpunktschaltung möglich, wenn die beiden Enden einer Sekundärwicklung eines Transformators über je eine Krelsstromlnduktivität an je einer Gegenparallelschaltung aus zwei Thyristoren liegen, die anderen Enden der Gegenparallelschaltungen miteinander verbunden sind und der Gleichstromrcgcliintrieb in an sich bekannter Welse mit einem Anschluß ;in diesen'; Verbindungspunkt und dem anderen Anschluß am Miitelabgriff der Sekundärwicklung angeschlossen ist.

Eine einfache Strombegrenzung für den Gleichstromantrieb wird möglich, wenn die Kreisstrominduktlvitäten derart groß bemessen sind, daß bei einer der höchcten geforderten Drehzahl entsprechenden EMK des Glelchstromregelantriebes ein Strom durch den Gleichstromregelantrieb fließt, der dem maximal für diese Drehzahl zulässigen Strom des Gleichstromregelantriebes entspricht.

Um die Kommutierung der zündwinkelgesteuerten Stromrichter zu verbessern und auch bei hohem Laststrom ein sicheres Zünden bei allen Halbwellen sicherzustellen, ist es vorteilhaft, wenn zwei der wechselstromseitigen Hauptzuleitungen von einem Netztransfonnator zu den Stromrichtern über Kreisstrominduktivitäten geführt sind, die einen gemeinsamen Eisenkern aufweisen und der Windungssinn dieser Kreisstrominduktivitäten wie auch die Schaltung der Hauptstromkreise derart gewählt ist, daß jeweils über den Strom durch eine Kreisstrominduktivität bei Gleichrichtung der einen Halbwellenspannung, diese Kreisstrominduktivität in die andere eine Spannung induziert, welche eine Ür-;rhöhung der dort anliegenden folgenden Halbwcüerispa.ini'ng bewirkt.

In Weiterbildung der Erfindung wird bei Verwendung eines Tachogenerators, dessen von der Drehzahl abhängige Ausgangsspannung in bekannter Weise an einem Regelkr^isverstärker liegt, eine einfache und wirkungsvolle Stromsteuerung und Strombegrenzung möglich, wenn die Tachogeneratorspannung zusätzlich in mitkoppelnder Weise zusammen mit der Ausgangsspannung des Drehzahlregelkreisverstärkers in einem solchen Verhältnis die Zündwinkelsteuerstufe beeinflußt, daß über einen großen Bereich der Beschleunigungsphase der Strom durch den Gleichstromregelantrieb annähernd konstant gehalten wird. Im Gegensatz hierzu stellt sich bei den üblichen, einfachen Ansteuerungen mit Tachogenerator nach der Anregelzeit bzw. der Einschwingzeit ein unerwünscht hoher Strom ein, der danach mit steigender Motor-EMK rasch abnimmt.

Will man auch bei sehr großen Ansteuerspan:;ungen Überströme vermeiden, wird dies möglich, wenn die der Zündwinkelsteuerstufe zugeführte Ausgangsspannung des Regelkreisverstärkers - dem eine Drehzahlsollwertspannung und eine Tachogeneratorspannung in gegenkoppelnder Weise zugeführt ist - auf einen maximalen Wert begrenzt ist, und dieser Grenzwert einen Strom durch den Gleichstromregelantrieb bewirkt, der wesentlich unter dem maximal zulässigen Stillstandsstromwert des Gleichstromregelantriebes liegt. Durch eine entsprechende Wahl des Anteiles der In mitkoppelnder Weise zusätzlich zugeführten Tachogeneratorspannung läßt sich dann eine drehzahlabhängige Strombegrenzung erzielen.

Soll die Strombegrenzung auch bei einer negativen Beschleunigung voll wirksam sein, z. B. wenn die Drehrichtung durch Umpolung der Drehzahlsollwertspannung geändert wird, ist dits möglich, wenn die der Zündwinkelsteuerstufe zugeführte Steuerspannung aus dem Regelspannungsverstärker und der Tachogenerator Itkopplungsspannung in einem derartigen Verhältnis zueinander gebildet wird, daß bei einer negativen Beschleunigung, sowie einer Drehrichtungsumkehr, der maximal zulässige Laststrom durch den Gleichsiromregelantrleb nicht überschritten wird.

In vielen Fällen ist es erforderlich den Glelchstromregelantrieb optimal auszunutzen. Dies bedeutet, daß z. B. bei Gleichstromnebenschlußmotoren Im Stillstand und bei kleinen Drehzahlen ein wesentlich größerer Strom ausgenützt werden kann. Der maximal von der nrnh7.nhl

abhängige Strom ist In der Kommutierungs-Stromgrenz-HnIe festgelegt. Eine entsprechende drehzahlabhängige Strombegrenzung wird, einmal durch eine entsprechende Wahl der Verhältnisse der einem Regelkrelsverstärker zugeführten Drehzahlsollwertspannung zur Tachogeneratorgegenkopplungsspannung und einer entsprechend begrenzten Ausgangsspannung des Regelkreisverstärkers, sowie der Wahl dieser begrenzten Ausgangsspannung zur nicht begrenzten Tachogeneratormltkopplungsspannung möglich. Andererseits können durch die Begrenzung z. B. auf den maximalen Strom bei großer Motor-EMK mit entsprechender Dimensionierung der Kreisstrominduktivitäten und entsprechender Wahl der Begrenzung des Regelverstärkers, sowie der maximal möglichen Zündwinkeleinstellung zusätzlich wirkende is Laststrombegrenzungen erzielt werden. Eine Optimierung der Laststrombegrenzung kann durch eine Kombination dieser Merkmale bewirkt werden.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen zwelpulsigen Umkehrstromrichters.

Flg. 2 Diagramme dereinen Kreisstrom bewirkenden Tellströme.

Flg. 3 eine Stromsteuerkurve bei bekannter Anordnung der Kreisstrominduktivitäten.

Flg. 4 Stromsteuerkuiven mit einem erfindungsgemäßen Umkehrstromrichter.

Flg. 5 ein Schaltungsprinzip des erfindungsgemäßen Regelverstärkers und

Flg. 6 die Anpassung an die Kommutlerungsgrenzllnie eines Gleichstrommotors.

Der Umkehrstromrichter 1 in Flg. I Ist mit zwei Gegenparallelschaltungen aus Thyristoren 2 in Mittelpunktschaltung geschaltet. Hierbei sind die beiden zusammengeschalteten Sekundärwicklungen 3, 4 eines Netzielsiungstransformators S mit ihren Außenenden über Krelsstromdrosseln 6, 7 an je ein Ende der Gegenparallelschaltungen geführt, deren andere Enden verbunden sind. Der Verbindungspunkt 8 liegt an einem Anschluß eines Gleichstromantriebes 9. dessen anderer Anschluß am Mittelabgriff 10 der Sekundärwicklungen 3,4.

Der Umkehrstromrichter 1 wird über eine Zündwinkelsteuersiufe 11 gesteuert, die ihre Steuerspannung aus einer Ansteuerverstärkerstufe 12 erhält. Der Gleichstromantrieb 9 ist mechanisch mit einem Tachogenerator verbunden, dessen Ausgangsspannung in mitkoppelnder Weise der Ansteuerverstärkerstufe 12 direkt wie auch in gegenkoppelnder Weise einem Regelspannungsverstärker 13 zugeführt Ist, rter eine Drehzahlsollwertspannung 14 erhält und dessen Ausgang am Ansteuerverstärker 12 angeschlossen ist.

Bei derartigen Schaltungen ergibt sich, um eine reaktionsschnelle Steuerung zu ermöglichen, ein Kreisstrom, der dadurch bewirkt wird, daß selbst hei einer Ausgangsspannung Null am Antrieb 9 über die Zündwinkelsteuerstufe 11 je einer der Thyristoren 2 der beiden Gegenparallelschaltungen gleichzeitig gezündet wird, um die Thyristoren jederzeit zur Übernahme eines Laststromes bereit zu machen. Je größer der Zündwinkelbereich dieses Kreisstromes gewählt wird, um so reaktionsschneller wird die Steuerung, um so größer wird jedoch auch der Kreisstrom. In Fig. 2 sind die Teilströme /I und /2 dieses Kreisstromes für jede Gegenparallelschaltung dargestellt, die sich im Verbindungspunkt 8 ausgleichen. Die maximal zulässige Größe des Kreisstromes wird im wesentlichen durch die Induktivität der Kreisstromdrosseln 7, 6 bestimmt.

Üblich ist es, die Kreisstromdrosscln auf der Glclchstromseite, das heißt zwischen den Thyristoren 1 und dem Motor 9, anzuordnen, wo sie gleichzeitig cine GUU-tung des Laststromes bewirken. Die Induktivitäten auf der Gleichstromseite erzeugen jedoch einen Kffekt, der starke Knickungen in der Stromsteuerkurve des Umrichters hervorruft, siehe Flg. 3. Dieser Effekt entsteht, da bei kleinen Zündwinkelbereichen mit lockendem Laststrom /j» sich der Wechselstromwiderstand der Drosseln 16, 17 voll auswirkt, während bei nlchtlückendem Laststrom ig (pulsierendem Gleichstrom) die Induktivität die Größe des Laststromes /'s nicht mehr wesentlich beeinflußt. Hierdurch wird eine Laststromregclung und Begrenzung schwierig oder nur mit zusätzlichem Aufwand (siehe z. B. DAS 20 17 791) möglich.

Bei erfindungsgemäß auf der Wechselstromselte liegenden Krelsstromdrosseln tritt dieser Effekt nicht auf, da durch die Induktivitäten auch Im Bereich mit nicht lückendem Laststrom « ein Wechselstrom fließt. Eine Glättung des Laststromes, auf einen praktisch sinnvollen Formfaktor von 1,2 bis 1,4 (Effektivwert zu Mittelwert) 1st mit Drosseln auf der Wechselstromsclic mit etwa dem gleichen Aufwand ebenfalls zu erreichen. Die Stromsteuerkurve weist hierbei jedoch nur einen wenig störenden, geringfügigen Knick auf, der im wesentlichen durch die inuukiiviiäi des Gieichsiruniantrlebes hervorgerufen wird.

Wesentliche Vorteile werden möglich, wenn die beiden Krelsstromdrosseln auf einem gemeinsamen Elsenkern 17 aufgebracht werden. Bei entsprechender Wahl des Wicklungssinnes und der Schaltung gemäß Fig. I kann bewirkt werden, daß Insbesondere bei großen Lastströmen bzw. großem Zündwinkelbereich eine sichere Zündung bei allen Halbwellen möglich Ist. Da bei großen Lastströmen bei einer Halbwelle durch die Belastung des Netzleistungstransformators, z. B. über die Sekundärwicklung 3 auch die Spannung der nachfolgenden HaIbwelle der anderen Sekundärwicklung 4 herabgesetzt wird, kann diese zu klein gegenüber der am Motor anliegenden Spannung (EMK) sein, so daß keine Zündung dieser Halbwelle mehr möglich ist. Dies kann dann leicht zu einer Überlastung eines Thyristors oder des Motors führen. Durch die Verkopplung der Krelsstromdrosseln kann bei entsprechendem Wicklungssinn über den Strom (in nicht lückendem Betrieb) durch die eine Drosselwicklung auf die andere - bis zur Zündung unbelastete Drosselwicklung eine Spannung Induziert werden, die eine Überhöhung der Halbwellenspannung bis zur Zündung bewirkt, wodurch sich die Kommutierungszeit des Umrichters wesentlich verkürzt. Hierdurch ν rrken sich die Induktivitäten der Drosseln 6, 7 nicht mehr nachteilig auf Laststrom aus.

Bei einer Schaltung gemäß Flg. 1 werden sich hierbei zwar die Gleichstromanteile der Teilströme des Kreisstromes addieren, so daß sich eine Verdoppelung der Gleichstromvomiagnetlslerung des Eisenkernes 17 ergibt, jedoch sind die Kreisströme im Verhältnis zu den großen Lastströmen so gering, daß sich diese Vormagnetisierung nicht nachteilig auswirken kann. Da die Teilströme 20 des Laststromes im Gegensatz hierzu jeweils abwechselnd Immer nur durch eine der beiden Induktivitäten 6 oder 7 mit wechselnder Polung fließen, ergibt sich für den Laststrom eine günstige Kernausnutzung. Gleichzeitig erfolgt eine gute Glättung der Stromrückwirkung auf das Netz.

Die bei der erfindungsgemäßen Anordnung sich ergebenden Steuerkurven sind in Fig. 4 dargestellt. Bel Still-

!O

20

sinne! des Antriebes mit IiMK=O ergibt sich eine Kurve 40. BcI einer Ansteuerspannung Uz = Q an der Zündwinkclslcucrslulc fließt außer dem Kreisstrom kein Laststrom /. Wird über die Drehzahlsollwertspannung eine Ansleuerspannung 41 angelegt, fließt ein Laststrom 42, der den Antrieb beschleunigt. Mit ansteigender Drehzahl erhöhl sich die EMK, wodurch der Laststrom (ohne eine Tachonencratormltkopplungsspannung) rasch auf einen KesUu-nm 43 absinkt, der durch die Antriebslast bei der eingeregelten Drehzahl bestimmt wird. Während des llochlaufens des Antriebes verschiebt sich die Steuerkurve 40 in Richtung kleinerer Ströme, da durch die ansteigende EMK bei gleicher Zündwlnkelelnstellung nun nur noch kleinere Ströme fließen können. Nach Erreichen des Drehzahlsollwertes ergibt dies eine Kurve 44. Durch die Tachogeneratormitkopplung kann nun erreicht werden, daß der Strom 42 nicht absinkt, sondern über ein Ansteigen der zusätzlich zugeführten Tachogeneratorspannung 45 der Strom 42 annähernd konstant gehalten wird, bis die Solldrehzahl erreicht Ist. Bei Erreichen der Solldrehzahl wird über die hohe Regelsteilheit des Drehzahlregelkreises die Ausgangsspannung des Regelkreisverstärkers 13 auf einen Wert abgesetzt, daß sein lilnfluß 46 au! die Ansteuerspannung Zy nur noch gering Ist, wobei gleichzeitig der Laststrom auf den Restwert 43 abfällt. Die Tachogeneratormitkopplung wirkt hierbei gegen die Drehzahlregelspannung, kann diese jedoch In Ihrer Wirksamkeit nicht beeinflussen, da die Regelkreisverstärkung wie üblich sehr groß ist.

Beim Anlegen sehr großer Drehzahlsollwertspannungen kann über den Regelkreisverstärker 13 die Ansteuerspannung U₁ nur bis zu einem Grenzwert 47 ansteigen, da dann die Begrenzung des Regelkreisverstärkers einsetzt. Der Strom 48 bei Stillstand des Antriebes, liegt hierbei noch wesentlich unter dem maximal zulässigen Stillstandsstrom des Antriebes, bleibt jedoch nicht mehr bis zum Erreichen der Solldrehzahl konstant, da bei ansteigender Tachogeneratorrnitkopplungsspannung 49 die Zündwinkelansteuerungsgrenze erreicht wird. Diese Grenze bewirkt einen Knick 50 In der Stromsteuerkurve, der mit steigender EMK bei Immer kleineren Strömen erreicht wird. Hierdurch sinkt der Laststrom 51 schon vor Erreichen der Solldrehzahl ab, fällt jedoch erst nach Erreichen der Solldrehzahl auf den verbleibenden Restslrom 52 zurück. Auch hierbei wird die Ausgangsspannung des Regelkreisverstärkers soweit verstellt, daß nur noch ein kleiner Restelnfluü 46 übrig bleibt.

Wird bei der nun erreichten hohen Drehzahl die SoII-wcrteingangsspannung 14 auf Null zurückgenommen, würde ohne Tachogeneratorspannung der negative Strom 53 fließen, der bei dieser hohen Drehzahl schon über dem zulässigen Wert liegen kann. Durch die übliche Tachogeneratorgegenkopplung wird jedoch über den Regelkreisverstärker 13 eine negative Ansteuerspannung erzeugt, die dann einen erheblich größeren Strom 54 bewirken würde, der sich auch durch eine Begrenzung 55 der negativen Ausgangsspannung nicht unterbinden läßt, es sei denn man begrenzt die negative Spannung auf Null, wodurch dann immer noch der zu große Strom 53 fließen kann. Diese Art der Begrenzung läßt dann allerdings keine Änderung der Drehrichtung zu und engt die Regeldynamik stark ein.

Durch die Tachogeneratormitkopplung bleibt die der hohen Drehzahl entsprechende Mitkopplungsspannung 56 voll wirksam, auch wenn die Ausgangsspannung des Regelverstärkers 13 sich auf den negativen Grenzwert 55 einstellt. Die hierbei resultierende Ansteuerspannung 57, die um einen etwa dem Grenzwert 55 entsprechenden Wert unter dem zuvor anliegenden Wert 56 liegt, läßt nun nur noch den negativen Strom 58 zu. Bei einer optimalen Dimensionierung der Mitkopplung liegt dieser Wert gerade unterhalb des für diese Drehzahl maximal zulässigen Stroms. Die Mitkopplung kann erforderlichenfalls derart groß gewählt werden, daß sich nach einer Einstellung auf die Solldrehzahl am Ausgang des Regelkrelsverstärkers ein entgegengesetzter Wen einstellt, wobei sich dann ein entgegengesetzter Restspannungswert 46 ergibt.

Der negative Lasistrom 58 bleibt dabei gleichfalls annähernd konstant bis die Solldrehzahl erreicht Ist. 1st die Solldrehzahl Null, kann der Strom 59 bei Stillstand der Maschine auf Null abfallen oder auch nach Erreichen einer Drehzahl in entgegengesetzter Richtung auf einen Restwert 60 zurückgehen. Hierbei ergeben sich dann gleiche Verhältnisse wie bei der Elnregelung im ersten Quadranten.

In Flg. 5 ist ein Ausführungsbeispiel für den Aufbau der Kegelkreisstulen Ϊ2, 13 Im Prinzip dargestellt, welche die Ansteuerspannung U. erzeugen. Der Regelkreisverstärker ist in bekannter Weise mit Operationsverstärkern 62 als PID-Regler mit sehr hohem Verstärkungsfaktor aufgebaut. Er weist zwei über je einen Widerstand 63, 64 miteinander verbundene Eingänge 65, 66 auf, wobei dem einen Eingang 65 eine Drehzahlsoüwertäpannung 14 und dem anderen Eingang eine Spannung des Tachogenerators (T) in gegenkoppelnder Welse zugeführt ist. Parallel zur Verstärkerstufe 62 liegt ein Spannungsbegrenzer 67, der die Ausgangsspannung auf Grenzwerte 47, 55 begrenzt, die noch einen ausreichenden Laststrom zur Beschleunigung aus dem Stillstand zulassen. Zur Verbesserung der Regeldynamik Ist die Verstärkerstufe 62 mit entsprechenden Anpaßgliedern 68 In bekannter Weise versehen.

Der Invertierende Ausgang der Verstärkerstufe 62 Hegt über einem Widerstand 69 am Eingang 70 eines Ansteuerverstärkers 75

ie ZQndwinkelsteuerstufe 11.

Dieser Eingang 70 ist weiterhin über einen Einstellwiderstand 72 bzw. an den Antrieb angepaßten Festwiderstand mit dem Eingang 66 der Regelkreisverstärkerstufe 13 verbunden, der die Tachogeneratorspannung zugeführt Ist. Diese wirkt nun jedoch aufgrund der Invertierung im Verstärker 62 als Mitkopplung. Die Größenverhältnisse der Widerstände 69 zu 72 sind derart gewählt, daß bei maximaler negativer Beschleunigung aus hohen Drehzahlen sich etwa der für diese Drehzahl zulässige maximale Strom durch den Antrieb einstellt. Der Feinabgleich kann dann bei der Inbetriebnahme der Anlage an die Bedingungen des Antriebes durch Einstellen des Widerstandes 72 erfolgen. Da diese von der Drehzahl abhängige Strombegrenzung weitgehend unabhängig von der mechanischen Belastung des Antriebes Ist, genügt eine einmalige Anpassung.

In Fig. 6 ist die Drehzahlabhängigkeit der Begrenzung näher dargestellt. Vorgegeben sei die Kommutierungsstromgrenzlinie 75 eines Gleichstrom-Nebenschlußmotors, die einen großen maximalen Stillstandsstrom 76 zuläßt, der jedoch schon ab einer weit unter der Nenndrehzahl 77 liegenden Drehzahl 78 reduziert werden muß, z. B. um Bürstenfeuer zu vermelden. Bei sehr hohen Drehzahlen ist nur noch ein wesentlich kleinerer Maximalstrom zulässig.

Bei einfachen bekannten Regelantrieben für kleinere Leistungen kann der maximale Stillstandsstrom 76 zur Beschleunigung aus dem Stand zugelassen sein. Dieser sinkt jedoch mit zunehmender Drehzahl rasch nach einer Kurve 79 bis auf einen Reststrom 80 bei Erreichen der

Solldrehzahl ab. Bei vielen Regelantrieben, Insbesondere für größere Leistungen. Ist der hohe Anfangsstrom jedoch unerwünscht, da hierdurch ein rückartiges Anfahren mit starken mechanischen Beanspruchungen bewirkt wird. Aus diesem Grund werden üblicherweise Last-Strombegrenzungen 81 über besondere Strommeßglleder vorgesehen, welche die Anlaufstromspltze begrenzen.

Bei der erflrdungsgemälicn Anordnung wird nun, Insbesondere durch eine geeignete Bemessung der Krelsstromlnduktivltäten 6, 7, eine annähernd linear von der Drehzahl abhängige Strombegrenzung 82 für die positive Beschleunigung über die maximale Zündwlnkelelnstellung geschaffen, die Insbesondere für die höheren Drehzahlen an die Kommutlerungsstromgrenzllnle 75 angepaßt Ist. Mit zusätzlicher Tachogeneratormitkopplung ergibt sich zur Erreichung des gleichen Reststromes 80 bei entsprechender Solldrehzahl eine Stromkurve 83, die einen nahezu gleichen Strom bis zur Solldrehzahl aufweist. Hierbei verkürzt sich die Beschleunigungsphase erheblich, selbst bei kleinerem Anfangsstrom 84.

Schon bei einer Beschleunigung auf die Nenndrehzahl 77, die ohne Tachogeneratormitkopplung einen Kurvenverlauf 85 bewirken würde, kann die drehzahlabhängige Strombegrenzung 82 einen mit steigender Drehzahl kleiner werdenden Strom bewirken, sobald die Grenzkurve 82 erreicht wird. Hierbei ergibt sich eine sehr günstige Ausnutzung der maximal zulässigen Stromwerte und damit ein sehr reaktionsschneller Anlauf bis zur Solldreh-' zahl.

^v Für den generatorischen Betrieb mit negativen Strö-

men gelten die gleichen Werte 87 der Kommutlerungsstromgrenzllnle 75. Bei einem Abbremsen ohne Tachogeneratormltkopplung werden z. B. bei Nenndrehzahl ι extrem hohe Ströme 88 möglich, die durch eine Strom-

■ begrenzung auf den zulässigen Wert 89 zwar unterbun-

den werden können, jedoch würde diese Strombegren-.: zung nur einen sehr kleinen Anlaufstrom bei entgegenge-

: setzter Drehrichtung zugelassen.

Durch eine entsprechende Dimensionierung der ;^; Tachogeneratormitkopplung kann bewirkt werden, daß

;"; sich jetzt ein der Drehzahl entsprechender Maximalstrom

Il 89 einstellt, der bis zur Erreichung der neuen Solldreh-

;.; zahl annähernd konstant bleibt. Will man die Brems-

;fj phase weiter verkürzen, kann durch eine überhöhte

i:' Tachogeneratormitkopplung bei fallender Drehzahl ein

;ί ansteigender Stromverlauf 90 bewirkt werden. Im moto-

ί) Tischen Betrieb würde dann der Strom mit stei-°.nder

$1 Drehzahl nicht mehr konstant gehalten, sondern leicht

ansteigen.

Fi Der erfindungsgemäße Umkehrstromrichter eignet

.?■ sich besonders auch für Lageregelkreise mit Soll-Istwert-

;: lagenverglelch und laufend sich ändernder Drehzahlsoll-

ji wertvorgabe. Es ist nicht auf zweipulsige Umkehrstrom-

«I richter beschränkt, sondern in gleich vorteilhafter Weise

fj z. B. bei Dreiphasen-sechspuls-Umkehrstromrichtern an-

jy wendbar.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
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65

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Kxeisstrombehafteter, zündwinkelgesteuerter Umkehrstromrichter mit einer Laststrombegrenzung s für reaktionsschnelle Gleichstromregelantriebe und mit einer Kreisstromreduzierung über Kreisstrominduktivitäten, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreisstrominduktivitäten (6, 7) in den bei Kreisstrom einen Wechselstrom führenden Hauptstromzuleitungen der zündwinkelgesteuerten Stromrichter (2) liegen und derart miteinander elektromagnetisch gekoppelt sind, daß jeweils über den Strom durch die eine Kreisstrominduktivität bei Gleichrichtung der einen Halbwellenspannung, diese Kreisstrominduktl- is vität in die andere eine Spannung induziert, welche eine Überhöhung der dort anliegenden folgenden Haibwellenspannung bewirkt und sie derart dimensioniert sind, daß sie, neben der Kreisstromreduziemng, durch ihreo Wechselstromwiderstand den Gleichstrom für die Beschleunigungsstromspitzen auf annähernd den für den Gleichstromantrieb (9) maximal zulässigen Wert begrenzen.

   2. Umkehrstromrichter nach Anspruch 1 In Mittelpunktschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Enden einer Sekundärwicklung (3, 4) eines Transformators (5) über je eine Kreisstromlnduktlvltät (6, 7) an je einer Gegenparallelschaltung aus zwei Thyristoren (2) liegen, die anderen Enden der Gegenparallelschaltungen miteinander verbunden sind und der Gleichstrom regelantrieb in an sich bekannter Weise mit einem Anschluß an diesem Verbindungspunkt (8) und dem anderen Abschluß am Mittelabgriff (iO) der Sekundärwicklung (3, 4) angeschlossen ist.

   3. Umkehrstromrichter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Krelsstrominduktivitäten derart groß bemessen sind, daß bei einer der höchsten geforderten Drehzahl entsprechenden EMK des Gleichstrcmantriebes ein Strom durch den Gleichstromregelantrieb fließt, der dem maximal für diese Drehzahl zulässigen Strom des Gleichstromregelantriebes entspricht.

   4. Umkehrstromrichter nach einem der Ansprüche

   bewirkt, der wesentlich unter dem maximal zulässigen Stillstandsstromwert des Gleichstromregelantriebes (9) liegt.

   7. Umkehrstromrichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Tachogeneratorspannung in gegenkoppelnder Weise zusammen mit der Drehzahlsollwertspannung dem Regelspannungsverstärker (13) der Zündwinkelsteuerstufe zugeführt äst, dessen invertierte Ausgangsspannung zusammen uiit der Tachogeneratormitkopplungsspannung an einer Ansteuerverstärkerstufe (12) für die Zündwinkelsteuerstufe (11) liegt.

   8. Umkehrstromrichter für Gleichstromregelantriebe im Vierquadranrenbetrieb nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die der Zündwinkelsteuerstufe (11) zugeführte Steuerspannung aus dem Regelspannungsverstärker (13) und der Tachogeneratormitkopplungsspannung in einem derartigen Verhältnis zueinander gebildet wird, daß bei einer negativen Beschleunigung, sowie einer Drehrichtungsumkehr der maximal zulässige Laststrom durch den Gleichstrom regelantrieb (9) nicht überschritten wird.

   9. Umkehrstromrichter nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündwinkelsteuerstufe (11) eine Begrenzerschaltung für die ZündwinkeleinsteKting aufweist, welche eine Strombegrenzung des Umkehrstromricbters bewirkt und die Einwirkung der Tachogeneratorspannung auf die Zündwinkelsteuerstufe (11) derart gewählt Ist, daß sich eine von der Drehzahl abhängige Strombegrenzung durch den Gleichstromregelantrieb, infolge einer starken Tachogeneratorspannungsrnitkopplung ergibt.