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Schutzeinrichtung eine fremderregte Gleichstrommaschine.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schutzeinrichtung für eine
fremderregte Gleichstrommaschine bei Betrieb mit einem Gleichatromsteller.
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Es ist bereits ein Verfahren zum Betrieb einer Gleichstrommaschine
bekannt, bei welchem Ankerstrom und Feldstrom unter Benutzung von elektronischen
Schaltungen/gesteuert bzw. geregelt werden. Bei diesem bekannten Verfahren sind
im Ankerkreis sowie im Feldkreis Gleichstromsteller angeordnet.
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Diese ermöglichen es, bei konstantem Feldstrom den Ankerstrom, bei
konstantem Ankerstrom den Feldstrom oder auch beide Ströme gleichzeitig zu stellen.
Dadurch lassen sich bei der Gleichatrommaschine verschiedene Charakteristiken ereielen,
Das bekannte Verfahren ermöglicht auch den generatorischen Bremabetrieb der Gleichstrommaschine.
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Während des Betriebs einer derartigen Gleichstrommaschine können die
Schaltmittel des Gleichstromstellers versagen.
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Die Folge ist ein hohes Drehmoment der Maschine, was bei Fahrzeugantrieben
gefährlich ist, wenn die Schutzeinrichtungen im Ankerkreis nicht schnell genug ansprechen.
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Wird während den generatorischen Bremsbetriebs der Stromleiter zur
Batterie unterbrochen, so erzeugt der rasch abklingende Ankerstrom eine hohe Spannung
in der Induktivität des Ankerkreises. Diese Spannung wird besonders hoch, wenn der
generatorische Betrieb im Ankerstellbereich erfolgt, da in diesem Betriebs zustand
der Ankerkreis periodisch von einem Thyristor kurzgeschlossen wird und auf diese
Weise Energie in der Induktivität des Ankerkreises gespeichert wird.
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Da gleichzeitig das Feld von der Ankerspannung gespeist wird, arbeitet
der Feldregler unverändert weiter. Wenn daher bei generatorischem Bremsbetrieb im
Feldstellbereich kein Strom zur Batterie fließen kann, erhöht der Feldregler den
Feldstrom. Dies kann auch bei losen Drehzahlen der Maschine zu einer hohen Spannung
führen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzeinrichtung
anzugeben, die es gestattet, im Störungsfall die auftretenden Uberspannungen zu
beherrschen und eine weitere Energieerzeugung in der Maschine zu verhindern.
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Diese Aufgabe wird bei einer Schutzeinrichtung der eingangs genannten
Art gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.
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Solange die Gleichstrommaschine ungestört arbeitet, ist die Schutzeinrichtung
ausgeschaltet. Sobald die Ankerspannung eine festgelegte Spannungsschwelle überschreitet,
wird 3edoch ein Belastungswiderstand zwischen die Ankerklemmen geschaltet, der so
dimensioniert sein muß, daß er sowohl der auftretenden Uberspannung entgegenwirkt,
als auch die kurzseitig auftretende Energie aufnehmen kann. Diese Energieerzeugung
tritt
nur kurzzeitig auf, da der im Feldkreis liegende Teil der Schutzeinrichtung fUr
eine Schnell-Entregung des Feldes sorgt und bei entregtem Feld im Ankerkreis keine
Spannungen mehr induziert werden. Die Vorteile der vorliegenden Erfindung liegen
darin, daß die Feldwicklung im Störungsfall durch Relaiskontakte vom Feldsteller
abgetrennt wird, und daß die beim Abschalten in der Feldwicklung induzierte Spannung
auf den am Eingang des Feldstellers liegenden Stützkondensator wirkt, dessen Spannung
als Gegenspannung wirksam wird. Dieser Stdtzkondensator wird so bemessen, daß seine
Spannung durch die Feldenergie nur um einen festgelegten, zulässigen Wert ansteigt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
beschrieben. Nit der Ausgestaltung der Schutzeinrichtung nach Anspruch 2 wird eine
besonders einfache Schaltungsanordnung zum ZUnden des im Ankerkreis angeordneten
Thyristors erreicht. Bei der im Anspruch 3 erwähnten Kippdiode handelt es sich um
einen auf eine definierte Kipp-Spannung dimensionierten Thyristor ohne herausgeführten
Gate-Anschluß.
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Bei der Ausgestaltung der Schutzeinrichtung gemäß Anspruch 4 wird
die Tatsache ausgentitzt, daß an einem gezündeten Thyristor keine Spannung mehr
abfällt, um die Feldwicklung vom Feldsteller su trennen.
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Die Ausgestaltung der Schutzeinrichtung gemäß Anspruch 5 gestattet
es, die so ausgerüstete Gleichstroiiinaschine sowohl vorwärts als auch rüc)cträrts
bzw. im Fahr- oder im generatorischen Bremsbetrieb arbeiten zu lassen, ohne daß
die Schutzwirkung dadurch irgendwie beeinflußt wUrde. Auch ist die Zahl der zusätzlich
benötigten Schaltelemente äußerst gering. Bei dieser Schaltungsanordnung fließt
durch den als
Funkenlöschkondensator parallel zu einem Relaiskontakt
geschalteten Kondensator bei geöffnetem Kontakt ein pulsierender Strom, wenn der
Feldsteller im Feldstellbereich einen pulsierenden Strom abgibt. Die Ausführung
der Schutzeinrichtung nach Anspruch 6 vermeidet dieses unerwünschte Pulsieren.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen in Form von
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 die Anordnung der Schutzeinrichtung
in einer frewderregten Gleichstrommaschine mit Gleichstromstellern, wobei keine
Möglichkeit besteht, die Feldrichtung umzuschalten; Fig. 2 den geänderten Feldkreis
mit Umschaltmöglichkeiten für vorwärts und rückwärts bzw. Fahrbetrieb und Bremsbetrieb;
Fig. 3 eine Schaltungsanordnung, mit der das Fließen eines pulsierenden Stromes
durch den Funkenldschkondensator bei geöffnetem Kontakt verhindert werden kann.
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In Figur 1 erkennt man einen Cleichstrommaschinenanker 6 mit Klemmen
A bzw. B. Die Ankerklemme A ist mit einem Anschluß 7, der an den Pluspol einer nicht
dargestellten Speisespannungsquelle bzw. eines ebenfalls nicht dargestellten, herkömmlichen
Ankerstromstellers führt,und die zweite Ankerklemme B über eine Klemme 8 mit dem
Minuspol der Speisespannungsquelle verbunden. Parallel zu den Ankerklemmen ist eine
Serienschaltung aus einem Belastungswiderstand 2 und einem Thyristor 1 geschaltet.
Die Torelektrode des Thyristors 1 ist über einen Schutzwiderstand 4
sowie
einen spannungsabhängigen Widerstand 3 mit der Thyristoranode verbunden. Überschreitet
die Spannung an den Ankerklemmen A und B eine vorgegebene Spannungsschwelle, weil
die Verbindung zwischen den Anschlußklemmen 7 bzw. 8 und der (nicht dargestellten)
Speisespannungsquelle unterbrochen wird, so verringert der spannungsabhängige Widerstand
3 seinen Widerstandswert no weit, daß der Thyristor 1 inden kann. Dadurch liegt
jetzt der Belastungswiderstand 2 parallel su den Ankerklermmen und vernichtet die
im Ankerkreis erzeugte Energie.
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Parallel sum Thyristor 1 ist eine Meß- und Abschalteinrichtung 5 angeordnet.
Sobald im Störungsfall der Thyristor 1 findet und die an ihm abfallende Spannung
auf die Restspannung zusammenbricht, gibt die Meß- und Abschalteinrichtung 5 den
Befehl, im Feldkreis die Verbindung zwischen einem Feldsteller 11, der in herkömmlicher
Technik als Gleicbstroipulswandler aufgebaut ist, und einer Feldwicklung 15 durch
Öffnen von Kontakten 20, 22 eines zweipoligen Relaisechalters zu unterbrechen. Ein
parallel zum Kontakt 20 liegender Kondensator 24 dient als Funkenlöschkondensator.
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Nach dem Öffnen der Kontakte 20, 22 kehrt sich die Polarität der in
der Feldwicklung 15 induzierten Spannung um, so daß am Ende 15a eine negative, am
Ende 15b eine positive Polarität entsteht. Diese Spannung treibt einen Strom vom
Ende 15b durch eine Diode 16 zum Eingang des Feldstellers 11, durch einen dort vorgesehenen
Kondensator 12 Silber eine weitere Diode 17 zum Ende 15a der Feldwicklung 15. In
dem so gebildeten Stromkreis wirkt die Spannung am Kondensator 12 als Gegenspannung,
wodurch der Stromfluß besonders schnell gebremst und das Magnetfeld in der Feldwicklung
15 besonders
schnell abgebaut wird. Eine Diode 13 zwischen dem Eingang
des Feldstellers 11 mit angeschlossenem Kondensator 12 und der Plusklemme 7 verhindert,
daß sich der Stromkreis über den Belastungswiderstand 2 oder über die Ankerwicklung
schließen kann, was die im Kondensator 12 gespeicherte Gegenspannung kurzschließen
würde. Im ungestörten Betrieb und bei geschlossenen Kontakten 20, 22 arbeitet die
Diode 17 als Freilaufdiode, wenn der Feldsteller 11 im Pulsbetrieb betrieben wird.
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Figur 2 zeigt die erforderlichen Änderungen, die nötig sind, wenn
die Schutzeinrichtung bei einer Maschine angewendet werden soll, die sowohl vorwärts
als auch rückwärts bzw.
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im Fahrbetrieb und im Bremsbetrieb arbeiten soll. Man benötigt hierzu
zusätzlich ein weiteres Paar von Kontakten 21, 23 mit parallelgeschaltetem Funkenlöschkondensator
25 sowie zwei weitere Dioden 18, 19 zwischen den Enden 15a, 15b der Feldwicklung
15 und dem Eingang des Feldstellers 11 mit angeschlossenem Kondensator 12 bzw. der
Klemme 8, an der der negative Pol der Speisespannungsquelle angeschlossen wird.
Mit Hilfe des zweiten Kontaktpaares 21, 23 wird die Stromflußrichtung durch die
Feldwicklung 15 umgekehrt. Das zusätzliche Diodenpaar 18, 19 sorgt dafür, daß auch
dann die in der Feldwicklung 15 induzierte Spannung polaritätsrichtig auf den Kondensator
12 geleitet wird. Je nach Feldrichtung arbeitet entweder die Diode 17 oder die Diode
19 als Freilaufdiode.
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Da im ungestörten Betrieb jeweils ein Kontaktpaar 20, 22 bzw. 21,
23 geschlossen, das andere Kontaktpaar dagegen geöffnet ist, kann im Pulsbetrieb
des Feldstellers 11 ein pulsförmiger Strom über den Funkenlöschkondensator 24 bzw.
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des gerade geöffneten gontaktpaares fließen. Ersetzt man beispielsweise
den Kontakt 20 mit parallelgeschaltetem Funkenlöschkondensator 24 in Figur 2 zwischen
den Anschlußpunkten a und b durch einen in Serie geschalteten, gleichseitig betätigten
Doppel-Kontakt, wie in Figur 3 dargestellt, wobei dem einen Kontakt 20b der Funkenlöschkondensator,
dem anderen Kontakt 20a eine Diode 26 parallelgeschaltet wird, so wird das Pulsieren
sicher unterbunden.