DE595952C - Einrichtung zum selbsttaetigen Anlassen und Synchronisieren von Wechselstrom-Gleichstrom-Kaskadenumformern - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
24. APRIL 1934

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVe 595952 KLASSE 21 (12 GRUPPEIl

Einrichtung zum selbsttätigen Anlassen und Synchronisieren von Wechselstrom-Gleichstrom-Kaskadenumformern

Patentiert im Deutschen Reiche vom 12. Oktober 1927 ab

Es ist bekannt, einen Kaskadenumformer von der Drehstromseite aus mittels einer Synchronisierdrossel anzulassen. Der reine Anlaßvorgang wird hierbei in drei Stufen bewältigt. In der ersten Stufe wird Widerstand in den Läuferkreis des asynchronen Teiles des Umformers geschaltet, in der zweiten Stufe wird ein Teil des Anlaßwiderstandes mit einer Drossel in Reihe geschaltet, und in der dritten Stufe werden die gesamten Anlaßeinrichtungen kurzgeschlossen. Dann erst kann, richtige Polarität und Größe der Kommutatorspannung vorausgesetzt, der Anschluß des Umformers an die Gleichstromseite erfolgen.

Da das Fortschreiten des Anlaßvorganges von Bedingungen abhängig ist, welche die Aufmerksamkeit des Bedienenden aufs äußerste in Anspruch nehmen, ist es nicht verwunderlich, daß sich bei den bisher bekannten AnI aß verfahren häufig Fehlschaltungen ergeben haben, die empfindliche Betriebsstörungen zur Folge hatten. Bei Vorhandensein mehrerer Umformer muß zur Bewältigung der einzelnen Anlaßvorgänge zahlreiches Bedienungspersonal aufgeboten werden, so daß hierdurch der Betrieb sehr teuer wird.

Es sind Selbstanlaufsteuerungen für Kaskadenumformer bekannt, bei denen die Umschaltvorgänge für die Synchronisierung durch an den Gleichstrombürsten des Umformers liegende Spannungsrelais vorgenommen werden. Diese Spannungsrelais sprachen jedoch nicht zuverlässig bei den gewünschten Drehzahlen an, da das Auftreten und die Höhe der Gleichstromkomponente an den Kommutatorbürsten von der Remanenz abhing, der Umformer sich also wie eine selbsterregte Tachometermaschine verhielt. Dieser veränderlichen Remanenzspannung überlagert sich die von der Drehstromseite aus eingeführte Wechselspannung, solange der Umformer nicht im Synchronismus läuft. Ein Spannungsrelais, dem eine pulsierende Spannung wechselnder Gleichspannungskomponente zugeführt wird, kann naturgemäß nicht für zuverlässige Herbeiführung von Umschaltvorgängen benutzt werden.

Erfindungsgemäß werden nun für den Kaskadenumformer Einrichtungen zum selbsttätigen Anlassen und Synchronisieren mittels der üblichen Synchronisierungsmittel im äußeren Läuferkreis vorgesehen, deren Wirkung im wesentlichen auf einer während des Anlaufs eingeschalteten Fremderregung auf

*) Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:

. Dipl.-Ing. Robert Potties in Berlin-Friedenau und Dipl.-Ing. Karl Krieg in Berlin-Spandau.

der Gleichstromseite des Umformers beruht. Die Fremderregung ruft neben der Sicherung der richtigen Polarität eine Gleichspannung am Umformer hervor. Diese wird Relais zugeführt, die bei einer bestimmten Höhe der Gleichspannung die selbsttätigen Umschalteeinrichtungen für den Anlauf umsteuern.

Die Fremderregung wird zweckmäßig zusätzlich in den dauernd geschlossen bleibenden Selbsterregerkreis der Gleichstromseite des Kaskadenumformers eingeführt. Die Größe der erforderlichen Fremderregerspannung kann man durch Versuch bestimmen.
Der gesamte Anlaßvorgang einschließlich der Zuschaltung der Gleichstromseite ist an Hand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben. Die Einwirkung eines Teils der Anlage auf ein Relais oder auf einen Antrieb ist hierbei durch die Pfeilspitzen angedeutet. Jede Pfeilspitze bezeichnet denjenigen Apparat o. dgl., auf den die Einwirkung erfolgt. Die gesamte Darstellung ist unter Vermeidung aller Nebensächlichkeiten einpolig gehalten.

1 ist der Drehstromölschalter, der den Ständer des asynchronen Teiles des Kaskadenumformers 6 an Spannung legt, 8 ist der Gleichstromhauptschalter, 4 ist der Anlaßumschalter, 5 ist der Anlaßwiderstand, 3 ist die Kurzschlußvorrichtung zum Kurzschluß sämtlicher Phasen des asynchronen Teiles des Kaskadenumformers, also auch der nicht zum Anlassen benutzten. 2 ist ein Nullleiterschalter, 7 ist ein Verriegelungsrelais, das eine Wiedereinschaltung des Drehstromölschalters 1 nach einer Auslösung von der richtigen Drehzahl des Umformers abhängig macht, 9 ist der Antrieb des Drehstromölschalters 1, 10 der Antrieb des Nulleiterschalters 2, 11 der Antrieb der Kurzschlußvorrichtung 3, 12 der Antrieb des Anlaßumschalters 4. 13 ist der Nebenschlußregler im Erregerkreis der Gleichstromseite des Kaskadenumformers 6, 14 ist die Erregerwicklung, 15 ist ein Widerstand im Fremderregerkreis der Gleichstromseite. 16 ist der Antrieb des Gleichstromhauptschalters 8. 17 bis 21 sind mit dem Drehstromölschalter 1, dem Nulleiterschalter 2, der Kurzschlußvorrichtung 3, dem Anlaßumschalter 4 und dem Gleichstromhauptschalter 8 verbundene Abhängigkeitswalzen. 22 ist ein Zeitrelais, 23 ein polarisiertes Relais, das die Einlegung des Gleichstromhauptschalters 8 von der richtigen Polarität des Umformers abhängig macht, 24 ist das Schütz für die Einschaltung der Fremderregung. Das Stromhilfsschütz 25 schaltet bei ausreichender Fremderregung und dementsprechend einer zur Regelung des Anlaßvorganges genügenden Gleichstromspannung den Drehstromölschalter 1 ein. 26 ist ein Rücklaufrelais für die Kurzschlußvorrichtung 3 und 27 ein Weiterschaltrelais. Die Wirkungsweise dieser Relais wird weiter unten beschrieben.

Die Handwalze 29 ist zur Umschaltung der Umformeranlage von selbsttätigem auf handbetätigten Anlauf bestimmt. 28 und 30 sind die Geber für das Einlegen des Drehstromöl- bzw. des Gleichstromhauptschalters. In der Schaltskizze sind auf den Hilfswalzen 17 bis 21 die Einflußlinien, die bei der »Aus«-Stellung des der betreffenden Schaltwalze zugehörigen Schalters durch Hilfskontakte an dieser Walze geschlossen sind, durch einen kleinen Kreis gekennzeichnet. Diejenigen Einflußlinien, die bei Betriebsstellung der betreffenden Schalter überbrückt sind, sind durch ein liegendes Kreuz gekennzeichnet. Bei den Einflußlinien der Hilfswalze 20 des Anlaßumschalters 4, die in der Zwischenstellung des Anlaßumschalters, d. h. 'in der zweiten Anlaßstellung, geschlossen, sind, ist ein s angegeben.

Die Wirkungsweise der Anlage sei zunächst für das selbsttätige Außerbetriebsetzen (Abschalten) beschrieben. Der Geber 28 werde in die Ausschaltstellung gebracht. Hierdurch fällt der Drehstromölschalter 1 heraus, denn von der am Drehpunkt des Gebers 28 anliegenden nicht eingezeichneten Spannungsquelle wird über die am »Aus«- Kontakt des Gebers angeschlossene Leitung die Auslösespule des Drehstromölschalters 1 gespeist. Gleichzeitig wird über die Abhängigkeitswalze 17 des Drehstromölschalters 1 (unterste, von der Abhängigkeitswalze 17 ausgehende Einnußlinie α) und den Antrieb 16 auch der Gleichstromhauptschalter 8 ausgeschaltet. Durch die Abhängigkeitswalze 17 an dem Drehstromölschalter r (Einflußlinie b) wird über die noch in Betriebsstellung befindliche Abhängigkeitswalze 20, das Rücklaufrelais 26 und den durch dieses Relais gesteuerten Antrieb 11 der Rücklauf der Kurzschlußvorrichtung 3 eingeleitet. Der Rücklauf erfolgt aber nur, wenn das Rücklauf relais 26 abfällt, d. h. wenn die Spannung des Kaskadenumformers auf einen genügend kleinen Wert gefallen ist, da das Rücklaufrelais 26 an die Gleichstromseite des Kaskadenumformers (oberste Einflußlinie der Zeichnung) angeschlossen ist. Nachdem die Kurzschlußvorrichtung 3 geöffnet ist, wird, ausgehend von deren Abhängigkeitswalze 19, über die Einnußlinie c der Antrieb 10 betätigt und der Nulleiterschalter 2 ausgeschaltet. Alle übrigen Apparate und Schalter bleiben in der Betriebsstellung stehen.

Das selbsttätige Anlassen der Umformeranlage erfolgt nun folgendermaßen:

Der Geber 28 wird in die Stellung »Ein« gebracht. Dadurch wird über die unterste

Einflußlinie d, die Handwalze 29 (mittelste Einflußlinie e) und die Abhängigkeitswalzen 19 und 17 sowie über Leitung/ der Antrieb 12 des Anlaßumschalters 4 gespeist und der Anlaßumschalter in die Anlaßstellung gedreht. Haben der Anlaßumschalter 4 und damit auch die mit ihm gekuppelte Abhängigkeitswalze 20 die Anlaßstellung erreicht, dann wird das Fremderregerschütz 24 vom Geber 28 aus über die Handwalze 29, die Leitung g, die Abhängigkeitswalze 20 und die Leitung h

' '*■ an Spannung gelegt. Das Fremderregerschütz 24 legt nun über die Leitung i₃ das Stromhilfsschütz 25 und den Widerstand 15 Fremd-

is erregerspannung an die Erregerwicklung 14. Hat der Fremderregerstrom eine bestimmte Größe erreicht, dann wird das Stromhilfsschütz 25 angezogen; hierdurch wird ein dritter Steuerkreis vom Geber 28 unmittelbar über die Leitung d, die Abhängigkeitswalze 20, die Leitung k, die Abhängigkeitswalzen 19 und 18, das Stromhilfsschütz 2.5 und die Leitung/ nach dem Antrieb 9 des Drehstromölschalters 1 geschlossen und dieser dadurch eingeschaltet. Die Schaltung zeigt ohne weiteres, daß der Drehstromölschalter 1 nur eingeschaltet werden kann, wenn der Anlaßumschalter 4, die Kurzschlußvorrichtung 3 und der Nulleiterschalter 2 in der richtigen Stellung sind, da der Einschaltstromkreis des Drehstromölschalters 1 über die Abhängigkeitwalzen 20, 19 und 18 geführt ist.
Der Kaskadenumformer 6 läuft nun als Asynchronmotor mit dem Widerstand 5 i^m Rotorkreis an. Die Gleichstromseite gibt infolge der Fremderregung Gleichspannung von einer der Drehzahl entsprechenden Höhe. Ist die Drehzahl zum Umschalten von »Widerstände« auf »Drosselspulen« erreicht, dann wird durch diese Gleichspannung über die Leitungen m und η und die Abhängigkeitswalze 20 das Weiterschaltrelais 27 angezogen, welches über einen von der Abhängigkeitswalze 17 ausgehenden und über die Leitung S₁ die Handwalze 29, die Leitungen 0 und p führenden Stromkreis den Antrieb 12 des Anlaßumschalters 4 auf die nächste, das ist die zweite, Anlaßstellung schaltet. Dadurch wird ein Teil des Anlaßwiderstandes 5 aus- und mit dem im Betrieb verbleibenden Rest eine nicht näher bezeichnete Drosselspule in Reihe geschaltet, unter deren Einfluß sich der Kaskadenumformer synchronisiert.

Da während des ganzen Anlaufvorganges der Selbsterregerkreis dauernd geschlossen ist, hat die Maschine im Synchronismus Eigenerregung, welche den Fremderregerstrom verringert und ihn sogar völlig zum Verschwinden bringt unter der Voraussetzung,, daß die eigenerregte Gleichspannung an den Erregerklemmen gleich der Fremderregerspannung ist.

Die Gleichspannung des Umformers erregt nun über die Leitungen m und q und die Abhängigkeitswalze 20 das polarisierte Relais 23; die fremderregte Wicklung des polarisierten Relais 23 erhält S teuer spannung von der Abhängigkeitswalze 17 aus über die Leitung r sowie die Walzen 20 und 21. Ist die Polaritat richtig, so schließt das polarisierte Relais 23 den von der Abhängigkeitswalze 17 ausgehenden Stromkreis über die Leitungen s und t, die Abhängigkeitswalze 20 und die Leitung u und schaltet damit das mit unabhängiger Zeitauslösung versehene Relais 22 ein. Gleichzeitig wird über den parallel zum Zeitrelais 22 geschalteten Stromkreis (Leitung v) durch Verstellung des Nebenschlußreglers 13 die Eigenerregung des Umfortners 6 verstärkt, damit der Kurzschließer 3 ohne Spannungsstoß arbeiten kann.

Ist das Zeitrelais 22 abgelaufen, dann schaltet es über die Leitung w, die Handwalze 29 und die Leitung p den Anlaßumschalter 4 auf die dritte Stellung, d. h. auf Betriebsstellung. Über die mit dem Anlaßumschalter 4 verbundene Abhängigkeitswalze 20 wird dann die Kurzschlußvorrichtung 3 eingeschaltet, und zwar geht dieser Stromkreis von der Abhängigkeitswalze 17 aus über die Leitung r, die Walze 20, die Leitung x, die Handwalze 29 und die Leitung y nach dem Antrieb 11. Die mit der Kurzschlußvorrichtung 3 gekuppelte Abhängigkeitswalze 19 schaltet in. der »Ein«-Stellung den Antrieb 10 des Nulleiterschalters 2 ein. Damit ist der eigentliche Anlaufvorgang beendet, und die Maschine ist belastungsfähig.

Der Gleichstromschalter 8 soll bei belastungsfähiger Maschine eingeschaltet werden. Sein Einschaltstromkreis wird deshalb über das polarisierte Relais 23 geführt. Durch den von Hand betätigten Geber 30, welcher mit dem Drehpunkt b' an der Maschinenspannung liegt (Leitung m), wird über die Abhängigkeitswalze 21 (untere Einflußlinie) und die Abhängigkeitswalze 20 das polarisierte Relais 23 nochmals erregt. Ist die Spannung richtig und schließt das polarisierte Relais 23, so schaltet es über die Abhängigkeitswalze 19 (mittlere Einflußlinie s) und den Drehpunkt a des Gebers 30 den Antrieb 16 des Gleichstromschalters 8 ein. Die Einschaltung erfolgt jedoch nur bei eingelegtem Drehstromölschalter i, von dessen Abhängigkeitswalze 17 dann die S teuer spannung über die Leitungen s und t zu dem polarisierten Relais 23 gelangt. Dieses wird nun durch die Abhängigkeitswalze 21 (Leitung j) endgültig abgeschaltet, so daß während des Betriebes kein Relais unter Spannung steht.

Der Nulleiterschalter ist für den beschriebenen Anlaßvorgang nicht wesentlich. Seine Ausführung in dem Ausführungsbeispiel soll beweisen, daß auch die Erfüllung weiterer Forderungen an den Anlauf bei dem beschriebenen Verfahren möglich ist.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum selbsttätigen Anlassen und Synchronisieren von Wechselstrom - Gleichstrom - Kaskadenumformern mittels zusätzlicher Synchronisierungsmittel im äußeren Läuferkreis, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Gleichstromseite des Kaskadenumformers außer der Selbsterregung bis zum erreichten Synchronlauf noch eine zusätzliche Fremderregung eingeschaltet ist, die an den Gleichstrombürsten eine Gleichspannung zur selbsttätigen Steuerung der Anlaß-Umschalteinrichtungen erzeugt und außerdem die richtige Polarität sicherstellt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine in den dauernd geschlossenen Selbsterregerkreis (13, 14) der Gleichstromseite des Kaskadenumformers eingeführte Fremderregungsgleichspannung.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch ein von der Kornmutatorspannung des Umformers abhängiges polarisiertes Relais (23), das das Umschalten von einer Anlaßstufe in die nächste Anlaßstufe (Anlaßumschalter 4) bewirkt.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Rücklaufrelais (26), das die Wiedereinschaltung des Umformers erst bei Unterschreitung einer vorbestimmten Drehzahl ermöglicht.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuschaltung des Umformers auf die Gleichstromseite von dem nochmaligen Ansprechen des polarisierten, zunächst für den Anlaß-Vorgang bestimmten Relais (23) abhängig gemacht ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der beim Anlassen durch das polarisierte Relais (23) hervorgerufene Vorgang gleichzeitig das Relais selbst derart umschaltet, daß es bei richtiger Polarität und Größe der Kommutatorspannung das Kommando zum Einschalten des Gleichstromhauptschalters (S) gibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen