DE629105C - Anordnung zur Nutzbremsung von ueber gittergesteuerte Gleichrichter mit im wesentlichen lichtbogenfoermiger Entladung gespeisten Gleichstrommotoren - Google Patents

Description

Werden Gleichstrommotoren über gittergesteuerte Gleichrichter aus einem Wechselstromnetz gespeist, so kann eine Nutzbremsung in einfacher Weise dadurch erfolgen, daß der Motor al,s Generator über einen Wechselrichter auf das Netz rückarbeitet. Sehr oft ist es dabei erwünscht, in bekannter Weise ein und dieselbe Umformungseinrichtung das eine Mal als Gleichrichter, das andere Mal als Wechselrichter derart zu benutzen, daß zur Umschaltung von einer Betriebsart in die ändere die Gleichstromanschlüsse des Gleichrichters vertauscht und die Gittersteuerungseinrichtung entsprechend verstellt wird. Es tritt hierbei aber die im folgenden beschriebene Schwierigkeit auf.

Um einen möglichst hohen Leistungsfaktor und möglichst gute Ausnutzung der Umformungseinrichtung bei Gleichrichterbetrieb zu erhalten, wird man trachten, den Gleichrichter bei Vollast mit vollkommen ungehindertem Entladungseinsatz zu betreiben, d. h. die vom voll ausgesteuerten Gleichrichter abgegebene Gleichspannung gleich der des ungesteuerten Gleichrichters zu machen. Andererseits ist aber die größte zulässige Gleichspannung, die dem Wechselrichter zugeführt werden darf, wegen des durch die Entionisierung bzw. Kommutierung vorgeschriebenen

Mindestzündwinkels auf jeden Fall kleiner als die größte Gleichspannung im Gleichrichterbetrieb, solange die Anoden an die gleiche Wechselspannung angeschlossen sind. Es ist daher nicht zulässig, einen Gleichrichter, der einen Motor mit der vollen Gleich-Spannung speiste (Steuerwinkel /J=o), ohne weiteres auf Wechselrichterbetrieb mit einem Steuerwinkel β größer als Null umzuschalten, da in solchem Falle die Gleichspannung der jetzt generatorisch arbeitenden Maschine zu groß wäre und zum Kippen des Wechselrichters führen würde. Daß dabei die Gleichspannungskennlinie für Wechselrichterbetrieb, auf die sich diese Forderungen beziehen, innerhalb der bekannten Grenzkurve liegt, +5 unterhalb deren allein ein Wechselrichterbetrieb überhaupt möglich ist, wird als selbstverständlich vorausgesetzt. Eine bereits vorgeschlagene Anordnung zur Beseitigung dieser Schwierigkeit besteht darin, daß die Anoden des Entladungsgefäßes bei Umschaltung auf Wechselrichterbetrieb an Transformatoranzapfungen höherer Spannung angeschlossen werden.

Die dabei erforderliche komplizierte Ausführung von Umschalteinrichtung und Transformator kann erfindungsgemäß durch eine Anordnung vermieden werden, bei welcher die Charakteristik des Motors im Generatorbetrieb derart beeinflußt wird, daß die vom Mo-

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tor dem Wechselrichter zugeführte Gleichspannung, unter der zulässigen Grenze bleibt. Es kommt hierbei darauf an, daß die Spannung-Strom-Kennlinie so rasch absinkt, daß die Generatorkennlinie diejenige des Wechselrichters bei genügend niedrigem Strom . schneidet. Diese Verhältnisse sind in Abb. ι der Zeichnung dargestellt. Im Gleichriicihterbetrieb möge* die abgegebene Gleichspannung to bei unverzögertem Entladungseinsatz durch die Kurve α gegeben sein. Kurve b ist dann die Spannung bei um einen gewissen Winkel verzögertem Entladungseinsatz. Im Wechselrichterbetrieb muß ein Mindestvoreilwinkel gewahrt bleiben, weshalb die höchste mögliche Gleichspannung in diesem Falle tiefer liegt als im Gleichrichterbetrieb und z. B. durch Kurve c gegeben sein soll. Die dargestellte Kurve c möge im übrigen im ganzen gezeichneten Verlauf existent sein, d. h. unterhalb der Grenzkurve liegen. Bei dieser Lage der Wechselrichterkennlinie ist die normale Kennlinie der Maschine, für die diese ausgelegt ist, unbrauchbar. Diese Kennlinie möge beispielsweise durch die Kurve d (die im übrigen ebenfalls an sich bereits unterhalb der Grenzkurve für Wechselrichterbetrieb liegen kann) gegeben sein. Erfindungsgemäß muß zumindest die Neigung der Kennlinie so weit vergrößert werden, beispielsweise durch Einschaltung von Widerstand in den Ankerkreis der Maschine, daß Generator- und Wecbselrichterkennlinie einander bei einem Stromwert unterhalb des -D'auerbrems-Stromes oder höchstens gleich dem Dauerbremsstrom schneiden {Kurve e). Die Gefahr, daß der Wechselrichter zu Beginn des Bremsvorganges kippt, bevor der Schnittpunkt der "beiden statischen Kennlinien erreicht ist, wird gemäß der Erfindung durch eine Anordnung· abgewendet, welche die an ' den Wechselrichter gelangende Gleichspannung' zeitlich um so viel langsamer ansteigen läßt als den vom Generator nach dem Wechselrichter fließenden Strom, daß diese Gleichspannung in keinem Zeitpunkt des Einschaltvorganges die durch die Kennlinie c {Abb. i) gegebenen Werte überschreitet bzw. einender Kennlinie c entsprechenden Wert erst dann erreicht, wenn ein Strom fließt, für den die Kennlinien von Generator und Wechselrichter sich schneiden. Hierzu wird "vorteilhaft eine so starke Drossel mit der Induk€viJät L in die Vertendungsleitung von Generator und Wechselrichter eingefügt, dal der an iihr beim Einschalten entstehende SpannungsaMall größer ist als der Unterschied zwischen Generator- und Wechselrichterspannung, wie sie in den statischen Kennlinien für den Strom 0 fio angegeben sind (^ U(J- oj in Abb. ϊ und 2). Nimmt man zunächst an, daß die 'Generatorerregung vom Augenblick des Eanschaltens an voll zur Verfügung steht, so steigt der Generatorstrom nach der Gleichung

an, während 'der Spannungsabfall an der Drossel nach der Gleichung

verläuft. Hierbei ist J₀ jeweils der Stromwert, für welchen die beiden statischen Kennlinien von. Generator und Wechselrichter sich schneiden, T die Zeitkonstante, mit der der Strom/ ansteigt Der Spannungsabfall U_Dr verläuft somit über dem Strom J nach der Gleichung

Dr

— -ψ Uo /) '

hat also den in Abb. 2 dargestellten Verlauf. Vergleicht man Abb. 2 mit der von den Kurven e und c eingeschlossenen schraffierten Fläche, so erkennt man, daß dem Wechselrichter bis zur Erreichung des Stromes J₀ nur Spannungen unterhalb der durch Kurve c gegebenen Werte zugeführt werden, daß also ein Kippen vermieden wird und die Bremsung mit dem Strom J₀ {=/# für Kurve e) einsetzt. Hierbei möge wie im folgenden mit Iß stets der Nennstrom für Bremsbetrieb oder besser der Dauerbremsstrom bezeichnet werden.

Tatsächlich ist nun aber die Erregung nicht plötzlich verfügbar, sondern sie steigt nach einer durch die Konstanten des Erregerkreises bestimmten. ZeitkonstanUe an. Daher ist der tatsächlich von der Drossel aufzunehmende Spamnungsiaaterschied kleiner und die "Sicherheit, daß «in Kippen des Wechselrichters nicht eintritt, größer.

Wie die Abb. 1 zeigt, setzt die Bremsung sehr !hart ein, wenn die Generatorkennlinie nach Kurve e verläuft. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann der Anfangsbremsstrom jerheblicla faerabgedriickt werden, dadurch, daß eine GeneratorkennJinie nach Kurve f erzwungen wird. Dies geschieht beispielsweise durch entsprechende Einfügung einer Gegenerregung ttiit zusätzlicher Sättigung, z.B. durch eine .Döppelfelderregermaschine, welche außer einer JSfebenseMußerregenvicMung eiae auf besonderen Polen mit kleinem Querschnitt angeordnete 'Gegen-■erregerwicldung besitzt. Wicklung wxä. Pole des -Gegenfeldes sind so zu bemessen, daß iao etwa bei -dem Anfangsbremsstrom J₀=/' •nach Abb. 1 starke Sättigung einsetzt, die

Gegenerregung dabei ih&r schon so stark ist, daß die Generatorspannung etwa gleich der für den Wechselrichter zulässigen Spannung wird.

Die nähere Wirkungsweise der verbesserten Anordnung sei an Hand der Abb. 3 erläutert. Der Gleichstrommotor 1 wird beispielsweise in Hauptschlußschaltung (Erregerwicklung 2) aus dem Drehstromnetz 7 über einen aus Transformator 5 und Entladungsgefäß 6 bestehenden gittergesteuerten Gleichrichter 4 gespeist, dessen Steuergitter beispielsweise durch einen Drehregler S gesteuert werden. Im Gleichstromkreis ist im allgemeinen eine Drossel 9 eingeschaltet. Bei Motorbetrieb sind die Schalter io', 11' und 12' geschlossen, 10", 11" und 12" geöffnet. Bei Umschaltung auf Generatorbetrieb werden die Schaltergruppen 10, 11 und 12 umgelegt, der Drehregler 8 auf den zur Erzielung der Kennlinie c (Abb. 1) notwendigen Voreil winkel gebracht und die Erregung über die Wicklung 3 durch die Erregermaschine eingeschaltet, was durch die Schalter 13 und 14 schematisch angedeutet werden möge. Die Erregermaschine 15 ist eine Gleichstromdoppelfeldmaschine. Sie ist mit einer beispielsweise in Nebenschluß angeordneten Haupterregung 16 und einer Gegenerregung17 ausgerüstet.

Die beiden Erregerwicklungen sind auf verschiedenen Polpaaren angeordnet, jedoch so, daß die magnetischen Achsen übereinstimmen. Die Gegenerregerwicklung 17 wird vom Ankerstrom des Generators 1 durchflossen und ihr Polkern derart bemessen, daß etwa bei dem gewünschten Anfangsbremsstrom (J' in Abb. 1) Sättigung eintritt. Die von der Erregermaschine gelieferte Spannung wird daher einen Verlauf etwa nach Abb. 4 zeigen und die Generatorspannung infolgedessen etwa nach Kurve f verlaufen, stationäre Betriebs-,verhältnisse vorausgesetzt. Damit bis zur Erreichung stationärer Verhältnisse die dem Wechselrichter zugeführte Spannung den zu-

♦5 lässigen Wert nicht überschreitet, wind die Wirkung der Drossel 9 für Generatorbetrieb gegebenenfalls durch Einschaltung einer Zusatzdrossel 18 erhöht.

Der Erfindungsgedanke ist nicht auf die in Abb. 3 beschriebene Ausführung beschränkt, sondern kann auch z. B. ohne besondere Erregermaschine durch Anordnung einer unmittelbaren Gegenkompoundierung mit starker Sättigung verwirklicht werden.

Die Erfindung gestattet somit in zweckmäßiger und einfacher Weise das Rückarbeiten von Gleichstrommotoren auf das Wechselstromnetz unter Verwendung des speisenden Gleichrichters als Wechselrichter, ohne daß eine Umschaltung am Gleichrichtertransformator erfolgen müßte. Ferner erlaubt sie einen sicheren Bremseinsatz von beliebiger, nur von der Bemessung der Erregerwicklung abhängiger Weichheit und ermöglicht durch einfache Mittel die Vermeidung des Kippens des Wechselrichters bei der Einschaltung des Bremsvorganges.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Nutzbremsung von über gittergesteuerte Gleichrichter mit im wesentlichen lichtbogenförmiger Entladung gespeisten Gleichstrommotoren durch Rückarbeiten über den als Wechselrichter betriebenen Gleichrichter, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die eine Kennlinie des als Generator arbeitenden Motors erzwingen, welche die Gleichsparimuigskehnlinie des an die gleichen Anodenspannungen wie im Gleichrichterbetrieb angeschlossenen Wechselrichters bei einem Strom unterhalb des Dauerbremsstromes schneidet, und daß ferner Mittel vorgesehen sind, die während des Einschaltvorganges bis zur Erreichung des stationären Bremsstromes die dem Wechselrichter zugeführte Gleichspannung unterhalb des durch die Kippgrenze vorgeschriebenen zulässigen Wertes halten. g₀

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ankerkreisj des Generators in an sich bekannter Weise ein Ohmscher Widerstand von derartiger Größe eingeschaltet ist, daß die Generatorkennlinie und die Wechselrichterkennlinie sich bei einem Strom unterhalb des Dauerbremsstromes schneiden (Kurven e bzw. c der Abb. 1).

3. Anordnung nach Anspruch i, dadurch ioo ■gekennzeichnet, daß der Generator mit einer mittelbaren oder unmittelbaren vom Ankerstrom abhängigen Gegenerregung derart ausgerüstet ist, daß die Gegendurchflutüng etwa bei dem Einsatzbremsstrom den Sättigungswert erreicht.

4. Anordnung nach Anspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Generatorbetrieb im Gleichstromkreis eine derart bemessene Drossel vorgesehen ist, no daß der an der Drossel während des Einschaltvorganges auftretende Spannungsabfall stets größer ist als der Unterschied zwischen der erzeugten Generatorspannung und der für den Wechselrichter zulässigen Spannung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen