DE632562C - Anordnung fuer aus einem Wechselstromnetz gespeiste ventilgesteuerte Motoren mit veraenderbarer Drehzahl - Google Patents

Description

Unter den unmittelbaren Frequenzumformungen mittels gesteuerter Entladungsstrekken, vorzugsweise gittergesteuerter Dampfoder Gasentladungsgefäße, die man auch abkürzenderweise Umrichter nennt, gibt es eine besondere Gattung von Umformungseinrichtungen, bei denen der Verbraucher gewissermaßen mit dem Umrichter vereinigt ist. Dies sind die ventilgesteuerten Wechselstrom-.

motoren, bei denen die im allgemeinen mehrphasige Ständerwicklung über elektrische Ventile aus einem Wechselstromnetz gespeist wird. Obwohl nun für ventilgesteuerte Wechselstrommotoren grundsätzlich auch andere gesteuerte Entladungsstrecken verwendet werden können, wird man sich doch vorzugsweise der gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsgefäße bedienen, weil sie einerseits eine sehr einfache Steuerung aufweisen und andererseits einen sehr kleinen Spannungsabfall haben.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf

• ventilgesteuerte, aus einem Wechselstromnetz beliebiger Phasenzahl gespeiste Motoren beliebiger Phasenzahl, die mit beliebig veränderbarer Drehzahl betrieben werden sollen. Gemäß der Erfindung ist die Arbeitswicklung des Motors in zwei gleiche, mehrphasige, in Sternschaltung angeordnete Wicklungen aufgeteilt, deren Phasenenden über je eine Gruppe von in Gleichrichterschaltung arbeitenden Entladungsstrecken mit dem speisenden Wechselstromnetz verbunden sind. Die Stromdurchlaßrichtung der Entladungsstrecken ist dabei in der einen Gruppe entgegengesetzt der in der anderen Gruppe, bezogen auf das speisende Netz, so daß der Arbeitsstrom stets über die eine Gruppe in den Motor hinein und über die andere Gruppe aus dem Motor heraus in das Netz zurückfließt. Die Sternpunkte der beiden Arbeitswicklungen sind gemäß der Erfindung durch einen Zwischenkreis miteinander verbunden, der stets nur in einer Richtung von Strom durchflossen wird. Die Steuerung der einzelnen Entladungsstrecken erfolgt in vorbestimmter Weise derart, daß die einzelnen Phasenwicklungen jeder Arbeitsteilwicklung in einer vorgegebenen Reihenfolge den Arbeitsstrom übernehmen, so daß einerseits ein Drehfeld für den Motor entsteht, andererseits sämtliche Teile des speisenden Netzes möglichst gleichmäßig zur Energieversorgung des Motors herangezogen werden. Da bei der den Erfindungsgedanken verkörpernden Anordnung der Strom stets in einer vorbestimmten Richtung fließt, kann

auch durch Versagen der Gittersteuerung einer Entiädungsstrecke kein Kurzschluß hervorgerufen werden:

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird zwischen die beiden Arbeitswicklungen eine weitere Gleichstromwicklung geschaltet beispielsweise die Feldwicklung des Wechselstrommotors. Für die Drehzahlregelung und für den Anlaßvorgang empfiehlt es sich, die ίο Steuerung der Gitter durch einen Verteiler zu betätigen, der mit dem Läufer des zu steuernden Motors in geeigneter Weise gekuppelt ist. Dabei wird man beim Anlaßvorgang auch eine Maßnahme treffen, um die den einzelnen Phasenwicklungen zugeführte Spannung mittels der Gittersteuerung der vorgeschalteten Entladungsstrecken klein zu halten. Hierfür dient zweckmäßigerweise eine Vorrichtung, mit der die über den Verteiler den verschiedenen Gitterkreisen zuzuführende Steuerwechselspannung in der Phase verschoben werden kann. Hat der Motor etwa die halbe Synchrondrehzahl erreicht, so wird vorteilhaft die Gittersteuerung durch Verteiler durch eine Steuerung ersetzt, bei der die vom Motor entwickelte Gegen-EMK unmittelbar auf die Gitterkreise einwirkt.

In Abb. ι der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar wird ein vierphasiger Wechselstrommotor 11 nach Art der Synchronmotoreri aus einem einphasigen Wechselstromnetz 10 gespeist. Der Motor enthält die Ständerwicklungen 12 und 13 und die als Gleichstromwicklung 14 ausgebildete Läuferwicklung. Die Feldwicklung 14 liegt in Reihe mit den Ständerwicklungen, und man kann mithin mit dieser Schaltung eine Reihenschlußcharakteristik erzielen. Die äußeren Klemmen der Phasenwicklung 12 sind über zwei Paare gittergesteuerter Dampf- oder Gasentladungsgefäße 15, 16 und 17, 18 mit den beiden Klemmen des Wechselstromnetzes 10 verbunden. Ähnlich ergibt sich für die Phasenwicklung 13 eine Verknüpfung mit dem Speisenetz durch die Gefäße 19, 20 und 21, 22. Die Gitter der Gefäße 15 bis 18 sind an die Sekundärwicklungen der Gittertransformatoren 23 und 24 angeschlossen, und außerdem enthalten die Gitterkreise Strombegrenzungswiderstände 27 und Vorspannungen 28. In ähnlicher Weise sind für die Gefäße 19 bis 22 die Gittertransformatoren 25 und 26 vorgesehen. Unter Umständen kann es ferner zweckmäßig sein, zur Verbesserung der Steuerwirkung des Gitters Kondensatoren 29 zwischen Gitter und Kathode einzuschalten.

Zur Regelung der dem Motor zugeführten

Spannung bei kleinen Drehzahlen dient beispielsweise eine aus einem Spartransformator 31, einer Drosselspule 32 und einem veränderlichen Widerstand 33 bestehende Phaseneinstellvorrichtung 30. Die dieser Einrichtung entnommene Spannung wird bei niedriger Drehzahl den Primärwicklungen der Gittertransformatoren 23 bis 26 über die Bürsten 38 bis 41 des Verteilers 42 und den mehrpoligen Schalter 43 (linke Stellung) zugeführt. Widerstände 34 bis 37 können als Spannungsteiler dienen, an welchen die den Gittertransformatoren zuzuführende Steuerspannung abgegriffen wird. Außer den Gittertransformatoren 23 bis 26 sind in den Steuerkreisen der Entladungsstrecken weitere Gittertransformatoren 44 bis Si vorgesehen, deren Primärwicklungen über einen Umschalter 52 an die Ausgangsklemmen eines unmittelbar vom Motor gespeisten Drehtransformators 53, 54 angeschlossen werden können. Wie der Schalter 43 ist auch der Schalter 52 derart ausgebildet, daß in der rechten Stellung die zugehörigen Gittertransformatoren von der speisenden Spannung (im vorliegenden Fall von dem Drehtransformator 53. 54) abgeschaltet und kurzgeschlossen werden. Außer der Regelung des Motors mittels der beiden Gittersteuerungsmöglichkeiten kann man auch zusätzlich in den Hauptstromkreisen regeln, beispielsweise durch Verändern eines parallel zur Feldwicklung 14 liegenden Widerstandes 55. Vorteilhafterweise wird man in Reihe mit der Feldwicklung 14 und dem Widerstand 55 eine Drosselspule 56 schalten. r

Nachstehend soll die Wirkungsweise erläutert werden, wobei angenommen ist, daß der Schalter 43 in seiner linken Stellung, der Schalter 52 in seiner rechten Stellung ist und die Feldwicklung 14 sowie der Verteiler 42 etwa die dargestellte Lage haben. Dann sind die Primärwicklungen der Gittertransformatoren 44 bis 51 kurzgeschlossen, so daß durch sie keine Spannungen in die Gitterkreise eingefügt werden können und ihre Scheinwiderstände vernachlässigbar klein sind. Den Primärwicklungen der Gittertransformatoren 24 und 25 wird bei der gezeichneten Läuferstellung zusammen mit den Widerständen 35 und 36 über den Schalter 43 und die Bürsten 3.9 und 40 des Verteilers 42 die Ausgangsspannung der Phaseneinstellvorrichtung 30 zugeführt. Beim Anlassen des Motors 11 wird man den Widerstand 33 derart bemessen, daß die Gitterspannung in bezug auf die Anodenspannung stark nacheilt. Dann arbeiten die Gefäße 17 und 18 wie ein Gleichrichter und liefern dem oberen Teil der Wickung 12 gleichgerichtete Teilströme. Ist das Gefäß 17 stromführend, so ist es auch das

efäß 20. Die Kupplung des Verteilers 42 mit dem Läufer erfolgt derart, daß die Feldwicklung 14 zusammen mit den Ständerwick- '

lungsteilen ein möglichst großes Drehmoment erzeugt. Wenn der Läufer sich nun um etwa 90 elektrische Grade entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht hat, so wird die Erregung des Gittertransformators 24 durch die Bürste 39 unterbrochen, und der Gittertransformator 23 erhält nunmehr Spannung über die Bürste 38. In ähnlicher Weise wird der untere Teil der Phasenwicklung 12 mit gleichgerichteten

ίο Teilströmen gespeist und dadurch die Magnetisierungsachse des Motors um 90 elektrische Grade verschoben, so daß die Feldwicklung 14 wieder in einem solchen Bereich ist, in dem ein größtes Drehmoment erzeugt wird.

Bei einer solchen Anordnung der einzelnen Phasenwicklungen, bei der also den einzelnen Teilwicklungen nur gleichgerichtete Ströme zugeführt werden, ergeben sich bei Versagen der Gittersteuerung bei einem der Gefäße keine Kurzschlüsse, und zwar werden die Kurzschlüse sowohl auf der Seite der Speisespannung als auch auf der Seite des zu steuernden Motors vermieden. Sobald der Motor 11 angelaufen ist, erzeugt die FeIdwicklung 14 eine Gegen-EMK in den Phasenwicklungen 12 und 13. Infolgedessen ist es möglich, nunmehr die Gitterspannung mit Hilfe des Widerstandes 33 derart im voreilenden Sinne zu verstellen, daß die den Motorwicklungen zugeführte Spannung erhöht wird.

Arbeitet der Motor mit kleinen Drehzahlen, so wird die Kommutierung zwischen den Gefäßen bzw. den Motorwicklungen keine Schwierigkeiten bereiten, da die EMK des Speisekreises mehrere Male während jeder Periode des Stromes in der Motorwicklung zu Null wird und bei jedesmaligem Nullwerden das Gitter des zugehörigen Entladungsgefäßes seine Sperrwirkung wiedererlangt. Bei größeren Drehzahlen jedoch, wenn die Frequenz der Speisespannung etwa gleicher Größenordnung ist wie die Frequenz des Wechselstromes in den Motorwicklungen, ist diese Art der Kommutierung nicht ausreichend. In diesem Falle erzeugt aber die Feldwicklung 14 eine Gegen-EMK in den Wicklungen 12 und 13, die ausreichend genug ist, um die Kommutierung zwischen den Entladungsgefäßen sicherzustellen. Dadurch wird es ermöglicht, daß der Motor sogar mit übersynchroner Drehzahl fahren kann. Mit Rücksicht auf die Lastabhängigkeit der Motorverhältnisse entspricht die günstigste Stellung des Verteilers für kleine Drehzahlen notwendigerweise nicht denen der großen Drehzahlen.

Es hat sich nun als vorteilhaft herausgestellt, bei Überschreiten der halben synchronen Drehzahl die Gitter der einzelnen Gefäße in Abhängigkeit von der Gegen-EMK des Motors zu steuern. Hierfür dient, wie bereits weiter oben erläutert wurde, der Schalter 52 zusammen mit dem Drehtransformator 53, 54, während gleichzeitig die Anlaßsteuerung durch Umlegen des Schalters 43 in die rechte Stellung, d. h. durch Kurzschließen der Gittertransforniatoren 23 bis 26, unwirksam gemacht ist. Nunmehr werden also die Gitter unmittelbar von der Gegen-EMK des Motors gesteuert. Die Einstellung der richtigen Phasenlage der Gitterspannung erfolgt durch den Drehtransformator 53, 54. In diesem Regelbereich kann man vorteilhaft die Drehzahl ändern, indem man die Größe des parallel zur Feldwicklung 14 liegenden Widerstandes 55 ändert. Obwohl der ganze Aufbau des Wechselstrommotors nach Art der Synchronmotoren ist, hat er dennoch eine Geschwindigkeits-Drehmoment-Charakteristik ähnlich der eines Gleichstromreihenschlußmotors.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Abb. 2 der Zeichnung dargestellt. Es bezieht sich auf einen Käfigankermotor veränderlicher Drehzahl, der von einem vierphasigen Wechselstromnetz 60 über gittergesteuerte Entladungsstrecken 62 gespeist wird, deren grundsätzliche Schaltung in bezug auf Netz und Verbraucher die gleiche ist wie in Abb. 1. Hinsichtlich der Wicklungsanordnung des Motors 61 ergeben sich keine Besonderheiten gegenüber Abb. 1. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, wird das Netz 60 unsymmetrisch belastet, jedoch ist dies, insbesondere bei kleiner Leistung und bei Aufstellung mehrerer Motoren, nicht von erheblicher Bedeutung. Anordnungen, die das Primärnetz symmetrisch belasten, sind weiter unten in Abb. 3 und 4 erläutert. Die Anordnung ge- too maß der Abb. 2 unterscheidet sich von der Abb. ι insofern, als der Synchronmotor 11 durch einen Käfigankermotor ersetzt ist, wobei die Feldwicklung in Fortfall gekommen ist und die Arbeitswicklungen 63 und 64 unmittelbar über eine Drosselspule 65 verbunden sind. Wenn nun der Verteiler 42 einen derartigen Induktionsmotor steuern soll, so muß er mit einer Geschwindigkeit angetrieben werden, die größer ist als die des Läufers. Hierfür dient ein Differentialgetriebe 66, bei dem ein Element durch einen Steuermotor 66" angetrieben wird. Eine solche Maßnahme ist notwendig, um den Schlupf des Induktionsmotors zu bestimmen und die Drehzahl für jede Belastung festzulegen. Hinsichtlich der Gittersteuerung ergibt sich eine gegenüber Abb. ι abweichende Anordnung, da die Steuerung in Abhängigkeit von der Gegen-EMK des Motors in Fortfall kommt.

Eine weitere Ausführungsmöglichkeit ist in Abb. 3 veranschaulicht, und zwar ist das

Speisenetz 68 dreiphasig ausgebildet. Hinsichtlich der sonstigen Ausbildung der Hauptstromkreise, beispielsweise der Schaltung der gittergesteüerten Entladungsstrecken 67 zwischen Netz und Verbraucher 11, und ebenso auch hinsichtlich der Durchbildung die Gittersteuerung ergibt sich gegenüber Abb. ι keine Besonderheit.

Ebenfalls eine mehrphasige Speisespannung

to ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß Abb. 4 zugrunde gelegt. In diesem Falle weist der aus dem Netz 68 über Entladungsstrecken 69 in der bereits beschriebenen Schaltung gespeiste Motor 70 zwei dreiphasige, je von gleichgerichteten ' Teilströmen durchnossene Wicklungen 71 und 72 auf,. zwischen deren Sternpunkte die Feldwicklung 74 geschaltet ist. Hinsichtlich der Gittersteuerung ergibt sich auch in diesem Falle keine Besonderheit gegenüber Abb. 1.

Claims (7)

1. Patentansprüche·.
2. i.
3. Anordnung für aus einem Wechselstromnetz beliebiger Phasenzahl gespeiste-, mit beliebig veränderbarer Drehzahl zu betreibende ventilgesteuerte Motoren beliebiger Phasenzahl, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitswicklung des Motors in zwei gleiche, mehrphasige, in Sternschaltung angeordnete Teil wicklungen aufgeteilt ist, daß die Phasenenden der einen Arbeitswicklung üb.er eine Gruppe von jeweils in mehrphasiger Gleichrichterschaltung arbeitenden, in bezug auf die Arbeitswicklung als Einlaßventile geschalteten gesteuerten Entladungsstrecken, die Phasenenden der anderen Arbeitswicklung über eine zweite Gruppe ebenfalls in Gleichrichteranordnung, in bezug auf die
4. 4.0 Arbeitswicklung jedoch als Auslaßventile geschalteter gesteuerter Entladungsstrekken mit dem speisenden Wechselstromnetz verbunden sind, und daß die Sternpunkte der beiden Arbeitswicklungen durch einen stets nur in der gleichen Richtung stromführenden Zwischenkreis miteinander verbunden sind.

   2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zwischen den Sternpunkten der Arbeitswicklungen liegenden Gleichstromzwischenkreis die Feldwicklung (14) des Motors, gegebenenfalls unter Vorschaltung einer Drosselspule (56) bzw. Parallelschaltung eines FeIdwider.standes (55), angeordnet ist.

   3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsstrecken mit Steuergittern versehen sind, denen über einen vom Pol rad des Motors angetriebenen Verteiler (42) die aus dem Wechselspannungsnetz gelieferten, gegebenenfalls vermöge einer an sich bekannten Briickenanordmmg (30) phasenverschieblichen Steuerspannungen in einer vorbestimmten, von der Motordrehzahl abhängigen Folge zugeführt werden.

   . 4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein an die Arbeitswicklungen des Motors angeschlossener und von der Gegen-EMK des Motors erregter Drehtransformator (53, 54) vorgesehen ist, dessen Sekundärwicklung die Steuerspannungen für die Gitterkreise der Entladungsstrecken entnommen werden, sobald die Drehzahl des Motors etwa die halbe synchrone Drehzahl, bezogen auf die Frequenz des speisenden Netzes, erreicht hat.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 zur Speisung von Käfigankermotoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Sternpunkte der Arbeitswicklungen über eine Drosselspule miteinander verbunden sind.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler (42), über den die Gitterspannungen der Entladungsstrecken nach Anspruch 3 geliefert werden, vom Motoranker über ein Differentialgetriebe (66) angetrieben wird, dessen eines Element derart von einem Steuermotor (66°) angetrieben wird, daß die Verteilerdrehzahl größer ist als die Motordrehzahl.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlupf des Motors durch Änderung der Drehzahl des Steuermotors (66^a) geregelt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen