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Anordnung zum Betrieb von über gittergesteuerte Gleichrichter gespeisten
und für Energierückgewinnung eingerichteten Motoren Bei gittergesteuerten Dampf-oder
Gasent-Iadungsstrecken, welche normalerweise in Gleichrichterschaltung arbeiten,
wird in der Praxis häufig die Forderung. gestellt, daß sie zeitweise auch in Wechselrichterschaltung
arbeiten sollen. Dies ist beispielsweise der Fall bei Anlagen zur Speisung und Regelung
,Von Motoren, für-welche eine Energierückgewinnung oder Nutzbremsung vorgesehen
ist, beispielsweise also bei Bahnanlagen. Eine bekannte Einrichtung zu diesem Zweck
verwendet nur eine einzige Gruppe von Entladungsstrecken, welche beim übergang von
Energielieferung auf Energierückgewinnung jeweils .entsprechend von Gleichrichterbetrieb
auf Wechselrichterbetrieb oder umgekehrt umgeschaltet werden müssen. Handelt @es
sich dabei um - die Speisung und Regelung normaler Gleichstrom-Kollektormotoren,
die aus einem Wech-selstromnetz gespeist werden, so muß seine Umschaltung sowohl
im Hauptstromkreis als auch in den Gitterkreisen -der Entladungsstrecken vorgesehen
sein, während bei Speisung kollektorloser Motoren über gittergesteuerte Entladungsstrecken
zum Zweck der Energierichtungsumkehr nur Beine Umschaltung der Gitterkreise e xforderli;ch
isst. Diese Umschaltung kann willkürlich erfolgen. In vielen Fällen ist es aber
erwünscht, die Richtung ;des Energieflusses selbsttätig umzukehren, falls die Betriebsbedingungen
dies erfordern. Zweckmäßig ,erfolgt dann diese Umschaltung in Abhängigkeit von den
Betriebsgrößen, vorzugsweise von dem Verhältnis der Motorgegenspannung zur vom Gleichrichter
gelieferten Spannung.
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Dabei ist nun zu berücksichtigen, daß die vom Gleichrichter gelieferte
Spannung nicht stets den gleichen Wert hat, sondern, sich j e nach dem durch die
Gittersteuerung eingestellten Aussteuerungsgrad verändert. Außerdem 'ist zu beachten,
daß die vom Gleichrichter gelieferte Spannung dem Motor stets unmittelbar zugeführt
wird und sich je nach,der Belastung zusammen mit der Motorgqgenspannung ändert.
Es ist daher mit Schwierigkeiten verbunden, eine Vergleichsspannung zu ;erhalten,
welche wirklich als Sollspannung für eine im richtigen Augenblick erfolgende Umschaltung
bei jeder Aussteuerung ausgesprochen werden kann... Dazu kommt noch, daß die Umschaltung
naturgemäß möglichst bei der Belastung o, d. h. also bei der Leerlaufspannung, verfolgen
.soll. Gerade in diesem Falle aber dürfte die Einwirkung der Moto:rgegenspannung
mit ihren gegebenenfalls vorhandenen Schwankungen auf die unter Umständen :ebenfalls;
je nach der -Aussteuerung stark pulsierende Gleichrichterspannung :nicht zu: vernachlässigen
sein
und unter Umständen an sich di@a Entnahme ciner Meßspannung
für den genauen Zeitpunkt der Umschaltung bereits unmöglich machen.
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A11 die vorbeschriebenen Nachteile werdÜi durch eine Einrichtung gemäß
der vorfk-;* genden Erfindung vermieden tind eine sichere Umschaltung in genau dein
vorgeschriebenen Bereich in Leerlaufnähe gewährleistet. Gemäß der Erfindung wird
der Wert der je-«-eiligen, für eine beliebige Aussteuerung des Gleichrichters gültigen
Spannung bei absolutem Leerlauf des Hauptgleichrichters durch einen besonderen Hilfsgleichrichter
dauernd nachgebildet, der in genau der gleichen Weise gesteuert wird wie der Hauptgleichrichter.
Die Spannung dieses Hilfsgleichrichters wird gegensinnig mit der 3lotorspan.nu.ng
in Reihe geschaltet und die Differenz dieser beiden Spannungen mittelbar oder unmittelbar
zur Betätigung der Umschalteinrichtung verwendet. Der Hilfsgleichrichter ist dabei
auf eine kleine, stets gleiche Belastung geschaltet und liefert damit stets eine
der Leerlaufspannung des Hauptgleichrichters entsprechende Gleichspannung.
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Die nähere Ausgestaltung des Erfindungsgedankens und die Wirkungsweise
einer den Erfindungsgedanken verkörpernden Einrichtung mögen an Hand der in der
Zeichnwig dargestellten Ausführungsbeispiele- näher erläutert werden. In Abb. i
der Zeichnung möge beispielsweise ein aus dem Wechselstromnetz i gespeister, aus
dem Transformator 2 und einem zweianodigen, mit Steuergittern versehenen Hauptgleichrichter
3 bestehender Gleichrichter auf ein Gleichstromnetz q. arbeiten unter Zwischenschaltung
einer Drosselspule 5. An das Gleichstromnetz .1 mögen ein nicht näher dargestellter
Gleichstrommotor oder mehrere zusammenarbeitende Motoren, beispielsweise Lokomotivmotoren,
angeschlossen sein. Die SteuergittAt des Hauptgleichrichters 3 werden in an sich
bekannter Weise vermittels einer über einem Gittertransformator 6 zugeführten Wechselspannung
imd gegebenenfalls einer einer Spannungsquelle 7 entnommenen Vorspannung gesteuert.
Die Steuerwechselspannung wird dem Wechselstromnetz i unter Zwischenschaltung eines
phasenverschiebenden Elementes, beispielsweise eines Drehreglers s, entnommen und
der Primärwicklung des Gittertransformators 6 zugeführt. Zur Nachbildung der Leerlaufspannung
des Hauptgleichrichters ist ein Hilfsgleichrichter 9 vorgesehen, der beispielsweise
aus einem Transformator io und zwei gittergesteuierten Entladungsstrecken i i und
12 besteht. Der Hauptstromkreis dieses Hilfsgleichrichters schließt sich über eine
Glättungsdrossel 13 und einen verhältnismäßig hohen Belastungswiderstand i.i, dem
zweckmäßig ein zur Glättutig .der abgegebenen Spannung dienender Kondensator 15
parallel geschaltet ist. be Steuerspannung für die Entladuri,gscken i i und 12 wird
deren Gittern gegetienenfalls über Strombegrenzwigswiderstände 16 in derselben Weise
zugeführt wie den Steuergittern des Hauptgleichrichters. Es kann zu diesem Zweck,
wie im Ausführungsbeispiel der Abb. i, die gleiche resultierende Steuerspannung
für beide Gleichrichter verwendet werden. Die Motorengegenspanmung am Gleichstromnetz
.l wird einem Widersta.tid 17 mit parallel geschaltetem Glättungskondensator i 8
zugeführt, und zwar derartig, daß der Spannungsabfall am `'Widerstand 17 mit dem
Spannungsabfall des Hilfsgleichrichters am Widerstand 1q. gegensinnig in Reihe geschaltet
isst. An zwei Abgriffen der Widerstände 14 und 17 kann die Differenzspaainung entnomnIen
und dem Betätigungsstromkreis i9 für die Umschaltung zugeführt werden. Durch Einstellung
dieser Abgriffe wird die Differenzspannung so abgeglichen, daß sie bei tatsächlichem
Leerlauf des Hauptgleichrichters gerade den Wert o annimmt. Durch diese Anordnung
wird erreicht, daß bei Änderungen der Aussteuerung des Hauptgleichrichters im motorischen
Betrieb durch Verstellung des Drehreglers 8 beispielsweise in Richtung eines späten
Zündeinsatzes in jeder Periode nicht nur die Spannung des Hauptgleichrichters, die
außerdem noch von der Gegenspannung wid dem- Belastungswiderstand abhängt, sondeni
auch die des Hilfsgleichrichters herabgesetzt wird, und die letztere gerade um einen
solchen Betrag, daß die Hilfsgleichrichterspannung der Leerlaufspannung des Hauptgleichrichters
für den betreffenden Aussteuerungsgrad entspricht. Bei einem Rückgang der Belastung
und dem damit verbundenen Anstieg der Hauptgleichrichterspannung wird also die denn
Betätigungsstromkreis zugeführte Differenzspannung gerade dann verschwinden, wenn
der Flauptgleichrichter tatsächlich den Leerlaufzustand erreicht, und die »Umschaltung
daher gerade im richtigen Augenblick eingeleitet.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel ist in Abb. 2 dargestellt. Es wird
wieder, wie in Abb. i, .der Hauptgleichrichter 3 über einen Transformator 2 aus
dem Wechselstromnetz i gespeist und die Energie über eine Drosselspule 5 an einen
Motor am Gleichstromnetz q. abgegeben. Die Steuerung erfolgt ebenfalls in der schon
beschriebenen Weise mittels Drehregler 8, Gittertransformator 6 und Spannungsquelle
7 unter Zwischenschaltung von Strombegrenzungswiderständen 16. Unterschiedlich gegenüber
dem
zuerst geschilderten -Ausführungsbeispiel ist die Ausbildung
des Hilfsgleichrichters 9.
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Dieser besteht aus ungesteuerten Ventilelementen, beispielsweise Trockengleichrichtern,
die zweckmäßig in Graetzschaltung vorgesehen sind. Die Wechselspannung wird den
Tröckengleichrichterelementen aus dem Wechselstromnetz i über einen Drehregler 8o
zugeführt. Dieser ist aus den weiter unten angegebenen Gründen als Doppeldrehregler
bekannter Bauart ausgeführt. Die Läufer des Doppeldnehreglers :sind mit dem Läufer
des Drehreglers- 8, der zur Phasenregelung im Steuerkreis der Hauptentladungsstrecken
dient, in geeigneter Weise gekuppelt. Der 'Gleichstromkreis dies ist ebenso ausgebildet
wie bei dem Ausführungsbeispiel der Abb. i, und ebenso ist die Einrichtung zur Bildung
der Differenzspannung zwischen Hilfsgleichrichterspannung und Motorspannung unverändert.
Als Drehregler 8o kommt für die Änderung der Gleichspannung des urgesteuerten Hilfsgleichrichters
9 selbstverständlich nur ein Drehregler in Frage, welcher eine Größenänderung der
dem Gleichrichter zugeführten Wechselspannung bewirkt, welche proportional der durch
Phasenänderung der Steuerwechselspannung des Hauptgleichrichters bewirktem Gleichspannung
sänderung des letzteren ist. Der Drehregler 8o wird zu diesem Zweck als sogenannter
Diöppeldrehr@egler ausgebildet, d. h. @er besteht im Grunde genommen aus zwei gleichen
Drehreglern, die mechanisch derart miteinander gekuppelt sind, daß die beiden Teilspannungen
gegenüber der speisenden Grundspannung jeweils eine Phasenverschiebung gleicher
Größe, jedoch verschiedenen Vorzeichens aufweisen. Durch Addition dieser beiden
Teilspannungen wird eine Wechselspannung erzielt, die bei, Änderung der Dr:ehreglerstellumg
sich zwischen o und einem Höchstwert nach Maßgabe eines cos-Gesetzes ändert. Da
andererseits auch die Spannungsänderung des Hauptgleichrichters bekanntlich in Abhängigkeit
von der Phasenverschiebung der Steuerwechselspannung nach Maßgabe eines cos-Gesetzes
erfolgt, kann -hei geeigneter Einstellung der Kupplung beider Drehregler Herreicht
werden, daß die vom Hilfsgleichrichter 9 erzeugte Gleichspannung der jeweiligen
Leerlaufspannung des Hauptgleichrichters bei jedem Aus.steuerungsgrad entspricht.
Die Ausführungsform nach Abb.2 hat insofern besondere Vorzüge, als sie die Vorsehung
besonderer Glühkathodenröhren, Heizeinrichtungen usf. zu vermeiden erlaubt.
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Die Motorspannung wie die Spannung des Hilfsgleichrichters können
durch Glättungseinrichtufigen beliebig von Pulsationen befreit werden, um einen
störungsfreien Vergleich der Spannungen sicherzustellen. Die Anwendung. des Erfindungsgedankens
ist, wie ohne weiteres ersichtlich, nicht nur _ auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt und insbesondere nicht an bestimmte Phasenzahlen oder an bestimmte Steuerarten
(Drehreglersteuerung) gebunden. Sie erlaubt stets, eine Umschaltung von Gleichrichterauf
Wechselrichterbetrieb in -dem richtigen Augenblick vorzunehmen. Das gleiche gilt
auch für -die Umschaltung irr. umgekehrter Richtung, wobei nur `vom Fachmann darauf
zu ächten ist, daß die Steuereinrichtung für den Hilfsgleichrichter bei der Umscbaltung
des Hauptgleichrichters entsprechend b.eeinflußt wird, so daß auch bei Wechselrichterbetrieb
die Differeliz zwischen Hilfsgleichrichterspannung und Hauptwechselrichterspannung
bzw. Motorspannung mit der Belastung,der in Wechselrichterschaltung arbeitenden
Entladungsstrecke dem Wert o zustrebt. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen.
sich zwar auf Speisung von normalen Gleichstrommotoren. Der Erfindungsgedanke läßt
sich aber auch auf die Speisung kollektorloser Motoren ,anwenden. In diesem Falle
ist lediglich die Motorgegenspannung, bevor sie zum Vergleich mit der Hilfsgleichrichterspannung
verwendet' wird, mit einerri besonderen Hilfsgleichrichter in eine Gleichspannung
zu verwandeln.