DE674671C - Einrichtung zur Verbesserung der Stromwendung von Gleichstromreihenschlussmotoren, die von einem Einphasengleichrichter gespeist werden - Google Patents

Description

Es ist bekannt, Gleichstrommotoren mit Gleichrichtern zu speisen, wobei unter Umständen die Spannungsregelung durch Änderung des wirksamen Spannungsmittelwertes mit Hilfe der Gittersteuerung der Gleichrichter erfolgen kann. Bei derartigen Anlagen ergibt sich nun ein wellenförmiger Gleichstrom für die Motoren, der die Kommutierungsbedingungen erheblich verschlechtert.

Es ist nun bereits vorgeschlagen worden, bei Bahnmotoren, die aus einem dreiphasigen, primärseitig an ein Drehstromnetz angeschlossenen Gleichrichter gespeist werden, den durch die Pulsation des Erregerstromes hervorgerufenen Wechselfluß dadurch zu unterdrücken, daß man zu der Feldwicklung einen Ohmschen Widerstand parallel schaltet. Durch diesen Parallelwiderstand hat man praktisch die Oberwellen des Magnetfeldes so weit beseitigt, daß sie die Kommutierung nicht mehr beeinflussen können. Dies ist bei Motoren, die über einen mehrphasigen Gleichrichter gespeist werden, deswegen verhältnismäßig einfach möglich, weil einerseits die Frequenz der Oberwellen sehr groß istundwenigstens bei 300 Hertz liegt, andererseits ist die Amplitude der Oberwellen außerordentlich gering, so daß sich eine Dämpfung des Wendefeldes überhaupt nicht bemerkbar macht. Die hohe Frequenz der Oberwellen hat nun zur Folge, daß die Impedanz der Feldwicklung für Ströme hoher Frequenz außerordentlich groß ist. Sobald man einen verhältnismäßig hochohmigen Parallelwiderstand zu der Feldwicklung parallel schaltet, ergibt sich infolgedessen, daß der Oberwellenstrom fast ausschließlich durch den Parallelwiderstand verläuft.

Die Erfindung bezieht sich nun auf den Fall, daß Gleichstrommotoren aus einphasigen, insbesondere gittergesteuerten Gleichrichtern gespeist werden. Dabei ergeben sich wesentlich andere Klemmenspannungskurven als bei Mehrphasengleichrichtern. Die Frequenz des Oberwellenstromes ist nämlich erheblich kleiner. Wird der Gleichrichter mit i6²/₃ oder 50 Hertz gespeist, so beträgt die Grundfrequenz der Oberwellen nur 33 bzw. 100 Hertz, und außerdem besitzt die Amplitude der Oberwelle einen außerordentlich hohen Wert, der bei 50% der Gleichspannung liegt. Man erkennt leicht, daß die Kommutierung derartiger Motoren ein ungleich schwierigeres Problem darstellt als die Kommutierung von aus mehrphasigen Gleichrichtern gespeisten Motoren.

Für die Betrachtung der Kommutierung derartiger Motoren kann, soweit sie den überlagerten Wechselstrom betrifft, nun das Diagramm der Figur 1 der Zeichnung zugrunde gelegt- werden. Hierbei bedeutet α den Vektor der EMK, die vom Wendepol zur Erregung günstigster elektrischer Bedingungen in der kommutie-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden: _

Dr.-Ing. Karl T off linger in Berlin.

renden Spule erzeugt werden sollte, b den Vektor, der sich demgegenüber infolge der Dämpfung des Wendefeldes ergibt, während c die in der kurzgeschlossenen Spule induzierte EMK bedeutet, die durch transformatorische Übertragung von der Feldwelle induziert wird. Praktisch ist es nun bei einem derartigen Motor ausgeschlossen, einem zu der Hauptpolwicklung parallel geschalteten Widerstand eine solche Bemessung zu ι ο geben, daß die Welligkeit des Feldes vollkommen unterdrückt wird.

Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß bei Gleichstromreihenschlußmotoren, die von einem insbesondere gittergesteuerten Ein-'5 phasengleichrichter gespeist werden, eine befriedigende Kommutierung infolge Verringerung . der transformatorischen EMK dadurch erzielt werden kann, daß durch entsprechende Bemessung des Ohmschen Parallelwiderstandes die transformatorische EMK auf einen solchen begrenzten Wert gebracht wird, daß der resultierende Gesamtwert der von, dem Wendefeld induzierten EMK und der transformatorischen EMK die geringste Abweichung von der für günstige Kommutierungsbedingungen berechneten EMK aufweist. Dies bedeutet also in dem Diagramm der Fig. i, daß der Vektor c der transformatorischen EMK so beeinflußt werden muß, daß der Endwert des Vektorzuges b, c möglichst nahe an das Ende des Vektors α gebracht wird.

Wesentlich ist dabei, daß die transformatorische und die vom Wendefeld induzierte EMK, die stark von der Dämpfung des Wendefeldes abhängig sind, zusammen so abgeglichen werden, daß ihre vektorielle Summe angenähert den gewünschten Vektor α ergibt. Die hierzu erforderlichen Mittel sind wesentlich einfacher als die Mittel, die erforderlich sind, wenn die transformatorische EMK und die Dämpfung des Wendefeldes unabhängig voneinander völlig beseitigt werden sollen.

Es ist leicht einzusehen, daß die Anordnung nach der Erfindung für sämtliche auftretenden Oberwellen wirksam ist. Praktisch spielen übrigens die Oberwellen höherer Ordnung bei der Kommutierung keine erhebliche Rolle.

Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand der Abb. 2 erläutert werden. In Abb. 2a ist das Diagramm für einen mittleren Belastungsfall gezeichnet, Abb. 2b zeigt die zugehörige Schaltung. Hierbei ist die Richtung des Vektors c annähernd bestimmt, während der Größenwert dieses Vektors durch die Bemessung des Parallelwider-Standes geregelt werden kann. Es kann also beispielsweise empirisch derjenige Widerstandswert festgestellt werden, bei dem die geringste Abweichung zwischen den Endpunkten der Vektoren α und c besteht, bei dem also die Fehler-EMK, die sich vektoriell als dieser Abstand darstellt, möglichst klein wird. Es ergibt sich demnach beispielsweise der in Abb. 2 -mit C bezeichnete Endpunkt für den Vektor c.

Nach der Erfindung kann durch Veränderung des Vektors b noch eine weitere Annäherung zwischen dem Vektor α und der Summe der Vektoren b und c erzielt werden. Der geometrische Ort der Endpunkte des Vektors b ist ein HaIb₇ kreis über dem Vektor a, wobei sich die Lage des Vektors b durch die Dämpfung des Wendefeldes bestimmt. Durch Vergrößerung der Wendefelddämpfung kann der Vektor δ demnach wesentlich verkleinert werden, wobei sich der Phasenwinkel ψ zwischen dem Vektor α und b vei größert. Die Einstellung der Dämpfung für das Wendefeld kann durch Parallelschalten eines Ohmschen Widerstandes zur Wendepolwicklung erreicht werden. Fig. 3 b zeigt eine derartige Schaltung. Dieser Ohmsche Widerstand wird hierbei gemäß der Erfindung so bemessen, daß der Vektor b einen Wert erhält, bei dem die Richtung des Vektors c durch den Endpunkt des Vektors α verläuft. Die Einstellung der Wendefelddämpfung kann am besten wieder empirisch erfolgen, indem nach der Einstellung des Vektors c durch Einregelung des Parallelwiderstandes zur Erregerwicklung der Parallelwiderstand zum Wendepol so lange verändert wird, bis sich die günstigsten Bedingungen ergeben. Auf diese Weise erhält der Vektor zug die im Dia- go gramm Fig. 3 a dargestellte Lage. Wenn man die Einregelung etwa bei einem mittleren Belastungswert bei Bahnmotoren, also beispielsweise bei einem zwischen vollem und halbem Stundenstrom liegenden Stromwert, vornimmt, so ergeben sich über den gesamten Arbeitsbereich gute Kommutierungsverhältnisse, wobei die einzelnen Vektoren zwar von der in dem Diagramm niedergelegten günstigsten Lage abweichen, jedoch bleiben die Abweichungen erfahrungsgemäß in so geringen Grenzen, daß die Kommutierung einwandfrei bleiben kann. In manchen Fällen kann es sich ergeben, daß die Dämpfung des Wendefeldes schon zu groß ist, so daß der Bedingung, die Richtung des Vektors c durch den Endpunkt des Vektors α zu bringen, durch eine Vergrößerung des Vektors b Rechnung zu tragen ist. Hierzu kann beispielsweise eine lameliierte magnetische Brücke parallel zum Joch zwischen den einzelnen Polen angewendet werden. Eine genaue Einstellung wird hierbei am besten gleichfalls durch einen parallelen Widerstand von dem durch die magnetische Brücke vergrößerten Einstellwert aus vorgenommen.

Auf diese Weise ist also eine Regelung gegeben, die es ermöglicht, die Parallelwiderstände zur Haupt- und Wendepolwicklung für optimale Bedingungen auszulegen. Bei besonders empfindlichen Motoren kann es unter Umständen auch vorteilhaft sein, eine Regelung der Widerstände während des Betriebes vorzunehmen, wodurch es ermöglicht wird, auch abweichende einzelne

Betriebszustände auf optimale Werte zu bringen. Hierbei kann die Regeleinrichtung für die Parallelwiderstände mit der Regelung für den Motor, also beispielsweise der Regeleinrichtung S für die Gittersteuerung des Gleichrichters, verbunden werden.

Für den Fall, daß neben der Regelung durch Gittersteuerung noch eine zusätzliche Regelung durch Feldschwächung erforderlich werden sollte,

ίο z.B. dann, wenn im Hinblick auf eine Rückzündungsgefahr die Spannung nicht weiter gesteigert werden kann, kann die Feldwicklung mit Anzapfungen versehen werden, die mit Ausgleichsverbindungen mit entsprechenden Anzapfungen des Parallelwiderstandes verbunden wird. Der Anschluß kann dann an den verschiedenen Anzapfungen erfolgen, wodurch bei der Durchführung der Feldschwächung die Kommutierungsbedingungen unverändert aufrechterhalten werden. Wenn außerdem auch an der Wendepolwicklung ein Parallelwiderstand vorgesehen ist, wird man in den meisten Fällen auf eine Änderung dieses Parallelwiderstandes verzichten können. Gegebenenfalls können aber auch Wendepolwicklung und Parallelwiderstand mit entsprechenden Anzapfungen versehen und zu entsprechenden Teilen eingeschaltet werden.

Die Wirtschaftlichkeit der beschriebenen

Schaltung kann auch dadurch verbessert werden, daß die durch den Parallelstromkreis zur Feldwicklung verlaufende Energie für irgendwelche Zwecke, z. B. für die Heizung 0. dgl., ausgenutzt wird.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zur Verbesserung der Stromwendung von Gleichstromreihenschlußmoto-

   ren, die von einem Einphasengleichrichter, insbesondere einem gittergesteuerten Einphasengleichrichter, gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, daß durch geeignete Bemessung eines zu der Hauptpolwicklung parallel geschalteten Ohmschen Widerstandes die transformatorische EMK in der kommutierenden Spule auf einen solchen Wert begrenzt wird, daß der resultierende Gesamtwert der transformatorischen EMK (c) und der durch die Dämpfung des Wendeflusses in Größe und Phasenlage stark beeinflußten Wendefeld-EMK (b) die geringste Abweichung von der für günstigste Kommutierungsbedingungen berechneten EMK (a) aufweist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich der Wendepolwicklung ein Ohmscher Widerstand zur Einstellung der Wechselstromkomponenten des Wendepols von solcher Bemessung parallel geschaltet wird, daß die Richtung des Vektors der transformatorischen EMK (c) annähernd durch den Endpunkt des Vektors der erforderlichen Wendefeld-EMK (V) verläuft (Fig. 3 a).
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vergrößerung des Einstellbereichs zwischen den einzelnen Polen parallel zum Joch eine Brücke aus lamelliertem Eisen angeordnet ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Parallelwiderstand zur Hauptpolwicklung veränderbar ist und z. B. bei Steuerung des Motors durch Gittersteuerung gemeinsam mit der Regeleinrichtung für die Gittersteuerung beeinflußt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen