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Einrichtung zum Betrieb von Gleichstromanlagen mit Stromrückgewinnung
In Anlagen reit Gleichstrommotoren ist es häufig erwünscht, die Motoren so zu schalten,
daß sie beim. Bremsen mit Stromrückgewinnung als Generatoren ;arbeiten können. Bei
solchen aus einem Wechselstromnetz gespeisten Anlagen, wie z. B. Straßenbahnen,
Walzwerken u. dgl., hat man es früher für notwendig erachtet, umlaufende Umformer
oder Motorgeneratoren zu benutzen, um eine Energierückgabe aus dem Gleichstromnetz
in das Wechselstromnetz zu ermöglichen. Jetzt aber kann man sich dampfgefüllter
Entladungsgefäße bedienen, namentlich in beiden Richtungen stromdurchlässiger Metalldampfgefäße,
um Energie zwischen dem Wechselstromnetz und den daraus zu speiseiüden Gleichstromkreisen
.oder tungekehrt zu übertragen. Gemäß der Erfindung werden für diesen Zweck solche
in beiden Richtungen stromdurchlässige Entladungsgefäße verwendet, deren Elektroden
nicht dauernd :emissionsbereit sind, sondern durch Hilfselektroden jeweils zu Beginn
der Stromführung gezündet werden. Der wesentliche Unterschied der Erfindqng ,gegenüber
bekannten Anordnungen besteht, soweit :es die Entladungsgefäße anbelangt, darin,
daß nicht dauernd emissionsfähige Kathoden, also beispielsweise Glühkathoden .oder
Quecksilberkathoden unit Hilfslichtbogen, verwendet werden, sondern daß die Kathoden
jeweils zu Beginn der Stromführung ,gezündet werden. Bei :der Erfindung wird dadurch
erreicht, daß die Entladungsstrecken von positiv oder negativ geladenen Elektrizitätsträgern
befreit sind, wenn die Zündung .an :einer der beiden Quecksilberelektroden einsetzen
soll. Beide Elektroden befinden sich somit in kaltem Zustande und haben beide keine
Neigung, zu einem anderen Zeitpunkt eine Entladung auszulösen, als dies durch den
Zündspannungsstoß an der Hilfselektrode gegeben ist. f Es sei darauf hingewiesen,
daß eine Anordnung bekannt ist, bei der zur Lösung der gleichen Aufgabe Entladungsgefäße
verwendet werden, die in beiden Richtungen stromdurchlässig und beispielsweise mit
zwei Quecksilberelektroden ausgerüstet sind. Den beiden Quecksilberelektroden war
bei :der bekannten Anordnung je eine Hilfserregerelektrode zugeordnet, um einen
Hilfslichtbogen zu :erzeugen. Im übrigen sollte durch Steuergitter der Zündzeitpunkt
wählbar bestimmt werden. Die Quecksilberelektroden konnten bei dieser bekannten
Anordnung entgegen der vorliegenden Absicht nicht emissionsbereit gehalten werden,
weil der Kathodenfleck des Erregerlichtbogens beim Stromdurchgang auf der gerade
als Anode arbeitenden Quecksilberelektrode erlöschen muß. Das führt zu :einer
Quecksilberelektrode,
die nicht mehr, wie an sich beabsichtigt war, dauernd emissionsbereit ist. Auf der
,anderen Seite war aber dann bei der bekannten Anordnung ein Betrieb überhaupt nicht
möglich, weil nach dem Er-, löschen des Hilfslichtbogens die Zündung der Entladung
von dem Steuergitter her nicht erfolgen kann. Die Erfindung löst das Problem der
Verwendung von in beiden Richtungen stromdurchlässigen Entladungsgefäßen dadurch,
daß zur Steuerung des Zündzeitpunktes der Entladungsstrecken Hilfselektroden, beispielsweise
die flüssige Quecksilberkathode berührende Zündelektroden, verwendet werden, durch
die erst zu Beginn der Stromführung die Emissionsbereitschaft der betreffenden Kathode
hergestellt wird.
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Durch die bei der Erfindung angewendeten Entladungsgefäße;, mit nicht
dauernd, emissionsfähiger Kathode wird weiterhin noch der-Vorteil erzielt, daß die
an sich schon für den Entladungsvorgang störende übermäßige Erzeugung von Quecksilberionen
vermieden wird; denn an dein Quecksilberelektroden wird bei diesen Entladungsgefäßen
nur dann Quecksilber verdampft, wenn ein Entladungsstrom von der einen Elektrode
zur anderen fließt. Bei den Entladungsgefäßen mit dauernd env,ssionsfähigen Elektroden
ist demgegenüber die Erzeugung von Quecksilberionen unabhängig davon, ob während
eines großen oder nur während eines kleinen Zeitabschnittes der Wechselstromhälbwellen
in dem Entladungsraum Strom fließt. Bei diesen Entladungsgefäßen besteht daher die
Gefahr, daß die Steuerfähigkeit der Gitter durch im überfluß vorhandene positiv
geladene Quecksilberionen beeinträchtigt wird.
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Da elektrische Metalldampfentladungsgefäße eine unterbrochene Lastcharakteristik
haben, ist es ratsam, eine Steuermaschine, vorzugsweise einen umlaufenden Umformer
oder Motorgeneratorvorsatz, vorzusehen, um eine ununterbrochene Charakteristik durch
den Leerlauf hindurch zu schaffen. Die Erfindung ist anwendbar als Bindeglied zwischen
einer Mehrzahl von unter Stromrücklieferung zu bremsenden Motoren und einem Wechselstromnetz
oder zur Regelung für einen besonderen Motor oder einen Motorensatz. Im ersteren
Falle muß die Einrichtung Änderungen in den Betriebsbedingungen selbsttätig folgen,
während im letzteren Falle die Einrichtung benutzt werden kann, um die Betriebscharakteristik
zu ändern.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch.
dargestellt.
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Die Einrichtung umfaßt einen Transformator i, der die Energie aus
einem Wechselstromnetz 2 entnimmt. Seine Sekundärwicklung 3 hat eine Mittelanzapfung
4, an die eine der Sammelschienen 5 des Gleichstromnetzes angeschlossen ist. Jede
Endklemme 6,7 des Transformators ist an eine Elektrode 8 eines in beiden
Richtungen stromdurchlässigen Metalldampfentladungsgefäßes io ,angeschlossen, dessen
zweite Elektrode i i ,an der zweiten Gleichstromsammelschiene I2 liegt. Durch den
erzeugten Gleichstrom werden Straßenbahn-, Walzwerksmotoren oder andere zur Stromrücklieferung
beim Bremsen geeignete Motoren 14 gespeist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. i sind Stromrichter mit mindestens
zwei verdampfbaren Elektroden verwendet, von denen jede sowohl als Anode wie ,auch
als Kathode benutzt werden kann. Jede Elektrode der Stromrichter i o hat eine Zündung
15, durch die ,auf ihr ein Kathodenfleck erzeugt werden kann.
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Als Steuermaschine dient ein umlaufender Umformer 2o, dessen Gleichstromklemmen
21, 22 parallel zu den Gleichstromsammelschienen 5, 12 geschaltet sind, während
die Wechselstromklemmen zwischen den Endklemmen 6, 7 des Speisetransformators liegen.
In der Gleichstromleitung 22 der Maschine 2o liegt ein polarisiertes Relais 2q..
Dieses Relais steuert mehrere Stromschlußstücke 26, 27, 28, die ihrerseits die Erregung
der Zündvorrichtungen 15 regeln. Erfolgt die Energieübertragung vom Wechselstromnetz
in das Gleichstromnetz, so schließt das Relais 24 über die Kontakte 26 und 27 die
Zündkreise, die von den Transformatorklemmen 6,7 zu den an die Gleichstromsammelschiene
12 angeschlossenen Elektroden i i führen. In dieser Schaltung wird, sobald die Transformatorklemme
6 positives Potential hat, ein Hilfsgleichrichter 30 im Erregerkreis des
Entladungsgefäßes to Strom führen und einen Kathodenfleck auf der Elektrode i i
erzeugen. Die an die Transformatorklemme 6 angeschlossene Elektrode 8 des Entladungsgefäßes
i o wirkt dann als Anode und überträgt Energie auf ,die Gleichstromsammelschiene
12. Während der folgenden Halbwelle, wenn die Transformatorklemme 7 positiv ist,
führt der Hilfsgleichrichter 31 des zweiten Entladungsgefäßes Strom, und so wird
eine Vollweggleichrichtung zur Speisung des Gleichstromnetzes aus dem Wechselstromnetz'ermöglicht.
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Werden nun aber die Motoren 1¢ gebremst und erzeugen sie hierbei genügend
Energie, die aus dem Gleichstromnetz nach dem Wechselstromnetz zurückgeliefert werden
kann, so erfolgt die Energieübertragung. in der Steuermaschine 2o ebenfalls vom
Gleichstrom- nach dem Wechselstromkreis. Infolge der Stromumkehr im polarisierten
Relais 24 werden dann die mit den Klemmen 6 und 7 des
Transformators
verbundenen Erregerkreise geöffnet und durch das Stromschlußstück 28 die mit der
Gleichstromschiene 12 verbundenen Erregerkreise ;geschlossen. In letztere sind Hilfsgleichrichter
34, 35 eingeschaltet. Diese Hilfsgleichrichter haben Steuermittel, z. B. Steuergitter
36, 37, wodurch .die Zünd- und Erregerkreise selektiv geregelt werden können. Zwischen
der positiven Gleichstromschiene und den Steuergittern liegt eine Vorsp.annb.atterie
40. Um die Entladu:ngsgefäß-e mit dem Wechselstrom zu synchronisieren, ist in den
Gitterkreis ein Hilfstrainsformator 4I eingefügt, der die Zündkreise synchron mit
der Frequenz des Wechselstromes 2 erregt.
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Bei der Ausführungsform nach Fig.2 ist ein einzelner Gleichstrommotor
5o zu regeln, an dessen Stelle auch eine Gruppe solcher Motoren treten kann. Als
Steuermaschinen dienen hier statt tonlaufender Umformer, die vom Energieübergang
zwischen dem Wechselstromnetz und den gespeisten Gleichstromkreisen -,-abhängig
sind, kleine Tachometerdynamos 51, 52, die von dem zu überwachenden Motor 5o angetrieben
werden.
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Jeder Zündelektrode 15 ist ein Hilfsgleichrichter zugeordnet,
und .diese Hilfsgleichrichter 55, 56 haben Steuergitter 57. Werden die Gleich.stromsammelschienen
gespeist, so müssen die Gitter 57 der Hilfsgleichrichter 55 so beaufschlagt werden,
daß die Elektrode 8 der Hauptentladungsgefäße I o gezündet wird, die an einer Endklemme
des Speisetransformators liegt. Zu dem Zweck ist die positive Schiene 5 des Gleichstromkreises
,an die positive Klemme der Tachometermaschine 5 1 angeschlossen, die im
wesentlichen gleiche Spannun:gscharakteristikmit dem zu regelnden Motor 5o aufweist.
In Reihe mit der Dynamo 5 1 liegen eine Spannungsquelle (Batterie) 6o -und
ein Regelschialter 6I, wodurch- das Potential für die Gitter 57 der Hilfsgleichrichter
55 geregelt werden kann. Die Spannung squelle 6o muß ausreichend groß bemessen sein,
damit die Hilfsgleichrichter 55, 56 gesperrt sind, wenn sich der Schalter 61 in
neutraler Stellung befindet. Wird der Schalter auf die mit ».Motor< bezeichneten
Kontakte gedreht, so wird die negative Vorspannung der Hilfsgleichrichter 55 verringert,
und die Elektrode 8 im Hauptentladungs,gefäß wird gezündet. Um die Energieübertragung
zu verstärken, kann die negative Gitterspannung noch weiter verringert werden, irden
der Schalter 6 1 weiter über die Motorkontakte hinweggedreht wird. Läuft
der zu überwachende Motor 5o aus irgendeinem Grunde schneller, so steigert auch
der Hilfsgenerator 51 seine Geschwindigkeit und erhöht die Iden Steuergittern 57
der Hilfsgleichrichter 55 ;aufgedrückte negative Spannung. Dadurch wird die Energiezufuhr
zu den Gleichstromkreisen verringert und somit die Geschwindigkeit der Gleichstrommotoren
bei deren Lauf ,als Motorselbsttätig geregelt.
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Zum Bremsen mit Stromrückgewinnung oder zum Betrieb des Motors 5o
als Generator wird der Regelschalter 61 über seine neutrale Mittelstellung in .die
Brernsstelluing gedreht. Dann liefert der Hilfsgenerator 52 positive Spannung, die
im wesentlichengleich derjenigen des stromrückliefernden Motors 50 ist. Diese ist
ihrerseits durch eine negative Spannung, z. B. vorn der Batterie 65 aus, abgeglichen.
Steht der Schalter 61 in ,neutraler Mittelstellung, so soll die Vorspannbatterie
65 zusammen mit der Batterie 66 stark genug nenn, den Hilfsgenerator 52 zu kompensieren
und die Sperrgitter 57 der Hilfsgleichrichter 56, die an der negativen Gleichstromsammelschi@ene
liegen, unwirksam zu machen. Die Hilfsgleichrichter 56 würden also stromführend
werden. Um die Zündung mit der Frequenz des Wechs.elstronmetzes zu synchronisieren,
ist .auch hier ein Hilfstransformator 4.I in den Gitterkreis eingeschaltet, so daß
die Spannung der Gitter 57 sich synchron mit der Frequenz des Wechselstromnetzes
2 ändert.
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Will man eine reine Handregelung der Geschwindigkeit des Motors 5o
statt selbsttätiger ° Regelung, so ist die Hilfsmaschine 5I entbehrlich. Die Batterie
6o kann dann unmittelbar an die negative iS,ammels,chiene 12 des Gleichstromkreises
angeschlossen werden, während die Vorspannbatterie 65 unmittelbar mit der positiven
Gleichstromsammelschiene 5 verbunden wird, wie dies in Fig. 2 durch gestrichelte
Linien 70,71 angedeutet ist.