DE690103C - Einrichtung zur Regelung der Spannung von Gleichstrommotoren, insbesondere Fahrzeugmotoren - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Regelung der Spannung von Gleichstrommotoren, insbesondere Fahrzeugmotoren Die Erfindung betrifft die Regelung von Gleichstrommotoren, die über Gleichrichter an ein Wechselstromnetz angeschlossen sind, und bezieht sich insbesondere auf Fahrzeugmotoren, die aus der einphasigen Fahrdraht-Wechselspannung über Gleichrichter gespeist werden. An sich ist es möglich, die Regelung der Motorenspannung durch Gittersteuerung der Gleichrichteranoden durchzuführen. Bei tiefer Aussteuerung tritt jedoch eine unzulässige Verschlechterung des Leistungsfaktors auf, weshalb man bereits dazu übergegangen ist, die Spannungsregelung in groben Stufen durch Transformatoranzapfungen vorzunehmen und die Gittersteuerung nur zur Feinregelung zwischen diesen Stufen zu benutzen. Es ist bekannt, zu diesem Zweck jeder Transformatöranzapfung eine besondere Anode des Gleichrichters zuzuordnen.
• Bei höherer Stufenzahl ergibt sich hierdurch ein verhältnismäßig großer Aufwand hinsichtlich des Gleichrichters, der die Wirtschaftlichkeit einer solchen Einrichtung in Frage stellen würde. Dieser Nachteil wird gemäß der Erfindung dadurch behoben, daß jede Transformatorseite bzw. bei mehrphasigen Anordnungen jede Transformatorphase mehr als zwei Anzapfungen aufweist, die derart zu zwei Gruppen zu@sammengefaßt sind, daß die aufeinanderfolgenden Anzapfungen abwechselnd der einen und der anderen Gruppe angehören, wobei jeder Gruppe von Anzapfungen je eine Anode des Entladungsgefäßes zugeordnet ist, mit der die einzelnen Anzapfungen der Gruppe verbunden werden können. Wenn man die gleichartigen Anoden beider Seiten bzw. sämtlicher Phasen als einen Anodensatz bezeichnet, so ergeben sich beim. Erfindungsgegenstand zwei Anodensätze, von denen je nach der Stufe, die gerade eingeschaltet ist, stets der eine oder der andere in Betrieb ist. Die Gittersteuerungseinrichtungen für die Anodensätze können, um ein einwandfreies Zusammenarbeiten zu sichern, mit den Steuermitteln für die Ein-und Ausschaltung der Stufenschütze des Transformators verbunden werden.
• In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung die Schaltung einer Gleichrichterlokomotive dargestellt. Die Primärwicklung z des Wechselstromtransformators liegt einerseits an dem Fahrdraht 2 und andererseits an Erde. Die Sekundärwicklung des Transformators ist mit ihrem Mittelpunkt an den negativen Pol der Gleichstrommotoren der Lokomotive angeschlossen, während die verschiedenen Anzapfungen der Sekundärwicklung unter Zwischenschaltung von Schaltschützen an die Anoden des Gleichrichters 3 angeschlossen sind. Der Gleichrichte hat vier Anodensätze d., 5, 6, 7. Die Anoden und 5 liegen an den Schaltschützen der eihlili Transformatorseite, die Anoden 6 und 7 an' den Schaltschützen der anderen Transformatorseite. Von acht Schaltschützen jeder Transformatorseite liegen je vier Schütze an den Anoden ,4 bzw. 6, die anderen Schaltschütze an den Anoden 5 bzw. 7. Die Schaltschütze sind derart mit den Anoden verbunden, daß die aufeinanderfolgenden Spannungsstufen über Schaltschütze abwechselnd an die eine oder andere Anode der betreffenden Transformatorseite angeschlossen werden können. Die Steuergitter der Anoden ¢ bis 7 sind an eine Gittersteuerungseinrichtung8 angeschlossen, welche mit einer beispielsweise von Hand zu betätigenden Regelvorrichtung g gekuppelt ist. Die gleiche Regelvorrichtung g betätigt auch die Schaltschütze des Transformators.
• Die Schaltung wird beim Anlassen der Fahrzeugmotoren zweckmäßig wie folgt betrieben: Die beiden dem Transformatornullpunkt zunächst liegenden Schütze io und ii werden eingeschaltet, und die Anoden 5 und 6 werden dadurch an die kleinste Transformatorspannung angeschlossen. Mit Hilfe der Gittersteuerungseinrichtung 8 wird diese Spannung etwa halb ausgesteuert, so daß die erste Anfahrstufe mit beispielsweise 6°J, Spannung an den Motoren liegt. Durch Gittersteuerung wird dann mit Hilfe der Regelvorrichtung 9 die vom Gleichrichter abgegebene Spannung bis auf beispielsweise i i %, d. h. auf den vollen Wert der kleinsten Stufenspannung des Transformators, gebracht. In dieser Stellung sind die Anoden 5 und 6 voll ausgesteuert, der Gleichrichter arbeitet in seiner niedrigsten Stufe mit cos p = i.
• Zum übergang auf die nächste Transformatorstufe wird durch die Regelvorrichtung g das durch die Anoden q. und 7 gebildete Anodensystem so weit ausgesteuert, daß beim Einlegen der beiden nächsten Schaltschütze r und 13 von den teilausgesteuerten Anoden 4. und 7 die gleiche Spannung abgegeben wird wie von den voll ausgesteuerten Anoden 5 und 6. Die Schaltschütze 12 und 13 können dann stromlos geschlossen und die beiden Schütze io und ii geöffnet werden. Vor dem Öffnen der Schütze io und ii werden zweckmäßig die Anoden 5 und 6 durch Gittersteuerung gesperrt, so daß der Strom auf das durch die Anoden ¢ und 7 gebildete Anodensystem übergeschaltet und die beiden Schütze io und ii stromlos werden. Mit Hilfe der Gittersteuerung wird nun wieder bei den Anoden 4. und 7 auf die volle Stufenspannung lieraufgeregelt. Der Gleichrichter arbeitet dann auf der zweiten Stufe ebenfalls mit cos (P = i.
• Mit Hilfe der Gittersteuerung wird danach wieder das Anodensystem 5, 6 so vorbereitet, daß beim Einschalten der nächstfolgenden Schütze 1q., 15, die an der dritten Anzapfung des Transformators liegen, dieselbe Spannung wie beim Anodensystem 4, 7 auftritt und beim Sperren des Anodensystems 5, 6 der Strom zwangsläufig von dem einen Anodensystem auf das andere übergeht. Die weiteren Transformatorstufen werden im gleichen Sinne nacheinander eingeschaltet.
• Es kann zweckmäßig sein, die Stufenzahl der Transformatoren derart groß zu wählen., daß man ohne Regelung durch Gittersteuerung auskommt. Die Steuergitter des Gleichrichters dienen dann nur noch zum Sperren und Öffnen der zugehörigen Anoden.
• Eine weitere Verbesserung der Regelanordnung besteht darin, daß abweichend von den bisher üblichen Gleichrichterschaltungen von dem Gleichrichter nur ungeglätteter Strom geliefert wird, der bei voller Aussteuerung des Gleichrichters aus einzelnen Sinuswellen besteht. Die Oberwellen, die zur Glättung des welligen Stromes erforderlich sind, werden gemäß der Erfindung von besonderen Schwingungskreisen geliefert, die zu dem Gleichstromnetz bzw. den Gleichstromklemmen des Gleichrichters parallel geschaltet sind. In dem Schaltungsschema ist ein solcher Schwingungskreis mit R bezeichnet und besteht aus einer Induktivität 20, welche mit einem Kondensator 21 in Reihe geschaltet ist.
• Zur Glättung des von dem Gleichrichter gelieferten Stromes, welcher bei der Zweiwegschaltung, wie sie in dem Schaltungsschema angegeben ist, aus aneinandergereihten sinusförmigen Halbwellen besteht, sind hauptsächlich eine zweite und eine vierte Oberwelle erforderlich. Wenn der Gleichrichter nur sinusförmigen Halbwellenstrom auf der Gleichstromseite zu liefern hat, dann würde er auf der Primärseite rein sinusförmigen Strom aufnehmen, und der Verzerrungsfaktor wäre gleich der Einheit. Dieses Ziel wird bei der Regelanordnung nach der Erfindung ziemlich weitgehend erreicht, wenn man die Schwingungskreise für die zweite und vierte Oberwelle bemißt. Die noch verbleibende Welligkeit des Gleichstromes wird durch die Reihenschlußwicklungen der Antriebsmotoren zum größten Teil beseitigt. Der Primärstrom des Gleichrichters weicht dann zwar etwas von der Sinusform ab, diese Abweichung ist jedoch verhältnismäßig sehr gering. Da die Schwingungskreise bei einer Primärfrequenz von 5o Hertz für ioo bzw. Zoo Hertz ausgelegt werden müssen, erhält man äußerst günstige Abmessungen. Das zusätzliche Gewicht wird außerdem teilweise dadurch ausgeglichen, daß der Transformator die Oberwellenströme nicht mehr zu führen braucht und dadurch kleiner wird. Verbindet man mit diesem System noch eine Aufteilung der einzelnen Streckenabschnitte auf die verschiedenen Phasen des - speisenden Drehstromnetzes, so wird die Rückwirkung auf das Drehstromnetz äußerst günstig, auf jeden Fall nicht ungünstiger als bei anderen einphasigen Bahnsystemen, die nicht mit Gleichrichtern arbeiten.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: z. Einrichtung zur Regelung der Spannung von Gleichstrommotoren, insbesondere Fahrzeugmotoren, die über Gleichrichter mit mehreren an verschiedene Spannungen anschließbaren und durch Gittersteuerung regelbaren Anoden an Wechselspannung angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Transformatorseite mehr als zwei Anzapfungen hat, die derart zu zwei Gruppen zusammengefaßt sind, daß die aufeinanderfolgenden Anzapfunge.n abwechselnd der einen und der anderen Gruppe angehören, wobei jeder Gruppe von Anzapfungen je eine Anode des Entladungsgefäßes zugeordnet ist, mit der die einzelnen Anzapfungen der Gruppe verbunden werden können. .
2. 2. Einrichtung nach Anspruch r, dadurch ,gekennzeichnet, daß die -in Zweiwegschaltung geschaltete Gleichrichteranordnung derart ausgelegt ist, daß der von dem Gleichrichter gelieferte Strom aus gleichgerichteten Sinushalbwellen besteht, und daß durch auf der Gleichstromseite angeordnete Schwingungskreise dieser Strom durch Oberwellen zum Gleichstrom ergänzt wird.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungskreise auf die zweite und vierte Oberwelle abgestimmt sind. q..
4. Einrichtung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Transformatorstufen derart bemessen ist, daß ohne Regelung durch Gittersteuerung von einer Stufe auf die andere umgeschaltet werden kann, ohne daß, unzulässig große Stromstöße auftreten.
5. 5. Verfahren zum Betriebe .der Einrichtung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke des Überganges der Stromführung von zwei Anoden (5, 6), des Gleichrichters (3) auf die beiden anderen Anoden (q., 7) zunächst die letzteren Anoden durch Gittersteuerung derart ausgesteuert werden, daß ihre Spannung beim Einschalten der zugehörigen Schaltschütze des Transformators derjenigen Spannung gleich ist, die an den beiden anderen Anoden (5, 6) bei voller Aussteuerung der diesen Anoden zugeführten Spannung vorhanden ist, und daß dann die Schaltschütze (i2, 13) der der höheren Spannung zugeordneten Anoden (q., 7) geschlossen, die Schaltschütze (ro, rz) der anderen Anoden (5, 6) dagegen geöffnet werden.