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Einrichtung für den Betrieb von Motoren in Umkehrantrieben Durch Einführung
der Spannungsregelung bei Stromrichtern mit Dampf- oder Gasentladungsstrecke durch
Gittersteuerung sind Stromrichter auch in das Gebiet der Walzwerkantriebe eingedrungen.
In den letzten Jahren sind vor allem kontinuierliche Antriebe von Gleichstromwalzenzugmotoren
in steigendem Maße unter Verwendung von Stromrichtern mit Spannungsregeliirig gebaut
worden. Umkehrantriebe weisen zwei hauptsächliche Unannehmlichkeiten auf, welche
bisher durch Anwendung von Ilgner-Antrieben vermieden werden konnten. Es sind dies
die ungedämpfte Übertragung aller Belastungsstöße auf das speisende Wechselstromnetz
und der -große Blindstrombezug beim Anfahren der Motoren. Zur Vermeidung von solchen
Belastungsstößen ist vorgeschlagen worden, parallel zu dem als Gleichstrom-Kollektormotor
arbeitenden Antriebsmotor eine mit Schwungmasse versehene Hilfsmaschine zu schalten,
wobei zur Beschleunigung der Schwungmasse ein über einen besonderen Stromrichter
gespeister Hilfsmotor verwendet wird. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß das
Ausgleichsaggregat aus zwei Kommutatormaschinen mit besonderem Stromrichter besteht.
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Es ist ferner vorgeschlagen «-orden, an Stelle von Kollektormotoren
Induktionsmotoren als Arbeitsmotoren zu verwenden, die über einen ruhenden Frequenzwandler
von einem an das Netz angeschlossenen Wechselstromgenerator mit Schwurgrad gespeist
werden. Bei dieser Lösung sind jedoch Motorgenerator und Arbeitsmotor leistungsmäßig
hintereinandergeschaltet, woraus entsprechend der zweimaligen Leistungsumformung
ein schlechter Wirkungsgrad und hohe Anschaffungskosten sich ergeben. Es besteht
schließlich. die kIöglichkeit, Umkehrantriebe für Walzwerke unter Verwendung von
gittergesteuerten Stromrichtern mit walztechnisch gleichen Ergebnissen wie bei den
bisherigen Leonhard-Antrieben zu bauen. Dabei zeigt sich, daß es bei Verwendung
von Stromrichtern mit Gittersteuerung für die Spannungsregelung zwar möglich ist,
die beim Anfahren
der U mkehrinotoren auftretenden großen Dlindströnrie
durch an das primäre Wechselstromnetz angeschlossene, auf konstante Spannung geregelte
Synchronmaschinen aufzunehmen und auf diese Weise das Primärnetz vorn Blindstrorn
zu entlasten, daß aber der Nachteil der ungedämpften Übertragung der Belastungsstöße
auf das Primärnetz bestehen bleibt, was auf die Wirkungsweise des Stromrichters
als statischer Apparat zurückzuführen ist.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist nun die, auch für
diejenigen Fälle, in denen sowohl die Aufnahme großer Blindströme aus dein Primärnetz
als auch die Übertragung der Überlastungsstöße in das Primärnetz vermieden werden
muß, eine Lösung zu finden. U m dabei sowohl die beim Anfahren. auftretenden Blindströme
als auch die Belastungsstöße des Umkehrmotors aufzunehmen, wird erfindungsgemäß
ein besonderes rotierendes Ausgleichsaggregat, im folgenden Speicher genannt, vorgesehen,
welches ebenfalls als mehrphasiger Stromrichtermotor geschaltet ist. Dieser Speicher
wird mit dem U rnkehrmotor derart zusammengechaltet, claß der Speicher beim Anfahren
des Umkehrmotors die Blindströme mit der der Drehzahl und Polzahl des Speichers
entsprechenden Frequenz liefert, so daß ein Dlindstrornbezug aus dein Netz wegen
der verschiedenen Frequenzen grundsätzlich nicht auftreten kann. Da die Drehzahl
des Speichers von der Netzfrequenz unabhängig ist, weil er als Stromrichtermotor
sich gleich verhält wie eine Gleichstrommaschine, kann durch entsprechende Regelung
der Gittersteuerung und des Feldes am Speicher diesem letzteren wahlweise Leistung
zu- oder abgeführt werden, was die Übernahme von positiven und negativen Belastungsstößen
des Umkehrmotors durch den Speicher erlaubt, so daß in gleichem -Maße das Netz von
diesen Belastungsstößen befreit wird. Die Regelung der Drehzahl des Umkehrmotors
erfolgt dabei in bekannter Weise entsprechend der Steuerung des mehrphasigen Stroinrichtermotors
durch Gittersteuerung, wobei bekanntlich die dein 'Motor zugeführte Spannung und
seine Drehzahl proportional sind, d. 11. der Motor eine spannungslineare
Drehzahltrennlinie besitzt.
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Gegenstand der Erfindung ist somit eine Einrichtung für den Betrieb
von Motoren mit spannungslinearer Drelizahlkennlinie in Umkehrantrieben, unter Verwendung
von Stromrichtern mit Gittersteuerung für die Drehzahlregelung, wobei erfindungsgemäß
eine als kollektorloser Stromrichtermotor geschaltete 1?inankerspeicherniaschine
vorgesehen ist und wobei sowohl die Sekundärwicklung des Strornrichtertransforrnators
bzw. das Primärnetz selbst als auch die Arbeitswicklung des Umkehrmotors parallel
zueinander in gleicher Schaltung je über gesteuerte Entladungsstrecken an die Arbeitswicklung
der Speichermaschine angeschlossen sind, wobei die Steuerspannungen der dem Primärnetz
bzw. dem Uml@ehrmotor zugeordneten Anoden je aus einer Wechselspannung mit der Frequenz
der Speichermaschine und aus einer Wechselspannung mit Netzfrequenz bz«-. Motorfrequenz
zusammengesetzt sind.
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In der Zeichnung sind :@usführungsbeispiele der Erfindung schematisch
in Fig. i und 2 dargestellt, bei welchen sowohl der Umkehrmotor als die Speicherinascbine
Stromrichtermotoren sind.
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Beim Beispiel nach Fig, i ist die Verwendung von normalen mehranodigen
Stromrichtergefäßen, im vorliegenden Fall eines Ouecksilberstromrichters mit 2.4
Anoden, vorausgesetzt. Das Netz i speist über den Schalter 2 die Primärwicklung
3a des Transformators 3. Die Sekundärwicklung 3b jeder Säule ist in zwei getrennte
Wicklungen mit je einer Mittelanzapfung aufgelöst, wobei die Außenklemmen dieser
tTicklungen mit zwölf Anoden des Stromrichters io, die Mittelpunkie derselben über
die Wicklungen einer dreischenkligen Drosselspule6 und dieWicklungen einer zweischenkligen
Glättungsdrosselspule 8 mit den Klemmen einer Phase der Arbeitswicklung5a der Speichermaschine
5 verbunden sind. Die Mittelpunkte der Arbeitswicklung 5a sind miteinander und mit
der Kathode des Stromrichters io verbunden. In genrau gleicher Weise wie die Sekundärwicklung
3b des Transformators 3 ist die Arbeitswicklung q.b des U mkehrrnotors q. aufgelöst
und einerseits mit 12 Anoden des Stromrichters io, anderseits über die entsprechenden
Drosselspulen 7 bzw. 9 mit der Arbeitswicklung 5a der Speichermaschine 5 verbunden.
Kennzeichnend für diese Schaltung ist die bezüglich der in der Wicklung 5a induzierten
Spannung parallele Anordnung der Sekundärwicklung 311 des Transformators und der
Arbeits-Wicklung 41' des Umkehrmotors. llit 5h bzw. 4.a sind die mit Gleichstrom
erregten Feldwicklungen der konstruktiv als Synchronmaschinen gebauten 'Maschinen
5 und .I angedeutet.
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Die Steuerung der mit der Wicklung 3b bzw. db verbundenen Anoden des
Stromrichters io erfolgt in bekannter Weise entsprechend der Steuerung von mehrphasigen
Stromrichtermotoren, welche ihrerseits grundsätzlich mit der Steuerung von unmittelbaren
Kupplungen von 1Ielirpliasennetzen verschiedener Frequenz übereinstimmt. Hierbei
setzen sich die Steuerspannungen der der Wick-
Jung 35 zugeordneten
Anoden je aus einer Wechselspannung der Frequenz des Primärnetzes i und einer Wechselspannung
der Frequenz der Speichermaschine 5 und die Steuerspannungen der der Wicklung e
zugeordneten Anoden je aus einer Wechselspannung mit der Frequenz des Umkehrmotors
d. und einer Wechselspannung mit Frequenz der Speichermaschine 5 zusammen. Die Drosselspulen
6 und S bzw. 7 und g dienen zur Aufnahme der den verschiedenen Frequenzen entsprechenden
momentanen Spannungsdifferenzen zwischen den Spannungen der beiden gekuppelten Systeme.
In gleicher Weise wie bei der bekannten direkten' Kupplung zweier Mehrphasennetze
über einen einzigen Stromrichter erfolgt nun nach Maßgabe der Steuerung der Anoden
des Stromrichters io wahlweise ein Energiefluß aus dem Primärnetz i über den Transformator
3 in den Speicher 5, wobei dieser letztere entsprechend seinem Massenträgheitsmoment
beschleunigt wird, oder aber es tritt ein Energiefluß auf aus dem Speicher 5 in
den Umkehrmotor q., wobei in gleicher Weise der Speicher 5 entladen und der Motor
q. beschleunigt wird. Beim Bremsen des Umkehrmotors tritt ein Leistungsfluß nur
von dem dann als Generator arbeitenden Motor nach dem nun als Motor arbeitenden
Speicher auf, dessen Drehzahl dabei zunimmt. Endlich tritt auch ein unmittelbarer
Energiefluß aus dem Netz i in den Umkehrmotor q. auf, wobei die Frequenzen des Speichers
5 lediglich als unbeteiligte Zwischenfrequenz zu bewerten ist. Um nun bei Stoßbelastung
die Leistungsstöße vom Netz fernzuhalten, muß das Verhältnis der gegen die Gleichspannung
des Netzes gerichteten Gleichspannung des Speichers zur ersteren bei Zunehmen der
Belastung des Motors zunehmen, so daß die aus dem Netz fließende Leistung abnimmt
und die vom Speicher abgegebene Leistung zunimmt. Da die gezündete Spannung des
Netzes in Rücksicht auf den Leistungsfaktor des Netzstromes praktisch konstant gehalten
werden soll, muß die gegen die Netzgleichspannung gerichtete Speichergleichspannung
mit zunehmender Motorbelastung zunehmen. Zu diesem Zweck muß entweder. das Feld
des Speichers verstärkt oder die Voreilung. des Zündpunkten der mit dem Transformator
verbundenen Anoden gegenüber der Speicherwechselspannung vermindert werden. Diese
Zustandsänderungen lassen sich praktisch am besten durch automatische Regler ausführen.
Man kann beispielsweise den Speicher durch einen an dessen Wechselspannung angeschlossenen
und auf dessen Erregung wirkenden automatischen Regler auf konstante Spannung regeln
und die Reglerkonstante durch einen von der Netzleistung beeinflußten Leistungsbegrenzungsregler
so beeinflussen, daß die vom Spannungsregler eingehaltene Spannung beim Überschreiten
einer festgelegten Grenzleistung im Netz ansteigt und dadurch das Netz entlastet,
so daß diese Grenzleistung nicht überschritten werden kann. Dieselben Regler können
aber auch nur auf die Zündpunkte oreilung bzw. die Speicherspannung der an den Transformator
angeschlossenen Anoden einwirken. Endlich lassen sich beide Einwirkungen gleichzeitig
durchführen. Solange die der Netzfrequenz entsprechende Komponente der Steuerspannung
der der Wicklung 3b zugeordneten Anoden in ihrer Phase nicht beeinflußt wird, solange
kann auch das Netz i weder auf den Speicher 5 noch auf den Umkehrmotor q. zusätzliche
Blindleistung liefern. Die beim Anfahren des Umkehrmotors q. erforderliche Blindleistung
wird vielmehr mit der der Drehzahl und Polzahl der Speichermaschine 5 entsprechenden
Frequenz aus diesem letzteren gedeckt, wobei durch entsprechende Regelung des Erregerstromes
in der Feldwicklung 56 die Spannung dieser Maschinen trotzdem konstant gehalten
werden kann. Außerdem kann durch bekannte Mittel der dem Nulleiter der Wicklung
5a zufließende Gleichstrom zur Kompoundierung der Maschine verwendet werden, wobei
die Kompoundierung durch bekannte Mittel wieder von der abgegebenen Blindleistung
abhängig gemacht werden kann.
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Die Speichermaschine 5 wird dabei zweckmäßig als raschlaufende Maschine
mit großem Massenträgheitsmoment ausgeführt, wobei die Verluste der Maschine auf
ein erträgliches Maß gebracht werden können. Grundsätzlich ist es möglich, auch
den Speicher 5 als Antrieb für irgendwelche Zwecke zu verwenden, sofern die im Speicher
auftretenden, mit den elektrischen Stoßbelastungen desselben zusammenhängenden Drehzahländerungen
für den Antrieb zulässig sind. Beispielsweise kann der Speicher auch als Langsamläufer
für den Antrieb von kontinuierlichen Walzenstraßen verwendet werden, sofern das
Massenträgheitsmoment genügend groß gewählt wird.
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Beim Beispiel nach Fig.2 sind an Stelle des Stromrichters io mit 24
Anoden der Fig. i Entladungsapparate mit je nur drei Anoden verwendet. In diesem
Fall kann auf die Aufstellung des Transformators 3 verzichtet und bei nicht zu großer
Netzspannung sowohl die Speichermaschine 5 als auch -der Umkehrmotor q. über die
Entladungsapparate i i bis 22 unmittelbar an das Netz angeschlossen werden. Die
prinzipielle Wirkungsweise dieser Anordnung ist genau dieselbe -wie diejenige nach
Fig. i, wobei die Entladungsapparate i i bis 22 an Stelle des Stromrichters
to
treten. Die zweischenkligen Drosselspulen 24 und 25 dienen, wie für Fig. i beschrieben,
zur Aufnahme der Spannungsdifferenzen zwischen den Spannungen verschiedener Frequenz
der gekuppelten Systeme in ähnlicher Weise wie die Glättungsdrosselspulen in Gleichrichteranlagen.
Der Umkehrinotor kann, anstatt wie in den beiden beschriebenen Beispielen ein kollektorloser
Stromrichterinotor, ebensogut ein normaler Gleichstrommotor sein. In diesem Falle
kann für die Umkehrung der Drehrichtung und der Energierichtung die bekannte Kreuzschaltung
mit zwei getrennten Stromrichtern oder die bekannte Eingefäßschaltung mit Umschalter
verwendet «erden. Anstatt mehrere Entladungsstrecken konstruktiv zu vereinigen,
wie bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen, ist es ohne weiteres möglich, für
jede Entladungsstrecke ein besonderes Gefäß vorzusehen.