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Anordnung zur Steuerung .von Umkehrstromrichtern Ein. als Wechselrichter
betriebenes, StromrIchtgefäß kann nicht belastet werden., wenn seine Entladungsstrecken,
nicht hinreichend frühzeitig vor dem Phasenschnittpunkt abgelöst werden. Den für
eine bestimmte Last erforderlichen Voreslwinkel des Zündeinsatzes der Anoden vor
denn Phasen, Schnittpunkt bezeichnet man vielfach: als Respektabstand.
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Arbeitet eine Stromrichteranlage als Umkehrstromrichter, sei es in
Kreuz- oder in Eingef'äßscha,ltung, so, ist es zweckmäßig und. gebräuchlich, zwei
miteinander gekuppelte, Driehregler vorzusehen, von denen jeweils nur einer die
Steuerung des Stromrichters besorgt, z. B. im Gleichrich,teirbetrieb, während der
andere für den, umgekehrten Betriebsfall, also beispielsweise für den Wechselrichterbetrieb,
bereitsteht. Dabei ist es, von Besonderheiten abgesehen, erforderlich, d;aß die
Steuerspannungen; für den Gleich- und den Wechselrichter, genau in Phase, sind.,
wenn die ideellen Gleichspannungen Null sind. Die Drehregler werden: daher so geschaltet,
daß bei jedem Verdrehungswinkel des Drehreglersatzes die Gleichhe it der ideellen
Gleichspannungen erhalten bleibt. Damit wäre aber der Wechselrichter nicht belastbar,
wenn der Gleichrichter nahezu voll geöffnet ist, und die höchste Gleichspannung
des Gleichrichters dürfte mit Rücksicht auf den dann an der
Kippgrenze
stehenden Wechselrichter nicht singe stellt werden.
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Ist es dagegen nicht erforderlich:, bei höchster Gleichspannung in
dien Wechselrich;terbetrieb überzugehen, so, können solche Spannungswerte am Gleichrichter
ohne Bedenken. auch unter Last eingestellt werden, wenn, währenddessen, der WechselrichteT,
gesperrt ist.
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Hat man. mit so hoher Gleichrichtera.ussteuerung gearbeitet, daß der
tatsächliche Wechselrichtervoreilwinke;l vor dem Kippunkt kleiner ist als, der Respektabstand,
so darf die Energierücklieferung über den Wechselrichter nur nach. He@rabregeln
seiner Spannung eingeleitet werden. Die Drehregler können dabei in der oben beschriebenen
Weise. gekuppelt und bis auf go° aus der Nullstellung verdreht sein, ohne da,ß Kippgefahr
besteht, da ja, mit der Belastung der Wechselrichterdrehregler sich mehr und, mehr
vom Kippunkt entfernt.
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Die obigen Regeln, für die Aussteuerung des Gleich- oder Wechselrichters
sind. dann, besonders wichtig, wenn über einen Umkehrstromrich.ter ein Motor betrieben
wird, der zusätzlich auch im Feld geregelt wird. Bevor die Drehzahl durch Feldsch,#vächung
erhöht werden. kann., muß die Ankerspannung ihrem Höchstwert erreicht haben, der
Gleichrichter also voll offen arbeiten:. Dabei steht der Wechselrichter an der Kippgrenze.
Aus diesem Grunde, kann dann nicht durch Feldverstärlcung gebremst werden., denn.
dabei würde sich die Maschinenspannung erhöhen und über den nicht belastungsfähigen
Wechselrichter einen. Strom schicken.
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Die Erfindung vermeidet diese Nachteile bei der Steuerung vom Umkehrstromrichtern,
bei denen die Steuereinrichtungen für die beiden Stromrichterhälften gemeinsam verstellt
werden. Es wird vorgeschlagen, daß bei Erreichen der für den Wechselrichterbetrieb
zulässigen höchsten Gleichspannung die Steuereinrichtung, die dem Wechs.elrichterteil
des Stromrichters zugeordnet ist, festgehalten: und die zugehörigen. Gitterkreiset
gesperrt werden; und nur noch die Steuereinrichtung für den Gleichrichterbetrieb
eine weitere, Erhöhung der Gleichspannung zuläßt.
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Der We:chselrichterd.rehregler wird demnach, da er während des Gleichrichterbetriebes
unbeteiligt ist, gar nicht näher als auf den Respektabstand: an den Phasenschnittpunkt
herangeführt. Voraussetzung hierfür ist allerdings, daß die Spannungsabfälle im
Kreis den Stromstoß hinreichend begrenzen, den die, Differenz der vollen Ankerspannung
der Maschine und der maximal erreichbaren Wechselri.chtergegenspannung beim Umschalten
hervorruft.
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Die Fig. i zeigt ein; Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der
Respektabstand: elektrisch dargestellt wird.. Durch die Auslagei des Steuerhebels
i nasch. rechts oder links ist dieLau.frich:tung der Maschine eindeutig bestimmt
und somit auch; welcher der Drehregler 2 jeweils für den Wech.selrichterbetrieb,
bereitsteht. Diesem Drehregler wird eine durch einen, vorgeschalteten Drehregler
3 verspätete: Spannung zugeführt, während der Drehregler, der gerade die Gleichrichtersteuerung
bewirkt, unmittelbar ans Netz q. geschaltet ist. Ein Umschalter 5 auf der Drehreglerwelle
nimmt im Nulldurchgang die Vertauschung der Anschlüsse vor. Dieser Umschalter, in.
Fig. i als 2 X 3Polige Kontaktwalze angenommen., kann ebensogu:t als Nockenschalter
od. dgl. ausgebildet sein, Die Wellen, der Steuerregler :2 und des. Vo@rsatzdrehreglgrs
3 tragen Kurbeln 6 und 7, die über eine Pleuelstange 8 miteinander gekuppelt sind.
Die Radien und Versetzungen der Kurbeln sind, so gewählt, daß eine Verdrehung der
Steuerregler um ± go° eine Verdrehung des Vo,rsatzdrehreglers 3 um den dem Respektabstand
entsprechende Winkel 99 jeweils im gleichen Sinne zur Folge hat. Durch diese
Anordnung kann der, unmittelbar am Netz liegende Gleichrichterdrehregler jeweils
go° Öffnung erreichen, wodurch der über den; Vorsatzdrehregler gespeiste Wechselrichterd:rehregler
eine Spannung abgibt, die um p° zurückgehalten ist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Kupplung zwischen,
den beiden. Achsen auch so ausgebildet sein, daß der Vorsatzdrehregler sich mit
den Steuerdrehreglarn nicht stetig bewegt, .sondern erst in der Nähe der go°-Auslage
verstellt wird. Es sind: hier verschiedene Ausführungen möglich, die im Rahmen der
Erfindung liegen. Es ist auch möglich, dem Läufer des. Vorsat7dreh,-reglers auf
dieselbe Achse zu setzen wie die Steuerdrehre-gler, seinen Ständer drehbar zu. lagern
und zunächst bis zum Respektabstand p mitzunehmen, dann aber stehenzulassen.
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Schließlichist es abervielfach geradeerwünscht, die Differenz zwischen
den Gleichspannungen. des Gleich,- und des Wechselrichters bis zum Erreichen des
Respektabstandes stetig zu verändern. Durch entsprechend ausgebildete Kurbeln kann
man den veränderlichen Einfluß des Lichtbogenabfalles ausgleichen;.
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Gemäß einem weiteren, in Fi.g.2 dargestellten Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann der Respektabstand in folgender Weise eingehalten werden:: Jeder
belastete Drehregler hat ein Drehmonien.t, dass den Zündverzögerungs.winkel zu,
vergröße,rn. sucht. Von der Gleich: zur Wechse:lrich:tera:uslenkung läuft der Drehregler
also von selber. Im Respektabstand vom Kippunkt braucht er dann nur angehalten zu
werden. Im umgekehrten Sinne aber, zu höheren Gleichrichterspannungen hin, muß er
gegen sein Eigenmoment gedreht werden.
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Zwischen den beiden Drehreglern ii und 12 in Fig. 2 sitzt die Antriebswelle
13, die von. Hand oder von, einem Thomaregler 1q. angetrieben sein kann.
Sie trägt zwei Mitnehmer 15, die jeweils über einen Bolzen 16 bzw. 17 die Drehregler
gegen ihr Eigenmoment bewegen:, und: zwar bis zu go° Öffnung. In. entgegengesetzter
Richtung wird es dem jeweiligen Drehregler überlassen, kraft seines Eigenmomentes
nachzulaufen. Die Drehung des jeweiligen Werhselrichterdrehreglers endet an einem
Anschlag 18 bzw. ig mit Respektabstand
vor dem Phasenschnittpunkt,
während der Mitnehmer 15 weiterlaufen und. der Gleichrichterdrehregler go° COffnung
erreichen kann.
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Nun. ist es gewöhnlich: immer nur einer der Drehregler auf das Steuergerät
geschaltet, also belastet. Um auch den anderen stets zu belasten und ihm auf diese
Weise ein Drehmoment zu erteilen, ist eine Widerstandskombination :2o, vorgesehen,
die die gleiche oder eine größere Last wie das Steuergerät 2I darstellt, und; wird
selbsttätig an den jeweils nicht auf die Steuerung arbeitenden Drehregler angeschlossen.
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Die Anordhung nach dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der
Erfindung arbeitet dann nicht zuverlässig, wenn die Drehregler ein zu kleines Eigenmoment
haben, um den raschen Bewegungen des, Antriebes, schnell genug folgen zu können.
Dann werden die Drehregler zweckmäßig auch, nasch der Wechs.elrichterseite hin.
zwangläufig geführt und im. Respektabstand vom Kippunkt festgehalten. Für diese
Aufgaben ,sind zahlreiche Lösungen möglich, solange man reicht besondere Anforderungen
an die Spielfreiheit der Bewegungen stellt. Nun ist es aber vielfach erwünscht,
den Drehregler mit gleicher Winkelgeschwindigkeit beim gleichförmiger Bewegung des
Antriebes bis zum Kippunkt zu: verstellen, ihn, dort spielfrei zu fixieren. und,
beim Rückwärtsgang ebenso, wieder auszukuppeln und mitzunehmen.
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Hierzu dient das. in Eig.3 dargestellte AusführungsbeisPiel. 31 ist
die Achse eines Drehreglers, auf die das Zahnrad 32 aufgekeilt isst. 33 ist die
Welle des Thomareglers., die an ihrem Ende die Kurvenscheibe 34 trägt. In, die Ku@rvenscheibe
34 isst ein Zapfen, 35 eingelassen, auf dem ein Kitzel 36 läuft. Dieses Ritze:l
ist mit dem Zahn rad 32 im Eingriff und trägt außerdem eine angesch,liffene:Zylinderfläche:
37, die auf der festem Leitschiene 38 gleitet. Die Leitkurve der Schiene ist ein
Kreisbogen, der auf der Gleichrichterseite des Drehreglers über go° hinaus reicht,
während sie auf der Wechselrichterseite vom Abstand go° -p an in eine andere Kurve
übergeht. In der Nullstellung steht das Kitzel 36 einem zweiten Kitzel 39 mit einer
ebensolchen angeschliffenen Zylinderfläche 40 gegenüber, das auf der im Träger der
festen Leitschiene 38 stehenden Achse 40 läuft.
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Die Fig. 3 a stellt die Anordnung in Nullstellung dar, die- Fig. 3
b, beii Auslage bis go° bzw. bis. zum Respektabstand. Die Wirkungsweise ist folgende:
Bei Drehung des Thomareglers aus der Nulls.te:llung gleitet die Fläche 37 des Ritzens
36 auf der Leitschiene:38 und hindert das Ritze:l daran, sich zu drehen. Es ist
also mit dem Zahnrad 32 in festem Eingriff und nimmt daher dieses mit. Hat die;
Verdrehung nach der Wecb.selrichterseite 2 den Winkel go° -(p erreicht, so gestattet
die von dort ab vorhandene Form der Leitschiene 38, daß das Kitzel 36 sich drehen
und auf dem Rad 32 abrollen kann. Das Rad 32 wird vom Winkel go° -c) an. demnach
nicht mehr mitgenommen.. Inzwischen ist aber die Kurvenscheibe 34, die: eine reine
Kreiskurve darstellt, so, weit unter die Anschlifffläche 40 des Kitzels
39 gelangt, daß durch das Aufeinandergleiten der Flächen 4o und 34 das. Kitzel
39 und damit auch das Rad 32 festgestellt wird.
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Bei gut arbeitenden Zähnen und Kurvenscheiben läßt sich das Spiel
auf ein: Minimum beschränken. Bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungen bleibt
der Vektor Uw der Ausgangsspannung des Wechselrichterdrehreglers 9p° vom Kipppunkt
entfernt (Fig. 4), während der Vektor- UG des. Gleichrichterdrehreglers- um volle
go° verlagert wird. Das macht sich störendi bemerkbar, wenn; für den Betrieb des
Umkehrstromrichters ein Spannungsvergleich; durchgeführt werden soll. Die mit der
Spannung der angetriebenen, Maschine zu vergleichende Stromrichterersatzspannung
G' wird nämlich in vielen Fällen ails- Differenz der Spannungen Uw und UG der Drehregler
gebildefit. Solange sich diese Spannungsvektoren in ihrer Phasenlage gleichmäßig
vorn Nullpunkt aus nach entgegengesetzten Seiten entfernen" ist diie Differenzspannung
nach. einem Sinusgesetz vom Verdr@ehungs.winkel abhängig. Wird aber eine der eben.
beschriebenen Maßnahmen zum Einhalten dies Respektabstandes, dies Wechselrichters
angeordnet, so weicht vom Winkel go° - cp an der Zusammenhang zwischen der
Stromrichterersatzspannung und dem Verdrehungswinkel vom Sinusgesetz ab (Fig. 4),
während die Spannung des Gleichrichters nach dem Sinusgesetz weitersteigt. Beide
Spannungskurven als Funktion des Öffnungswinkels ß des Gleichrichters zeigt Fig.
5. Diese Abweichung der Ersatzspannung (Kurve b) von der tatsächlichen Gleichspannung
(Kurve a) kann zu Fehlschaltungen führen. Daher wird nach einer Weiterbildung der
Erfindung auch die Ersatzspannung für die Maschinenspannung der neuen Charakteristik
angepaßt. Wird diese Spannung von einem fremderregten Tachometerdynamo 22 in Fig.
2 erzeugt, so kann von der Antriebswelle der Drehregler aus ein Widerstand 23 verstellt
werden, der vom Winkel go°-cp ab die Erregung des Tachometerdynamos so herabsetzt,
daß ihre Spannung dieselbe Abhängigkeit vom Öffnungswinkel ß aufweist wie die Gleichrichterersatzspannung.
Durch genügend großen Widerstand 24 im Erregerkreis des Tachometerdynamos und genügend
hohe Spannung an diesem Kreis wird, dafür gesorgt, daß der Erregerstrom schnellen
Änderungen der Steuerung folgen kann.
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Die Fremderregung des Tachometerdynamos bietet noch den weiteren Vorteil,
rasche Netzspannungsschwankungen, als deren Folge die Stromrichterersatzspannung
schwankt, ausgleichen zu können. Speist man die Erregung des Tachometerdynamos über
,einen Trockengleichrichter 25 aus dem gleichen Wechselstromnetz wie die Drehregler,
so schwankt auch die Spannung des Tachometerdynamos ebenso wie die Stromrichterersatzspannung,
und der Vergleich bleibt unbeeinflußt.