DE961118C

DE961118C - Device for limiting the current of motors fed by controllable valves

Info

Publication number: DE961118C
Application number: DEA18553A
Authority: DE
Inventors: Ernst Egli; Dipl-Ing Dr Geor Weissenberger
Original assignee: Siemens Albis AG
Current assignee: Siemens Schweiz AG
Priority date: 1952-10-21
Filing date: 1953-08-07
Publication date: 1957-04-04

Description

Einrichtung zur Begrenzung des Stromes von über steuerbare Ventile gespeisten Motoren Die Erfindung .betrifft eine Einrichtung zur Begrenzung des Stromes von über steuerbare Ventile gespeisten Motoren. Bei bekannten Einrichtungen dieser Art wird eine Regelspannung zur Steuerung der Ventile oder ein Steuerstrom zur Erregung einer Kompoundwicklung im wesentlichen mittels eines Wandlers gewonnen. Dieser Wandler weist dabei einen sättigbaren Kern auf, der durch eine erste Wicklung mittels eines Gleichstromes bis ins Gebiet der Sättigung vormagnetisiert wird. Der zu steuernde Strom fließt durch eine zweite Wicklung des Wandlers, die derart geschaltet ist, daß letzterer Strom im Wand'lerkern eine der Vormagnetisierung entgegengerichtete Magnetisierung hervorruft. Zudem ist die zweite Wicklung derart bemessen, daß bei überschreiten eines durch die Vormagnetisierung festgelegten Grenzstromes der Anlage der Wandlerkern ummagnetisiert wird. Die Ummagnetisierung des Wandlerkernes wird zur Erzeugung von Regelimpulsen ausgenutzt, indem in Reihe zu einer dritten wechselstromgespeisten Wicklung des Wandlers eine elektrische Weiche geschaltet ist, die zwei Pfade mit je einem Ventil aufweist, wobei die Regelimpulse dein einen Pfad entnommen werden. Der Strom, der in der dritten Wicklung infolge der angelegten Wechselspannung fließt, weist infolge der Magnetisierung des Wandlerkernes ins Sättigungsgebiet unterschiedliche Amplituden in bezug auf die positiven und negativen deformierten Halbwellen auf. Mit einem bestimmten Bezugssinn hat also der Strom beispielsweise vorerst geringe positive Amplitudenwerte, wogegen in negativer Richtung .eigentliche Spannungsspitzen auftreten. Beim Überschreiten des zulässigen Grenzstromes der Anlage und bei der damit verbundenen Ummagnetisierung des Wandlerkernes ändert der Strom seine Richtung um i8o°, so daß neben geringen negativen Amplitudenwerten posi-. tive Spannungsspitzen auftreten. Die Ventile in den Pfaden der elektrischen Weiche sind nun derart gepolt, daß die Spannungsspitzen, die vor der Ummagnetisierung des Wandterkernes auftreten, an dem Pfad, dem die Regelimpulse entnommen werden, vorbeigeleitet werden, wogegen die Spannungsspitzen nach der Ummagnetisierung als Regelimpulse an dem Pfad; dem letztere entnommen werden, auftreten. Es ist vorerst nachteilig, daß die Regelgröße in Form von Impulsen auftritt. Besser zur Steuerung eines Regelorgans wäre ein veränderlicher kontinuierlicher Gleichstrom. Zu diesem Zweck benötigt eine Weiterentwicklung der beschriebenen Einrichtungen neben Glättungsorganen eine weitere elektrische Weiche, da sonst der vorgenannte Wechselstrom infolge der Impedanz der Drossel nicht mehr die erforderliche Form aufweist.Device to limit the flow of controllable valves powered motors The invention. relates to a device for limiting the current motors fed by controllable valves. With known facilities this Art becomes a control voltage to control the valves or a control current for excitation a compound winding obtained essentially by means of a converter. This converter has a saturable core, which is through a first winding by means of a Direct current is premagnetized to the area of saturation. The one to be controlled Current flows through a second winding of the converter, which is connected in such a way that that the latter current in the converter core is opposite to the premagnetization Causes magnetization. In addition, the second winding is dimensioned such that at exceeding a limit current of the system defined by the premagnetization the transformer core is magnetized. The magnetization reversal of the converter core is used to generate control pulses by being connected in series to a third alternating current Winding of the converter an electrical switch is connected, which has two paths each having a valve, the control pulses being taken from a path. The current that flows in the third winding as a result of the applied alternating voltage, exhibits due to the magnetization of the converter core into the saturation area different amplitudes with respect to the positive and negative deformed Half waves on. For example, the electricity has a certain sense of reference initially low positive amplitude values, whereas in the negative direction actually Voltage peaks occur. When the permissible limit current of the system is exceeded and with the associated magnetic reversal of the converter core, the current changes its direction by 180 °, so that in addition to small negative amplitude values, positive. tive voltage peaks occur. The valves in the paths of the electric switch are now polarized in such a way that the voltage peaks that occurred before the magnetic reversal of the Wandterkernes occur, bypassed the path from which the control pulses are taken whereas the voltage peaks after the remagnetization are used as control pulses at the path; the latter are taken from occur. It is disadvantageous for the time being that the controlled variable occurs in the form of pulses. Better to control a regulatory body would be a variable continuous direct current. For this purpose a Further development of the described facilities in addition to smoothing organs another electrical switch, otherwise the aforementioned alternating current due to the impedance of the Choke no longer has the required shape.

Die Einrichtung gemäß der Erfindung löst dieselbe Aufgabe mit erheblich geringeren Mitteln und benötigt keine Speisewechselspannung für die dritte Wicklung des Wandlers. Sie unterscheidet sich gegenüber bekannten Anordnungen im wesentlichen durch die Art der Gewinnung des Regelgleichstromes. Erfindungsgemäß ist die dritte Wicklung des Wandlers über einen Hilfsgleichrichter mit einem Kondensator verbunden, der im Steuerkreis der Ventile angeordnet ist und durch die bei den Ummagnetisierungen an der dritten Wicklung periodisch auftretenden Spannungsimpulse aufgeladen wird, so daß die Steuerwirkung der Gitter der Ventile im Sinne einer Herabsetzung des Lastgleichstromes verändert wird. r An Hand der Zeichnung wird nachstehend eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes näher erläutert.The device according to the invention solves the same problem with significantly lower resources and does not require an alternating supply voltage for the third winding of the converter. It differs essentially from known arrangements by the way in which the regulating direct current is obtained. The third is in accordance with the invention Winding of the converter connected to a capacitor via an auxiliary rectifier, which is arranged in the control circuit of the valves and through which the magnetizations are reversed periodically occurring voltage pulses on the third winding are charged, so that the control effect of the grille of the valves in the sense of reducing the Load direct current is changed. r Based on the drawing below, a for example embodiment of the subject matter of the invention explained in more detail.

Fig. i zeigt die Schaltung einer dreiphasigen steuerbaren Ventilgleichrichteranordnung zur Speisung eines Gleichstrommotors und Fig. 2 den an einer nach Fig. i aufgebauten Versuchsanordnung oszillographisch ermittelten Verlauf der drei Anodenströme beim Anlassen des Gleichstrommotors.Fig. I shows the circuit of a three-phase controllable valve rectifier arrangement for feeding a direct current motor and FIG. 2 the one built on a according to FIG Experimental set-up of the three anode currents determined by an oscillograph Starting the DC motor.

Der Hauptstromkreis enthält, wie üblich, einen Gleichrichtertransformator io mit den Primärwicklungen i i, die mit den Klemmen R, S und T an ein Drehstromnetz angeschlossen werden, und den Sekundärwicklungen 12, ferner drei steuerbare Ventile 21, 22 und 23, deren Anoden mit den Sekundärwicklungen 12 verbunden sind. Der Sternpunkt der Sekundärwicklungen i2 und die untereinander verbundenen Kathoden der Ventile 21, 22 und 23 führen über die vom Lastgleichstrom durchflossenen Leiter 14 und 24 -zu den Ausgangsklemmen () und (+) des Gleichrichters, an die der Gleichstrommotor 30 angeschlossen ist. Mit 31 ist die Erregerwicklung des Gleichstrommotors 3o bezeichnet, die in nicht näher angegebener Weise aus einer regelbaren Gleichspannungsquelle gespeist wird.The main circuit contains, as usual, a rectifier transformer io with the primary windings ii, which are connected to a three-phase network with the terminals R, S and T, and the secondary windings 12, as well as three controllable valves 21, 22 and 23, their anodes with the secondary windings 12 are connected. The star point of the secondary windings i2 and the interconnected cathodes of the valves 21, 22 and 23 lead via the conductors 14 and 24 through which the load direct current flows to the output terminals () and (+) of the rectifier, to which the direct current motor 30 is connected. With 31 the excitation winding of the direct current motor 3o is designated, which is fed in a manner not specified in detail from a controllable direct voltage source.

Die Gittervorspannung zur Steuerung der Ventile 21, 22 und 23 wird gebildet aus einer regelbaren Gleichspannung und einer derselben überlagerten sinusförmigen Wechselspannung. Die Gleichspannung wird über eine aus den Widerständen 41 und 42 und dem Potentiometer 43 aufgebaute Brückenschaltung der Gleichspannungsquelle 40 entnommen. Die Wechselspannungen mit der für jedes Ventil passenden Phasenlage liefert ein primärseitig am Drehstromnetz angeschlossener kleiner Hilfstransformator 5o, dessen Sekundärwicklungen 51 über die Schutzwiderstände 52 mit den Steuergittern der Ventile 2i, 22 bzw. 23 verbunden sind. An den Sternpunkt der Sekundärwicklungen 5 i ist der Schleifer des Potentiometers 43 angeschlossen. In der Leitung zwischen dem Verbindungspunkt der Widerstände 41 und 42 und den Kathoden der Ventile 21, 22 und 23 liegt ein Kondensator 6o, dem ein hochohmiger Entladewiderstand 61 parallel geschaltet ist. Durch Variatiom der Gittergleichspannungskomponente mittels der einstellbaren Widerstandsbrücke 41, 42, 43 ist man in der Lage, den Zündwinkel der Ventile 21, 22 und 23 und damit die Gleichrichterausgangsspannung zu verändern.The grid bias voltage for controlling the valves 21, 22 and 23 is formed from a controllable direct voltage and a sinusoidal alternating voltage superimposed on the same. The DC voltage is taken from the DC voltage source 40 via a bridge circuit made up of the resistors 41 and 42 and the potentiometer 43. The AC voltages with the appropriate phase position for each valve are supplied by a small auxiliary transformer 5o connected to the three-phase network on the primary side, the secondary windings 51 of which are connected to the control grids of the valves 2i, 22 and 23 via the protective resistors 52. The wiper of the potentiometer 43 is connected to the star point of the secondary windings 5 i. In the line between the connection point of the resistors 41 and 42 and the cathodes of the valves 21, 22 and 23 there is a capacitor 6o, to which a high-resistance discharge resistor 61 is connected in parallel. By varying the grid DC voltage component by means of the adjustable resistor bridge 41, 42, 43 one is able to change the ignition angle of the valves 21, 22 and 23 and thus the rectifier output voltage.

Der Anodenstrom des Ventils 23 ist über die Wicklung 71 eines:Transformators 70 geführt. Der sättigbare Kern 74 dieses Transformators ist mit Hilfe eines die Wicklung 72 durchfließenden und durch einen Eisenwas.serstoffwiderstand 8o und die Drossel 81 stabilisierenden Gleichstromes aus der Gleichspannungsquelle 4o bis in das Sättigungsgebiet vormagnetisiert. Die Anordnung der Wicklungen 71 und 72 ist so getroffen, daß die durch den Anodenstrom hervorgerufene Magnetisierung der Vormagneti.sierung entgegenwirkt. Die Stärke der Vormagnetisierung ist so gewählt, daß sich der Kern 74 des Transformators 70 ummagnetisiert, wenn der Lastgleichstrom und damit der von diesem abhängige Anodenstrom des Ventils 23 einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt. Am Anfang der entsprechenden Durchlaßphase des Ventils 23 wird der Kern 74 in der einen Richtung, am Ende dieser Phase in der anderen Richtung ummagnetisiert. Mit den dabei an der Wicklung 73 periodisch auftretenden Spannungsimpulsen wird über einen Hilfsgleichrichter go der Kondensator 6o aufgeladen. Auf diese Weise wird eine zusätzliche Spannung in den Steuerstromkreis der Ventile 21, 22 und 23 eingeführt, die eine Veränderung des Gitterpotentials derselben zur Folge hat. Die Polarität der am Kondensator 6o auftretenden Spannung ist derart, daß der Zündwinkel vergrößert, d. h. die Steuerwirkung der Ventile im Sinne einer Herabsetzung des Lastgleichstromes verändert wird. Die Wicklung 73 kann so dimensioniert werden, daß beim Überschreiten des Grenzstromes der Zündwinkel der Ventile um so viel verändert wird, daß der Lastgleichstrom den zulässigen Maximalwert beibehält. Durch geeignete Wahl der Schaltelemente ist es möglich, eine Strombegrenzung zu erreichen, die praktisch unabhängig von der Stellung des Potentiometers 43 und bis zum vollständigen Kurzschluß der Gleichstromseite unveränderlich wirksam ist.The anode current of the valve 23 is conducted via the winding 71 of a transformer 70 . The saturable core 74 of this transformer is premagnetized with the help of a direct current flowing through the winding 72 and stabilizing by an iron hydrogen resistance 8o and the choke 81 up to the saturation area. The arrangement of the windings 71 and 72 is such that the magnetization caused by the anode current counteracts the premagnetization. The strength of the premagnetization is selected so that the core 74 of the transformer 70 is remagnetized when the load direct current and thus the anode current of the valve 23, which is dependent on it, exceeds a predetermined limit value. At the beginning of the corresponding passage phase of the valve 23, the core 74 is remagnetized in one direction, at the end of this phase in the other direction. With the voltage pulses occurring periodically at the winding 73, the capacitor 6o is charged via an auxiliary rectifier go. In this way, an additional voltage is introduced into the control circuit of the valves 21, 22 and 23, which results in a change in the grid potential of the same. The polarity of the voltage appearing at the capacitor 60 is such that the ignition angle is increased, ie the control effect of the valves is changed in the sense of a reduction in the direct current load. The winding 73 can be dimensioned so that when the limit current is exceeded, the ignition angle of the valves is changed by so much that the load direct current maintains the maximum permissible value. By suitable selection of the switching elements, it is possible to achieve a current limitation which is practically independent of the position of the potentiometer 43 and invariably effective until the direct current side is completely short-circuited.

Für besondere Zwecke ist es auch in sehr einfacher Weise, nämlich durch Verändern der Höhe des in der Wicklung 72 fließenden Vormagnetisierungsstromes möglich, die Grenzstromstärke des Lastgleichstromes zu verändern.For special purposes it is also very simple, viz by changing the magnitude of the bias current flowing in winding 72 possible to change the limit current strength of the load direct current.

Das Oszillogramm in Fig.2 zeigt den Verlauf der Anodenströme i21, 42 und i23 der drei Ventile 2I, 22 und 23 in Funktion der Zeit beim Anlassen des Gleichstrommotors 3o. Der Belastungszustand entspricht nahezu einem Kurzschluß der Gleichstromseite. Aus dem Oszillogramm ist an Hand des aufgetragenen Zeitmaßstabes ersichtlich, daß die Anodenströme und damit auch der Lastgleichstrom nach dem Einschalten im Zeitpunkt t1 den stationären Wert des vorgegebenen Grenzstromes im Zeitpunkt t2, also bereits nach etwa 8o ms, erreicht haben.The oscillogram in Fig. 2 shows the course of the anode currents i21, 42 and i23 of the three valves 2I, 22 and 23 as a function of the time when starting the DC motor 3o. The load condition corresponds almost to a short circuit of the DC side. From the oscillogram is based on the time scale applied it can be seen that the anode currents and thus also the load direct current after switching on at time t1 the steady-state value of the predetermined limit current at the time t2, i.e. after about 80 ms.

Die Vorteile der beschriebenen Einrichtung zur Strombegrenzung gegenüber bekannten Einrichtungen dieser Art treten 'besonders bei deren Anwendung in Verbindung mit einer mehrphasigen Ventilgleichrichteranordnung hervor, obwohl diese selbstverständlich auch zur Steuerung eines Einphasengleicbrichters verwendet werden kann. Der erforderliche Aufwand ist nämlich bedeutend geringer gegenüber mechanisch und insbesondere elektronisch arbeitenden Strombegrenzungseinrichtungen. Anderseits ist die Regelgeschwindigkeit viel größer als bei mechanischen Einrichtungen.The advantages of the described device for current limitation compared to known devices of this type come 'particularly in connection with their use with a polyphase valve rectifier arrangement, although this goes without saying can also be used to control a single-phase rectifier. The required This is because the effort involved is significantly lower compared to mechanical and, in particular, electronic working current limiting devices. On the other hand is the control speed much larger than mechanical devices.

Da die Strombegrenzungseinrichtung nicht eigentlich zur Erfassung von allfälligen Kurzschlüssen vorgesehen ist, wird es in den meisten Fällen genügen, bei mehrphasigen Ventilgleichrichteranordnungen, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel, nur den Strom einer einzigen Phase zu überwachen. Ein ausgedehnterer Schutz der Ventile ließe sich allerdings erreichen, wenn jeder Phase ein Transformator gemäß der Erfindung zugeordnet würde, wobei die denselben entnommenen Spannungen über einen gemeinsamen oder getrennte Hilfsgleichrichter dem Kondensator im Steuerstromkreis zugeführt werden könnten. Auf diese Weise würde ein Überstrom mit hoher Ansteigsgeschwindigkeit rascher begrenzt.Because the current limiting device is not actually used for detection is provided for possible short circuits, in most cases it will be sufficient in the case of multi-phase valve rectifier arrangements, as in the present exemplary embodiment, monitor only the current of a single phase. A broader protection of the Valves could be achieved, however, if a transformer according to each phase associated with the invention, with the voltages drawn across the same a common or separate auxiliary rectifier to the capacitor in the control circuit could be supplied. In this way an overcurrent would rise with a high rate of rise more quickly limited.

Claims

PATENT CLAIM: Device for limiting the current of motors fed by controllable valves using at least one converter with a saturable core which is DC-biased by a first winding and a second winding through which the anode current of one of the controllable valves flows, which generates a magnetization opposite to the bias and measures it is that when the limit current is exceeded, the converter core is remagnetized, characterized by a third winding, which is connected via .ein auxiliary rectifier to a capacitor, which is arranged in the control circuit of the valves and charged by the voltage pulses that occur periodically in the third winding during the magnetizations so that the control effect of the grid of the valves is changed in the sense of a reduction in the load direct current. Documents considered: German Patent Specifications No. 673 599 # 691 817; Swiss patent no. 233 o29.