DE964164C

DE964164C - Anordnung zur Veraenderung der Phasenlage einer Wechselspannung

Info

Publication number: DE964164C
Application number: DES15095D
Authority: DE
Inventors: Otto Eisenschmid
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1938-08-28
Filing date: 1938-08-28
Publication date: 1957-05-16

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 16. MAI 1957

S 15095 VIIIb/21

(Ges. v. 15. 7. 1951)

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Veränderung der Phasenlage einer Wechselspannung, insbesondere zur Veränderung des Zündzeitpunktes bei Lichtbogengleichrichtern unter Verwendung von zwei wechselstromgespeisten Brücken, von denen die erste zur Einführung einer Steuergröße zur Veränderung der Phasenlage dient und die zweite von der ersten gespeist wird. Bei den bekanntgewordenen Anordnungen dieser Art mit zwei unter sich gleichen hiniterieiniandeirgescbalteten Wechselstrombrücken, die durch Änderung einer ihrer Impedanzen für sich allein verstimmbar sind, besteht die erste Brücke aus einem Transformator mit sekundärer Mittelpunktanzapfung und zwei unterschiedlichen Impedanzen. Die von der Diagonale dieser Brücke abgenommene Ausgangsspannung wird über einen zweiten Transformator der zweiten Brücke zugeführt. Es besteht dabei der Nachteil, daß die Ausgangsspannung stark von der Belastung abhängig ist.

Zur Vermeidung dieses Nachteils bei Vereinfachung des Schaltungsaufbaues der Anordnung sind gemäß der Erfindung die beiden Wechselstrombrücken ohne Anwendung eines zwischen sie geschaltetenTransformators unmittelbar ineinandergeiscihialteit, und die zweite vorzugsweise aus einer Induktivität und einem ohmschen Widerstand bestehende Brücke ist mit einem zusätzlichen Steuereinigang zur Einführung einer weiteren Steuergröße im Sinne der Erzielung einer Unabhängigkeit der

709'515/428

Verstimmung der beiden Brücken bei Änderung jeder der beiden Steuergrößen versehen. Die phasenveränderliche Wechselspannung kann dann an der Induktivität der zweiten Brücke abgenommen werden.

Bei der Brückenschaltung nach der Erfindung kann die Phasenlage der abgenommenen Wechselspannung beispielsweise dadurch geändert werden, daß man den ohm-sehen Widerstand der ersten ίο Brücke (äußere Brücke) verändert, was dazu führt, daß die die zweite Brücke (innereBrücke) speisende Wechselspannung sich der Phasenlage nach ändert. Außerdem kann dann auch noch der ohmsche Widerstand der inneren Brücke geändert werden, was zur Folge hat, daß für diese Brücke die Phasenlage zwischen der Spannung der Induktivität und der die Brücke speisenden Spannung sich ändert. Naturgemäß kann man bei einer solchen Ineinanderschaltung zweier Wechselstrombrücken verschiedene Wege beschreiten, um die Phasenlage der Wechselspannungen zu ändern. Man kann die ohmschen Widerstände ändern oder die Induktivität bzw. Kapazitäten. Man kann auch gleichzeitig sowohl die ohmschen Widerstände als auch die Impedanzen verändern.

In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung in Fig. 1 eine Wechselstrombrücke dargestellt, deren Spannungsvektoren in Fig. 2 angegeben sind. Bei der Schaltung der Fig. 1 liegt ein Transformator an der Wechselspannung U. An die Sekundärwicklung sind in Reihenschaltung ein Widerstand R₁ und eine Induktivität L₁ angeschlossen. Diese beiden Impedanzen bilden die äußere Brücke der Gesamtschaltung. Die innere Brücke besteht aus dem ohmschen Widerstand R.₂ und der Induktivität L₀. Diese beiden Impedanzen liegen zwischen der Mittelanzapfung des Transformators und dem Verbindungspunkt zwischen den Impedanzein der äußeren Brücke. Die phasenveränderliche Wechselspannung, welche beispielsweise dem Steuergitter eines Lichtbogengleichrichters zugeführt werden soll, wird an der Induktivität L₂ der inneren Brücke abgenommen.

In dem Diagramm der Fig. 2 bedeutet U die speisende Wechselspannung. U^₁ und U_Ll sind die

Teilspannungen der äußeren Brücke, welche die phasenveränderliche Spannung [/^₂₁₂ ergeben. Diese letztgenannte Spannung ist Ausgangsspannung für die innere Brücke mit den Teilspannmigen U_R2 und

U_L„ bzw. U'.

Ändert man den Widerstand R₁ der äußeren Brücke, so verändert sich die Phasenlage der Spannung U_R21₂ und damit auch die Phasenlage der Ausgangsepannung U'. Ändert man dagegen die Phasenlage des Widerstandes R₂ der inneren Brücke, so bleibt die Phasenlage der Spannung U^₂I₂ unverändert. Es ändert sich nur die Phasenlage der Ausgangsspannung U'. Die Brückenanordnung der Fig. ι hat also die Eigenschaft, daß sich jede der beiden Wechselstrombrücken von der anderen unabhängig verstimmen läßt, daß aber beide Brücken auf die Phasenlage der zu verschiebenden Wechselspannung bzw. Ausgangsspannung U' einwirken.

Eine Änderung des Widerstandes der äußerer. Brücke ist auf die gegenseitige Phasenlage der Teilspannungen der inneren Brücke ohne Einfluß. Ebenso ist umgekehrt eine Änderung des Widerstandes R₂ .der inneren Brücke ohne Einfluß auf die gegenseitige Phasenlage der Spannungen der äußeren Brücke.

In den Fig. 3 und 4 sind zwei weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, welche im Prinzip des Aufbaues den beiden Brückenschaltungen der Fig. 1 entsprechen. Der Unterschied in der Schaltung besteht bei der" Brückenanordnung der Fig. 3 gegenüber der Fig. 1 darin, daß bei der inneren Brücke nicht der Widerstand R₂, sondern die Induktivität L₂ geändert wird. Diese besteht zu dem Zweck aus einer Induktivität mit Gleichstromvormagnetisierung, wobei aus bekannten Gründen zwei Teilinduktivitäten vorgesehen sind, deren Gleichistromwicklungen gegeneinandargeschaltet sind. Die Brückenanordnung der Fig. 4 unterscheidet sich von der Brückenanordnung der Fig. 3 dadurch, daß in der äußeren Brücke die Induktivität durch eine Kapazität ersetzt ist. Auch bei dieser Brücke, dient zur Verstimmung der inneren Brücke eine Induktivität mit veränderlicher Gleichstromvormagnetisierung. In der aus den Fig. 3 und 4 ersichtlichen Form kann man naturgemäß noch weitere yo Abwandlungen der Grundschaltung der Fig. 1 angeben, je nachdem Induktivitäten oder Kapazitäten verwendet sind und die Verschiebung durch die ohmschen Widerstände oder durch die anderen Impedanzen der Teilbrücke erfolgt. Gemeinsam ist allen Brückenschaltungen die Möglichkeit der unabhängigen Verstimmung beider ineinander angeordneter Wechselstrombrücken und die Tatsache, daß eine und dieselbe Ausgangsspamnung sowohl durch die äußere Wechselstromibrucke als auch durch die innere Brücke in ihrer Phasenlage verändert werden kann.

Die Brückeinano'rdnungen der Erfindung sind, von besonderer Bedeutung für Gleichstrommotoren, die über gittergesteuerte Gleichrichter an ein Wechselstromnetz angeschlossen sind, und bei denen die Aufgabe gestellt ist, den Spannungsabfall des Motors selbsttätig auszugleichen. Verwendet man für eine derartige Regelanordnung Brückenschaltungen, wie sie in den Fig. 3 und 4 dargestellt sind, so kann die Drehzahl des Motors durch den Widerstand R₁ der äußeren Brücke willkürlich verändert werden. Der Spannungsabfall des Motors wird selbsttätig dadurch ausgeglichen, daß die Gleiohstromerregung der Induktivität L₂ der inneren Brücke von dem Strom des Gleichstrommotors abhängig gemacht wird. Die Erregerwicklung der Induktivität kann zu dem Zweck an einen in den Ankerstromkreis des Motors geschalteten Shunt angeschlossen sein. Durch diese Schaltung wird erreicht, daß bei gegebenem Strom des Motors dauernd eine zusätzliche Phasenverschiebung eingeführt wird, d. h. die Phasenverschiebung zwischen der Ausgangsspannung U' und der Spannung U_R2L2 in dem Diagramm der Fig. 2. Diese zusätzliche Phasenver-Schiebung ist stets vorhanden, sie ist unabhängig

von der Größe der durch den Widerstand R₁ der äußeren Brücke eingestellten Spannung. Ändert sich der Belastungsstrom des Motors, so ändert sich die Größe der zusätzlichen Phasenverschiebung, wobei diese Phasenverschiebung wiederum ihrerseits unabhängig ist von dem jeweils eingestellten Wert der Spannung U^₁ der äußeren Brücke.

Mit einer derartigen Schaltung kann die Aufgabe der Kompoundierung des Spatinungsabfalles

ίο eines über einen Steuergleichrichter gespeisten Gleichstrommotors weitgehend gelöst werden. Will man jedoch einen völligen Ausgleich des Spannungsabfalles erreichen, so ist noch eine Korrektur erforderlich. Dies ist notwendig, weil bekanntlich die von einem Gleichrichter abgegebene Gleichspannung sich nicht geradlinig, sondern nach einem cos-Gesetz mit dem Phasenwinkel der Gitterspannung ändert. Diese Eigenschaft eines Steuergleichrichters führt dazu, daß bei kleinen Gleichspannungen des Gleichrichters bzw. großen Zündverzögerungen ein und dieselbe zusätzliche Änderung des Zündverzögerungswinkels zu einer anderen Spannungsänderung führt als bei großen Gleichspannungen bzw. geringer Zündverzögerung. Man muß also zur völligen Kompensierung des Spannungsabfalles eines über einen Gleichrichter gespeisten Motors dafür sorgen, daß die von der Belastung abhängige Zusatzspannung bei kleinen Gleichspannungen bzw. kleinen Drehzahlen des Motors eine andere ist als bei großen Gleichspannungen bzw. großen Drehzahlen des Motors. Die zusätzliche Phasenwinkeländerung muß bei großen Gleichspannungen größer sein als bei kleinen, um zu erreichen, daß bei allen Drehzahlen mit Bezug auf die gleiche Belastung die gleiche Zusatzspannung erzeugt wird.

In den Fig. 5 und 6 ist gezeigt, wie diese Aufgabe mit den Biiickenanordniungen nach der Erfindung gelöst werden kann. Die Schaltung der Fig. 5 entspricht im Prinzip der Schaltung der Fig. 4.

Die äußere Brücke besteht aus einem veränderlichen Widerstand R₁ und einem Kondensator C₁, während die inner« Brücke im wesentlichen aus einem unveränderlichen Widerstand R₉ und einer veränderlichen Induktivität L₀ besteht. Ein Unterschied gegenüber der Schaltung der Fig. 4 liegt insofern vor, als eine Änderung des Widerstandes R₁ der äußeren Brücke zwangläufig gleichzeitig eine Änderung des Widerstandswertes der inneren Brücke bewirkt. Der Kondensator C₁ ist zu dem Zweck an eine verschiebbare Anzapfung des Widerstandes R₁ der äußeren Brücke angeschlossen. Das hat zur Folge,' daß bei kleinen Widerständen der äußeren Brücke der Widerstand der inneren Brücke vergrößert wird, während umgekehrt bei großen Widerständen der äußeren Brücke der Widerstand der inneren Brücke verkleinert wird. Die Vormagnetisierung der Induktivität L₂ der inneren Brücke hängt dabei ab von einem Shunt S, der in den Ankerstromkreis des zu regelnden Motors geschaltet ist.

Die Wirkungsweise dieser Brückenanordnung besteht darin, daß der gleiche Ankerstrom des Motors bei kleinen Drehzahlen eine kleine zusätzliche Phasenverschiebung der inneren Brücke, bei großen Drehzahlen dagegen eine entsprechend größere Phasenverschiebung der inneren Brücke bewirkt. Bei richtiger Abstimmung der beiden Widerstände R₁ und R₂ der beiden Brückeinschaltungen läßt sich eine fast völlige Kompensierung des Spannungsabfalles des Motors erreichen. Gute Ergebnisse werden beispielsweise erzielt, wenn die beiden Widerstände R₁ und R₂ sich zueinander etwa wie 1 :2 verhalten.

Die Brückenschaltung der Fig. 6 entspricht in ihrem Aufbau der Brückenschaltung der Fig. 3. Die von dem Verstimmungsgrad der äußeren Brücke abhängige zusätzliche Verstimmung der inneren Brücke wird im Gegensatz zu der Brückenanordnung der Fig. 5 dadurch erreicht, daß ein Teil des Widerstandes R₁ der äußeren Brücke in den Vormagnetisierungskreis der Induktivität der inneren Brücke geschaltet ist. Je größer der Widerstandsanteil der äußeren Brücke ist, um so kleiner ist der resultierende Widerstand in dem Vormagnetisierungskreis der Induktivität L₂ der inneren Brücke; denn der Vorwiderstand R₃ im Vormagnetisierungskreis der Induktivität L₂ wird durch den dazu parallel geschalteten Anteil des Widerstandes R₁ der äußeren Brücke mehr oder weniger kurzgeschlossen. Das Resultat für die go resultierende Phasenlage besteht auch bei dieser Brückenschaltung darin, daß die von dem Shunt S abhängige zusätzliche Phasenänderung der inneren Brücke bei kleinen Gleichspannungen bzw. Drehzahlen des Motors kleiner ist als bei größeren Gleichspannungen bzw. Drehzahlen.

Für die beiden Ausführungsbeispiele der Fig. 5 und 6 gilt ebenso wie für die Brückenschaltungen der Fig. 1, 3 und 4, daß unter Beibehaltung des prinzipiellen Aufbaues der Gesamtanordnung die beiden Teilbrücken in anderer Form aus Teilimpedanzen aufgebaut werden können. Das wesentliche Merkmal der Brückenschaltungen der Fig. 5 und 6 besteht darin, daß die äußere Brücke mit der inneren Brücke derart gekoppelt ist, daß eine Ver-Stimmung der äußeren Brücke zwangläufig in bestimmter Weise auch eine Verstimmung der inneren Brücke nach sich zieht. Für das Sonderbeispiel der Kompensierung des Spannungsabfalles eines Gleichstrommotors besteht diese Abhängigkeit darin, daß mit zunehmender Phasenverschiebung zwischen der Eingangsspannung U und der Ausgangsspannung U' die von dem Strom des Motors abhängige zusätzliche Phasenverschiebung der inneren Brücke kleiner wird. Wenn die Brückenschaltungen für die Lösung anderer Regelaufgaben verwendet werden, so lassen sich naturgemäß auch andere Abhängigkeiten zwischen den Phasenwinkeländerungen der inneren und der äußeren Brücke einstellen.

Claims

Patentansprüche:

i. Anordnung zur Veränderung der Phasenlage einer Wechselspannung, insbesondere zur Veränderung des Zündzeitpunktes bei Lichtbogengleichriehtern unter Verwendung von zwei

wechselstromgespeisten Brücken, von denen die erste zur Einführung einer Steuergröße zur Veränderung der Phasenlage dient und die zweite von der ersten gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wechselstrombrücken ohne Anwendung eines zwischen sie geschalteten Transformators unmittelbar ineinandergeschalfcet sind, und daß die zweite vorzugsweise aus einer Induktivität und einem ohmischen Widerstand bestehende Brücke mit einem zusätzlichen Steuereingang zur Einführung einer weiteren Steuergröße im Sinne der Erzielung einer Unabhängigkeit der Verstimmung der beiden Brücken bei Änderung jeder der beiden Steuergrößen versehen ist.
2. Anordnung nach Anspruch i, insbesondere zum selbsttätigen Ausgleich des Spannungsabfalles eines über einen Steuergleichrichter gespeisten Gleichstrommotors, dadurch gekennzeichnet, daß durch Verstimmung der äußeren Brücke gleichzeitig der Grad der Verstimmung der inneren Brücke geändert wird.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Mittelanzapfung des speisenden Wechselstromtransformators und das eine Ende der Transformatorwicklung eine veränderliche Induktivität (L₂), ein ohmscher Widerstand (R₂) und ein zweiter ohnisc'her Widerstand (R₁) in Reihe geschaltet sind, während eine veränderliche Anzapfung des letztgenannten ohmschen Widerstandes (J^₁) über einen Kondensator (C₁) mit dem anderen Ende der Transformatorwicklung verbunden ist.
4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Brücke aus einem Widerstand (R₁) und einer Induktivität (L₁), die innere Brücke aus einem Widerstand (R₂) und einer veränderlichen Induktivität (L₂) besteht und daß ein Teil des Widerstandes (R₁) der äußeren Brücke in den Vormagnetisierungskreis der Induktivität (L₂) der inneren Brücke derart geschaltet ist, daß bei gegebener Spannung des Vormagnetisierungskreises der Induktivität (L₂) der inneren Brücke der durch diese Spannung bewirkte Grad der Verstimmung der inneren Brücke von der Einstellung des Widerstandes (.R₁) der äußeren Brücke abhängig ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 642 367.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 709 515/425 5.57