DE970500C

DE970500C - Einrichtung zur Umsteuerung der Drehrichtung eines ueber Dampfentladungs-Stromrichter in Eingefaessschaltung gespeisten Gleichstrom-Nebenschlussmotors

Info

Publication number: DE970500C
Application number: DEL10829A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Johannes Foerster
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1951-11-23
Filing date: 1951-11-23
Publication date: 1958-09-25

Description

Einrichtung zur Umsteuerung der Drehrichtung eines über Dampfentladungs-Stromrichter in Eingefäßschaltung gespeisten Gleichstrom-Nebenschlußmotors Es ist bekannt, Gleichstrommotoren über Stromrichter zu speisen. Will man die Drehrichtung des Motors ändern, so kann man den Anker über zwei Gruppen gittergesteuerter Dampf- oder Gasentladungsstrecken in Kreuzschaltung an das Drehstromnetz anschließen. Diese Anordnung kommt als unwirtschaftlich nur sehr selten in Betracht, weil jeweils nur eine Gruppe stromführend ist. Auch die unmittelbare Umschaltung des Ankers, durch die eine Stromrichtergruppe erspart wird, sucht man zuweilen wegen des aufwendigen Ankerumschalters zu vermeiden. In den Fällen, bei denen entweder die Feldträgheit des Antriebsmotors nicht so von Bedeutung ist (kleinere und mittlere Leistungen) oder ohnehin genügend Zeit für die Drehrichtungsutnkehr zur Verfügung steht, ist es zweckmäßig, das Motorfeld umzupolen. Die bekannten Anordnungen haben den Nachteil, daß die Feldumkehr willkürlich gesteuert werden muß. Soll dann die Drehzahl lediglich um einen bestimmten Betrag vermindert werden, also keine Drehrichtungsänderung vorgenommen werden, muß der Steuerhebel zur Erzielung einer Nutzbremsung kurzzeitig in die Gegenstellung bewegt werden. Erfolgt dies nicht, so würde die Drehzahl des Motors lediglich durch seine Belastung und Eigenreibung vermindert werden. Unter anderem wird auch dieser Nachteil durch die vorliegende neue Einrichtung behoben, so daß jeder Steuerhebelstellung eindeutig eine Drehzahl und Drehrichtung zugeordnet ist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die erzielte Finfachheit der Schaltanordnung.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Umsteuerung der Drehrichtung eines im Ankerstromkreis über Stromrichter in Eingefäßschaltung und irn Erregerstromkreis mit Feldumsteuerung betriebenen Gleichstrom-\ ebenschlußmotors unter Verwendung eines Reglers, der den durch die Spannung einer Gleichstrom-Tachometermaschine gegebenen Drehzahlistwert mit einem einstellbaren Sollwert vergleicht und den Ankerstrom begrenzt. Die Erfindung besteht darin, daß für Gleich- und Wechselrichterbetrieb ein einziges Gittersteuergerät vorgesehen ist und daß die Regelabweichung des Reglers die stetige elektrische Verstellung der Gittersteuerung des Ankerstromrichters vom Gleichrichterbetrieb in den Wechselrichterbetrieb bewirkt, wobei die Feldumsteuerung immer dann erfolgt, wenn die die Gittersteuerung einstellende, von der Regelabweichung abhängige Steuergröße einen Grenzwert in Richtung auf die Wechselrichteraussteuerung erreicht.
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Anker i eines Gleichstrom-Nebenschlußmotors über das als Gleichrichter arbeitende gittergesteuerte Entladungsgefäß 2 und den Transformator 3 gespeist. Die Drehzahl des Ankers i wird von einer Gleichstrom-Tachometermaschine 25 gemessen. DieTachonieterspannung wird mit einem am Spannungsteiler 4 mittels des Steuerhebels 5 einstellbaren Teil der Gleichspannung 26 als Sollspannung verglichen. Die Differenz der beiden Gleichspannungen - die Regelabweichung - wirkt über einen Vorwiderstand 7 und einen elektronischen Gleichstromverstärker 8 auf die Gittersteuervorrichtung 9 des den Anker speisenden Entladungsgefäßes 2. I%urch eine zeitliche Verlagerung der Gitterzündimpulse, vorzugsweise durch Vormagnetisierung von Drosselspulen, kann das Entladungsgefäß 2 von Gleichrichterbetrieb in Wechselrichterbetrieb umgesteuert werden. Die vorstehend genannten Drosselspulen liegen dabei in Brückenschaltungen, in deren Querzweig die in ihrer Phasenlage veränderbaren Zündimpulse abgenommen werden. Der Vormagnetisierungsstrom i" wird von der Gleichstromquelle io geliefert, ihm proportional ist dann die gezündete Stromrichterspannung des Ankerstrornrichters z. Bei i,,=o ist der Stromrichter 2 auf seine maximale Wechselrichter-Gegenspannung z aus,e - steuert. Hat iv seinen Maximalwert, dann ist der Stromrichter 2 voll als Gleichrichter ausgesteuert. Wie aus der Darstellung ersichtlich ist, ist der Sollwertgeber .4 für die Ankerspannung so ausgeführt, daß sich in der Mittelstellung der Wert Null ergibt und die Sollwertspannung bei Auslenkung des Steuerhebels 5 in eine der beiden Richtungen mit verschiedener Polarität ansteigt. Der Gleichstromverstärker 8 wird dann über die Gittersteuervorrichtung 9 versuchen, die Ankerspannung auf den vorgegebenen Wert zu bringen. Wird der Steuerhebel s aus der einen Seitenlage in die andere geführt, so wird sich infolge der Erreger-Stromumkehr auch am Motoranker die Spannung umkehren. Bei schnellem Umlegen des Steuerhebels wird eine noch zu beschreibende Ankerstrombegrenzung wirksam. Der Ankerstromrichter wird dann durch diese Strombegrenzung selbsttätig in den Wechselrichterbetrieb übergeführt, so daß der Kotoranker seine kinetische Energie zunächst ans Netz zurückgibt und dann auf den vorgegebenen Drehzahlsollwert der umgekehrten Drehrichtung wieder beschleunigt wird.
Der Steuerhebel 5 hat außer dem Sollwertgeber4 für die Ankerspannung noch eine zweite Bahn für die Erregerstromeinstellung. Für die Speisung der Erregerwicklung 12 werden zwei Gruppen von gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken 13 a und 13 b mit Transformator 14 in Kreuzschaltung verwendet. Die Entladungsstrecken im Erregerstrom des Antriebsmotors sind kein besonderes Merkmal der erfindungsgemäßen Einrichtung. Vielmehr ist auch die Umpolung des Erregerstromes beispielsweise durch mechanische Umschalter, insbesondere bei kleineren Antriebsleistungen, möglich.
Wird der Steuerhebel s im Sinne einer Drehzahlverminderung bewegt, dann geht der Vormagnetisierungsstrom i,, schon bei kleiner Drehzahlabweichung vom Sollwert auf den Wert Null. Dieses Kriterium wird zur Feldumkehr benutzt, indem ein im Anodenstromkreis des Gleichstromverstärkers 8 liegendes Unterstromrelais 27 auf ein Stromstoßrelais bzw. Schrittschaltwerk 28 wirkt, (las im Gittersteuergerät 21 für die Erregerstrom-Entladungsgefäße 13 d, 13 b die Umschaltkontakte i i k betätigt. Sobald der Erregerstrom bei seiner Umpolung durch Null geht, wird über das in Reihe mit der Erregerwicklung 12 liegende, gepolte Nullstromrelais 29 auch die Gitterspannung des Gleichstromverstärkers 8 durch den Umschalter 29 k Umgepolt. Hierdurch steigt der Vormagnetisierungsstrom i" wieder an, was einer Verminderung der Wechselrichter-Gegenspannung entspricht, bis die Ankerstrombegrenzung eingreift und den Vormagnetisierungsstrom i" nur in der 1@Teise ansteigen läßt, wie die Drehzahl des Motors absinkt.
Außerdem wird der von einem in einer Zuleitung des Transformators 3 liegenden Stromwandler 15 über Gleichrichter 16 gelieferte Gleichstrom über eine zweite Wicklung des Unterstromrelais 27 geführt, so daß keine Umkehr des Erregerstromes eingeleitet wird, solange noch Ankerstrom fließt.
Wenn die Zuordnung zwischen Erregerstromrichtung und Sollwertpolarität nicht übereinstimmt, bleibt der Vormagnetisierungsstrom länger in seiner Grenzlage i"=o, als es bei normaler Abbremsung der Fall ist; außerdem fließt in einem solchen Fall kein Ankerstrom. Mit Hilfe einer nicht dargestellten Einrückvorrichtung kann dann eine Betätigung des Stromstoßrelais 28 erfolgen. Die Einrückvorrichtung besteht im wesentlichen aus einer verzögert ansprechenden Selbstunterbrechersteuerung, die bei den vorstehend genannten Gegebenheiten zur Wirkung kommt. Man wird vorzugsweise träglieitslose Regelverstärker für die beschriebene Anordnung verwenden, weil dann die Erregerstromumkehr unverzögert eingeleitet wird und sich außerdem keine Überstromspitzen im Ankerstromkreis ergeben. Die Umsteuerung des Ankerstromrichters in Wechselrichterbetrieb muß schneller erfolgen als seine Umsteuerung in Gleichrichterbetrieb. Das ist bei Verwendung von Elektronenröhren-Gleichstromverstärkern in der beschriebenen Weise der Fall, da die Röhre 8 durch die Vormagnetisierungswicklung des Gittersteuergeräts 9 induktiv belastet wird. Jedoch sind auch fast trägheitslose Magnetverstärkerschaltungen bekanntgeworden, die an Stelle des elektronischenVerstärkers tretenkönnen.
Damit bei Umkehr des Erregerstromes keine Überströme im Ankerkreis entstehen, die zu einer unerwünschten Beschleunigung des Motors führen, wird die zur Steuerung des Vormagnetisierungsstromes i,, dienende Anordnung gleichzeitig zur Ankerstrombegrenzung benutzt. Zu diesem Zweck wird der dem Ankerstrom im wesentlichen verhältnisgleiche Primärstfom des Transformators 3 über den Stromwandler 15 erfaßt und eine diesem Strom proportionale Spannung nach Gleichrichtung in der Gleichrichteranordnung 16 an eine ohmsche Bürde 17 geliefert. Übersteigt die Spannung an der Bürde 7 eine eingestellte Sollwertspannung 18, dann wird über das vorzugsweise als Trockengleichrichter ausgebildete Ventil i9 die Gitterspannung am Gleichstromverstärker 8 herabgesetzt und seine Verstärkung vermindert, was daher zu einer Verminderung des Vormagnetisierungsstromes i" und damit auch zu einer Verkleinerung der am Stromrichter 2 ausgesteuerten Ankerspannung, gegebenenfalls auch zum Übergang in den Wechselrichterbetrieb führt. In allen Fällen, in denen die Strombegrenzung wirksam wird, nimmt im wesentlichen der Vorwiderstand 7 des Regelverstärkers die Differenzspannung -zwischen Drehzahlsoll- und -istwert auf.
Mit Hilfe der zweiten vom Steuerhebel 5 überstrichenen Bahn ist eine Feldschwächung zum Zwecke einer weiteren Steigerung der Drehzahl nach Erreichung der vollen Ankerspannung möglich. Das ist durch die Widerstände 2oa und 2o b angedeutet, die dann in die Gittersteuervorrichtung 21 der Erregerstromentladungsgefäße eingeschaltet werden. Damit auch bei plötzlicher Bewegung des Steuerhebels 5 aus der einen Grenzlage in die andere die Feldschwächung erst dann einsetzt., wenn die volle Ankerspannung erreicht ist, so daß der Antriebsmotor mit maximal möglichem Moment gebremst und beschleunigt wird, werden die Widerstände :2o a und :2o b zweckmäßigerweise solange kurzgeschlossen. Die Erfassung der vollen Ankerspannung kann durch ein Relais erfolgen, dessen Wicklung 23 entweder im Vormagnetisierungsstromkreis der Ankerstromrichter-Gittersteuervorrichtung g liegt oder an dem Anker selbst. In diesem Falle muß die Relaiswicklung 23 in Reihe mit einem Ventil 24 liegen, sofern nicht ein polarisiertes Relais verwendet wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Umsteuerung der Drehrichtung eines im Ankerstromkreis über Stromrichter in Eingefäßschaltung und im Erregerstromkreis mit Feldumsteuerung betriebenen Gleichstrom-Nebenschlußmotors unter Verwendung eines Reglers, der den durch die Spannung einer Gleichstrom-Tachometermaschine gegebenen Drehzahlistwert mit einem einstellbaren Sollwert vergleicht und den Ankerstrom begrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß für Gleich- und Wechselrichterbetrieb ein einziges Gittersteuergerät (9) vorgesehen ist und daß die Regelabweichung des Reglers die stetige elektrische Verstellung der Gittersteuerung der Ankerstromrichter vom Gleichrichterbetrieb in den Wechselrichterbetrieb bewirkt, wobei die Feldumsteuerung immer dann erfolgt, wenn die die Gittersteuerung einstellende, von der Regelabweichung abhängige Steuergröße einen Grenzwert in Richtung auf die Wechselrichteraussteuerung erreicht.
2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Regelabweichung abhängige Steuergröße der Anodenstrom einer Regelröhre. (8) ist, wobei in dem Anodenstromkreis dieser Regelröhre oder im Steuerstromkreis der Gittersteuerung des Ankerstromrichters ein Unterstromrelais (27) liegt, das bei Erreichen eines bestimmten Anodenstromwertes der Regelröhre schaltet.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wicklung des Unterstromrelais (27) im Anodenstromkreis der Regelröhre (8) liegt und daß Kontakte dieses. Relais über ein Schrittschaltwerk oder Stromstoßrelais (28) die Feldumsteuerung einleiten. q.. Einrichtung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang des Reglers die der Regelabweichung verhältnisgleiche Spannung in Abhängigkeit von der Richtung des Erregerstromes derart umgepolt wird, daß nach erfolgter Erregerstromumkehr der richtige Regelsinn für die Drehzahlregelung wiederhergestellt ist. 5. Einrichtung nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß ein im Erregerstromkreis liegendes polarisiertes Relais (29), dessen Ansprechleistung um mindestens eine Größenordnung kleiner ist als seine aus thermischen Gründen zulässige Spulenleistung, einen Umschalter (29 h) bedient und dadurch die Umpolung der der Regelabweichung verhältnisgleichen Spannung bewirkt. 6. Einrichtung nach Anspruch 'i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterstromrelais (27) die Feldumsteuerung so lange blockiert, wie ein Ankerstrom fließt, indem eine Zusatzwicklung des Unterstromrelais (27) über einen Stromwandler (i5) mit nachgeschaltetem Gleichrichter (i6) proportional dem Ankerstrom erregt wird. 7. Einrichtung nach Anspruch z bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus einer verzögert ansprechenden Selbstunterbrechersteuerung bestehende Einrückvorrichtung vorgesehen ist, die das Unterstromrelais (a7) umschaltet, wenn der Ankerstromrichter eine gewisse Zeit in Wechselrichterbetrieb ausgesteuert ist und außerdem kein Ankerstrom fließt. B. Einrichtung nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Regler zur Umsteuerung von Gleich- in Wechselrichterbetrieb ein magnetischer oder elektronischer Gleichstromverstärker (8) verschwindend kleiner Trägheit vorgesehen ist. 9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß beim Regler (8) Trockengleichrichter vorgesehen sind, die eine schnelle Umsteuerung in Wechselrichterbetrieb ermöglichen, und daß bei Verwendung von Gittersteuergeräten mit vormagnetisierten Drosselspulen die Umsteuerung durch Sperrung der in deren Steuerstromkreis liegenden Elektronenröhre (8) erfolgt. io. Einrichtung nach Anspruch i bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ankerstrombegrenzung in der Weise erfolgt, daß der Ankerstrom über Wandler (15) gemessen, der gleichgerichtete Meßwert über eine ohmsche Bürde (17) geleitet und mit einer Sollwert-Gleichspannung (18) verglichen wird, und daß nach Überschreitung eines Schwellwertes der Regler über ein Ventil (i9) im Sinne einer Umsteuerung des Ankerstromrichters in Wechselrichterbetrieb beeinflußt wird. i i. Einrichtung nach Anspruch i bis i o, dadurch gekennzeichnet, daß ein gepoltes Relais (a3) vorgesehen ist, das eine Feldschwächung des Motors (i) so lange verhindert, wie die Ankerspannung ihren Nennwert noch nicht erreicht hat.