DE971965C - Stromrichterschaltung mit einanodigen Ventilen in Drehstrombrueckenschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromrichterschaltung mit einanodigen Ventilen in Drehstrombrückenschaltung zur Speisung eines in beiden Drehrichtungen betriebenen Gleichstrommotors. Für das Anlassen von Gleichstrommotoren ist es bekanntgeworden, mehrere in Reihe geschaltete steuerbare Stromrichtersysteme zu benutzen, jedem dieser Gleichrichtersysteme je eine Nullanode zuzuordnen und zur Speisung des Gleichstrommotors die Stromrichtersysteme nacheinander oder gleichzeitig auf ihre volle Spannung auszusteuern. Es sind ferner auch entsprechende Stromrichterbrückenschaltungen bekanntgeworden, wobei jeweils zwischen dem herausgeführten Nullpunkt des Transformators und jedem der Gleichstrompole ein entsprechendes Nullanodengefäß eingeschaltet ist. Solche Schaltungen sind entweder für den Gleichrichterbetrieb einer solchen Anlage oder für den Wechselrichterbetrieb vorgeschlagen worden. Diese Schaltungen haben gegenüber solchen ohne Nullanoden den Vorzug, daß es auf diese Weise gelingt, den Leistungsfaktor zu verbessern, mit dem solche Anlagen bei Teilaussteuerung der Stromrichter arbeiten.

Es ist andererseits bekannt, in beiden Drehrichtungen betriebene Gleichstrommotoren über Stromrichter in Kreuz- oder Gegenparallelschaltung zu speisen, so daß ein stetiger Wechsel des Motordrehmomentes nach Vorzeichen und Richtung durch Veränderung der Aussteuerung der Stromrichter möglich ist. Solche Antriebe arbeiten aber bei niedriger Motordrehzahl, wenn also der Strom-

809 801/4

971 96S

richter heruntergesteuert ist, und beim Reversieren mit einem schlechten Leistungsfaktor.

Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, daß sich solche mit einanodigen Ventilen arbeitende Stromrichterumkehrantriebe zur Speisung von in ihrer Drehrichtung stetig umzusteuernden Gleichstrommotoren dadurch hinsichtlich ihre; Blindleistungsbedarfs wesentlich verbessern lassen, daß erfindungsgemäß zwei in Drehstrombrückenschaltung angeordnete Gruppen von Ventilen mit dem Gleichstrommotor in Kreuzschaltung verbunden sind und daß je Ventilgruppe ein steuerbares Hilfsventil nach Art einer Nullanode eingeschaltet ist. Vorteilhaft werden die in Drehstrombrücken· schaltung angeordneten Ventilgruppen zur Begrenzung von Ausgleichsströmen in entgegengesetzter Durchlaßrichtung miteinander über. Drosselspulen verbunden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen die Figuren der Zeichnung.

In Fig. ι bezeichnet 1 die Sekundärwicklung des Transformators, der das System speist. 2 und 3 bezeichnen die beiden Ventilgruppen, die in Drehstrombrückenschaltung angeordnet sind. Die Speisung der beiden Ventilgruppen erfolgt vom Wechselstromnetz über den Transformator mit der Sekundärwicklung 1 und über die Leitungen 4, 5, 6. Der kathodenseitige Pol der Ventilgruppe 3 ist mit dem anodenseitigen Pol der Ventilgruppe 2 über eine Leitung 7, eine Drosselspule 8 und einen Schutzschalter 9 verbunden. In ähnlicher Weise ist der kathodenseitige Pol der Ventilgruppe 2 über eine Leitung io, eine Drosselspule 11 und einen Schutzschalter 12 mit dem anodenseitigen Pol der Ventilgruppe 3 verbunden. An die Leitungen 7 bzw. 10 ist jeweils zwischen dem Schutzschalter und der Drossel über die Leitungen 13 bzw. 14 der Motor 15 als Verbraucher angeschlossen. Zwischen den Sternpunkt mp_x der Sekundärwicklung 1 des Transformators und den kathodenseitigen Pol der Ventilgruppe 3 ist das Stromrichterventil 16 als Hilfsventil geschaltet und entsprechend zwischen den kathodenseitigen Pol der Ventilgruppe 2 und den Sternpunkt Mp₁ das Stromrichterventil 17. Die vorstehend beschriebene Anlage arbeitet betriebsmäßig in der folgenden Weise:

Es werde zunächst angenommen, daß der Motor 15 als Verbraucher angelassen werden soll, wobei der Ankerstrom in Richtung des Pfeiles A durch den Anker des Motors fließen möge. Hierbei erfolgt die Speisung des Motors über die Ventilteilgruppe 3 b und das zugehörige Nullanodenventil 16. Bei der Einleitung des Anlaßvorganges ist zunächst die in Fig. 1 links dargestellte Ventilteilgruppe 3 α gesperrt. Es wird zunächst nur die in der Figur rechts dargestellte Ventilteilgruppe 3 b mittels ihrer Gittersteuerung hochgesteuert. Bei der Hochsteuerung der Ventile 3 b wirkt zunächst das Ventil 16 als reines Gleichrichterventil mit dem Charakter einer Strombrücke. Es könnte daher ebensogut mittels des dargestellten Schalters 16 α überbrückt werden. Der Strom fließt dabei vom Sternpunkt mp_x des Transformators durch das Ventil 16, den Schalter 9, die Leitungen 7 und 13, den Motoranker 15, die Leitung 14, die Drosselspule 11, die Leitung 10 und abwechselnd über eines der drei Ventile der Teilgruppe 3 b sowie die entsprechende Leitung 4, 5 oder 6 zurück zu einer der Phasenwicklungen des Sekundärteiles 1 des Transformators. Wenn die Teilgruppe 3 b voll ausgesteuert ist, wird der Gleichstrommotor mit der halben betriebsmäßigen Spannung gespeist, wobei der Leistungsfaktor der Stromrichteranlage etwa 1 beträgt. Nach der vollen Aussteuerung der Teilgruppe 3 b wird nunmehr zur Speisung des Motorankers 15 mit einer höheren Spannung auch die Ventilteilgruppe 3 α allmählich immer mehr ausgesteuert. Bei dieser Aussteuerung wirkt das Ventil 16 nicht mehr als ein dauernd nur von Gleichstrom durchflossenes Ventil, sondern es arbeitet in der Schaltung als eine echte Nullanode und löst sich daher mit den Ventilen der Teilgruppe 3 α in der Stromführung ab, bis diese Ventile voll ausgesteuert sind. Der Schalter 16α muß daher auf jeden Fall während der Aussteuerung der Teilgruppe 3 a geöffnet sein. Nachdem die Teilgruppen 3 α und 3 b voll ausgesteuert sind, ist die volle mögliche Betriebsspannung für die Speisung des Motors 15 erreicht. Nach dem Anlassen wird nun der Motor über die Ventilgruppe 3 in steuerbarer dreiphasiger Brückenschaltung gespeist. Beim elektrischen Bremsen und Reversieren des Motors sind die Ventilteilgruppen 3 α und 3 b und das Hilfsventil 16 stromlos. Der Ankerstrom des nun zeitweise generatorisch arbeitenden Motors fließt in Richtung des Pfeiles B über die als Wechselrichter gesteuerte Ventilgruppe 2 und das zugehörige Hilfsventil 17. Die Schaltung arbeitet zunächst mit nahezu voll ausgesteuerten Teilgruppen 2 α und 2 b im Wechselrichterbetrieb. Beim Herunterregeln der Spannung durch Veränderung der Gittersteuerung der Ventilgruppe 2 wird in ihr erst die Teilgruppe 2.b durch Teilaussteuerung heruntergesteuert, wobei das Hilfsventil 17 als ein echtes Nullanodengefäß arbeitet. Da zum elektrischen Bremsen des Gleichstrommotors ein Wechselrichterbetrieb der Ventile erforderlich ist, muß in diesem Falle auch Ventil 17 an seinem Gitter entsprechend gesteuert werden. Ist die Spannung der Ventilteilgruppe 2 b auf Null heruntergesteuert worden, dann erfolgt die weitere Steuerung der Ventilgruppe 2 an deren Teilgruppe 2 α. Jetzt hat das Ventil 17 nur noch die Funktion eines dauernd durchlässigen Ventils. Es könnte daher in diesem Zeitraum sinngemäß durch einen Schalter 17 a überbrückt werden. Bei Erreichen der Spannung Null an der Ventilgruppe 2 ist der Motoranker 15 zum Stillstand gekommen. Der Motor kann nun nach Umsteuerung der Ventilgruppe 2 in Gleichrichterbetrieb ebenso, wie vorher für die Stromrichtung A beschrieben wurde, in der umgekehrten Drehrichtung wieder angelassen werden.

Die Stromrichterschaltung nach Fig. 1 arbeitet als dreiphasige Brückenschaltung mit sechsphasiger Netzrückwirkung. Für den Fall, daß bei einer großen Motorleistung die Oberwellen dieser Schal-

tung störend wirken, läßt sich die Erfindung vorteilhaft dahingehend weiterbilden, daß an Stelle der in Fig. ι gezeigten Grundschaltung zwei dieser Grundschaltung entsprechende Stromrichter-Systeme in Saugdrosselschaltung mit dem Gleichstrommotor verbunden werden, wie es als Ausführungsbeispiel in Fig. 2 veranschaulicht ist. Diese Stromrichterschaltung vereinigt in sich zwei mit I und II bezeichnete Stromrichtersysteme aus je

ίο zwei Brückenschaltungen, deren einzelne Schaltungselemente die gleichen Hauptbezugszeichen wie die entsprechenden in Fig. ι tragen, jedoch von diesen in den beiden Stromrichter systemen jeweils durch die Indexzeichen I und II unterschieden sind. Beide Stromrichtersysteme I und II werden über getrennte Transformatoren vom gemeinsamen Dreiphasennetz gespeist, wobei die Primärwicklung des Netztransformators für Stromrichtersystem I in bei entsprechenden Stromrichteran-Ordnungen bekannter Weise in Sternschaltung und die Primärwicklung des Transformators für Stromrichtersystem II in Dreieckschaltung ausgeführt ist. Die Systeme I und II sind gleichstromseitig über eine Saugdrossel 18 miteinander verbunden

as und speisen parallel zueinander den Motoranker 15 unter zwölfphasiger Rückwirkung auf das Wechselstromnetz.

Will man die jeweils in den Hilfsventilen auftretenden Verluste und eine unnötige elektrische Beanspruchung der den Stromrichtersystemen zugeordneten Hilfsventile in dem Zeitraum vermeiden, in dem sie nur die Funktion eines dauernd von Gleichstrom durchflossenen Ventils haben, so können sie auch, wie angegeben, während dieses Zeitraumes durch besondere Schalter überbrückt werden. Die Hilfsventile sind dann nur eingeschaltet, solange sie in der Stromrichterschaltung die Funktion eines echten Nullanodenventils zu erfüllen haben.

Die in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Anordnungen zeichnen sich besonders dadurch aus, daß je Stromrichtersystem nur ein Nullanodenventil, und zwar dann betriebsmäßig benutzt ist, um in diesem Zeitraum mit einem guten Leistungsfaktor zu arbeiten, wenn die zugehörige Ventilteilgruppe beim Anlassen, Bremsen und Reversieren des Gleichstrommotors hoch- bzw. heruntergesteuert wird. Es wird also auf diese Weise gegenüber einer entsprechenden Stromrichterschaltung, in der der herausgeführte Sternpunkt des Transformators über je ein Hilfsventil mit jedem der Pole der in Drehstrombrückenschaltung angeordneten Ventilgruppe verbunden ist, ein Hilfsventil je Ventilgruppe eingespart. Diese technisch vorteilhafte Ausführung hat die Erkenntnis zur Grundlage, daß bei Speisung des Gleichstrommotors über die jeweilig erste Ventilteilgruppe bei Teilaussteuerung, also zwischen der Motorspannung Null und der halben Betriebsspannung, wegen der geringen Spannung auch die Blindleistung des Stromrichters gering ist, so daß sie in Kauf genommen werden kann, während beim Betrieb des Gleichstrommotors mit höherer Spannung, also im Aussteuerungsbereich der zweiten Ventilteilgruppe beim Hoch- bzw. Heruntersteuern der Stromrichter, die Herabsetzung der Blindleistung des Stromrichters zur Erzielung eines günstigen Leistungsfaktors von beachtlicher Bedeutung ist.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Stromrichterschaltung mit einanodigen Ventilen in Drehstrombrückenschaltung zur Speisung eines in beiden Drehrichtungen betriebenen Gleichstrommotors, dadurch gekennzeichnet, daß zwei in Drehstrombrückenschaltung angeordnete Gruppen (2 α, 2 & und 3 a, 3 b) von Ventilen mit dem Gleichstrommotor in Kreuzschaltung verbunden sind und daß je Ventilgruppe ein steuerbares Hilfsventil (16, 17) nach Art einer Nullanode eingeschaltet ist.

2. Stromrichterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Hilfsventile Überbrückungsschalter vorgesehen sind.

3. Stromrichter schal tung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Stromrichter-Systeme (2_l und 2_n), die je System aus zwei in Drehstrombrückenschaltung angeordneten, miteinander in Kreuzschaltung verbundenen Gruppen von Ventilen bestehen, in Saugdrosselschaltung mit dem Gleichstrommotor verbunden sind.

4. Stromrichterschaltung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das je Ventilgruppe vorgesehene Hilfsventil jeweils zwischen dem herausgeführten Sternpunkt des Transformators und dem kathodenseitigen Pol der in Drehstrombrückenschaltung liegenden Ventilgruppe angeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 668 882;

französische Patentschrift Nr. 894 144;

Auszüge deutscher Patentanmeldungen, Bd. 4, S. 321: L 107674 VIIId/21 d² und S. 335: L 111196 VIIId/2id².

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsche Patente Nr. 911 510, 911 512.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 60» 526/331 5.56 (809 801/4 4.5»)