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Anordnung zur Umkehrsteuerung eines fremderregten Gleichstrom-Nebenschlußmotors
mit Ankerspeisung über einen gittergesteuerten Stromrichter in Eingefäßschaltung
Es ist bekannt, Umkehrstromrichter mit nur einem Stromrichtgefäß auszurüsten, das
je nach der Energierichtung oder j e nachdemDrehsinn des angeschlossenen Gleichstrommotors
umgeschaltet wird. Diese Umschaltung soll möglichst im stromlosen Zustand vorgenommen
werden, und man verwendet im allgemeinen auch die Stromlosigkeit als Umschaltkriterium.
Dabei muß bei der Umschaltung weiterhin auch die Richtung der Maschinenspannung
berücksichtigt werden, wodurch die Umschalteinrichtung kompliziert und entsprechend
störanfällig wird.
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Es ist ferner eine Anordnung zum Betrieb von über Umkehrstromrichter
in Eingefäßschaltung gespeisten Gleichstrommotoren bekannt, bei der die Umschaltung
des Stromrichters in Abhängigkeit von der Differenz derMaschinenspannung und der
Stromrichterspannung erfolgt. Letztere wird mit Hilfe eines zusätzlichen mit dem
Steuerhebel gekuppelten Drehtransformators
nachgebildet. Da ohnehin
schon zwei Drehtransformatoren für die Gleich-undWechselrichteraussteuerung notwendig
sind, ergibt sich ein erheblicher Raumbedarf für den Steuergeber, so daß seine Unterbringung
Schwierigkeiten bereiten kann, zumal man einer an sich leistungsmäßig möglichen
kleineren Typengröße des Vergleichsdrehreglers, insbesondere im rauhen Hüttenwerksbetrieb,
eine robuste größere Ausführung vorziehen wird. Dies ist beispielsweise bei Walzwerkssteuerständen
gegeben, in denen die Steuergeber mehrerer Maschinen untergebracht werden müssen,
die dann die Bedienungsperson zum Teil gleichzeitig zu betätigen hat.
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Die geschilderten Nachteile sollen nun durch die Erfindung gemindert
bzw. beseitigt werden. Sie betrifft eine Anordnung zur Umkehrsteuerung eines fremderregten
Gleichstrom-Nebenschlußmotors mit Ankerspeisung über einen gittergesteuerten Stromrichter
in Eingefäßschaltung, bei der der Stromrichter in Abhängigkeit von der Differenz
der Ankerspannung und einer durch Drehtransformatoren gewonnenen und nach Gleichrichtung
über einen auf der Achse der Gittersteuerungs-Drehtransformatoren angeordneten Polwender
geführten, der gezündeten Stromrichterspannung verhältnisgleichenVergleichsspannungselbsttätig
umgesteuert wird. Das Kennzeichen besteht darin, daß diese Vergleichsspannung durch
die gleichgerichtete geometrische Spannungsdifferenz je zweier entsprechender Sekundärphasen
der beiden Gittersteuerungs-Drehtransforrnatoren nachgebildet ist und daß die die
Ankerumschaltschütze steuernden Relais dieUmschaltung bei einer Spannungsdifferenz
zwischen Vergleichsspannung und Spannung am Motoranker bewirken, die kleiner ist
als die Lichtbogenspannung desStromrichters. Dabei werden vorzugsweise kontaktlose
Relais verwendet, die jeweils aus zwei Gruppen von gleichstromvormagnetisierten
Drosseln bestehen, in deren Vormagnetisierungsstromkreisen durch gleichrichtende
Elemente in Abhängigkeit von der Spannungsrichtung nur jeweils eine der beiden Drosselgruppen
vormagnetisiert und damit für den Wechselstrom durchlässig wird. Zweckmäßig ist
eine selbsttätige Strombegrenzung und/oder Kompoundierung des Stromrichters vorgesehen.
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Die Fig. i zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Stromrichter
i, der aus demTransformator 2, dessen Primärwicklung nicht mit dargestellt ist und
aus dem mehranodigen Stromrichtgefäß 3 besteht, liegt über die Umschaltschütze 4
und 5 an dem Anker 6 des Gleichstrommotors. Die Erregerwicklung? des Motors wird
aus dem Gleichstromnetz gespeist, wobei ein Verriegelungsrelais 8 bei Fortfall der
Erregung mittelbar die Betätigungsspannung für die Schütze 4 und 5 unterbricht,
so daß dann auch der Anker des Motors abgeschaltet wird.
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Die Betätigung der Schütze 4 und 5 wird beim Übergang von Links- auf
Rechtslauf des Motors oder beim Übergang vom Fahren zum Bremsen und umgekehrt von
der Differenz zwischen der Ankerspannung und der Stromrichterspannung abhängig gemacht.
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Hierzu werden die Spannungsabfälle an zwei Widerständen 9 und io miteinander
verglichen. An dem Widerstand io liegt unmittelbar die Ankerklemmenspannung des
Motors, am Widerstand 9 liegt eine Ersatzspannung für die gezündete Stromrichterspannung.
Diese letztere Spannung wird erfindungsgemäß durch die gleichgerichtete geometrische
Spannungsdifferenz je zweier entsprechender Sekundärphasen der beiden im allgemeinen
in entgegengesetztem Sinn um den gleichen Winkel verdrehten Gittersteuerungs-Drehtransformatoren
ii und 12 gewonnen. Diese geometrischen Spannungsdifferenzen sind der gezündeten
Gleichspannung des Stromrichters proportional. Sie werden größenmäßig durch einen
Transformator i3 der Ankerspannung des Motors angeglichen und über eine Gleichrichteranordnung
14 gleichgerichtet. Da diese Gleichrichtung die Polung der Stromrichterersatzspannung
bestimmt, während die wahre Stromrichterspannung je nach Einstellung der Drehtransformatoren
ihre Richtung wechselt, wird die Stromrichterersatzspannung zwischen der Gleichrichteranordnung
14 und dem Vergleichswiderstand 9 über einen auf der Achse der Drehtransformatoren
sitzenden Polwender 15 geführt. Dies entspricht den wahren Verhältnissen, weil sich
tatsächlich die Stromrichterspannung in Abhängigkeit von der Stellung dieser Achse
umkehrt.
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Die an den Spannungsvergleichswiderständen 9 und io gewonneneDifferenzspannung
wird einerAnordnung zugeführt, die in Abhängigkeit von der Polarität der Differenzspannung
das Umschalten der Schütze 4 und 5 bewirkt; diese Anordnung muß daher die Wirkung
eines polarisierten Relais haben.
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Damit der Motor durch Stromaufnahme vom Stromrichter ein Antriebsdrehmoment
entwickelt, muß die EMK des Stromrichters mindestens um seine Lichtbogenspannung
größer sein als die EMK des Motors. Damit eine Bremsung des Motors durch Stromabgabe
an den Stromrichter stattfindet, muß die EMK des Stromrichters mindestens um seine
Lichtbogenspannung kleiner sein als die EMK des Motors. Kann nun bewirkt werden,
daß die Schütze umschalten, solange die Differenz der EMKe kleiner ist als die Lichtbogenspannung,
so geht die Umschaltung stromlos vor sich. Das Umschaltrelais muß also bei einer
Spannungsdifferenz, die kleiner als die Lichtbogenspannung des Stromrichters ist,
mit Sicherheit und möglichst rasch ansprechen.
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Dies wird vorzugsweise mit einem neuartigen kontaktlosen Relais erreicht.
Dieses Relais 16 setzt sich aus zwei Gruppen von je zwei vormagnetisierbaren Drosseln
17 und 18 zusammen. Durch entsprechende Einschaltung von Elementen mit eindeutiger
Stromdurchlaßrichtung, z. B. Trockengleichrichtern i9 und 2o, ist dafür gesorgt,
daß je nach dem Sinn der Vormagnetisierung eine der beiden Drosselgruppen für den
Wechselstrom durchlässig wird. Der Strom dieser Gruppe erregt dann das Schütz 2i
bzw. 22, das die Gittersteuereinrichtung 23 für das Stromrichtgefäß 3 an den der
befohlenen Fahrtrichtung entsprechenden Drehtransformator ii oder 12 legt und das
Hauptschütz 4 oder 5 im Ankerstromkreis des Motors einschaltet. Ein großer Vorteil
dieser Anordnung liegt darin, daß der Strom der Drossel unabhängig vom erregenden
Gleichstrom wird. Die Drossel hat damit keine Verstärker-, sondern nur noch Schalterwirkung.
Um
zu verhindern, daß sich beide Schütze 2i, 22 gleichzeitig in Arbeitsstellung befinden,
ist der Vormagnetisierungsstromkreis des einen Relaisteiles jeweils über einen Ruhekontakt
des anderen geführt. Solange also eines der Schütze in Arbeitsstellung ist, kann
die zu dem anderen Schütz gehörende Drosselanordnung nich+ vormagnetisiert werden
und daher das andere Schütz nicht anziehen.
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Um den Höchststrom, den die Maschine aufnimmt, vom Temperament des
Maschinisten unabhängig zu machen, ist zweckmäßig eine selbsttätig wirkende Strombegrenzung
vorzusehen. Sie läßt sich ebenfalls durch magnetische Vorgänge wie folgt erreichen.
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Die Steuerdrossel in dem Steuergerät 23, die die Steuerimpulse steiler
Front erzeugt, kann durch Vormagnetisierung derart beeinflußt werden, daß die Impulsfront
verschoben wird. Es wird zunächst durch eine gleichbleibende Vormagnetisierung mit
Hilfe der Wicklung 24 die Impulsfront so weit vorverschoben, daß die gesamte Impulsdauer
etwa iao° beträgt. Im entgegengesetzten Sinne läßt man dann gemäß dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. i über die Wicklung 25 den Gefäßstrom auf die Steuerdrossel einwirken,
so daß der Strom eine Rückverschiebung der Impulsfront bewirkt und sich auf diese
Weise selber begrenzt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann aber zur selbsttätigen
Strombegrenzung auch die Spannungsdifferenz von Anker und Stromrichter herangezogen
werden. Da für den Ankerstrom des Motors die Differenz seiner EMK und der Stromrichter-EMK
maßgebend ist, diese Differenz aber an den Spannungsvergleichswiderständen g und
io (bis auf den Spannungsabfall des Ankers) nachgebildet wird, kann auch die Spannungsdifferenz,
die bereits zum Steuern der Relais Verwendung findet, als Maß für den Strom dienen
und mit ihrer Hilfe eine Kompoundierung der Steuerung eingeleitet werden.
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Die Fig.2 zeigt hierfür ein Ausführungsbeispiel. Sie stellt einen
Ausschnitt aus der Fig. i dar, wobei gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen
versehen sind. Die Wirksamkeit dieser Anordnung soll beispielsweise unabhängig von
der Drehrichtung und dem Betriebszustand des Motors sein. Bei zu großer Spannungsdifferenz,
also zu hohem Strom, soll ein Kompoundierungsstrom fließen, unabhängig vom Vorzeichen
der Spannungsdifferenz. Da die Richtung des kompoundierenden Stromes durch die Steuerdrossel
im Steuergerät 23 vorgeschrieben ist, wird die Spannungsdifferenz durch den Hilfsgleichrichter
26 gleichgerichtet.
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Der Vorteil dieserAnordnungliegtzunächst darin, daß liier - im Gegensatz
zur unmittelbaren Kompoundierung durch den Ankerstrom - ein Schwellenwert, nach
dessen Überschreiten die Kompoundierung wirksam werden soll, durch eine entsprechende
Gegenspannung, z. B. am Widerstand 27, mit Leichtigkeit eingeführt werden kann.
Darüber hinaus aber tritt die Kompoundierung bereits vor dem Einschalten der Hauptschütze
q. und 5 ein, so daß stromloses Schalten gewährleistet ist, während bei der Kompoundierung
durch den Strom selbst die Wirkung erst mit dem Strom, also nachdem die Schütze
geschaltet haben, eintreten kann, wobei unter Umständen ein hoher Einschaltstromstoß
auftritt. Diese Wirkung der Anordnung kann noch dadurch unterstützt werden, daß
die Vergleichsspannung am Widerstand 27, die den Schwellenwert festlegt, von einem
Hilfskontakt am Hauptschütz unterbrochen wird, so daß hier die Kompoundierung sofort
wirksam wird und nicht erst, nachdem die Spannungsdifferenz einen Schwellenwert
überschritten hat. SchließlichwirdbeidieserAnordnung ein Kippen durch Überkompoundierung
der Steuerdrossel mit Sicherheit vermieden.