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Stromrichtermotor, bestehend aus einem Drehfeldmotor mit Gleichstromerzeugung,
der über Stromrichter in Wechselrichterschaltung gespeist wird Die Erfindung betrifft
einen Elektromotor, der als Drehfeldmotor mit Gleichstromerregung ausgebildet und
zum Zwecke der Drehzahlregelung und zum Anlassen über Stromrichter in Wechselrichterschaltung,
insbesondere gittergesteuerte Quecksilberdampfentladungsstrecken, an eine Gleichstromquelle
angeschlossen ist. Die Speisung mit Gleichstrom kann dabei entweder unmittelbar
aus einer Gleichstromquelle erfolgen oder aus einer Gleichstromquelle, die in ausgeprägter
oder versteckter Form ebenfalls aus Stromrichtern besteht, welche primärseitig an
eine Wechselstromquelle angeschlossen sind. Als Beispiel sei ein bekannter Stromrichtermotor
angeführt, bei dem jeder Wicklungsphase eines Drehfeldmotors mit Gleichstromerregung
eine besondere Gleichstromquelle in der Weise zugeordnet ist, daß die äußeren Enden
der Wicklungsphasen des Motors mit den Mittelpunkten je einer Sekundärwicklung eines
Transformators verbunden sind, dessen Primärwicklung an ein Wechselstromnetz angeschlossen
ist.
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Gemäß der Erfindung wird das Betriebsverhalten solcher Stromrichtermotoren
dadurch verbessert, daß
die Gleichstromerregerdurchflutung des Drehfeldmotors
aus einem konstanten und einem dem Arbeitsstrom verhältnisgleichen Anteil gebildet
ist. Der Stromrichtermotor wird nach dem Vorschlage der Erfindung nicht wie bisher
mit gleichbleibender Erregerdurchflutung betrieben, es wird vielmehr die Gleichstromerregung
teilweise von der Größe des von dem Motor aufgenommenen Stromes abhängig gemacht.
Bei steigender Belastung wird die Erregerdurchflutung selbsttätig vergrößert, um
den Induktionsfluß annähernd konstant zu halten. Die Erfindung hat den Vorteil,
daß die ansteigende Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie bekannter Stromrichtermotoren
mit gleichbleibender Erregerdurchflutung in eine Drehzahlkennlinie verwandelt wird,
welche wie bei Gleichstrom-Nebenschlußmotoren eine leicht fallende Neigung hat.
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Die Erfindung geht davon aus, daß es bei Stromrichtermotoren, die
über Stromrichter in Wechselrichterschaltung gespeist werden, erforderlich ist,
die Wechselrichterentladungsstrecken mit dem größtmöglichen Zündverzögerungswinkel
von etwa I5o° zu betreiben, damit die Bauleistung (Scheinleistung) des Motors möglichst
klein wird. Der Motor arbeitet in bezug auf sein eigenes Drehstromsystem als Drehstrom-Synchronmotor
mit einem Leistungsfaktor von cos p etwa o,9o übererregt. Würde man einen solchen
auf hohen kapazitiven Leistungsfaktor eingestellten Motor bei vorgegebener Stromrichtergleichspannung
konstant erregen, so würde bei Belastung seine Drehzahl aus folgenden Gründen ansteigen:
Bei Stromrichterbetrieb mit festem Zündverzögerungswinkel stehen allgemein Gleich-
und Wechselspannung in festem Verhältnis zueinander. Konstante Gleichspannung Ug
des Stromrichtermotors bedingt daher unabhängig von Motorfrequenz, Erregung und
Belastung - Spannungsabfälle unberücksichtigt -eine konstante Ankerdrehstromspannung
U. Andererseits ist aber auf Grund der Induktionswirkung im Motor U ~ n p (n = Drehzahl,
p = Induktionsfluß). Ferner ist auf Grund der Schalterwirkung des Stromrichters
der Ankerdrehstrom unmittelbar verhältnisgleich dem Gleichstrom und damit der Leistung
des Motors. Proportional der Leistung wachsen also der Ankerstrom und die Ankerdurchflutung.
Zunahme der bei kapazitivem Leistungsfaktor teilweise entmagnetisierend wirkenden
Ankerdurchflutung hat aber bei konstanter Erregerdurchflutung offenbar eine Abnahme
des Induktionsflusses p und damit bei fester Ankerspannung U ein Steigen der Drehzahl
n ~ U/p zur Folge. Die Spannungsabfälle und die Krümmung der Magnetisierungskennlinie
wirken wohl wieder drehzahlermäßigend, aber grundsätzlich ändert sich dadurch im
allgemeinen an dem unerwünschten Verlauf der Drehzahlkennlinie nichts.
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Dieser Mangel wird durch die Erfindung dadurch behoben, daß die Erregerdurchflutung
aus einem konstanten und einem dem Arbeitsstrom verhältnisgleichen Anteil gebildet
ist. Entsprechend der steigenden Ankerrückwirkung wird nach der Erfindung die Erregerdurchflutung
selbsttätig vergrößert und damit der Induktionsfluß annähernd konstant gehalten.
Dabei ist zu berücksichtigen, daß der Motor grundsätzlich fremderregt werden muß,
da beim Anlauf des Motors die Gleichstromerregung bereits im Stillstand verfügbar
sein muß.
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Für die belastungsabhängige Änderung der Gleichstromerregerdurchflutung
des Stromrichtermotors bestehen je nach der Art der Schaltung des Erregerkreises
dieses Motors verschiedene Möglichkeiten. Der Erregerstrom für den Motor kann beispielsweise
einer besonderen, fremd angetriebenen Erregermaschine entnommen werden, deren Erregung
dann ihrerseits einen gleichbleibenden und einen vom Strom des Stromrichtermotors
abhängigen Anteil erhält. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Erregerwicklung
des Stromrichtermotors in zwei Gruppen unterteilt wird, von denen die eine Gruppe
an eine konstante Gleichspannung angeschlossen ist, während die andere Gruppe über
einen Gleichrichter mit einem Strom erregt wird, der dem Arbeitsstrom des Stromrichtermotors
verhältnisgleich ist. Diese zweite Wicklungsgruppe kann zu dem Zweck beispielsweise
über einen Hilfsgleichrichter an einen Stromwandler im Primärkreis des Stromrichtermotors
angeschlossen sein.
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Zur Erläuterung der Erfindung sind in der Zeichnung zwei Ausführungsbeispiele
für Schaltungen von Stromrichtermotoren dargestellt. In Fig. I wird ein Stromrichtermotor
I über zwei gittergesteuerte Stromrichter, beispielsweise gittergesteuerte Quecksilberdampfentladungsgefäße
2 und 3, in Brückenschaltung an ein Drehstromnetz angeschlossen. Zwischen den Stromrichtermotor
und das Drehstromnetz ist somit ein Frequenzumformer mit Gleichstromzwischenkreis
geschaltet. Mit 4 ist ein Hilfstransformator bezeichnet, der zum Anlassen bzw. im
Bereich geringer Drehzahlen eine Kommutierungsspannung in den Stromkreis des Motors
einführt. Die Kommutierungsspannung ist dabei einem Drehstromnetz an sich beliebiger,
jedoch genügend hoher Frequenz zu entnehmen.
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Die Gleichstromerregung für den Stromrichtermotor wird einem Erregerumformer
5 entnommen. Die beiden Erregerspulen 51 und 52 der Erregermaschine dieses Umformers
werden über Gleichrichter 6 und 7 gespeist. Der Gleichrichter 6 wird über einen
Stromtransformator ä in den Zuleitungen zum netzseitigen Stromrichter 3 oder in
den Zuleitungen zum Stromrichtermotor i gespeist und liefert den lastabhängigen
Erregerstrom. Der Gleichrichter 7 liegt an einer festen Drehstromspannung und liefert
den gleichbleibenden Erregerstrom. Im allgemeinen wird man der Einschaltung des
Stromtransformators in die Zuleitungen zum netzseitigen Stromrichter den Vorzug
geben, da dort die Frequenz konstant ist, während auf der Motorseite die Frequenz
von Null bis zum Höchstwert veränderlich ist. Zum Einstellen der beiden Erregungsanteile
wird der Stromtransformator ß zweckmäßig mit Anzapfungen ausgerüstet, und es wird
im Stromkreis der Erregerspule 52 ein Regelwiderstand g vorgesehen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 besitzt der Stromrichtermotor
i zwei Erregerwicklungen ii und 12, die über je einen Hilfsgleichrichter 6 bzw.
7 gespeist werden. Der über den Gleichrichter 7 zugeführte Erregerstrom ist betriebsmäßig
konstant, kann
jedoch in seiner Höhe durch einen Regelwiderstand
Io eingestellt werden. Der Gleichrichter 6 ist an einen Stromtransformator 8 angeschlossen
und liefert dementsprechend einen Erregerstrom, der dem Arbeitsstrom des Stromrichtermotors
verhältnisgleich ist.
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Die in den Schaltungen der Fig. I und 2 angenommene Art der Gleichstromerregung
des Stromrichtermotors ist nur als eine mögliche Ausführungsform anzusehen. Wesentlich
ist in jedem Fall, daß die Gesamtgleichstromdurchflutung des Drehfeldmotors einen
gleichbleibenden Anteil und einen vom Arbeitsstrom des Stromrichtermotors abhängigen
bzw. diesem verhältnisgleichen Anteil hat.