-
Anordnung zur Stromkommutierung bei Stillstand und niedrigen Drehzahlen
von Stromrichtermaschinen Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Betriebe von
Stromrichtermaschinen, welche über eine gesteuerte Stromrichteranlage, bestehend
aus Gleichrichter und Wechselrichter mit Gleichstromzwischenkreis, an ein Wechselstromnetz
oder über einen gesteuerten Stromrichter an ein Gleichstromnetz angeschlossen sind
und bei denen die an die Ankerwicklung angeschlossenen Stromventile abhängig von
der Stellung des Polsystems zur Ankerwicklung für die Stromführung bzw. Stromsperrung
vorbereitet werden und wobei zur Stromkommutierung bei Stillstand und niedrigen
Drehzahlen in die Motorzuleitungen in Reihe mit der Ankerwicklung Hilfsumspannersekundärwick-Lungen
eingeschaltet werden, in denen Spannungen beliebiger Frequenz induziert werden.
-
Für die zur Steuerung der Entladungsstrecken des Stromrichtermotors
dienende Einrichtung muß beachtet werden, daß der Kommutierungsvorgang bei Stillstand
oder kleinen Drehzahlen des Motors nicht unbedingt bei Freigabe eines Ventils bzw.
einer Entladungsstrecke bereits beginnt, sondern daß im ungünstigsten Fall erst
zu Beginn der zweiten positiven Halbwelle der Kommutierungsfremdspannung nach Ventilfreigabe,
also erst nach beinahe einer vollen Periode der Fremdspannung, der endgültige Kommutierungsvorgang
einsetzt. Dies bedeutet, daB man zur
Steuerung des Stromrichtermotors
bzw. der Wechselrichterentladungsstrecken des Stromrichtermotors keine der bekannten,
mit kurzzeitigem Zündimpuls arbeitenden Steuereinrichtungen verwenden kann.
-
Gemäß der Erfindung werden die zu zündenden Entladungsstrecken bei
Stillstand und bei niedrigen Drehzahlen der Steuerrichtermaschine, im folgenden
als Drehzahlbereich der Kommutierung bezeichnet, durch eine Hilfswechselspannung
während einer Zeit zündbereit gehalten, die beinahe gleich oder größer als eine
Periode der Hilfswechselspannung ist. Nach der Erfindung werden die zu zündenden
Entladungsstrecken demnach während einer Zeitdauer zündbereit gehalten, die wesentlich
größer ist als beiden bekannten, mit einem einzigen kurzen Induktionsstoß arbeitenden
Steuerungseinrichtungen. Die nach der Erfindung erforderliche Zeitdauer der Zündbereitschaft
der zu zündenden Entladungsstrecken läßt sich beispielsweise mit Hilfe einer Steuerungseinrichtung
einhalten, durch die den Steuerelektroden der Entladungsstrecken während der Zeit
der erforderlichen Zündbereitschaft eine positive Gleichspannung zugeführt wird.
Man kann hier die von anderen Stromrichtersteuerungen her bekannten Steuerungseinrichtungen
verwenden, bei denen eine positive Gleichstromquelle mit Hilfe umlaufender Kontaktapparate
periodisch während einer vorbestimmten Zeit an die Steuerelektroden der Entladungsstrecken
angelegt werden. Eine andere Möglichkeit der Aufrechterhaltung der erforderlichen
Zündbereitschaft besteht darin, daß den Steuerelektroden eine möglichst dichte Folge
von positiven Zündimpulsen zugeführt wird. Auch hier können Kontaktapparate an sich
bekannter Art verwendet werden, um die Dauer der Beaufschlagung mit einer solchen
Folge von Zündimpulsen den Zündbedingungen entsprechend einzustellen.
-
Eine Ausführungsform einer Steuerungseinrichtung für die Entladungsstrecken
des Stromrichtermotors, bei der die vorstehend angegebenen Bedingungen für die Dauer
der Aufrechterhaltung der Zündbereitschaft der Entladungsstrecken eingehalten werden
kann, besteht darin, daß die Verteilerscheiben einer Kollek torsteuerung auf der
Primärseite von Transformatoren liegen, deren Sekundärkreis je über Gleichrichter
an die Steuerelektroden der einzelnen Entladungen angeschlossen sind und dementsprechend
den Steuerelektroden die für deren Steuerung erforderlichen Gleichspannungen in
ausreichender Höhe und vor allen Dingen ausreichender Zeitdauer zuführen. Die Erfindung
ist von besonderer Bedeutung für solche Ausführungsformen des oben geschilderten
Stromrichtermotors, bei denen die zu dem Stromrichtermotor gehörigen Entladungsstrecken
in Brückenschaltung geschaltet sind. Stromrichterbrückenschaltungen haben bekanntlich
die Eigenart, daß die Kathoden der Stromventile im Betriebe untereinander verschiedenes
elektrisches Potential aufweisen. Bei steuerbaren, insbesondere gittergesteuerten
Stromrichtern in Brückenschaltung muß man daher für die Entladungsstrecken verschiedenen
Kathodenpotentials getrennte Gitterzündeinrichtungen und Gittersperreinrichtungen
vor-3ehen. Bei Verwendung einer mechanischen Gitterteuerung der einzelnen Entladungsstrecken
mit Hilfe einer umlaufenden Kontaktscheibe, die unmittelbar in die Gitterleitungen
geschaltet ist, wäre man wegen der verschiedenen Potentiale der Kathoden der zu
steuernden Entladungsstrecken gezwungen, mehrere getrennte Kontaktscheiben zu verwenden.
Bei einer Drehstrombrückenschaltung müßte man mindestens vier Kontaktscheiben vorsehen,
die entsprechend der Spannung des Drehstromsystems gegeneinander und gegen die gemeinsame
Antriebswelle isoliert werden müßten. Diesem Nachteil wird durch die erfindungsgemäße
Steuerungseinrichtung begegnet. Die Verteilerscheiben liegen bei der Erfindung nicht
wie bei bekannten Steuerungseinrichtungen unmittelbar zwischen den Steuergittern
und der steuernden Gleichspannungsquelle, sondern auf der Primärseite der Transformatoren,
die sekundärseitig über Gleichrichterelemente mit den Steuerelektroden der verschiedenen
Entladungsstrecken verbunden sind.
-
Die Schaltung eines Stromrichtermotors, bei der eine Steuerungseinrichtung
nach der Erfindung angewendet ist, zeigt die Zeichnung. In dieser ist ein Synchronmotor
über einen Hilfsumspanner an die in Brückenschaltung angeordneten Ventile eines
Wechselrichters angeschlossen. Der Wechselrichter wird von einer veränderlichen
Gleichspannung gespeist, die zweckmäßig von einem steuerbaren Gleichrichter geliefert
wird. Der zwischen Wechselrichter und Motor liegende Hilfsumspanner kann durch einen
Hilfsschalter kurzgeschlossen werden, da die Spannung des Hilfsumspanners nur im
Stillstand und im Bereich kleiner Drehzahlen des Motors während des Anfahrens benötigt
wird.
-
Für eines der Ventile ist der Steuerkreis gezeichnet. Dieser Steuerkreis
enthält als Sperr- und Zündspannungsquellen zwei Trockengleichrichter, die über
Isolierhilfsumspanner aus einem Drehstrom-Niederspannungsnetz gespeist werden. Das
gleiche Niederspannungsnetz liefert dabei auch die Spannung für den Hilfsumspanner
in der Ankerleitung des Stromrichtermotors. Die Zündspannung jedes Ventils liegt
über einen hochohmigen Widerstand dauernd am Gitter, während die Sperrspannung parallel
dazu über einen kleineren Widerstand mit Hilfe zweier Steuerkollektoren in zwei
Hilfsnetzphasen periodisch zu- und abgeschaltet wird. Die beiden Steuerkollektoren
sind gemeinsam für sämtliche Gitter. Eine Hilfsnetzphase ist unmittelbar zu dem
Sperrumspanner geführt. Die beiden anderen Phasen des Hilfsnetzes sind je über einen
Schleifring mit Segmentgruppen der Steuerkollektoren verbunden, welche die Sperrdauer
von 24.o elektrischen Graden bestimmen. Auf jedem Kollektor befinden sich sechs
Bürsten im Abstand von 6o elektrischen Graden, angeschlossen an gleichnamige Primärklemmen
der sechs Sperrgleichrichter. Sofern zwölf Bürsten sich unterbringen lassen, können
die beiden Kollektoren auch zu einer Einheit vereinigt werden.
-
Die Kontaktscheiben der Steuerungseinrichtung können, wie aus der
Zeichnung ersichtlich, von zwei Motoren angetrieben werden. Der eine Motor ist ein
Gleichstrommotor, dessen Drehzahl und Drehsinn verändert werden kann. Dieser Motor
übernimmt den Antrieb der Kontaktscheiben vom Stillstand beginnend
bis
in den Bereich niedriger Drehzahlen. Der andere Antriebsmotor für die Kontaktscheiben
ist ein Synchronmotor, dessen Drehfeldwicklung an die Klemmen des Stromrichtermotors
angeschlossen ist. Dieser Motor übernimmt nach erfolgtem Anlassen des Stromrichtermotors
den Antrieb der Kontaktscheiben und sorgt für den erforderlichen Synchronismus zwischen
der Anodenspannung der Stromrichterentladungsstrecken und ihrer Gitterspannung.
Dieser Synchronmotor besitzt zwei räumlich gegeneinander versetzte Gleichstromerregerwicklungen,
deren Erregerstrom verändert werden kann. Die Phasenlage der über die Kontaktscheiben
gesteuerten Gitterspannungen der Stromrichterentladungsstrecken kann dadurch auf
einen für den Betrieb jeweils gewünschten Wert eingestellt werden.
-
Um Einschaltstromspitzen im Kollektorkreis zu vermeiden, wird die
Kerninduktion der Sperrumspanner zweckmäßig entsprechend niedrig gewählt.
-
Bei der gezeichneten Gittersteuerung ist angenommen, daß die negativen
Sperrspannungen der Ventile gesteuert werden. Diese Form einer Steuerung ist nur
als Ausführungsbeispiel anzusehen. Die Erfindung kann auch bei anderen Gitterkreisschaltungen
angewendet werden. Wesentlich ist nur, daß die zur Steuerung dienenden Verteilerscheiben
bzw. Kollektorscheiben nicht unmittelbar im Gitterkreis der Entladungsgefäße liegen,
sondern daß zwischen diese Scheiben und die Gitterkreise Hilfsumspanner geschaltet
sind, deren Primärkreise durch die Verteilerscheiben periodisch gesteuert werden.
-
Obwohl die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform einer Kollektorsteuerung
für den dargestellten Stromrichtermotor von besonderer Bedeutung ist, kann sie auch
für andere Stromrichterschaltungen angewendet werden, bei denen umlaufende Steuerscheiben
den Zündzeitpunkt der Entladungsstrecken bestimmen. Von besonderer Bedeutung ist
die Erfindung auch hier für in Brückenschaltung geschaltete Entladungsstrecken.