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Schaltungsanordnung zur Drehmomentumkehr einer stromrichtergespeisten Gleichstrommaschine
Es ist bereits bekannt, dass das Drehmoment einer Gleichstrommaschine, die über einen Stromrichter mit einem Ankerstrom gleichbleibender Richtung gespeist wird, dadurch umgekehrt werden kann, dass das
Feld der Maschine gewendet wird.
Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, durch die Gittersteuerung des Stromrichters den Strom (nicht die Spannung) auf einem bestimmten, durch das verlangte Drehmo- ment gegebenen Wert zu halten und das Feld nicht unabhängig vom Strom konstant zu lassen und dann zur Drehmomentumkehr vom vollen Wert der einen Richtung auf den vollen Wert der andern Richtung zu wenden, sondern bei kleiner werdendem Drehmoment nicht nur den Ankerstrom sondern auch die Erre- gung zu vermindern, so dass dann beim Nulldurchgang und der nachfolgenden Umkehr des Drehmomentes eine stetige Änderung des Feldes möglich ist. Wenn also Ankerstrom und Erregung gleichzeitig und gleichsinnig geändert werden, hat der Motor im wesentlichen das Verhalten eines Reihenschlussmotors.
Es war aber bisher nicht möglich, den Motor wirklich als Reihenschlussmotor auszuführen, weil das Wen- den der Erregung einen Schaltvorgang in dem die volle Leistung führenden Ankerstromkreis bedeutet Mt- te.
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, mit der es möglich ist, dem Motor ein Reihenschlussverhalten zu geben und seine Erregung zu wenden, wobei nur eine Leistung in der Grössenordnung der Erregerleistung, und dies nur in Wechselstromkreisen, geschaltet wird, so dass zum Schalten gittergesteuerte Entladungsgefässe oder Transduktoren verwendet werden können. Erfindungsgemäss wird zu diesem Zweck die Erregerleistung der Gleichstrommaschine auf der Wechselstromseite des Stromrichters über Stromtransformatoren entnommen und über steuerbare Entladungsstrecken oder über Transduktoren der Erregerwicklung so zugeführt, dass der dem Ankerstrom zumindest annähernd proportionale Erregerstrom durch die Steuerung dieser steuerbaren Elemente gewendet werden kann.
Fig. 1 zeigt eine solche Schaltung.
DasDrehstromnetz RST speist über den Transformator l den gittergesteuerten Stromrichter 2 und dieser liefert den Strom für die Gleichstrommaschine 3. Die an den Stromrichter angeschlossene Sekundärwicklung des Transformators 1 ist mit Sechsphasen-Nullpunktschaltung gezeichnet, doch gilt das folgende ebenso für alle andern Sechsphasenschaltungen. Von den sechs Anoden des Stromrichters sind der Übersichtlichkeit halber nur zwei an einander entgegengesetzte Phasen angeschlossen gezeichnet. Die Erregerwicklung der Maschine 3 wird über Stromwandler 4,5, 6, die in den Primärleitungen des Transformators 1 liegen, mit einem dem Ankerstrom ungefähr proportionalen Strom erregt. Dazu hat jeder Stromwandler eine Sekundärwicklung mit Mittelanzapfung, die an ein Ende der Erregerwicklung angeschlossen ist.
Jedes Ende der Sekundärwicklung ist über gegensinnig geschaltete, steuerbare Entladungsgefässe (Thyratrons) mit dem andern Ende der Erregerwicklung 19 verbunden. Wenn alle vier Ventile der Phase R geöffnet sind, führt die Sekundärwicklung des Wandlers einen dem Primärstrom proportionalen Strom im Kurzschluss. Werden nun die Ventile 9, 10 gesperrt, dann fliesst die eine Halbwelle vom Mittelpunkt durch das Ventil 7 und die Erregerwicklung zum Mittelpunkt zurück, die andere Halbwelle durch das Ventil 8 und in derselben Richtung durch die Erregerwicklung. Ebenso liefern die Phasen S und T ihren Anteil am Erregerstrom, wenn die Ventile 13, 14 bzw. 17, 18 gesperrt werden. Werden jedoch statt dessen die Ventile 7, 8, 11, 12, 15, 16 gesperrt, dann hat die Erregung umgekehrte Richtung.
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Statt der Stromwandler in den Primärwicklungen des Trafos können auch Wandler in den Anodenlei- tungen verwendet werden. Zweckmässig ist es, zwei gegenüberliegende Phasen auf zwei Primärwicklungen desselben Wandlers so zu schalten, dass sie einander entgegengesetzt magnetisieren. Dadurch wird eine
Gleichstromsättigung des Wandlers vermieden. Dies ergibt insgesamt drei Wandler, von denen einer (20) gezeichnet ist. Ihre Sekundärwicklungen sind ebenso über Ventile an die Erregerwicklung zu schalten, wie es oben für die Wandler in den Primärleitungen beschrieben ist. Die Wandler in den Anodenleitungen geben eine genauer dem Ankerstrom proportionale Erregung als die Wandler in den Primärleitungen, weil sie nicht vom Magnetisierungsstrom des Transformators durchflossen sind.
Die beschriebene Einrichtung gestattet es, die Erregung bei jedem beliebigen Wert des Ankerstromes durch einfache Gittersteuerung der Ventile zu wenden. Vorzugsweise wird zwar der Nulldurchgang des
Stromes abgewartet, aber das Wenden könnte z. B. auch bei Nennstrom durchgeführt werden. Sind z. B. die Ventile 7, 8, 11, 12, 15, 16 geöffnet und 9, 10, 13, 14, 17, 18 gesperrt, dann kann durch Öffnen der zwei- ten Gruppe die Erregerwicklung über die Ventile in sich kurzgeschlossen werden und der Erregerstrom klingt mit seiner Zeitkonstante ab. Wird aber gleichzeitig die erste Gruppe gesperrt, dann erzwingt der
Stromwandler, mit der ganzen ihm zur Verfügung stehenden Spannung trotz der Induktivität der Wicklung eine Umkehr des Stromes. Um Überspannungen zu vermeiden, ist der Feldschutzwiderstand 21 vorgesehen.
In der Schaltung nach Fig. 1 haben nur sechs der Entladungsgefässe ein gemeinsames Kathodenpoten- tial, so dass sie mit einer gemeinsamen Gitterspannungsquelle gesteuert werden können, die andern haben verschiedene Potentiale, was ihre Steuerung umständlich macht. Fig. 2 zeigt eine Schaltung am Beispiel des Stromwandlers der Phase R, in der die beiden Ventilgruppen für die beiden Richtungen der Erregung jede für sich ein gemeinsames Kathodenpotential haben. Allerdings geht dies auf Kosten der Anzahl der Sekundärwicklungen des Wandlers. So wie bei der Schaltung nach Fig. 1 wird durch Sperren der
Ventile 9, 10 (und der entsprechendender andernPhasen) der Erregerstrom einer Richtung erzeugt (oben plus) und durch Sperren der andern Gruppe Erregerstrom der andern Richtung.
Die sechs Gefässe einer Gruppe können hier jedoch auch zu einem sechsanodigen Gefäss mit gemeinsamer Kathode zusammengefasst werden, ebenso die der andern Gruppe.
Soll die Erregung des Motors geschwächt werden, um seine Überlastbarkeit auszunützen oder um den Stromrichter bei Energierücklieferung, wenn er also als Wechselrichter arbeitet, vor dem Kippen zu bewahren, dann kann dies in der Art ausgeführt werden, dass in schneller Folge zwei Betriebszustände ein- ander abwechseln : beim ersten Betriebszustand sind beide Gruppen von Entladungsstrecken durchlässig, so dass die Erregung in sich kurzgeschlossen ist und mit ihrer Zeitkonstante abklingt, beim zweiten Betriebszustand ist eine Gruppe gesperrt, so dass die Stromwandlerspannung den Erregerstrom wieder erhöht. Auf diese Art kommt eine Zweipunktregelung wie bei einem Tirillregler zustande, die einen geschwächten Mittelwert des Feldes ergibt.
Fig. 3 zeigt eine Schaltung mit Transduktoren.
Es ist wiederum nur der Stromwandler der Phase R gezeichnet, die beiden andern Phasen sind gleichartig ausgeführt. Der Stromwandler hat eine Primärwicklung 22 und zwei untereinander gleiche Sekundärwicklungen 23', 23". An die Sekundärwicklung 23'ist ein Transduktor 24'und eine Gleichrichterbrücke 25'angeschlossen. Ist der Transduktor 24'durch seine Steuerwicklung voll geöffnet, dann bietet er dem Sekundärstrom der Wicklung 23'nur wenig Widerstand und an seinen Klemmen erscheint nur eine kleine Spannung.
Wird der Transduktor durch die Steuerwicklung gesperrt, dann lässt er praktisch keinen Strom durch, der Sekundärstrom muss über die Brücke 25'und als Gleichstrom durch die Erregerwicklung 19'fliessen. Ebenso kann durch Sperren des Transduktors 24" die Erregerwicklung 19"erregt werden. Die Erregerwicklungen 19', 19"sind so gepolt, dass sie einander entgegengerichtete Erregungen ergeben. Durch die Leitungen 26', 26" werden den Erregerwicklungen die von den Phasen S und T kommenden Erregerstromanteile zugeführt.
Die Erregung hat also eine bestimmte Richtung, wenn der Transduktor 24'und die ihm entsprechenden Transduktoren der Phasen S und T gesperrt und Transduktor 24" mit den beiden ihm entsprechenden geöffnet ist und sie hat die umgekehrte Richtung, wenn die Gruppe mit 24" gesperrt und die mit 24'geöffnet ist. Die Schaltung erfordert insgesamt ausser den Stromtransformatoren sechs Transduktoren und sechs Gleichrichterbrücken und zwei voneinander getrennte Erregerwicklungsteile 19'und 19".
Wenn es nicht darauf ankommt, dass eine extrem kleine Steuerleistung zum Umkehren des Feldes genügt, dann kann an Stelle der Transduktoren in Sättigungswinkelschaltung auch eine andere, einfachere Transduktorschaltung verwendet werden.