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Verfahren zur Regelung der Rückarbeit von Gleichstrom-Reihenschlußgeneratoren
auf ein Wechselstromnetz über gittergesteuerte Stromrichter, insbesondere für Fahrzeugantriebe
Bekanntlich kann ein Reihenschlußgenerator auf eine konstante Gegenspannung nicht
stetig zurückarbeiten, wie es im allgemeinen notwendig ist, wenn ein Motor als Generator
auf ein Netz zurückarbeiten soll. Für den Betrieb von Reihenschlußmotoren über Stromrichter
wurden schon früher gewisse Maßnahmen beschrieben, um den Strom auch im Falle der
Rückarbeit durch Gittersteuerung des Stromrichters zu begrenzen, so daß eine gewisse
Stetigkeit der Rückarbeit möglich war. In diesem Falle trat jedoch eine andere Schwierigkeit
auf. Die Voraussetzung für eine derartige Strombegrenzung ist bekanntlich, daß die
Gleichstromspannung des Stromrichters der elektromotorischen Kraft der Maschine
in einem nicht allzu großen Abstande folgt, und zwar in einem Abstande, der dem
dem Strom proportionalen Spannungsabfall entspricht. Für die Gleichspannung des
Stromrichters gibt es eine von der Wechselspannung bestimmte -kritische Grenze,
die unter keinen Umständen überschritten werden darf, weil dann ein Kurzschluß auftritt.
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Es genügt jedoch nicht, die Gittersteuerung einfach an dieser Grenze
stillzusetzen, weil man dann dieselbe Unstetigkeit wie bei der Rückarbeit auf eine
feste Gegenspannung wiedereinführt, sondern man muß, wenn die Klemmenspannung der
Maschine bzw. des Stromrichters sich ,dieser Grenze nähert, einen besonderen Eingriff
in die Steuerung vornehmen, damit bei erhaltener Stetigkeit des Stromes .das Überschreiten
der kritischen Spannungsgrenze verhindert wird.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Rückarbeit von
Gleichstrom-Reihenschlußgeneratoren auf ein Wechselstromnetz über gittergesteuerte
Stromrichter, deren Gittersteuerung bei Wechselrichtung begrenzend auf die Strombelastung
wirkt, insbesondere für Fahrzeugantriebe, welches sich dadurch auszeichnet, daß
bei Generatorspannungen unterhalb eines bestimmten, von
der kritischen
Spannungsgrenze des Stromrichters abhängigen Spannungswertes die Gittersteuerung
nur vom Belastungsstrom beeinflußt wird und daß bei einem Anstieg der Generatorspannung
über diesen Spannungswert die Beeinflussung der Gittersteuerung durch die Generatorspannung
in der Weise geschieht, daß die Gegenspannung des Stromrichters über den zur Innehaltung
des zulässigen Stromes bestimmten Wert erhöht wird. Der Spannungswert, bei der die
Umstellung von der einen auf die andere Regelweise geschieht, soll selbstverständlich
etwas unterhalb der höchsten betriebsmäßig zulässigen Spannungsgrenze liegen, die
ihrerseits wiederum mit einem gewissen Sicherheitsbereich unterhalb der obengenannten
kritischen Spannungsgrenze liegen muß. Die Erhöhung der Gegenspannung des Stromrichters
hat zur Folge, daß der Unterschied zwischen dieser Spannung und der Generatorspannung
und damit auch der von diesem Unterschied abhängige Strom herabgesetzt wird, welcher
Strom seinerseits auf die Spannung des Reihenschlußgenerators zurückwirkt, so daß
ein Anstieg derselben über die gefährliche Grenze verhindert wird.
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Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch
dargestellt.
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i ist der Anker und 2 die Erregerwicklung einer Reihenschlußmaschine,
die im normalen Betrieb als Motor über einen Stromrichter von einem Einphasennetz
3 aus gespeist wird und beispielsweise ein Fahrzeug antreibt. Der Stromrichter besteht
aus einem Ventilgefäß mit Anoden 5, Steuergittern 6 und Kathode 7 und einem Transformator
mit Netzwicklung 8, Ventilwicklung 9 und Hilfswicklung io für die Gitterspeisung.
Zwischen der Ventilwicklung 9 und der Reilfenschlußinaschine liegt eine Glättungsdrossel
i i und ein Stromwandler 12. Um das abwechselnde Arbeiten der Maschine als Motor
und als Generator zu ermöglichen, ist zwischen dem Anker i und der Erregerwicklung
2 ein L`mschaltür 13 angebracht.
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Die Klemmenspannung der Maschine wirkt über einen Widerstand 14 auf
eine gleichstromgesättigte Induktanz 15, die in bekannter Weise derart ausgeführt
ist, daß sie einen dem Gleichstrom und also auch der Maschinenspannung praktisch
proportionalen Wechselstrom liefert. Letzterer wird in einem Transformator 16 transformiert
und über einTrockengleichrichterviereck 17 gleichgerichtet. Er wird sodann von einem
Normalstrom abgezogen, der über eine ähnliche, mit konstantem, einstellbarem Gleichstrom
gesättigte Induktanz 18 erhalten und über ein Gleichrichterviereck i9 gleichgerichtet
wird. Der Differenzstrom wird, vorzugsweise über einen Gleichrichter 2o, der Gleich:trornwicklung
einer weiteren Induktanz 21 zugeführt, die eine Phasendrehschaltung an sich bekannter
Art beeinflußt. Die Induktanz ist in Reihe mit einem Widerstand 22 an die Sekundärwicklung
eines Transformators 23 angeschlossen, während zwischen dein Mittelpunkt der Sekundärwicklung
und dem Verbindungspunkt zwischen der Induktanz 2l und dem Widerstand 22 die Primärwicklung
eines Gittertransformators 2:I liegt. Die Sekundärwicklung dieses Transformators
ist über Widerstände :25 mit den Gittern 0 verbunden, während ihr Mittelpunkt über
einen Widerstand 26 höherer Größenordnung als die Widerstände 25 mit der Kathode
7 verbunden ist. Parallel zur Induktanz 21 kann ein Kondensator 27 liegen, um .den
Drehbereich der Phasendreh:mpedanz zu erweitern. Die Anfangslage der Drehung kann
von vornherein durch irgendeine beliebige Vorrichtung eingestellt werden, die in
üblicher Weise durch den Pfeil im Transformator 23 angedeutet ist. Schließlich wirkt
auf den Gittersteuerkreis eine stromempfindliche Anordnung ein, die den Belastungsstrom
innerhalb bestimmter Grenzen hält. Diese Anordnung, die an sich bekannter Art sein
kann, ist n'cht näher dargestellt, sondern nur schematisch bei 28 angedeutet und
an den Stromwandler 1 2 angeschlossen.
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Die beschriebene Anordnung wirkt in folgender Weise. Wenn der zur
Klemmenspannung der Maschine i im wesentlichen proportionale Gleichstrom des Gleichrichtervierecks
17 ansteigt und sich dem Wert des Normalstromes des Gleichrichtervierecks i 9 nähert,
sinkt der vorher verhältnismäßig hole Differenzstrom in der Gleichstromtv:cl:lung
der Induktanz 21, so daß der Wert der Induktanz von einem niedrigen Anfangswert,
bei deni sie die Phase der Gitterspannung nicht nennenswert beeinflußt, auf einen
höherenNVert steigt, bei dem die Phasenlage der Giterspannung gegenüber der Anodenspannung
verzögert wird. Dies bedeutet bei Wechselrichtung einen steigenden Wert der Gleichspannung
bei konstanter Wechselspannung. Der Stromrichter liefert also eine höhere Gegenspannung,
wodurch der Strom sinkt und der ursprünglichen, beispielsweise von einer Geschwindigkeitssteigerung
verursachten Spannungserhöhung an den Maschinenklemmen entgegenwirkt. Die Maschinenspannung
wird infolgedessen innerhalb der zugelassenen Grenze gehalten.
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Der vom Gleichrichterviereck i 9 gelieferte Normalstrom kann seinerseits
nach einem gewissen Programm geregelt werden. Er kann z. B. von der Netzspannung
abhängig gemacht werden, so daß die zulässige Grenze
der Spannung
an den Maschinenklemmen sich proportional mit der Netzspannung ändert, was richtiger
ist als eine Konstanthaltung unter jeder Bedingung. In diesem Falle kann ,die Netzspannung
über einen Transformator unmittelbar mit dem Gleichrichterviereck i g verbunden
sein, so daß das Zwischenglied 18 weggelassen werden kann.
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Es kann auch zweckmäßig sein, die zuläs° sige Spannungsgrenze vom
Belastungsstrom abhängig zu machen, so daß sie unter sonst gleichen Bedingungen
bei wachsendem Strom sinkt, weil die ,dabei erschwerte Kommutierung einen größeren
Unterschied zwischen dem praktisch zulässigen und dem theoretisch möglichen Höchstwert
der Gleichspannung benötigt.
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Solange die Spannung *in einem erforderlichen Abstand von der kritischen
Grenze liegt, kann die Gittersteuerung im wesentlichen vom Belastungsstrom abhängig
sein, da dann die Einwirkung des stromabhängigen Regelapparates 28 der Einwirkung
der spannungsabhängigen Regelung überwiegt.
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Die gleichstromgesättigte Induktanz 15 ist in erster Linie für die
Isolierung von Bedeutung, indem man das unmittelbare Einführen der Maschinenspannung
in den Regelstromkreis vermeidet. Falls man von diesem Gesichtspunkte absehen kann
und gleichzeitig nur auf den Generatorbetrieb Rücksicht nimmt, kann man den zur
Maschinenspannung proportionalen Strom unmittelbar an die Verzweigungspunkte des
Regelkreises, d. h. zit den Gleichstromecken des Gleichrichtervierecks ig leiten.
Oft ist es jedoch zweckmäßig, auch bei Motorbetrieb mit Spannungsregelung arbeiten
zu können, und da die Spannung an den Maschinenklemmen dann die umgekehrte Richtung
im Verhältnis zum Generatorbetrieb hat, kann man den dieser Spannung proportionalen
Strom in die in der Zeichnung mit dem Transformator 16 verbundenen Ecken des Gleichrichtervierecks
17 einleiten und von den beiden anderen Ecken einen von der Richtung des einkommenden
Stromes und damit auch von der- Richtung der Klemmenspannung unabhängigen Strom
abnehmen, also einen Umschalter ersparen. Eine ähnliche Wirkung hat auch die gleichstromgesättigte
Induktanz 15. Die Anbringung eines besonderen Hilfskontaktes für diesen Zweck
auf dem Umschalter 13 ist in vielen Fällen weniger zweckmäßig, besonders falls die
Maschine i abwechselnd in beiden Richtungen laufen soll, beispielsweise für Fahrzeugantriebe.
In diesem Falle soll nämlich der Umschalter 13 außer der. vorher genannten Aufgabe
-der Umschaltung vom Generator- zum Motorbetrieb, falls möglich, auch die bekannte
Aufgabe erfüllen, den Motor auf die andere Drehrichtung umzuschalten, wobei die
Spannungsregelung aber nicht umgeschaltet werden soll. In vielen Fällen kann es
auch wünschenwert sein, daß die Spannungsgrenze, bei der die Regelung einzugreifen
anfängt, eine andere, beispielsweise eine höhere, beim Motorbetrieb als beim Generatorbetrieb
ist. Um dies in einfacher Weise zu ermöglichen, kann man -in der dargestellten Schaltung
zu einem Teil des Widerstandes 14 einen Gleichrichter 29 parallel schalten, -der
bei einer bestimmten Stromrichtung diesen Teil des Widerstandes kurzschließt, also
den Proportionalitätsfaktor zwischen der Spannung und- dem von der Spannung abhängigen
Strom ändert. Bei direktem Anschluß der Maschinenklemmen über einen Widerstand an
zwei Ecken des Gleichrichtervierecks 17 kann man zu demselben Zweck auch in zwei
gegenüberliegende Seiten des Vierecks Widerstände einschalten, die nur dann in Wirksamkeit
treten, wenn diese Seiten Strom führen.