-
Einrichtung zur Begrenzung des Stromes von über steuerbare Ventile
gespeisten Motoren Die Erfindung .betrifft eine Einrichtung zur Begrenzung des Stromes
von über steuerbare Ventile gespeisten Motoren. Bei bekannten Einrichtungen dieser
Art wird eine Regelspannung zur Steuerung der Ventile oder ein Steuerstrom zur Erregung
einer Kompoundwicklung im wesentlichen mittels eines Wandlers gewonnen. Dieser Wandler
weist dabei einen sättigbaren Kern auf, der durch eine erste Wicklung mittels eines
Gleichstromes bis ins Gebiet der Sättigung vormagnetisiert wird. Der zu steuernde
Strom fließt durch eine zweite Wicklung des Wandlers, die derart geschaltet ist,
daß letzterer Strom im Wand'lerkern eine der Vormagnetisierung entgegengerichtete
Magnetisierung hervorruft. Zudem ist die zweite Wicklung derart bemessen, daß bei
überschreiten eines durch die Vormagnetisierung festgelegten Grenzstromes der Anlage
der Wandlerkern ummagnetisiert wird. Die Ummagnetisierung des Wandlerkernes wird
zur Erzeugung von Regelimpulsen ausgenutzt, indem in Reihe zu einer dritten wechselstromgespeisten
Wicklung des Wandlers eine elektrische Weiche geschaltet ist, die zwei Pfade mit
je einem Ventil aufweist, wobei die Regelimpulse dein einen Pfad entnommen werden.
Der Strom, der in der dritten Wicklung infolge der angelegten Wechselspannung fließt,
weist infolge der Magnetisierung des Wandlerkernes
ins Sättigungsgebiet
unterschiedliche Amplituden in bezug auf die positiven und negativen deformierten
Halbwellen auf. Mit einem bestimmten Bezugssinn hat also der Strom beispielsweise
vorerst geringe positive Amplitudenwerte, wogegen in negativer Richtung .eigentliche
Spannungsspitzen auftreten. Beim Überschreiten des zulässigen Grenzstromes der Anlage
und bei der damit verbundenen Ummagnetisierung des Wandlerkernes ändert der Strom
seine Richtung um i8o°, so daß neben geringen negativen Amplitudenwerten posi-.
tive Spannungsspitzen auftreten. Die Ventile in den Pfaden der elektrischen Weiche
sind nun derart gepolt, daß die Spannungsspitzen, die vor der Ummagnetisierung des
Wandterkernes auftreten, an dem Pfad, dem die Regelimpulse entnommen werden, vorbeigeleitet
werden, wogegen die Spannungsspitzen nach der Ummagnetisierung als Regelimpulse
an dem Pfad; dem letztere entnommen werden, auftreten. Es ist vorerst nachteilig,
daß die Regelgröße in Form von Impulsen auftritt. Besser zur Steuerung eines Regelorgans
wäre ein veränderlicher kontinuierlicher Gleichstrom. Zu diesem Zweck benötigt eine
Weiterentwicklung der beschriebenen Einrichtungen neben Glättungsorganen eine weitere
elektrische Weiche, da sonst der vorgenannte Wechselstrom infolge der Impedanz der
Drossel nicht mehr die erforderliche Form aufweist.
-
Die Einrichtung gemäß der Erfindung löst dieselbe Aufgabe mit erheblich
geringeren Mitteln und benötigt keine Speisewechselspannung für die dritte Wicklung
des Wandlers. Sie unterscheidet sich gegenüber bekannten Anordnungen im wesentlichen
durch die Art der Gewinnung des Regelgleichstromes. Erfindungsgemäß ist die dritte
Wicklung des Wandlers über einen Hilfsgleichrichter mit einem Kondensator verbunden,
der im Steuerkreis der Ventile angeordnet ist und durch die bei den Ummagnetisierungen
an der dritten Wicklung periodisch auftretenden Spannungsimpulse aufgeladen wird,
so daß die Steuerwirkung der Gitter der Ventile im Sinne einer Herabsetzung des
Lastgleichstromes verändert wird. r An Hand der Zeichnung wird nachstehend eine
beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes näher erläutert.
-
Fig. i zeigt die Schaltung einer dreiphasigen steuerbaren Ventilgleichrichteranordnung
zur Speisung eines Gleichstrommotors und Fig. 2 den an einer nach Fig. i aufgebauten
Versuchsanordnung oszillographisch ermittelten Verlauf der drei Anodenströme beim
Anlassen des Gleichstrommotors.
-
Der Hauptstromkreis enthält, wie üblich, einen Gleichrichtertransformator
io mit den Primärwicklungen i i, die mit den Klemmen R, S und T an ein Drehstromnetz
angeschlossen werden, und den Sekundärwicklungen 12, ferner drei steuerbare Ventile
21, 22 und 23, deren Anoden mit den Sekundärwicklungen 12 verbunden sind. Der Sternpunkt
der Sekundärwicklungen i2 und die untereinander verbundenen Kathoden der Ventile
21, 22 und 23 führen über die vom Lastgleichstrom durchflossenen Leiter 14 und 24
-zu den Ausgangsklemmen () und (+) des Gleichrichters, an die der Gleichstrommotor
30 angeschlossen ist. Mit 31 ist die Erregerwicklung des Gleichstrommotors
3o bezeichnet, die in nicht näher angegebener Weise aus einer regelbaren Gleichspannungsquelle
gespeist wird.
-
Die Gittervorspannung zur Steuerung der Ventile 21, 22 und 23 wird
gebildet aus einer regelbaren Gleichspannung und einer derselben überlagerten sinusförmigen
Wechselspannung. Die Gleichspannung wird über eine aus den Widerständen 41 und 42
und dem Potentiometer 43 aufgebaute Brückenschaltung der Gleichspannungsquelle 40
entnommen. Die Wechselspannungen mit der für jedes Ventil passenden Phasenlage liefert
ein primärseitig am Drehstromnetz angeschlossener kleiner Hilfstransformator 5o,
dessen Sekundärwicklungen 51 über die Schutzwiderstände 52 mit den Steuergittern
der Ventile 2i, 22 bzw. 23 verbunden sind. An den Sternpunkt der Sekundärwicklungen
5 i ist der Schleifer des Potentiometers 43 angeschlossen. In der Leitung zwischen
dem Verbindungspunkt der Widerstände 41 und 42 und den Kathoden der Ventile 21,
22 und 23 liegt ein Kondensator 6o, dem ein hochohmiger Entladewiderstand 61 parallel
geschaltet ist. Durch Variatiom der Gittergleichspannungskomponente mittels der
einstellbaren Widerstandsbrücke 41, 42, 43 ist man in der Lage, den Zündwinkel der
Ventile 21, 22 und 23 und damit die Gleichrichterausgangsspannung zu verändern.
-
Der Anodenstrom des Ventils 23 ist über die Wicklung 71 eines:Transformators
70 geführt. Der sättigbare Kern 74 dieses Transformators ist mit Hilfe eines
die Wicklung 72 durchfließenden und durch einen Eisenwas.serstoffwiderstand 8o und
die Drossel 81 stabilisierenden Gleichstromes aus der Gleichspannungsquelle 4o bis
in das Sättigungsgebiet vormagnetisiert. Die Anordnung der Wicklungen 71 und 72
ist so getroffen, daß die durch den Anodenstrom hervorgerufene Magnetisierung der
Vormagneti.sierung entgegenwirkt. Die Stärke der Vormagnetisierung ist so gewählt,
daß sich der Kern 74 des Transformators 70 ummagnetisiert, wenn der Lastgleichstrom
und damit der von diesem abhängige Anodenstrom des Ventils 23 einen vorgegebenen
Grenzwert übersteigt. Am Anfang der entsprechenden Durchlaßphase des Ventils 23
wird der Kern 74 in der einen Richtung, am Ende dieser Phase in der anderen Richtung
ummagnetisiert. Mit den dabei an der Wicklung 73 periodisch auftretenden Spannungsimpulsen
wird über einen Hilfsgleichrichter go der Kondensator 6o aufgeladen. Auf diese Weise
wird eine zusätzliche Spannung in den Steuerstromkreis der Ventile 21, 22 und 23
eingeführt, die eine Veränderung des Gitterpotentials derselben zur Folge hat. Die
Polarität der am Kondensator 6o auftretenden Spannung ist derart, daß der Zündwinkel
vergrößert, d. h. die Steuerwirkung der Ventile im Sinne einer Herabsetzung des
Lastgleichstromes
verändert wird. Die Wicklung 73 kann so dimensioniert
werden, daß beim Überschreiten des Grenzstromes der Zündwinkel der Ventile
um so viel verändert wird, daß der Lastgleichstrom den zulässigen Maximalwert beibehält.
Durch geeignete Wahl der Schaltelemente ist es möglich, eine Strombegrenzung zu
erreichen, die praktisch unabhängig von der Stellung des Potentiometers 43 und bis
zum vollständigen Kurzschluß der Gleichstromseite unveränderlich wirksam ist.
-
Für besondere Zwecke ist es auch in sehr einfacher Weise, nämlich
durch Verändern der Höhe des in der Wicklung 72 fließenden Vormagnetisierungsstromes
möglich, die Grenzstromstärke des Lastgleichstromes zu verändern.
-
Das Oszillogramm in Fig.2 zeigt den Verlauf der Anodenströme i21,
42 und i23 der drei Ventile 2I, 22 und 23 in Funktion der Zeit beim Anlassen des
Gleichstrommotors 3o. Der Belastungszustand entspricht nahezu einem Kurzschluß der
Gleichstromseite. Aus dem Oszillogramm ist an Hand des aufgetragenen Zeitmaßstabes
ersichtlich, daß die Anodenströme und damit auch der Lastgleichstrom nach dem Einschalten
im Zeitpunkt t1 den stationären Wert des vorgegebenen Grenzstromes im Zeitpunkt
t2, also bereits nach etwa 8o ms, erreicht haben.
-
Die Vorteile der beschriebenen Einrichtung zur Strombegrenzung gegenüber
bekannten Einrichtungen dieser Art treten 'besonders bei deren Anwendung in Verbindung
mit einer mehrphasigen Ventilgleichrichteranordnung hervor, obwohl diese selbstverständlich
auch zur Steuerung eines Einphasengleicbrichters verwendet werden kann. Der erforderliche
Aufwand ist nämlich bedeutend geringer gegenüber mechanisch und insbesondere elektronisch
arbeitenden Strombegrenzungseinrichtungen. Anderseits ist die Regelgeschwindigkeit
viel größer als bei mechanischen Einrichtungen.
-
Da die Strombegrenzungseinrichtung nicht eigentlich zur Erfassung
von allfälligen Kurzschlüssen vorgesehen ist, wird es in den meisten Fällen genügen,
bei mehrphasigen Ventilgleichrichteranordnungen, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel,
nur den Strom einer einzigen Phase zu überwachen. Ein ausgedehnterer Schutz der
Ventile ließe sich allerdings erreichen, wenn jeder Phase ein Transformator gemäß
der Erfindung zugeordnet würde, wobei die denselben entnommenen Spannungen über
einen gemeinsamen oder getrennte Hilfsgleichrichter dem Kondensator im Steuerstromkreis
zugeführt werden könnten. Auf diese Weise würde ein Überstrom mit hoher Ansteigsgeschwindigkeit
rascher begrenzt.