DE966509C

DE966509C - Schaltung zur Speisung von Gleichstrommotoren ueber Gleichrichter mit in ihren Kathodenleitungen liegenden, Primaer- und Sekundaerwicklungen besitzenden Drosselspulen

Info

Publication number: DE966509C
Application number: DEA17688A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Erwin Kern
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1953-03-12
Filing date: 1953-03-26
Publication date: 1957-08-14
Also published as: CH309014A

Description

Bei Mehrmotorantrieben, insbesondere Walzwerkantrieben, wo mehrere Gleichstrommotoren an dieselbe Sammelschiene angeschlossen werden, ist es von großer Wichtigkeit, lastabhängige Änderungen in der Drehzahl eines dieser Motoren möglichst rasch und zuverlässig auszugleichen. Der lastabhängige Spannungsabfall des Motors, der eine Ursache der Drehzahländerung ist, wird am vorteilhaftesten durch Einführen einer Zusatzspannung mittels einer Zusatzmaschine (Boostergenerator) kompensiert und dadurch die Drehzahl ausgeregelt. Insbesondere bei Speisung der Anlage durch Gleichrichter ist es notwendig, mit Rücksicht auf die bei großen Rückströmen auftretende Auslösung des Motorschalters sowie auf den Drehzahlabfall und die Rundfeuergefahr den Rückstrom aus den Motoren durch Drosseln zu begrenzen. Die Drosseln setzen aber die Zeitkonstante des zu regelnden Kreises herauf, wirken also einem schnellen Regelvorgang entgegen. Man kann die Drosselspule auch vormagnetisieren und zu diesem Zweck eine weitere Wicklung anbringen. Auch hierdurch kann aber die Regelgeschwindigkeit nicht genügend schnell gemacht werden, da eine Ent- und Ummagnetisierungszeit erforderlich ist. Die Bedingungen, einerseits eine möglichst kleine Induktivität im Betrieb zu haben, um eine rasch wirkende Regelung zu erhalten, und andererseits

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eine möglichst große Induktivität im" Rückzündungsfall, widersprechen sich und konnten bisher nicht erfüllt werden.

Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltung zur Speisung von Gleichstrommotoren über Gleichrichter mit in ihren Kathodenleitungen liegenden, Primär- und Sekundärwicklungen besitzenden Drosselspulen zur Begrenzung des Rückstromes im Rückzündungsfall, insbesondere zum Speisen ίο von Motoren mit schneller Drehzahlregelung, z. B. bei Mehrmotorenantrieben für Walzwerke, bei der erfindungsgemäß die Sekundärwicklungen der Kathodendrosselspulen durch eine zusätzlich im wesentlichen konstanten Gleichstrom führende, mit Schaltmitteln versehene Verbindung kurzgeschlossen sind, wobei der konstante Gleichstrom in der Verbindung so eingestellt ist, daß die durch die betriebsmäßigen Belastungssenkungen in der Anlage in den Sekundärwicklungen der Kathodendrosselspulen hervorgerufenen, dem konstanten Gleichstrom in den Schaltmitteln entgegengesetzt gerichteten negativen Stromstöße kleiner sind als der konstante Gleichstrom, so daß die Sekundärwicklungen auch für diese negativen Stromstöße durch die Verbindung kurzgeschlossen bleiben, während die durch Rückzündungen in den Sekundärwicklungen hervorgerufenen negativen Stromstöße ein Öffnen der die Sekundärwicklungen der Drosselspulen kurzschließenden Verbindung bewirken.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung in einphasiger Schaltung in Fig. 1 und 3 schematisch dargestellt. Die Fig. 2 und 4 zeigen Stromdiagramme.

Zur Speisung der Gleichstrommotoren 2 einer Walzenstraße sind zwei auf eine Sammelschiene 7 arbeitende Gleichrichter 1 vorgesehen. Die Walzwerkmotoren sind über Zusatzmaschinen 3, sogenannte Boostergeneratoren, an die Sammelschiene 7 angeschlossen. Zur Begrenzung des Rückstromes bei Rückzündungen sind in die Kathodenleitungen der Gleichrichter 1 Drosselspulen 4 eingeschaltet. Die Kathodendrosselspulen sind je mit einer vorzugsweise größere Windungszahl aufweisenden Sekundärwicklung versehen, welche Sekundärwicklungen miteinander gleichsinnig in Reihe geschaltet sind.

Die Speisung der Sekundärwicklungen mit konstantem Strom i_v erfolgt beim Beispiel Fig. 1 vom Dreiphasennetz 8 her über einen Transformator 6 und eine Gruppe von Ventilen 5 in Graetzschaltung. Die Ventile 5 sind derart in die die Sekundärwicklungen überbrückende Kurzschlußverbindung geschaltet, daß der konstante Strom i_v der Magnetisierung des Drosseleisens durch den Laststrom / entgegenwirkt. Die Wirkungsweise sei an Hand von Fig. 2 erläutert:

Im oberen Diagramm ist der Verlauf des Laststromes / der Anlage eingezeichnet. Im Abschnitt a ist eine Stromsenkung und im Abschnitt b eine Stromsteigerung gegenüber dem Nennstrom J_n veranschaulicht, während im Abschnitt c der Verlauf des Stromes / bei einer Rückzündung dargestellt ist. Bei jeder Laständerung werden in den Sekundärwicklungen der Drosselspulen 4 Stromstoße induziert, die bei Laststeigerungen in gleicher Richtung wie der Strom i_v wirken, bei Lastsenkung dagegen in entgegengesetzter Richtung. Der resultierende Strom i_w in den Sekundärwicklungen, der auch dem Strom durch die Ventilgruppe 5 entspricht, ist im unteren Diagramm der Fig. 2 aufgezeichnet. Solange dieser Strom i_w durch die Ventilgruppe durchgelassen wird, d. h. seine Richtung nicht ändert, solange wirken die Sekundärwicklungen bezüglich der Primärwicklungen praktisch als Kurzschlußwicklungen, und die Induktivität, die der Änderung des Laststromes entgegenwirkt, entspricht der Streuinduktivität der Drosselspulen 4. Im Falle einer Rückzündung wird infolge des großen Rückstromes der Stromstoß in der Sekundärwicklung der Drosselspulen derart, daß der Sekundärkreis geöffnet wird. Dadurch wird die gesamte Induktivität der Drosselspulen zur Begrenzung des Rückstromes wirksam.

Bezeichnet man in obiger Schaltung mit W₁ die Primärwindungszahl einer Drosselspule 4 und mit W₂ die Windungszahl ihrer Sekundärwicklung, so gilt für die Durchflutung (3) im stationären Zustand, also für die Vormagnetisierung des Drosseleisens :

Iw₁-^ ■ w_z = (H).

Ist J klein, d. h. also bei kleiner Belastung, dann wird (H) negativ. Nimmt aber die Last und damit also auch / stark zu, so wird @ positiv. Es tritt eine Ummagnetisierung des Drosseleisens auf, die eine Verzögerung des Reguliervorganges bei zunehmender Last zur Folge hat. Bei Rückzündungen aus kleiner Belastung heraus (negative Vormagnetisierung) tritt beim Sperren der Ventilvorrichtung zufolge der schon bei dieser Last vorhandenen und durch den Rückstrom noch verstärkten negativen Sättigung keine wesentliche Induktivitätszunahme der Drosseln auf, so- daß die Strombegrenzung durch die Drosseln bei Rückzündung in diesem Falle illusorisch wird.

Dieser Mangel kann behoben werden, wenn die Schaltung so ausgebildet wird, daß nicht wie in Fig. ι die Sekundärwicklungen der Kathodendrosselspulen durch den konstanten Gleichstrom im Überbrückungskreis vormagnetisiert werden, sondern wenn, wie in Fig. 3 gezeigt, die Sekundärwicklungen vom konstanten Gleichstrom entlastet werden.

Bei der Schaltung nach Fig. 3 werden die Sekundärwicklungen der Drosselspulen 4 über einen Widerstand 10 und eine Vordrossel 11 direkt mit Gleichstrom i_v aus einer beliebigen Stromquelle 13 gespeist. Ein Parallelpfad, bestehend aus . einem Ventil 12 und einem Widerstand 9, schließt bei stromführendem Ventil 12 die Sekundärwicklungen der Kathodendrosselspulen praktisch kurz. Die Sekundärwicklungen der Drosselspulen 4 sind derart an die Gleichstromquelle angeschlossen, daß der Strom i_v die Magnetisierung des Drosseleisens durch den Laststrom / unterstützt. Dadurch wird

eine Ummagnetisierung des Drosseleisens bei Laststeigerungen aus kleiner Vorlast heraus vermieden, denn es gilt

(H) = Jw₁ + i_v ■ W₂.

Bei Rückzündung tritt zwar eine Ummagnetisierung des Drosseleisens auf, aber schon bevor (if) = 0 wird, sperrt das Ventil 12, so daß bereits vor diesem Zeitpunkt die totale Induktivität zur

to Begrenzung des Rückstromes wirksam wird. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel Fig. 1 werden die Drosselspulen bei Rückzündung ummagnetisiert; sie durchlaufen den ungesättigten Zustand, in welchem eine wesentliche Zunahme ihrer Induktivität beim Sperren des Ventils ermöglicht wird. Die Wirkungsweise der Schaltung gemäß Fig. 3 geht aus den Diagrammen der Fig. 4 hervor. In diesen stellt wieder das obere Diagramm den Verlauf des Laststromes J dar. Die Achse A-A im unteren Diagramm ist die Nullachse des resultierenden Ventilstromes ig, B-B ist die Nullachse des resultierenden Stromes i_w in den Sekundärwicklungen, und C-C ist die Nullachse des Gegenstromes in-

Der Strom i_g im Ventil 12 setzt sich zusammen aus dem konstanten Strom i_gv und dem Gegenstrom in g — ^lgv ¹R-

Der Gegenstrom i_R ist gegeben durch

i_R = i_v — V

Der bei Lastsenkungen in den Sekundärwicklungen der Drosselspulen induzierte Stromstoß hat die Richtung des Stromes i_v und wirkt dem konstanten Strom i_gv entgegen. Von einer bestimmten Größe der Lastsenkung an, insbesondere bei Rückzündungen, wird der konstante Strom i_gv durch den Gegenstrom in kompensiert und durch das sperrende Ventil 12 unterbrochen, wodurch die rückstrombegrenzende Wirkung der Drosselspulen beginnt. Die Vordrossel 11 soll verhindern, daß bei sperrendem Ventil 12 die Sekundärwicklungen der Drosselspulen über die Gleichstromquelle kurzgeschlossen werden. Bei Laststeigerungen dagegen wirkt der induzierte Stromstoß in Durchlaßrichtung des Ventils 12, d. h. in derselben Richtung wie i_gv; die Sekundärwicklungen der Drosselspulen werden dadurch über das Ventil 12 kurzgeschlossen, so daß nur die Streuinduktivität der Drosseln im Primärkreis wirksam wird.

Obwohl bei beiden" beschriebenen Ausführungsbeispielen die Schaltung für zwei speisende Gleichrichter angegeben wurde, ist es selbstverständlich, daß Ausführungsbeispiele mit einem einzigen speisenden Gleichrichter oder mit mehreren parallel arbeitenden Gleichrichtern möglich sind. Die Schaltungen sind nicht auf die Anwendung von Gleichrichtern mit Dampfentladungsstrecke beschränkt, wie bei den Beispielen angenommen, sondern sie sind ebenfalls bei Benutzung von Kontaktstromrichtern anwendbar. An Stelle des im Beispiel Fig. 1 benutzten Hilfswechselstromnetzes für die Erzeugung des konstanten Stromes kann auch das die Gleichrichter speisende Hauptnetz verwendet werden.

Claims

PATENTANSPBUCHE:

1. Schaltung zur Speisung von Gleichstrommotoren über Gleichrichter mit in ihren Kathodenleitungen liegenden, Primär- und Sekundärwicklungen besitzenden Drosselspulen zur Begrenzung des Rückstromes im Rückzündungsfall, insbesondere zum Speisen von Motoren mit schneller Drehzahlregelung, z. B. bei Mehrmotorenantrieben für Walzwerke, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklungen der Kathodendrosselspulen durch eine zusätzlich im wesentlichen konstanten Gleichstrom führende, mit Schaltmitteln versehene Verbindung kurzgeschlossen sind, wobei der konstante Gleichstrom in der Verbindung so eingestellt ist, daß die durch die betriebsmäßigen Belastungssenkungen in der Anlage in den Sekundärwicklungen der Kathodendrosselspulen hervorgerufenen, dem konstanten Gleichstrom in den Schaltmitteln entgegengesetzt gerichteten negativen Stromstöße kleiner sind als der konstante Gleichstrom, so daß die Sekundärwicklungen auch für diese negativen Stromstöße durch die Verbindung kurzgeschlossen bleiben, während die durch Rückzündungen in den Sekundärwicklungen hervorgerufenen negativen Stromstöße ein Öffnen der die Sekundärwicklungen der Drosselspulen kurzschließenden Verbindung bewirken.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die gleichsinnig in Serie geschalteten Sekundärwicklungen der Kathodendrosselspulen der Gleichrichter kurzschließende Verbindung Ventile enthält, welche durch die bei Rückzündungen in den Sekundärwicklungen hervorgerufenen Stromstöße gesperrt werden und welche somit die Kurzschlußverbindung öffnen.

3. Schaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Sekundärwicklun- no gen der Kathodendrosselspulen der Gleichrichter kurzschließende Verbindung in Graetzschaltung zwischen den Klemmen der Sekundärwicklungen angeschlossene Ventile enthält, die mit Wechselstrom gespeist und in den Sekundärwicklungen der Kathodendrosseln den konstanten Strom erzeugen, welcher der durch den Belastungsstrom der Anlage im Drosseleisen hervorgerufenen Magnetisierung entgegenwirkt.

4. Schaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Sekundärwicklungen der Kathodendrosselspulen der Gleichrichter kurzschließende Verbindung ein Ventil besitzt, welches über eine Vordrossel an eine Stromquelle konstanter Gleichspannung angeschlossen ist, und daß die Impedanz des durch

das Ventil kurzgeschlossenen Sekundärkreises derart eingestellt ist, daß die Sekundärwicklungen der Kathodendrosseln im Nebenschluß durch einen zum konstanten Gleichstrom verhältnismäßig kleinen Gleichstrom durchflossen werden, welcher Strom die durch den Belastungsstrom der Anlage hervorgerufene Magnetisierung der Kathodendrosseln unterstützt.

5. Schaltung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklungen der Kathodendrosseln eine höhere Windungszahl aufweisen als deren Primärwicklungen.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 761 364; französische Patentschrift Nr. 897312; schweizerische Patentschrift Nr. 227018; USA.-Patentschrift Nr. 1739579; Auszüge deutscher Patentanmeldungen, S. 710: c, 68/01 (Patent Nr. 761364).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen