-
Anordnung zur Steuerung der Drehzahl eines oder mehrerer Gleichstrommotoren
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung der Drehzahl eines oder mehrerer
Gleichstrommotoren, die an die Reihenschaltung mehrerer Ventilbrückenanordnungen
angeschlossen sind, wobei jede Ventilbrückenanordnung an eine gesonderte Sekundärwicklung
eines Einphasentransformators geschaltet ist.
-
Bei der Speisung von Gleichstrommotoren über Halbleitergleichrichter
kann die zugeführte Spannung so groß sein, daß eine Reihenschaltung mehrerer derartiger
Gleichrichterelemente erforderlich ist. Um dabei eine überbeanspruchung durch den
sogenannten Trägerspeicherungseffekt zu vermeiden, sind bei einer bekannten Ausführung
Kollektormotoren an die Reihenschaltung mehrerer Ventilbrückenanordnungen angeschlossen,
wobei jede Ventilbrückenanordnung an eine gesonderte Sekundärwicklung eines Einphasentransformators
geschaltet ist. Die für eine Drehzahlsteuerung notwendige Änderung der Motorspannung
kann hierbei durch einen Stufentransformator mit Schaltwerk erreicht werden.
-
Zur Steuerung der Drehzahl eines Gleichstrommotors ist es ferner bekannt,
diesen -über eine Ventilbrückenanordnung mit zwei steuerbaren und zwei nichtsteuerbaren
Ventilen aus einem Einphasennetz zu speisen, wobei je ein Wechselstromanschluß
zwischen den in Reihe liegenden steuerbaren bzw. nichtsteuerbaren Ventilen liegt.
Die steuerbaren Ventile ermöglichen hier neben der Gleichrichtung eine Anschnittsteuerung
und damit eine kontinuierliche Spannungsverstellung, so daß der Transformator ohne
Stufenanzapfungen ausgeführt werden kann.
-
Bei stationären Gleichrichteranlagen mit Drehstromspeisung ist es
bekannt, durch Wahl einer entsprechenden Phasenzahl der Gleichrichterschaltung störende
Oberwellen von vornherein zu vermeiden. Zum Beispiel können bei Zwölfphasenausführung
einer solchen Anlage keine Oberwellen unterhalb der elffachen Netzfrequenz auftreten.
Weiter ist eine Stromrichteranordnung bekannt, bei der zur Umformung von Wechselstrom
in Gleichstrom oder umgekehrt mehrere gesteuerte Entladungsstrecken elektronisch
hintereinandergeschaltet sind. Die Entladungsstrecken werden mit verschiedener Aussteuerun"
in der Weise betrieben, daß die auf der Wecheslstromseite fließenden Oberwellenströme
der einzelnen Entladungsstrecken zeitlich gegeneinander verschoben sind, so daß
sich die Oberwellen aufheben. Diese Ausführung ist aber nicht zur Steuerung der
Drehzahl von Gleichstrommotoren ausgebildet.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung störender Oberwellen
bei einer Anordnung zur Steuerung der Drehzahl eines oder mehrerer Gleichstrommotoren,
die an die Reihenschaltung mehrerer Ventilbrückenanordnungen angeschlossen sind,
wobei jede Ventilbrückenanordnung an eine gesonderte Sekundärwicklung eines Einphasentransfonnators
geschaltet ist. Die Lösung besteht darin, daß jede Ventilbrückenanordnung
je zwei steuerbare und zwei nichtsteuerbare Ventile mit je einem Wechselstromanschluß
zwischen den beiden in Reihe liegenden steuerbaren Ventilen bzw. nichtsteuerbaren
Ventilen aufweist, daß die steuerbaren Ventile der Ventilbrückenanordnungen entsprechend
der erforderlichen Motorspannung nacheinander stromdurchlässig gesteuert sind und
daß die Zündverzögerung der steuerbaren Ventile in mindestens einer Ventilbrückenanordnung
so gewählt ist, daß die Amplitude mindestens einer Oberwelle im Netz verringert
wird. In vorteilhafter Weise sind Meßeinrichtungen, die auf je eine Oberwelle
im Netz abgestimmt sind, und eine Auswerteeinrichtung verwendet, die abhängig von
der Überschreitung einer maximal zugelassenen Amplitudenhöhe der einzelnen Oberwellen
die je-
weils notwendige Zündverzögerung auslöst.
-
Mit der vorstehend angegebenen Antriebsanordnung kann im Einphasenbetrieb
die gerade störende Oberwelle unterdrückt und damit einer Netzresonanz begegnet
werden, ohne daß das von den Gleichstrommotoren abgegebene Drehmoment absinkt. Hierbei
ist es besonders bemerkenswert, daß der Transformator im Gegensatz zu den bisherigen
Einphasengleichrichteranlagen nun mit festem Übersetzungsverhältnis - d.
h. ohne Stufenschalteinrichtung -
ausgeführt: werden kann. Die neue Steueranordnung
ist demnach in besonderem Maße für elektrische Wechselstromtriebfahrzeuge geeignet,
weil diese Fahrzeuge
bisher mit einer vielstufigen Schalteinrichtung
zum Steuern der Fahrmotorspannung ausgerüstet werden mußten. Die Erfindung ist nicht
auf eine bestimmte Ausführungsform der steuerbaren Ventile beschränkt, es können
Gasentladungsgefäße, aber auch steuerbare Halbleitergleichrichter, Verwendung finden.
-
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der
Zeichnung beschrieben.
-
In F i g. 1 sind die Haüptstromkreise für eine erfindungsgemäße
Anordnung dargestellt. Die Hüfsstromkreise für das Zünden der steuerbaren Ventile
sind zur Vereinfachung der Zeichnung weggelassen. Mit T ist ein Einphasentransformator
bezeichnet, der mit vier getrennten Sekundärwicklungen ausgeführt ist. An jede dieser
Wicklungen sind einphasige Gleichrichterbrückenschaltungen 1 bis IV angeschlossen.
Die Brücken sind gleichstromseitig in Reihe geschaltet und speisen einen Gleichstrom-Reihenschlußmotor
M, dessen Ankerwicklung mit seiner Feldwicklung LF und einer Glättungsdrossel LD
in Reihe geschaltet ist. Die Brücken enthalten in der einen Hälfte ihrer Zweige
steuerbare Gleichrichter S,
bis S, und in der anderen Hälfte ihrer
Zweige nichtsteuerbare Gleichrichter D, bis Dsl Die nichtsteuerbaren Gleichrichter
D, bis D, sind mit Rücksicht darauf, daß sie als Nullanoden in der
Lage sein müssen, den Dauerstrom zu führen - wenn nämlich in einer Brücke
die beiden steuerbaren Ventile S gesperrt sind -, entgegen den für übliche
Brückenschaltungen geltenden Dimensionierungsgesetzen mindestens für Motornennstrom
auszulegen.
-
Bei Beginn der Drehzahlsteuerung durch Anschnittsteuerung der Ventile
S, von der Gleichspannung 0 ausgehend, wird an den Ventilen
S, und #, zunächst die Brücke I bis zur vollen Aussteuerung hochgefahren,
wobei die Spannung am Motor entsprechend von 0 aus ansteigt. Der Strom in
den Brückenzweigen II bis IV, deren Ventile S in diesem Betriebszustand noch
gesperrt sind, wird über die Ventile D als Nullanoden geleitet. Wenn in der
Brücke 1 die Ventile S voll ausgesteuert sind, beginnt anschließend
die Aussteuerung der Ventile S der Brücke II. Wenn der Drehmomentbedarf mit
der dadurch erzielten Motorspannung noch nicht gedeckt ist, erhalten auch die Ventile
S der Brücke HI -und zum Schluß die Ventile S der Brücke IV Zündimpulse.
Der Blindleistungsbedarf bleibt bei dieser Art der Aussteuerung je nach dem
Grad der Unterteilung kleiner als bei Verwendung nur einer einzigen Brücke.
-
In F i g. 2 ist ein Steuerzustand dargestellt, -bei dem die
Brücken I und 11 voll ausgesteuert sind, dagegen die Brücke III sich noch
teilausgesteuert in dem gezeichneten Zustand befindet. Wenn nun im Netz eine Stromresonanz,
bespielsweise mit einem durch die Gleichrichteranordnung verursachten Oberwellenstrom
der fünffachen Netzfrequenz auftreten sollte, wodurch größere Spannungsverzerrungen
im Netz entstehen würden, so wird bei den bisher voll ausgesteuerten Ventilen
S der Brücken I und H der Zündwinkel um 361 verschoben, wodurch
der Oberwellenstrom fünffacher Grundfrequenz in dem aus dem Netz bezogenen Gleichrichterstrom
verschwindet. Diese Zündwinkelverschiebung zeigt F i g. 3.
Man erkennt die
nunmehr symmetrisch getreppte Form des Netzstromes der Brücken I und H, die typisch
für das Fehlen der betreffenden Oberwelle ist. Der in der Brücke HI fließende, aus
der Teilaussteuerung dieser Brücke stammende Strom wird bei dieser Kompensation
der fünften Oberwelle noch nicht erfaßt, da die Zündwinkelverschiebung dieser Berücke
in dem gewählten Beispiel noch größer als 36' ist. Der Anteil der Brücke
IH zur Gesamtleistung ist jedoch auf Grund der Unterteilung in mehrere Ventilbrückenanordnungen
niedrig genug, daß das Resonanzverwalten der Anordnung dadurch praktisch nicht beeinflußt
wird.
-
Sofern in vorteilhafter Weiterbildung des Erfindungsgedankens das
Zünden der steuerbaren Ventile von einer selbsttätigen Steuereinrichtung bestimmt
ist, werden zugleich mit der Verzögerung des Zündeinsatzes zur Unterdrückung einer
bestimmten Oberwelle bisher gesperrte Ventile aufgesteuert, bzw. es wird der Zündeinsatz
der bisher teilausgesteuerten Brücke vorverlegt, so daß die Spannung an den Klemmen
des oder der Gleichstrommotoren während der Durchlaßperiode so weit vergrößert wird,
daß die abzugebende mittlere Leistung konstant bleibt. In F i g. 4 ist das
Aufsteuern der Brücke IH auf Grund einer solchen Steuereinrichtung dargestellt.
-
Die Verschiebung der Zündwinkel für die einzelnen Brücken wird zweckmäßig
selbsttätig durchgeführt, wobei Meßeinrichtungen für die interessierenden Oberwellen
vorzusehen sind, die bei überschreitung einer als zulässig zu erachtenden Amplitadenhöhe
der einzelnen Oberwellen auf die Zündeinrichtungen der steuerbaren Ventile
S im oben geschilderten Sinne einwirken. Dazu wird man sich elektronischer
Auswert- und Verstärkereinrichtungen bedienen, die stets unabhängig vom Bedienungspersonal
die Resonanzfreiheit des Betriebes gewährleisten.
-
Das Ausführungsbeispiel behandelte lediglich die Unterdrückung der
fünften Oberwelle, es läßt sich jedoch in entsprechender Weise mit einem Zündwinkel
von 25,6' die siebente Oberwelle ausschalten, und es ist auf diese Weise
auch möglich, z. B. die dritte Oberwelle oder Oberwellen, deren Ordnungszahl über
der siebenfachen Grundfrequenz liegen, zu kompensieren.