DE659865C - Anordnung zur Verbesserung der Transformatorausnutzung bei Speisung einer Vielzahl von Gleichstrommotoren aus einem Wechselstromnetz - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

Baar. kid. Eig

AUSGEGEBEN AM
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REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

M 659 KLASSE 21c GRUPPE 59

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin*)

Patentiert im Deutschen Reiche vom 2S. !Mai 1933 ab

Bei der Speisung von Gleichstrommotoren aus einem Wechselstromnetz mittels gesteuerter Entladungsstrecken, vorzugsweise mittels gittergesteuerter Dampf- oder Gasentladungsgefäße in Gleichrichterschaltung, sind im allgemeinen ein Haupttransformator und ein mehranodiges Gefäß erforderlich. Gleichrichtertransformatoren sind bekanntlich ungünstig ausgenutzt, sofern man nicht zu der Graetzschaltung greift, die aber die doppelte Anzahl Entladungsstrecken und außerdem wenigstens teilweise einanodige Gefäße erfordert. Die vorliegende Erfindung zeigt einen Ausweg aus diesen Schwierigkeiten, sobald eine gerade Zahl (z. B. zwei) Motoren gleichzeitig geregelt werden sollen. Solche Fälle treten häufig auf; vor allem ist es im Bahnbetrieb üblich, daß mehrere Motoren zum Antrieb der Lokomotive verwendet und alle gemeinsam geregelt werden.

Mitunter liegen die Verhältnisse auch so, daß man einen vorhandenen Transformator verwenden könnte, aber mit Rücksicht auf die für Gleichrichter erforderliche besondere Transformatorschaltung mit mehreren Sekundärwicklungen zu einer neuen Anschaffung schreiten muß. In solchen Fällen ist natürlich der Vorteil der Erfindung besonders groß, weil es sich dann nicht nur um den Mehrpreis gegenüber einem normalen Transformator handelt, sondern sich die Anschaffung eines neuen Transformators überhaupt erübrigt. Die vorliegende Erfindung bezweckt nun eine Verbesserung der Transformatorausnutzung durch Anwendung der an sich bekannten Speisung verschiedener Motoren in Halbweggleichrichterschaltung aus verschiedenen Halbwellen der speisenden Wechselspannung, wobei die verschiedenen Gruppen von Motoren jeweils über Entladungsstrecken parallel an die gleiche Wechselspannung angeschlossen sind, jedoch so, daß die Stromdurchlaßrichtung in den beiden Gruppen in bezug auf den speisenden Transformator entgegengesetzt ist. Soweit diese Schaltung schon bekanntgeworden ist, dient sie dazu, die einzelnen Motoren unabhängig voneinander regeln zu können, und zwar unter Ver^j wendung einer Anlaßsteuerung.

Bei Anwendung· einer Gittersteuerung bieten sich für eine derartige Schaltung zunächst gewisse Schwierigkeiten. Da vom speisenden Transformator über Entladungsstrekken eine Induktivität beliefert wird, tritt ein Stromfluß in den Entladungsstrecken auch dann noch auf, wenn die zugehörige Anodenspannung bereits negativ geworden ist. Das bedeutet die Übertragung einer Blindleistung, für die der Transformator entsprechend größer ausgelegt werden muß. Gleichzeitig ver-

*) Von dem Palentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Richard Tröger in Bcrlin-Zehlendorf.

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größert sich die Welligkeit der erzeugten Gleichspannung, die ihrerseits den Transformator zusätzlich erwärmt. Das speisende Wechselstromnetz wird ebenfalls mit einem von der Aussteuerung des Gleichrichters abhängigen und mit zunehmender Regelung schlechter werdenden Leistungsfaktor belastet.

Gemäß der Erfindung sind daher nicht nur

to die Motoren in zwei Gruppen gleicher Leistung aufgeteilt und in der beschriebenen Weise an die speisende Wechselspannung angeschlossen, sondern parallel zu den Motoren, mindestens jedoch zu jeder Gruppe.von Motoren ist außerdem je eine zusätzliche Entladungsstrecke mit eindeutiger Stromdurchlaßrichtung vorgesehen; sie ist mit einer der Stromdurchlaßrichtung der Hauptentladungsstrecke in bezug auf den speisenden Transformator entgegengesetzten Stromdurchlaßrichtung eingeschaltet, derart, daß in den Zeitabschnitten, in welchen dem Motor keine Energie aus dem Wechselstromnetz zugeführt wird, der Stromfluß. im Anker über die Hilfsentladungsstrecke aufrechterhalten werden kann.

Die vorliegend beschriebene Einrichtung bietet also den Vorteil, daß eine durch die Gittersteuerung in dem Betriebszustand regelbare Vielzahl von Gleichstrommotoren unter bestmöglicher Ausnutzung des speisenden Transformators und der Motorwicklungen betrieben werden kann. Gegenüber den bereits bekannten Einrichtungen gestattet die Eriindung insbesondere, die Gittersteuerung mit all ihren bekannten Vorzügen anzuwenden.

Der Erfindungsgedänke möge an Hand der Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. In Abb. ι der Zeichnung ist der Erfmdungsgedanke an einem einfachen Schaltschema für die Regelung von zwei Motoren bei Verwendung einanodiger Gefäße erläutert. Der Transformator 1 ist von normaler Ausführung. Die beiden Motoren 2 und 3 sind untereinander parallel und jeder von ihnen mit einem einanodigen Entladungsgefäß 4 bzw. 5 in Reihe geschaltet. Die Ventile 4 und 5 sind mit verschiedenem Vorzeichen an das eine Ende der Transformatorwicklung angeschlos^ sen. Daraus ergibt sich, daß die Alotoren jeweils nur mit einer Halbwelle des Wechselstromes gespeist werden. Da aber in den Motorstromkreisen Induktivitäten vorhanden sind, so erlischt der Motorstrom 'nicht mit dem Ende der betreitenden Spannungshalbwelle, sondern \-ersucht weiterzutließen. Die Möglichkeit hierzu besitzt z. B. der Strom des Motors 2, dessen Richtung in der Abbildung durch ausgezogene Pfeile angedeutet ist, sobald das Ventil 5 freigegeben wird. Der Stromkreis von Motor 2 schließt sich dann über das zugehörige Ventil 4, das neu gezündete Gefäß 5 und den Motor 3. Aus dem speisenden Wechselstromnetz bekommt dann zwar nur der Motor 3 Energie. Aber es ist immerhin dafür gesorgt, daß der Strom im Motor 2 nicht unterbrochen werden muß. .Die Welligkeit der Motorströme ist auf diese Weise stark vermindert und auch die Ausnutzung der Motoren nahezu dieselbe wie bei Speisung durch Volhveggleichrichter. Verfolgt man den eben beschriebenen \^rorgang weiter, so wird nach Ablauf einer Spannungshalbwelle wieder .der Motor 2 aus dem Xetz angetrieben, und der Motor 3 ist über 2, 4 und 5 kurzgeschlossen.

Man erkennt zunächst, daß es nicht möglich ist, die Ventile 4 und 5 zu steuern, wenn man nicht zuläßt, daß der Motorstrom zeitweise auf XuIl zurückgeht, d. h. also die WeI-ligkeit stark erhöht und die Ausnutzung entsprechend vermindert wird. LTm die Motoren mittels der Gittersteuerung regeln zu können, verwendet man deshalb zweckmäßig zu jedem Motor parallel geschaltete Entladungsstrckken 6 und 7, die den Stromfluß im Motor aufrechterhalten. Diese sogenannten Freilaufventile liaben ferner die Wirkung, daß bei der Gittersteuerung der Entladungsstrccken 4 und 5 der Leistungsfaktor im primären Wechselstromnetz verbessert wird. Nimmt man zunächst wieder an, daß Motor 2 aus dem Einphasennetz ül>er \^rentii 4 gespeist wird, so ist, wie aus der Zeichnung hervorgeht, Ventil 6 zunächst wirkungslos, da es für die betreffende Spannungshalbwelle undurchlässig ist. Sobald die Wechselspannung durch Null geht, erlischt jetzt Ventil 4 von selbst, und der Motorstrom wählt den leichteren Weg über das Freilauf ventil 6. Bei genügend großer Motorinduktivität kann er jetzt bis zu Beginn der nächsten positiven Spannungswelle weiterfließen. Das Ventil 4 ist jetzt auf jeden Fall wieder steuerfähig und zur Freigabe der Motorspeisung zu tos einem beliebigen Zeitpunkt innerhalb der nächsten positiven Spaunungswelle bereit.

Wie aus der Zeichnung ohne weiteres hervorgeht, ist der Transformator 1 von normaler Schaltung und dementsprechend voll- no kommenster Ausnutzung. Die Zahl der Hauptentladungsgefäße (4 und 5) beträgt im Gegensatz zur Graetzschaltung nur zwei* Die Freilaufventile 6 und 7 übernehmen eine zusätzliche Verbesserung der Einrichtung durch Erhöhung des Leistungsfaktors bei der Gittersteuerung von 4 und 5.

Wird Wert auf die Verwendung eines einzigen Entladungsgefäßes mit mehreren Anoden und gemeinsamer Kathode gelegt, so kommt man zu einer Anordnung, wie sie in Abb. 2 angedeutet ist. 4 und 5 sind da-

bei wieder die gesteuerten Hauptanoden, ö und 7 die Freilaufanoden zur Ermöglichung der Spannungsregelung und Verbesserung des Leistungsfaktors. Reicht die Motorinduktivitat für die beabsichtigte Verringerung der Welligkeit des Motorstromes nicht aus, so werden zusätzliche Drosseln 8 und g vorgesehen. Zur weiteren Vergleichsmäßigung der Motorströme werden diese beiden Induktivitäten zweckmäßig miteinander magnetisch verkettet.

Bei der Anordnung nach Abb. 2 ist noch auf die Möglichkeit der Zündung der Hauptanoden zu achten. Es sei z. B. angenommen, daß Anode4 brennt, und infolgedessen der Motor 2 aus dem Netz angetrieben wird. Nach Ablauf der betreffenden Spannungshalbwelle erlischt der Strom der Anode 4 selbsttätig, und es wird Motor 2 über die Anode 6 kurzgeschlossen. Soll jetzt etwas später die Anode 5 zur Zündung freigegeben werden, um den Motor 3 während der betreffenden Halbwelle aus dem Netz zu speisen, so muß dafür gesorgt werden, daß die Zündspannung der Hauptanode niedriger ist als die Brennspannung der Freilaufanode, da andernfalls infolge der gleichen Potentiale von 5 und 6 die Hauptanode nicht zündet.

Bereits vorgeschlagene Maßnahmen zur Verbesserung der Kommutierung der Motoren, beispielsweise Parallelschalten einer Entladungsstrecke zum Erregerfeld u.dgl., können auch bei der Schaltung nach der Erfindung angewendet werden. Desgleichen ist es gleichgültig, ob die Motoren Reihenschlußoder Nebenschlußcharakteristik erhalten.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Anordnung zur Verbesserung der Transformatorausnutzung bei Speisung einer Vielzahl von Gleichstrommotoren über Gleichrichter aus einem Wechselstromnetz, insbesondere Einphasennetz, wobei verschiedene Motoren jeweils nur · mit einer Halbwelle der primären Wechselspannung gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoren in zwei Gruppen annähernd gleicher Leistung eingeteilt sind, und daß parallel zu den Motoren, mindestens aber parallel zu jeder •aus einer Halbwelle der Wechselspannung gespeisten Gruppe von Motoren, je eine zusätzliche Entladungsstrecke mit eindeutiger Stromdurchlaßrichtung derart geschaltet ist, daß in den Zeitabschnitten, in denen dem Motor keine Energie aus dem Wechselstromnetz über die Hauptentladungsstrecken zugeführt wird, der Stromfluß im Anker über die parallel geschalteten Hilfsentladungsstrecken aufrechterhalten werden kann.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Glättungsdrosseln (8, 9) in den Motorkreisen vorgesehen sind.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Drosseln miteinander magnetisch verkettet sind.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 oder f ölgenden, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die in Reihe zu den Motoren liegenden Hauptentladungsstrecken wie die mit entgegengesetzter Stromdurchlaßrichtung parallel zu den Motoren liegenden Hilfsentladungsstrecken in einem einzigen mehranodigen Gefäß mit gemeinsamer Kathode untergebracht sind.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gittersteuerungseinrichtung zur Beeinflussung des Entladungseinsatzes der Hauptanoden derart bemessen ist, daß die Entladung über die Hauptanode einer Motorgruppe, z. B. 5. einsetzen kann, solange noch die Freilaufanode der anderen Gruppe, z. B. 6, brennt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen