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Stromrichteranordnung für wechselseitigen Energieaustausch zwischen
einem Wechselstromnetz und einem zeitweilig Energie rückliefernden Gleichstromverbraucher
wechselnder Polarität Wenn die Aufgabe gestellt ist, einen Gleichstrommotor, an
dem zeitweilig ein Energieüberschuß auftritt, der also zeitweilig als Generator
arbeitet und der außerdem mit wechselnder Drehrichtung betrieben werden muß, in
weiten Grenzen zu regeln, so benutzt man zu seiner Speisung meistens einen sogenannten
Leonard-Umformer. Es ist bekannt, daß man den Leonard-Umformer durch eine Stromrichteranordnung
in besonderer Schaltung vollkommen ersetzen kann. Zu diesem Zweck benötigt man zwei
Stromrichtergefäße, von denen jeweils eins als Gleichrichter und eins als Wechselrichter
ausgesteuert wird. Diese Stromrichtergefäße werden so geschaltet, daß die Kathode
jedes Gefäßes mit dem Nullpunkt der zu dem anderen Gefäß gehörigen Transformatorwicklung
verbunden wird. Der-Gleichstroniverbraucher, also beispielsweise der Anker des zu
regelnden Gleichstrommotors, wird dann. zwischen die beiden Kathoden der Stromrichtergefäße
.geschaltet. Diese Schaltung ist bekannt unter dem Namen Kreuzschaltung. Solange
die EMK des Motors kleiner ist als die Gleichspannung der Stromrichter, führt das
als Gleichrichter ausgesteuerte Gefäß Strom; übersteigt jedoch die Motor-EMK die
Stromrichter-Gleichspannung, so fließt überdas als Wechselrichter ausgesteuerte
Gefäß Leistung an das speisende Wechselstromnetz zurück. Soll die Drehrichtung des
Motors umgekehrt werden, so wird die Steuerung der beiden Gefäße gewechselt und
die beiden Gefäße vertauschen ihre Rollen, d. h. dasjenige Gefäß, das bisher als
Gleichrichter ausgesteuert wurde, wird nunmehr als Wechselrichter ausgesteuert und
umgekehrt.
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Gemäß der Erfindung wird eine derartige Stromrichteranordnung für
wechselseitigenEnergieaustausch in Kreuzschaltung dadurch verbessert, daß eine Umschalteinrichtung
vorgesehen wird, die den Gleichstromverbraucher bei einem Wechsel seiner Polarität
bzw. beim Drehrichtungswechsel so umschaltet, daß jedes Entladungsgefäß stets nur
in ein und-derselben Richtung Leistung überträgt. Der hierdurch erzielte Vorteil
ergibt sich aus folgendem: Wenn ein Stromrichtergefäß nicht nur im Gleichrichterbereich;
sondern auch im Wechselrichterbereich ausgesteuert werden soll, so muß die Steuerungseinrichtung
eine Phasenverschiebung der Gitterspannungen um nahezu volle =8o ° zulassen. Bei
der Verwendung von 'Drehtransformatoren zur Erzeugung der Gitterspannungen bereitet
das weiter keine Schwierigkeiten: Bei den heutigen Stromrichteranordnungen benutzt
man jedoch zur Erzeugung der Gitterspannungen fast ausschließlich sogenannte ruhende
Steuerungen, die mit wechselstromerregten
hochgesättigten Transformatoren
arbeiten. In diesen hochgesättigten - Gittertransformatoren wird eine Spannung,
und zwar in Form eines kurzzeitigen Spannungsstoßes, stets nur in dem Augenblick
induziert, in dem die resultierende Erregung durch Null hindurchgeht. Durch Änderung
einer Gleichstromvorerregung hat man es also in der Hand, durch Verschieben der
Nullinie den Nulldurchgang der Wechselerregung zeitlich zu verlagern. Ist die dem
Gittertransformator aufgedrückte Wechselerregung sinusförmig, so kann auf diese
Weise nur ein verhältnismäßig geringer Zeitbereich bestrichen werden, da sich die
Sinuslinie im Bereich ihrer Scheitelwerte bereits sehr stark abflacht. Man verwendet
deshalb besondere Verzerrungsmittel, die der Wechselstromerregung eine mehr dreieckförmige
Gestalt geben. Trotzdem läßt sich eine gewisse Abflachung an den Dreieckspitzen
nicht vermeiden, so daß es Schwierigkeiten macht, mit einer solchen Steuerung volle
18o° Steuerbereich zu überdecken. Diese _ Schwierigkeit fällt bei einer Stromrichteranordnung
gemäß der Erfindung fort, da beide Gefäße entweder nur für Gleichrichter-oder nur
für Wechselrichterbetrieb ausgestaltet zu sein brauchen, wobei der gesamte Verschiebungsbereich
der Gitterspannungsimpulse nur annähernd 9o ° beträgt.
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Es kommt jedoch noch etwas anderes hinzu. Es ist bekannt, daß ein
als Wechselrichter arbeitendes Stromrichtergefäß nur bis etwa 85°/o seiner vollen
Spannung ausgesteuert werden darf, da anderenfalls die Gefahr besteht, daß die abzulösende
Anode nicht mehr erlöschen kann. Andererseits erfordert die Kreuzschaltung, bei
der ja die beiden Entladungsgefäße mit gleichsinniger. Durchlaßrichtung hintereinandergeschaltet
sind, mit Rücksicht auf die Vermeidung von inneren Kreisströmen, daß die Gleichspannung
des Wechselrichtergefäßes stets höher ist als die des Gleichrichtergefäßes. Sollen
nun die beiden Gefäße gelegentlich ihre Rollen vertauschen, so müssen die Transformatoren
beider Gefäße das gleiche Übersetzungsverhältnis besitzen. Das führt dann aber dazu,
daß nunmehr auch das Gleichrichtergefäß nicht mehr voll ausgesteuert werden kann.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist es demgegenüber möglich, die Übersetzungsverhältnisse
der beiden Transformatoren verschieden zu wählen, da die Gefäße ja nicht mehr vertauschbar
zu sein brauchen. Man kann infolgedessen die Anordnung so trfen, daß bei der höchstzulässigen
Aussteuerung des Wechselrichtergefäßes das Gleichrichtergefäß bereits voll aus.
gesteuert ist. Dadurch ergibt sich eine wesentliche Ersparnis in der Bemessung der
Gefäße.
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In vielen Fällen ist die von einer Gleichstrommaschine beispielsweise
beim Bremsen zurückgelieferte Leistung wesentlich geringer als die Leistung, die
beim Motorbetrieb aufgenommen wird. Wegen der unveränderlichen Richtung der Gefäßleistung
gestattet es die Erfindung, die Gefäßgrößen diesen Verhältnissen anzupassen und
beispielsweise das Wechselrichtergefäß für eine geringere Leistung zu bemessen als
das Gleichrichtergefäß. Eine verschiedene Bemessung der beiden Gefäße einer Kreuzschaltung
ist an sich -bekannt. Der Grund für diese verschiedenartige Bemessung der Gefäße
liegt jedoch bei der bekannten Anordnung' bei der beide Gefäße sowohl als Wechselrichter
als auch als Gleichrichter arbeiten, in etwas anderem. Es handelt sich dort nämlich
um die Speisung einer Fördermaschine. Bei einem Förderantrieb können aber die Verhältnisse
unter Umständen so liegen, daß bei Aufwärtsfahrt die motorische Leistung, bei Abwärtsfahrt
dagegen die Bremsleistung die größere ist. Da diese Leistungen in beiden Fällen
durch ein und dasselbe Gefäß geführt werden, so kann es in der Tat zweckmäßig sein,
auch in diesem Fall trotz der Vertauschbarkeit der beiden Gefäße diese verschieden
groß zu bemessen.
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Die Umschaltung der Anschlüsse des Gleichstromverbrauchers an die
Stiomrichteranordnung erfolgt zweckmäßig selbsttätig in Abhängigkeit von der Stellung
des Steuerhebels, der auch die Steuerung der Gefäße beeinflußt, beispielsweise in
dem Augenblick, in dem die Spannung beider Gefäße auf Null heruntergeregelt ist,
d. h. also in der Mittellage des Steuerhebels. Der Umschalter braucht infolgedessen
keinerlei Leistung zu schalten. Gegebenen-.falls kann man in die Gleichstromleitung
noch einen Stromwächter einschalten, der eine Umschaltung so lange verriegelt, bis
derVerbraucherstromauf Null herabgesunken ist.
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In der Zeichnung ist eine Stromrichterschaltung gemäß der Erfindung
als Ausführungsbeispiel dargestellt. Der Gleichstrommotor i ist mit dem Drehstromnetz
2 über die beiden Stromrichtergefäße 3 und q. sowie den dazugehörigen, mit zwei
Sekundärwicklungen ausgerüsteten Transformator 5 verbunden. Das Stromrichtergefäß
3 wird durch die nicht näher dargestellte Steuerapparatur 6 ständig als Gleichrichter,
das Gefäß q. dagegen ständig als Wechselrichter ausgesteuert. Die Steuerung erfolgt
in gegenseitiger Abhängigkeit so, daß die EMK des Wechselrichtergefäßes stets etwas
höher ist als die EMK des Gleichrichtergefäßes. Wie die Zeichnung zeigt, ist die
Kathode jedes Gefäßes mit dem Nullpunkt der Transformatorwicklung, die zu dem anderen
Gefäß gehört, verbunden, und je nach der Stellung des Umschalters 7 ist der Anker
des Motors i in dem einen oder anderen Sinn an die beiden Kathoden der Entladungsgefäße
angeschlossen. Das als Gleichrichter arbeitende Gefäß 3 ist für die volle
Motorleistung
bemessen, während die Größe des Wechselrichtergefäßes q: entsprechend der-während
des Generatorbetriebes zurückgelieferten kleineren Leistung gewählt ist. In vielen
Fällen werden die Verhältnisse so liegen, daß als Gleichrichtergefäß ein Eisengefäß@benutzt
werden maß, während als Wechselrichter ein Glaskolben Anwendung- finden kann.
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Die Regelung der Entladungsgefäße durch Beeinflussung der Steuerungsapparatur
erfolgt mittels des Steuerhebels B. Dieser Steuerhebel ist mit Hilfskontaktpaaren
g und io ausgerüstet, und zwar derart, daß bei Steuerhebelauslagen nach rechts@das
Kontaktpaar io; bei Auslagen nach links dagegen das Kontaktpaar g geschlossen wird.
Dementsprechend ist bei Steuerhebelauslagen nach rechts der Umschalter 7 nach rechts
gelegt, während er bei Auslegungen des Steuerhebels nach links ebenfalls nach links
umgeschaltet wird.
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Die Verbindung des Steuerhebels 8 mit der Steuerapparatur ist nicht
näher dargestellt. Sie kann jedoch in bekannter Art und Weise entweder in einer
unmittelbaren mechanischen Kupplung bestehen oder durch eine Fernsteuerung gebildet
werden.