Anordnung zur Speisung und Nutzbremsung eines Gleichstrommaschinenaggregates mittels eines gittergesteuerten Entladungsgefässes. Bekannt sind Anordnungen zum Speisen mid Nutzbremsen von Gleichstrommaschi nen, -elche darin bestehen, dass zwei Grup pen von Entladungsstrecken zu der zu be treibenden Maschine entgegengesetzt paral lel geschaltet sind, wobei die Steuerspan nungen der beiden Entladungsstreckengrup- pen derart in zwangläufiger Abhängigkeit voneinander stehen, dass mit zunehmender Zündverlegung der Steuerimpulse der einen Gruppe eine zunehmende Rückverlegung der Steuerimpulse der andern Gruppe ein tritt.
Die vorliegende Erfindung betrifft dem gegenüber eine Anordnung zum Speisen und Nutzbremsen eines Gleichstrommaschinen aggregates, bestehend aus einem Antriebs motor und einem mit demselben mechanisch gekuppelten Bremsgenerator mit gitter gesteuerten Entladungsstrecken, die zwei Gruppen bilden, von denen die eine als Gleichrichter und die andere als Wechsel richter dient, wobei der Gleichrichter mit dem Motor und der Wechselrichter mit dem Generator je über einen Umschalter verbun den ist, wobei ferner die Steuerorgane der Gitter von Gleichrichter und Wechselrichter derart gekuppelt sind,
dass bei einer Vorver- legung des Zündzeitpunktes des Gleichrich ters zwangläufig eine entsprechende Nach verlegung des Zündzeitpunktes des Wechsel richters stattfindet und umgekehrt.
Auf beiliegender Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele einer solchen Anord nung dargestellt.
Fig. 1 zeigt ein Schema eines ersten Ausführungsbeispiels; Fig. 2 bis 5 zeigen dazugehörige Span- nungs- und Phasendiagramme; Fig. 6 zeigt schematisch eine Anordnung der Kupplung für die Drehtransformatoren; Fig. 7 veranschaulicht ein. Schema der Steuerorgane eines zweiten Ausführungsbei spiels der Anordnung und Fig, ss bis 10 die dazugehörigen Span- nungs- und Phasendiagramme;
Fig. 11 und 12 deuten die Phasenver- schiebungsdiagramme der Sekundärwicklun gen der Steuertransformatoren an.
1 sind die Sekundärwicklungen von Transformatoren zur Speisung eines Strom richters 2, deren Steuerspannungen der Steuerapparate 3 und 4 in ihrer Phasenlage gegenüber der Anodenspannung beispiels weise durch Drehtransformatoren reguliert werden. Statt wie in Fig. 1 dargestellt, kann an Stelle von zwei getrennten Speisetrans formatoren ein einziger Transformator mit gemeinschaftlicher Primär- und zwei ge trennten Sekundärwicklungen treten. Die Kathode 5 ist über einen Umschalter 6 mit dem Gleichstrom-Maschinenaggregat verbun den.
Letzteres besteht aus einem Antriebs motor 7 mit einem auf der gleichen Welle sitzenden Bremsgenerator 8 und der vom Motor angetriebenen Arbeitsmaschine 9, bei spielsweise der Seilscheibe eines Seilbahn antriebes. Motor und Generator besitzen Fremderregungen 10 und 11. Da der Mo tor zur Lastförderung, der Bremsgenerator aber nur dazu dient, als Bremse zu wirken, um die beispielsweise an einer Seilbahn am Abwärtsfahren eines vollen Wagens auftre tende überschüssige Energie aufzunehmen, ist ersterer unter Umständen bedeutend grö sser als letzterer.
Der Umschalter 6 ist vier- polig. Zwei Pole sind miteinander gekuppelt und mit der Kathode 5 verbunden und wech selweise auf den Motor und den Bremsgene rator schaltbar. Die beiden Sternpunkte der Sekundärwicklungen der Speisetransformato ren sind durch die Leitungen 12 und 13 mit den beiden andern Polen des Umschalters verbunden, von wo sie jeweilen mit denjeni gen Bürsten der beiden Gleichstrommaschi nen verbunden werden, welche denjenigen gegenüber liegen, die mit der Kathode ver bunden sind.
Die Steuergeräte 3, 4 bestehen aus je einem Gittertransformator, dessen Sekundär wicklung 14 einen Stromkreis speist, in wel chem parallel zu den Entladungsstrecken Kondensatoren geschaltet sind und in Serie mit den Entladungsstrecken ein Widerstand liegt. Der Sternpunkt der Sekundärwick lung führt über den vorerwähnten einstell baren Widerstand zur Kathode, dessen je weilige Grösse mit a- bezeichnet sei.
Diese Steuerung, wie in Fig. 1 schematisch dar gestellt, heisst Nullpunktsteuerung im Gegen satz zur Phasensteuerung gemäss Fig. 7, bei welcher jedem Kondensator gegen die Trans formatorenwicklung hin ein Widerstand vor geschaltet ist.
Da die Kondensatoren zwi schen Gitter und Kathode liegen, ist die Gitterspannung E,. gleich der Kondensato- renspannung E,. Die Gittertransformator spannung Et, also die Spannung der Wiek-- lung 14, ist mit der sekundären Phasenspan nung E;, des Speisetransformators phasen gleich, weil die Schaltungen der Transfor matoren dieselben sind und am gleichen Speisenetz angeschlossen sind. Da der Strom im Stromrichter nur in der Richtung von der Anode oder vom Gitter zur Kathode flie ssen kann, wird bei umgekehrter Stromrich tung der Kondensator aufgeladen.
Wäre kein Widerstand dem Kondensator vorge schaltet, so wäre E, mit Et spiegelbildlich. Die beiden Nullpunkte der Kondensatorspan- nung würden auf die Nullpunkte der Gitter- bezw. Speisetransformatorspannungskurve treffen. Es könnte somit keine Aussteue rung stattfinden.
Durch den Widerstand 16 wird aber die Kurve E, verzerrt, das heisst deren Verlauf, wie in Fig. 2 angegeben, ver zögert, so dass sie erst wieder die Nullinie erreicht, nachdem die Kurve Et resp. E,1 einen positiven Wert erreicht hat. Dadurch erhält man den verzögerten Zündzeitpunkt F'1. Wenn der Widerstand 16 einmal auf , eine Grösse r eingestellt ist, so bleibt dann auch die dadurch entstandene Kurvenform immer die gleiche und damit bleibt die Lage des Zündzeitpunktes gegenüber der Gitter spannung stets dieselbe.
Da die Kondensa toren nur von der Seite her aufgeladen wer den können, von welcher der Stromdurch- fluss durch die Entladungsstrecke gesperrt ist, also in der Richtung Kathode gegen Git ter, so kann die Spannung E, nur während der negativen Halbwelle der Gittertransfor- matorspannung Et, resp. Speisetransforma- torspannung E, auftreten.
Während der po sitiven Halbwelle, das heisst nach dem Zün den des Lichtbogens ist der Kondensator über die Entladungsstrecke kurzgeschlossen, weshalb dann keine Kondensatorspannung auftreten kann. Zwischen dem Gittertrans formator und dem Speisenetz ist ein Phasen dreher 17, beispielsweise ein Drehtransfor- inator eingeschaltet. Mit demselben kann die Kurve Et gegenüber der Kurve E, und da mit auch der Zündpunkt der letzteren zeit lich verschoben werden, was in Fig. 3 zum Ausdruck kommt.
Liegt in Fig. 4 der Zünd- zeitpunkt Z auf der Linie<I>OP,</I> so ist der Mittelwert der Gleichspannung Null, weil das Flächenintegral zwischen dem Zündzeit- punkt Z und dem Löschzeitpunkt L den Wert Null gibt. Durch Verschieben des Zündzeitpunktes Z von OP nach F, wird erreicht, dass der Gleichspannungsmittelwert von Null beginnend auf seinen Höchstwert reguliert wird. Hierbei ist zu beachten, dass der Gleichrichter nur dann Energie abgeben kann, wenn die Gegenspannung im Gleich stromkreis kleiner ist, als der Gleichspan nungsmittelwert resultierend aus der Span nungskurve des Speisetransformators, unter Berücksichtigung des Zündzeitpunktes.
Die Arbeitsfähigkeit des Wechselrichters ist da durch bedingt, dass die EMK der angeschlos senen Gleicbstromquelle grösser ist als der Gleichspannungsmittelwert der zugehörigen Transformatorphase.
Gemäss dem ersten Ausführungsbeispiel geschieht die gleichzeitige Vor- und Nach verschiebung der Zündzeitpunkte derart, dass zwei Phasendreher im entgegengesetzten Sinne zueinander zwangläufig verstellt wer den, wobei die beiden Drehfelder DFI und DFII in Fig. 6 denselben Drehsinn aufweisen müssen. Dadurch wird erreicht, dass bei einem Phasendreher im Sinne des Drehfel des, beim andern demselben entgegengesetzt gedreht wird.
Es ergibt sich somit beim er steren eine Spätzündung für den Wechsel richter, beim letzteren eine Frühzündung für den Gleichrichter, Nach Fig. 6 geschieht die Kupplung der beiden Phasendreher bei spielsweise mittels Zahnrädern, welche durch ein Schneckenradgetriebe und Handrad be tätigt werden, so dass sich die vorbeschrie- benen Drehsinne zwangläufig ergeben.
Die maximalen Winkel der Zündzeit- punkte würden nach Fig. 4 und 5 theoretisch 90 betragen, wobei für den Gleichrichter der Zündpunkt von OP bis zum Schnitt punkt F, der zwei aufeinanderfolgenden Spannungsphasen nach vorn verlegt wird, beim Wechselrichter hingegen von OP aus nach rückwärts zum Punkt F2.
Praktisch kann nun aber beim Wechsel richter der Zündzeitpunkt nur bis zum Punkt F; verschoben werden, damit noch ein Win kel von zirka A für die Kommutierung der Anodenströme, für die Entionisierung der Ventilstrecke und für die Kompensie- rung der Spannungsschwankungen zur Ver fügung steht.
Somit ergibt sich für den Wechselrichter ein maximaler Regulierbereich von zirka<B>60'.</B> Beim Gleichrichter dagegen kann die Vor verlegung des Zündzeitpunktes bis zum Schnittpunkt F, erfolgen, da dort die Kom- mutierung der beiden Anodenströme von selbst geschieht. Im Gleichrichterbetrieb übernimmt stets die Anode die Stromfüh rung, welche die höchste positive Spannung aufweist. Wird also im Punkt F, gezündet, so wird das Maximum des Gleichspannungs- mittelwertes erreicht, dessen Grösse identisch ist mit demjenigen eines ungesteuerten Gleichrichters.
Aus diesem Grunde wird die Gleichrichterseite voll ausgenützt, im Gegen satz zur Wechselrichterseite.
Damit nun der eine Phasendrehen aus obgenannten Gründen um<B>90',</B> der andere dagegen um nur<B>60'</B> verschoben werden soll, ergibt sich ein Übersetzungsverhältnis in der Verdrehung der beiden Phasenregler von 1,5 zu 1.
Die Fremderregung kann für Motor und Bremsgenerator gemeinschaftlich oder, wie in der Zeichnung angedeutet, getrennt sein. Fremderregung ist deshalb vorgesehen, um ein konstantes, von der Belastung unab- hängiges Feld (Kraftfluss) zu erhalten. Es wird somit die Drehzahl und Belastung nur in Abhängigkeit der Ankerspannung ge regelt.
Das zweite Ausführungsbeispiel betrifft eine Anordnung mit Phasensteuerung. Im Gegensatz zur Nullpunktsteuerung ist jeder Sekundärspule des Gittertransformators ein regulierbarer Widerstand 16 in Serie ge schaltet, wobei die den Wicklungen ent gegengesetzten Enden gemeinschaftlich mit den Kondensatorableitungen an die Kathode geführt sind. Die Widerstände des Gleich richters sind mechanisch gekuppelt, ebenso diejenigen des Wechselrichters. Diese beiden Kupplungen sind wiederum miteinander der art gekuppelt, dass dadurch -zwangläufig die eine Widerstandsgruppe aufwärts geschaltet wird, während die Widerstände der andern Gruppe verhältnisgleich abwärts reguliert werden.
Vom gemeinschaftlichen Nullpunkt aus, welcher.einem gewissen Widerstand entspricht, werden durch Veränderungen der Widerstände am Gleichrichter die Zündung vorverlegt und am Wechselrichter nachver legt. Im Gegensatz zum ersten Ausfüh rungsbeispiel, bei welchem der Widerstand parallel zum Kondensator nur dazu dient, einen bestimmten Zündzeitpunkt einzustel len, um dann durch Verschiebung des letz teren mittels der Phasenverschiebung die Ankerspannungen zu regeln, wird im vor liegenden Falle durch Variation der Konden- satorwiderstände die Kurve E,
verzerrt und damit der Zündzeitpunkt verschoben. Da keine Phasenverschiebiing mehr stattfindet. so überdecken sich zeitlich E., und Et. Wie in Fig. 8 dargestellt, erstreckt sich der Ar beitsbereich des Gleichrichters theoretisch von der OP-Linie bis zum vorhergelegenen NullpunlLt der Anodenspannung, welcher ebenfalls für die E,-Kurve Endnullpunkt bei Widerstand r = o ist. Praktisch geht aber der Arbeitsbereich nur bis zum Zündpunkt Fl des Diagrammes in Fig. 9.
Dieser Ar beitsbereich ist somit 90 .
Irm den Punkt F; erreichen zu können, muss der Ziindzeitpunkt um 180 verschoben werden. Davon werden 120' mit Hilfe der Widerstandssteuerung ausgesteuert und die übrigen<B>60'</B> durch Verschiebung der Pha senlage der Kurve Et um diesen Betrag ge genüber E". Diese Verschiebung der Phasen lage geschieht dadurch, dass die Stellung der Schaltung des Steuertransformators gegen über derjenigen des Haupttransformators so gewählt ist, dass der positive Wert von B, zwischen die positiven Werte von S', -und T1 zu liegen kommt,
wie beispielsweise in Fig. 9 und 10 dargestellt, E_ sich in der Dutte von 8l und T, befindet. Dasselbe geht aus den Vektordiagrammen Fig. 11 und 12 hervor, woraus sich der Verschiebungswinkel von 60 ergibt. Daraus ergibt sich die entspre chende Vektorenlage gemäss Fig. 1\?, wobei beispielsweise die Phasen S1 und R2 aus gewählt sind.
Die Widerstandsaussteuerung auf 180 ist aus konstruktiven Gründen (unverhältnismässig grosse Dimensionen der Steuerapparate) nicht angängig. Damit er geben sich wiederum die gleichen Span nungsverhältnisse wie im ersten Beispiel.
Die vorliegenden Ausführungsbeispiele betreffen Anordnungen mit einem einzigen Entladungsgefäss. Es können aber auch bei spielsweise zwei getrennte Gefässe verwendet werden, wobei das eine als Gleichrichter der Motorleistung und das andere als Wechsel richter der Generatorleistung angepasst ist. Aus praktischen Gründen wird man bei Sechsphasenbetrieb getrennte Gefässe wählen.
Hat der Motor eine Last zu überwinden, so wird er aus dem Gleichrichter mit Gleich strom gespeist. Dann ist das durch den Strom erzeugte Drehmoment der Laufrich tung gleichgerichtet, also entweder Rechts drehmoment und Rechtslauf oder Linksdreh moment und Linkslauf. Im Falle, dass die Last den Generator antreibt, wird in diesem ein der Laufrichtung entgegengesetztes Drehmoment hervorgerufen, wobei Gleich strom erzeugt wird. Dieser wird durch den Wechselrichter in Wechselstrom umgewan delt und dem Speisenetz zugeführt.
Der Schalter 6 dient dazu, die Anker ströme auf die -Gleichstrommaschinen so zu schalten, dass sie den Drehrichtungen ent sprechen. Bei einer Drahtseilbahn beispiels weise ändert sich nach jeder Fahrt die Dreh richtung. Es gilt also in einem solchen Falle die ausgezogene Schalterstellung für Berg fahrt des einen und Talfahrt des andern Wagens und die punktierte für Talfahrt des einen und Bergfahrt des andern. Vor Be ginn der Fahrt wird zuerst dieser Schalter eingeschaltet. Die Phasendreher, respektive Widerstände befinden sich in der Stellung, in welcher das Spannungsmittel gleich Null ist.
Durch Drehung des Handrades der ge kuppelten Phasendreher oder der Wider stände wird der Zündpunkt des Gleichrich ters vorverlegt und damit eine zunehmende Ankerspannung dem Motor aufgedrückt, durch deren Zunahme die Drehzahl gestei- bert wird. Gleichzeitig wird auch der Span nungsmittelwert der Wechselrichterseite durch die Nachverlegung des Zündzeitpunk tes erhöht, so dass der Bremsgenerator ge gebenenfalls Leistung abgeben kann.