Einrichtung zur Steuerung von kommutatorlosen Mehrphasen-Reversiermotoren. Das Hauptpatent behandelt ein Verfahren und eine Einrichtung zur Steuerung von kommutatorlosen, in der Drehrichtung um kehrbaren Mehrphasenmotoren, bei welchen die einzelnen Teile der Arbeitswicklung über den den Motor speisenden Transformator je mit zwei Anodengruppen eines Entlade gefässes verbunden sind, und wobei zur Er zielung eines stetigen Überganges aus dem Motorzustand in den Generatorzustand und umgekehrt ohne Umschaltung im Stator- oder Rotorkreis des Motors jederzeit die zwei Ano dengruppen, die aus je m in der Phase benachbarten Anoden des Entladungsgefässes bestehen,
gleichzeitig durch die Steuergitter freigegeben werden, wobei die beiden Ano dengruppen so gesteuert werden, dass gleich zeitig in jeder Anodengruppe die aus der Netzwechselspannung erzeugte Leerlauf- gleichspannung und die aus der Motorwech selspannung erzeugte Leerlaufgleichspan nung untereinander angenähert gleich gross und einander entgegengerichtet sind, und dass ferner gleichzeitig die eine der zwei von den beiden Anodengruppen aus derselben Wech selspannung erzeugte Gleichspannung dem Strom gleichgerichtet, die andere entgegen gerichtet ist.
Auf .diese Weise wird die Um schaltung des Motors auf Generatorbetrieb und die Drehzahlregelung mit Einhebel steuerung erreicht, wie dies bei Leonard-An- trieben allgemein üblich ist. Durch dieses Steuerverfahren wird zwischen Steuerhebel stellung, Drehzahl und Drehrichtung ein ein deutiger Zusammenhang erzielt.
Das Steuer verfahren besitzt jedoch den Fehler, dass beim Drehrichtungswechsel .des Motors sämtliche Gitterleitungen der elektrischen Ventile um geschaltet werden müssen, wozu ein Relais benötigt wird, das soviele Umschaltkontakte besitzt als Steuergitter vorhanden sind. Sol che Relais beeinträchtigen den Sicherheits grad des Antriebes, und erfordern Schalt apparate im Steuerstromkreis oder im Haupt stromkreis.
Um diese Mängel zu beseitigen, wird er findungsgemäss .der Drehrichtungswechsel des Motors mittels der Steuerapparate 4urchge- führt, welche die Zündpunkte der Anoden des Ventils in bezug auf :die Netzspannung regulieren.
In der Zeichnung stellt Abb. 1 das .
Schema eines Ausführungsbeispiels dar ; die Abb. 2a und 2b veranschaulichen die Span nungsverhältnisse von Motor und Netzspan nung unter Vernachlässigung der Überlap pung der Anodenströme.
Der Ventilmotor 30 in Abb. 1 besitzt eine Arbeitswicklung 30b, welche im Stator unter gebracht ist, also im Raume stillsteht, sowie eine rotierende Feldwicklung 30a, die über zwei Schleifringe mit Gleichstrom gespeist wird. Die Arbeitswicklung 30a ist in drei Zweiphasensysteme aufgelöst, deren Mitten punkte 7, 8, 9 über eine dreischenklige Saug drosselspule 31 mit der Kathode des Ventils 47 verbunden sind. Die Phasenenden der Ar beitswicklung 30b sind mit den Mittenpunk ten der Sekundärwicklungen 32a des Trans formators 32 verbunden. Die Primärwick lung 32b des Transformators 32 wird vom Drehstromnetz N gespeist.
Durch die Auf lösung der Arbeitswicklung 30b des Motors in zwei Dreiphasensysteme mittels der Saug drossel 31 wird erreicht, dass gleichzeitig drei Phasen sowohl des Motors 30 wie auch des Transformators 32 Strom führen, wodurch eine Reduktion der Effektivwerte der Phasen ströme erreicht wird. Die Anodengitter des Ventils 47 sind über die Widerstände 45 und 44 an den negativen Pol des Steuergenerators 42 angeschlossen, der vom Motor 41 ange trieben wird.
Die Mittenanzapfung des Span- nungsteilers 43, der parallel zu den Klemmen des Steuergenerators liegt, ist mit der Ka thode des Ventils 47 verbunden, wodurch die Steuergitter des Ventils dauernd eine gegen über der Kathode negative Vorspannung er halten. Die positiven Spannungsimpulse wer den den Gittern vom positiven Pol des Steuer- generators 42 über die Kontaktgeber 34, 3:5 und 36 zugeführt.
Die Kontaktgeber 3-4 be sorgen die Steuerung der Anodengitter in Abhängigkeit der Motorfrequenz. Die Bür sten dieser Kontaktgeber sind zu diesem Zweck auf -der Welle des zusteuernden Mo- tors 30 befestigt und rotieren synchron mit dem Motorfeld 30a. Die Kontaktgeber 35 und 36 steuern die Gitter in Abhängigkeit der Frequenz des Netzes N und werden von den beiden Synchronmotoren 3'9 und 40 an getrieben. Beide Steuerungen sind voneinan der unabhängig.
Durch die beiden Bürsten der Kontaktgeber 34 werden zwei Anoden- gruppendes Ventils 47 so gesteuert, dass von jeder Anodengruppe aus der Motorwechsel spannung eine Gleichspannung erzeugt wird, wie dies in Abb. 2a dargestellt ist. Die Mo mentanwerte der Phasenspannungen der Mo torwicklung sind 'mit ein bezeichnet. Die Zündpunkte der einen Anodengruppe liegen bei ZM1, diejenigen der andern Anodengruppe bei ZM2. Die Einstellung der Zündpunkte erfolgt durch Verdrehen der Segmentringe der Kontaktgeber 34 (Abb. 1).
Von der Anodengruppe mit :dem Zündpunkt Zm, wird die Gleichspannung mit dem Mittelwert Ein, erzeugt, welche zum Beispiel im Durchlässig keitssinn des Ventils gerichtet sein soll. Die Anodengruppe mit dem Zündpunkt Zm, er zeugt die Gleichspannung Eine, welche im vorliegenden Beispiel gleich gross ist wie die Gleichspannung Ein,, jedoch umgekehrt ge richtet ist.
Die Zündpunkte Zm, derjenigen Anodengruppe, deren Gleichspannung Ein, im Durchlässigkeitssinn der Ventile gerichtet ist, sind gegenüber ;dem Schnittpunkt zweier sich ablösender Phasenspannungen, der bei Betrieb mit dreischenkliger Saugdrosselspule identisch ist mit dem Nulldurchgang der Phasenspannungen ein, um einen gewissen Winkel qpm, in nacheilendem Sinne verscho ben.
Die Zündpunkte Znz2,der Anodengruppe, deren Gleichspannung Ein, entgegen dem Durchlässigkeitssinn der Ventile gerichtet ist, sind um einen Winkel 99m, zeitlich vor den Nulldurchgang der Phasenspannungen ein verlegt. Im vorliegenden Fall, wo die beiden Gleichspannungen Ein, und Ein, genau die selben Werte haben sollen, sind die beiden Winkel qpm, und ggm2 gleich gross.
Das Ar- beitsintervall einer Phase des einen Anoden systems des Ventils 47 ist mit A, bezeichnet. Die Phasenspannung ist in diesem Intervall im Durchlässigkeitssinn der Ventile gerichtet, besitzt also dieselbe Richtung wie der Strom. Dieses System ist also das generatorische Sy stem. Das Arbeitsintervall einer Phase des andern Anodensystems des Ventils 47 ist mit A_, bezeichnet. Die Anodenspannung ist der Stromrichtung entgegengesetzt gerichtet, das heisst dieses System ist das motorische Sy stem.
Das generatorische Anodensystem be sitzt eine Zündpunktnacheilung, das motori sche eine Zündpunktvoreilung gegenüber dem Schnittpunkt zweier sieh ablösender Phasen spannungen, ,der im vorliegenden Fall mit dreischenkliger Saugdrosselspule mit dem Nulldurchgang der Phasenspannungen über einstimmt. Die Voreilung des Zündpunktes des motorischen Systems muss immer grösser sein als die maximale Überlappung der Ano denströme, die bei den verschiedenen Be lastungen des Motors auftreten kann. Bei der Darstellung der Spannungsverhältnisse in Abb. 2a und 2b wurde die Überlappung der Anodenströme der Einfachheit halber vernachlässigt.
Nachdem die Zündpunkte der beiden Anodengruppen in bezug auf die Motorspannung mit den Kontaktgebern 34 einmal eingestellt worden sind, erfolgt wäh rend des Betriebes des Motors keine wei tere Veränderung dieser Zündpunktlagen. Die Grösse der beiden aus der Motorwechsel spannung erzeugten Gleichspannungen ist dadurch direkt der Drehzahl des Motors proportional. Welches der beiden Anoden systeme, ob das motorische oder das genera- torische zum Arbeiten kommt, hängt nun ganz von der Grösse der durch die Kontakt geber 35 und 3,6 aus der Netzspannung er zeugten Gleichspannungen ab.
Die Kontakt geber 35 und 36 rotieren synchron mit der Frequenz des Netzes N und legen die Zünd punkte der beiden Anodensysteme in bezug auf die Momentanwerte der Netzspannung fest, wie dies in Abb. 2b (unter Vernach lässigung der Überlappung) dargestellt ist. Die Momentanwerte der Spannungen in den einzelnen Transformatorphasen sind mit eN bezeichnet.
Der eine der beiden Kontakt geber, zum Beispiel 35, steuert ein Anoden- system in der Weise, dass aus der Netz spannung die Gleichspannung<B>EN,</B> erzeugt wird, welche entgegen dem Durchlässigkeits sinn der Ventile gerichtet ist, während der andere Kontaktgeber 36 ein zweites Anoden system steuert und die im Durchlässigkeits sinn der Ventile gerichtete Gleichspannung <B>EN,</B> erzeugt. Dasjenige System, dessen Gleichspannung<B>EN,</B> im Durchlässigkeitssinn der Ventile gerichtet ist,
ist das generatori- sche System und besitzt gegenüber den Schnittpunkten zweier sich ablösender Pha senspannungen eine Zündpunktnacheilung vom Betrage (pN2. BZ ist das Arbeitsintervall einer Anode dieses Systems. Die Zündpunkte dieses Systems sind mit<B>ZN,</B> bezeichnet. Das System, dessen Gleichspannung EN, entgegen .dem Durchlässigkeitssinn der Ventile und damit entgegen der Stromrichtung gerichtet ist, ist das motorische System.
Die Zünd- punktvoreilung dieses Systems, mit qgN, be zeichnet, ist im vorliegenden Beispiel gleich' gross wie die Nacheilung des andern Systems 99N2. Die Zündpunkte dieses Systems sind mit ZNl bezeichnet.
Betreffs Voreilung des Zündpunktes des motorischen Systems muss wie bei den Kontaktgebern 34 (Abb. 1) die selbe Bedingung erfüllt werden, dass die Vor- eilung immer grösser sein muss als die maxi mal auftretende Überlappung der Anoden ströme dieses Systems.
Von :den aus der Netzspannung und den aus der Motorspannung erzeugten Gleich ,spannungen halten sich die beiden einander entgegengesetzt gerichteten Gleichspannun gen desselben Anodensystems das Gleich gewicht. Von den beiden Systemen kann immer nur dasjenige System arbeiten, dessen aus den beiden Gleichspannungen resultie rende ,Spannung im Durchlässigkeitssinne .der Ventile gerichtet ist. Je nach dem Grössen verhältnis der beiden Gleichspannungen des selben Systems nimmt der Motor Energie aus dem Netz auf oder gibt Energie ans Netz ab.
Ist zum Beispiel die aus der Netz spannung erzeugte Gleichspannung<B>EN,</B> grö sser als die aus der Motorspannung erzeugte Gleichspannung Em2, so nimmt der Motor Energie aus dem Netz auf, arbeitet also als Motor. Wird nun zum Beispiel .durch einen Antriebsmotor die Drehzahl :
des -ventilge steuerten Motors so gesteigert, dass die Span nung Ein, gleich gross wird wie<B>EN"</B> so unter bleibt die Energieaufnahme .des Motors aus dem Netz. Bei weiterer Steigerung der Dreh zahl wird Ein, grösser als<B>EN"</B> das heisst die aus den beiden Gleichspannungen ,des moto risch arbeitenden Anodensystems resultie rende Spannung ist entgegen dem Durch lässigkeitssinn der Ventile gerichtet und die ses System kann deshalb keinen Strom füh ren.
Gleichzeitig wird aber die Spannung Ein, grösser als die Spannung ENG, so dass das generatorisch arbeitende Anodensystem Strom führen kann, wodurch der Motor als Gene rator arbeitet und Energie ans Netz abgibt.
Die Regulierung der Drehzahl des Motors erfolgt durch Verschieben des Zündpunktes <B>ZN,</B> und ZN, gegenüber den Momentan werten der Netzspannung, das heisst durch Verändern der Grösse der Spannungen<B>EN,.</B> und EN,. Die Verschiebung der Zündpunkte ZN1 und ZN2 gegenüber den Momentanwerten der Netzspannung erfolgt durch Verändern der Lage der synchron mit der Netzspannung rotierenden Bürsten der Kontaktgeber 35 und 36 (Abb. 1).
Diese Bürstenverschiebung wird mittels der im Erregerkreis der Synchron motoren 39 und 40 eingeschalteten Wider stände 37 und 38 ausgeführt. Die Phasen enden der in Stern geschalteten dreiphasigen Erregerwicklung der Synchronmotoren sind an drei gleichmässig am Umfang verteilte Punkte der Widerstände 37 und 38 geführt. Die Gleichstromzuleitung zu jedem Wider stand erfolgt über zwei drehbare Bürsten. Je nach der Stellung dieser Bürsten ändert sich die Stromverteilung in den drei Phasen der Erregerwicklung und dadurch auch die Lage der magnetischen Achse des Rotors.
Da .die magnetische Achse des Rotors synchron mit der magnetischen Achse des Stators der Syn chronmotoren 39, 40 umläuft, ergibt eine Ver schiebung der Rotorachse eine Verdrehung des Rotors und damit der Kontaktgeber bürsten gegenüber den Momentanwerten der Netzspannung. Zum Verstellen der Bürsten der Widerstände 37 und 38 dient der Hebel 46. Die Widerstände 37 und 38 sind mit der Erregerwicklung der Synchronmotoren so verbunden, dass eine gleichsinnige Verschie bung der Bürsten der beiden Widerstände eine gegenläufige Verschiebung der Kon taktgeberbürsten erzeugt, da ja die von den beiden Anodengruppen aus der Netzspan nung erzeugten Gleichspannungen einander entgegengesetzt gerichtet sein müssen.
Für den Drehrichtungswechsel muss die dem Motor zugeführte Spannung, das heisst die von den beiden Anodengruppen aus der Netzspannung erzeugten Gleichspannungen EN, und<B>EN,</B> in ihrer Richtung umgekehrt werden. Dieser Richtungswechsel kann allein durch entsprechende Verschiebung des Zünd- punktes der beiden Anodengruppen in bezug auf die Netzspannung ausgeführt werden.
Der Zündpunkt :desjenigen Anodensystems, dessen Gleichspannung für die eine Dreh richtung im Durchlässigkeitssinn der Ventile gerichtet war, muss nun für die andere Dreh richtung über die Lage, welche der Gleich spannung 0 entspricht, hinaus in nacheilen dem Sinne verschoben werden, wodurch die Gleichspannung dieser Anodengruppe ihre Richtung umgekehrt. Gleichzeitig wird auch die Richtung der Gleichspannung der andern Anodengruppe umgekehrt, indem durch die Kopplung der beiden Regulierwiderstände 37 und 38 (Abb. 1)
der Zündpunkt des an dern Systems eine entsprechende Voreilung erhält. Da nun der Motor entsprechend dem Richtungswechsel der beiden Gleichspannun gen EN, und<B>EN,</B> (Abb. 2a) seine Drehrich tung bei gleichbleibender Erregung ändert, so werden auch die aus der Motorspannung gebildeten Gleichspannungen Ein, und E.)s2 in ihrer Richtung umgekehrt.
Je nach dem Betriebszustand (Motor- oder Generatorbe- trieb) werden sich also wieder die beiden Gleichspannungen EN, und Ein, oder<B>EN,</B> und Ein, das Gleichgewicht halten.
Die Drehzahl regelung, sowie der Drehrichtungswechsel des Motors kann also allein durch entsprechende Verschiebung der Zündpunkte der beide Anodengruppen in bezug auf die Netzspan nung mittels der Kontaktgeber 35 und 36 erfolgen. Derjenige der beiden Kontaktgeber, der in der einen Drehrichtung des Motors das motorische respektive generatorische Anodensystem steuert, dient in der andern Drehrichtung zur Steuerung des generatori- schen respektive motorischen Anodensystems.
Dadurch wird ,dem zur Verstellung der Re gulierwiderstände 37 und 3,8 dienenden Steuerhebel 46 für jede Drehrichtung und Drehzahl eine bestimmte Position zugeord net.
Anstatt die Verschiebung der Zündpunkte der beiden Anodengruppen in bezug auf die Netzspannung durch Verstellung der Kon taktgeberbürsten auszuführen, können auch die Segmentringe der Kontaktgeber 35 und 36 verdreht werden. Der Antrieb zur Ver stellung der Segmentringe müsste in diesem Falle so beschaffen sein, dass sich die Ringe in gegenläufigem Sinne verdrehen.