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Anordnung zur selbsttätigen Spannungsregelung für durch Gleichrichter gespeiste Sammelschienen Beim Betrieb von Gleichstrommotoren, die durch Gleichrichter mit einer selbsttätig auf einen konstanten Wert geregelten Gleichspannung betrieben werden, treten häufig Schwierigkeiten auf, die durch die Eigenschaft der Gleichrichter bedingt sind, nur in einer Richtung Strom führen zu können.
Steigt zum Beispiel bei einer plötzlichen Entlastung der Motoren deren Spannung über den konstant zu haltenden Sollwert an, so ist der Spannungsregler bestrebt, diese Spannung, die auch gleichzeitig am Gleichrichter liegt und im folgenden als Sammelschienenspannung bezeichnet werden soll, wieder auf den normalen Wert herabzusetzen, indem er bei üblicher Weise gittergesteuerten Gleichrichtern deren Steuerimpulse zeitlich nach rückwärts verschiebt. Diese Massnahme bleibt aber zunächst ohne Einfluss auf die Sammel- schienenspannung, da diese ja allein durch die Motoren bestimmt ist und erst mit deren Drehzahl langsam abfällt.
Der Spannungsregler verschiebt daher die Steuerimpulse bis an die untere Grenze des Regelbereichs, gegebenenfalls also bis in eine Aussteuerung im äussersten Wechselrichterbereich. Erst wenn nach entsprechendem Abfall der Motordrehzahl die Sammelschienenspannung den Sollwert unterschreitet, beginnt der Regler die Impulse wieder im Sinne einer Spannungserhöhung zu verschieben.
Wegen der notwendigen Dämpfung dauert es jedoch einige Zeit, bis die Aussteuerung des Gleichrichters wieder einen Wert erreicht hat, der dem Sollwert der Sammelschienenspannung entspricht. Inzwischen ist die Drehzahl der Motoren weiter abgefallen und dadurch die Sammelschienenspannung unter ihren Sollwert gesunken. In dem Augenblick, in dem die absinkende Sammelschienenspannung und die steigende Gleichrichterspannung einander gleich werden, erhalten die Motoren einen unter Umständen recht heftigen Stromstoss. Sie können dadurch so stark beschleunigt werden, dass die Sammelschienenspannung wieder über den Sollwert ansteigt, so dass das Spiel von neuem beginnt.
Besonders nachteilig wird diese Erscheinung, wenn die angeschlossenen Motoren mit einer Drehzahlregelung ausgerüstet sind, die auf die Felderregung der Motoren einwirkt. Durch solche. Regelung wird bei steigender Drehzahl der Motoren das Feld verstärkt und damit die Sammelschienenspannung in noch stärkerem Masse erhöht und umgekehrt. Die erwähnte Erscheinung kann dadurch zu einem ständigen Pendeln der Regler führen.
Ähnliche Erscheinungen können auch eintreten, wenn an ein durch geregelte Gleichrichter gespeistes Netz grössere Kondensatoren angeschlossen sind, die bei einer plötzlichen Entlastung des Netzes ebenfalls eine Spannungserhöhung bewirken.
Es ist bereits bekannt, zur Bekämpfung dieser Erscheinung nicht die Sammelschienenspannung, sondern die Spannung eines leerlaufenden oder konstant belasteten Hilfsgleichrichters (Phantomgleichrichter) als Regelgrösse zu verwenden, der stets in gleichem Masse ausgesteuert ist wie der Hauptgleichrichter. Bei einer solchen Anordnung kann zwar die erwähnte Erscheinung, die man als Freilaufeffekt bezeichnen kann, nicht auftreten, es besteht aber der Nachteil, dass nur Schwankungen der Netzspannung ausgeregelt werden, während Änderungen der Sammel- schienenspannung, die durch Belastungsänderungen bedingt sind, unberücksichtigt bleiben.
Es ist weiter bekannt, die Regelungs- bzw. Aussteuerungsmöglichkeit des Gleichrichters auf einen engen Bereich zu begrenzen, so dass nur Änderungen der Gleichrichterspannung in der Nähe des Sollwertes der Sammelschienenspannung möglich sind. Dadurch
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erreicht man, dass in den beschriebenen Fällen die Gleichrichterspannung sehr schnell wieder den Sollwert der Sammelschienenspannung erreicht, so dass die erwähnten Pendelungen vermieden werden.
Diese Anordnung hat aber den Nachteil, dass die Einstellung des Sollwertes der Sammelschienenspannung nicht in einfacher Weise in einem grösseren Bereich geändert werden kann.
Die Erfindung sieht bei Anordnungen zur selbsttätigen Spannungsregelung für durch Gleichrichter gespeiste Sammelschienen zur Vermeidung der genannten Nachteile einen Hilfsgleichrichter (Phantomgleichrichter) mit einer gemeinsam mit der Spannung des Hauptgleichrichters, vorzugsweise durch Gittersteuerung, veränderbaren Spannung vor sowie ferner Mittel, die bewirken, dass der Regelung statt der Sammelschienenspannung die Spannung des Hilfsgleichrichters als Spannungs-Istwert dient, wenn die Sammelschienenspannung ihren Sollwert um einen vorbestimmten Betrag überschreitet und dass durch die Regelung eine Spannung durch Aussteuerung des Hauptgleichrichters eingestellt wird, die einer unter dem Sollwert liegenden Sammelschienenspannung entspricht.
Die Ablösung der Sammelschienenspannung durch die Spannung des Hilfsgleichrichters als Spannungs- Istwert der Regelung bei zu hoher Sammelschienenspannung kann in verschiedener Weise bewirkt werden.
In der Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem eine entsprechende Umschaltung durch ein an die Sammelschienenspannung angeschlossenes Spannungsrelais bewirkt wird.
An einen Transformator 1, von dem nur die Sekundärseite dargestellt ist, sind der Hauptgleichrichter 2 und der Hilfsgleichrichter 3 angeschlossen. Der Hauptgleichrichter speist die Sammelschienen 5, die zur Speisung eines oder mehrerer Gleichstrommotoren dienen mögen.
Ein Spannungsregler 6 steuert die Gitter 2a des Hauptgleichrichters sowie gleichzeitig und in gleicher Weise die Gitter 3a des Hilfsgleichrichters in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der an einem Widerstand 7 abgegriffenen Sollwertspannung und dem bei 8 über den Kontakt des Spannungsrelais 9 zugeführten Spannungs-Istwert.
Solange die Spannung der Sammelschienen 5 dem Sollwert entspricht, oder nur wenig davon abweicht, ist der untere Kontakt des Relais 9 geschlossen. Als Istwert der Regelung dient dabei eine an dem Widerstand 10 abgegriffene Spannung, der an die Sammelschienen angeschlossen ist.
Steigt bei plötzlicher Entlastung der angeschlossenen Motoren die Sammelschienenspannung um einen vorbestimmten Betrag über ihren Sollwert an, so spricht das Relais 9 an und leitet nun dem Regler 6 eine an dem durch den Hilfsgleichrichter gespeisten Widerstand 11 abgegriffene Spannung als Istwert zu.
Die Spannungsabgriffe der Widerstände sind so eingestellt, dass im normalen Betrieb die bei 11 ab- gegriffene Spannung etwas höher ist als die bei 10 abgegriffene Spannung. Nach Ansprechen des Relais 9 wird daher der Regler 6 eine Aussteuerung des Gleichrichters einstellen, die einer etwas unter ihrem Sollwert liegenden Spannung der Sammelschienen 5 entspricht.
Ist die Spannungserhöhung an den Sammelschienen beseitigt, so schaltet das Relais 9 wieder auf die normale Regelung um. Da die Aussteuerung des Gleichrichters bereits nahezu der normalen Sammel- schienenspannung entspricht, so kann der Regler sehr schnell eine dem Sollwert der Sammelschienenspan- nung genau entsprechende Aussteuerung des Gleichrichters herstellen, ohne dass es dabei zu einer stossartigen Stromaufnahme der Motoren kommt.
Eine andere Anordnung zur Ablösung der Spannung der Sammelschienen als Regelungs-Istwert durch die Spannung des Hilfsgleichrichters ist in der Fig. 2 dargestellt. Hier ist eine mechanische Umschaltung der Spannungen durch ein Relais vermieden.
Vorausgesetzt ist hier eine nicht dargestellte Steuereinrichtung, bei der in bekannter Weise die zeitliche Verschiebung der Steuerimpulse durch die Änderung eines Widerstandes erfolgt, wozu im Beispiel der vom Gitterpotential abhängige innere Widerstand der Elektronenröhre 12 dient. Die Anordnung ist so getroffen, dass eine Verschiebung des Gitterpotentials der Röhre 12 ins Positive, also eine Abnahme des inneren Widerstandes der Röhre, eine zeitliche Zurückverschiebung der Steuerimpulse und dadurch eine Verringerung der Spannung der gesteuerten Gleichrichter bewirkt.
An dem Widerstand 13 liegt eine als Sollwert der Regelung dienende Gleichspannung, während die mit entgegengesetzter Polarität am Widerstand 14 liegende Spannung dem Istwert der Sammelschienen- spannung entspricht. Diese Spannungen können etwa, wie in der Fig. 1 dargestellt ist, an den dort mit 7 bzw. 10 bezeichneten Widerständen abgegriffen sein.
Die Differenz zwischen dem Soll- und Istwert der Spannungen bestimmt über den hochohmschen Widerstand 15 und einen weiteren Vorwiderstand 16 das Gitterpotential der Röhre 12 und bewirkt so die Regelung der Sammelschienenspannung.
Am Widerstand 19, der den in Reihe liegenden Widerständen 14 und 15 über das elektrische Ventil 18 parallel geschaltet ist, liegt eine Spannung, die der Spannung des Hilfsgleichrichters proportional ist. Dieser Widerstand kann die Belastung des Hilfsgleichrichters oder einen Teil desselben darstellen, entsprechend dem Beispiel der Fig. 1 dem dort mit 11 bezeichneten Widerstand.
Der Ohmwert des Widerstandes 19 ist sehr klein gegenüber dem Ohmwert des Widerstandes 15. Die an den Widerständen 14 und 19 liegende Istwertspan- nung ist ihrer Grösse nach so gewählt, dass im normalen Betrieb die Spannung am Widerstand 19 etwas grösser ist als diejenige am Widerstand 14. Durch die Sperrwirkung des Ventils 18 bleibt dabei die Spannung des Hilfsgleichrichters ohne Einwirkung auf das
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Potential des Punktes 17 bzw. des Gitters 12 und beeinflusst deshalb die Spannungsregelung nicht.
Steigt die Sammelschienenspannung aus einem der vorerwähnten Gründe über ihren Sollwert an, so nimmt damit auch das Potential des Punktes 17 zu. Wenn dieses Potential eine Höhe erreicht - hat, die dem Potential der Plus-Seite des Widerstandes 19 entspricht, so beginnt ein Strom durch das Ventil 18 zu fliessen, der einen weiteren Anstieg des Potentials des Punktes 17 verhindert. Das für die Spannungsregelung massgebliche Potential dieses Punktes bzw. des Gitters der Röhre 12 wird also jetzt durch die am Widerstand 19 liegende Spannung des Hilfsgleichrichters diktiert. Die Regeleinrichtung tritt im Sinne einer Spannungsverrüinderung in Tätigkeit, die so lange anhält, bis das Röhrengitter wieder sein normales Potential erreicht hat.
Die Aussteuerung des Hilfsgleichrichters und ebenso auch des Hauptgleichrichters entspricht deshalb einer Sammelschienenspan- nung, die etwas unter ihrem Sollwert liegt.
Ist die Überhöhung der Sammelschienenspannung beseitigt und damit die Spannung am Widerstand 14 wieder unter diejenige am Widerstand 19 gesunken, so setzt unverzüglich die normale Regelung der Sammelschienenspannung wieder ein, ohne dass ein auch nur kurzzeitiges Absinken dieser Spannung unter ihren Sollwert eintreten kann, so dass auch hier die Stromaufnahme der Motoren stossfrei erfolgt.
Statt den bei Normalbetrieb am Widerstand 19 liegenden Teilbetrag der Spannung des Hilfsgleich- richters grösser zu wählen als den entsprechenden Teilbetrag der Sammelschienenspannung am Widerstand 14, kann man auch der Spannung des Hilfsgleichrichters einen kleineren Sollwert entgegenschal- ten. Hierzu kann zum Beispiel der Widerstand 19 statt an die Verbindungsstelle der Widerstände 13 und 14 an einen Abgriff des Widerstandes 13 gelegt werden, wie in Fig. 2 gestrichelt angedeutet ist. Dabei dürfen allerdings nicht mehr, wie in Fig. 1 angenommen ist, Haupt- und Hilfsgleichrichter einen gemeinsamen Minuspol haben.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, vielmehr sind mancherlei Abwandlungen möglich.
Zum Beispiel braucht bei einer Anordnung entsprechend der Fig. 2 die Röhre 12 nicht unmittelbar ein die zeitliche Lage der Steuerimpulse bestimmender Widerstand zu sein, sondern kann auch den Eingang eines Verstärkers bilden, dessen Ausgangskreis in irgendeiner bekannten Weise auf die Aussteuerung des Gleichrichters einwirkt. Eine solche Einschaltung eines Verstärkers kann zum Beispiel zweckmässig sein, um eine möglichst astatische Regelung zu erzielen.
Es sind auch Anordnungen möglich, bei denen der Sollwert der Regelung nicht durch eine elektrische Spannung, sondern durch irgendeine andere Grösse, z. B. die Spannung einer Feder eines für die Regelung als Messeinrichtung dienenden Gerätes, gebildet wird.
Selbstverständlich kann die Erfindung bei Gleichrichtern beliebiger Anoden- bzw. Phasenzahl angewendet werden.