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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.
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Arrangement for automatic voltage regulation for busbars fed by rectifiers When operating DC motors that are operated by rectifiers with a DC voltage that is automatically regulated to a constant value, difficulties often arise due to the rectifier's property of only supplying current in one direction can.
If, for example, the voltage of the motors rises above the setpoint to be kept constant when the motor is suddenly relieved of load, the voltage regulator endeavors to reduce this voltage, which is also applied to the rectifier and will be referred to below as the busbar voltage, back to the normal value. by shifting their control pulses backwards in time with grid-controlled rectifiers. However, this measure initially has no effect on the busbar voltage, since this is determined solely by the motors and only slowly decreases with their speed.
The voltage regulator therefore shifts the control pulses to the lower limit of the control range, if necessary, to a level in the outermost inverter range. Only when the busbar voltage falls below the setpoint after a corresponding drop in the motor speed does the controller begin to shift the pulses again in the sense of a voltage increase.
Because of the necessary damping it takes some time until the modulation of the rectifier has reached a value again which corresponds to the setpoint of the busbar voltage. In the meantime, the speed of the motors has continued to drop, causing the busbar voltage to drop below its setpoint. At the moment when the falling busbar voltage and the rising rectifier voltage become equal, the motors receive a possibly very violent current surge. This allows them to be accelerated so much that the busbar voltage rises above the setpoint again, so that the game starts again.
This phenomenon is particularly disadvantageous if the connected motors are equipped with a speed control that acts on the field excitation of the motors. By such. Regulation, the field is strengthened as the speed of the motors increases and the busbar voltage is increased to an even greater extent and vice versa. The mentioned phenomenon can lead to constant oscillation of the controller.
Similar phenomena can also occur if larger capacitors are connected to a network fed by a regulated rectifier, which also cause a voltage increase in the event of a sudden discharge of the network.
It is already known to use not the busbar voltage, but the voltage of an idling or constantly loaded auxiliary rectifier (phantom rectifier) as the controlled variable, which is always controlled to the same extent as the main rectifier, to combat this phenomenon. With such an arrangement, the mentioned phenomenon, which can be called the free-wheeling effect, cannot occur, but there is the disadvantage that only fluctuations in the mains voltage are corrected, while changes in the busbar voltage caused by changes in load are not taken into account.
It is also known to limit the possibility of regulating or modulating the rectifier to a narrow range, so that only changes in the rectifier voltage in the vicinity of the setpoint value of the busbar voltage are possible. Thereby
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one achieves that in the cases described the rectifier voltage very quickly reaches the setpoint of the busbar voltage again, so that the mentioned oscillations are avoided.
However, this arrangement has the disadvantage that the setting of the setpoint value for the busbar voltage cannot be changed in a simple manner over a larger range.
The invention provides an auxiliary rectifier (phantom rectifier) with an auxiliary rectifier (phantom rectifier) with a voltage that can be changed together with the voltage of the main rectifier, preferably by grid control, and also means that cause the regulation to take place in arrangements for automatic voltage regulation for busbars fed by rectifiers to avoid the disadvantages mentioned the voltage of the auxiliary rectifier is used as the actual voltage value for the busbar voltage when the busbar voltage exceeds its setpoint by a predetermined amount and that the control sets a voltage by controlling the main rectifier that corresponds to a busbar voltage below the setpoint.
The replacement of the busbar voltage by the voltage of the auxiliary rectifier as the actual voltage value of the regulation when the busbar voltage is too high can be effected in various ways.
In Fig. 1, an embodiment of the invention is shown in which a corresponding changeover is effected by a voltage relay connected to the busbar voltage.
The main rectifier 2 and the auxiliary rectifier 3 are connected to a transformer 1, of which only the secondary side is shown. The main rectifier feeds the busbars 5, which may be used to feed one or more DC motors.
A voltage regulator 6 controls the grid 2a of the main rectifier and at the same time and in the same way the grid 3a of the auxiliary rectifier depending on the difference between the setpoint voltage tapped at a resistor 7 and the actual voltage value supplied at 8 via the contact of the voltage relay 9.
As long as the voltage of the busbars 5 corresponds to the target value, or deviates only slightly from it, the lower contact of the relay 9 is closed. A voltage tapped at resistor 10, which is connected to the busbars, serves as the actual value of the regulation.
If the busbar voltage rises a predetermined amount above its nominal value when the connected motors are suddenly relieved of load, the relay 9 responds and now supplies the controller 6 with a voltage tapped at the resistor 11 fed by the auxiliary rectifier as the actual value.
The voltage taps of the resistors are set so that in normal operation the voltage tapped at 11 is slightly higher than the voltage tapped at 10. After the relay 9 has responded, the controller 6 will therefore set a modulation of the rectifier which corresponds to a voltage of the busbars 5 that is slightly below its setpoint value.
Once the increase in voltage on the busbars has been eliminated, relay 9 switches back to normal control. Since the modulation of the rectifier almost corresponds to the normal busbar voltage, the controller can very quickly produce a modulation of the rectifier that corresponds exactly to the setpoint of the busbar voltage, without the motors consuming sudden power.
Another arrangement for replacing the voltage of the busbars as the actual control value by the voltage of the auxiliary rectifier is shown in FIG. Mechanical switching of the voltages by means of a relay is avoided here.
A prerequisite here is a control device, not shown, in which the time shift of the control pulses occurs in a known manner by changing a resistance, for which purpose the internal resistance of the electron tube 12, which is dependent on the grid potential, is used in the example. The arrangement is such that a positive shift in the grid potential of the tube 12, i.e. a decrease in the internal resistance of the tube, causes the control pulses to be shifted back in time and thereby a reduction in the voltage of the controlled rectifier.
A direct voltage is applied to resistor 13 and serves as the setpoint value for the regulation, while the voltage applied to resistor 14 with opposite polarity corresponds to the actual value of the busbar voltage. These voltages can, for example, as shown in FIG. 1, be tapped off at the resistors designated there with 7 and 10, respectively.
The difference between the setpoint and actual value of the voltages determines the grid potential of the tube 12 via the high-ohmic resistor 15 and a further series resistor 16 and thus regulates the busbar voltage.
At the resistor 19, which is connected in parallel to the series resistors 14 and 15 via the electric valve 18, there is a voltage which is proportional to the voltage of the auxiliary rectifier. This resistance can represent the load on the auxiliary rectifier or a part thereof, corresponding to the example in FIG.
The ohmic value of the resistor 19 is very small compared to the ohmic value of the resistor 15. The actual value voltage across the resistors 14 and 19 is selected so that in normal operation the voltage across the resistor 19 is slightly higher than that across the resistor 14 Because of the blocking effect of valve 18, the voltage of the auxiliary rectifier remains without any effect on the
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Potential of the point 17 or of the grid 12 and therefore does not influence the voltage regulation.
If the busbar voltage rises above its nominal value for one of the reasons mentioned above, the potential of point 17 also increases. When this potential has reached a level which corresponds to the potential of the plus side of the resistor 19, a current begins to flow through the valve 18, which prevents the potential of the point 17 from increasing further. The potential of this point or of the grid of the tube 12, which is decisive for the voltage regulation, is therefore now dictated by the voltage of the auxiliary rectifier across the resistor 19. The control device is activated in the sense of a voltage reduction, which lasts until the tubular grid has reached its normal potential again.
The modulation of the auxiliary rectifier and also of the main rectifier therefore corresponds to a busbar voltage that is slightly below its setpoint.
If the excessive increase in the busbar voltage has been eliminated and the voltage at resistor 14 has thus fallen below that at resistor 19 again, normal control of the busbar voltage resumes immediately without this voltage dropping below its setpoint value, even for a short time, so that here the current consumption of the motors is bumpless.
Instead of choosing the sub-amount of the voltage of the auxiliary rectifier at resistor 19 during normal operation to be greater than the corresponding sub-amount of the busbar voltage at resistor 14, the voltage of the auxiliary rectifier can also be countered with a smaller setpoint. Resistor 19, for example, can be used for this purpose be placed at the junction of the resistors 13 and 14 at a tap of the resistor 13, as indicated by dashed lines in FIG. In this case, however, as is assumed in FIG. 1, the main and auxiliary rectifiers must no longer have a common negative pole.
The invention is not restricted to the exemplary embodiments shown; rather, various modifications are possible.
For example, in an arrangement according to FIG. 2, the tube 12 does not need to be a resistor directly determining the timing of the control pulses, but can also form the input of an amplifier whose output circuit acts in any known manner on the modulation of the rectifier. Switching on an amplifier in this way can be useful, for example, in order to achieve the most astatic control possible.
Arrangements are also possible in which the setpoint of the regulation is not caused by an electrical voltage, but by some other variable, e.g. B. the tension of a spring of a device serving as a measuring device for the regulation is formed.
Of course, the invention can be applied to rectifiers of any number of anodes or phases.