ENERGIETECHNISCHES PRAKTIKUM II

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1 ENERGIETECHNISCHES PRAKTIKUM II Versuch 4: Geregelter Vier-Qudrnten-Antrieb mit Gleichstrommschine 1 EINLEITUNG Lst- und Antriebskennlinien Lstkennlinien Fremderregte Gleichstrommschine Reihenschlussmschine Regelung einer fremderregten Gleichstrommschine NETZGEFÜHRTER STROMRICHTER MIT SECHSPULS-BRÜCKENSCHALTUNG..8 3 SPEISUNG EINER FREMDERREGTEN GLEICHSTROMMASCHINE ÜBER NETZGEFÜHRTEN STROMRICHTER REGELUNG EINES ELEKTRISCHEN ANTRIEBS MIT UMKEHRSTROMRICHTER13 5 SCHUTZMAßNAHMEN VERSUCHSAUFBAU VERSUCHSPROGRAMM VERSUCHSPROTOKOLL...21

2 1 Einleitung In Industrie und Verkehr werden eine Reihe mechnischer Bewegungen mit unterschiedlicher Krft und Geschwindigkeit benötigt. Die meisten dieser Bewegungen sind trnsltorisch oder rottorisch. Sie werden heute zunehmend mit Hilfe von Elektromotoren rottorisch vorgegeben und, flls erforderlich, in trnsltorische umgesetzt. Der Elektromotor ist ein elektromechnischer Wndler, der elektrische Energie in mechnische umsetzt. Zusmmen mit einem Stellglied, ds die elektrischen Größen des Netzes in die für den Motor erforderliche Form bringt, bildet er den Antrieb (Abbildung 1), der so uszulegen ist, dss die vom Anwender geforderten Bewegungen zustnde kommen. Energiequelle Umrichter Mschine mech. Lst (Energiesenke) Messsignle/ Sensorsignle Schltsignle/ Steuersignle Steuerung/ Regelung Sensorsignle Antrieb Abbildung 1: Komponenten eines elektrischen Antriebssystems (Energiefluss im Motorbetrieb) Bei einem Antrieb mit fremderregter Gleichstrommschine, wie er hier betrchtet wird, muss die Spnnung m Anker bhängig von der Drehzhl und dem Moment verändert werden. Früher löste mn diese Aufgbe mit einem Mschinenumformer, dem "Leonrd-Stz", heute werden netzgeführte Stromrichter eingesetzt. Der Motor wird dbei us einem vorhndenen Drehstromnetz über den Stromrichter mit Gleichspnnung gespeist. Der Stromrichter dient ls Stellglied für die Ankerspnnung. Stromrichter zeichnen sich gegenüber den mechnischen Umformern durch eine Reihe guter Eigenschften us: keine bewegten Teile (bis uf den Lüfter bei großen Leistungen), geringe Verluste, geringe Geräusche, keine nennenswerte Wrtung, geringer Rumbedrf und kein besonderes Fundment. Die verwendete Stromrichterschltung richtet sich nch den Forderungen, denen der Antrieb genügen muss. Wird z.b. nur ein positives Moment bei unterschiedlichen Drehrichtungen gefordert, so reicht ein netzgeführter Einfchstromrichter mit steuerbren Ventilen us (z.b. B6- Schltung). Werden von der Gleichstrommschine zusätzlich uch negtive Drehmomente verlngt, so ist ein Doppelstromrichter (uch Umkehrstromrichter gennnt) erforderlich. Von den vielen Ausführungsmöglichkeiten eines Umkehrstromrichters wird in diesem Prktikumsversuch die kreisstromfreie Antiprllelschltung mit zwei Sechspuls- Brückenschltungen behndelt. 2

3 1.1 Lst- und Antriebskennlinien Lstkennlinien In Abbildung 2 sind einige idelisierte Grundtypen von Widerstndsmomenten drgestellt. Der Fll eines konstnten, drehzhlunbhängigen Widerstndsmomentes ist näherungsweise bei einem Aufzug gegeben (). Ist ds Moment vom Betrg her konstnt, wechselt ber mit der Bewegungsrichtung ds Vorzeichen, so wirkt ds Widerstndsmoment immer bremsend. Ein Beispiel hierfür ist die trockene Reibung (b). Flüssige Reibung kennzeichnet sich dgegen durch ein geschwindigkeitsproportionles Widerstndsmoment (c). Eine Abhängigkeit vom Qudrt der Drehzhl ergibt sich bei Pumpen, Lüftern und der Luftreibung rotierender Mschinen (d). Abbildung 2: Idelisierte Lstkennlinien M W ist ds Moment, ds im sttionären Betrieb uftritt. Bei Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgängen kommt noch ein Beschleunigungsmoment M B hinzu, ds dem Trägheitsmoment J proportionl ist: M dn B = 2π J. dt Bei der elektrisch erregten Gleichstrommschine existiert der Freiheitsgrd, in welcher Art und Weise Anker- und Erregerkreis elektrisch verschltet werden. Hierdurch ergeben sich verschiedene Typen von Gleichstrommschinen, die im Folgenden diskutiert werden sollen. 3

4 1.1.2 Fremderregte Gleichstrommschine Werden Ankerkreis und Erregerkreis von zwei getrennten Energiequellen versorgt, so spricht mn von der fremderregten Gleichstrommschine. Sie ist die in der heutigen Antriebstechnik weitverbreitetste Gleichstrommschine, d bei ihr lle Freiheitsgrde der getrennten Steuerbrkeit des erregenden Feldes und des momentbildenden Ankerstromes erhlten bleiben. I R L U U i M L f R f I f U f Abbildung 3: Erstzschltbild der fremderregten Gleichstrommschine Für die Ankerspnnung U gilt mit dem Fluss φ und der Mschinenkonstnten k die folgende Gleichung: U = R I kφ2πn. (1) + Ds Antriebsmoment M knn direkt über den Ankerstrom eingestellt werden: M = kφ. (2) I Die Kennlinie der fremderregten Gleichstrommschine, lso die funktionle Abhängigkeit der Drehzhl vom Drehmoment, n = f(m), ergibt sich us den Mschinengleichungen: n Ui U R I U R = = 2p kφ 2p kφ 2p kφ 2p ( kφ) = 2 M (3) Normlerweise wird der Fluss konstnt gehlten. Als Kennlinie ergibt sich dmit eine Gerde mit einer negtiven Steigung (Abbildung 4), welche von R bhängt. Je größer R ist, desto stärker fällt die Drehzhl mit steigendem Drehmoment b. Eine Mschine hoher Güte sollte dher einen möglichst kleinen Ankerwiderstnd hben, so dss sich eine sehr steife (flche) n- M-Kennlinie ergibt. Über die Ankerspnnung knn die Drehzhl verstellt werden: steigt die Ankerspnnung bei konstntem Drehmoment und Ankerstrom, so steigt uch die Drehzhl n. 4

5 n n 0,3 U n 0,2 n 0,1 M Abbildung 4: Kennlinienschr der fremderregten Gleichstrommschine Ist ds Drehmoment M = 0, befindet sich die Mschine lso im Leerluf, so knn die Leerlufdrehzhl n 0 berechnet werden: U n0 = (4) 2p kφ Reihenschlussmschine Wird die Erregerwicklung in Serie (Reihe) mit der Ankerwicklung verschltet, so erhält mn die Reihenschlussmschine. I R L U U i M L f R f U f Abbildung 5: Erstzschltbild der Reihenschlussmschine Zur Berechnung der Kennlinie der Reihenschlussmschine wird ngesetzt, dss der Fluss proportionl zum Ankerstrom ist: φ ~ I f = I. Zusätzlich wird ngenommen, dss keine Sättigung in der Mschine uftritt. Mit dem Proportionlitätsfktor k gilt k φ = k' I und M = k' I 2 5

6 Drus und us den Mschinengleichungen lässt sich die Gleichung für die Kennlinie der Reihenschlussmschine bleiten: U i n = 2p kφ U ( R + Rf ) I = 2p k' I = 2p U k' M + R 2p Rf k' (5) Der Verluf der Kennlinie ist sehr chrkteristisch, mn spricht dher uch häufig vom Reihenschlussverhlten. Liegt kein Lstmoment n, so beschleunigt die Mschine uf sehr hohe Drehzhlen. Auf der nderen Seite sinkt die Drehzhl sehr strk mit dem Drehmoment b. Abbildung 6: Die Kennlinie der Reihenschlussmschine 1.2 Regelung einer fremderregten Gleichstrommschine Die Vorgbe einer durch ein Stellglied einzustellenden Ankerspnnung geschieht oft durch eine Steuerung, so dss komplizierte Lstzyklen (Reversieren, Beschleunigungsvorgänge etc.) exkt bewältigt werden können. Im Nchstehenden wird die Struktur der Drehzhlregelung einer Gleichstrommschine, die über einen Stromrichter us dem Netz gespeist wird, betrchtet (Abbildung 7). In einem inneren Regelkreis wird der Ankerstrom geregelt. Über die Mschinengleichungen, in der Gesmtheit uch ls Mschinenmodell bezeichnet, wird us dem Sollwert des Ankerstromes und der ktuellen Drehzhl die einzustellende Ankerspnnung berechnet. Diese Vorgehensweise wird ls Vorsteuerung oder feed forwrd control bezeichnet. D die Prmeter des Mschinenmodells ber fehlerhft sein können und sich mit der Tempertur verändern, muss noch eine Rückkopplung eingefügt werden, welche uch ls feed bck control bezeichnet wird und eine Regelung im Gegenstz zu einer Steuerung uszeichnet. Die Differenz us Sollund Istwert des Ankerstromes wird uf einen PI-Regler gegeben, dessen Ausgng noch zu den Ergebnissen, die us den Berechnungen des Mschinenmodells resultieren, hinzuddiert wird. Die PI-Regelung sorgt dfür, dss der Fehler der Regelungsgröße zu Null wird. Sie käme uch ohne die Vorsteuerung us. Diese mcht die Regelung jedoch schneller, d die Stellgröße in Form der Ankerspnnung U über ds Mschinenmodell berechnet wird, wodurch die Größenordnung der Stellgröße korrekt gewählt wird. Der PI-Regler muss dnn nur noch den uftretenden Fehler usregeln. 6

7 n* n PI M* 1 k I* R+L s Vorsteuerung (feed forwrd) U i U* Steuerungslogik I PI (feed bck) Rückkopplung 2pk n AC DC M n Tcho Abbildung 7: Drehzhlregelung einer fremderregten Gleichstrommschine Für den äußeren Drehzhlregelkreis wird die Drehzhl über ein Tchometer gemessen. Der Fehler der Drehzhl geht wiederum uf einen PI-Regler, dessen Ausgng in Form des Solldrehmomentes über die Erregung in den Sollstrom umgerechnet wird. 7

8 2 Netzgeführter Stromrichter mit Sechspuls-Brückenschltung Richtet mn mit der steuerbren Sechspuls-Brückenschltung (B6C-Schltung) nch Abbildung 8 die Spnnungen des Drehstromsystems gleich, so erhält mn die in Abbildung 9 drgestellte gleichgerichtete Spnnung U. U + di L dc U 10 n 1 n 3 n 5 i 1 R U 20 U 12 U 31 i 2 U diα U q U 30 U 23 i 3 n 4 n 6 n 2 U _ Abbildung 8: Gesteuerte B6-Schltung (B6C) mit Glättungsdrossel und Belstung mit Gegenspnnung Als Lst wurde eine Gleichstrommschine, drgestellt durch die Quelle U q und den Innenwiderstnd R, und eine sehr große Glättungsinduktivität L dc vorusgesetzt. Die Drossel erzwingt einen Strom I d, der ls gltt ngenommen werden knn. Dementsprechend sind die Ventilströme und die Netzströme i 1 bis i 3 blockförmig. Der Mittelwert der gleichgerichteten Spnnung U di knn über den Steuerwinkel verstellt werden. Bei vereinfchter Rechnung (idele Kommutierung) ergibt sich folgender Zusmmenhng: 3 2 U di = U12 cosα. (6) π Dbei ist U 12 der Effektivwert der verketteten Leiterspnnung. Dieser Zusmmenhng wird ls Steuerkennlinie des Stromrichters bezeichnet. 8

9 u Û 10 U 10 U 20 U 30 U + 0 ωt U - α u U 12 U 23 U 31 Û 12 U diα 0 ωt i % π I d i I d 0 1 i 1 ωt - π 6 0 π π 3π 2 2 2π 0 π 2 π 3π 2 2π ωt ωt' Abbildung 9: Spnnungs- und Stromverläufe der B6C-Schltung für einen Steuerwinkel = 45 Für Steuerwinkel von 0 bis 90 ist der Mittelwert der Ausgngsspnnung positiv. Es wird vom Gleichrichterbetrieb gesprochen, bei dem die Energie von der Wechselstromseite zur Gleichstromseite trnsportiert wird. Für Steuerwinkel von 90 bis 180 ist der Mittelwert der Ausgngsspnnung negtiv, wie nhnd von Gl. (6) zu sehen ist. Es wird vom Wechselrichterbetrieb gesprochen, bei dem die Energie von der Gleichstromseite zur Wechselstromseite trnsportiert wird. Dieser liegt vor, wenn die Gleichstrommschine bremst und ls Genertor rbeitet. Im Gleichrichterbetrieb knn der Steuerwinkel ohne Einschränkung zwischen 0 und 90 eingestellt werden. Im Wechselrichterbetrieb ist der Steuerwinkelbereich nicht bis 180 usnutzbr. Zum einen duert die Stromumschltung (Kommutierung) von einem Ventil uf ds nächste wegen vorhndener Netzrektnzen eine endliche Zeit, wobei der Kommutierungswinkel u mit dem Strom I d nichtliner zunimmt. Außerdem ist einem Thyristor nch der 9

10 Leitzeit eine gewisse Erholzeit (Schonzeit t c ) zu gewähren, bevor die Spnnung m Thyristor wieder positiv wird. Ist + u + wt c > 180, so bleiben die stromführenden Ventile weiter leitend. Dieses Kommutierungsversgen nennt mn Wechselrichterkippen. Der Stromrichter verbindet dnn unzulässig lnge die Gleichspnnungsquelle mit einer einzigen Phse des Drehstromnetzes, so dss U di verschwindet. Der Mittelwert des Stromes steigt dher vom Ausgngswert I d1 strk n und strebt gegen den Wert I d2 = U dc R (Abbildung 10). Der Stromrichter kippt, d.h. er verliert seine Eigenschft ls Wechselrichter. Dieses führt bei Hlbleiterstromrichtern in der Regel zur Zerstörung eines oder mehrerer Ventile, wenn diese nicht durch besonders ngepsste Sicherungen oder Schnellschlter geschützt sind. Um eine usreichende Schonzeit (uch bei minimler Netzspnnung) sicherzustellen, werden die zulässigen Steuerwinkel in der Regel uf z.b. 150 begrenzt. u U 12 U 23 U 31 Û 12 0 U diα2 wt U diα1 R Id2=Uq U q R I d1 Kippen Abbildung 10:Zum Kippen des Wechselrichters Mit Gl. (2) wird der erforderliche Strom im Gleichstromkreis I = I d und mit Gl. (l) die notwendige Ankerspnnung U = U di festgelegt. Im sttionären Betrieb lssen sich so die gewünschte Drehzhl und ds durch die Lstkennlinie gegebene Moment einstellen. Will mn nun den Arbeitspunkt verstellen, so genügt es, die Spnnung U di entsprechend zu verändern. D der Steuerwinkel sehr schnell beeinflusst werden knn, ist uch eine hohe Stromänderungsgeschwindigkeit möglich: Der Stromrichter ermöglicht somit uch dynmische Lstwechsel. Bei einer Drehzhlregelung ist i.. eine Ankerstromregelung unterlgert, wodurch ein gutes dynmisches Verhlten erreicht wird. Außerdem lässt sich dbei leicht der Ankerstrom begrenzen, ws zum Schutz des Antriebes erforderlich ist. Der Leitbereich jedes Thyristors beträgt bei Vernchlässigung der Kommutierung 120. Der Netzstrom ergibt sich us der Überlgerung der einzelnen Ströme in den Ventilen (s. i 1 in Abbildung 9). Verwendet mn einen gesteuerten Stromrichter, so ist näherungsweise die Phsenverschiebung zwischen der Grundschwingung von Netzstrom und Netzspnnung gleich dem Steuerwinkel. 10

11 3 Speisung einer fremderregten Gleichstrommschine über netzgeführten Stromrichter Die Drehzhl der konstnt erregten Antriebsmschine wird mit der Ankerspnnung in Abhängigkeit des Momentes festgelegt. Mit größer werdendem Steuerwinkel wird die Spnnung und dmit die Drehzhl kleiner und schließlich bei» 90 zu Null. Treibt mn nun die Mschine entgegen ihrem motorischen Drehsinn n, so wird sie zum Genertor und liefert bei gleicher Strom- und Drehmomentrichtung eine negtive Spnnung. Mit Hilfe einer B6-Schltung ls Stromrichter knn mn, wie Abbildung 11 zeigt, nur die Hälfte des Betriebsdigrmms der fremderregten Gleichstrommschine einstellen, d nur ein positiver Strom und dmit ein positives Moment eingestellt werden knn. Der Drehsinn der Mschine bestimmt, ob sie ls Motor oder ls Genertor läuft. U diα U di0 1,0 α = 0 0,5 0 α = 90 I d,mx I dc -0,5 α = 150-1,0 Abbildung 11:Betriebsbereich eines Einfchstromrichters Schltet mn zwei gesteuerte B6-Brücken so zusmmen, dss im Gleichstromkreis verschiedene Stromrichtungen möglich sind, so knn die Gleichstrommschine in beiden Drehrichtungen ngetrieben und gebremst werden (Vierqudrntenntrieb, Abbildung 12). 11

12 U diα U di0 α 2 = 150 1,0 α 1 = 0 0,5 0 α 1 = 90 I d,mx I dc -0,5 α 2 = 0-1,0 α 1 = 150 Abbildung 12:Betriebsbereich des Umkehrstromrichters Eine mögliche Schltung ist der kreisstromfreie Umkehrstromrichter, der in diesem Prktikumsversuch verwendet wird (Abbildung 13). L dc i 1 i 2 U diα i 3 I d Abbildung 13:Schltung eines kreisstromfreien Umkehrstromrichters Wegen des begrenzten Steuerwinkels im genertorischen Betrieb ist die verfügbre Spnnung kleiner ls im motorischen Betrieb. Ds führt zu Schwierigkeiten, wenn der Steuerwinkel nicht uch zu kleinen Werten hin begrenzt wird. 12

13 4 Regelung eines elektrischen Antriebs mit Umkehrstromrichter Die Regelung eines Umkehrstromrichters muss nch den Anforderungen des elektrischen Antriebes usgelegt sein. Häufig wird von der Gleichstrommschine eine genu einstellbre Drehzhl verlngt. Ds Drehmoment wird dbei durch die mechnische Belstung vorgegeben und ist meistens nicht konstnt. Für diese Anforderungen sind die Regler der Umkehrstromrichter normlerweise usgelegt; uch der in diesem Versuch verwendete rbeitet nch diesem Prinzip. Die wesentlichen Regelprmeter sowie Schwellen, die den Eingriff von Schutzeinrichtungen bewirken, können von dem Benutzer dem jeweiligen Antriebsproblem durch Einlöten entsprechender Widerstände und Kondenstoren ngepsst werden. Ds Regelkonzept (Stromleitverfhren) ist für einen Einfchstromrichter in Abbildung 14 drgestellt. In der inneren Regelschleife wird der Stromsollwert mit dem Stromistwert verglichen. Die Differenz wird in einem Regelverstärker (Stromregler) mit PI-Verhlten verstärkt und uf ein Linerisierungsglied gegeben, ds die Steuerspnnung für den Impulserzeuger liefert. Der Zündwinkelgenertor stellt die Verzögerung der Zündimpulse gemäß dieser Steuerspnnung ein. Der, wie die Steuerkennlinie (Gleichung 6) zeigt, von Ntur us Cosinusförmige Zusmmenhng zwischen dem Zündwinkel und der Spnnung U di wird durch die Linerisierung kompensiert, so dss die Ausgngsspnnung des Stromrichters U di proportionl zu der Ausgngsspnnung des Stromreglers ist. Der sich ufgrund der Ausgngsspnnung und der Lst einstellende Gleichstrom wird typischerweise uf der Wechselstromseite des Stromrichters gemessen und ls Stromistwert in den inneren Regelkreis zurückgeführt. Abbildung 14:Struktur der Regelung eines Antriebs mit Einfchstromumrichter und fremderregter Gleichstrommschine In dem übergeordneten Drehzhlregelkreis wird die Istdrehzhl mit der Solldrehzhl verglichen. Die Differenz wird mit einem Regelverstärker (Drehzhlregler) mit PI-Verhlten verstärkt und ergibt den Stromsollwert für den unterlgerten Stromregelkreis. Dieser Stromsollwert wird zum Schutz des Umkehrstromrichters begrenzt. D der Strom im unmittelbren 13

14 Zusmmenhng mit dem Drehmoment der Gleichstrommschine steht, ist deren mximles Drehmoment ebenflls begrenzt. Die Strombegrenzung knn verändert und so den jeweiligen Anforderungen ngepsst werden. Der Stromrichter ht eine sttistisch schwnkende Totzeit, weil eine plötzliche Zündwinkelverstellung nicht unmittelbr, sondern erst beim Zünden des nächsten Ventils wirksm werden knn. Die Regelung eines Umkehrstromrichters erfordert zusätzliche Mßnhmen, wie us Abbildung 15 zu entnehmen ist. Bei dem hier verwendeten kreisstromfreien Umkehrstromrichter drf jeweils nur ein Teilstromrichter, d.h. eine B6-Brücke, Strom führen und Zündimpulse erhlten. Die Umschltung der Stromrichtung wird von einer Umsteuerung herbeigeführt. Wenn der Stromsollwert, der vom Drehzhlregler geliefert wird, einen Wechsel der Stromrichtung erfordert, muss bgewrtet werden, bis der Strom in der lten Richtung Null geworden ist. Steuern der Zündimpulse in Wechselrichterendlge (mximles ) beschleunigt dies und verhindert ein ungewolltes Wiedernsteigen des Stromes. Eine Stromnull- Erkennungsschltung gibt bei Unterschreiten einer sehr kleinen Stromschwelle ds Stromnullsignl us. Nch Sperrung der Zündimpulse muss eine stromlose Pusebgewrtet werden (Größenordnung l ms), welche die Schonzeit der Thyristoren enthält. Dnch werden die Zündimpulse für den Teilstromrichter der neuen Stromrichtung freigegeben. D die Ausgngsspnnung des einen Teilstromrichters mit zunimmt und die des nderen mit bnimmt, ändert sich (wenn keine besondere Mßnhme getroffen wird), beim Umschlten der Regelsinn der Stromregelstrecke. Dieses wird ddurch vermieden, dss der Stromistwert bereits ls Betrg gemessen und die Polrität des Stromsollwertes beim Umschlten gewechselt wird. 14

15 Abbildung 15:Struktur der Regelung eines Antriebes mit kreisstromfreiem Umkehrstromrichter und fremderregter Gleichstrommschine 15

16 Die induzierte Spnnung der Gleichstrommschine U q, die für die Stromregelung eine Störgröße drstellt, ändert sich nur lngsm, so dss für die beiden gleichgerichteten Spnnungen vor und nch der Umschltung gilt: U q U diα1 = U diα 0 cosα1 U diα 2 = U diα 0 cosα 2. Der Steuerwinkel muss demnch uch bei lngsmen Stromänderungen im llgemeinen über einen großen Bereich springen: α π. 2 α 1 D der Stromregler seinen Ausgngswert nicht schnell genug ändern knn, wird zum Ausgng des Stromreglers ein dem Mittelwert der gleichgerichteten Spnnung proportionler Wert ddiert: Störgrößenufschltung, hier Spnnungsufschltung. Ein Polritätswechsel dieses Wertes bei Umschlten liefert die erforderliche Zündwinkeländerung. Der Stromregler brucht somit nur noch den "dynmischen Anteil" der gleichgerichteten Spnnung einzustellen, ds ist näherungsweise (bei Vernchlässigung der ohmschen Widerstände) die Differenz zwischen dem Mittelwert der gleichgerichteten Spnnung und der in der Mschine induzierten Spnnung, die n der Induktivität im Ankerkreis uftritt. 16

17 5 Schutzmßnhmen Im normlen Betrieb übernimmt die Steuer- und Regeleinrichtung den Schutz der Anlge. Die eingebute Strombegrenzung verhindert Überströme, die z.b. bei Lststößen und Drehzhlsollwertsprüngen uftreten würden. Auch ds speisende Netz wird überwcht. Bei Unterspnnung oder strker Unsymmetrie werden die Zündimpulse gesperrt. Ds vorgeschltete Netzschütz knn nur stromlos schlten. Für den Fll, dss die Regelung versgt oder ein Kurzschluss uftritt, sind uf der Wechselstromseite des Umkehrstromrichters (s. Abbildung 16) Induktivitäten und Sicherungen vorhnden. Die Netzdrosseln begrenzen den Anstieg des Stromes in den Thyristoren, bis die Sicherungen uslösen. Bei diesen Sicherungen muss es sich um sehr schnelle Sicherungen mit definiertem Grenzlstintegrl hndeln, die ußerdem für den Lngzeitbereich ngepsst sein müssen. Abbildung 16:Leistungsteil des Stromrichtergerätes Um Überspnnungen n den Thyristoren zu begrenzen, ist ein kleiner Hilfsgleichrichter vorhnden (Abbildung 16 unten), der in Verbindung mit den Netzdrosseln Spnnungsspitzen des Netzes uf zulässige Werte reduziert und uch ls TSE-Beschltung wirkt. 17

18 6 Versuchsufbu Abbildung 17:Versuchsufbu 18

19 In Abbildung 17 ist der Versuchsufbu drgestellt. Über einen kreisstromfreien Umkehrstromrichter, der us zwei ntiprllel geschlteten B6-Brückenschltungen besteht, wird der Anker einer Gleichstrommschine gespeist. Die Erregung dieser Gleichstrommschine erfolgt ungeregelt über einen Hilfsgleichrichter. Ein Tchogenertor uf der Antriebswelle liefert ds Drehzhlsignl. Ds Lstmoment wird von der Belstungsmschine ufgebrcht. Durch die pendelnde Aufhängung ihres Ständers ist es möglich, ds Drehmoment mit einem Biegestb zu erfssen. Auf beiden Seiten des Biegestbes sind je zwei Dehnungsmessstreifen ufgeklebt, welche die Dehnung oder Stuchung n der Oberfläche des Stbes in Änderungen ihrer Widerstände überführen. Sie sind zu einer Whetstoneschen Brücke verschltet, die von einer konstnten Spnnung gespeist wird und eine dem Drehmoment proportionle Spnnung liefert. Der Leonrd-Stz, der us einer Asynchronmschine und einer fremderregten Gleichstrommschine besteht, ermöglicht den Energietrnsport vom Drehstromnetz ins Gleichstromnetz und umgekehrt. Er erfüllt prinzipiell die gleichen Aufgben wie ein Umkehrstromrichter. Die Steuerung erfolgt über ds Feld der Gleichstrommschine. Dessen Größe knn mit einem Stelltrnsformtor und seine Richtung mit einem Umschlter verändert werden. 19

20 7 Versuchsprogrmm 1. Erläutern Sie den Sinn folgender Buelemente in Verbindung mit einem Umkehrstromrichter: Netzschütz, Sicherungen, Netzdrosseln, Stromregelkreis, Überspnnungsschutz, Regel- und Steuereinheit und Glättungsdrossel. 2. Stellen Sie die Strom- und Spnnungsverläufe für = 75 und =105 uf einem Oszilloskop dr und zeichnen Sie diese. 3. Aufnhme der Kennlinie n = f(m) der Antriebsmschine für verschiedene Solldrehzhlen. Erläutern Sie die Kennlinien. 4. Messung und Diskussion der Zeiten, die der Antrieb benötigt : zum Hochlufen (von Stillstnd bis Höchstdrehzhl) b : zum Reversieren (von positiver zu negtiver Höchstdrehzhl) c : zum Bremsen (von Höchstdrehzhl uf Stillstnd) d : zum Auslufen (von Höchstdrehzhl uf Stillstnd). 20

21 8 Versuchsprotokoll Abbildung 18:Vorlge zu

22 n / min -1 t Abbildung 19:Vorlge zu 7.4 ) n / min -1 t Abbildung 20:Vorlge zu 7.4 b) 22

23 n / min -1 t Abbildung 21:Vorlge zu 7.4 c) n / min -1 t Abbildung 22:Vorlge zu 7.4 d) (I d = 0) 23