1. Allgemeine Beschreibung

1.1 Einsatzbereiche

GISIPAKT-DB-Thyristorgeräte eignen sich besonders zur Drehzahl- und Drehmomentregelung von Gleichstrom-Nebenschlussmotoren. Darüber hinaus sind sie überall dort einsetzbar, wo variable Gleichströme bzw. Spannungen verlangt werden. Diese Beschreibung bezieht sich auf die bezieht sich auf die Verwendung der Geräte für Antriebsregelungen.

Die Geräte wurden gemeinsam mit erfahrenen Anlagenbauern nach neuesten Erkenntnissen der Leistungselektronik entworfen. Sie eignen sich wegen ihres modularen Konzeptes zum Bau einfacher Regelantriebe bis hin zur Lösung aufwendiger Mehrmotoren-Antriebssysteme in wirtschaftlicher Weise.

1.2 Eigenschaften

• Einfache Grundausführung, erweiterbar durch aufsteckbare Zusatzbausteine

• Rechnerkompatibel, alle wichtigen Parameter sind von außen über Spannungssignale 0 bis + 10V ansteuerbar
  Lauf- und Stoppbefehle
  Drehzahlsollwerte
  Beschleunigung und Verzögerung
  Zugsollwerte
  Strom (Drehmoment)-Grenzen

• Betrieb an verzerrten Netzen durch hochwirksames Synchronisierfilter möglich

• Drehfeldunabhängiger Anschluss möglich (Lüfterdrehrichtung beachten !)

• Gleichzeitiges Einschalten von Leistungs- und Elektronikteil möglich (interne Regler- und Impulssperre 100 ms)

• Komfortable Abstimmung des Regelverhaltens

• Adaptiver Stromregler

• Diagnosestecker für Inbetriebnahme und Fehlersuche

• Automatische Sperre des Gerätes mit Selbsthaltung und externe Störmeldung über Relaiskontakt bei:
  Phasenausfall
  Netzunterspannung
  Ausfall der Regler-Spannungsversorgung
  Übertemperatur
  Tachobruch (Option)

• Meldung der Betriebszustände über Leuchtdioden
  Regler-Spannungsversorgung
  Reglerfreigabe
  Übertemperatur
  Störung (Blinken)
  Momentenrichtung (4-Q-Ausführung)
  Drehzahlgrenzwerte (Option)
  Tachobruch (Option)

• Eingebaute Feldversorgung

• Ausgang 0 bis ±10V zur Messung des Motorstromes netzpotentialfrei, dadurch kein Ankerstrom-Meßshunt erforderlich

• Ausgang 0 bis ±10V zur Messung der Motordrehzahl

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2. Prinzipielle Wirkungsweise

Beim fremderregten Gleichstrom-Nebenschlussmotor mit konstanter Erregung ist das abgegebene Drehmoment propor­tional dem Ankerstrom Ia und die Drehzahl n näherungsweise proportional der Ankerspannung U a. Bei konstanter Dreh­zahl müssen sich Motormoment und Lastmoment die Waage halten. Die Ausgangsspannung des Thyristorgerätes wird durch die Regelung stets so eingestellt, dass der vom Lastmoment geforderte Ankerstrom fließen kann, sofern dieser unter der eingestellten Stromgrenze liegt.

Die Verstellung der Ausgangsspannung wird mittels Phasenanschnittsteuerung durch Verschieben des Zündzeitpunktes realisiert.

Die Größe und Richtung des geforderten Ankerstromes wird über die elektronisch verstärkte Regelabweichung zwischen Drehzahlsollwert und Drehzahlistwert (Ankerspannungsistwert) erfasst. Bei 4-Quadranten-Betrieb (Ausführung Q) wird bei Polaritätsänderung dieser Regelabweichung eine elektronische Umschaltung der Zündimpulse auf den anderen Stromrichter eingeleitet. Dadurch erfolgt eine kreisstromfreie Richtungsumkehr von Ankerstrom und Drehmoment.

2-Q-Ausführung (...Z)                                                                  4-Q-Ausführung (...Q)

 
Je nach Momentenrichtung ist immer nur einer der beiden Stromrichter im Eingriff.

Quadrant I und III:           Gleichrichter-(Motor-) Betrieb

Quadrant II und IV:         Wechselrichter-(Generator-) Betrieb mit Netzrückspeisung

Bei der vollgesteuerten Drehstrombrücke bewegt sich die Ausgangsspannung U_d im positiven und negativen Bereich. Zwischen dem Steuerwinkel und der Ausgangsspannung U_d gilt die Beziehung:

U_d=U_di • cos α

U_{d i} = ideelle Leerlaufgleichspannung bei α= 0 Grad

U_di=U_Netz • 1,35

Bei 4-Quadranten-Betrieb darf die maximal vorkommende Motorspannung niemals größer sein als die maximal mögliche Wechselrichterspannung.

Leistungsfaktor cos φ:

Bedingt durch die Phasenanschnittsteuerung ergibt sich eine Phasenverschiebung zwischen Netzspannung und Netz­strom. Dadurch wird das speisende Netz mit Blindleistung belastet. Da die Phasenverschiebung ungefähr proportional dem Zündwinkel ist, gilt näherungsweise: 

cos φ = cos α

Damit errechnet sich die erforderliche Blindleistung für eine vollgesteuerte Drehstrombrücke:

QI=U_di • l_a • sin φ • 1,05

1,05 = Korrekturfaktor für Stromoberwellen

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3. Aufbau der Geräte

GISIPAKT-DB-Geräte werden mit vollgesteuerten Thyristor-Drehstrombrücken für 2-Q und 4-Q-Betrieb gebaut. Die Leistungsthyristor-Bausteine sind isoliert auf einem gemeinsamen Kühlkörper befestigt. Die Stromistwerterfassung erfolgt potentialfrei über zwei Wechselstromwandler. Die Steuer- und Regelelektronik ist in zwei Ebenen angeordnet und mit Flachleiterkabel verbunden.

Die mit den Thyristorbausteinen verbundene Leiterplatte (Unterplatine) enthält:

Thyristorbeschaltung

Stromversorgung für die Elektronik

Impulssteuersatz

Impulsübertrager

Überwachungsfunktionen mit Melderelais

Stromistwertverarbeitung

Lötplatz für Ankerspannungsistwert-Teiler

Feldversorgung

An der Geräteoberseite, bequem zugänglich, ist eine nach unten schwenkbare Modulträgerplatte vorhanden. Diese enthält immer das Grundmodul für die Drehzahl-Stromregelung, kann aber darüber hinaus mit zusätzlichen Erweiterungsbausteinen für die verschiedensten Zusatzfunktionen bestückt werden. Diese Bausteine sind mechanisch aufschnappbar und über ein Bussystem mittels steckbarer Flachleiterkabel elektrisch verbunden.

Das Grundmodul (Reglerplatine) enthält:

Drehzahlregler

Stromregler in adaptiver Ausführung

Temperaturkompensierte Nachstabilisierung zur Sollwertversorgung

Ausgang für Ankerstrommessung

Ausgang für Drehzahlmessung

Betriebs- und Störanzeigen

Für die 4-Q-Ausführung ist zusätzlich vorgesehen:

Umschaltlogik

Erweiterungsbausteine für Zusatzfunktionen

• Sollwertintegrator

• Elektronischer Drehzahl-Sollwert-Umschalter

• Zusatzregler (Summierverstärker)

• Drehzahlüberwachung
   -   n₀-Meldung
   -   Überdrehzahlmeldung
   -   Tachobruchmeldung

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4. Technische Daten

*)   800A 4-Q-Ausführung H x B x T 690 x 320 x 400

1)   Auslegung auf Gerätenennstrom, Auslegung auf Motornennstrom auf Anfrage

2)   Strang- und Ankerkreissicherungen sind vom Hersteller der Stromrichtergeräte vorgeschrieben.
Andere Sicherungen nur nach Rücksprache verwenden

Gerätenennstrom:

Maximal zulässiger Ausgangsgleichstrom, der bei Aufstellung unter 1000 m NN und bis 45 Grad C Umgebungstemperatur dauernd gefahren werden kann. (Betriebsart S1).

Typenstromreduzierung über 45 Grad C: 1,2 % pro Grad C (bis maximal 60 Grad C)

Typenstromreduzierung über 1000 m NN: 1 % pro 100 m

Netzdrosseln:

Die angegebenen Netzdrosseln entsprechen in ihrer Auslegung den Gerätenennströmen. Liegt der Motornennstrom wesentlich unter dem Gerätenennstrom, so kann auch eine kleinere Drosseltype gewählt werden (eventuell auch Zwischentype auf Anfrage).

Sicherungen:

Bei den angegebenen Sicherungen handelt es sich um superflinke Elemente, die entsprechend den verwendeten Thyristoren speziell ausgewählt wurden. Ein Schutz der Geräte ist nur bei Verwendung dieser Sicherungen gewährleistet.

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