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Schaltung zur Gewinnung von Wechselströmen
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setzten Durchlassrichtungen ihrer Speiseströme an die speisende Wechselstromquelleangeschaltet sind. Die erfindungsgemässe Schaltung eignet sich nicht nur zur Erzeugung von Einphasenwechselströmen, sondern kann auch zur Speisung vonDrehstromverbrauchern verwendet werden, wenn jede einzelne Phase des Drehstrom- verbrauchers in die Diagonale zweier Brücken eingeschaltet ist und die Stromtore der den einzelnen Phasen zugeordneten Brücken in ihren Regelungsvorgängen die erforderliche zeitliche Phasenverschiebung aufwei- sen. Zur Aufnahme der Stromspitzen kann der speisenden Stromquelle ein Kondensator parallelgeschaltet werden.
Die erfindungsgemässe Schaltung ermöglicht eine einfache Antriebsregelung von Asynchronmotoren, wenn die Frequenz des Strom-Sollwertes des Reglers veränderbar ausgebildet ist, was beispielsweise durch einen abstimmbaren Schwingkreis, der den Sollwert des Reglers liefert, erzielt werden kann, und in Ab- hängigkeit von der mittleren Spannung insbesondere proportional zu dieser geregelt ist. Hiebei ist es vor- teilhaft, wenn die Frequenz des Strom-Sollwertes zusätzlich eine von der Stärke des mittlerenLaststromes abhängige Absenkung aufweist, wodurch eine maximale Erregung eines angeschlossenen Asynchronmotors nur bei hohem Drehmoment in Anspruch genommen wird.
Die erfindungsgemässe Schaltung ist nicht nur eine günstige Voraussetzung für die Anwendung von
Asynchronmotoren bei elektrischen Triebfahrzeugen, sondern bietet darüber hinaus die Möglichkeit einer einfachen Zugkraft- oder Geschwindigkeitssteuerung, beispielsweise dadurch, dass die Amplitude des
Strom-Sollwertes von dem jeweiligen Zugkraft- oder Geschwindigkeits-Sollwert abhängig gemachtist.
Mit der erfindungsgemässen Schaltung lässt sich aber auch eine Drehrichtungsumkehr dadurch erzielen, dass die Verbindungen zwischen dem Regler und den Stromtoren der Brücken zweier Phasen eines Dreiphasen- asynchronmotors vorzugsweise durch eine kontaktlose Steuerung vertauschbar sind. Die erfindungsgemässe
Schaltung gestattet auf einfache Weise auch eine Nutzbremsung dadurch, dass die Phasenlagen der Ein- schaltungen der Stromtore durch den Regler zeitlich verschiebbar sind.
Bei elektrischen TriAbfahrzeugen mit Zugkraftsteuerung ist es zweckmässig, die Verschiebung der Pha- senlage, mit der die Umschaltung von "Fahren" auf "Bremsen" vollzogen wird, automatisch vom Vorzei- chen des Zugkraft-Sollwertes abhängig zu steuern, wobei vorzugsweise der Zugkraft-Sollwert durch eine vom Fahrschalter oder Geschwindigkeitsregler gelieferte Spannung abgebildet ist.
Bei der automatischenFahrtregelung mit vorgegebener Geschwindigkeit kommt es darauf an, die Zug- kraft der einzelnenAntriebsmotoren ein TriE. bfahrzeuges in ihrer Leistungsabgabe so zu steuern, dass sich eine gleichmässige Aufteilung der Zugkräfte auf alle Motoren ergibt. Hiebei ist also die Zugkraftregelung der Geschwindigkeitssteuerung unterzuordnen, derart, dass der vorzugsweise durch eine Frequenz abgebil- dete und im Regler in eine analoge Spannung umgesetzte Zugkraft-Sollwert durch einen Geschwindigkeits- regler gewonnen wird, allenfalls durch Beeinflussung des Geschwindigkeits-Sollwertes von der Strecke mit- tels Induktion oder elektrischer Resonanz, wobei eine Begrenzung des Zugkraft-Sollwertes durch die Ma- ximalwerte der Beschleunigung, des Stromes und der Leistung vorgesehen sein kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Fig, 1 zeigt eine Schaltung zurGewin. 1Ung eines Wechselstromes aus einerGleichstromque1le. Das Diagramm der Fig. 2 dient zur Veranschaulichung der Wirkungsweise dieser Schaltung. In Fig. 3 ist eine Schaltung zur Gewinnung eines Wechselstromes aus einer Wechselstromquelle mit einer Frequenz, die von der Frequenz des zu gewinnenden Wechselstromes verschieden ist.
In Fig. 1 ist mit 1 eine Gleichspannungsquelle bezeichnet, aus der die gewünschte Wechselspan- nung für einen Verbraucher 2 gewonnen wird, der in der Diagonale einer von der Gleichspannungsquelle 1 gespeisten, aus Stromtoren 3, 4, 5 und 6 aufgebauten Brücke eingeschaltet ist. Dem Verbraucher 2 sind weiters zweiStromtore 7, 8 mit entgegengesetzten Durchlassrichtungen parallelgeschaltet ; das Stromtor 7 ist während der positiven und das Stromtor 8 während der negativen Halbwelle geöffnet. Die Stromtore 3, 4, 5 und 6 sind mit einer konstanten Tastfrequenz, jedoch mit periodisch verändertem Tastverhältnis so gesteuert, dass sich ein sinusförmiger resultierender Stromfluss durch den Verbraucher 2 ergibt.
Im einzelnen vollziehen sich die Schaltvorgänge in der Weise, dass während der positiven Halbwellen des Verbraucherstromes die Stromtore 3 und 4 und während der negativen Halbwellen die Stromtore 5 und 6 betätigt werden. Die positive Stromrichtung ist am Verbraucher 2 durch einen Pfeil angedeutet. Während der Schliesszeiten der Stromtore 3 und 4 steht das Stromtor 7 offen und bildet damit einen Pfad zur Weiterführung des Verbraucherstromes während der Tastlücken. In analoger Weise dient das Stromtor 8 zurWeiterführuÍ1g des Verbraucherstromes, wenn während der negativen Halbwellen die Stromtore 5 und 6 geschlossen sind. Mit 9 ist ein Kondensator zur Ableitung der Stromspitzen bezeichnet.
Die Sinusform des Wechselstromes wird mit Hilfe eines in den Zeichnungen nicht dargestellten Reglers zur Einregelung des Verbraucherstromes erzielt, dessen Sollwert sinusförmig schwankt. Als Sollwerte-
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ber eignet sich vorzugsweise ein elektrischer, abstimmbarer Schwingkreis.
Das Diagramm der Fig. 2 zeigt mit einer stark ausgezogenen Linie den Verlauf des Verbraucherstromes, der sich zufolge der Regelung der Schaltzeiten der Stromtore ergibt. Bei der ersten Halbwelle steigt der Strom während deröffnungszeiten derStromtore 3 und 4 so lange an, bis er den für den betreffenden Zeitpunkt geltenden Stromwert erreicht hat. Dann werden die Stromtore 3 und 4 geschlossen und das während dieser Halbwelle geöffnete Stromtor 7 übernimmt die Weiterführung des Verbraucherstromes.
Im Kreis des Stromtores 7 sinkt der Verbraucherstrom etwas ab, da während dieses Zeitraumes keine Speisung durch die Stromquelle 1 erfolgt. Zu Beginn der nächsten Tastperiode, die unabhängig vom Regler durch einen nicht dargestellten Impulsgeber festgesetzt wird, werden die Stromtore 3 und 4 wieder geöffnet, wodurch der Verbraucher 2 neuerlich an die Stromquelle 1 angeschlossen wird und demgemäss der Verbraucherstrom wieder anwächst. Beim Erreichen des dem betreffenden Zeitpunkt entsprechenden Sollwertes werden die Stromtore 3 und 4 wieder umgeschaltet.
Während der negativen Halbwellen bleiben die Stromtore 3, 4 und 7 ganz geschlossen und die beschriebene Umschaltung vollzieht sich nunmehr zwischen den Stromtoren 5, 6 und 8. Die Stromführung der einzelnen Stromtore ist im Diagramm der Fig. 2 durch stark ausgezogene Linien angedeutet. Aus dem Diagramm ist zu ersehen, dass sich zu Beginn der Halbwellen längere Einschaltezeiten für die in den Brükkenzweigen liegenden Stromtore 3, 4 bzw. 5, 6 während der einzelnen Tastperioden ergeben als zum Ende der Halbwellen, wodurch der angenähert sinusförmige Verlauf des Verbraucherstromes zustande kommt.
Die Annäherung an die Sinusform wird mit höherer Tastfrequenz immer besser erreicht. Bei Gleichstrom höherer Spannung ist die Serienschaltung mehrerer Stromtore in den Brückenzweigen nötig.
Fig. 3zeigteineSchaltung, diezurGewinnungeinesWechselstromesauseinerWechselstromquelle 10 dient, deren Frequenz von der des zu gewinnenden Stromes abweicht. Da bei dieser Anordnung der speisende Strom seine Richtung wechselt, ist der Verbraucher 2 in die Diagonalen zweier Brücken eingeschaltet, deren Stromtore entgegengesetzte Durchlassrichtungen aufweisen. Die in den Brückenzweigen liegenden Stromtore mit der Durchlassrichtung von der mit I bezeichneten KlemmederWechse1strom- quelle 10 zur Klemme TI sindebensowieinFig. 1mit 3, 4, 5und6 bezeichnet. DiefürdieStrom- führung bei umgekehrter Richtung des Speisestromes dienenden Stromtore sind mit 3', 4', 5'und 6'be- zeichnet.
Ist dieFrequenz des gewonnenen Wechselstromes wesentlich höher als die des speisenden Wechselstro - mes, so ergibt sich ein quasistationärer Betrieb, der nur beim Nulldurchgang der Speisespannung eingeschränkt wird. Die dort eintretenden Ausfälle sind umso kürzer je niedriger die gewonnene Spannung ist. Dieser Ausfall ist aber beim Bahnbetrieb ohne wesentliche Bedeutung, weil gerade bei der Anfahrt, wenn höchste Ströme benötigt werden, fast eine lückenlose Eingangsspannung zur Verfügung steht. Damit ist eine verlustlose Regelung über den ganzen Geschwindigkeitsbereich möglich. DieWechselstromschaltung benötigt auch keinen Bremswender und keine Fahrtwender im Starkstromkreis.
Für die Regelung elektronisch gesteuerter Triebfahrzeuge ergeben sich folgende vorteilhafte Anordnungen
Vorgegeben wird am zweckmässigsten die Geschwindigkeit. Sie ist vom Streckenzustand und Fahrplan abhängig und die wichtigste und ausreichendeBetriebsgrösse, die bei automatischem Betrieb durch eine Zugbeeinflussung vorgeschrieben werden muss, Sie kann analog (als Spannung) oder digital (als Frequenz) vorgegeben werden. Letzteres ist genauer (unabhängig von Spannungsabfällen und Störungen) und daher vorzu - ziehen. In beiden Fällen kann der Sollwert kontaktlos (Drehregler, Variometer, Drehkondensatoegewon- nen werden oder als Frequenz durch Induktion von der Strecke her übertragen oder beeinflusst werden (In- dusi z.
B.). Der Istwert der Geschwindigkeit wird am besten einem permanentmagnetischen Wechselstromgeber auf einer nicht angetriebenen Achse entnommen. Sind alle Achsen angetrieben, erhält jede einen Geber: es gilt beim Fahren der niedrigste und beim Bremsen der höchste Wert (wegen Schleudergefahr).
Soll- und Istwert werden kontaktlos (z. B. über einen im Takt der Frequenz von einer geregelten Span- nung aufgeladenen Kondensator) in analoge Gleichspannungen umgeformt, deren Differenz zweckmässig die Sollbeschleunigung vorgibt, so lange diese Motorströme und allenfalls bei begrenzter Speiseleistung der Primärstrom, unter ihren zulässigen Maximalwerten liegen.
Aus dieser Sollbeschleunigung ergibt sich der erforderliche Motorstrom (oder die Zugkraft), der seilerseits als neuer Sollwert an alle vielfachgesteuerten Antriebe weitergegeben wird. Um den Einfluss von Spannungsabfällen auszuschliessen, ist es zweckmässig, auch diesen Wert in eine Frequenz umzuformen.
Feder Antrieb erhält nun eine Steuerung, die den Drehstrom-Sollwert in Form einer elektronisch erzeug- : en dreiphasigen Spannung vorgibt, deren Amplitude durch den Strom-Sollwert (Frequenz) bestimmt ist und deren Frequenz dem Mittelwert der Motorspannung proportional geregelt wird.
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Ersteres ist über die Verstärkung des Reglers leicht möglich, letzteres z. B. kontaktlos über spannung- abhängige Kondensatoren oder die vom Regler beeinflusste Sättigung der Schwingkreis-Induktivitäten.
Die Stromtore werden nun z. B. über Miller-Integratoren (Sägezahngeneratoren) mit etwa 1 000 Hz so getastet, dass der Motorstrom dem vorgegebenen Sollwert entspricht.
Bei mehreren (n) Antrieben in einem Fahrzeug ist es hiebei zweckmässig, die Tastfrequenz aus einer n-fach höheren durch Impulsreduktion abzuleiten, damit die einzelnen Motoren gestaffelt geta- stet werden können.
DieFahrtwendung erfolgt durch Vertauschen zweierphasen imDrehstrom-Sollwert-also im Schwach- stromteil - allenfalls kontaktlos über eine Steuerfrequenz.
Die Bremsumschaltung geschieht bei Wechselstrom durch Tastung der gegen die Netzspannung arbei- tenden Stromtoreautomatisch kontaktlos inAbhängigkeit vomZugkraft-Sollwert undbei Gleichstrom durch eine starkstromseitige Umschaltung der Stromtore, wenn man diese voll ausnützen will.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltung zur Gewinnung von Wechselströmen aus Gleichstromquellen oder Wechselstromquellen beliebiger Frequenzen, insbesondere zum Betrieb von Asynchronmotoren, bei der der mit dem gewonnenen Wechselstrom zu versorgende Verbraucher in die Diagonale mindestens einer aus Stromtoren aufgebauten Brücke eingeschaltet ist und der gewonnene Wechselstrom aus Stromhalbwellen gebildet wird, die in den einander gegenüberliegendenBrückenzweigen mittels eines dieStromtore intermittierend öffnenden Reglers mit sinusförmig schwankendem Sollwert eingeregelt werden, dadurch gekennzeichnet, dassdem Verbraucher zwei Stromtore einander gegensinnig parallelgeschaltet sind,
die zur Führung des durch die Induktivität des Verbrauchers bedingtenstromes während der im Zuge der Regelung auftretenden Unterbrechungen der Stromführung in den Brückenzweigen dienen.