DD234254A1

DD234254A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR ELECTRIC BRAKE OPERATION OF DC CURRENT MACHINES

Info

Publication number: DD234254A1
Application number: DD85272827A
Authority: DD
Inventors: Ivan Nikoloff; Gerhard Ernst; Heinz Bielicke; York Pitschel
Original assignee: Beimler Lokomotivbau
Priority date: 1985-01-29
Filing date: 1985-01-29
Publication date: 1986-03-26

Abstract

Ziel der Erfindung ist es, unter Sicherstellung der Stabilitaet des elektrischen Bremsbetriebes, insbesondere bei ueber einen elektronischen Gleichstromsteller betriebenen elektrischen Triebfahrzeugen, im gesamten Arbeitsbereich die Effektivitaet der Nutzbremse zu erhoehen. Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung fuer den elektrischen Bremsbetrieb von Gleichstrommaschinen zu schaffen, die durch Auswertung von Steuersignalen fuer den Gleichstromsteller ausschliesslich die Betriebszustaende, die zu einem Stabilitaetsverlust im Nutzbremsbetrieb fuehren wuerden, selektiert und die Stabilitaet auch in den kritischen Bereichen sichert. Erreicht wird dies dadurch, dass beim Vorliegen des minimalen Hauptthyristor-Zuendwinkels und gleichzeitigem Bremsthyristor-Zuendimpuls der Filterkondensatorspannungsregler zwangsweise auf Widerstandsbremsbetrieb umgeschaltet wird, wobei der Ausgang eines Funktionsgebers fuer Zwangswiderstandsbremse, dessen Eingaenge mit den Zuendimpulsaufbereitungen fuer Haupt- und Bremsthyristor sowie mit dem Ausgang eines Schwellwertschalters, der ein pulsbreitenmoduliertes Modulationssignal fuer die Steuerung des Hauptthyristors liefert, verbunden sind, auf den Anfangslagengeber fuer den Filterkondensatorspannungsregler wirkt. FigurThe aim of the invention is to increase the effectiveness of the regenerative brake while ensuring the stability of the electric braking operation, in particular in the case of electric traction vehicles operated via an electronic DC-DC converter. The invention has for its object to provide a circuit arrangement for the electrical braking operation of DC machines, which exclusively by evaluating control signals for the DC chopper operating conditions that would lead to a loss of stability in Nutzbremsbetrieb selected, and ensures the stability in the critical areas , This is achieved by the fact that in the presence of the minimum Hauptthyristor Zuendwinkels and simultaneous Bremsthyristor Zuendimpuls the filter capacitor voltage controller is forced to switch to resistance braking operation, the output of a function generator for positive resistance brake whose inputs with the Zuendimpulsaufbereitungen for main and Bremsthyristor and the output of a threshold , which supplies a pulse width modulated modulation signal for the control of the main thyristor connected, acts on the initial position sensor for the filter capacitor voltage regulator. figure

Description

Mit dieser Schaltungsanordnung wird bewirkt, daß beim Vorliegen des minimalen Zündwinkels für den Hauptthyristor und gleichzeitig vorhandenem Bremsthyristor-Ansteuerimpuls der Filterkondensatorspannungsregler zwangsweise auf Widerstandsbremsbetrieb umgeschaltet wird. Dadurch ist ein stabiler Bremsbetrieb auch in Arbeitsbereichen möglich, in denen die Ankerspannung kurzzeitig über ihrem Sollwert liegt. Da die Zwangsumschaltung nur bei gezündetem Bremsthyristor erfolgen kann, wird gleichzeitig der Arbeitsbereich der Nutzbremse erweitert.With this circuit arrangement is effected that in the presence of the minimum ignition angle for the main thyristor and simultaneously existing Bremsthyristor drive pulse of the filter capacitor voltage regulator is forcibly switched to the resistance braking operation. As a result, a stable braking operation is also possible in work areas in which the armature voltage is briefly above its target value. Since the forced changeover can only take place when the brake thyristor is ignited, the working range of the regenerative brake is simultaneously extended.

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine Schaltungsanordnung für den elektrischen Bremsbetrieb von Gleichstromantrieben, die in ihrem Steuerungsteil die erfindungsgemäße Lösung enthält.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. The accompanying drawing shows a circuit arrangement for the electric braking operation of DC drives, which contains the solution according to the invention in its control part.

Als Leistungsstellglieder wirken im Leistungsteil der Hauptthyristor 1 und der in Reihe zum Bremswiderstand 2 angeordnete Bremsthyristor 3. Die Lösung des Bremsthyristors 3 wird mit dem Zünden von Hauptthyristor 1 eingeleitet. Die endgültige Löschung beider Thyristoren erfolgt mit der parallel zum Hauptthyristor 1 angeordneten Löscheinrichtung 4. Weiterhin besteht der Leistungskreis aus der Netzdiode 5, dem aus Anker 6 und Feldwicklung 7 bestehenden Gleichstrommotor, der Glättungsdrossel 8, dem Filterkondensator 9 und der Filterdrossei 10. Die Zündimpulse für den Hauptthyristor 1, den Bremsthyristor 3 und für die Löscheinrichtung 4 werden den Zündimpulsendstufen 11; 12; 13 entnommen. Der Eingang der dem Hauptthyristor 1 zugeordneten Zündimpulsendstufe 11 erhält seine Ansteuerimpulse A-HT von der Hauptthyristor-Impulsaufbereitung 14, der Eingang der der Löscheinrichtung 4 zugeordneten Zündimpulsendstufe 12 erhält seine Ansteuerimpulse A-LT von der Löschthyristor-Impulsaufbereitung 15 und der Eingang der dem Bremsthyristor 3 zugeordneten Zündendstufe 13 erhält seine Ansteuerimpulse A-BT von der Bremsthyristor-Impulsaufbereitung 16. Die Hauptthyristor-Impulsaufbereitung 14 erhält als Eingangsgrößen ein vom Schwellwertschalter 17 erzeugtes pulsbreitenmoduliertes Modulationssignal MH sowie das Ausgangssignal SZ des Sägezahngenerators 18. Aus diesen zwei Eingangsgrößen stellt die Hauptthyristor-Impulsaufbereitung 14 Ansteuerimpulse A-HT bereit, die dem geforderten Hauptthyristor-Zündwinkel entsprechen. Beim Verschwinden des Modulationssignal MH und vorhandenem Ausgangssignal SZ des Sägezahngenerators 18 wird von der Hauptthyristor-Impulsaufbereitung 14 ein Hauptthyristor-Ansteuerimpuls A-HT abgegeben, der dem minimalen Zündwinkel des Hauptthyristors 1 entspricht. Die Signaikombination „kein Modulationssignal MH bei vorhandenen Hauptthyristor-Ansteuerimpuls A-HT", wird vom Funktionsgeber für Zwangswiderstandsbremse 25 zum Erfassen des minimalen Zündwinkels des Hauptthyristors 1 genutzt.As power actuators act in the power section of the main thyristor 1 and arranged in series with the braking resistor 2 Bremsthyristor 3. The solution of the Bremsthyristors 3 is initiated with the ignition of the main thyristor 1. The final deletion of the two thyristors is carried out with the parallel to the main thyristor 1 arranged extinguishing device 4. Furthermore, the power circuit consists of the mains diode 5, consisting of armature 6 and field winding 7 DC motor, the smoothing reactor 8, the filter capacitor 9 and the Filterdrossei 10. Die Zündimpulse für the main thyristor 1, the Bremsthyristor 3 and the extinguishing device 4 are the Zündimpulsendstufen 11; 12; 13 taken. The input of the main thyristor 1 associated Zündimpulsendstufe 11 receives its drive pulses A-HT from the main thyristor pulse conditioning 14, the input of the extinguishing device 4 associated Zündimpulsendstufe 12 receives its drive pulses A-LT of the thyristor pulse conditioning 15 and the input of the Bremsthyristor The main thyristor pulse conditioning 14 receives as input a generated by the threshold 17 pulse width modulated modulation signal MH and the output signal SZ of the sawtooth generator 18. From these two input variables is the main thyristor pulse processing 14th Drive pulses A-HT ready, which correspond to the required Hauptthyristor ignition angle. Upon the disappearance of the modulation signal MH and existing output signal SZ of the sawtooth generator 18, a main thyristor drive pulse A-HT is emitted from the main thyristor pulse conditioning 14, which corresponds to the minimum ignition angle of the main thyristor 1. The signal combination "no modulation signal MH for existing main thyristor drive pulse A-HT", is used by the function generator for force-limiting brake 25 for detecting the minimum ignition angle of the main thyristor 1.

Die Löschthyristor-Impulsaufbereitung 15 erhält ihr Eingangssignal SZ vom Sägezahngenerator 18, während der Eingang der Bremsthyristor-Impulsaufbereitung 16 mit dem Ausgang des Schwellwertschalters 19, derein pulsdauermoduliertes Modulationssignal MB für die Feststellung des Zündwinkels für den Bremsthyristor 3 abgibt, verbunden ist. Die Summationsschaltung 20 bzw. 21, der Schwellwertschalter 17 bzw. 19 sowie der Sägezahngenerator 18 bilden zusammen jeweils eine Schaltungsanordnung für die Umformung der analogen Ausgangsgrößen der Ankerstromreglers 22 bzw. des Filterkondensatorspannungsreglers 23 in pulsbreitenmodulierte Modulationssignale MH bzw. MB. Dem Filterkondensatorspannungsregler 23, der je nach der Höhe der Filterkondensatorspannung die Bremsenergie zwischen dem Netz und dem Bremswiderstand 2 aufteilt, ist hierbei ein Anfangslagengeber 24 zugeordnet, der beim Vorliegen eines Ansteuersignales an einem seiner Eingänge den Filterkondensatorspannungsregler 23 so beeinflußt, daß der Bremsthyristor 3 unabhängig vom Verhältnis zwischen Filterkondensatorspannungssoll- und -istwert U_Fksoii bzw. Ufk seinen maximalen Zündwinkel erhält, d.h. es findet zwangsweise Widerstandsbremsbetrieb statt. Die bistabile Kippstufe 25.1 wird mit dem Bremsthyristor-Ansteuerimpuls A-BT gesetzt und mit dem pulsbreitenmodulierten Modulationssignal MH für den Hauptthyristor 1 rückgestellt. Die Bedingung der nachgeschalteten UND-Verknüpfung 25.2 ist erfüllt, wenn während der Dauer des Hauptthyristor-Ansteuerimpulses A-HT, der eine konstante Impulslänge aufweist, die bistabile Kippstufe 25.1 noch gesetzt ist. Dies bedeutet, daß die UND-Verknüpfung 25.2 während der Dauer des Hauptthyristor-Ansteuerimpulses A-HT ein Signal abgibt, wenn Widerstandsbremsbetrieb vorliegt und ein minimaler Zündwinkel für den Hauptthyristor 1 vorgegeben wird, da bei minimalem Hauptthyristorzündwinkel das pulsbreitenmoduliertes Modulationssignal MH für den Hauptthyristor verschwindet, so daß die bistabile Kippstufe 25.1 beim Erscheinen des Hauptthyristor-Ansteuerimpulses A-HT nicht zurückgesetzt ist. Bei größerem Hauptthyristor-Zündwinkel erscheint stets das Modulationssignal MH, so daß die bistabile Kippstufe 25.1 vor Erscheinen des Hauptthyristor-Ansteuerimpulses A-HT rückgesetzt wird. Der Ausgang der U N D-Verknüpfung 25.2 wirkt auf eine monostabile Kippstufe 25.3, die eine Impulsverlängerung bewirkt und über den Anfangslagengeber 24 für eine bestimmte Zeit den Filterkondensatorspannungsregler 23 so umschaltet, daß ein maximaler Zündwinkel für den Bremsthyristor 3 vorgegeben wird.The erase thyristor pulse conditioning 15 receives its input signal SZ from the sawtooth generator 18, while the input of the Bremsthyristor pulse conditioning 16 to the output of the threshold switch 19, which outputs a pulse width modulated modulation signal MB for detecting the ignition angle for the Bremsthyristor 3, is connected. The summation circuit 20 or 21, the threshold value switch 17 or 19 and the sawtooth generator 18 together form a circuit arrangement for the conversion of the analog outputs of the armature current controller 22 and the filter capacitor voltage regulator 23 in pulse width modulated modulation signals MH and MB. The filter capacitor voltage regulator 23, which divides the braking energy between the network and the braking resistor 2, depending on the height of the filter capacitor voltage, an initial position sensor 24 is associated with this, the filter capacitor voltage controller 23 so influenced in the presence of a Ansteuersignales at one of its inputs that the Bremsthyristor 3 regardless Ratio between filter capacitor voltage setpoint and actual value U _F ksoii or Ufk receives its maximum firing angle, ie it takes place forcibly drag braking operation. The bistable flip-flop 25.1 is set with the Bremsthyristor-drive pulse A-BT and reset with the pulse width modulated modulation signal MH for the main thyristor 1. The condition of the subsequent AND operation 25.2 is satisfied if, during the duration of the main thyristor drive pulse A-HT, which has a constant pulse length, the bistable trigger circuit 25.1 is still set. This means that the AND gate 25.2 emits a signal during the duration of the main thyristor drive pulse A-HT when there is resistance braking operation and a minimum firing angle for the main thyristor 1 is specified, since the minimum main thyristor firing angle disappears the pulse width modulated modulation signal MH for the main thyristor, so that the bistable flip-flop 25.1 is not reset when the main thyristor drive pulse A-HT appears. When the main thyristor firing angle is greater, the modulation signal MH always appears, with the result that the flip-flop 25.1 is reset before the appearance of the main thyristor drive pulse A-HT. The output of the UN D link 25.2 acts on a monostable multivibrator 25.3, which causes a pulse extension and over the initial position sensor 24 for a certain time the filter capacitor voltage controller 23 switches so that a maximum ignition angle for the Bremsthyristor 3 is specified.

Durch die Verzögerungsschaltung 25.4, die eine kleine Auf ladezeitkonstante und eine größere Entladezeitkonstante besitzt, wird bewirkt, daß in Abhängigkeit von der Anzahl der von der UND-Verknüpfung 25.2 einlaufenden Impulse die Impulsverlängerungszeit der monostabilen Kippstufe 23.3 verlängert wird. Hierbei wird die Verlängerungszeit mit steigender Impulszahl größer, d.h. bei Abgabe nur weniger Impulse durch die UND-Verknüpfung 25.2 wird nur kurzzeitig auf Zwangswiderstandsbremsbetrieb geschaltet, während bei großer Impulsanzahl für längere Zeit der Zwangf .viderstandsbremsbefehl erhalten bleibt.Due to the delay circuit 25.4, which has a small charging time constant and a larger discharge time constant, causes the pulse extension time of the monostable multivibrator 23.3 is extended depending on the number of incoming from the AND link 25.2 pulses. In this case, the extension time increases with increasing number of pulses, i. when delivering only a few pulses through the AND link 25.2 is only briefly switched to forced braking operation, while at high pulse count for a long time the Zwangf .viderstandsbremsbefehl is maintained.

Claims

Invention claim:

1. Circuit arrangement for the electrical braking operation of DC machines, in particular traction motors of electric traction units, which are controlled via a DC-DC controller in conjunction with a mains diode, and a series circuit of Bremsthyristor and braking resistor, wherein at least one armature current control, which acts on the main thyristor and a filter capacitor voltage regulation, acting on the Bremsthyristor, are present and the filter capacitor voltage regulator is connected to an initial position sensor, characterized in that the output of a function generator for positive resistance brake (25), whose first input to the output of Bremsthyristor pulse conditioning (16) whose second input to the Output of the threshold switch (17) and whose third input is connected to the output of the main thyristor pulse conditioning (14) acts on an input of the initial position sensor (24), wherein the set input of a bistable Kippscha (25.1) with the output of the brake thyristor pulse conditioning (16) and the reset input of the flip-flop (25.1) with the output of the threshold switch (17) and the output of the flip-flop (25.1) with one input of an AND gate (25.2) connected to the second input of which are the main thyristor drive pulses (A-HT) connected to the output of the main thyristor pulse conditioning (14), and that the output of the AND gate (25.2) is applied to the input of a monostable multivibrator (25.3 ) whose output is connected to an input of the initial position sensor (24) for the filter capacitor voltage regulator (23).

2. Circuit arrangement according to item 1, characterized in that the output of the AND gate (25.2) to the input of a delay circuit (25.4) is connected to two time constants, wherein the delay circuit operates so that with increasing input voltage, the small time constant and at falling Input voltage, the large time constant is effective and the output of the delay circuit (25.4) acts on an auxiliary input of the monostable multivibrator (25.3) for influencing the delay time.

For this 1 page drawing

Field of application of the invention

The invention relates to a circuit arrangement for the electrical braking operation of DC machines, in particular traction motors of electric traction vehicles, which are controlled via a DC-DC controller in conjunction with a mains diode and a series circuit of Bremsthyristor and braking resistor, wherein at least one armature current control and a filter capacitor voltage control are present.

Characteristic of the known technical solutions

From DD-PS 1 31 430 a circuit arrangement for initiating the braking operation of DC machines, which are controlled by a DC chopper in conjunction with a mains diode and a Bremsthyristor and braking resistor known. In this case, when an armature voltage limit value is undershot via an initial position sensor, a forced switching of the filter capacitor voltage regulator to a resistance braking mode takes place.

Furthermore, from DD-PS 1 31 815 a circuit arrangement for the electrical braking operation of DC machines is known, which switches when falling below an armature voltage or armature current limit to force resistance braking operation.

It is disadvantageous in these circuit arrangements that the armature voltage and armature current limits for the transition to forced braking operation must be made very large in view of stable braking operation, especially in the fast transition between driving and braking and in braking at high speeds. The stability problems are caused at the mentioned operating points by the occurrence of a short-term difference between armature voltage setpoint and actual value. By limiting armature voltage and armature current limits, the potential working range of the regenerative braking is restricted, i. the amount of energy that can be fed back into the grid is smaller than possible.

Object of the invention

The aim of the invention is to increase the effectiveness of the regenerative brake while ensuring the stability of the electric braking operation throughout the working range (especially in the case of braking initiation at high speeds and during the rapid transition from driving to braking).

Explanation of the essence of the invention

The invention has for its object to provide a circuit arrangement for the electrical braking operation of DC machines via a DC chopper, which selected by evaluating control signals for the DC chopper exclusively the operating conditions that would lead to a loss of stability in Nutzbremsbetrieb, and stability in the critical Secures areas.

The features of the invention are that the output of a forced-action brake function generator whose inputs are connected to the main thyristor and brake thyristor pulse conditioning outputs and to the output of a threshold switch which provides a modulation signal for conditioning the main thyristor firing pulses is applied to the initial position transducer for the filter capacitor voltage regulator acts. The function generator for force resistance brake consists of a bistable flip-flop, an AND, a monostable multivibrator and a delay element with two time constants. The control pulses for the Bremsthyristor act on the set input of the bistable multivibrator, the modulation signal for the preparation of the Hauptthyristor ignition pulses to the reset input of the bistable multivibrator. The output of the bistable flip-flop is further connected to one input of the AND gate, act on the second input, the drive pulses for the main thyristor. The output signal of the AND gate controls the monostable flip-flop, which acts to extend the pulse. The output of the monostable multivibrator is connected to an input of the initial position sensor for the filter capacitor voltage regulator. The output of the AND link also acts on the delay circuit with two time constants, with the small input voltage and the falling of the input voltage, the large time constant is effective with increasing input voltage. The output of the delay circuit is connected to an additional input of the monostable multivibrator (to influence the delay time). _