DE1144384B - Steuer- und Regeleinrichtung fuer den Betrieb elektrischer Lueftermotoren, insbesondere auf Triebfahrzeugen - Google Patents

Steuer- und Regeleinrichtung fuer den Betrieb elektrischer Lueftermotoren, insbesondere auf Triebfahrzeugen

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DE1144384B
DE1144384B DES78086A DES0078086A DE1144384B DE 1144384 B DE1144384 B DE 1144384B DE S78086 A DES78086 A DE S78086A DE S0078086 A DES0078086 A DE S0078086A DE 1144384 B DE1144384 B DE 1144384B
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DE
Germany
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heat sensor
cooled
voltage
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heating
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Application number
DES78086A
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Fritz Marten
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/40Regulating or controlling the amount of current drawn or delivered by the motor for controlling the mechanical load

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Description

  • Steuer- und Regeleinrichtung für den Betrieb elektrischer Lüftermotoren, insbesondere auf Triebfahrzeugen Für den Antrieb von Lüftermotoren elektrischer Triebfahrzeuge ist es bekannt, diese Motoren auf Wechselstromtriebfahrzeugen an die sogenannteIlfsbetriebewicklung des Haupttransformators anzuschließen. Hierbei wird infolge des festen übersetzungsverhältnisses zwischen der Oberspannungswicklung und der Hilfsbetriebewicklung die Fahrdrahtspannung entsprechend diesem übersetzungsverhältni.s herabgesetzt und den Hilfsbetriebemotoren als starre Spannung, sofern man von den Schwankungen der Fahrdrahtspannung absieht, zugeführt.
  • Auch die vielfach verwendeten Hilfsbetriebeumformer erzeugen eine im wesentlichen starre Spannung, deren Höhe nur von der Auslegung des Umformers abhängig ist. Spannungsschwankungen, die durch die Sättigung der aktiven Teile des Hilfsbetriebeumformers hervorgerufen werden, können bei dieser Betrachtung vernachlässigt werden.
  • Von den auf einem Fahrzeug verwendeten Hilfsbetrieben interessieren hier nur diejenigen Einrichtungen, die zur Kühlung bzw. Belüftung der Hauptgeräte dienen. Hierunter sind die Lüfter für die Fahrmotoren und für Gleichrichter mit den zugehörigen Glä.ttungsdrosseln zu verstehen. Außerdem zählen dazu der zum Haupttransformator gehörende Ölkühlerlüfter und die gegebenenfalls vorhandenen Lüfter für die Bremswiderstände. Die Leistung der diesen Hauptgeräten zugeordneten Lüfter wird üblicherweise so bemessen, daß bei Nennleistung des zu kühlenden Gerätes und bei der mit dem Abnehmer festgelegten höchsten Lufttemperatur die Grenztemperaturen der Geräte nach den für die betreffenden Geräte gültigen Vorschriften nicht überschritten werden.
  • Dies hat zur Folge, daß die Lüfter unabhängig von der tatsächlichen Belastung der zu kühlenden Geräte - abgesehen von der sogenannten Sommer-Winter-Schaltung - unabhängig von der Außentemperatur stets die gleiche Luftmenge fördern. Berücksichtigt man hierbei, daß der Leistungsbedarf der Lüfter etwa 2 bis 51/o der Nennleistung des Triebfahrzeuges beträgt und daß diese Leistung unabhängig von der Nutzleistung des Fahrzeuges während der gesamten Betriebszeit verbraucht wird, so wird hierdurch der Jahreswirkungsgrad des Triebfahrzeuges ungünstig beeinflußt.
  • Abgesehen von der ständigen Belästigung des Lokpersonals und der Reisenden durch das Geräusch der Lüfter werden die Lüftungsgitter während der Betriebszeit auch dauernd mit einer hohen Luftmenge beaufschlagt, wodurch der Eintritt von Staub, Wasser und Schnee in den Maschinenraum begünstigt wird. Um diese Mängel im Betrieb von Lüftermotoren, insbesondere auf elektrischen Triebfahrzeugen, zu vermeiden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Mittelwert der die Lüftermotoren speisenden Spannung durch steuerbare Gleichrichterelemente an den Leistungsumsatz in den Stromkreisen der zu kühlenden Maschinen und Geräte anzupassen. Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist in der Verwendung einer Brückenschaltung für die Gleichrichterelemente zu sehen, in der zumindest ein Teil der Zweige in an sich bekannter Weise mit steuerbaren Elementen bestückt ist. In vorteilhafter Weise werden in der Brückenschaltung bekannte Steuerbare Halbleiterelemente, insbesondere Vierschicht-Gleichrichter, verwendet. Hierbei sind die Elemente, die den Zündzeitpunkt bzw. die öffnungsdauer der steuerbaren Gleichrichterelemente beeinflussen, durch den Spannungsabfall an einer Kombination von Wärmefühlern, vorzugsweise an einer Kombination von Widerständen mit negativem Temperaturkoeffizenten, sogenannten Heißleitern, bestimmt. Weiterhin ist es vorteilhaft, nicht nur die Erwärmung des zu kühlenden Gerätes bzw. die Ablufttempe,ratur hinter diesem Gerät zu erfassen, sondern es wird vorgeschlagen, auch den Anlaßvorgang durch Verwendung eines sogenannten Anlaßwärmefühlers zu steuern.
  • Durch Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung werden die Lüftermotoren abhängig von der Last und der Außentemperatur gesteuert bzw. geregelt. Die bisher üblichen Anlaßwiderstände und Anlaßschütze in Serie zu den meist verwendeten Kollektormotoren für den Antrieb der Lüfter werden entbehrlich, da ein Herabsetzen der Antriebsleistung ohne Schwierigkeiten durch eine entsprechende Aussteuerung der Gleichrichterelemente erzielt werden kann. Die Einsparungen an elektrischer Energie und der damit vergrößerte Wirkungsgrad des Triebfahrzeuges sind erheblich. ° Während bisher die Lüfter unabhängig von dem tatsächlichen Kühlluftbedarf mit voller Leistung mitgelaufen sind, wird nun die Lüfterleistung dem tatsächlichen Leistungsbedarf individuell angepaßt und damit der Jahreswirkungsgrad heraufgesetzt. Die bei Anwendung der Erfindung zu erzielendenEinsparungen in denBetriebskosten sind bei den heute üblichen Laufleistungen elektrischer Lokomotiven erheblich.
  • Gleichzeitig wird die in einer Zeiteinheit angesaugte mittlere Luftmenge herabgesetzt. Dies bedingt eine wesentliche Verringerung des Staub- und Wasseranfalles im Maschinenraum. Für den Betrieb unter schwierigen klimatiadhen Bedingungen bedeutet die Verminderung der angesaugten mittleren Luftmenge auch eine Schonung bzw. eine Erhöhung der Lebensdauer für die oft notwendigen Filter. Während des Rangierens, wenn die Fahrmotoren nur gering belastet sind, bzw. während Standzeiten auf Bahnhöfen ist die Belästigung durch das Lüftergeräusch durch Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung stark herabgesetzt. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei an Hand einer Zeichnung erläutert.
  • Ein Fahrmotor l als Beispiel eines zu kühlenden Gerätes wird von einem Lüfter 2 gekühlt. Der Antrieb des Lüfters 2 erfolgt durch den Reihenschluß-Kollektormotor 3, dessen Speisespannung an der Diagonale einer Gleichrichter-Brückenschaltung 4 abgegriffen wird. Primärseitig ist diese Gleichrichter-Brückenschaltung 4 mit den Klemmen 5 und 6 an die Hiifsbetriebewicklung des nicht dargestellten Haupttransformators angeschlossen. Unter Verwendung der üblichen Auslegung für die Lüftermotoren liegt zwischen den Klemmen 5 und 6 eine Spannung von z. B. 220 V an.
  • In der Gleichrichter-Brückenschaltung 4 sind zwei Elemente, und zwar die Elemente 4 a und 4 b, als übliche Trockengleichrichter ausgeführt, während die Elemente 4 c und 4 d steuerbare Halbleiterelemente sind.
  • Die Wahl d.es Zündpunktes bzw. der Öffnungsdauer der steuerbaren Halbleiterelemente 4c und 4d erfolgt durch einen Steuerblock 7, dem als Versorgungsspannungen die Spannung an der Hilfsbetriebewicklung über die Klemmen 8 und 9 sowie eine unwesentlichen starre Hilfsspannung von z. B. 24 V über die Klemmen 10 und 11 zugeführt 'werden. Die den Steuerblock 7 beeinflussende Größe wird diesem über die Klemmen 12 und 13 zugeführt.
  • Zur Erzeugung der von der Belastung der Fahrmotorstromkreise abhräagwgen Meßspannung, die über die Klemmen 12 und 13 dem Steuerblock 7 zugeführt wird, dient eine Kombination von Wärmefühlern 15 bis 17, die im vorliegenden Fall als Heißleiter ausgebildet sind, die an einer Hilfsspannung, hier an 24 V Gleichspannung liegen. Für den Fall, daß der Spannungsabfall am Widerstand 14 für die Aussteuerung des Steuerblockes 7 nicht ausreicht, ist es vorteilhaft, den dann notwendigen Verstärker unter Verwendung eines galvanom°agnetischen Elementes, vorzugsweise unter Verwendung eines magnetfeldabhängigen Widerstandes aufzubauen, dessen magnetische Durchflutung von einer in Serie mit der Kombination der hier verwendeten Heißleiter liegenden Erregerwicklung erzeugt wird. Von den als Wärmefühler verwendeten Heißleitern ist der Heißleiter 15 ein sogenannter Anlaßheißleiter, dessen Widerstandswert bei Anlegen der Hilfsspannung, d. h. nach Schließen des Schalters 18 nach einer Zeitfunktion abnimmt. In dem Maße, wie der Widerstand des Anlaßheißleiters 15 kleiner wird, erhöhen sich der Strom in dem Widerstand 14 und die Spannung in diesem Widerstand bzw. an den Klemmen 12 und 13. Die Höhe der Spannung an den Klemmen 12 und 13 stellt aber gleichzeitig ein Maß für die Aussteuerung der steuerbaren Halbleiterelemente 4 c und 4 d dar, so daß bei geeigneter Bemessung der Steuereinrichtung das Anlassen des Kollektormotors 3 ohne Vorwiderstand nur durch eine zeitabhängig sich vergrößernde Aussteuerung der steuerbaren Halbleiterelemente 4 c und 4 d möglich ist.
  • In Serie zu dem Anlaßheißleiter 15 liegt eine Parallelschaltung der Heißleiter 16 und 17, von denen der Heißleiter 16 die Umgebungstemperatur berücksichtigt und der Heißleiter 17 als fremdgeheizter Heißleiter die Belastung der zu kühlenden Fahrstromkreise unter Verwendung eines Stromwandlers 20 nachbildet. Zur Anpassung des fremdgeheizten Heißleiters an den Stromwandler 20 ist hier noch ein Widerstand 19 vorgesehen.
  • Bei einer Umgebungstemperatur, die über den Werten liegt, für die :die Belüftungseinrichtung ausgelegt ist, bzw. bei Auftreten von Fahrmotorströmen, die eine intensive Kühlung des Fahrmotors erforderlich machen, wird der Widerstand in dem Kompensationsheißleiter bzw. in dem fremdgeheizten Heißleiter herabgesetzt und dadurch eine weitere Erhöhung des Stromes im Widerstand 14 erzielt. Diese Stromerhöhung bedeutet nun wieder eine Erhöhung der Meßspannung an den Klemmen 12 und 13 und eine abermals erhöhte Aussteuerung der Gleichrichterelemente 4 c und 4 d. Hierdurch wird dem Lüftermotor 3 eine Spannung zugeführt, durch die für den Fahrmotor 1 eine ausreichende Belüftung gewährleistet wird, so daß die Wicklungstemperatur des Fahrmotors nicht über das zulässige Maß hinaus ansteigen kann.
  • Eine wesentliche Verbesserung dieser Erfindung ist nun noch dadurch zu erzielen, daß ein weiterer Heißleiter ebenfalls in Serie zu dem Anlaßheißleiter 15 in demAbluftkanal des Lüfters 2 hinter dem Fahrmotor 1 angeordnet ist. An Stelle eines weiteren Heißleiitters im Abluftkanal des Fahrmotors 1 können natürlich auch Heißleiter verwendet werden, die innerhalb der besonders gefährdeten Wicklungsteile des zu kühlenden Fahrmotors 1 angeordnet sind. Durch eine solcheErweiterung dererfindungsgemäßen Einrichtung wird deren Regelgenauigkeit erheblich verbessert, so daß die zulässige Grenztemperatur in dem zu kühlenden Gerät mit einem Minimum an Hilfsbetriebeleistung erreicht werden kann.
  • Durch die Wahl einer geeigneten Zeitkonstante des Heißleiters 17 bzw. des ganzen Steuer- bzw. Regelkreises läßt sich eine gewünschte Nachkühlung der Geräte im Anschluß an eine vorangegangene hohe Belastung während eines nachfolgenden Schwachlastbetriebes erreichen.
  • Die vorstehend für den Betrieb von Lüftermotoren auf elektrischen Triebfahrzeugen beschriebene Einrichtung läßt sich selbstverständlich auch für den Betrieb von fremdbelüfteten Antriebsmotoren beliebiger Verwendung und für Generatoren einsetzen.

Claims (10)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Einrichtung für den Betrieb elektrischer Lüftermotoren zur Kühlluftversorgung fremdbelüfteter Maschinen und Geräte, insbesondere Fahrmotoren elektrischer Triebfahrzeuge, gekennzeichnet durch steuerbare Gleichrichterelemente zur Anpassung des Mittelwertes der die Lüftermotoren speisenden Spannung an den Leistungsumsatz in den Stromkreisen der zu kühlenden Maschinen und Geräte.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Gleichrichteranordnung in Brückenschaltung, von der zumindestens ein Teil der Zweige mit steuerbaren Elementen bestückt ist.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung von steuerbaren Halbleiterelementen, insbesondere von Vierschicht-Gleichrichtern.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansprechen der den Zündzeitpunkt bzw. die Öffnungsdauer der steuerbaren Gleichrichterelemente beeinflussenden Glieder durch den Spannungsabfall an einer Kombination von Wärmefühlern, vorzugsweise an einer Kombination von Widerständen mit negativen Temperaturkoeffizienten, sogenannten Heißleitern, bestimmt ist.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination der Wärmefühler in einem Hilfsstromkreis liegt, der von einer starren Gleichspannung gespeist ist.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Hilfsstromkreis ein Wärmefühler enthalten ist, der die Erwärmung des zu kühlenden Gerätes erfaßt.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmefühler für die Erfassung der Erwärmung des zu kühlenden Gerätes als fremdgeheizter Wärmefühler ausgebildet ist. B.
  8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmefühler an besonders gefährdeten Stellen des Gerätes und/oder im Abluftstrom hinter dem zu kühlenden Gerät eingesetzt ist.
  9. 9. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem die Motorerwärmung erfassenden Wärmefühler ein zusätzlicher Wärmefühler geschaltet ist, der als sogenannter Kompensationswärmefühler die Umgebungstemperatur erfaßt.
  10. 10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie zu den parallel geschalteten, die Erwärmung des zu kühlenden Gerätes bzw. die Umgebungstemperatur erfassenden Wärmefühlern ein Wärmefühler als sogernannter Anlaßwärmefühle.r geschaltet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: »Elektronik«, 1960, S. 199/200; »Elektronische Rundschau«, 1958, S. 352/353; »Elektromeister«, 1956, S. 550a; »ATM Archiv für technisches Messen« Z 119-3-6 von 1955/56; Sonderdruck aus »radio mentor«, 1/1950: Aufsatz von Dipl. Ing. Karl Pfister.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4115473A1 (de) * 1991-05-11 1992-11-12 Braun Ag Haushaltsgeraet mit einem durch ein luefterrad gekuehlten elektrischen antriebsmotor
DE102017218861A1 (de) * 2017-10-23 2019-04-25 Audi Ag Schaltungsanordnung und Kraftfahrzeug

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