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Rückspeiseeinrichtung bei der Spelsung von Gleichstrommotoren
Die
Erfindung betrifft eine RUckspeiseeinrichtung bei der Speisung von Gleichstrommotoren
aus Netzen, in die zur Nutzbremsung Leistung zurückgeliefert wird.
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Diese Einrichtung hat insbesondere Bedeutung bei Fahrzeugmotoren,
welche über Stromabnehmerbügel an eine elektrische Leitung angeschlossen werden.
Es ist bekannt, solche Motoren zur Bremsung Fahrzeuges als Generator laufen zu lassen
und die erzeugte :Lei-et=,g in. daz Netz zurückzuliefern. Diese Dremsung is t#allgemein
-unter dem Xazen Nutibremsung bekannt.
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Es tritt nun häufig auf, dass; während der 'Bremsung der Buggel: eLch
kurzzeitig vom Pahr#draht abhebt (sogenanntes 34--elspringen) und ,dadurch die Verbindun
zwiachen dem als Generator arbeitenden'Mo-9 tor und dem Netz abreisst. Hierdurch
wird nicht nur der Bremsvorgang unterbrochen, sondern es kann ixi der Anlage auch
eine Ueber-
| spannung entstehen. Ist das Netz ein Wechselstromnetz, das
über |
| man |
| Gleichrichter den Motor speist, so schaltet die Gleichrichter
in |
Wechselrichterbetrieb um,-so dass Leistung Ins Netz zurUckgespeist
werden kann. Beim Bügelspringen wird dann dieser Strom plötzlich unterbrochen, und
kann ein Kippen der Wechselrichter In den Gleichrichterbetrieb bewirken. Hierdurch
wird die Motorwicklung kurzgeschlossen, so dass der Strom unzulässig erhöht wird.
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Es ist weiter bekannt, Motoren durch Parallelschalten von Bremswiderständen
bei gleichzeitiger Abtrennung vom#Nitt zu bremsen. Hierbei hat bei Lokomotivmotoren
wohl das Bügelspringen keinen Einfluss auf die Bremsung, es muss aber auch auf den
Vorteil der Nutzbremsung verzichtet werden.
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Bei der Brems-ung mit Widerständen steuert man die Widerstände'mit
Hilfe von Impulsschaltungen kontaktlos (siehe AEG-Mitteilungen l#965., lieft -2,
Seite 127). Ei-erbei ist dem Bremswiderstand ein gesteuerter Stromrichter
(Thyristo-r) parallel geschaltet, der mit einer ZwanZzkommutieruhSseinrichtung zum
Löschen des Thyristors versehen ist. Der Thyristor wird -durrch eine Zteuer- oder
Regeleinricb,tung gez-Undet -und ischlie.sst dann 'den Bremsw.iderstand kurz oder
sehaltet Ihn idurch Sperrung des - H'i'I-f-sthyrist-ors umgekehrt ein.
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Diese EinrIchtung kann tür die Bremsung von Motoren ohne Nutzbrernzung
verwendet verdien.
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Um den Einrluss des BUgelsprin-gens bei Lokomotiven zu vermelden.
kann man auch zwei Bügel parallel in Betrieb halten. D,"Äee- wird ab#..3r aus anderen
-i2ründ-en vermieden" insbesondere ergeben sich Schwieri"-keiten bei hohen Geschwindigkeiten
-und an Kuppelsteller- der Fahrstrecke. Ausserdem besitzen nicht alle Lokomotiven
zwei Bügel.
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Um nun eine möglichst unterbrechungslose Bremsung zu er'.#ial-Illen
und
trotzdem den Vorteil der Nutzbremsung ausnutzen zu können$ wird
drfindungägemäas vorgeschlagenj dass eine Zwangskommutierungseinrichtung bei ungewollter
Abtrennung der Gleichrichter vom Netz oder Ausfail dbr Netzspannung in den Motorkreis
eingeschaltet wird, die ein Stromtor öffnet, das mit Bremswiderständen in Reihe
liegt, und dass bei Wiederkehr"der Spannung das Stromtor gesperrt wird. Die Figuren
1 bis 4 zeigen Beispiele der Erfindung. Figur 1 zeigt die Spelsung
eines Gleichstrommotors aus einem Wechnistromnetz, Figut 2 die Schaltung
der Zwangskommutierungseinrichtung, Figur 3
die Spelsung eines Motors aus
eineo;m-Gleichstromnetz und Fig ur 4 die Schaltung der Steuereinrichtung.
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Aus dem Fahrdraht 1, welcher in Figur 1 zu ölnem Wechseletrombahnnetz
gehört, wird Über den Bügel 2 der Transformator 3 mit den gtromrichtern 4
bis gespeist. An diesen Stromrichtern Ist der Gleidhetrommotoe 8 mit der
Feldwicklung 9 angeschlossen. Die Feld" wicklung 9 wird ebenfalls
aus dem Wechseletromnetz Uber die Gleich-# riöhterenordnung 10 gespeist,
Im Normalbetrieb wirken die Stromrichter 4 bis 7 als Ölelehrichter und speisen
äen Motor. Die Spannung der Stromrichter wird in bekannter Weine durch Verschieben
der ZUndimpulse an den Gittern (Gatts) gesteuert. Diese-.Steuereinrichtung-is t
nieht näher dargestelltg da Ate allgemein bekannt isti Wenn nun der Motor
8 gebremst werden soll, to werden die-Stromrich-, ter 4
bis 7 als Wedhselrichter umgüschaltet, so dase die Motorleistung als Nutzbremsung
In das Netz zurUckgeliefert werden kann.
In der Figur
1 ist die Schaltung gezeigt, bei der der Motor gebremst wird. Die Umschaltorgane
für die Umschaltung von Betieb auf Bremsung sind weggelassen.
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Wenn nun der Bügel 2 springt.. also sich kurzzeitig vom Fährdraht
1
abhebt, so wird der Bremsetrom unterbrochen. Der Wechselrichter kippt in
den Gleichrichterzustand und schliesst dadurch die als Generator wirkende. Motörwicklung
kurz. Um dies zu vermeiden, sind die Steuereinrichtung 11, die Bremswiderstände
12 und 3, das Stromtor 14 und die Impulssehaltungen 15, 16 und
18, 19 vorgesehen. Die Anordnung'wirkt nun so., dass Im Augenblick des Bügelspringens
solange der BUgel keinen Kontakt mit der Leitung hat, die Bremswilerstände 12 und
13 oder einer vo# Ihnen in den Motorkreis vor-Ubez##...#---hend eingeschaltet
werden. Diese können dann die Motorener-Zie aufnehmen. Zu diesem Zwecke wird das
Stromtor 14 geöffnet, so das"zi dilo W:Iderstände 12 und 13 Strom fliessen
kann, Soll nur ein Widerotend, beispielsweise 12, eingeschaltet werden, so wird
Oer andere, also 13, durch die Impulssehaltung 16 kumgeschlossen.
Die Spannung tUr die Erregung, die ja beim BUgelspringen ebenfalls fällt, wird am
Widerstand 13 abgenommen und über die Diode 17., die den normalen, über die
Gleichrichter 10 gelieferten Erregerstrom abhalten soll, an die Feldwicklung
9 gegeben.
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Zugleich mit der Preigabe der Bremswiderstände muas der Stmu in den
Stromrichtern 4 bis 7 unterbrochen werden, um ein Kippen zu vermeiden. Diesem
Zwecke dienen die Kommutierungseinrichtungen 18
und 19. Je nachdem,
welcher Stromrichter gerade Strom führt, Iso entweder 4 und 7 oder
5 und 6, wirkt die Kommutierungseinrichtung
18
oder 19. Diese erzeugen einen Otrom, der dem gerade in gen Stromrichter fliessenden
Strom entgegengesetzt Ist und löscht daher die entsprechenden Stromrichter, Die
genauere Wirkungsweiise dieser Einrichtung ist In der Figur 2 gezeigt, und wird
nach der Beschreibung der Figur 1 noch näher erläutert. Die Umschgltung von
Nutzbremgung auf Widerstandsbremaung wird pun durch dZe SteüereInrichtung
11 bewirkt, deren Einzelheiten später bei der Beschreibung der Figur 4 erläutert
werden. Diese erhält die Spannung am Trans.-formator 3 Uber den Spannungswandler
32 zuge:re:rt. Ausserdem wird alskriterium der Strom im Stromwandler 20 herangezogen.
Beim BU-gelspringen fällt die Netspannung aus. Die Oleic4spannung des Motors liegt
dann allein am Transformator und bringt diesen in Sätti. gung, wodurch där Strom
anbte-igt. Kippen ausserdem die bisher sperren den Stromrichterelemente
5 und 6 bzw. 4 und 7, go wird der Strom weiter erhöht. Die
Stromerhöhung wird über den Wandler 20 durch die Steuereinrichtung 11 erfasst,
welche die-Kommutierungeeinrichtungen 18 und 19 betätigt und damit
die Gleichrichter sperrt, Das Stromtor 14 wirkt als Schalter und schaltet
damit den Stromkreis der Widerstände 12 und 13 ein. Die Spannung am Transformator
3 verschwindet dann, wenn sämtliche Stromrichter 4 bis 7 gesperrt
sind. Sobald aber der Bügel wieder die Leitung berUhrt, ist wieder Spannung am Spannungswendler
32 vorhanden. Dlese wird In der Steuerelnrichtung 11 dazu ausgenutzt$
die Steuerung der Stromrichter 4 bis 7 sofortwidder-freizugeben und das Stromtor
14 zu sperren, so dass der Bremsstrom wieder ins Netz fliessen kann.
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Durch die Impulaschaltung 15 und 16» von denen im Beispiel
nur
zwei gezeichnet sind, kann-man die Höhe des Bremswiderstandes
einstellen. Sie wird vorher festgelegt und über die Leitung 33 an die Steuereinrichtung
gegeben. Beim Springen des BUSels Ist dann die richtige Einstellung der Widerstände
12 und 13 bereits vorhanden. Sie kann auch durch eine Regeleinrichtung ein-
und ausgeschaltet werden"indem ein'vorgegebener Wert (Soll-Wert) mit dem tatsächlichen
Wert (Ist-Wert) verglichen und dem Stromtor zugeführt wird. In die'sem Falle wird
an die Leitung 33 der Regelbefehl -gegeben.
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In der Figur 2 ist die Zwangekommutierungseinrichtung 18 oder
19
genauer dargestellt. Diese Schaltung ist an sich bekannt. Der Thyristor.4
wird duröh eine üb liehe Steuereinrichtung gesteuert. Die Glieder 21 bis
27 gehören zur Zwangskommutierungseinrichtung, welche in der Figur
1 mit 18 bezeichnet ist. Sie besteht aus dem Kondensator 21, dem Hilfsthyr&etor
22, dem Widerstand 23 und dem Trans:rormator',26#--Dazu kommen noch die Diode
27 und die Drosselspule 24 mit einem weiteren Hilfsthyristor 25. Der
Transformator 26 wird vom Netz, also vom Tnnsformator 3 aus, gespeist.
Die dort anstehende Spannung wird durch die Diode 27 gleichgerichtet und
an den Kondensator-21 gegeben, so dass dieser sich auflädt. Dies geschleht bereits
während des normalen Betriebes, also wenn der Motor als Motor läuft. Der Kondensator
Ist also praktisch die meiste Zeit aufgeladen. Wenn nun beim BUgelspringen während.
der Bremsung oder Wegbleiben der Netzepannung die Steuereinrichtung 11 betätigt,
wird, so entsteht ein Impuls am Hilfthyristor 22. Dieser wird geöffnet und schliesät
dadurch einen Stromkreis vom Kondensator 21 Uber den Hauptthyristor 4. Der Kondensator
kann sich entladen und
zwar entgegengesetzt zum Strom, der noch
über den leerlaufenden >Transformator 7 im Thyristor 4 fliesst. Dieser wird
dann gelöscht.
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Nach Wiederkehr der Spannung wird der Hilfsthyristor 25 wieder
gezUndet und der Hilfsthyristor 22 wieder gesperrt. Dann kann sich der Kondensator
rasch wieder Uber'die Drosselspule 24, den Thyristor 25 und die Diode
27 aufladen, so dass bei einem kurz darauffolgenden weiteren BUgelspringen
die Anordnung sofort wieder bet6ebsbereit Ist.
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Figur 3 zeigt ein Beispiel fUr die Spelsung eines Motors aus
einem Gleichstromnetz. Es ist wieder der Schaltzustand dargestellt, wenn
der Motor gebremst wird. Der Normalbetrieb und die Uh.-- 'aaltung auf Bremsbetrieb
Ist nicht gezeigt, da dies für die Erfindung unerheb#-lieh ist. 1 Ist in
diesem Falle eine Gleichstre.infahrleitung, die Gleichspannung wird von dem Bügel
2 abgenom,..-.,-.,-. .11 ist wieder die Umsteuereinrichtung, welche die Nutzbremsz.#.ig
in eine Widerstandsbremzung umschaltet. 20 ist ein Gleichstromwandler, der den Strom
an die Umsteuereinrichtung fUhrt. 14 ist das Stromtor, das den Stromkreis mit dem
Widerstand 12 einschaltet. Eine Umschaltung der Widerstände Ist hier nicht dargestellt,
sie kann aber in glicher Weise wie bei der Anordnung nach Figur 1 ausgeführt
werden.
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In der Figur 3 ist als Beispiel gezeigt, dass der Motor über
eine Impulsschaltung (Impulswandler) gespeist wird, der eine Spannungsregelung ermöglicht.
Dies geschieht dadurch, dass die Gleichspannung nur impulsartig durchgelassen wird.
Je schmaler die Impulse und je grösser der Zwischenraum zwischen den Impulsen Ist,
um-so kleiner wird die mittlere Spannung..Umgekehrt kann man-auch bei
der
Bremsung wenn der Motor selbst nur eine geringe Spannung und 10 9
daffiit
kleine Umdrehungszahl hat» eine Bremsung durchführen. Dies geschieht mit der Impuleschaltung
P8i welche von einer nicht gezeichneten Steueteinriahtung betätigt wird. Bei der
Bremsung ist nun noch die Diode 29, der Xondefisator 30 und die DrostelsPule
31
für die Zwangskommutierung Und. die gegebenenfalls erforderliche Spannungserhöhung
nach der Seite des spe Isenden Xetzes vorhanden. Die Wirkungsweise ist hierbei folgendei
Die in der Induktivität des Motors äufgespeidherte Energie wird ins Netz zurückgellefert.
Die Impuleschaltung 28 erzeugt Impulse, die auch bei kleiner Spannung am
Motor eine höhAre Spannung besitzen als das Netz, so dase Leistung ins Netz PliesAen
kann. Bleibt nun die Spannung durch Bügel-, springen weg, so verringert sich der
Strom Im Stromwandler 20; Hierdurch wird die Steuereinrichtung 11 in Tätigkeit
gesetzt und gibt einen Impuls an das Stromtor 14. Dieses lässt'Strom durch, so dass
der Dremestrom nur mehr über den Bremswiderstand 12 fliessen kann. Bei Wiederkehr,der
Spannung wird die Steuereinrichtung wieder betätigt, weil nunmehr wieder Strom durch
den Wandler 20 fliesst.und sperrt das Stromtor 14, so dase dann wieder der ganze_
Bremsstrom In die Leitung zurUckfliessen kann.
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In der Figur 4 ist die Steuereinrichtung 11 näher beschrieben.
Sie besteht aus mehreren Triggern und Xippgliedern. Der Strom aus dem Stromwandler
20 wird dem Trigger##4 zugeführt. Dieser kJ.lppt",wenn der Strom einen bestimmten
Wert Überichreltet und gibt dann einen Impuls an den bigtabilen Multivibrator
35. Dieser kippt also, werin der 8tromgrösser wird und gibt dann Impulse
an die Kommutlerungseinrichtungen
18 und 19, welche,die
Thyristoren 4 und 5 sperren, ferner an das Stromtor 14, welches den Weg zu
den Bremswiderständen freigibt. Hierdurch werden also die Bremswiderstände eingeschaltet.
Kehrt die Spannung am Spannungswandler 32 wieder, so wird der Trigger
36 betätigt. Er gibt einen Gegenimpuls an den
und dieser 4ppt zurück. Der Trigger 36 wird zurückgestellt, wenn am Wandler
20 wieder Strom fliesst und zugleich Spannung vorhanden Ist. Daher wird die Spannung
und der Strom an das Und-Glied 37 geführt.
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Um die Grösse des Bremswiderstandes einzustellen, sind die monostabilen
Multivibratoren 38 und 39 vorgesehen. Sie geben Signal an die Stromtore
15 und 16 und überbrücken dann die jeweiligen zugehörigen Widerstände.
Diese Ueberbrückung wird durch einen Steuerbefehl an der Leitung 33 veranlasst.
Die Leitung 33 kann auch an einer Regeleinrichtung angeschlossen ain, welche
in bekannter Weise den tatsächlichen-Strom mit einem Soll-Strom vergleicht. Wird
beispielsweise ein positiver-Impuls gegeben, so wird der monostabile Multivibrator
38 gekippt und gibt ein Signal an das Stromtor 15. Wird umgekehrt
ein negatives Signal gegeben, so wird der Multivibrator 39 gekippt
steuert das Stromtor 16. Die Auswahl dieser Signale erfolgt In einer nicht
dargestellten Befehlsstelle-.
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Der Vorteil der Anordnung nach der Erfindung ist, dass beim Bügelspringen
die Bremsung fortgesetzt w erden kann, also keine Stösse entstehen und daher eine
Nutzbremsung auch bei Lokomotiven, bei denen nur ein einziger Bügel in Betrieb ist,
leicht vorgesehen werden kann.