DE2019045A1 - Antriebssystem für elektrische Nutzbremsung - Google Patents

Description

Antriebssystem für elektrische Nutzbremsung

pie Erfindung betrifft ein Antriebssystem für elektrische nutzbremsung* das eine Anzahl Gleichstromreihenmasehinen enthält* di© sowohl beim Antrieb wie beim Bremsen auf eine An·^ zabj. parallelgesehalttte Gruppen verteilt sind. Diese Grup« pen gehen in einen an einer Gleichstromquelle angeschlossenen Kreis ein, wobei ein solcher Kreis beim Bremsen über ein Stromventil an der Stromquelle angeschlossen und so an*- geordnet ist» daß er mittels eines periodisch arbeitenden elektrischen Schaltorgans impulweise kurzgeschlossen werden kann. Dit Iiänge und/oder Prq.uenz der Kurzschlußintervalle wird dabei abhängig von dem Durchschnittswert des gesamten Maschinen?troma gesteuert.

Ea ist u.a. durch die französische Patentschrift 1 337 643 bekannt, die von einer parallelgeschalteten Gruppe Gleichstromreihenmaschinen an ein Gleichstromnetz abgegebene Leistung zu regeln, indem man die Gruppe mit einem Widerstand

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in Reihe schaltet, die dadurch erhaltene Reihengruppe über ein Stromventil an das Netz anschließt und die Reihengruppe mit einem parallelgeschalteten Kurzschlußkreis versieht, der ein Schaltorgan zum periodischen Schliessen und Öffnen des Kur ζ sclilußkr eises enthält. Die Länge und/oder Frequenz der

dabei

Kurzschlußintervalle wird/abhängig von dem Durchschnittswert des Maschinenstroms gesteuert. Jedes Mal, wenn ein Kurzschlußintervall abgeschlossen ist, fließt der Strom mit unveränderter Richtung weiter durch die'Reihenmaschinen, aber er geht in das Hetz anstatt durch den Kurzschlußkreis und die erforderliche SMK wird hierbei in der genannten Reihengruppe durch Selbstinduktion erzeugt. Im Rückführungsintervall ist die Mitwirkung der auf normale Weise in den Maschinen erzeugten Generatorspannung nicht erforderlich, sondern es ist sogar ein Vorteil, wenn diese sich so wenig wie möglich bemerkbar macht, Yorallem ist es wichtig, daß die in der genannten Reihengruppe erzeugte Spannung nicht nennens-" wert höher als die Netzspannung ist, was eine unzulässig grosse Stromstärke in den Maschinen mit sich führen würde. Die obengenannten in die Reihengruppe eingehenden Widerstände haben die Aufgabe, die in der Reihengruppe erzeugte Generatorspannung so zu begrenzen, daß eine elektrische Nutzbremsung auch bei hoher Drehzahl erreicht werden kann, bedeuten aber, daß ein wesentlicher Teil der Bremsenergie verloren geht. Mit einem Antriebssystem gemäss der Erfindung wird dieser Nachteil vermieden, indem nur ein Teil der Erregerwicklung bei Generatorbetrieb verwendet wird.

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Wenn parallelgeschaltete B.eihenmotoren oder parallelgeschaltete Reihengruppen solcher Motoren als Generatoren betrieben werden sollen mit dem Ziel, eine elektrische Nutzbremsung zu erreichen, sind umfangreiche Schaltoperationen erforderlich. Erstens müssen die Klemmen auf der Erregerwicklung oder Ankerwicklung gewechselt werden. Außerdem müssen Massnahmen getroffen werden, die eine gleichmässige Lastverteilung bei Generatorbetrieb sichern, z.B. Kreuzschaltung, so- daß die Erregerwicklungen der einen Parallelgruppe von dem Strom der zweiten Parallelgruppe durchflossen werden.

Erfindungsgeraäße Gleichstrommaschinen sind mit je zwei Reihenwicklungen versehen. Beim Bremsen wird nur eine Reihenwicklung in jeder Maschine benutzt und beim Antrieb auch die andere. Auf diese Weise entsteht ein Bedarf, durch Schaltoperationen das Zusammenspiel zwischen den verschiedenen Teilen der Erregerwicklungen variieren zu können, und zwar zusätzlich zu dem obengenannten, mit dem Übergang vom Antrieb zum Bremsen verbundenen Umgruppierungsbedarf, da aber die verschiedenen Komponenten der Anordnung auf eine spezielle Weise in eine Brückenschaltung eingehen, erhält man die erforderlichen Umschaltmöglichkeiten mit einem Minimum an Schaltorganen.

Ein Antriebssystem gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Maschinen mit je einer ersten und einer zweiten Reihenwicklung Versehen sind, daß deren Läufer

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gleichmässig auf zwei gegenüberliegende Seiten einer virseitigen Brücke und die genannten ersten Reihenwicklungen gleichmässig auf die übrigen Seiten der Brücke verteilt sind, und daß die Stromwuelle mittels einer Anzahl Schalter beim Antrieb in eine erste Diagonale der Brücke einschaltbar ist, während die genannten zweiten Reihenwicklungen immer in die genannte erste Diagonale eingehen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher beschrieben, in dieser zeigen:

Pig. 1 das Hauptprinzip der Erfindung und Fig. 2 ein erfindungsgemässes Antriebssystem mit Regelanordnung, vorgesehen für die Regelung des Antriebsmoments und des Bremsens eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.

ft In Fig. 1 bezeichnet 1 und 2 die Läufer zweier Gleichstromreihenmaschinen, die je zwei Erregerwicklungen haben. Die beiden Erregerwicklungen, die mit dem Läufer 1 zusammengehören, haben die Bezeichnung 1a und 1b, während sie zu Läufer 2 gehörigen mit 2a und 2b bezeichnet sind. Die Anschlußklemmen einer für ein Antriebssystem vorgesehenen Gleichstromquelle sind mit 3 und 4 bezeichnet. Die Anordnung enthält ein Stromventil 5, das den Strom leiten soll, wenn die Gleichstrommaschinen als .Motoren arbeiten, und zwei Stromventile 6 und 7, die den Strom beim elektrischen Nutzbremsen leiten sollen.

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Weiterhin enthält die Antriebsanordnung einen Schalter 8, der-"bei Motorbetrieb geschlossen und bei Generatorbetrieb der Gleichstrommaschinen geöffent ist, sowie einen Schalter 12, der nur bei Generatorbetrieb geschlossen ist. 9 ist ein elektrisches Schaltorgan, das in raschem lakt wechselweise öffnet und schließt. Seine !Frequenz und die Länge der verschiedenen Intervalle werden mit dem Steuergerät 1:0 gesteuert, dem die Differenz zwischen einem Bezugwert T 5 und der Summe der Ausgangswerte der in die Läuferkreise eingeschalteten Stromgeber 1:5a und 13b über ein "Vergleichsgerät zugeführt wird. Bei Motorbetrieb ist die Reihengruppe 2_t 2a p&rallelgesiehaltet mit der Reihengruppe 1, ta. Bei Generatorbetrieb ist die Reihengruppe 1, 2a parallelgeschaltet mit der Reibengruppe 2, 2b,

Die Rotationsrichtung und auch die induzierte elektromotorische Kraft in den Gleichstrommaschinen ist unverändert beim Umschalten vomTceiben zum Bremsen, der Läuferstrom wechselt dagegen die Richtung, weshalb es eine notwendige Voraussetzung ist, daß die Erregerwicklung beim Umschalten zwischen Treiben und Bremsen im Verhältnis zur Läuferwicklung so angeordnet ist, daß eine geänderte Stromrichtung in dem letzteren keine Richtungsänderung des Magnetisierungsflusses mit sich führt. Die Pfeile 11 zeigen die Richtung der obengenannten elektromotorischen Kraft, und an den Stromventilen 5_f 6, 7 wird die Stromrichtung in den Figuren von dem pfeilähnlichen Teil der graphischen Symbole angegeben.

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Die verschiedenen Komponenten der Anordnung sind in einer vierzweigigen Brücke zusammengefaßt und jeder Zweig ist in der Figur als eine Rechteekseite gezeigt, wobei die Läufer 1 bzw. 2 je in eine von zwei gegenüberliegenden Seiten und die Erregerwicklungen 2a bzw. 2b je in eine der übrigen Rechteckseiten eingehen, und zwar auf solche Weise, daß jeder der beiden Motorkreise bei Parallelschaltung der Motoren über die Diagonale BD nur Wicklungen enthält, die zu ein und demselben Motor gehören, während die beiden parallelgeschalteten Kreise, die zwischen den Diagonalendpunkten A und 0 angeschlossen sind, je einen Läufer und eine Reihenwicklung enthalten, die zu verschiedenen Maschinen gehören. Bei Anwendung letztgenannter Parallelschaltung erhält man eine sogenannte "Kreuzschaltung", eine wohlbekannte Maßnahme zur gleichmässigen Lastverteilung bei Parallelschaltung von zwei Reihengeneratoren.

P Bei Motorbetrieb geht der gesamte, zu der Antriebsanordnung gelieferte Strom von der Klemme 3 über den Schalter 8 durch die beiden Erregerwicklungen 1b und 2b und verteilt sich an dem Diagonalendpunkt B auf zwei parallele Kreise, von denen der eine aus dem Läufer 2 und der dazugehörigen Erregerwicklung 2a und der andere aus dem Läufer 1 und der Erregerwicklung 1a bestehtο Vom Diagonalendpunkt D wird der gesamte Strom über das Stromventil 5 und das elektrische Schaltorgan 9 an die negative Klemme 4 der Stromquelle geleitet, und zwar

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in einem Intervall, wenn das Sclialtorgan 9 geschlossen ist. Beim Öffnen des Schaltorgans 9 fliesst der Strom auf Grund von Selbstinduktion in den Wicklungen der Maschine noch eine Weile weiter und schließt sich durch Verbindung 14 und Stromventil 7. Der Durchschnittswert des Motorstroms wird durch die Wahl des Bezugswerts 15 bestimmt.

Beim Umschalten zum Bremsen wird, wie genannt, der Schalter 8 geöffnet und Schalter 12 geschlossen. Auf Grund von Remanenz wird in den Erregerwicklungen 1a und 2a eine Generatorspannung erzeugt, deren Richtung fortlaufend mit den Pfeilrichtungen 11 zusammenfällt. Wenn das Schaltorgan 9 geschlossen ist, entsteht dadurch ein Kurzschlußstrom in jedem der beiden parallgeschalteten Maschinenkreise. Der eine Kurzschlußstrom fließt vom Läufer 1, durch den Schalter 1.2, die Verbindung 14, das elektrische Schaltorgan 9, das Stromventil 6 und die Erregerwicklung 2a zurück zum Läufer 1. Der andere Kurzschlußstrom fließt vom Läufer 2 durch die Erregerwicklung 1a, den .Schalter 12, die Verbindung 14, das elektrische Schaltorgan 9 und das Stromventil 6 zurück zum Läufer 2. Wenn das elektrische Schaltorgan 9 geöffent wird, fließt der Strom mit unveränderter Richtung durch die Läufer 1 und 2 und die Erregerwicklungen 1a und 2a, und der Strom wird nun in die Klemmen 3 und 4 an der Gleichstromquelle geleitet, während eine EMK, die die Spannung der Gleichstromquelle übersteigt, im wesentlichen durch Selbstinduktion in den Erregerwicklungen 1a und 2a er-

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zeugt wird, die mit so wenig Findungen ausgeführt sind, daß ihr Magnetisierungsfluß - auch "bei der höchsten Drehzahl, die vorkommen kann - nur eine Generatorspannung zu erzeugen vermag, die wesentlich unter der Spannung der Gleichstromquelle liegt. Der Durchschnittswert des Maschinenstroms wird von der Grosse des Bezugswertes 15 und auf solche Weise bestimmt, daß die Maschinen nicht überlastet werden.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist das elektrische Schaltorgan 9 ein Thyristor, der mit einer an und für sich bekannten Ausrüstung für schnell wechselndes Zünden und Löschen versehen ist. Ausserdem unterscheidet sich Fig. 2 von Fig. 1 dadurch, daß ein in das Antriebssystem eingehender Reaktor 20 gezeigt wird. Die in Fig. 1 angegebenen Bezeichnungen gelten mit derselben Bedeutung auch für Fig. 2. Die Schaltung 8 und 12 sind in Lagen für elektrische Nutzbremsung gezeigt. Der Thyristor 9 muß ungefähr 20 /U sek stromlos sein, wenn er sperren können soll, nachdem er leitend war. Dies ist möglich mit Hilfe eines Kreises, der zwei Thyristoren 21 und 22, einen Kondensator 23 und einen Reaktor 24 enthält. Die Thyristoren 9 und 21 erhalten gleichzeitig Zündimpulse, wobei der Kondensator 23, der im Verhältnis zur Schiene 4 positive Spannung hat, seine Ladung in Form eines Stroms durch den Thyristor 21, den Reaktor 24 und den Thyristor 9 abgibt. Der dabei entstehende Sinusstrom in dem von dem Reaktor 24 und dem Kondensator 23 gebildeten Schwingungskreis klingt

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schon nach der ersten halben Periode ab, da die Thyristoren

21 und 9 diesem Strom nicht erlauben, die Richtung zu wechseln. Der Kondensator wird im Laufe dieser halben Periode auf entgegengesetzte Polarität aufgeladen. Der Thyristor 22 erhält seinen Zündimpuls etwas später als die Thyristoren 21 und 9» und wenn dies geschieht, wird der Kondensator 23 wieder aufgeladen, so daß er wieder seine ursprüngliche Polarität erhält. Der Kondensator 23 ist damit über den Thyristor

22 mit dem Thyristor 9 parallelgeschaltet, der dadurch Sperrspannung erhält. Die magnetische Energie, die in dem System gelagert ist, wird dadurch entladen, daß Strom über die Diode 7 zu der Schiene 3 geleitet wird.

Die Thyristoren 9, 21 und 22 erhalten ihre Zündimpulse von einem Oscillator 25 mit variierbarer Frequenz. Die Impulslänge des Thyristors 9 wird gesteuert, indem der Zündimpuls für den Thyristor 22 das Verzögerungsgerät 19 passiert, dessen Verzögerung von der von dem Vergleichsgerät 15 abgegebenen Steuergrösse abhängig ist. Der gewünschte Durchschnittswert des Maschinenstromes wird mittels des Bezugswertgebers 18 eingestellt·

Der Oscillator 25 und das Verzögerungsgerät 19 können von bekannter Ausführung sein, z.B. gemäß Fig. 3 und 4 der schwedischen Patentschrift 305 028.

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Der Stromgeber 13 kann einfach aus einem reihengeschalteten Resistor "bestehen, in derselben Weise wie Pos. 6 der Zeichnung der Schweizer Patentschrift 477 306, und das 'Vergleichsgerät 16 kann in seiner einfachsten Art aus einem Verbindungsorgan zum Reihenschalten der Ausspannungen der Geräte 13 und 16 gegeneinander "bestehen, wobei das Organ mit Klemmen für resultierende Spannung versehen ist.

Patentanspruch

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Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Antriebssystem für elektrische ÜutiSbremsung mit mehreren Gleichstromreihenmaschinen, die sowohl beim .Treiben als beim Bremsen auf mehrere parallelgeschaltete Gruppen verteilt sind, die in einen an einer Gleichstromquelle angeschlossenen Kreis eingehen, wobei ein solcher Kreis beim Bremsen durch ein Stromventil an der Stromquelle angeschlossen und so angeordnet ist, daß er mittels eines periodisch arbeitenden elektrischen Schaltorgans .impulsweise kurzgeschlossen werden kann und wobei die Länge und/oder Frequenz der Kurzschlußintervalle abhängig von dem-Durchschnittswert des gesamten Maschinenstroms gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschinen (1, 2) mit je einer ersten (1a, 2ä) und einer zweiten (ib, 2b) Reihenwicklung versehen sind, daß deren läufer gleichmäßig auf zwei gegenüberliegende Seiten einer vierseitigen Brücke (ABCD) und die genannten ersten Reihenwicklungen gleichmäßig auf die übrigen Seiten der Brücke verteilt sind, und daß die Stromquelle (3, 4) mittels einer Anzahl Schalter (8, 12) beim Treiben in einer erste Diagonale (BD) und beim Bremsen in eine zweite Diagonale (AC) der Brücke einschaltbar ist, während die genannten zweiten Reihenwicklungen immer in die genannte erste Diagonale eingehen.

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