DE2030396B2 - Schutzanordnung gegen unzulaessigen spannungsanstieg in einer nutzbremsschaltung - Google Patents

Description

die in Serie und/oder parallel geschaltet sind, ist in F i g. 1 nur ein einziger Elektromotor dargestellt Die Anode der Freilauf diode DD ist mit der Glättungsdrossel LD und einem ersten sti.-uerbaren Ventil oder einer Gleichstromzerhackervorrichtung CH varbunden. Die Kathode der Freilaufdiode DD ist an der Siebspule LF und an einem Siebkondensatoi CF angeschlossen. Sowohl die Kathodenseite der Zerhackervorrichtu.ng CH als auch die andere Seite des Siebkondensators CF liegen an Erde. _lü

Der Anker A ist über einen Leistungsschalter HB mit Erde verbunden. Der Leistungsschalter HB besteht aus einem Trennschalter LS und einer dazu in Reihe liegenden, schnell schaltenden, den Strom verringernden Vorrichtung, der ein den Strom vermindernder Widerstand RHB parallel geschaltet ist. Der Leistungsschalter HB spricht beim Auftreten einer Störung an, um den den Strom vermindernden Widerstand RHB in den Schaltkreis einzuschalten; der Trennschalter LS arbeitet mit der den Strom vermindernden Vorrichtung zusammen und wird unmittelbai anschließend geöffnet, um den Schaltkreis vollständig zu unterbrechen.

Der Stromabnehmer P ist in gleitendem Kontakt mit einer Oberleitung W, welche mit einem Energie aufnehmenden Verbraucher RL durch einen Schalter S verbunden ist, der in F i g. 1 geöffnet dargestellt ist. Ein solcher Verbraucher kann beispielsweise ein anderer elektrischer Zug sein, der durch dieselbe Oberleitung W versorgt wird.

Gleichstromzerhackervorrichtungen sind in ihrem Aufbau und in ihrer Wirkungsweise allgemein bekannt und im einzelnen ^:n verschiedenen Literaturstellen und Patentschriften beschrieben, so daß die Gleichstromzerhackervorrichtung CH hier nicht beschrieben zu werden braucht. In dem normalen Betriebszustand während einer Nutzbremsung wird eine Spannung erhalten, die an dem Anker A induziert wird und geringer ist als die Spannung an der Oberleitung W; die Gleichstromzerhackervorrichtung CH schaltet mit einer bestimmten Periode ein und aus, um einen Ankerstrom Ia einer bestimmten Amplitude zu erhalten. Im Kurzschlußzustand der Zerhackervorrichtung CH steigt der Strom im kurzgeschlossenen Motor an. Bei offener Zerhackervorrichtung wird dieser Strom unter dem Einfluß der Stromkreisinduktivitäten (welche im wesentlichen aus den Induktivitäten der Feldwicklung F und der Glättungsdrossel LD gebildet sind) zunächst weiterfließen, dabei aber entsprechend der vorhandenen Gegenspannung abnehmen. Dies ergibt einen regenerierenden Strom Ir, der an die Oberleitung durch die Freilaufdiode DD und die Siebspule LF abgegeben wird, wobei der Strom durch den Verbraucher RL, der mit der Oberleitung W durch den geschlossenen Schalter S verbunden ist, aufgenommen wird.

Wenn der Schalter 5 während eines Nutzbremsungsbetriebes, wie oben beschrieben, offen ist, wird der Strom, der durch den Verbraucher RL fließt plötzlich unterbrochen. Eine Steueranordnung (die nicht dargestellt ist) für die Zerhackervorrichtung CH kann nicht unmittelbar dieser Stromunterbrechung folgen und führt statt dessen weiterhin die Steuerung durch, die bis zu diesem Zeitpunkt vorgenommen wurde. Der regenerierende Strom fließt dann weiter. Der Strom fließt dann in den Siebkondensator CF, um ihn aufzuladen, bis die Spannung Vcf an dem Kondensator CF auf eine Größe angestiegen ist, die gleich der Spannung £„ bei Normalbnrieb an der Oberleitung W ist, bevor der Schalter S offen war.

Wenn eine mittlere Stronagröße angenommsn wird, kann der gerade beschriebene Vorgang so erklärt werden, daß eine elektrische Energie, die durch eine Induktivität des Schaltkreises zusammen mit dem Fahrmotor aufgespeichert ist, an den Kondensator CF übertragen worden ist. Der regenerierende Strom Ib und die Spannung Vcf an dem Kondensator CF ändert sich mit der Zeit, wie in F i g. 2 dargestellt ist. Die obere Figur stellt den regenerierenden Strom Ib (in der Ordinate) über der Zeiti (in der Abszisse) dar, und die untere Figur stellt die Spannung Vcf (m der Ordinate) über der Zeit (in der Abszisse) dar, wobei beide Figuren eine gemeinsame Zeitachse besitzen. Eine Ladezeit I₁ für den Kondensator CF ist gleich einem Viertel der Resonanzperiode eines Schaltkreises, der aus einer Induktivität L und einer Kapazität CF besteht. Die Ladezeit I₁ wird dann durch die Gleichung ausgedrückt:

1
4

2ti\Il-CF .

Beträgt die Kapazität CF beispielsweise 1000 \lF und die Induktivität L 10 mHy, so ist die Ladezeit ungefähr 5 msec. Bei Nutzbremsungsbetrieb besitzt die Spannung E₀ an der Oberleitung dann einen Betrag von 1650 Volt und der regenerierende Strom Ib hat einen gleichmäßigen Wert von 800 A; eine Maximalspannung Vcf max an dem Kondensator berechnet sich dann auf ungefähr 4200 Volt aus der Gleichung

Vcf max = E₀ -f- Ib

Die verschiedenen Schaltkreiselemente einschließlich der Zerhackervorrichtung, wie sie in F i g. 1 dargestellt ist, müßten also ausgelegt sein, um den Spannungen zu widerstehen, die viel höher sind als die Spannungen bei gleichmäßigem Betneb; dies führt zu großen Verlusten.

Um ein Anwachsen der Spannung an dem Kondensator CF auf eine solche Größe zu verhindern, ist erwogen worden, die Spannung an dem Kondensator CF gleichzurichten und den Schaltkreis mit dem Fahrmotor plötzlich zu öffnen, wenn die gleichgerichtete Spannung eine bestimmte Grenze hierbei überschreitet, um den regenerierenden Strom Ib zu unterbrechen. Eine schnell schaltende, den Strom vermindernde Vorrichtung, wie sie beispielsweise durch die Vorrichtung HB in F i g. 1 dargestellt ist, erwies sich als nicht ausreichend, da die öffnung einer solchen Vorrichtung eine Zeitspanne von ungefähr 10 bis 15 msec benötigt, was zu lang ist, verglichen mit der oben berechneten Ladezeit I₁ für den Kondensator CF.

Ebenso wurde erwogen, bei unzulässigem Spannungsanstieg den Thyristor in der Zerhackervorrichtung dauernd zu betreiben; hierbei ist der Kreis mit dem Fahrmotor durch Verwendung der Zerhackervorrichtung CH kurzgeschlossen. Diese Anordnung wäre sehr wirkungsvoll, um ein Anwachsen der Spannung an dem Kondensator zu verhindern, da der Thyristor genügend schnell leitend ist. Die Anordnung ist aber während der Bewegung des zugehörigen Elektromotorfahrzeuges bei einer hohen Geschwindigkeit nicht praktisch verwendbar; es wird dann ein

5 6

so hoher Strom entwickelt, um eher einen Überschlag Widerstand R fließt, durch folgende Gleichung ausdes Fahrmotors als ein Öffnen des Motorschaltkreises drücken
mittels des Leistungsschaiters HB zu bewirken. Dabei

würde der Fahrmotor außerdem durch ein hohes

Ir= —

R -J- r

Bremsdrelimoment Schaden nehmen. 5

Ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, wobei Em die elektromotorische Kraft des Ankers A, durch die der Spannungsanstieg zuverlässig und ohne R der Widerstandswert des Widerstandes R und sonstige Gefährdungen vermieden wird, ist in F i g. 3 _r der Widerstandswert des obenerwähnten geschlossedargestellt, wobei dieselben Bezugszeichen für die nen Schaltkreises minus dem Widerstandswert des Elemente verwendet werden, die identisch mit denen io Widerstandes R ist.

in F i g. 1 dargestellten sind. Die dargestellte Anord- Durch geeignete Wahl der Größe des Widerstands-

nung enthält in Verbindung mit den Schaltkreisele- wertes R kann erreicht werden, daß nach Durchmenten, wie sie in F i g. 1 dargestellt sind, einen Über- schaltung des Thyristors TH die Spannung an der Spannungsdetektor OVD, der parallel zum Konden- Anode der Freilaufdiode DD niedriger ist als die sator CF angeschlossen ist, einen Steuerschalter, der 15 Spannung an der Kathode. In diesem Fall ist die als ein zweites steuerbares Ventil oder als Schalt- Spannung an dem Kondensator CF durch die Schwellthyristor TH dargestellt ist, dessen Anodenelektrode spannung V_n begrenzt, die für den Überspannungsmit dem Anschlußpunktder Zcrhackcrvorrichtung CH detektor O VD festgesetzt worden ist.
und der Freilauf diode DD verbunden ist und dessen Andererseits ist das Auslösesignal an dem Über-

Kathodenelektrode über einen Widerstand Λ ge- ».ο Spannungsdetektor OVD an den Leistungsschalter HB erdet ist. angelegt worden, um den Haltestromkreis freizugeben

Der Detektor O VD spricht auf die Spannung an (was nicht dargestellt ist). Die den Strom vermindernde dem Kondensator CF an, wenn sie eine vorher be- Vorrichtung ist dann mit der ihr eigenen Zeitverstimmte Spannung Vq übersteigt, die höher ist als zögerung offen, um den Widerstand RHB in den die Normalspannung an der Oberleitung. Ein Aus- 25 geschlossenen Schaltkreis einzufügen. Kurz darauf gangsimpuls des Detektors O VD wird an den Thyri- ist dann auch der Trennschalter LS offen, um den stör TH angelegt, um ihn durchzuschalten; ebenso Schaltkreis ganz zu unterbrechen,
wird der Ausgangsimpuls an die schnell schaltende, Der Widerstand R und der Schaltthyristor TH sind

den Strom vermindernde Vorrichtung HB als Auslöse- also nur erforderlich, um einen Strom auszuhalten, signal angelegt. 30 der für eine sehr kurze Zeitspanne durch die Schal-

Bei Nutzbremsungsbetrieb ruft die Abschaltung lung fließt, und zwar zwischen dem Zeitpunkt, an dem des Verbrauchers RL von der Oberleitung W ein An- die Spannung an dem Kondensator CF gerade den steigen der Spannung an dem Kondensator CF her- Schwellwert Vo für den Überspannungsdetektor OVD vor, wie es oben in Verbindung mit den F i g. 1 und 2 überschreitet und dem Zeitpunkt, an dem der Trennbeschrieben worden ist. Der Überspannungsdetek- 35 schalterLS geöffnet worden ist. Der Widerstands tor OVD spricht auf die Spannung an dem Konden- und der Thyristor TH können demgemäß klein, leicht sator CF an, wenn sie die erwähnte Schwellspan- und billig sein.

nung Vd überschreitet, um ihren Ausgang an den Der Überspannungsdetektor OVD kann in AbThyristor TH anzulegen, damit er durchschaltet. Damit Wandlung des Ausführungsbeispieles an irgendeinem entsteht ein geschlossener Stromkreis, der aus dem 40 beliebigen Punkt der Verbindung von der Freilauf-Anker A des Fahrmotors durch die Feldwicklung F diode DD zu dem Stromabnehmer P angeschlossen dieses Motors, die Glättungsdrossel LD, den nunmehr sein. Ferner kann auch die Serienanordnung des leitenden Thyristor TH, den Widerstand R, den Lei- Thyristors TH und des Widerstandes R in an sich stungsschalter HB, den geschlossenen TrennschalterLS bekannter Weise zwischen irgendeinem Punkt der wieder zurück zu dem Anker A führt. Unter diesen 45 Verbindung der Freilaufdiode DD zu dem Strom-Umständen läßt sich der Strom Ir, der durch den abnehmer P und Erde angeschlossen sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2

viel höheren Spannungen als der normalen Betriebs-Patentanspruch: spannung widerstehen kann. Daraus ergibt sich dann

eine geringere Wirtschaftlichkeit.

Schutzanordnung gegen unzulässigen Spannungs- Ein starkes Anwachsen der Spannung an dem anstieg in einer Nutzbremsschaltung zum Bremsen S Kondensator kann verhindert werden durch eine eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit Schutzeinrichtung der eingangs genannten Art, wie mindestens einem Gleichstrommotor, einem diesem sie aus der französischen Patentschrift 1 566 134 parallelgeschalteten und impulsweise zünd- und bereits bekannt ist. Es handelt sich bei dieser bekannlöschbaren ersten steuerbaren Ventil, einer zu dieser ten Nutzbremsschaltung um eine Anordnung, die Parallelschaltimg in Reihe geschalteten und in xo bei unzulässigem Spannungsanstieg im Netz selbst-Richtung des Nutzbremsstromes gepolten Frei- tätig in eine Widerstandsbremsung übergeht. Die Einlaufdiode, einem parallel zum Netz liegenden Sieb- richtungen für die Widerstandsbremsung müssen kondensator und einem Widerstand, der über ein dabei für die volle Bremsleistung ausgelegt sein und zweites steuerbares Ventil parallel zum ersteu sind dementsprechend schwer und aufwendig,
steuerbaren Ventil durch eine Steuereinrichtung 15 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in schaltbar ist, die aus einem Spannungsdetektor ihrer Schutzfunktion mindestens ebenso wirkungsvolle zur Erfassung einer Spannung auf der Seite des Schutzanordnung gegen unzulässigen Spannungs-Siebkondensators und zur Erzeugung eines Steuer- anstieg in einer Nutzbremsschaltung für Fahrzeuge signals bei Überschreiten eines vorbestimmten mit Gleichstrommotoren zu schaffen, die durch Ver-Spannungswertes besteht, d a d u r c h g e k e η η - no zieht auf eine betriebsmäßige Widerstandsbremsung zeichnet, daß ein unmittelbar in Reihe mit weniger aufwendig ist.

dem Gleichstrommotor (A, F) liegender Leistungs- Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Schutzschalter (HB) gleichzeitig mit dem zweiten Steuer- anordnung der eingangs beschriebenen Art, erfindungsbaren Ventil (TH) in der Weise ansteuerbar ist, gemäß dadurch gelöst, daß ein unmittelbar in Reihe daß einer Einschaltung des Widerstandes (R) un- 25 mit dem Gleichstrommotor liegender Leistungsschalter mittelbar die Abschaltung des Gleichstrommotors gleichzeitig mit dem zweiten steuerbaren Ventil in (A, F) folgt und daß der Widerstand (R) und das der Weise ansteuerbar ist, daß einer Einschaltung z-weite steuerbare Ventil (TH) dementsprechend des Widerstandes unmittelbar die Abschaltung des nur für Kurzzeiteinschältung bemessen sind. Gleichstrommotors folgt und daß der Widerstand

30 und das zweite steuerbare Ventil dementsprechend nur für Kurzzeiteinschaltung bemessen sind.

Die erfindungsgemäße Schutzanordnung hat den

Vorteil, daß sowohl der Widerstand als auch das steuerbare Ventil lediglich während eines sehr kurzen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzanord- 35 Zeitintervalls einem fließenden Überstrom standhalten nung gegen unzulässigen Spannungsanstieg in einer müssen, ehe der Leistungsschalter offen ist. Infolge Nutzbremsschaltung zum Bremsen eines elektrisch dieses kurzen Zeitintervalls eines Überstromflusses angetriebenen Fahrzeugs mit mindestens einem Gleich- durch Widerstand und steuerbares Ventil brauchen strommotor, einem diesem parallelgeschalteten und diese daher in bezug auf ihre Strombelastbarkeit impulsweise zünd- und löschbareii ersten steuerbaren 40 nicht für den vollen Überstrom in länger andauerndem Ventil, einer zu dieser Parallelschaltung in Reihe ge- Betrieb ausgelegt zu werden, obwohl sie hinsichtlich schalteten und in Richtung des Nutzbremsstromes ihrer Schutzwirkung unverändert schnell und zugepolten Freilaufdiode, einem parallel zum Netz verlässig arbeiten müssen. Die gesamte Schutzanordliegenden Siebkondensator und einem Widerstand, nung nach der Erfindung kann daher gegenüber den der über ein zweites steuerbares Ventil parallel zum 45 bekannten Anordnungen klein in den Abmessungen ersten steuerbaren Ventil durch eine Steuereinrichtung und leicht im Gewicht hergestellt werden,
schaltbar ist, die aus einem Spannungsdetektor zur An Hand der Zeichnung wird ein Ausführungs-Erfassung einer Spannung auf der Seite des Sieb- beispiel der Erfindung beschrieben. Es zeigt
kondensators und zur Erzeugung eines Steuersignals F i g. 1 eine Schaltungsanordnung eines bekannbei Überschreiten eines vorbestimmten Spannungs- 50 ten Schaltkreises zur Steuerung eines Fahrmotors wertes besteht. für ein Fahrzeug mit Gleichstrommotor, das eine Wenn ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug gleich- Gleichstromzerhackervorrichtung enthält und im Nutzmäßig im Nutzbremsbetrieb durch Ein- und Aus- bremsbetrieb arbeitet,

schalten einer Gleichstromzerhackervorrichtung mit F i g. 2 eine graphische Darstellung des Stromeiner geeigneten Periode arbeitet, wird ein Strom durch 55 und Spannungsverlaufes bei plötzlicher Abnahme die zugehörige Oberleitung an einen Verbraucher einer an den Schaltkreis gemäß F i g. 1 angeschlossegeliefert, der mit der Leitung verbunden ist, um die nen Belastung,

zurückgewonnene Energie aufzunehmen. Wenn dieser F i g. 3 ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung

Verbraucher von der Oberleitung abgeschaltet wird, für eine Nutzbremsung gemäß der Erfindung,

wird der Strom plötzlich unterbrochen, während die Go In F i g. 1 ist eine Schaltungsanordnung darge-

Zerhackervorrichtung diesem schnellen Stromwechsel stellt, die einen Gleichstromreihenschlußmotor mit

nicht folgen kann und weiterhin ihre Regelfunktion einem Anker A und einer Feldwicklung F, eine Glät-

durchführt. Der Strom fließt dann in einen Konden- tungsdrossel LD, eine Freilaufdiode DD in Form

sator, der mit der Zerhackervorrichtung gekoppelt einer Halbleiterdiode, eine Siebspule LF und einen

ist, wodurch die Spannung an dem Kondensator 65 Stromabnehmer P enthält, wobei die einzelnen EIe-

stark ansteigt. Dies führt dann zu der Notwendigkeit, mente in der genannten Reihenfolge in Serie liegen,

die elektrische Ausrüstungeinschließlich der Zerhacker- Während im allgemeinen ein Fahrzeug mit Elektro-

vorrichtung in dem Fahrzeug so auszulegen, daß sie motor durch mehrere Fahrmotoren angetrieben wird,