DE2035495A1

DE2035495A1 - Schaltungsanordnung zur Steuerung der Spannung von Fahrmotoren elektrischer Trieb fahrzeuge

Info

Publication number: DE2035495A1
Application number: DE19702035495
Authority: DE
Inventors: Gunter Dipl Ing 4000 Dussel dorf Benrath Eckermann
Original assignee: Kiepe Bahn Elektrik GmbH
Current assignee: Kiepe Bahn Elektrik GmbH
Priority date: 1970-07-17
Filing date: 1970-07-17
Publication date: 1972-01-20

Description

Schaltungsanordnung zur Steuerung der SDannung von Fahrmotoren elektrischer Triebfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Steuerung der Spannung von zwei bzw. mehreren aus einer Gleichstromquelle, beispielsweise aus einem Fahrleitungsnetz gespeisten Fahrmotoren elektrischer Triebfahrzeuge mittels gesteuerter Halbleiterbauelemente.
Es ist bekannt, elektrische Rotoren mittels steuerbarer Gleichrichter anzulassen und zu regeln. Auf diese Weise lässt sich eine praktisch verlustfrei und stufenlos arbeitende Anfahrsteuerung erzielen. Im Stromkreis eines jeden Motors liegt ein Hauptthyristor, der durch Gate-Impulse gezündet wird und dem in sich bekannter Weise eine Kommutierungs- bzw. Löscheinrichtung zugeordnet ist. Diese Kommutierungseinrichtung besteht in bekannter Weise aus der Reihenschaltung eines Löschtyristors und eines I.cischkondensators, welche dem Hauptthyristor parallel geschaltet ist, wobei die Aufladung des Löschkondensators über einen parallel zum Löschthyristor liegenden und nur in einer Richtung leitenden Stromkreis erfolgt, in den eine Induktivität geschaltet iswt. Diese bildet zusammen mit dem Löschkondensator einem Schwingkreis. Zur möglichst wirtschaftlichen Ausnutzung der als Reibenschlussmotoren ausgebildetebn Fahrmotoren ist es im Bahnbetrich bekannt, diese im oberen Geschwindigkeitsbereich mit Feldschwänchung zu fahren und zu diesem Zweck der Motorfeldwicklung einen Widerstand parallel zu schalten, mit we'chem bei Vorhandsein von Anzapfungen an diesem mehrere Feldschwächungsgrade erzielbar sind. Wündschendswert ist hier die Fortlassen des mechanisch gesteuerten Feldschwächungsschalters und stattdessen die Anwendung einer den Feldschwächungsgrad stufenlos steuernden Thyristorschaltung. Bekanntlich wird der aus Motorfeldwicklung und Motoranker bestehende Stromkreis durch eine Freilaufdiode beschaltet, welche nur in den stromlosen Pausen den Motorstrom führt. Die sich hierbei ergebende Welligkeit bzw. der Mittelwert des Motorstroms hängt von der Induktivität des Motors ab, wobei diese Induktivität im wesentlichen nur durch den Magnetkreis der Motorfeldwicklung bestimmt ist. Auf jeden Fall ist es immer wünschenswert, wenn die induktivität des Motors einen Grenzwert nicht unterschreitet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, vorhandene Fahrmotoren mit kleiner Feldinduktivität ohne Hinzunahme von zusätzlichen Wlättungsmitteln anwenden zu können. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, nach voller bzw. 1 00-%iger Durchsteuerung der Hauptthyristoren eine kontinuierliche elektronische Feldschwächung zu erzielen und die Kommutierungsgruppe unabhängig von den Hauptthyristoren arbeiten zu lassen, wobei die Hauptthyristoren mit versetzter Impulsschaltung betrieben werden soller.
Diese Aufgabe wird bei eiber Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass die Induktivität der Motorfeldwicklungen für den Schwinfdigkreis der Kommutierungsgruppe herangezogen wird und die Anzahl der Schwingungen im Schwingkreis unabhängig von den Motorankreisen geändert werden kann. Nach der weiteren Erfindung kann den Fahrmotoren eine gemeinsame Kommutierungsgruppe und jedem Fahrmotor ein getrennter Löschthyristor zvgeordnet werden. Erfidnungsgemäss werden die Löschthyristoren wechselweise gezündet und nach jedem Zündvorgang eines der Löschthyristoren immer der Unschwingkreis mittels eines besonderen Thyristors gezündet, oder es wird einander abwechselnd nach jedem Zündvorgang des in dem einen Motorstromkreis liegenden Löschthyristors immer der Umladethyristor des anderen Motorfeldstomkreises gezündet. Man kann auch erreichen, dass bei wechselweiser Zündung der Löschthyristoren die Zündung des Umladethyristors der einen Kommutierungsgruppe gleichzeitig mit der Zündung des Löschthyristors des anderen Motorfeldstromkreises erfolgt. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind parallel zu den Motorfeldwicklungen Thyristoren oder stattdessen Schaltshütze geshaltet, welche zur Feldschwächung dienen und nach erfolgter Durchsteuerung der Haupt thyristoren geschaltet werden. Ein weiterer Vorschlag der Erfindll.ng besteht darin, an die Speisespannung zweck Glättung derselben einen besonderen Glättungsekondensator zu legen, welcher so bemessen werden kann, dass dieser so viel Energie an die Fahrmotoren liefert, dass der im Moment der Zündung der Hauptthyristoren durch die Leitungsinduktivität der Fahrleitung verursachte Spannungseinbruch komsensiert wird, wobei die Kapazität dieses an die Speisespannung geschalteten Kondensators ein Mehrfaches der Kapazität des einen Bestandteil der Kommutierungsgruppe bildenden Kondensators begrträgt.
Die Erfindung wird nachstehend als Ausführungsbeispiel für zwei Fahrmotoren anhand der Fig. 1, 2 und 3 erläutert, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind.
Es zeigen Fig. 1 eine Anordnung mit einer gemeinsamen Kommutierungsgruppe, Fig, 2 eine Anordnung mit getrennten Kommutierungsgruppen, Fig. 3 ein Diagramm, welches den zeitlichen Ablauf der auf die einzelnen Thyristoren gegebenen Zündimpulse zeigt.
Den als Reihenschlussmotoren ausgebildeten Fahrm;otoren mit ihren Motorfeldwicklungen F1, F2 und Motorankern A1, A2 sind die im Impulsbetrieb gesteuerten Hauptthyristoren n1, n2 machgeschaltet, welche nach 100-%iger Durchsteuerung in bekannter Weise durch in der Schaltung nicht dargestellte Schal.tschütze überbrückt werden. Mit n4, n5 sind zwei Thyristoren bezeichnet, weiche parallel zu den Motorfeldwicklungen geschaltet sind und zur Feldschwächung dienen, wobei diese beiden Thyristoren die Funktion von Schaltern ausüben, d.h. sie können nur ein- und ausgeschaltet werden. Statt dieser Thyristoren können wahlweise Schaltschütze al, a2 (gestrichelt dargestellt) angewendet werden. Die beiden Dioden n8, n9 denen zur Ankopplung der Feldschwächungsschalter n4, n5 bzw. al, a2 an die Motorfeldwicklungen F1, F2. Mit k4, k5 (gestrichelt dargestellt) sind zusätzliche Induktivitäten bezeichnet, welche zur Vergrösserung der Indu.ktivitäten der Motoranker herangezogen werden können, falls dieses erforderlich sein sollte. Somit bestehen zwei Hauptstromkreise, welche von dem aus der Fahrleitung (+) kommenden Strom in der Reihenfolge Pl, n8, Al,- nl bzw. F2, n9, A2, n2 durchflossen werden. nlO, nil sind Freilaufdioden, welche in an sich bekannter Weise den Stromfluss in den Fahrmotoren-während der Sperrtzei.ten der Hauptthyristoren aufrecht erhalten. Mit k2 ist ein an die-Fahrleitung geschalteter Glättungskondensator bezeichnet.
Dieser -kann bei entsprechender Bemessung so viel Energie speichern, dass der im moment des Zündens der Hauptthyristoren durch die FahrleitunosinduS-tivität verursachte Spannungseinbruch kompensiert wird. n12, n13 sind weitere Dioden, welche parallel zu den Motorankern liegen.
Die gemeinsame Kommutierungsgruppe für die beiden Fahrmotoren besteht nach Fig. 1 aus den beiden Löschthyristoren n6, n7, von denen n6 dem Motor Al, Pl und n7 dem Motor A2, F2 zugeordnet ist, der Parallelschaltung einer Drossel k3 und einem Hochohwiderstand r und einem damit in Reihe liegenden Umladekondensator kl, wobei parallel zu dieser Anordnung k3, r, kl ein Umladethyristor n3 geschaltet ist. Diese Geräte k3, r k1, n3 bilden den Umschwingkreis der gemeinsamen Kommutierungsgruppe.
fach Fig. 2 werden getrennte Kommutierungsgruppen angewendet, deren Einzelteile denen der Fig. 1 entsprechen. -Die beiden Umladethyristoren sind hier mit n3, n31 bezeichnet. Während nach Fig. 1 mit der gemeinsamen Kommutierungsgruppe der Umladethyristor n3 in Parallelschaltung zu der Reihenschaltung von k3, r und kl liegt, sind nach'Fig. 2 die Umladethyrist-oren n3,- .n31 in Reihe mit k3, r geschaltet, wobei parallel zu dieser Anordnung ;jeweils ein Umladekondensator kl liegt, Nach der Erfindung werden die Löschthyristoren n6, n7 abwechselnd geschaltet, und demgemäss arbeiten die hauptthyristoren nl, n2 mi.t versetzter Impulsschaltung, deren zeitlicher Ablauf im Diagramm der Fig. 3 dargestellt ist Die läöschthyristoren n6, n7 werden -reweils wechselWeise gezündet. Nach jedem Zündimpuls auf einen der Löschthyristoren erfolgt: immer mit zeitlicher Staffelung ein Zündimpuls auf den Umladethyristor n3, sofern es sich um eine Schaltung nach Fig, 1 handelt.
Sofern es sich um eine Schaltung nach FiS. 2 mit zwei getrennten Kommutierungsgruppen handelt, denen je ein Umladethyristor n3 bzw. n31 zugeordnet ist, werden die Umladethyristoren n3, 31 wechselweise gezündet, In Zusammenhang mit den Löschthyristoren erfolgen die Zündimpulse in folgender Reihenfolge: Zündimpuls auf Löschthyristor n6 Zündimpuls auf Umladethyristor n3' Zundimpuls auf Löschthyristor n7 Zündimpuls auf Umladethyristor 31 Zündimpuls wieder auf Löschthyristor n6, womit sich das Spiel wiederholt.
der es kann bei wechselweiser Zündung der Löschthyristoren die Zündung des Umladethyristors der einen Kommutierungsgruppe gleichzeitig mit der Zündung des Löschthyristors ir anderen Kommutierungsgruppe erfolgen.
Zu hiervon unabhängigen Zeitpunkten werden wechselweise die Hauptthyristoren nl, n2 gezündet (durch die Pfeile dargestellt), während die Löschung deselben zum Zeitpunkt des Zündens der Löschthyristoren n6, n7 erfolgt.
Beim Einschalten der Impulssteuerung sind die Feldschwächungsschalter n4, n5 bzw. a1, a2 unterbrochen. Die Hauptrhyristoren n1, n2 mit den diesen zugeordneten Löschthyristoren n6, n7 und Umladethyristor n3 bzw. n3, n31 arbeiten in dem sus Fig. 3 ersichtlichen Schaltakt. Nach Zünden des Hauptthyristors n1 fliesst ein Motorstrom über F1, n8, Al , nl und nach Zünden des Hauptthyristors n2 ein lotorstrom über F2, n9, A2 und n2.
In den Impulspausen von n1, n2 fliesst die in den Fahrmotoren gespeicherte Enegie weiter in den Freilaufkreisen F1, n8, A1 n10 und F2, n9, A2, n11.
dienen d beiden Fahrmotoren nach 100-%iger Durchsteuerung der Hauptthyristoren n1, n2, die durch Schaltschütze überdrückt werden können, mit Feldschwächung betrieben werden sollen, werden die Feldschwächungsschalter n4, n5 bzw. a1, a2 geschlossen und die löschthyristoren n6, n7 mit dem Umladethyristoren n3 bzw. n3, n31 nach dem vorstehend anhand der Fig. 3 beschriebenen Schaltakt immer wechselweise gezündet. Es fliesst ein Motorstrom über n4 (a1), Motoranker A1, Hauptthyristor n1 bzw. n5 (a2), Motoranker A2, Haupttyristor n2. Andererseits fliesst ein Kommutierungsstrom wechselweise im Schwingkreis der einen bzw. der beiden Kommutierungsgruppen, in welchen die Motorfeldwicklungen mit ihrer Induktivität nach einem Vorschlac der Erfindung mit einbezogen sir,d. Durch Änderung der Frequenz der Zündimpulse der einen 3estandteil der Kommutierungsgruppe bildenden Löschthyristoren n6, n7 in Wechselwirkung mit den diesen zugeordneten Umladethyristoren 3 bzw. n3, n31 können die Ströme in den Notorfeldwicklungen kontinuierlich verändert werden, was eine stufenlos veränderbare Feldschwächung ergibt.
Statt der in der Zeichnung dargestellten Vollspannungs-Fahrmotoren, können jn an sich bekannter Weise auch Halbspannungsfahrmotqren angewendet werden, wodurch sich am prinzipiellen Aufbau der Schaltungsanordnung nichts ändert.

Claims

Patentansprüche

.1. Schaltungsanordnung zur Steuerung von zwei bzw. mehreren aus einer Gleichstromquelle, beispielsweise aus einem Fahrleitungsnetz, gespeisten Fahrmotoren elektrischer Triebfahrzeuge mittels gesteuerter Halbleiterbauelemente, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivität der Motorf eidwicklungen (F1, F2) für den Schwingkreis der Kommutierungsgruppen herangezogen wird und die Anzahl der Schwingungen im Schwingkreis unabhängig von den Motorankerkreisen (Al, nl und A2, n2) geändert werden kann.
2. Schaltungsanordnung nach aspruch 1, dadurch gekennzeichnet, -dass den Fahrmotoren (Al, F1 und A2, F2) eine gemeinsame Kommutierungsgruppe (n3, n5, n7, k1, k3; r) zugeordnet werden kann.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Fahrmotor (Al, F1 und A2, F2) ein getrennnter Löschthyristor (n6, n7) zugeordnet ist-.
4. Schaltungsanspruch nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Löschthyristoren (n6,- n7) wechselweise gezündet werden.
5 . Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach jedem Zündvorgang eines der Löschthyristoren (n6, n7) immer der Umschwingkreis mittels eines Thyristors (n3) gezündet wird, oder dass einander abwechselnd nach jedem Zündvorgang des in dem einen Motorfeldstromkreis (F1 oder F2) liegenden Löschthyristors (n6 oder n7) immer der Umladethyristor (n31 oder n3) des anderen Motorfeldstromkreises gezündet wird.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Löschthyristoren (n6, n7) wechselweise gezündet werden und dass die Zündung des Umladethyristors (n3) der einen Kommutierungsgruppe gleichzeitig mit der Zündung des Löschthyristors (n7) des anderen Reldstromkreises erfolgt bzw. die Zuordnung (n6, n31) besteht.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu den Motorfedwicklungen- F1, die zur Feldschwächung dienenden Thyristoren (n4, n5) oder Schaltschütze (al, a2) geschaltet sind.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Glättung der Speisespannung ein Kondensator (k2) vorgesehen ist, welcher so bemessen werden kann, dass dieser soviel Energie in die Fahrmötoren liefert, dass der im Moment des Zündens der Hauptthyristoren (nl, n2) durch die Keitungsinduktivität der Fahrleitung verursachte Spannungseinbruch kompensiert wird.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität des Kondensators (k2) ein Mehrfaches der Kapazität des Kondensators (kl) beträgt, L e e r s e i t e