DE2057440A1 - Elektrische Fahr- und Bremseinrichtung mit Nutz- und Widerstandsbremsbetrieb - Google Patents

Description

Elektrische Fahr- und Bremseinrichtung mit Hutz- und Widerstandsbremsbetrieb

(Die Priorität der entsprechenden US-Anmeldung Serial 879,543 vom 24.11.1969 wird in Anspruch genommen)

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Pahr- und. Bremseinrichtung mit Nütz- und Widerstandgbremsbetyieb, ittabesondere für elektrische Triebfahrzeuge, bei der zumindest ein mit einer mechanischen last gekuppelter Fahrmotor über eine erste und über eine zweite leitungsverbindung mit zumindest einer ersten und einer zweiten Leistungezuführung eine» Energiesystems verbindbar ist.

In Antriebeeinrichtungen, in denen Motoren mit einer oftmals abzubremsenden mechanischen Last gekuppelt sind, beispielsweise im elektrischen Bahnbetrieb oder bei einem Aufzugsysteig, werden die Motoren zur Leistung von Bremsarbeit herangezogen» indem aan sie als Generatoren arbeiten läßt. Die hierbei erzeugte elektrische Leistung kann entweder in das Energiesystem, z.B. das Hetz zurückgeliefert oder in Widerständen vernichtet bzw. in Wärme umgesetzt werden.

Die elektrische Nutzbremsung bietet bei Nahverkehrs-Triebfahrzeugen und dortu-selbst insbesondere bei Untergrundbahnen erhebliche Vorteile, da sie Energiekosten einzusparen erlaubt und in U-Bahnschächten einen starken Wärmeanfall aufgrund häufiger Widerstandsbremsung verhindert,

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Beim Nutzbremsbetrieb kann es nun vorkommenj daß die Bremsenergie gar nicht oder nur teilweise an das Energiesystemι als Nutζenergie zurückspeisbar ist. Das kann beispielsweise durch ein sogenanntes Bügelspringen am Triebfahrzeug oder dadurch' hervorgerufen sein, daß im Energiesystem die gerade anfahrenden bzw. mit Motorkraft fahrenden Triebfahrzeuge nicht die gesamte angebotene Nutzbremsenergie aufnehmen können und beispielsweise.^ aufgrund, der besonderen Ausbildung der Unterstation eine Stick-, _T< speisung ine Netz nicht möglich ist. Die Folge davon sind möglicherweise Schäden an der Nut»bremseinrichtung aufgrund von Überspannungen sowie der Ausfall der Bremsung, wenn nicht schnellstens auf einen anderen Bremsbetrieb umgeschaltet werden kann,

Ba ist daher Aufgabe der Erfindung, bei einer elektrischen Fahr- und Bremseinrichtung der eingangs genannten Art im Brems* bttriib alt einfachen Mitteln eine siohere Bremsung zu erreichen» bei der die Energiekosten des Energiesysteme so gering wie möglich gehalten werden können derart, daß vorrangig im Nutzbyemsbetrieb gearbeitet wird, aber zur Sicherstellung einer geforderten Bremsung der Widerstandsbremsbetrieb schnellstens hinzugezogen werden kann, jedoch nur solange und in einem solchen Maße* daß jederzeit der mögliche Höohatwert der anfallenden Bremsenergie in das Energiesystem als Nutaenergie zurückgeführt wird.

Di* lösung der gestellten Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch möglich, daß im Bremsbetrieb eine zumindest aus der Ankerwicklung und der Feldwicklung des Fahrmotors bestehende erste Reihenschaltung, zumindest ein mittels einer Steuereinrichtung in bestimmtem Verhältnis von Einschalt ze i,t zu Aus schalt ze it steuerbarer erster Sohalter sowie eine zumindest aus einem in bestimmtem Verhältnis von linsohaltzeit zu Aussohaltsftlt steuerbaren zweiten Schalter und einem Bremswiderstand bestehende

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zweite Reihenschaltung jeweils mit ihrem einen Ende an die zweite Leitungsverbindung und ihrem anderen Ende an die erste Leitungsverbindung angeschlossen und die erste Leitungsverbindung über ein einen Strom in Motorrichtung sperrendes Stromrichterelement mit der ersten Leistungszuführung und die zweite Leitungsverbindung mit der zweiten Leistungszuführung des Energiesystems verbunden sind, wobei der zweite steuerbare Schalter in EinschaItabhängigkeit steht vom Erreichen einer bestimmten Kontrollgröße für die-jeweilige Leistungsaufnahmefähigkeit des Energiesystems und vom AusschaItzustand des ersten steuerbaren Schalters. In vorteilhafter Weise sind als erster Schalter ein zumindest in seinem Hauptstrompfad mit einem Thyristor bestückter Gleichstromsteller und als zweiter Schalter ein Thyristor vorgesehen und beide Schalter in eingeschaltetem Zustand von einem Bremestrom nur in einer, in beiden Schaltern gleichen Stromrichtung durchflossen»

Damit kann man sich also den wechselnden Lastbedingungen im Energiesystem, im Netz und auf der Strecke beliebig anpassen und kann fortwährend prüfen, ob das Energiesystem für eine Nutzbremsenergie noch aufnahmefähig ist. Kann das Energiesystem diese Energie nicht mehr aufnehmen, wird sofort auf einen gemischten elektrischen Widerstands- und Nutzbremsbetrieb umgeschaltet. Der Widerstandsbremsbetrieb bleibt jedoch nicht in allen Fällen bis zur Beendigung eines jeweiligen Bremevorganges eingeschalteti vielmehr wird, sobald sich aufgrund der fortwährenden Prüfung der Aufnahmefähigkeit des Energiesysteme alebald aufHutzbremsbetrieb zurückgeschaltet, wenn daß Energiesystem wieder aufnahmefähig i st« Bei der gemischten Nute- und Widerstandsbremsung bleibt also die elektrische Bremse voll wirksam« auch wenn keine Energierücklieferung möglich iet* und es wlid gleichseitig erreicht, daß der mögliche Höchstwert der anfallenden Energie in das Energiesystem zurückgeführt wird..'Dabei wird darüber hinaus für den als zweiter Schalter verwendeten/ Thyristor keine gesonderte Löscheinrichtung benötigt.

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Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Sägezahngenerator zur Abgabe einer Sägezahnsollwertfunktion während der Sperrzeiten des ersten Schalters vorgesehen ist und daß die Sperrdauer des zweiten Schalters in Abhängigkeit steht von der Größe der Regelabweichung zwischen dem jeweiligen einem bestimmten Zeitpunkt der Sperrdauer zugeordneten Wert der Sägezahnfunktion und der Differenz zwischen einem der jeweiligen Spannung zwischen den LeistungsZuführungen des Energiesystems entsprechenden Istwert und einem einer vorgegebenen Spannung entsprechenden Sollwert.

Ausführungsbeispiele und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1, 2,3 bekannte elektrische Bremsschaltungen,

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Fahr- und Bremseinrichtung auf einem elektrischen Triebfahrzeug,

Fig. 5 eine Steuerschaltung zur Steuerung des gemäß Fig verwendeten choppers (Gleichstromstellers)»

Fig. 6 den zeitlichen Funktlonsverlauf verschiedener, jedoch voneinander abhängiger Betriebsgrößen.

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Fig. 1 zeigt eine übliche Widerstandsbremsschaltung mit über mechanische Schalter schaltbaren Bremswiderständen; gemäß Mg. 2 ist der Bremswiderstandswert mittels eines Choppers (Gleichstromsteller mit Thyristoren) einstellbar. Pig. 3 gibt eine bekannte Nutzbremsschaltung wieder, bei der die ebenfalls über einen Chopper gesteuerte Bremsleistung des als Generator arbeitenden Motors zur Ladung der im Motorbetrieb als Energiequelle verwendeten Batterie dient. Während der Ausschaltzeiten des Choppers wird dabei aufgrund der Wirkung der während der Einschaltzeiten des Choppers von einem starken Breasstrom durchflossenen Induktivität ein Stromfluß zur Batterie erzwungen.

Pig. 4 zeigt eine Motorantriebseinrichtung 10 eines Triebfahrzeuges 11, das über eine Oberleitung 12 und eine Schiene 14 epeisbar ist, wobei statt der Oberleitung 12 beispielsweise auch eine zweite Stromschiene verwendet werden kann. Die Stromabnahme von der Oberleitung 12 und der Stromschiene 14 erfolgt über Stromabnehmer 16 und 18 am Triebfahrzeug 11. Die Gleichspannungs-Speiseleitungen 20 bzw. 22 einer Unterstation 24 führen zu der Oberleitung 12 bzw. der Schiene 14.

Die Motoranfcriebseinrichtung 10 enthält einen choppergesteuerten Motors teuerkreis 26, der entweder im Fahr- oder Bremsbetrieb arbeitet und einen Bremssfceuerkreis 27 zur Steuerung des Motorkreises, sobald, der Motor als Brerasgenerator arbeitet, um eine bestimmte Aufteilung zwischen Nubabremo- und Widerstandsbremsbetrlftb in Abhängigkeit von der J-mw^LIigen-Aufnahmefähigkeit des Energiesystems (Op^LBenyntamn) zu orr^l

Der Mo tor β teuer kreis 26 enthält oiuh Aiiv.nhl. /on «»shaLfcungaelementen und LeLturigtrverbindungeu, die uite.r iimiud-sr Ub»>r -ΙΙ,οίϊο Schaltungselementeverbindbar sind, um-Qnfcwvter ο Ins Bresin«· oder fahrochaltung aufzubauen. Die Sohaitungaeliimoiifc*» eufchalfcön dJa Schalter T1, T2 und i'3, die im folgenden allgemein nur mit ¹C bezeichnet werden, und Schalter Bt, B2 und JH, die im folgenden mit B bezeichnet sind. Die nähere Erläuterung geht davon aus» daß bei Fährbetrieb die Schalter T geschlossen und die Schalter B

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geöffnet, dagegen im Bremsbetrieb die Schalter B geschlossen und die Schalter T geöffnet sind.

Als weitere Bauteile enthält der Motorsteuerkreis 26 den Motor M₁ einen Chopper 30, eine Steuereinrichtung 32 für den Chopper 30, eine nur in einer Stromrichtung leitende Verbindung 34, einen Widerstand 36, eine Induktivität L1, Widerstandsbremskreiselemente 38 und 4-0, Leitungsverbindungen 42 und 44, ein elektrisches Speicherelement 46 und Leistungszuführungen 28 und 29· Der Motor M, der hier als Gleichstrommotor in Serienschaltung angenommen ist, enthält eine Ankerwicklung A und eine Feldwicklung F. Das Element 38 zur Vernichtung von Bremsenergie ist hier beispiels- W weise als ein Verbraucherwiderstand angenommen. Als Element 40 dient ein Thyristor. An die Stelle des elektrischen Speicherelementes 46 kann jede beliebige Gleichstromspeichereinrichtung, beispielsweise eine Batterie bzw. ein Kondensator treten. Der Motor M ist über eine mechanische Kupplung 47 mit zumindest einem Antriebsrad 48 des Triebfahrzeuges 11 der Motorantriebseinrichtung 10 verbunden.

Bei geschlossenen Schaltern T und geöffneten Schaltern B ist der Motorsteuerkreis 26 auf Fahrbetrieb geschaltet und wie folgt aufgebaut: Stromabnehmer 16, Leistungszuführung 28, Schalter T1, Induktivität L1, Ankerwicklung A, Schalter T3, FeId- ^ wicklung F, Schalter T2, Chopper (Gleichstromsteller) 30, Leitungsverbindung 44, Leistungszuführung 29» Stromabnehmer 18. Die nur in einer Stromrichtung leitende Verbindung 34 besteht gemäß b'Lg. 2 aus einer Diode, die ala Fre Llaufdiode aber die Schalter T1 und T2 an den Ankerwicklungakreia anschaltbar Lat, Dar Kondensator 46 ist im Anschlußpunkt 49 an die Leitungsverbindung \2 einerseits äiowie an 'lie Leitungsverbindung 44 andnrerfiei ts angeschlossen und liegt somit an den motorsei ti. gen Knden <lor LelntungfizufUhrungen 28 und 29. A.uf diese Art und Wai.se sind im Fährbetrieb dia Ankerwicklung und der Shopper 50 in Serie alt den Stromachienen 12 und 14 geschaltet, wobei der Chopper 30 in Abhängigkeit seiner Steuereinrichtung 32 die den Motoren zugeführte Leistung steuert.

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Sind gemäß Fig. 4 die Schalter T geöffnet, dagegen die Schalter B geschlossen, arbeitet der Motorkreis 26 im Bremsbetrieb. Im Bremsbetrieb bestehen folgende Stromkreise: Ein Ankerwicklungskreis 50 verläuft über"die Leitungsverbindungen 42 und 44 und über die Reihenschaltung des Widerstandes 36, des Schalters B1, der Induktivität L1, der Ankerwicklung A, des Schalters B2, der Feldwicklung F und des Schalters B3. Zwischen den Leitungsverbindungen 42 und 44 liegt weiterhin ein Stromkreis 52, der den Hauptstrompfad des Choppers 30 enthält. Weiterhin liegt zwischen den Leitungsverbindungen 42 und 44 ein Widerstandsbremskreis 54, der die Reihenschaltung des .Schalters B4, des Widerstands 38 und eines Schalters 40 enthält. Auf diese Art und Weise sind die Stromkreise 50, 52 und 54 zueinander parallel an die Leitungsverbindungen 42 und 44 angeschlossen, derart, daß sie über diese untereinander verbindbar sind. Der Bremsschaltungsaufbau enthält weiterhin die Diode 34, über die die Leitungsverbindung 42 mit der Leistungszuführung 28 verbunden ist. Ein weiterer Stromkreis 56, der den Kondensator 46 enthält, ist an die motorseitigen Enden der Leistungszuführung 28 und 29 angeschlossen. Die Leitungsverbindung 44 liegt an dem motorseitigeii Ende der Leistungszuführung 29.

Der Widerstandsbremskreis ist eingeschaltet, sobald der Thyristor durch den Bremssteuerkreis 27 - wie im folgenden näher beschrieben - einen Einschaltbefehl erhält. Ist der Thyristor 40 ausgeschaltet (Thyristor 40 sperrt), so wird im Nutzbremsbetrieb gearbeitet, derart, daß die durch die Fahrmotoren erzeugte Leistung in die Leistungszuführungen 28 und 29 zurückgespeist wird. Die Leistungezuführungen 28 und 29 sind Bestandteil eines Energiesystems 57, zu dem darüberhinaus der Kondensator 46, die Stromschienen 12 und 14 (bzw. Stromschiene 14 und Oberleitung 12) sowie weitere Lasten und Leistungsspeiseeinrichtungen zählen, dienit den Stromschienen in Verbindung stehen.

Im Bremsbetrieb arbeitet der Motor M als Generator, der durch die Räder 48 angetrieben wird, wobei der erzeugte Strom hauptsächlich über den Widerstandsbremskreis 54 oder, falls dieser nicht arbeitet,

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in das Energiesystem 57 fließt. Im Bremsbetrieb arbeiten die • Kreise 54 und 57 als Leistungsverbraucherkreise. Die eigentliche Bremsleistung selbst wird einmal durch den Motorstrom und zum anderen durch die entweder im Widerstandsbremskreis 54 oder im· Energiesystem 57 aufgenommene Leistung bestimmt.

Da der Chopper 30 an die Leistungsverbraucherkreise 54 und 57 angeschlossen ist, sind diese Kreise für den in den Fahrmotoren erzeugten Generatorbremsstrom kurzgeschlossen, solange der Chopper 30 eingeschaltet, d.h. leitend ist, während sie bei gesperrtem Chopper (geöffneter Schalter) einen Generatorbremsstrom ' aufnehmen können. Der Durchschnittswert des Bremsstromes und damit der Bremsleistung wird somit durch das Verhältnis der Durchlaßzeiten zu den Sperrzeiten des Choppers 30 bestimmt, dessen Sperr- bzw. Durchlaßzeiten steuerbar sind.

Der im vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendete Chopper 30 enthält einen Thyristor 64 sowie zwei Anschlüsse 60 und 62, zwischen denen im gezündeten Zustand (Schalter geschlossen) der Hauptlaststrom fließt. Ein Kommutatorkreis 66 liegt am Kathoden-Anoden-Pfad des Thyristors 64, um in Abhängigkeit von einem an den Chopper gegebenen Sperrsignal den Thyristor zu sperren. Der Kommutatorkreis 66 selbst enthält Thyristoren 68 und 70, einen fc Kondensator 72 und eine Induktivität 74. Eine Induktivität 76 liegt in Reihe mit der Kathode des Thyristors 68. Der Chopper enthält gesonderte Zuleitungen 78 und 80 zur Vorgabe der Sperr- und Zündbefehle, wobei die Verbindung 78 zu den Steuerelektroden des Thyristors 64 und 70 über einen Impulstransformator 82 und die Verbindung 80 zu der Steuerelektrode des Thyristors 68 über öinen Impulstransformator 84 geführt sind. Zur gegenseitigen Isolation sind die Steuerelektroden des Thyristors 64 und 68 über getrennte Sekundärwicklungen des Transformators 82 gespeist. Es sei darauf hingewiesen, daß die Steuerkreise der Thyristoren hier vereinfacht und ohne nähere Schutzschaltnng dargestellt sind. In gleicher Weise sind die Transformatoren 82 und 84 mit ihren Anschlüssen und die im folgenden näher beschriebenen Stromkreise

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zur Abgabe der Zünd- und Sperrbefehle an den Chopper 30 nur verallgemeinert symbolisch dargestellt.

Zur näheren Betrachtung der Arbeitsweise des Choppers 30 sei davon ausgegangen, daß der Stromkreis, an den die Chppperanschlüsse 60 und 62 angeschlossen sind, stromdurchflossen ist. Um den Chopper in Gang zu setzen, wird zunächst ein Zündbefehl an den Thyristor 68 gegeben. Dadurch lädt sich der Kondensator über den Thyristor 68 aufgrund der an den Klemmen 60 und 62 anliegenden Spannung auf. Ist der Kondensator 72 aufgeladen, geht der Strom über den Thyristor 68 zu Null und schaltet diesen Thyristor aus. Der Chopper kann somit aufgrund von gleichzeitigen Zündbefehlen an die Thyristoren 64 und 70 in Tätigkeit treten. Dadurch geschieht zweierlei. Zunächst wird der Motorkreis über den Thyristor 64 geschlossen. Gleichzeitig arbeitet ein aus dem Kondensator 72 und der Induktivität 74 bestehender Schwingungskreis. Der Strom fließt dabei vom Kondensator über den Thyristor 64 zur Induktivität 74 und von dieser zurück über den Thyristor 70 zum Kondensator, der dadurch umgeladen wird. Der Thyristor 70 " sperrt wiederum, sobald der Strom zu Null geworden ist. Der Thyristor 64 bleibt weiter leitend. Der Chopper ist damit geöffnet, so daß der volle Motorstrom (je nach Arbeitsweise Brems- oder Fahrmotorstrom) über den Thyristor 64 fließt.

Um den Chopper wieder auszuschalten, wird der Thyristor 68 gezündet, wobei die entgegengesetzte ladung des Kondensators 72 als negative Vorspannung am Thyristor 64 diesen in Sperrschaltung umschaltet. Dadurch wird der Chopper 30 ausgeschaltet. Der Kondensator 72 wird sich wieder über den Thyristor vom Motorkreis her aufladen. Indem die Zündbefehle an die Thyristoren 64, 68 und 70 in bestimmter Weise gesteuert werden, kann der Chopper 30 in rascher Aufeinanderfolge aus- und eingeschaltet werden, so daß eine bestimmte durchschnittliche Einschaltzeit erzielt und eine bestimmte Steuerung des Leistungskreises (Bremsen oder Fahren) erreicht werden kann.

Arbeitet der Motorkreia in Fährbetrieb (T-Schalter gesohloeeen, B~Scha^:.fcei geöffnet), so wird der Motorstrom-Durohschnittswert

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durch das Verhältnis der Sperrzeiten zu den Durchlaßzeiten des hoppers bestimmt. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß bei eingeschaltetem, leitendem Chopper 30 die Diode 34 in Sperrichtung zur Speisespannung liegt, so daß kein Strom durch sie hindurchfließt. Ist jedoch der Chopper 30 ausgeschaltet und somit gesperrt, so kann über die Diode 34 ein induktiver Motoretrom fließen, so daß ein geschlossener Stromkreis über die Ankerwicklung, die Diode 34 und die Induktivität L1 gebildet wird und der Strom gemäß einem durch die Stromkreiskonstanten bestimmten Wert abnimmt.

Die Steuerung des Choppers zur Erzielung eines bestimmten Durchschnittswertes des Motorstromes kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Um ein bestimmtes Verhältnis zwischen der Länge der Einschalt- und der Länge der Ausschaltzeiten zu erreichen, kann man

1) eine konstante Frequenz der Impulse vorsehen- und dabei den Einsatz und/oder das Ende der einzelnen Impulse verschieben oder

2) die Frequenz verändern und dabei die Impulslänge konstant halten oder

3) die Länge sowohl der Einschalt- wie der Ausschaltzeiten je nach Bedarf verändern.

Die erste Methode ist bekannt als sogenanntes Impulsbreiten-Verfahren, die zweite Methode als sogenanntes Impulsfrequenz-Verfahren, während die dritte Methode beide Eigenschaften benutzt und als sogenannte gemischte Methode bezeichnet werden kann. Obwohl auch andere Anordnungen zur Abgabe von Zund- und SperrSignalen an den Chopper bekannt sind, wird gemäß Fig. 5 eine bestimmte Chopper-Steuereinrichtung 32 dargestellt, die auf dem sogenannten Impulsbreitenverfahren basiert und somit bei konstanter Frequenz jeweils den Beginn eines Impulses (Einschaltzeit) des Choppers variiert.

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Die Ohopper-Steuereinrichtung 32 (gemäß Biocksohaltbild nach Pig. 5) erzeugt die nach dem Impulsbreitenverfahren nötigen Steuerimpulse für asu Chopper 30 in Abhängigkeit von dem jeweiligen Bedarf an.Brems7 bzw. Antriebsleistung. Die Steuereinrichtung 32 verfügt über zwei Kanäle 90 und 92, auf die von einem üblichen Pulsgenerator (Taktgeber) 94, beispielsweise einem Rechteckoszillator) Impulse P konstanter Frequenz gegeben werden. Die Impulsfolge der Impulse P kann beispielsweise 200 pro Sekunde betragen. An den Kanal 92 schließen sich ein Impulsformer 96 und eine Ausgangsleitung 98 an, um Sperrimpulse Pj, zu der für Sperrimpulse vorgesehenen Zuleitung 80 des Choppers 30 zu geben. Der Kanal 90 enthält eine Phasen-Steuereinrichtung 100, einen Impulsformer 102 und eine Ausgangsleitung 104-, über die Einschaltimpulse P™ zu der für Einschaltimpulse vorgesehenen Zuleitung 78 des Shoppers gegeben werden können. Die Impulsformer 96 und 102 sind, derart ausgebildet, daß sie Impulse formen, die in der Lage sind, die Thyristoren des Choppers 30 zu zünden. Obwohl die Impulse P« und P-gleichartig geformt sind und die gleiche Frequenz haben, können sie gegenseitig in ihrer Phase zueinander durch den Phasenschieber 100 verschoben werden, der über eine Steuerleitung 106 in bestimmter Weise steuerbar ist.

Wie zuvor erklärt, erstreckt sich die Einschalt- bzw. Durchlaßzeit (Länge der Einschaltperiode) des Choppers 30 von dem Zeitpunkt eines über die Zuleitung 78 gegebenen Einschaltsignals bis zu dea Zeitpunkt eines über die Zuleitung 80 gegebenen Ausschaltsignals. Daraus ergibt sich also, daß durch die Phasenverschiebung zwischen den E ins ehalt impuls en Pj* und den Ausschaltimpulsen P-, die durchschnittliche Einschaltzeit des Shoppers und damit der Durchschnittswert des Stromes in dem Motorkreis im Fahr- bzw. Bremsbetrieb je nach Wunsch gesteuert werden kann.

Der Phasenschieber 100 kann aus einer an sich bekannten Einrichtung bestehen, die die Phase zwischen den Impulsen P^ im Kanal 9Q_# relativ zu den Impulsen P^₁ im Kanal 92 in Abhängigkeit von einem auf die Leitung 106 des Phasenschiebers 100 gegebenen Steuersignal verändert. Die Leitung 106 liegt mit ihrem einen Ende am Ausgang

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eines Reglers (Vergleichers) 108, der ein Ausgangssignal erzeugt, das in bestimmtem Verhältnis zur Differenz zweier Signale steht, die über eine Eingangsleitung 110 (Sollwerteingang) bzw. eine Eingangsleitung 112 (Istwerteingang) an den Regler 108 gegeben werden. Die einen bestimmten, vorgegebenen Motorfahrstrom oder Motorbremsstrom repräsentierenden Steuersignale werden auf die Leitung 110 durch eine Einrichtung gegeben, die zumindest einen einstellbaren Sollwertgeber 114 enthält, der einerseits einer automatischen Zugsteuerung 116 zugeordnet oder andererseits auch von Hand bedienbar sein kann. Das Steuersignal des Sollwertgebers 114 kann beispielsweise als Sollwert einer Spannung k oder eines Stromes vorgegeben sein, dessen Größe der jeweilig gewünschten Fahr- oder Bremsleitung entspricht, mit der die notwendige Beschleunigung oder Abbremsung erreicht werden soll. Die gewünschte Geschwindigkeit bzw. Bremsung und damit das Maß der Beschleunigung bzw. der Abbremsung des Fahrzeuges wird somit dadurch gesteuert, daß die Größe eines durch die Einrichtung abgegebenen Signals eingestellt wird.

Da aufgrund des verwendeten Steuersystems der Wechsel zwischen Beschleunigung und Abbremsung sehr schnell erfolgen kann, ist es vorteilhaft, daß dieser Wechsel von einem bestimmten Begrenzungssignal abhängig gemacht wird, um die Sicherheit und einen Mindestkomfort der Passagiere zu garantieren. Zu diesem Zweck fe wird vorteilhafterweise das von dem Sollwertgeber 114 abgegebene Steuersignal zusätzlich durch eine Ruckerfassungseinrichtung beeinflußt. Diese Einrichtung arbeitet derart, daß ein Wechsel im Steuersignal nicht ein vorgebbares Maximum überschreitet.

Da außerdem die jeweils notwendige Fahr- bzw. Bremsleistung von dem Gewicht des Fahrzeuges abhängig ist, kann zweckmäßigerweise das vom Sollwertgeber 114 abgegebene Signal gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung zusätzlich über eine Gewichtsmeß- und Steuereinrichtung 120 gegeben werden. Das vom Sollwertgeber 114 gelieferte und gegebenenfalls durch die zusätzlichen Einrichtungen 118 und 120 veränderte und korrigierte Signal gelangt über die Eingangsleitung 110 an den Regler 108.

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Ein jeweiliger Motorstromistwert wird an den Regler 108 gegeben, um diesen mit dem auf die Eingangsleitung 110 gegebenen Sollwert zu vergleichen. Der jeweilige Motorstromistwert wird durch einen üblichen Stromwertmesser im Motorsystem erfaßt. Aufgrund der über die leitung 106 vom Regler 108 gegebenen Signale werden dann der Abstand und damit die gegenseitige Phasenverschiebung zwischen den Impulsen P„ und Pp in Abhängigkeit von der Richtung und der Größe der Regelabweichung verändert, um entsprechend im Sinne einer Verkleinerung der Regelabweichung den Motorstrom zu vergrößern bzw. zu verkleinern.

Gemäß Pig. 4 sind weitere durch Triebfahrzeuge repräsentierte Lasten 1 und 2 in verschiedenem Abstand voneinander, jedoch an die gleichen Stromschienen und somit an das gleiche Energiesystem wie das Fahrzeug 11 angeschlossen. Die Lasten 1 und 2 sind also ebenfalls Teile des Energiesystems 57. Z1, Z2 und Z3 symbolisieren Leitungswiderstände der Fahr stromleitung bzw. der Schiene. Es sei zunächst davon ausgegangen, daß gemäß Pig. 4 die Last 2 nicht angeschlossen ist und daß der Motorsteuerkreis 26 im Bremsbereich arbeitet (B-Schalter geschlossen, T-Schalter offen), daß jedoch der Thyristor 40 ausgeschaltet und somit nichtleitend ist. Damit kann der Bremskreis 54 nicht arbeiten; der Motorsteuerkreis 26 arbeitet im Nutzbremsbetrieb zusammen mit dem Energiesystem 57, das die Bremsleistung aufnimmt. In der Zeichnung gemäß Pig. 4 wird nun die Leistung von einem Punkt höheren Spannungspotentials auf einen solchen niedrigeren Spannungspotentials fließen. Da von dem choppergesteuerten Motorsteuerkreia 26 keine Ladeleistung für den Kondensator 46 abgegeben wird, wird sich der Kondensator auf die gleiche Spannung aufladen, die an der Last 1 liegt. In diesem Fall wird also die Lastspannung Vt₁ etwas niedriger als die Spannung V_g der Unterstation 24 liegen. Kann nun vom Chopper her der Kondensator 46 aufgeladen werden, so steigt die an ihm anliegende Spannung V₀ an. Dadurch wird ein Teil der Leistung vom Kondensator zur Last 1 fließen. Da die G-röße der Spannung V_Q ansteigt, wird auch die Lastspannung V^. ansteigen. Mit steigender Last spannung V,.* wird die Leistung für die Last 1 immer weniger durch die Unterstation,

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dafür jedoch um so mehr von dem Motorsteuerkreis 26 geliefert. Sobald die Lastspannung V₁₁ gleich der Spannung V_g der Unterstation 24 ist, wird von dieser keine Leistung mehr an die Last 1 abgegeben.

Es sei nunmehr angenommen, daß auch die Last 2 an das System angeschlossen ist und daß die Spannung V„ genügend groß ist, um die gesamte, von der Last 1 aufnehmbare Leistung zur Verfügung zu stellen. Wenn die Last 1 nunmehr nicht die gesamte, vom als Generator arbeitenden Fahrmotor abgegebene Bremsleistung aufzunehmen in der Lage ist, kann die Spannung V_n weiter ansteigen, ψ bis sie sowohl die Last 1 wie auch die Last 2 versorgt. Aus dem

vorherigen ergibt sich somit, daß die Stromerzeugerquelle (Chopper-Motorsystem) sowohl die Leistung für alle Belastungen wie auch für die Leitungsverluste decken kann, falls nur die Spannung am Kondensator sich genügend stark erhöht. Diese Spannung V~ steigt somit mit wachsender Generatorleistung an und wird aufgrund zunehmender Belastung und zunehmenden Leitungsverlusten wieder abgebaut. Ist die Generatorleistung gerade gleich der an den verschie denen Lasten und der Leitung verbrauchten Leistung, so hat die Kondensatorspannung V„ einen bestimmten Wert angenommen, der zu dem noch abhängig ist von der Entfernung des jeweiligen Fahrzeuges bzw. der jeweiligen Belastung von dem Motor-Choppersystem. Falls - das Netz eine weiter steigende Generatorleistung nicht mehr auf- ™ nehmen kann, bleibt noch eine weitere Steigerung der Kondensatorspannung Vq ohne Wirkung.

Die Aufnahmefähigkeit des Netzes wird fortwährend wechseln. Ein Wechsel kann dadurch hervorgerufen werden, daß der Bedarf der weiteren, auf der Strecke vorhandenen Belastungen sich ändert, oder daß sich der Abstand dieser Belastungen vergrößert bzw. verkleinert. Ist der Punkt erreicht, an dem las Netz die von den als Generator arbeitenden Fahrmotoren erzeugte Generatorleistung nicht mehr aufnehmen kann, so wird der Widerstandsbremskreis 54 durch den Thyristor 40 in Abhängigkeit von -.iinem erreichten Maximalwert der Kondensatorspannung V_n eingeschaltet und in liteuerabhängigkeit von dem Bremsateuerkre i >; ί'Ί .?;.;⁴fjtell U

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Ohne die Hinzunahme des Widerstandsbremskreises 54 würde der Motorsteuerkreis 26 beim Bremsen wie folgt arbeiten: Ist der Chopper 30 eingeschaltet und somit leitend, wird jeweils der Motorankerwicklungskreis kurz freigegeben und so ein Strom im Motorankerkreis fließen. Ist dagegen der Chopper ausgeschaltet, wird aufgrund der Wirkung der Induktivität ein Motorstrom über die Diode 34 in den Kondensator 46 und die Induktivität L„ fließen. Selbst bei sehr geringer Motorspannung wird dadurch der Strom, wenn auch allmählich abnehmend, weiter fließen. Ist der Chopper wiederum eingeschaltet, so steigt der Motorankerstrom wieder an. Somit kann der Motorstrom auf jedem beliebigen Wert gehalten werden, indem die Einsehaltzeiten des Choppers verändert werden. Während der Zeiten, zu denen der Chopper eingeschaltet ist und

der Strom zum Kondensator 46 und zur Induktivität Ig fließt, steigt die am Kondensator anliegende Spannung V_G an. Ist der Chopper ein- und somit auf Durchlaßgeschaltet, sperrt die Diode 34, der Kondensator 46 entlädt sich ins speisende Netz und die an ihm anliegende Spannung fällt ab.

Kann das Netz eine weitere Generatorleistung nicht mehr aufnehmen, wird sich der Kondensator 46 nunmehr stärker während der Sperrzeit des Choppers aufladen, da kein Strom mehr zur Induktivität L₂ fließt und sich andererseits langsamer während der Durchlaßzeiten des Choppers entladen, da nunmehr keine last eine Entladung des Kondensators bewirkt. Insgesamt wird sich damit die Spannung am Knndensator 46 weiter erhöhen. Indem nun während der Sperrzeiten des Choppers der Thyristor 40 durch Zündung auf Durchlaß geschaltet wird, kann der Motorstrom in den Widerstandsbremskreis statt auf den Kondensator fließen und somit eine Entladung des Kondensators hervorrufen.

Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, daß die während des Bremsens in den Fahrmotoren erzeugte leistung nur dann in den Widerstandsbremskreis 54 und das Energiesystem 57 speisen kann, wenn der Chopper ausgeschaltet und somit nichtleitend ist. Weiterhin sei darauf hingewiesen, daß vorteilhafterweise nach

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Zündung des Thyristors 68 zur Ladung des Kondensators 72 und zur Erzielung einer negativen Vorspannung zur Löschung des Thyristors 64 die gleiche negative Vorspannung auch dazu benutzt wird, den Thyristor 40 mit Sicherheit dann gesperrt zu haben, wenn die Ausschaltzeit des Choppers 30 beginnt. Indem der Thyristor 40 in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Mindestwert der Spannung V_ß leitend wird, kann die von den Fahrmotoren beim Bremsen erzeugte Leistung fortwährend zwischen dem Widerstandsbremskreis 54 und dem Leistungssystem 57 in bestimmter Weise in Abhängigkeit von der Aufnahmefähigkeit des Energiesystems bei einem vorher bestimmbaren und vorgebbaren Grenzwert der Spannung V« verteilt werden. Die Spannung V_c und damit die ^ an den Leistungszuführungen 28 und 29 anliegende Spannung ist ™ ein Kriterium für die Aufnahmefähigkeit des Energiesystems Der vorgegebene Grenzwert der Spannung V_c ist zweckmäßigerweise zumindest so hoch angesetzt, wie es aufgrund der zulässigen Sicherheitsspannung der Geräte, insbesondere der des Energiesystems 57 möglich ist.

Da die in den Fahrmotoren erzeugte Generatorleistung also nur während der Ausschaltzeiten des Choppers aufgenommen werden kann, ist eine bestimmte Aufteilung zwischen Nutzbremsung und Widerstandsbremsung nur dadurch möglich, daß eine Ausschaltzeit entsprechend diesen Verhältnissen aufgeteilt wird oder daß bestimmte Aueschaltzeiten des Choppers der Widerstandsbremsung fe und die übrigen Ausschaltzeiten des Choppers der Nutzbremsung zugeteilt werden oder daß man eine Kombination beider Arten vornimmt. Indem der Thyristor 40 zu einem bestimmten Zeitpunkt der Sperrzeit des Choppers 30 gezündet wird, ist es möglich, einen bestimmten Anteil der Motor-Generatorleistung dem Kondensator 46 und dem Energiesystem 57 zuzuleiten und einen anderen ,bestimmten Anteil auf den Widerstandsbremskreis 54 zu legen. Da der Widerstand des Wideretandsbremskreises 54 im Verhältnis zum Widerstand des Energiesysteme 57 wesentlich kleiner ist, iet bei eingeschaltetem Wideratandabremakreia dieser dem Energieeyetem 57 parallelgeschaltet, derart, daß praktisch dit gesamte Bremsenergie dem Widerstandsbremskreis zugeführt wird.

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Durch die Erfindung ist es mit Hilfe der vorteilhaften Steuerung des Thyristors 40 möglich, die Einrichtung in jedem gewünschten Maße innerhalb der durch das System gesetzten Spannungsgrenzwerte im Nutzbremsbetrieb arbeiten zu lassen und sich den schnell wechselnden Lastbedingungen im Netz, auf der Strecke- und im Energiesystem 57 beliebig anzupassen. Der Bremssteuerkreis 27 mit den verschiedenen Schaltungsmöglichkeiten eines Schalters hat die Aufgabe, zwei Möglichkeiten zur Zündung des Thyristors 4-0 in Abhängigkeit von einem vorher bestimmbaren Mindestwert Vq^ der Kondensatorspannung V„ aufzuzeigen, um einen gewünschten Mischbetrieb zwischen Nutzbremsen und Widerstandsbremsen in Abhängigkeit von der Aufnahmefähigkeit des Energiesystems 57 zu erreichen.

Der Schalter 130 ist als zweipoliger Schalter mit den Kontakten 132 und 134 ausgebildet. Zunächst sei der Schalter 130 mit geschlossenem Kontakt 132 gemäß der in Pig. 4 dargestellten Kontaktstellung näher untersucht. Eine der Kondensatorspannung V« proportionale Spannung E_c wird mittels einer Anzapfung an einem mit dem Kondensator 46 verbundenen Spannungsteiler 138 abgegriffen und als Istwert über eine Zuleitung 136 auf den Eingang eines Regel-Umkehrverstärkers 140 gegeben. Ein weiterer Eingang 142 des Hegel-Umkehrverstärkers 140 erhält einen dem vorgebbaren Spannungsgrenzwert V_Gt des Kondensators 46 verhältnisgleichen Spannungssollwert Ej₁. Der Ausgang 144 des Verstärkers 140 ist über einen Umkehrverstärker 146 und den Schalter 130 mit einem Eingang eines UND-Gatters 148 verbunden, dessen Ausgang über einen Impulsformer 150 an die Steuerelektrode des Thyristors 40 gelegt ist. Der Impulsformer 150 kann beispielsweise aus einem Impulstransformator bestehen. Gemäß vorliegendem Beispiel sind das UND-Gatter 148 und der Impulsformer 150 derart ausgebildet, daß sie ein Zündsignal an den Thyristor 40 geben, sobald positive Signale an beiden Eingängen 147 und 152 des UND-Gatters anliegen.

Der Verstärker 140 ist derart eingerichtet, daß er die Kondensatorspannung V₀ mit dem vorgebbaren Spannungsgrenzwert

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aufgrund der entsprechenden Signale E_c und E_R vergleicht, 30 daß in dem Augenblick, da die Spannung V_ die Spannung V„r überschreitet, der Verstärker HO ein Ausgangssignal bestimmter Polarität und Größe erzeugt, aufgrund dessen der weitere Verstärker 146 ein positives Signal auf die Leitung 147 gibt und damit den Thyristor 40 zündet, sofern der zweite Eingang 152 des MD-Gatters 140 ebenfalls mit einem positiven Signal belegt ist.

In dem hier gezeigten Beispiel wird E~ als positiver Spannungswert zu dem gemeinsamen Eingang des Verstärkers 140 gegeben, während der Sollwert E_R als negativer Spannungswert an diesem Eingang liegt. Damit ist erreicht, daß bei einem Ansteigen der Kondensatorspannung 1„ der Ausgangswert Ε_χ des Verstärkers 140 sich vermindert, derart, daß er negativ wird. Übersteigt der absolute Wert von E_n den absoluten Wert von Et₃, d.h. ist V-, größer Vq-t, so wird durch die Ausgangsgröße Ε_χ am Eingang des Verstärkers 146 erreicht, daß dieser auf positiven Ausgang schaltet und somit ein positives Signal an den Eingang 147 des UND-Gatters 148 legt. Eine positive Spannung liegt ebenfalls an dem anderen Eingang 152 des UND-Gatters, wenn über die Leitung 80 ein Ausschaltsignal an den Chopper 30 gegeben wird. Aufgrund des Ausschaltsignals an den Chopper 30 gelangt in vorteilhafterweise eine negative Vorspannung sowohl an den Thyristor 64 wie auch an den Thyristor 40. Während der Sperrzeit wird die Spannung am Thyristor 40 zunächst negativ und dann positiv, da sich der Kondensator 72 in den

w Motorkreis entlädt. Zu dem Zeitpunkt, da die Spannung am Thyristor 40 durch den Nullpunkt geht und aomit vom negativen in den positiven Bereich wechselt, können die Zündimpulse an den Thyristor 40 gegeben werden.

Eine Anzapfung der Spannung am Thyristor 40 wird zu einer Nulldurchgangsmeßeinrichtung 154 gegeben, die beispielsweise aus einem vorgespannten Schaltverstärker bestehen kann und ein positives Ausgangssignal an ihren Ausgang 156 gibt, sobald ihr Eingangswert vom negativen Signal zum positiven Signal wechselt. Die Nulldurchgangsmeßeinrichtung 154 ist mit einem invertierenden Eingangsanschluß 153 und mit einem nichtinvertierenden Eingangsanschluß 155 versehen. Der Ausgangsanschluß 156 ist mit der

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Eingangsleitung 152 des TJND-Gatters 148 verbunden. Auf diese Art und Weise wird ein positives Signal auf die Eingangsleitung 152 gegeben, wenn beim Umschalten auf Sperrung des Choppers 30 der Thyristor 40 gezündet werden kann.

Wie zuvor beschrieben, ist der Thyristor 40 solange nicht gezündet, wie die Kondensatorspannung Y„ niedriger als der vorgebbare Spannungsgrenzwert V^-r ist, so daß während dieser Zeit die Einrichtung im Nutzbremsbetrieb arbeitet und die gesamte Bremsenergie in das Energiesystem 57 gespeist wird. Sobald jedoch das Energiesystem 57 nicht mehr aufnahmefähig ist, was dadurch angezeigt wird, daß die Kondensatorspannung V_c den Spannungsgrenzwert V~t. übersteigt, so wird der Thyristor 40 gezündet, um den Widerstandsbremskreis ein- und auf den Widerstandsbremsbetrieb umzuschalten.

Bezugnehmend auf Fig. 6 zeigt das Diagramm a die Spannung Ε_γ am Shopper 30. Die jeweiligen Einschalt- und Ausschaltzeiträume für ein bestimmtes angenommenes Verhältnis von Einschaltzeit zu Ausschaltzeit sind eingezeichnet. Im Diagramm b zeigt die Kurve I„ den jeweiligen Motorstrom an. Die Diagramme c und d zeigen die entsprechenden Verläufe der Kondensatorspannung V« und des vorgegebenen Spannungsgrenzwertes V~j. Dabei ist für die Kurve .nach c ein voll aufnahmefähiges Energiesystem 57 angenommen. Die gesamte Ausschaltzeit des Choppers erstreckt sich auf den Nutzbremsbetrieb, da die Netzspannung Vq in keinem Zeitpunkt über dem vorgegebenen Spannungsgrenzwert V_CL liegt.

Im· Kurvendiagramm d übersteigt die Spannung V„ den Spannungsgrenzwert Vqt zu einem Zeitpunkt t. der Ausschaltzeit des Choppers 30, zu dem ein Zündsignal an den Thyristor 40 gegeben wird. Im Zeitraum tg bis t^ während der Sperrzeit des Choppers 30 liegt Nutzbremsbetrieb, im Zeitraum t.. bis t„ während def Ausschaltzeit des Choppers 30 dagegen Widerstandabremsbetrieb vor. Es ist dabei zu beachten, daß je weniger aufnahmefähig

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das Energiesystem 57 ist, desto früher während der Sperrzeit des Choppers die Spannung V_c den Spannungsgrenzwert V_n-. überschreitet und damit um so größer der Anteil des Widerstandsbremsbetriebes während einer Ausschaltzeit des Choppers ist.

Sobald also die Kondensatorspannung V_n den Spannnngsgrenzwert V_nT erreicht hat, wird der Thyristor 40 gezündet und es wird auf Widerstandsbremsbetrieb geschaltet. Der Thyristor 40 sperrt wieder dann, wenn der Chopper 30 eingeschaltet wird (Shunt-Effekt). Zum SperrZeitpunkt des Choppers 30 ist der Thyristor 40 negativ vorgespannt, so daß er im Sperrzustand verbleibt. Ist das Netz (Energiesystem 57) noch nicht aufnahmefähig entsprechend dem Maß der Spannung V_n, so wird der Thyristor 40 unmittelbar gezündet; ist das Netz teilweise aufnahmefähig, so wird die Ladung des Kondensators 46 während der Durchlaßzeit des Choppers abgeleitet. Wird dann der Chopper 30 ausgeschaltet, so wird der Motorstrom den Kondensator wieder aufladen und den Laststrom für die Lasten liefern. Von Zeit zu Zeit wird die Kondensatorspannung während einer Schaltperdiode wieder die Grenzspannung V_CL erreichen und damit veranlassen, daß der Thyristor 40 wieder eingeschaltet wird. Ist das Netz voll aufnahmefähig, so wird der Kondensator 46 sich niemals über den Wert der Grenzspannung ν_ητ aufladen und somit kein Grund gegeben sein, daß der Thyristor 40 überhaupt zündet.

Die soweit besprochene Einrichtung zur augenblicklichen Peststellung, ob das Netz für eine von den Motoren gelieferte generatorische Leistung aufnahmefähig ist (Beziehung von V_n zu V_nT) enthält somit einen sofort wirkenden Schutz der einzelnen Elemente einschließlich des Choppers und einen gemischten Widerstands- und Nutzbremsbetrieb, wobei der jeweilige Anteil des einen oder anderen Bremsbetriebes zu jedem Zeitpunkt von der Aufnahmefähigkeit des Netzes bestimmt und vorrangig so weit wie möglich der Nutzbremsbetrieb eingeschaltet und der Widerstandsbremsbetrieb nur so weit wie nötig eingesetzt werden.

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Die Vollkommenheit des zuvor beschriebenen Bremssteuerkreises 27 kann dadurch weiter gesteigert werden, daß eine SägezahnsollwertgröQe gebildet wird, die eine bessere Stabilität und größere Genauigkeit der Phasensteuerung des Systems gewährleistet und darüberhinaus eine Frequenzmodulation verhindert, die durch Interferenz- bzw. Resonanzerscheinungen mit dem Zugsignalsystem entstehen könnte, das frequenzempfindliche Einrichtungen benutzt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird gemäß der Ausgestaltung der Erfindung das mit einem auf den Kontakt 134 umgelegten Schalter 130 erreicht, wodurch die Einrichtung in Wirkabhängigkeit von einem Sägezahngenerator 160 gestellt ist. Diese zusätzliche Einrichtung enthält nach der Ausgestaltung einen Regelschaltverstärker 162 mit einem invertierenden Eingangsanachluß 164 und einem nichtinvertierenden Eingangsanschluß 166. Die Ausgangsgröße E„ des Verstärkers 162 ist über den Schalter 130 mit der Eingangsleitung 147 des UND-Gatters 180 verbunden. Die Ausgangsleitung 144 des Regelumkehrverstärkers 140 liegt am Eingangsanschluß 164 des Verstärkers 162, während die Ausgangsgröße Eg des Sägezahngenerators 160 an dem Eingangsanschluß 166 des Regelverstärkers 162 liegt.

Der Sägezahngenerator 160 ist derart ausgestattet, daß er einen Sägezahn liefert, der zu dem Zeitpunkt beginnt, da der Chopper ausgeschaltet wird und zu dem Zeitpunkt endet, da der Chopper 30 wieder einschaltet»Somit erstreckt sich der Sägezahnverlauf also über den Zeitraum, in dem der Chopper 30 ausgeschaltet und somit nichtleitend ist. Im vorliegenden Beispiel beginnt der Sägezahnverlauf positiv ansteigend an der Null-Linie gemäß dem in Pig. 6 nach Diagramm e angezeigten Kurvenverlauf E„.

Der Sägezahngenerator 160'ist mit einer "flip-flop-Einrichtung" ausgestattet, die den Beginn und das Ende eines jeweiligen Sägezahnverlaufes aufgrund von über zwei leitungen vorgegebenen Signalen jeweils schaltet. Das erste Signal wird vom Ausgang 156 der Nulldurchgangemeßeinrichtung 154 abgegeben, sobald der Chopper 30 eich im ausgeschalteten Zustand befindet. Die zweiten Aueachaltsignale werden von dem für die Einachaltsignale vorgesehenen Aus-

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gang 104 der Chopper-Steuereinrichtung 32 abgegeben, wann immer Einachaltaignale für den Shopper 30 anstehen/Sobald die "flipflop-Einrichtung" 168 in Gang geaetzt ist, erscheint ein Ausachaltsignal am Transistor 170, der an einen Kondensator 172 angeschlossen ist und es ermöglicht, daß sich der Kondensator von einer konstanten Stromquelle 174 auflädt. Me Kondensatorapannung (Sägezahn-Signal) wird an eine Emitter-Folgeschaltung 176 gegeben, dessen Ausgang mit dem Eingangsanschluß 166 des Verstärkers 162 verbunden ist. Wird die "flip-flop-Einrichtung" ausgeschaltet, so erscheint ein Einachaltaignal am Tranaistor 170, so daß der Kondensator 172 kurzgeschlossen ist, aich ent- w lädt und somit den Sägezahn beendet.

Der Regelschaltverstärker 162 iat derart ausgestattet, daß er ein poaitivea Ausgangssignal E₇ abgibt, sobald E₀ größer wird als Ey. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das dadurch erreicht, daß die Spannung E^. an den invertierenden Anschluß des Regelachaltveratärkera 162 und das Sägezahnsignal an den nichtinvertierenden Eingang 166 gegeben wird.

Die entsprechenden Kurvenverläufe sind in den Diagrammen e, f und g in Fig. 6 dargestellt. Der Faktor G in Verbindung mit den entsprechenden Kurvenverläufen bedeutet, daß die Verstärkung des * Veratärkera 140 durch den Verstärkungafaktor G beim Kurvenverlauf mitberückaichtigt wird. Während bei der zuerst genannten Einrichtung der vorgegebene Spannungsgrenzwert V_CL grundaätzlich konstant ist und durch den Wert Er> repräsentiert ist, ist der vorgegebene Spannungsgrenzwert V_GL bei der zuletzt beschriebenen Anordnung (Sägezahn-Funktion) nicht mehr konstant und wird durch die Gleichung E_R+ "g'E« vorgegeben. In beiden Fällen kann eine Eichung der Anordnung dadurch erzielt werden, daß mit Hilfe eines Sollwert-Potentiometera 180 auf den Wert E^ eingeregelt wird. Der Kurvenverlauf f zeigt die Zündimpulae, wie sie an den Thyristor 40 gegeben werden. Aus den Kurvenverläufen iat ersichtlich, daß je größer der die Kondensatorspannung repräsentierende Wert E_c ist, um so mehr der Zündwinkel des Thyristors 40 vorrückt

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und umgekehrt. Somit wird durch die zusätzliche Eingabe einer Sägeζahnfunktion in die zweite Anordnung eine stabile und genaue Phasensteuerung in Abhängigkeit von der Kondensat or spannung V„ erreicht. Es sei darauf hingewiesen, daß Eg den Wert E^ überschreitet, sobald V;_C den vorgegebenen Spannungsgrenzwert V_Ct überschreitet. Auf diese Art und Weise wird bei beiden Anordnungen der Widerstandsbremskreis 54 in Abhängigkeit davon betrieben, daß die Kondensatorspannung V„ einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Wie zuvor beschrieben, kann eine Eichung oder Vorgabe des Grenzwertes durch Einregeln des Potentiometers 180 erreicht werden.

Dabei wird der Zündzeitpunkt des Thyristors 40 solange nicht vorgerückt, bis dieser vorgegebene Wert erreicht ist. Ist das Netz voll aufnahmefähig, bevor dieser Grenzwert erreicht wird, wird die gesamte Bremsenergie als Nutzbremsenergie verwertet. Ist dagegen das Netz bei Erreichen des Grenzwertes nicht voll aufnahmefähig, so wird der Zündzeitpunkt.des Thyristors 40 solange vorgeschoben, bis das Netz so viel von der Generatorleistung wie möglich aufnimmt.

Der Thyristor 40 kann auch durch ununterbrochenes Zünden anstelle von kurzen Zündimpulsen betrieben werden, indem die Verbindungeleitung 147 direkt zur Steuerelektrode des Thyristors 40 unter Umgehung des UND-Gatters 148 und des Impulsformers 150 gelegt wird.

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Claims (1)

1. VPA 70/8309

   Patentansprüche

   1J Elektrische Fahr- und Bremseinrichtung mit Nutz- und Widerstandsbremsbetrieb, insbesondere für elektrische Triebfahr-* zeuge, bei der zumindest ein mit einer mechanischen Last gekuppelter Fahrmotor über eine erste und über eine zweite Leitungsverbindung mit zumindest einer ersten und einer zweiten Leistungszuführung eines Energiesystems verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Bremsbetrieb eine zumindest aus der Ankerwicklung (A) und der Feldwicklung (F) des Fahrmotors (M) bestehende erste Reihenschaltung, zumindest ein mittels einer Steuereinrichtung (32) in bestimmtem Verhältnis von Einschaltzeit zur Ausschaltzeit steuerbarer erster Schalter (30) sowie eine zumindest aus einem in bestimmtem Verhältnis von Einschaltzeit zu Ausschaltzeit steuerbaren zweiten Schalter (40) und einem Bremswiderstand (38) bestehende zweite. Reihenschaltung jeweils mit ihrem einen Ende an die zweite Leitungsverbindung (44) und ihrem anderen Ende an die erste Leitungsverbindung (42) angeschlossen und die erste Leitungsverbindung (42) über ein einen Strom in Motorrichtung sperrendes Stromrichterelement (34) mit der ersten Leistungszuführung (28) und die zweite Leitungsverbindung (44) mit der zweiten Leistungszuführung (29) des Energiesystems (57) ver-

   W bunden sind, wobei der zweite steuerbare Schalter (40) in Einschalt abhängigkeit steht vom Erreichen einer bestimmten Kontrollgröße für die jeweilige Leistungsaufnahmefähigkeit des Energiesystems (57) und vom Ausschaltzustand des ersten steuerbaren Schalters (64).

   2*. Elektrische Fahr- und Bremseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als erster Schalter ein zumindest . in seinem Hauptstrompfad mit einem Thyristor bestückter Gleichstromsteller und als zweiter Schalter ein Thyristor vorgesehen sind und beide Schalter in eingeschaltetem Zustand

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   VPA 70/8309

   von einem Bremsstrom in nur einer, in beiden Schaltern gleichen Stromrichtung durchflossen sind.

   3. Elektrische Fahr- und Bremseinrichtung nach Patentanspruch

   1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kontrollgröße die zwischen den Leistungszuführungen des Energiesystems (57) jeweils anliegende Spannung vorgesehen ist.

   4. Elektrische Fahr- und Bremseinrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Kontrollgröße die Spannung an einem zwischen den Leistungszuführungen des Energiesystems (57) angeschlossenen elektrischen Energiespeicher vorgesehen ist.

   5. Elektrische Fahr- und Bremseinrichtung nach zumindestens einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sägezahngenerator (160) zur Abgabe einer Sägezahnsollwertfunktion während der Sperrzeiten des ersten Schalters (30) vorgesehen ist und daß die Sperrdauer des zweiten Schalters (40) in Abhängigkeit steht von der Größe der Regelabweichung zwischen dem geweiligen einem bestimmten Zeitpunkt der Sperrdauer zugeordneten Wert der Sägezahnfunktion und der Differenz zwischen einem der jeweiligen Spannung zwischen den Leistungszuführungen des Energiesystems (57) entsprechenden Istwert und einem einer vorgegebenen Spannung entsprechenden Sollwert.

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