DE2101773A1

DE2101773A1 - Antrieb

Info

Publication number: DE2101773A1
Application number: DE19712101773
Authority: DE
Inventors: Max DipL-Ing. 8520 Erlangen Eisele
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-01-15
Filing date: 1971-01-15
Publication date: 1972-07-20
Also published as: FR2122134A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Antrieb, bei dem Elektromotoren von einem Energiewandler über eine Schaltvorrichtung wahlweise mit hohem Strom bei kleiner Spannung (niedrige Geschwindigkeit) und mit kleinem Strom bei hoher Spannung (hohe Geschwindigkeit) gespeist werden. Antriebe dieser Art können auf Triebfahrzeugen, Kraftfahrzeugen, Schiffen und in stationären Anlagen eingesetzt werden. Bei solchen Antrieben tritt häufig der Fall auf, daß z.B. in einem Betriebspunkt für den Antriebsmotor ein hoher Strom bei kleiner Spannung, in einem anderen Betriebspunkt ein kleiner Strom bei hoher Spannung zur Verfugung stehen muß. Die Spannungsquelle, die im allgemeinen ein mechanisch/elektrisch oder ein elektrisch/elektrischer Energiev-mdler ist, muß dann sowohl für den hohen Strom als auch für die hohe Spannung ausgelegt werden, obwohl der hohe Strom und die hohe Spannung nicht gleichzeitig auftreten. Dies gilt sowohl für den EaIl, daß ein von einer Kraftmaschine angetriebener Gleichstromgenerator als Energiewandler dient, als auch dann, wenn der Gleichstromgenerator durch einen mehrphasigen Wechselstromgenerator mit nachgeschalteten elektrischen Ventilen ersetzt wird, oder wenn als Gleichspannungsquelle ein Transformator mit nachgeschalteten Ventilen verwendet wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, zu vermeiden, daß der Energiewandler soxvohl für den hohen Strom als auch für die hohe Spannung ausgelegt werden muß. Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß der Energiewandler als Generator oder

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ÖAD ORIGtNAL

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Transformator mit parallel arbeitenden Teilwicklungen ausgebildet ist, daß jeder Teilwicklung eine elektrische Ventilanordnung nachgeschaltet ist und daß die Teilwicklungen mit den Ventilanordnungen über die Schaltvorrichtung entv/eder in Reihe oder parallel mit mindestens einem Antriebsmotor verbunden sind. Durch die feste Verbindung der Teilwicklungen des Energiewandlers mit den Ventilanordnungen kann der Energiewandler gemeinsam mit den Ventilanordnungen mit wenigen Schaltmitteln in die gewünschte Reihen- oder Parallelanordnung umgeschaltet werden. Weiter können durch die Umschaltung der Energiewandler und die Ventilanordnungen kleiner dimensioniert werden, da beide nur für einen verminderten Strom ausgelegt zu v/erden brauchen. Darüber hinaus ist es wegen der Reihenschaltung der Teilwicklungen mit den Ventilanordnungen nicht erforderlich, einen Parallelschaltfaktor bei der Auslegung der Ventile (Siemens-Thyristor-Handbuch, 1965, Seite 137/138) zu berücksichtigen. Ferner kann durch eine besondere Ansteuerung der Ventilanordnungen die Reihen-Parallelschaltung ohne Stromunterbrechung vorgenommen werden.

Die Teilwicklungen des Energiewandlers sind Mehrphasenwieklungen. Die Ventile können in an sich bekannten Mehrphasenschaltungen angeordnet sein.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Antrieb mit zwei von einem Generator über elektrische Ventile gespeisten Gleichstrommotoren,

Fig. 2 die Speisttng zweier Gleichstrommotoren über einen Transformator mit nachgeordneten elektrischen Ventilen,

Fig. 3 den Betrieb eines Gleichstrommotors über steuerbare elektrische Ventile und

Fig. 4 einen zwei Asynchronmotoren enthaltenden Antrieb mit Umrichter-Betrieb.

BAD ORiGiNAL

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In Fig. 1 ist ein bei Fahrzeugen einsetzbarer Antrieb dargestellt, bei dem von einem zweiphasigen Wechselstromgenerator zv/ei Gleichstromfahrmotoren 2, 3 gespeist werden. Beim erfindungsgemäßen Antrieb ist der Generator 1 mit parallel arbeitenden Teilwicklungen 1a, 1b ausgebildet und jeder Teilwicklung 1a, 1b ist eine elektrische Ventilanordnung 4a bzw 4b in Brückenschaltung nachgeordnet. Dabei sind die Teilwicklungen 1a, 1b mit den Ventilanordnungen 4a, 4b über eine Schaltvorrichtung 5 entweder in Reihe oder parallel mit den beiden Antriebsmotoren (Reihenschluß- oder Nebenschlußmaschinen) 2, 3 verbunden. In der dargestellten Stellung der Schaltvorrichtung 5 ist der Energiewandler mit den beiden Teilwicklungen 1a, 1b und den zugehörigen Ventilanordnungen 4a, 4b in Reihe geschaltet. Durch einfaches Umlegen der Schaltvorrichtung 5 ergibt sich eine Parallelschaltung. Dadurch, daß die Schaltvorrichtung 5 den Ventilanordnungen 4a, 4b nachgeordnet ist, wird gegenüber einer.wechselspannungsseitigen Anordnung eine wesentliche Vereinfachung erzielt. Dienen die Motoren 2, 3 zum Antrieb je eines Rades einer gemeinsamen Achse, so wird durch die "elektrische Untersetzung" (Parallelschaltung) gemäß der Erfindung auf einfache Weise eine "Differentialsperre" wirksam, die bei der bekannten Serienschaltung zweier Fahrmotoren zur Spannungsherabsetzung nicht gegeben ist.

Steht eine Spannungsquelle mit fester Spannung zur Verfügung, wird aber eine Gleichspannung mit der Charakteristik für Antriebe (hoher Strom/niedrige Spannung, niedriger Strom/hohe Spannung) gefordert, dann kann - wie Fig. 2 zeigt - als Energiewandler ein Transformator 10 mit Teilwicklungen 1c, 1d dienen. Jeder Wicklung 1c, 1d ist eine Ventilanordnung 4c, 4d mit Dioden in Sternschaltung zugeordnet. Die Schaltvorrichtung 5 wirkt so, wie dies bereits zur Fig. 1 beschrieben worden ist.

BAD OFHGlNAL

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Soll die Gleichspannung stufenlos veränderlich sein, dann ist es vorteilhaft, die Ventile durch Thyristoren mit einer Steuereinrichtung 8 zu ersetzen (Fig. 3). An den Transformator 10 mit den Teilwicklungen 1c, 1d ist über zwei Thyristorsätze 4e, 4f in Drehstrombrückenschaltung ein Gleichstrommotor 2 angeschlossen. Die Schalteinrichtung 6 hat getrennt betätigbare Zontakte 6a, 6b, 6c. Durch ihre Betätigung kann ohne Stromunterbrechung von Parallel- auf Reihenschaltung und umgekehrt übergegangen werden. Soll die Umschaltung beispielsweise bei

TTm cüx der halben Maximal spannung: U = —-— und beim halben Maximal-

" strom: J = . erfolgen, so würde diese nach folgenden Prinzip ablaufen:

A) Die Ventilanordnungen 4e, 4f und damit auch die Teilwicklungen 1c, 1d sind parallelgeschaltet. Dabei sind die Teilspannungen UI = Uli = -SSSi , Der Schaltkontakt 6a ist offen,

■ während die Sehaltkontakte 6b und 6c geschlossen sind.

B) Zur Einleitung der Umschaltung wird die Spannung UI etwas heruntergesteuert, so daß die Ventilanordnung 4f und die Teilwicklung 1d. den gesamten Strom übernehmen. Jetzt kann der Schaltkontakt 6c geöffnet werden.

C) Danach wird die Spannung UI gegen Null gesteuert und der ^ Schaltkontakt 6a wird geschlossen. Die Diode 7 verhindert Kreisströme in der Ventilanordnung 4e.

D) Nun wird der Schaltkontakt 6b geöffnet, damit sind die Ventilanordnungen 4s, 4f und die Teilwicklungen 1c, 1d hintereinander geschaltet. Um gleiche Belastungen zu erhalten, v/erden die Spannungen UI und Uli wieder auf den gleichen Wert gesteuert.

Nach einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist der Schaltvorrichtung 6 und den elektrischen Ventilanordnungen 4e> 4f eine selbsttätig arbeitende Programmschalteinrichtung 16 zur Erzielung einer unterbrechungsfreien Umschaltung zugeordnet. Damit ist es möglich, mit kleinstmöglichen-Schaltzeiten ohne Stromunterbrechung umzuschalten.

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Muß die Spannung U nicht "beliebig verstellbar sein, dann kann eine Vereinfachung dadurch erzielt werden, daß die Thyristoren der Ventilanordnung 4f durch Dioden ersetzt v/erden. Die stufenlose Umschaltung verläuft nach dem obigen Schema.

Auch bei Antrieben mit Wechselstrommotoren ergeben sich ähnliche Strom/Spannungszusammenhänge wie beim Gleichstromantrieb. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung gemäß Fig. 4 sind die elektrischen Ventilanordnungen als Umrichter 11a bis 11f ausgebildet. Mit der Anordnung eines Energiewandlers in Λ Verbindung mit einem Umrichter ergeben sich dieselben Parallel/ Reihenschaltungsmöglichkeiten wie bei der Anordnung eines Energiewandlers mit Gleichrichter. Der Energiewandler besteht aus mindestens zwei mehrphasigen Teilwicklungen 1e, 1f. Jeder Teilwicklung sind ein oder mehrere Umrichter fest zugeordnet. Die Schalteinrichtungen 9 sind den Umrichtern nachgeschaltet und gestatten eine gemeinsame Umschaltung der Teilwicklungen 1e, 1f und der Umrichter 11a bis 11f. Als Energiewandler könnte anstelle des gezeigten Generators auch ein Transformator dienen. Die Umrichter sind nach bekannten Schaltungen, im gezeigten Beispiel als Direkumrichter aufgebaut. Sie können über die Steuereinrichtung 14 angesteuert werden, die die Ausgangsfrequenz der Umrichter vorgibt. An die Umrichter sind über " die Schaltvorrichtungen 9 Drehstrommotoren, z.B. Asynchronmotoren 12, 13 angeschlossen. Mit den Schaltvorrichtungen 9 ist ohne Stromunterbrechung auch ein stufenloser Übergang von Parallel- in Reihenschaltung und umgekehrt möglich. Die Umschaltung verläuft nach demselben Prinzip wie es im Zusammenhang mit Pig. 3 aufgezeigt wurde. Gegenüber der in Pig. 3 gezeigten Diode 7 ist in -der Schaltvorrichtung 9 eine Drossel 15 angeordnet, die durch einen Schalter 9d überbrückt ist. Im Hormalbetrieb ist der Schalter 9d geschlossen. Er ist nur im Schaltschritt C des zu Pig. 3 beschriebenen UmsehaltSchemas zur Vermeidung von Kreisströmen offen.

BAD ORIGINAL

4 Figuren

4 Patentansprüche

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Claims

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Pat ent ans prüche

Antrieb, bei dem Elektromotoren von einem Energievjandler über eine Schaltvorrichtung wahlweise mit hohem Strom bei kleiner Spannung und mit kleinem Strom bei hoher Spannung gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiewandler als Generator (1) oder Transformator mit parallel arbeitenden Teilwicklungen (1a, 1b) ausgebildet ist, daß jeder Teilwicklung (1a, 1b) eine elektrische Ventilanordnung (4a bzw. 4b) nachgeschaltet ist und daß die Teilwicklungen (1a, 1b) mit den Ventilanordnungen (4a, 4b) über die Schaltvorrichtung (5, 6, 9) entweder in Reihe oder parallel mit mindestens einem Antriebsmotor verbunden sind.
2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der elektrischen Ventilanordnungen aus steuerbaren Ventilen, insbesondere Thyristoren aufgebaut ist.
3. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Ventilanordnungen als Umrichter (11a bis 11f) ausgebildet sind.
4. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Schaltvorrichtungen (6 bzw. 9) und den elektrischen Ventilanordnungen aus steuerbaren Ventilen eine Programmschalteinrichtung (16) zur Erzielung einer unterbrechungsfreien Umschaltung zugeordnet ist.

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