DE2146083C3

DE2146083C3 - Arrangement for frequency-controlled three-phase machines with regenerative braking that are fed via self-commutated converters

Info

Publication number: DE2146083C3
Application number: DE19712146083
Authority: DE
Inventors: Guenter Ciessow; Klausguenter Dipl.-Ing. Jordan
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1971-09-11
Filing date: 1971-09-11
Publication date: 1974-03-14
Also published as: DE2146083A1; DE2146083B2; JPS4837618A; JPS5327805B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung für über selbst geführte Stromrichter gespeiste, frequenzgesteuerte Drehstrornmaschinen mit Nutzbremsung auf ein rückarbeitsfälhiges Gleichspannungsnetz, insbesondere für elektrische Bahnen. Die Speisung solcher Maschinen über Stromrichter stellt in bestimmten Anwendungsfällen, z. B. im Traktionsgebiet, hohe Anforderungen durch den gewünschten Leistungsverlauf in Abhängigkeit von der Drehzahl. So soll z. B. innerhalb des motorischen Betriebsbereiches die Leistung zunächst bis etwa n/n_max = 0,4 linear ansteigen, dann weitgehend konstant bleiben und anschließend von ca. n/n^ = 0,7 bis zur Höchstdrehzahl nur wenig abfallen. Innerhalb des generatorischen Bereiches tritt die größte Beanspruchung bei Höchstdrehzahl auf. Die hierbei verlangte Bremsleistung erreicht fast den doppelten Wert der Anfahrleistung, wobei die Bremskraft bis zum Stillstand möglichst konstant bleiben und das Netz einen Teil der Bremsleitung wieder aufnehmen soll. The invention relates to an arrangement for frequency-controlled three-phase machines with regenerative braking that are fed via self-guided converters, in particular for electrical railways. The supply of such machines via power converters is in certain applications such. B. in the traction area, high requirements due to the desired performance curve depending on the speed. So z. B. within the engine operating range, the power initially increase linearly to about n / n _max = 0.4, then remain largely constant and then drop only slightly from about n / n ^ = 0.7 to the maximum speed. Within the regenerative range, the greatest stress occurs at maximum speed. The braking power required here almost doubles the starting power, with the braking force remaining as constant as possible until the vehicle comes to a standstill and the network being intended to resume part of the brake line.

Es ist bekannt, Fahr- und Nutzbremsbetrieb mit Käfigläufermotoren zu realisieren, die aus einem Gleichspannungsnetz über Spannung und Frequenz steuernde Pulswechselrichter betrieben werden (AEG-Mitt. 54 [1964] 1/2 S. 89 bis 106). Eine spezielle Anwendung bei elektrischen Bahnen ist in den AEG-Mitt. 55(1965) 3 S. 220 bis 226 für Akkumula-[orentriebwagen beschrieben. Die bekannten Schaltungen bauen sich nach dem in Fig. 1 gezeigten Prinzip auf und bestehen im wesentlichen aus einer Gleichspannungsquelle I, einem selbstgeführicr, It is known to implement driving and regenerative braking with squirrel cage motors which are operated from a DC voltage network via pulse-controlled inverters that control voltage and frequency (AEG-Mitt. 54 [1964] 1/2 p. 89 to 106). A special application for electric railways is in the AEG-Mitt. 55 (1965) 3 pp. 220 to 226 for accumulator railcars. The known circuits are based on the principle shown in Fig. 1 and essentially consist of a DC voltage source I, a self-guided

Stromrichter la und der zu speisenden Drehstrommaschine 3. Um den eingangs geschilderten Leistungsdrehzahlverlauf zu erhalten, sind erhebliche Überdimensionierungen der Aggregate in Kauf n< nehmen. So muß die Asynchronmaschine, mit df r derConverter la and the third to be fed three-phase machine To obtain the outset power speed course, considerable over-dimensioning of the units are in department n take. " So the asynchronous machine, with df r the

ίο gewünschte Leistungsverlauf erreicht werden soll, wegen der Abhängigkeiten von Strom, Spannung und Drehzahl für etwa den doppelten Wert des Nennstroms ausgelegt sein. Andererseits muß der Stromricpter für das Produkt U_Mma, ■ !„„,», d. h. oft bis zum doppelten Wert der Anfangsleistung dimensioniert sein.ίο The desired performance curve is to be achieved because of the dependencies on current, voltage and speed for about twice the value of the nominal current. On the other hand, the Stromricpter must be dimensioned for the product U _Mma , ■! "", ", Ie often up to twice the value of the initial power.

Aufgabe der Erfindung ist es, auf einfache Weise die Überdimensionierung zu vermeiden ohne dabei auf Netzrückspeisung verzichten zu müssen. GelöstThe object of the invention is to avoid oversizing in a simple manner without doing so having to do without regenerative power supply. Solved

ao wird diese Aufgabe für eine Anordnung der eingang* geschilderten Art dadurch, daß während des Generatorbetriebes in die Phasenstränge oder in die Zuleitungen des aufgelösten Sternpunktes der Drehstrommaschine ohmsche Teillastwiderstände eingeschaltet sind, solange die Maschinenspannung größer als die maximale Ausgangsspannung des Stromrichters ist. Damit wird erreicht, daß der kritische Anteil der Bremsleitung in ohmschen Teillastwiderständen vernichtet wird und die übrige Bremsleistung dem Netz zugeführt werden kann. Der Stromrichter braucht dann nur noch für die Anfahrleistung ausgelegt zu werden.ao will do this for an arrangement of the input * described type in that during the generator operation in the phase strands or in the supply lines of the resolved star point of the three-phase machine ohmic partial load resistors switched on as long as the machine voltage is greater than the maximum output voltage of the converter. This ensures that the critical part of the brake line is destroyed in ohmic partial load resistances and the rest of the braking power can be fed into the network. The converter needs then only to be designed for the starting performance.

Nach einem weiteren Lösungsgedanken ist während des Generatorbetriebes an einen im aufgelösten Sternpunkt der Drehstrommaschine angeordneten Sternpunktgleichrichter ein gemeinsamer ohmscher Teillastwiderstand angeschlossen, solange die Maschinenspannung größer als die max^nale Ausgangsspannung des Stromrichters ist. Man kann so mit einem einzigen Teillastwiderstand auskommen.According to a further solution idea, a common ohmic partial load resistor is connected to a neutral point rectifier arranged in the neutral point of the three-phase machine during generator operation, as long as the machine voltage is greater than the maximum output voltage of the converter. You can get along with a single part-load resistor.

Hs ist zweckmäßig, die Schaltung so auszubilden, daß die ohmschen Teillastwiderstände während des Motorbetriebes durch Schaltkontakte überbrückbar sind. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den wirksamen Widerstandswert der Teillastwiderstände mittels gepulster Thyristorschalter zu variieren.It is advisable to design the circuit in such a way that the ohmic partial load resistances can be bridged by switching contacts during engine operation. Another possibility is to vary the effective resistance value of the partial load resistors by means of pulsed thyristor switches.

An Hand von schematischen Ausführungsbeispielen mit F i g. 2 bis 5 wird die Erfindung näher erläutert: Nach Fig. 2 erhält die Drehstrommaschine 3 ihre Energie über den Stromrichter 2 von der Gleichspannungsquelle 1. In die Maschinenstränge sind Teillastwiderstände 4, 5, 6 eingefügt, die von Schaltkonta kten 7, 8, 9 während des Motorbetriebes überbrückt sind. Während die Bremsenergie ins Netz - hier Gleich-Spannungsquelle 1 - zurückgeliefert wird, sind die Schaltkontakte 7, 8, 9 so lange geöffnet, wie die Maschinenspannung größer als die maximale Strom richierausgangsspannung ist; d.h., erst im unleren Drehzahlbereich werden die sonst voll im Strang Hegenden Teillastwiderstände 4, 5, 6 überbrückt. On the basis of schematic exemplary embodiments with FIG. 2 to 5, the invention is explained in more detail: According to Fig. 2, the three-phase machine 3 receives its energy via the converter 2 from the DC voltage source 1. Partial load resistors 4, 5, 6 are inserted into the machine strings, which kten from Schaltkonta 7, 8, 9 during of the engine operation are bridged. While the braking energy is returned to the network - here direct voltage source 1 - the switching contacts 7, 8, 9 are open as long as the machine voltage is greater than the maximum current output voltage; that is, only in the lower speed range are the partial load resistors 4, 5, 6 , which are otherwise fully in the line, bridged.

Um Schaltkontakte zu sparen, ist es möglich, wie in F i g. 3 angegeben, den Sternpunkt der Maschine 3 aufzulösen und die Teillastwiderstände 4 bis 6 in den Sternpunkt zu schalten. Dann sind zur ÜberbrückungIn order to save switching contacts, it is possible, as shown in FIG. 3, the star point of the machine 3 to dissolve and to switch the partial load resistors 4 to 6 to the star point. Then are to bridge the gap

6s nur noch zwei Schaltkontakte 7 und 8 erforderlich. Mit nur einem Teillastwiderstand 12 (Fig. 4), der allerdings die gleiche thermische Belastbarkeit wie die drei Teillastwiderstände 4 bis 6 in Fig. 5 haben 6s only two switching contacts 7 and 8 are required. With only one part- load resistor 12 (FIG. 4), which, however, has the same thermal load capacity as the three part-load resistors 4 to 6 in FIG. 5

müßte, und mit nur einem Schaltkontakt 13 kommt man aus, wenn zusätzlich ein Sternpunktgleichrichter Ϊ4, beispielsweise in Drehsirombrückensehaltung, vorgesehen würde.should, and with only one switching contact 13 you get by if you also have a neutral point rectifier Ϊ4, for example in a rotating sirom bridge position, would be provided.

Mit den bisher angegebenen Lösungen ist es möglich, etwa 60 % der Brernsenergie in das Netz zurückzuspeisen. Die restlichen 40 % werden in den Teillastwiilerständen verheizt. Soil eine Nuizbrenjse eingesetzt werden, die bei jeder Drehzahl mit der größtmöglichen Siromrichierleistung avbeitet, so isi ein variabler Bremswiderstand, beispielsweise nach Fi e 5 in Form eines über einen Thyristor 15 gsspeisten Teillastwiderstandes 12 einzusetzen. Mit dieser Schaltung ist es möglich, etwa 65 % der Bremsener^ in das Netz - hier Oleichspannungsquelle 1 - zuruckzuspeisen. With the solutions given so far, it is possible to feed around 60% of the Brernsen energy back into the network. The remaining 40 % is burned in the partial load heating stations. If a sensor is used that operates with the greatest possible power at every speed, a variable braking resistor, for example according to Fig. 5 in the form of a partial load resistor 12 fed via a thyristor 15, should be used. With this circuit it is possible to feed back about 65% of the braking energy into the network - here direct voltage source 1.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Arrangement for frequency-controlled three-phase machines fed by a self-commutated converter with regenerative braking on a regenerative DC voltage network, especially for electric railways, characterized in that that during the generator operation in the phase strands or in the supply lines of the dissolved The star point of the rotary current machine (3) ohmic partial load resistors (4, 5, 6) switched on are as long as the machine voltage is greater than the maximum output voltage of the converter (2) is.

2. Arrangement for frequency-controlled three-phase machines fed by a self-commutated converter with regenerative braking on a regenerative DC voltage network, characterized in that that during / end of the generator operation to a neutral point of the three-phase machine (3) arranged neutral point rectifier (14) a common ohmic partial load resistor (12) is connected as long as the machine voltage is greater than the maximum output voltage of the converter (2) is.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the ohmic partial load resistors (4, 5, 6 or 12) can be bridged during engine operation by switching cycles (7, 8, 9 or 13) are.

4. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the effective resistance value the partial load resistors (4, 5, 6 or 12) can be varied by means of a pulsed thyristor switch (15).