DE2230223C3 - Schaltungsanordnung zur wahlweisen Steuerung einer Gleichstrom-Reihenschlußmaschine im Antriebs- oder generatorischen Nutzbremsbetrieb - Google Patents

Schaltungsanordnung zur wahlweisen Steuerung einer Gleichstrom-Reihenschlußmaschine im Antriebs- oder generatorischen Nutzbremsbetrieb

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DE2230223C3
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/06Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current
    • H02P7/18Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power
    • H02P7/24Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P7/28Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
    • H02P7/281Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices the DC motor being operated in four quadrants

Description

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zur wahlweisen Steuerung einer Gleichstrom-Reihenschlußmaschine im Antriebs- oder generatorischen Nutzbremsbetrieb gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2.
tine derartige Schaltungsanordnung ist aus der US-Zeitschrift »IEEE Transactions on Industry Applications«, VoI. IA-8, Nr. 2, March/April 1972, Seite 199, Fig. 6 bekannt. Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung arbeitet der erste zwangslöschbare Halbleitersteller sowohl beim Fahren als auch
M) beim Bremsen als Gleichstromsteller für den Motorbzw. Generatorstrom. Die mit dem Gleichstromsteller in Reihe liegende entgegengesetzt gepolte Diode wirkt beim Fahren als zum Motor parallelliegende Freilaufdiode, um den Motorstrom bei pcsperrtem
ei Halbleitersteller weiterzuführen, und beim Bremsen als mit dem Motor in Reihe liegende Rückspeisediode, die bei gespeiTtem Halbleitersteller den an die Gleichspannungsquelle zurückgelieferten Strom
führt. Die Stromrichtung in der Feldwicklung und damit die Polarität der Ankerspannung sind in beiden Betriebsarten gleich. Die Stromrichtung im Anker der Gleichstrom-Reihenschlußmaschine muß sich hingegen umkehren. Ferner muß der Halbleitersteller, der beim Fahren in Reihe mit dem Motor liegt, beim Bremsen parallel zum MotGr geschaltet sein. Die hierfür erforderlichen Umschaltungen bewirkt im bekannten Fall die dem anderen Ende der Feldwicklung zugeordnete Halbleiteranordnung, die aus zwei Thyristoren und zwei Dioden besteht. In dieser bekannten Schaltung sind immer drei Halbleiterventile, zwei Thyristoren und eine Diode, in Reihe geschaltet. Ein Umschalten vom Antriebs- in den Bremsbetrieb und umgekehrt ist erst dann möglich, wenn der Strom im Gesamtkreis zu Null geworden ist und die Umschaltthyristoren ihren Blockierzustand wieder erreicht haben. Zu diesem Zweck sind zwei Überwachungseinrichtungen erforderlich, die das Zu-Null-Werden des beispiels nach Anspruch 2 die aus der DE-PS 1 i 46 187 bekannte einfache Kommutierungsschaltung mit einem für beide Halbleitersteller gemeinsamen Kommut'erungskondensator verwendet werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie ihre Vorteile ergeben sich aus weiteren Unteransprüchen in Verbindung mit der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt
Fig. 1 eine Schaltungsanordnung mit einer angezapften Feldspule,
Fig. 2 eine Schaltungsanordnung ohne angezapfte Feldspule,
Fig. 3 eine Weiterbildung der Schaltung nach Fig. 2 mit einer zusätzlichen angezapften Glättungsdrossel, einer Feldfreilaufdiode und einem zusätzlichen steuerbaren Ventil zwischen einer Ankerklemme und einem Pol der Gleichspannungsquelle.
Gleiche Teile oder Teile mit gleicher Funktion sind
Stroms anzeigen. Dadurch benötigt der Umschaltvor- 20 in den verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeigang auch bei dieser Schaltung eine relativ lange Zeit. -u- ' '
Darüber hinaus ist der Spannungs- bzw. Leistungsverlust in den drei in Reihe geschalteten Halblciterventilen verhältnismäßig hoch.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugründe, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die wesentlich schneller vom Antriebs- in den Bremsbetrieb umgeschaltet werden kann und bei der die Anzahl der in Reihe geschalteten, vom Betriebsstrom durchflossenen Halbleiterventile verringert ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1. Diese Schaltungsanordnung besitzt den Vorteil, daß nur jeweils ein einziges Halbleiterventil im Stromkreis liegt.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 2. Diese Lösung hat den Vorteil,
chen gekennzeichnet.
Der Pluspol 3 einer Gleiehspaiinu'igsqueiie 1, die in diesem Fall aus einer Batterie besteht, ist über einen ersten zwangslöschbaren Halbleitersteller 5, mit einer ersten Klemme 5 einer Feldspule F und über eine Diode Q1 mit einer zweiten Klemme 6 der Feldwicklung F verbunden. Vom Minuspol 2 der Gleichspannungsquelle 1 ist ein zweiter zwangslöschbarer Halbleitersteller S2 zu der zweiten Klemme 6 und eine
Diode D2 zu der ersten Klemme 5 der Feldspule F geschaltet. Diese weist eine Anzapfung Aa auf, die über eine Glättungsdrossel L und den Anker 8 mit Ankerklemmen A und B einer Gleichstrom-Reihenschlußmaschine mit dem Minuspol 2 der Gleichspannungsquelle 1 verbunden ist.
Zur Inbetriebnahme der Gleichstrom-Reihenschlußmaschine im Fahrbetrieb wird der erste zwangslöschbare Halbleitersteller S1 gezündet, wobei
_,„.„-, - . der Motorstrom vom Pluspol 3 über die KIe jime 5,
daß eine Feldspule ohne Mittelanzapfung verwendet 40 durch die Feldspule F, über die Mittelanzapfung 4a werden kam.. Beiden Lösungen ist jedoch gemeinsam, die Glättungsdrossel L, den Anker 8 zum Minuspol 2 daß nach Löschung des ersten Halbleitersteilers (Si) so- de: Batterie 1 fließt. Dies ist der normale Antriebsbefortderzweite Steller (S2) eingeschaltet werden kann, trieb der Gleichstrom-Reihenschlußmaschine. Wird da die beiden Stellersysteme im Hauptzweig entkop-
50
pelt sind.
Durch die DE-PS 1146 187 ist eine Schaltungsanordnung zur wahlweisen Steuerung einer Gleichstrommaschine im Antriebs- oder Nutzbremsbetrieb bekannt, die hinsichtlich der zwischen dem ersten und dem zweiten Pol der Gleichspannungsquelle liegenden Halbleiteranordnungen insoweit übereinstimmt, als es sich jeweils um die Reihenschaltung eines zwar.gslöschbaren Halbleiterstellers und eines weiteren Ventils handelt. Im Gegensatz zur Erfindung wird im bekannten Fall jedoch keine Reihenschlußmaschine, sondern eine fremderregte Gleichstrommaschine gesteuert. Die mittleren Verbindungspunkte der beiden Halbleiteranordnungen sind direkt miteinander verbunden. Dabei ist es zur Sicherstellung einer einwandfreien Löschbarkeit der Halbleitersteller μ erforderlich, die weiteren Ventile steuerbar zu machen oder Dioden mit zusätzlich in Reihe geschalteten vormagnetisieren Drosseln anzuwenden. Die erfindungsgemäße Anordnung der Reihenschluß-Feldwicklung macht diese Maßnahme durch die Entkopplung der h5 beiden Steuersystem überflüssig. Trotz dieser erfindungsgemäßen Entkopplung kann aber in einer Ausgestaltung nach Anspruch 3 im Falle des Ausführungs-
51 gelöscht, dann kehren sich die Spannungen an Feldspule F und Glättungsdrossel L jeweils um, wobei ein Strom mit fallender Tendenz in gleicher Richtung durch F und L über die Diode D2 fließt.
Für den Bremsbetrieb wird nach Löschung des ersten Halbleitersteller S1 der zweite Halbleitersteller
52 gezündet, so daß die Gleichstrom-Reihenschlußmaschine als Generator betrieben und über den Halbleitersteller S2 kurzgeschlossen wird. Hierbei kehrt sich die Richtung des Ankerstroms um, jedoch behält die Frnsgung der Feldspule F ihre Richtung bei, da der Ankerstrom über die Anzapfung 4a zur zweiten Klemme 6 der FeJ-ispule F und über den Halbleitersteller S2 zum Minuspol 2 fließt. Wird der Halbleiter steller S2 gelöscht, so fließt der Strom über die Diode D
Di zum Pluspol 3 der Gleichspannungsquelle 1 zurück, wobei eine Kückspeisung stattfindet (Rückspeisephase).
In der Ausführungsform nach Fig. 2 ist die Glättungsdrossel L nicht direkt mit einer Anzapfung der Feldspule F verbunden, sondern über zwei antiparallel geschaltete Dioden D3 und D4 mit je einer Klemme 5, 6. Ferner ist die Klemme 4b über einen Kommutierungskondensator C in einem Verbindungspunkt 7 zwischen zwei zwischen Pluspol 3 und
Minuspol 2 der Spannungsquelle 1 angeordneten Kommutierungsventilen Ty, T4 angeschlossen. Der Pluspol 3 der Spannungsquelle 1 ist über ein steuerbares Halbleiterventil Tx mit der ersten Feldspulenanschlußkiemme 5 und der Minuspol 2 über ein weiteres steuerbares Hauptventil T1 mit der zweiten Klemme 6 der Feldspule F verbunden. Die Anordnung der Freilaufdioden D1, D1 entspricht der der Schaltung nach Fig. 1.
Zur Inbetriebnahme der Gleichstrom-Reihenschlußmaschine wird das Hauptventil T1 gezündet. Der Strom fließt über Tx, die Feldspule F, die Diode D,. die Glättungsdrossel /. und den Anker 8 zum Minuspol 2. Das positive Potential der Klemme 4h liegt auch am Kondensator C an. Zur Löschung des Hauptventils Tx wird das Komrnutierungsventil 7', gezündet. Der Kondensator C treibt einen Kommutierungsstrom über die Diode D4, das Kommutiedie Feldspule F, das Hauptventil T2 zum Anker 8 zurückfließt. Auch hier kehrt sich die Feldrichtung in der Feldspule F nicht um.
Zur Löschung des Hauptventils T2 beim Übergang auf eine Rückspeisung von elektrischer Energie in die Gleichspannungsquelle 1 im Bremsbetrieb wird das Kommutierungsventil T4 gezündet, wodurch ein Entladungsstrom über die Diode D3 und das Hauptventil T2 fließt und dieses löscht. Die Umladung des Kondensators C erfolgt beim letzten Löschen des ersten Hauptventils T1.
Nach dem Loschen des Hauptventils T2 fließt der Kondensatorstrom weiter über das Kommutierungsventil T4, den Anker 8 der Reihenschlußmaschine und die Glättungsdrossel /. und lädt den Kondensator C um, bis ein Rückspeisestrom vom Anker 8 über die Drossel /., die Diode D4. das Feld F und die Diode D1 zur Batterie 1 fließt. Andernfalls fließt der Kon
gelöscht wird. Anschließend wird der Kondensator C vom Laststrom über Klemme 4h, Glättungsdrossel /. und Anker 8 der Gleichstrom-Reihenschlußmaschine umgeladen. Die Spannungan der Feldspule F und an der Glättungsdrossel /. kehrt sich um. wobei ein Strom in gleicher Richtung durch die Freilaufdiode D.. die Diode D1. den Anker 8 und die Feldspule F fließt.
Zur Einleitung des Bremsbetriebes v/ird nach dem Löschen des ersten Hauptventils T1 das Hanptventil Γ, gezündet, wobei die Gleichstrom-Reihenschlußmaschine in den Generatorbetrieb übergeht und der Strom über die Maschinenklemme 4h, die Diode D4.
ucnsuiOi SiiOmi üOcT uäS rvumul üucFüi'lgSVcimi / 4, üic Diode D2. die Feldspule F und die Diode D,.
Fig. 3 zeigt die Schaltung nach Fig. 2, in der zur Verhinderung von Instabilitäten im Bremsbetrieb eine Freilaufdiode D5 zwischen Pluspol 3 und einer Anzapfung 9 der Drossel L geschaltet ist. Fehlt die Drossel L an dieser Stelle in der Schaltung, so muß in den Kreis der Freilaufdiode D5 eine eigene (nicht eingezeichnete) Drossel eingeschaltet werden. Die Einsck.,i'.ung eines steuerbaren Ventils 7", zwischen Pluspol 3 und Klemme 4 ermöglicht einen FeIdschwächbetrieb der Gleichstrom-Reihenschlußmaschine.
Hierzu 1 Blatt Zeichnuneen

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Schaltungsanordnung zur wahlweisen Steuerung einer Gleichstrom-Reihenschlußmaschine im Antriebs- oder generatorischen Nutzbremsbetrieb mit folgenden Merkmalen:
- zwischen dem ersten und dem zweiten Pol der Gleichspannungsquelle liegt die Reihenschaltung eines für einen Verbraucherstrom gepolten ersten, zwangslöschbaren Halbleiterstellers und einer entgegengesetzt gepolten, ersten Diode;
- an den Verbindungspunkt zwischen dem ersten Halbleitersteller und der ersten Diode ist das eine Ende der Feldwicklung der Gleichstrom-Reihenschlußmaschine angeschlossen ;
- das andere Ende der Feldwicklung ist an den Verbindungspunkt einer weiteren in Reihenschaltung zwischen den Polen der Gleichspannuiigsquelle angeordneten Halbleiteranordnung angeschlossen;
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- der erste zwangslöschbare Halbleitersteller (S1) ist nur im Antriebsbetrieb ansteuerbar;
- die zweite Halbleiteranordnung zwischen dem ersten (3) und dem zweiten (2) Pol der Gleichspannungsquelle (1) besteht aus der Reihenschaltung einer für einen Rückspeisestrom gepolten zweiten Diode (D,) und eines entgegengesetzt gepolten und nur im Nutzbremsbeirieb ansteuerbaren zweiten Halbleiterstellers (S2),
- der Anker (8) dor Gleichstrom-Reihenschlußmaschine ist zwisch ;n einer Anzapfung (4a) der Feldwicklung (F) und dem zweiten Pol (2) der Gleichspannungsquelle (1) angeschlossen.
2. Schaltungsanordnung zur wahlweisen Steuerung einer Gleichstrom-Reihenschlußmaschine im Antriebs- oder generatorischen Nutzbremsbetrieb mit folgenden Merkmalen:
- zwischen dem ersten und dem zweiten Pol der Gleichspannungsquelle liegt die Reihenschaltung eines für einen Verbraucherstrom gepolten ersten, zwangslöschbaren Halbleiterstellers und einer entgegengesetzt gepolten, ersten Diode;
- an den Verbindungspunkt zwischen dem ersten Halbleitersteller und der ersten Diode ist das eine Ende der Feldwicklung der Gleichstrom-Reihenschlußmaschine angeschlossen;
- das andere Ende der Feldwicklung ist an den Verbindungspunkt einer weiteren in Reihenschaltung zwischen den Polen der Gleichspannungsquelle angeordneten Halbleiteranordnung angeschlossen;
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- der erste zwangslöschbare Halbleitersteller (Sw T\) ist nur im Äntriebsbetrieb ansteuerbar;
- die zweite Halbleiteranordnung zwischen dem ersten (3) und dem zweiten (2) Pol der Gleichspannungsquelle (1) besteht aus der Reihenschaltung einer für einen Rückspeisestrom gepolten zweiten Diode (D1) und eines entgegengesetzt gepolten und nur im Nutz-
betrieb ansteuerbaren zweiten Halbleiterstellers (S2; T2);
- die erste Klemme (A) des Ankers (8) der Gleichstrom-Reihenschlußmaschine ist über eine in Richtung eines generatorischen Stromes gepolte Diode (D4) mit dem einen Ende der Feldwicklung (F) und über eine in Richtung eines motorischen Stromes gepolte Diode (D3) mit dem anderen Ende der Feldwicklung (F) verbunden;
— die zweite Klemme (B) des Ankers (8) ist mit dem zweiten Pol (2) der Gleichspannungquelle (1) verbunden.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Polen (2, 3) der Gleichspannungsquelle (1) zwei in Durchlaßrichtung hintereinandergeschaltete, steuerbare Kommutierungsventile (T3, T4) geschaltet sind und daß der Verbindungspunkt (7) beider Ventile (T3, T4) über einen Kommutierungskondensaior (C) mit dem Verbindungspunkt (4b) der der Feldwicklung (F) zugeordneten Dioden (D3, D4) verbunden ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Anker (8) eine Glättungsdrossel (L) angeordnet ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Glättungsdrossel (L) eine Anzapfung (9) besitzt, die über eine für einen Rückspeisestrom gepolte Freilaufdiode (D5) mit dem ersten Pol (3) der Gleichspannungsquelle (1) verbunden ist.
6. Schaltungsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung einer Feldschwächung im Antriebsbetrieb die Feldwicklungsanzapfung (4α) bzw. der Verbindungspunkt (4b) der der Feldwicklung (F) ankerseitig zugeordneten Dioden (D3, D4) über ein steuerbares Ventil (T5) mit dem ersten Pol (3) der Gleichspannungsquelle (1) verbunden ist.
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