DE2251119A1

DE2251119A1 - Statisches umschaltsystem zur augenblicklichen umsteuerung des arbeitssinnes einer elektrischen maschine

Info

Publication number: DE2251119A1
Application number: DE2251119A
Authority: DE
Inventors: Robert Mehta
Original assignee: Jeumont Schneider SA
Current assignee: Jeumont Schneider SA
Priority date: 1971-10-26
Filing date: 1972-10-18
Publication date: 1973-05-03
Also published as: GB1405654A; DE2251119B2; CA976601A; ZA727650B; US3769566A; FR2158624A5; BE790272A; DE2251119C3

Description

Statisches Umschaltsystem zur augenblicklichen Umsteuerung des Arbeitssinnes einer elektrischen Maschine.

Me Erfindung betrifft ein statisches Um-

schaltsystem zur augenblicklichen Umsteuerung des Arbeitssinnes einer elektrischen Gleichstromreihenschlussmaschine, welche z. B. durch einen Stromzerhacker gespeist wird, insbesondere fur die augenblickliche Umsteuerung einer Maschine für Bahnbetrieb von Motorbetrieb auf Generatorbetrieb, um die Nutzbremsung oder die Widerstandsbremsung der Maschine zu ermöglichen.

Bekanntlich muss bei einer Reihenschlussmaschine bei einer. Umschaltung von Motorbetrieb· auf Generatorbetrieb vermieden werden, den Sinn des Stroms in der Feldwicklung umzukehren, damit die remanente elektromotorische Kraft die Wiederingangsetzung der Maschine ermöglicht, wenn sie als Generator arbeiten soll.

Bs sind bereits Umschaltsysterae bekannt,

welche die Vornahme einer derartigen Umschaltung gestatten, dies sind jedoch elektromechanisch© Apparate, und ihr Arbei- . ten erfordert eine gewisse Zeit, Bei der elektrischen Zugfb'r-

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derung, insbesondere bei der automatischen Steuerung von Triebfahrzeugen, ermöglicht eine derartige Totzeit nicht,die augenblickliche Bremsung des Bahnmotors vorzunehmen, und diese Umechaltmittel v/erden bei zu häufigen Bremsungen schnell zerstört.

Die Erfindung gestattet, die,een Nachteilen

abzuhelfen, da es sich bei ihr um ein statisches Umsehaltsystera handelt, welches den Arbeitsoinn der Bahnmaschine augenblicklich umsteuern kann, und dessen Zuverlässigkeit grosser als die der elektromechanischen Systeme ist.

Bekanntlich v/erden die Zerhacker im allgemeinen durch einen Hauptthyristor genannten Thyristor gebildet, v/elcher die Nutzkreise schliesst und durch Anlegung eines Gegenßtroms gesperrt wird,v/elcher von einem Kondensator oder einen Schwingkreis über einen anderen, Löschthyristor genannten Thyristor geliefert wird, wobei der induktive Nutzkreis durch eine antiparallel geschaltete Diode, Bntladediode genannt, überbrückt wird, welche die Fortsetzung des Stromflusoea während der Perioden gestattet, während welcher keine Speisung erfolgt·

Ferner ist bekannt, dass bei dor Speisung von Bahniaaschinen mittels eines Zerhackers dieser in Beihenachaltung, d.h. als Spannungsminderer, für den Iiotorbetrieb und in Parallelschaltung, d.h. als Spannungserhöher, für den Generatorbetrieb benutzt wird.

Ein gemäss diesen beiden Schaltungen arbeitender Zerhacker wird in dem erfindungsgeraäesen statischen Umechaltaystem benutzt.

.Dieses System ist dadurch gekennzeichnet, dass: > - - die ilntladediodebnd der Hau pt thyristor des

Zerhackers durch hochohmige Widerstände überbrückt sind, um das Potential der Verbindung zwischen dem Thyristor und der Diode gegenüber den Klemmen der Gleichstromquelle des Zerhackera festzulegen ;

- die Feldwicklung der Maschine in Reihe mit einer Glattungsdrossel zwischen diese Verbindung und äen zwei ßleichrichterzweigen mit Halbleitern gemeinsamen Punkt geschaltet ist, wobei der erste Zweig durch- — zwei Gruppen von

in Reihe geschalteten Dioden und der zweite durch zwei Gruppen von in Reihe geschalteten Thyristoren gebildet wird, wobei die

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Thyristoren und die Dioden von dem gemeinsamen Punkt aus gesehen in dem gleichen Sinn geschaltet sind, wobei das andere Ende des Diodenzweiges mit dem mit dem Hauptthyristor verbundenen Pol der Stromquelle und das andere Ende des Thyristorzweiges mit dem mit der Entladediode verbundenen Pol der Stromquelle verbunden ist ;

- der Anker der Maschine zwischen die Mittelpunkte der genannten Zweige geschaltet ist, wobei hochohniige Widerstände die Diodenjruppen und die Thyristorgruppen Überbrücken, welche zwischen diese Mittelpunkte und die Pole der Stromquelle geschaltet" sind, so dass die Potentiale dieser Mittelpunkte festgelegt werden ;

• und dass es folgende Seile aufweist :

- Mittel zur Sperrung des Hauptthyristors des Zerhackers und zur gleichzeitigen Messung der Spannungen Epischen einem Pol der Stromquelle und dem Mittelpunkt des Thyristorzweiges einerseits und der die Glättungrsdrossel mit der !Feldwicklung verbindenden Verbindung andererseits ;

- Kittel zur gleichzeitigen Zündung des Thyristors des Zerhackers und gemäss der vorgenommenen Umsteuerung des Arbeitsöinnes,

- bei Übergang von Motorbetrieb auf Generatorbetrieb der unmittelbar mit der Feldwicklung verbund enen-Thyristorgruppe, während die andere Thyristorgruppe gesperrt wird,

- oder bei Übergang von Generatorbetrieb auf Motorbetrieb der unmittelbar mit der Entladediode verbundenen Thyristorgruppe, während die andere Thyristorgruppe gesperrt wird, wobei diese Zündungen in dem Augenblick vorgenommen v/erden, in welchem der Mittelpunkt des Thyristorzweiges ein höheres Potential als die die Glättungsdrossel und die Feldwicklung verbindende Verbindung hat, wenn der Hauptthyristor an die positive Seite der Stromquelle angeschaltet ist j oder ein niedrigeres Potential, wenn dieser Thyristor an die negative Seite der Stromquelle angeschaltet ist, wobei die überbrückungswiderstEnde des Zerhackers und der Gleichrichterzweige so ge~ 'wählt sind, dass sie derartige Potentialdifferenseii zulassen.

Gctnass einer Ausführungsabwandlung der Maschine wird doe System auf" "'zwei" Maschinen angewandt, wobei jede

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Maschine zwei mit den oben erwähnten Gleichriehterzweigen identische Gleichrichtersweige hat, deren Enden wie oben mit den Klemmen der Stromquelle verbunden sind, die jedem Z,"weigpaar geraeinsamen Punkte sind jedoch mit der Ausgangsklemme der Glättungsdrossel über je eine Feldwicklung der Maschine verbunden, und der Anker einer Maschine ist zwischen den Mittelpunkt des dieser Maschine entsprechenden Diodenzweiges und den Mittelpunkt des der anderen Maschine entsprechenden Thyristorzweiges geschaltet, wobei die Mittel zur Messung der Spannungen auf die Mittelpunkte der Thyristorzweige der beiden Maschinen ausgedehnt sind, während die Mittel zur Steuerung der Steuerelektroden der Thyristoren auf die Thyristoren eines jeden Zweiges ausgedehnt sind, wobei die Elemente der Stromkreise einer jeden Maschine gleichzeitig gesteuert werden.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert«

Pig. 1 zeigt die Schaltung eines statischen Umschaltsystems für eine einzige Maschine.

Pig. 2 zeigt eine dem Pail von zwei Maschinen entsprechende Schaltung.

In Fig. 1 ist der Zerhacker H in vereinfachter Form innerhalb eines gestrichelten Rahmens durch seinen Hauptthyristor T, seine Entladediode B und seine GlHttungsdrossel L dargestellt. Die Gleichstromquelle des Zerhackers H ist durch ihre Klemmen + und - dargestellt. Die Diode D und der Thyristor T sind durch hochohmige Widerstände S bzw. R überbrückt, welche das Potential ihrer mit L verbundenen Kathoden gegenüber den Klemmen + und - der Stromquelle festlegen.

Die Feldwicklung A der Gleichstrommaschine

MG verbindet die Glattungsdrossel L mit dem gemeinsamen Punkt TJ von zv/ei ßleichrichterzweigen mit Halbleitern, von denen der eine durch zwei in Reihe geschaltete Dioden C und B und der andere durch zwei in Reihe geschaltete Thyristoren E und F gebildet wird, wobei die Anoden der Halbleiter C und E mit dem Punkt U verbunden sind.

Die Kathode des Thyristors F ist mit dem negativen Pol und die Kathode der Diode B mit dem positiven

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Pol der Stromquelle verbunden. Der Anker der Maschine MG ist zwischen die Kathode des Thyristors E und die Kathode der Diode C geschaltet, d.h. zwischen die Punkte V und X. Die Halbleiter B und P v/erden durch hochohmige Widerstände N baw. P überbrückt, wodurch die Potentiale der Punkte X und Ύ festgelegt werden, wenn die· Thyristoren E und P gesperrt sind. Der Wert dieser Widerstände P und N wird so gewählt, dass das Potential des Punkts V grosser als das Potential des Punkts J, d.h. als die Verbindung zwischen L und A, ist, wenn die Thyristoren T, E, P gesperrt sind. Diese Bedingung muss nämlich •erfüllt sein, wenn eine Umsteuerung des Arbeitssinnes der Haschine vorgenommen werden soll. Eine derartige Umsteuerung wird' dann mit Hilfe von zwei Steuerlogiken M- und Mp gesteuert. Die erste Steuerlogik M- steuert die Sperrung des Thyristors T und misst die Potentialdifferenzen zwischen den Punkten J und K einerseits und den Punkten V und K andererseits, wobei K der negativen Klemme der Stromquelle entspricht. Die zv/eite Steuerlogik Mg löst die Zündung der Thyristoren E und T beim Übergang auf den Generatorbetrieb oder die Zündung der Thyristoren P und T beira Übergang auf den Motorbetrieb aus, sie nimmt jedoch diese Zündungen nur vor, wenn M- dies zulässt, d.h. wenn die obige Bedingung für die Potentiale durch M- geprüft wurde«

Es sei z.B. angenommen, dass Motorbetrieb besteht, und dass auf Generatorbetrieb übergegangen werden soll. M.J sperrt dann den Thyristor T des Zerhackers, wodurch der Thy~ rißtor P gesperrt wird, welcher mit natürlicher Löschung arbeitet, und M- misst gleichzeitig die obigen Potentialdifferenzen. Sobald das Potential von J kleiner als das γοη V wird,gibt M- die Umsteuerung frei, und Mp löst sofort die Zündung der Thyristoren E und T aus. Hierauf nimmt der Zerhacker H.wieder seine norrnsile "Arbeitsweise auf, C und P sind nicht mehr stromführend, und die Maschine MG kann Strom in die Stromquelle oder einen anstelle der Stromquelle geschalteten Widerstand liefern.

i-is sei nun angenommen, dass Generatorbetrieb besteht, und dass auf Motorbetrieb übergegangen werden soll. K.J sperrt den Thyristor T des Zerhackers, wodurch der Thyristor E infolge des Fehlens eines Stroms gesperrt wird, und IL misst

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gleichzeitig dio obigen Potentialdifferenzen. Sobald das Potential von J kleiner als das von V wird. lasst M- die Umsteuerung zu, worauf IL· ciie Zündung der Thyristoren F und 'S auelöst, ilitrauf nimmt der Zerhacker H v/ieder seine normale Arbeitsweise auf, und B und E führen keinen Strom mehr.

Fig. 2 entspricht dem Fall von zwei Haschinen HG₁ und MGp· Man findet hier die gleichen Elemente wie in Pig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen wieder, die Elemente B, N, X, C, U, E, V, F, P sind jedoch mit dem Index 1 oder 2 versehen, je nachdem, ob sie sich auf die erste oder die zweite Maschine beziehen, und diese Elemente sind in der gleichen '/eise wie in Fig. 1, jedoch gemäss zwei parallelen Stromkreißen, an die Klemmen der Stromquelle angeschlossen. Um jedoch einen Ausgleich zwischen den beiden Maschinen herzustellen, ist der Anker der ersten Maschine zwischen X- und Y₂ ^unc* <*er Anker der zweiten Maschine zwischen Xo und V- geschaltet« Ferner ist die Feldwicklung Λ- der ersten Maschine zwischen J und U₁ unü die Feldwicklung A₂ der zweiten Maschine zwischen J und Up geschaltet.

Schliesslich sind die Steuerlogiken Mt und M₂

durch die Logiken K^ bzw. M, ersetzt, welche sion von den ersteren etwas dadurch unterscheiden, dass II, die Potentialdifferenzen zwischen aen Punkten V-, Vp, und K anstatt zwischen V und E misst, und dass IA. die Steuerelektroden der Thyristoren B^, E₂, F,., Fp anstatt von E und F betätigt. Die Logiken K, und Μ* wirken gleichzeitig auf die beiden parallel geschalteten Stromkreise, während die Logiken K₁ und M₂ in dem Fall der Fig. 1 nur einen einzigen Stromkreis betätigten. Die für eine Maschine beschriebene Arbeitsweise bleibt fur den Fall von zwei Maschinen gültig, wenn die Bezugszeichen ohne Index durch die Bezugszeichen mit dem entsprechenden Index 1 oder 2 ersetzt werden.

Die Erfindung ist auch auf den Fall von Ka-Bchinen mit getrennter Erregung anwendbar.

Sie ist insbesondere für elektrische Maschinen verwendbar, welche in Triebfahrzeuge eingebaut sind, ins-'besondere solche mit automatischer Steuerung.

BAD OFi)GINAL

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Claims

- 7 - - P a t e η t a η s ρ r ü c Ii e

M. J Statisches Umschal tsy st ein zur augenblicklichen Umsteuerungües Arbeitösinnes einer von einem Zerhacker mit antiparallel geschalteter Entlade«*—diode gespeisten elektrischen Reihenschlussmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass ί

- die Entladediode (D) und der. 'Hauptthyristor (T) des Zerhackers durch hochohmige Widerstände (R, S) überbrückt sind, um das Potential der Verbindung zwischen dem Thyristor und der Diode gegenüber den Klemmen (+, - ) der Gleichstromquelle des Zerhackers (H) festzulegen ;

- die Pelüwicklung (A) der Maschine (MGf) in

Reihe mit einer Glättungsdrossel (L) zwischen diese Verbindung und den zwei Gleichrichterzweigen mit Halbleitern gemeinsamen Punkt (U) geschaltet ist, wobei der erste Zweig durch zwei Gruppen von in Reihe geschalteten Dioden (B, C) und der zweite durch zwei Gruppen von in Reihe geschalteten Thyristoren (E, 3?) gebildet wird, wobei die Thyristoren und die Dioden von dem gemeinsamen Punkt (U) aus gesehen in dem gleichen Sinn geschaltet sind, wobei das andere Ende des Diodenzweiges mit.dem mit dem Hauptthyristor (T) verbundenen·Pol der Stromquelle und das andere Ende des ThyriBtorzweiges mit dem mit der 3ntladeaiode (D) verbundenen Pol der Stromquelle verbunden ißt ;

- der Anker der Maschine (MG) zwischen die Mittelpunkte (X, V) der genannten Zweige geschaltet ist, wobei hochohmige Widerstände (K-, P) die Diodengruppen (B, C) und die Thyristorgruppen (B, P) überbrücken, welche zwischen diese Mittelpunkte und die Pole (+, - ) der Stromquelle geschaltet sind, so dass die Potentiale dieser Mittelpunkte festgelegt werden }

und dass es folgende Teile aufweist :

- Kittel (M-) zur Sperrung des Hauptthyristors (T) des Zerhackers (H) und zur gleiehzeitigen Messung der Spannungen zwischen einen Pol (K) der Stromquelle und dem Mittelpunkt (V) des Thyristorzweiges einerseits und der die Glättungsdrossel (L) mit der Feldwicklung (A) verbindenden Verbindung (J) andererseits ;

- Hittel (Mp) zur gleichseitigen Zündung des

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