DE2307521A1

DE2307521A1 - Statisches umschaltsystem zur augenblicklichen vornahme von verschiedenen schaltungen von zwei gleichstrommaschinen

Info

Publication number: DE2307521A1
Application number: DE19732307521
Authority: DE
Inventors: Robert Mehta
Original assignee: Jeumont Schneider SA
Current assignee: Jeumont Schneider SA
Priority date: 1972-02-18
Filing date: 1973-02-15
Publication date: 1973-09-27
Also published as: CA974574A; DE2307521C3; FR2172563A5; US3800197A; GB1422161A; DE2307521B2; ZA731082B; BE795399A

Description

5, Place de Rio de Janeiro

-PARIS 8e -Frankreich ~

TJn8er Zeichen: J 579

Statisches Unsehaltsystem zur augenblicklichen Vornahme von verschiedenen Schaltungen von zwei Gleichstroamaschinen.

Gegenstand der Erfindung ist ein statisches

Umschaltsystem zur augenblicklichen Schaltung von zwei ReihenschlussgleichstroEiaaschinen, welche mit einer Gleichstromquelle durch einen Spannungsanpasser verbunden sind, z.B. einen elektromagnetischen Stufenschalter oder einen Zerhacker, wobei diese beiden Maschinen für folgende Betriebszustande geschaltet werden sollen :

- fur Kotorbetrieb in Reihenschaltung ;

- fur Motorbetrieb in Parallelschaltung ;

- für Generatorbetrieb in Reihenschaltung ;

- für Generatorbetrieb in Parallelschaltung. Die Erfindung ist besonders für Bahnmotoren

verwendbar, wo sie eine bessere Ausnutzung der KenngrSssen derselben sowohl für Hotorbetrieb als auch für Generatorbetrieb ermöglicht.

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Bekanntlich müssen bei Reihenschlussmaschinen folgende beiden Bedingungen erfüllt werden :

-bei Umschaltung von Motorbetrieb auf Generatorbetrieb muss die Stromumkehr in der Feldwicklung vermieden werden, damit die remanente elektromotorische Kraft die Selbsterregung der Haschine im Generatorbetrieb ermöglicht ;

-beim Arbeiten von zwei Haschinen in Parallelschaltung im Generatorbetrieb müssen die Feldwicklungen gekreuzt werden, um einen stabilen Ausgleich der/erzeugten Leistungen zu erhalten·

Es sind bereits Umschalter oder mit Nocken

versehene Kombinatoren bekannt, welche die verschiedenen obigen Schaltungsänderungen vornehmen können, diese Apparate sind jedoch elektromechanisch ausgebildet, und ihr Arbeiten erfordert eine gewisse Zeit.

Nun gestattet aber bei der elektrischen Zugförderung, insbesondere bei der automatischen Steuerung von Triebfahrzeugen, eine derartige Totzeit nicht, die augenblickliche Bremsung des Bahnmotors vorzunehmen, und diese Umcehaltsysteme werden bei sehr häufigen Bremsungen schnell zerstört.

Die Erfindung hilft diesen Nachteilen ab, da sie ein statisches Umschaltsystem Eum Gegenstand hat, welches gestattet, die obigen Umschaltungen augenblicklich und mit grosser Zuverlässigkeit vorzunehmen.

Bekanntlich werden die Zerhacker im allgemeinen durch einen Hauptthyristor genannten Thyristor gebildet, welcher den Nutzkreis schliesst und durch Anlegung eines Gegenstroms gesperrt wird, welcher von einem Kondensator oder einem Schwingkreis über einen anderen, Löschthyristor genannten Thyristor geliefert v/ird, wobei der induktive Nutzkreis durch eine Entladediode genannte Diode in Antiparallelschaltung überbrückt wird, die das Weiterfliessen des Stroms während der Nichtspeisungszeiten ermöglicht.

Ferner ist bekannt, dass bei Speisung von Bahnmotoren mittels eines Zerhackers dieser in Reihenschaltung, d. h. zur Spannungserniearigung, für den Kotorbetrieb und in Parallelschaltung, d.h. zur Spannungserhöhung, für den Generatorbetrieb benutzt wird, wobei die Ausdrücke Spannungserniedrigung

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oder Spannungserhöhung fur einen Beobachter zu verstehen sind, welcher sich auf der Seite der den Zerhacker speisenden Gleichstromquelle befindet.

In der vorliegenden Erfindung wird ein Zerhacker gemass diesen beiden Schaltungen in Korabination mit dem vorgeschlagenen statischen Umschaltsystem benutzt, doch kann ganz allgemein ein beliebiger zwischen die Gleichstromquelle ^; und die beiden Maschinen geschalteter Spannungsanpasser benutzt werden, welcher die gleiche Arbeit wie ein Zerhacker verrichten kann·

Das erfindungsgemässe statische Umschaltsystem ist dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Teile enthält :

- einen an die Klemmen der mit den Maschinen

verbundenen Gleichstromquelle angeschalteten Spannungsanpasser mit einer Ausgangsklemme, deren Potential jeden Zwischenwert zwischen KuIl und dem Potential der Stromquelle annehmen kann, wobei er ausserdem ein Schaltglied aufweist, welches den Strom in dieser Ausgangsklemme unterbrechen kann ;

- einen ersten zwischen den Ausgang des Spannungsanpassers und den negativen Pol der Stromquelle geschalteten ersten Stromkreis, welcher in Reihe in der nachstehenden Reihenfolge die Erregerwicklung der ersten Maschine, eine erste Diode, den Anker dieser Maschine und einen ersten Thyristor enthält, wobei die Durchlassrichtung dieser Halbleitervorrichtungen die der obigen Aufzählung ist ;

- einen zv/eiten, zu dem ersten Stromkreis parallel geschalteten Stromkreis, welcher in Reihe in der nachstehenden Reihenfolge einen zweiten Thyristor, die Feldwicklung der zweiten Maschine, eine zweite Diode, den Anker dieser Maschine und einen dritten Thyristor enthalt, wobei die Durchlassrichtung dieser Halbleitervorrichtungen die der obigen Aufzahlung ist ;

- einen vierten Thyristor, dessen Anode mit

der Kathode der zweiten Diode und dessen Kathode mit der Kathode des zweiten Thyristors vo verbunden ist ;

- einen fünften Thyristor, dessen Anode mit

der Anode der zv/eiten Diode und dessen Kathode mit der Anode des ersten Thyristors verbunden ist ;

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- einen sechsten Thyristor, dessen Anode mit

der Anode der ersten Diode und dessen Kathode mit der Anode des dritten Thyristors verbunden ist ;

- eine dritte Diode, deren Anode mit der Anode

des ersten Thyristors und deren !Cathode mit der Kathode des vierten Thyristors verbunden ist ;

- eine vierte und eine fünfte Diode, deren Anoden mit den diesbezüglichen Kathoden der ersten und der zweiten Diode und deren Kathoden mit dem positiven Pol der Stromquelle verbunden sind ;

- hochohmige Y/iderstände, welche so angeordnet

und bemessen sind, dass sie nach Unterbrechung des Stroms in den Maschinen die Potentiale der vier nachstehenden Punkte des Stromkreises in Bezug auf den negativen Pol in einer wachsenden Folge festlegen : Ausgang des Spannungsanpassers, Anode des ersten Thyristors, Kathode des* zweiten Thyristors, Anode des dritten Thyristors ;

- eine erste Steuerlogik, welche diese Potentiale misst, ihre Reihenfolge bestimmt und das Arbeiten einer zweiten Steuerlogik zulässt oder verbietet, deren Ausgange mit den Toren der obigen Thyristoren verbunden sind, um nach Unterbrechung des Stroms in den Maschinen die Zündung der besonderen Thyristoren vorzunehmen, welche der gewünschten Schaltung der LIaschinen entsprechen, sobald nach Unterbrechung des Stroms in diesen Maschinen die erste Logik eine wachsende Polge der Potentiale angibt, worauf sie die Wiederherstellung des Stroms in den Maschinen durch die Steuerung des Spannungsanpassers zulässt, nachdem die genannten besonderen Thyristoren gezündet wurden.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert, deren einzige Abbildung die Schaltung eines erfindungsgemässen Umschaltsystems zeigt, welches einen Zerhacker als Spannungsanpasser benutzt.

Dieser Zerhacker H ist schematisch durch seinen Hauptthyristor T, seine Entladediode D und eine Induktivität N dargestellt, welche die Kathoden, von T und D mit der Ausgangsklemme si des Zerhackers verbindet und fortfallen oder durch. eine einfache Verbindung ersetzt werden kann, wenn die Induktivitäten der Haschinen selbst genügend gross sind. Die Steuer-

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vorrichtung C des Zerhackers spielt durch ihre Wirkung auf das l'or von T auch die Rolle eines Schaltgliedes zur Unterbrechung des Strons in der Klemme a.

Bei Fehlen dieses Stroms wird das Potential von a. mit Hilfe von zwei hochohmigen Widerständen R₁ und R2 festgelegt, welche zv/ischen a und die beiden Pole der Stromquelle geschaltet sind·

Zwei parallel geschaltete Stromkreise sind

zwischen a und den negativen Pol der Stromquelle geschaltet. Der erste Stromkreis enthält in Reihe und in der nachstehenden Reihenfolge unter Ausgang von dem Punkt a die Feldwicklung I₁ der ersten Maschine, eine Diode D.., den Anker IL der Haschine und einen Thyristor T₁, wobei die Durchlassrichtung von D₁ und T- von a zu den negativen Pol der Stromquelle gerichtet ist.

Der zweite Stromkreis enthält in Reihe und

in der nachstehenden Reihenfolge unter Ausgang von dem Punkt a einen Thyristor T₂, die Feldwicklung I₂ der zweiten Haschine, eine Diode D₂, den Anker H₂ der Kaschine und einen Thyristor T,, wobei die Durchlassrichtung von T₂, D₂ und T, von a zu dem negativen Pol der Stromquelle gerichtet ist.

Eine Diode D, ist zv/ischen den Punkt <1 (Anode von T₁) und den Punkt £ (Kathode von T₂) geschaltet, wobei ihre Durchlassrichtung von d_ nach £ gerichtet ist.

Ein Thyristor T. ist zv/ischen die Kathode von D₂ und den Punkt £ . geschaltet, wobei die Kathode von T. mit £ verbunden ist. Ein Thyristor T₅ ist zwischen die Anode von D₂ und den Punkt d geschaltet, wobei die Kathode von T₅ mit d. verbunden ist. Ein Thyristor Tg ist zwischen die Anode von D₁ und die Anode von T, (Punkt Jd) geschaltet, wobei die Kathode von Tg mit h verbunden ist.

Die Kathoden der Dioden D₁ und D₂ sind durch

Dioden D^ bzw. D^ mit dem positiven Pol der Stromquelle verbunden, wobei die Kathoden von D. und D,- mit diesem Pol verbunden sind.

Hochohmige Widerstände R₁ und R₂ sind zwi-Bchen den Punkt a und die Pole + bzw. - geschaltet, um das Potential von a in Bezug auf die Pole der Stromquelle festzulegen, wenn kein Strom in dem Ausgang a des Zerhackers H

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flieset. Ebenso werden "bei Unterbrechung des Stroms in den Maschinen die Potentiale der Punkte h, £ und d, in Bezug auf die Pole der Stromquelle durch hochohmige Widerstände R^ bis R_Q festgelegt.

Die Widerstände R^ bis R_Q sind so bestimmt,

dass die Potentiale der Punkts a., d., £, h in Bezug auf den negativen Pol der Stromquelle eine wachsende Reihenfolge haben.

Eine mit den Klemmen a, d_, £, t> und - verbundene Steuerlogik Iu misst diese Potentiale und bestimmt ihre gegenseitige Reihenfolge. Wenn diese Potentiale sich in wachsender Reihenfolge befinden, erlaubt I^ das Arbeiten einer zweiten Steuerlogik Lp, welche nur die der für die Maschinen gewünschten Schaltung entsprechenden Thyristoren leitend macht. Hierfür ist Xp mit sechs mit den Toren 1 bis 6 der Thyristoren T- bis Tg verbundenen Ausgängen versehen.

Die Logik Lp empfängt ihrerseits den Befehl fur eine derartige Schaltungsänderung von einen allgemeinen Steuerorgan, welches bei dem gewählten Beispiel eine auch die Steuerung C des Zerhackers betätigende Schaltvorrichtung A ist.

Wenn sich die Potentiale nicht in wachsender

Reihenfolge befinden, verbietet L- das Arbeiten von L₀, da dies einfach bedeutet, dass der Strom in den Maschinen nicht unterbrochen wurde, so dass keine Schaltungsänderung vorgenommen werden kann.

Die Arbeitsweise des uerfindungsgeinässen statischen Umschaltsystems ist dann folgende : bei Ausgang von einer beliebigen Schaltung der beiden Maschinen, bei welchen entweder die gegenseitige Schaltung oder die Arbeitsweise als Motor oder als Generator verändert werden soll, wird zunächst mittels des Schaltgliedes des Spannungsanpassers der Strom in den Maschinen unterbrochen. Bei dem gewählten Beispiel sperrt die Steuervorrichtung C den Thyristor T des Zerhackers.

Die Thyristoren T- bis T^, welche leitend sein konnten, loschen, worauf die Potentiale der Punkte a, Jb, £ und £ die durch die Widerstände R^ bis R_Q vorgegebenen Werte annehmen*

Die Logik L^ erlaubt daher das Arbeiten der Logik L^, welche entsprechend dem besonderen, von dem allgemeinen

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Schaltorgan A empfangenen Schaltbefehl die besonderen, der gewünschten Schaltung entsprechenden Thyristoren zündet und die anderen Thyristoren gesperrt halt.

Pur einen Motorbetrieb mit Reihenschaltung der beiden Maschinen zündet die Logik L₂ nur den Thyristor T^, wodurch der Stromkreis I₁-D₁-K₁-D^-I₂-D₂-K₂-T- zwischen a und dem Pol - hergestellt wird.

Fur einen Kotorbetrieb mit Parallelschaltung der beiden Maschinen zündet die Logik L₂ nur die Thyristoren T₁, Τ« und T,, wodurch die beiden folgenden parallelen Stromkreise zwischen ει und dem Pol - hergestellt werden, nämlich I₁-D₁-M₁-T₁ und T₂-I₂-D₂-K₂-T₅.

Fur einen Generatorbetrieb mit Reihenschaltung der beiden Maschinen zündet die Logik L₂ nur die Thyristoren T. , Te und Tg, wodurch zwischen a und dem Pol + der Stromkreis I₁-T₆-H₂-T₄-I₂-T₅-K₁-D_{4 herge3tellt wird}.

Schliesslich zündet für einen Generatorbetrieb mit Parallelschaltung der beiden Maschinen die Logik L₂ nur die Thyristoren T₂, T,- und Tg, wodurch zwischen a und dem Pol + die beiden folgenden parallelen Stromkreise hergestellt werden, nämlich I₁-Tg-K₂-D₅ sowie T₂-I₂-T₅-M^-D₄.

Man stellt fest, dass bei beliebiger Schaltungsart die Stromrichtung in ei en Feldwicklungen I₁ und I₂ nicht wechselt, und dass tatsächlich bei Generatorbetrieb mit Parallelschaltung der beiden Maschinen die Feldwicklungen I₁ und I₂ über Kreuz geschaltet sind.

Sobald die für die gewünschte Schaltung in Betracht konmenden Thyristoren gewählt und durch die Steuerung L₂ gezündet wurden, erlaubt diese der Steuervorrichtung C, den Strom in der Klemme a des Spannungsanpassers wieder herzustellen, d.h. in dem gewählten Sonderfall, in welchem dieser ein Zerhacker ist, wird der Thyristor T des Zerhackers von neuem gezündet, worauf der Zerhacker normal arbeitet.

Das Schaltglied des Spannungsanpassers unterbricht den Strom in der Klemme a nur während der Zeit, welche erforderlich ist, damit die der vorhandenen Schaltung entsprechenden Thyristoren gelöscht werden und die der neuen gewünschten Schaltung entsprechenden Thyristoren gezündet werden können.

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Die fur zwei Maschinen beschriebene Erfindung kann leicht auf eine beliebige gerade Zahl von Maschinen angewandt werden, z.B. durch einfache Nebeneinanderlagerung von
identischen Systemen.

Gewisse Halbleiter können bei der beschriebenen Schaltung fortfallen, falls nicht alle vier oben aufgezählten Schaltungsarten benutzt werden.

Die Erfindung ist insbesondere fur Bahnmotoren anwendbar.

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Claims

Pa tentanspruche

( Statisches tJmschaltsystem zur augenblicklichen Schaltung von Reihenschlussgleichstrommaschinen fur Kotorbetrieb oder Generatorbetrieb bei gleichzeitiger Reihen- oder Parallelschaltung, dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Teile enthält :

- einen Spannungsanpasser (H), welcher an die Klemmen der mit den Maschinen verbundenen Gleichstromquelle angeschaltet ist, mit einer Ausgangsklenme (a), deren Potential einen beliebigen Zwischenwert zwischen Null und dem Potential der Stromquelle annehmen kann, versehen ist und ausserdem ein Schaltglied enthält, welches den Strom in dieser Ausgangsklemme (a) unterbrechen kann ;

- einen ersten zwischen den Ausgang (a) des Spannungcanpassers und den negativen Pol der Stromquelle geschalteten Stromkreis, welcher in Reihe in der nachstehenden Reihenfolge die Feldwicklung (I-) der ersten Maschine, eine erste Diode (D-), den Anker (I¹Lj) der Maschine und einen ersten Thyristor (T-) enthalt, wobei die Durchlassrichtung dieser Halbleitervorrichtungen in dem Sinn der obigen Aufzählung gerichtet ist ;

- einen zweiten, zu dem ersten Stromkreis parallelen Stromkreis, welcher in Reihe in der nachstehenden Reihenfolge einen zweiten Thyristor (Tg)» die Feldwicklung (Ig) der zweiten Maschine, eine zweite Diode (Dg), äen Anker (Mg) dieser Maschine, und einen dritten Thyristor (T,) enthält, wobei die Durchlassrichtung dieser Halbleitervorrichtungen gleich der Reihenfolge dieser Aufzahlung ist ;

- einen vierten Thyristor (T.), dessen Anode mit der Kathode der zweiten Diode (Dg) und dessen Kathode mit der Kathode des zweiten Thyristors (Tg) verbunden ist ;

- einen fünften Thyristor (Tc), dessen Anode

mit der Anode der zvreiten Diode (Dg) und dessen Kathode mit der Anode des ersten Thyrictors (T₁) verbunden ist ;

- einen sechsten Thyristor (T,-), dessen Anode mit der Anode der ersten Diode (D-) und dessen Kathode mit der

Thyristors (T_r) verbunden ist ;

- eine dritte Diode (D,), deren Anode mit der

Anode deo dritten Thyristors (T_r) verbunden ist ;

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Anode des des ersten Thyristors (T.) und deren Kathode mit der Kathode des vierten Thyristors (T-) verbunden ist ;

- eine vierte und eine fünfte Diode (D, und

D_c)· deren Anoden mit den Kathoden der ereten bzw. der zweiten Diode (D- und D₂) und deren Kathoden mit dem positiven Pol der Stromquelle verbunden sind ;

- hochohmige Widerstände, welche so angeordnet

und bestimmt sind, dass sie nach Unterbrechung des Stroms in den Maschinen in v/achsender Folge die Potentiale der nachstehenden vier Punkte des Stromkreises in Bezug auf den negativen Pol festlegen : Ausgang des Spannungsanpassers (a), Anode des ersten Thyristors (d), Kathode des zweiten Thyristors (c), Anode des dritten Thyristors (b) ;

- eine erste Steuerlogik (L^), welche diese Potentiale misst, ihre gegenseitige Reihenfolge bestimmt und das Arbeiten einer zweiten Steuerlogik (L₂) erlaubt oder verbietet, deren Ausgange mit den Toren der Thyristoren (T^ bis Tg) verbunden sind und die Zündung der besonderen Thyristoren steuern, v/elche der fur die Maschinen gewünschten Schaltung entsprechen, sobald nach Unterbrechung des Stroms in diesen Maschinen die erste Logik (L-) eine wachsende Polge der Potentiale angibt, worauf sie die Wiedereinschaltung des Stroms in den Maschinen durch die Steuervorrichtung (C) des Spannungsanpassers (H) zulässt, wenn die genannten besonderen Thyristoren gezündet v/urden.
2.) Statisches Umschaltsystem nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsanpasser (H) ein Stromzerhacker ist.

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