DE2319898B2 - Fahr-brems-umschaltanordnung fuer einen impulsgesteuerten gleichstrommotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fahr-Brems-Umschaltanordnung für einen impulsgesteuerten Gleichstrommotor, insbesondere zum Antrieb eines Fahrzeugs; im Fahrbetrieb ist der Gleichstrommotor aus einer Gleichstromquelle über einen in einer der Netzzuleitungen angeordneten Gleichstromsteller und eine nachgeschaltete erste Diode gespeist, und es ist zur Ankerwicklung des Motors die mit einer zweiten Diode in Reihe geschaltete Feldwicklung parallelgeschaltet, wobei die zweite Diode die Ankerspannungsimpulse sperrt und eine dritte Diode als Freilaufdiode parallel zur Feldwicklung geschaltet ist; im Bremsbetrieb ist die Gleichstromquelle abgetrennt, und es liegt parallel zur Ankerwicklung ein Bremswiderstand einerseits und die Reihenschaltung aus Gleichstromsteller und Erregerwicklung mit parallelgeschalteter Freilaufdiode andererseits. Eine solche Schaltung ist z. B. aus den Brown Boveri Mitteilungen 1970, Seite 262, Fig. 11 bzw. der DT-OS 15 63 981, Fig. 1 bekannt.

Zur Umschaltung auf Bremsbetrieb, wie dieser in der Bremschaltung aaO in Bild 18e, Seite 267 dargestellt ist, ist der Einsatz und die Betätigung einer größeren Anzahl von Starkstromschaltern erforderlich, da sowohl der Gleichstromsteller als auch der Motoranker umgruppiert werden müssen. In der F i g. 1 der Zeichnung ist die bekannte Schaltung mit eingezeichneten Schaltelementen dargestellt Es ist Aufgabe der Erfindung, die bekannte Schaltung

zu vereinfachen, ohne deren Funktionsfähigkeit zu verschlechtern.

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht bei der eingangs erwähnten Fahr-Brems-Umschaltanordnung erfindungsgemäß in der gemeinsamen Anwendung der

folgenden Schaltungsmerkmale: Ein erster Schalter für Fahren liegt zwischen dem ersten stellerseitigen Ende des Verbindungspunktes der Erregerwicklung mit der Freilaufdiode und der zweiten Diode, und ein zweiter Schalter für Fahren liegt zwischen dem zweiten Ende der Erregerwicklung und dem zugehörigen zweiten Ende der Ankerwicklung; der mit einer Anzapfung versehene Bremswiderstand ist einerseits zwischen erstem Schalter für Fahren und zweiter Diode und andererseits an das zweite Ende der Ankerwicklung

Ϊ5 angeschlossen; Die Bremswiderstandsanzapfung liegt am zweiten Ende der Erregerwicklung; der über einen dritten Schalter für Fahren mit dem speisenden Netz verbindbare Gleichstromsteller ist an seinem netzseitigen Ende mit dem ersten Ende der Erregerwicklung

über eine die Netzspannung absperrende Diode verbunden.

Die erwähnten Schalter sind im Einsatz als Fahrschaltung geschlossen und bei Bremsbetrieb geöffnet Dei erwähnte Parallelwiderstand zur Feldwicklung dient im Fahrbetrieb dazu, die Oberwelligkeit des Feldstromes zu reduzieren und eine Überladung des Kommutierungskondensators in der Zwangskommutierungseinrichtung nach dem Löschen der Hauptthyristoren des Gleichstromstellers zu verringern. Der gleiche Widerstand dient im Betrieb als Bremsschaltung als Bremswiderstand. Durch die Schaltung nach der Erfindung läßt sich ein besonderer Parallelwiderstand, der, wie gesagt, zur Reduktion der Oberwelligkeit des Feldstromes erforderlich ist und relativ große Abmessungen aufweist, einsparen. Die Einschaltdauer des Bremswiderstandes wird durch die Doppelausnutzung desselben zwar vergrößert, jedoch ergibt sich durch die Einsparung des besonderen bei der Fahrschaltung erforderlichen Feldparallelwiderstandes eine merkliche Verminderung an Gewicht und Volumen und damit an Kosten.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß zwischen dem zweiten Ende der Ankerwicklung und der Verbindung zwischen Gleichstromsteller und erster Diode eine Vorerregerstromquelle über einen Schalter für Bremsen, eine fünfte Diode und eine Drosselspule anschaltbar ist.

Nachfolgend ist in Gegenüberstellung zum Stand der Technik ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Es zeigen

F i g. 1 eine Schaltung nach den genannten Brown Bover Mitteilungen 1970 mit eingezeichneten Schaltelementen und einem zusätzlichen Feldparallelwiderstand, F i g. 2 die Schaltung nach der Erfindung in der Schaltung »Fahrbetrieb« und

Fig.3 die Schaltung nach der Erfindung in der Schaltung »Bremsbetrieb«. In den Zeichnungen sind in der bekannten Schaltung

nach Fig. 1 die einzelnen Bauelemente wie folgt bezeichnet: Der Motor mit 1, sein Anker mit 1.1 mit Anschlüssen A und B, seine Feldwicklung mit 1.2 und Anschlüssen £ und F. Der obere Leitungszug ist mit Ll und der untere mit L2 bezeichnet Eine erste im Leitungszug zwischen einem Gleichstromsteller 5 und dem Motoraiiker 1.1 in Gegenrichtung sperrende Diode ist mit 2.1, eine zweite im Feldkreis in Richtnng zum Feld sperrende Diode mit 22 und eine dritte Diode, die zur Feldwicklung parallel liegt und in Richtung vom Leitungszug L2 zum Leitungszug Ll sperrt, ist mit 23 bezeichnet Weiter ist mit 3.1 der mit einer Anzapfung 3.11 versehene Bremswiderstand und mit 3.2 ein der Motorfeldwicklung parallel geschalteter Widerstand, der zur Reduktion der Oberwelligkeit des Feldstromes und zur Verhinderung einer Überladung eines nicht eingezeichneten Kommutierungskondensators im Gleichstromsteller 5 dient, bezeichnet. Die bei der bekannten Schaltung erforderlichen Schalter für die Schaltung »Fahren« sind 4.1 für einen Schaher zwischen der Diode 2.2 und der Feldwicklung 1.2, mit 4.2 für eine Überbrückung des einen Teiles des Bremswiderstandes 3.1, mit 4.3 für die Anschaltung des Stromkreises an eine Fahrleitung 6 und mit 4.6 fur die Parallelschaltung des Widerstandes 3.2 zur Feldwicklung 1.2 bezeichnet. Für 2s die Bremsschaltung sind mit 4.5 ein Schalter zur Verbindung des Anschlusses F der Motorfeldwicklung 1.2 über eine Leitung L3 mit der Eingangsseite des Gleichstromstellers 5 und mit 4.4 ein Schalter im Stromkreis zwischen Leitung LI und dem einen Anschluß des Bremswiderstandes 3.1 bezeichnet.

In den Zeichnungen ist weiter mit 7 eine Vorerregungsbatterie zum schnellen Einsatz der Bremswirkung, ein Vorerregungsschalter 4.7, eine Diode 2.5 sowie eine Drossel 8 in einem weiteren Strompfad vorgesehen, der einerseits an der Klemmeßdes Ankers 1.1 des Motors 1 und andererseits zwischen dem Ausgang des Gleichstromstellers 5 und dem Eingang der Diode 2.1 angeschlossen ist. Schließlich ist noch ein Kondensator C vorgesehen, der einerseits zwischen dem Schalter 43 und einer Glättungsdrossel L und andererseits an der Leitung L2 angeschlossen ist. Der Gleichstromsteller ist in bekannter Weise aus einem impulsgesteuerten Thyristor mit parallel zu diesem angeordneter Zwangslöscheinrichtung aufgebaut, wobei dtr Thyristor mit einer veränderbaren Pulszahl oder Impulsbreite getaktet wird und damit einen im Effektivwert veränderbaren Strom zum Motoranker zum Fließen bringt. Bei dieser bekannten Schaltung sind also fünf Schalter 4.1 bis 4.5, die den Motor bzw. Bremsstrom führen müssen, erforderlich, sowie ein Schalter 4.6, der den etwas kleineren, den Parallelwiderstand zu der Feldwicklung durchfließenden Strom führt und ein Schalter 4.7 für die Vorerregung beim Übergang auf die Bremsschaltung.

Die in F i g. 2 dargestellte Schaltung nach der Erfindung unterscheidet sich von der bekannten Schaltung durch den Wegfall der Schalter 4.4 bis 4.6 sowie des Feldparallelwiederstandes 3.2. Zusätzlich ist eine Diode 2.4 vorgesehen, die zwischen dem Eingang des Gleichstromstellers 5 und an der dem Schalter 4.1 zugewandten Seite der Erregerwicklung 1.2 (Anschluß klemme F) mit Sperrichtung zu dieser hin angeschlossen ist. Bei der neuen Schaltung sind somit nur ein Schalter für Gesamtstrom zwei Schalter für den Feldstrom und ein solcher für die Vorerregung erforderlich, so daß sich eine Einsparung von drei Schaltern mit großer Schalthäufigkeit ergibt

Bei der bekannten Schaltung sind bei der Schaltung

»Fahren« die Schalter 4.1,4.2,43 und 4.6 geschlossen. Es ergibt sich für Fahrbetrieb ein Stromfluß von der Fahrleitung 6 über den geschlossenen Schalter 43, den Gleichstromsteller 5, die Diode 2.1, den Motoranker 1.1 über die Leitung L2 zur Schiene. Die Feldwicklung 1.2 ist während der Öffnungszeiten des Gleichstromstellers 5 von dem aus der Fahrleitung fließenden Strom nicht durchflossen. Während der Sperrzeit des Gleichstromstellers fließt der Ankerstrom infolge der Induktivität des Motorankers 1.1 weiter und zwar über den geschlossenen Schalter 4.2, die Feldwicklung 1.2 mit Klemmen E, F, den geschlossenen Schalter 4.1, die Diode 22. zurück zum Motoranker 1.1. Während der Öffnungszeit des Gleichstromstellers 5, in der also kein Strom vom Motoranker 1.1 durch die Feldwicklung 1.2 fließen kann, fließt, getrieben durch die Induktivität der Feldwicklung 1.2 ein Feldstrom weiter über die Freilaufdiode 23 und den geschlossenen Schalter 4.2 zurück zur Feldwicklung 1.2. Bei relativ kurzen Stromimpulsen im Ankerkrcis vom G!eichstromste/Ier5 her ist die Feldwicklung 1.2 voll erregt, während bei langen Pulsen des Gleichstromstellers 5, die Feldwicklung 1.2 von einem im Effektivwert kleineren Strom durchflossen ist, womit sich bei größer werdender Spannung am Motoranker 1.1 eine Verkleinerung des Stromes in der Feldwicklung 1.2, also eine Fehlschwächwirkung, ergibt.

Bei der Schaltung »Bremsen« sind bei der bekannten Schaltung die Schalter 4.4, 4.5 und 4.7 geschlossen. Die übrigen Schalter sind geöffnet. Bei dieser Schaltung erfolgt eine Vorerregung der Feldwicklung 1.2 aus der Batterie 7 über den unteren Teil des Bremswiderstandes

3.1, die Fehlwicklung 1.2, den Gleichstromsteller 5, die Diode 2.5, die Drossel 8 und den Schalter 4.7. Damit wird im Anker 1.1 eine Spannung induziert und es fließt ein Strom vom Anker 1.1 über den unteren Teil des Widerstandes 3.1, die Klemme 3.11. die Feldwicklung

1.2, den Schalter 4.5, den Gleichstromsteller 5 und die Diode 2.1 zurück zum Anker 1.1. Dieser Strom wird durch den Gleichstromsteller 5 periodisch unterbrochen. Während der UnterbrechuYigszeit fließt der Strom vom Anker 1.1 über den Bremswiderstand 3.1 und den Schalter 4.4 zurück zum Anker 1.1. Gleichzeitig fließt, getrieben durch die Induktivität der Feldwicklung 1.2 ein Feldstrom weiter über die Freilaufdiode 2.3 und den unteren Teil des Bremswiderstandes 3.1.

Bei der Schaltung nach der Erfindung F i g. 2 entfallen die Schalter 4.4 bis 4.6. Die Schalter 4.1 bis 43 sind bei Fährbetrieb geschlossen, und es ergibt sich b^i der Fahrschaltung die gleiche Wirkung wie bei der bekannten Schaltung. Der Ankerstrom fließt hier von der Fahrleitung 6 über den Schalter 4.3, den Gleichstromsteller 5, die Diode 2.1 durch den Motoranker 1.1 über die Leitung L2 zurück zur Schiene. Während der Sperrzeit des Gleichstromstellers 5 fließt der Ankerstrom weiter über die Leitung L2, den Schalter 4.2 und einerseits über die Feldwicklung 1.2, den Schalter 4.1 und andererseits über den Widerstand 3.1, die Diode 2.2 zurück zur Klemme A des Motorankers 1.1. In den Zeitabschnitten, in denen der Gleichstromsteller 5 den Stromfluß freigibt, fließt wiederum der Strom in der Feldwicklung 1.2 weiter und schließt sich über die Freilaufdiode 23 und den Schalter 4.2.

In der Schaltung »Bremsen« (F i g. 3) ist der Schalter 4.7 geschlossen, die übrigen Schalter 4.1 bis 4.3 sind geöffnet. Aus der Vorerregungsbatterie 7 fließt ein Vorerregungsstrom über die Leitung L2, den unteren

Teil des Bremswiderstandes 3.1, durch die Feldwicklung 1.2, die Diode 2.4, den Gleichstromsteller 5, die Diode 2.5, die Drossel 8 und den Schalter 4.7 zurück zur Batterie. Die dadurch in der Ankerwicklung 1.1 induzierte Spannung treibt einen Strom über die Leitung L2, den unteren Teil des Bremswiderstandes 3.1, die Feldwicklung 1.2, die Diode 2.4, den Gleichstromsteller 5 und die Diode 2.1 zurück zum Motoranker 1.1. Gleichzeitig fließt ein weiterer Strom vom Motoranker 1.1 über den Bremswiderstand 3.1 und die Diode 2.2 zurück zum Motoranker. 1.1. Die Größe des Erregerstromes und damit auch des Bremsstromes wird also durch das Taktverhältnis des Gleichstromstellers bestimmt. Während der Sperrzeit des Gleichstromstellers 5 fließt der Feldstrom über die Freilaufdiode 2.3 und den unteren Teil des Bremswiderstandes 3.1 weiter und der Ankerstrom über den Bremswide-stand 3.1 sowie die Diode 2.2.

Durch die Schaltung nach der Erfindung ist alsc neben der Einsparung von insbesondere im Nahverkehi sehr häufig zu schaltenden Schaltern durch Benutzunj

ίο des Bremswiderstandes als Parallelwiderstand zui Feldwicklung der Wegfall eines im Raumbedarf um Gewicht relativ großen Widerstandes möglich.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Fahr-Brems-Umschaltanordnung für einen impulsgesteuerten Gleichstrommotor, insbesondere zum Antrieb eines Fahrzeugs; im Fahrbetrieb ist der Gleichstrommotor aus einer Gleichstromquelle über einen in einer der Netzzuleitungen angeordneten Gleichstromsteller und eine nachgeschaltete erste Diode gespeist, und es ist zur Ankerwicklung des Motors die mit einer zweiten Diode in Reihe geschaltete Feldwicklung parallelgeschaltet, wobei die zweite Diode die Ankerspannungsimpulse sperrt und eine dritte Diode als Freiiaufdiode parallel zur Feldwicklung geschaltet ist; im Bremsbetrieb ist die Gleichstromquelle abgetrennt, und es liegt parallel zur Ankerwicklung ein Bremswiderstand einerseits und die Reihenschaltung aus Gleichstromsteller und Erregerwicklung mit parallelgeschalteter Freilaufdiode andererseits; gekennzeichnet durch die gemeinsame Anwendung der folgenden Schaltungsmerkmale: Ein erster Schalter für Fahren (4.1) liegt zwischen dem ersten stellerseitigen Ende des Verbindungspunktes der Erregerwicklung (1.2) mit der Freilaufdiode (23) und der zweiten Diode (2.2), und ein zweiter Schalter für Fahren (4.2) liegt zwischen dem zweiten Ende der Erregerwicklung und dem zugehörigen zweiten Ende der Ankerwicklung (1.1); der mit einer Anzapfung (3.11) versehene Bremswiderstand (3.1) ist einerseits zwischen erstem Schalter für Fahren (4.1) und zweiter Diode (2.2) und andererseits an das zweite Ende der Ankerwicklung angeschlossen; die Bremswiderstandsanzapfung (3.11) liegt am zweiten Ende der Erregerwicklung; der über einen dritten Schalter für Fahren (4.3) mit dem speisenden Netz verbindbare Gleichstromsteller (5) ist an seinem netzseitigen Ende mit dem ersten Ende der Erregerwicklung über eine die Netzspannung absperrende Diode (2.4) verbunden.

2. Fahr-Brems-Umschaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zweiten Ende der Ankerwicklung (1.1) und der Verbindung zwischen Gleichstromsteller (5) und erster Diode (2.1) eine Vorerregerstromquelle (7) über einen Schalter für Bremsen (4.7), eine fünfte Diode (2.5) und eine Drosselspule (8) anschaltbar ist.