DE2327672A1 - BRAKE CIRCUIT ARRANGEMENT FOR AN ASYNCHRONOUS MACHINE ALSO WORKING IN FIELD LOW OPERATION - Google Patents

BRAKE CIRCUIT ARRANGEMENT FOR AN ASYNCHRONOUS MACHINE ALSO WORKING IN FIELD LOW OPERATION

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DE2327672A1
DE2327672A1 DE19732327672 DE2327672A DE2327672A1 DE 2327672 A1 DE2327672 A1 DE 2327672A1 DE 19732327672 DE19732327672 DE 19732327672 DE 2327672 A DE2327672 A DE 2327672A DE 2327672 A1 DE2327672 A1 DE 2327672A1
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Description

Bremsschaltungsanord-nung für eine auch im Feldschwächbetrieb arbeitende Asynchronmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Bremsschaltungsanordnung für eine auch im Feldschächbetrieb arbeitende Asynchronmaschine, die von einer Speiseeinrichtung mit einer Spannung ton veränderbarer Frequenz gespeist ist Es gibt elektrische Maschinenantriebe, insbesondere Bahn- und Fahrzeugantriebe, die so gesteuert werden, daß das Antriebsmoment mit steigender Drehzahl zurückgeht. Die Maschine kann dabei im Feldschwächbetrieb arbeiten. Für eine frequenzgesteuerte Asynchronmaschine bedeutet dies, daß ihre Klemmenspannung mit steigender Frequenz nicht mehr proportional zur Frequenz erhöht wird, sondern von einem vorgegebenen Frequenzgrenzwert an z Bo konstant gehalten wird Das motorische Kippmoment die ser Asynohronmaschine geht dann mit steigender Frequenz entsprechend dem Quadrat des Verhältnisses zwischen Klemmenspannung und Frequenz zurück. Die Speiseeinrichtung9 z Bo ein Stromrichter oder ein drehzahlgeregelter Synchrongenerator, und die Asynchronmaschine sind dann so auszulegen9 daß bei höchster Frequenz das Kippmoment gerade noch etwas größer ist als das geforderte Antriebsmoment. Wird nun bei höchster Frequenz, also bei höchster Drehzahl gebremst 9 so steht für den Bremsvorgang das generatorische Kippmoment als maximales Bremsmoment zur Verfügung Dieses generatorische Kippmoment ist nur geringfügig größer als das motorische Kippmoment Häufig wird nun von einem solchen elektrischen Maschinenantrieb mit Asynchronmaschine ein wesentlich größeres Bremsmoment verlangt, als es dem generatorischen Kippmoment entspricht. Um dieser Forderung gerecht zu werden müßte der Maschinenantrieb überdimensioniert werden, was einen beträchtlichen zusätzlichen wirtschaftlichen Aufwand erfordern würden Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde 9 für eine auch im Feldechwächbetrieb arbeitende Åsynchronmaschine 9 die von einer Speiseeinrichtung mit einer Spannung veränderbarer Frequenz gespeist ist, eine Bremsschaltungsanordnung anzugeben, durch die eine Überdimensionierung von Speiseeinrichtung und/oder Asynchronmaschine vermieden wird DIese Bremsschaltungsanordnung soll insbesondere bei einem elektrischen Triebfahrzeug, dessen Asynchron Fahrmotor von einem Stromrichter mit variabler Ausgangsfrequenz gespeist ist 9 eingesetzt werden Die Erfindung beruht auf der Überlegung, , daß diese Aufgabe gelöst werden kann, wenn es durch Schaltungsmaßnahmen gelingt, eine wesentliche Erhöhung des generatorischen Kippmoments und damit des maximalen Bremsmoments zu erreichen Die genannte Aufgabe wird durch eine erste Bremsschaltungsan@ ordnung gelöst9 die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist9 daß in zumindest einer Verbindungsleitung zwischen dem maschinenseitigen Ausgang der Speiseeinrichtung und der Asynchronmaschine ein ohmscher Widerstand angeordnet ist, der im Fahrbetrieb mittels eines Schalters kurzschließbar ist Diese Reihenschaltung von Asynchronmaschine und ohmechem Widerstand ist sowohl bei einphasigen als auch bei mehrphasigen Asynohronmaschinen möglich0 Wichtig ist in jedem Fall9 daß durch die zusätzliche Einfügung des ohmschen Widerstands und den dadurch bewirkten Spannungsabfall die Spannung; am Ausgang der Speiseeinrichtung verschieden von der Klemmenspannung an der Asynchronmaschine wird0 Ein Teil der BremsenergieO die von der generatorisch arbeitenden Asynchronmaschine geliefert wird, wird im Bremswiderstand in Wärme umgesetzt. Der restliche Teil der Bremsenergie muß entweder in die Speiseeinrichtung zurückgespeist oder in einem zusätzlichen Bremswiderstand, der prinzipiell an beliebiger Stelle angeordnet sein kann, ebenfalls in Wärme umgesetzt werden Ist eine dreiphasige Åsynchronmasehine vorgesehen, so ist es zweckmäßig, wenn in jeder der drei Verbindungsleitungen ein ohmscher Widerstand angeordnet ist9 und wenn die ohmschen Widerstände gleich bemesseHsindO Dadurch wird ein symmetrisches Bremsverhalten der Asynchronmaschine erreicht.Brake circuit arrangement for a also working in field weakening mode Asynchronous machine The invention relates to a brake circuit arrangement for an asynchronous machine that also works in field shaft operation, which is supplied by a feeder device is fed with a voltage ton of variable frequency There are electrical machine drives, especially train and vehicle drives that are controlled so that the drive torque decreases with increasing speed. The machine can operate in field weakening mode work. For a frequency-controlled asynchronous machine, this means that their Terminal voltage no longer increases proportionally to frequency with increasing frequency is, but kept constant by a predetermined frequency limit value at z Bo The motor overturning moment of this Asynohronmaschine then goes with increasing Frequency corresponding to the square of the ratio between terminal voltage and Frequency back. The feed device9 z Bo a converter or a speed-controlled one The synchronous generator and the asynchronous machine are then to be designed in such a way that at the highest Frequency, the breakdown torque is just slightly greater than the required drive torque. If you now brake at the highest frequency, i.e. at the highest speed, 9 stands for the braking process, the generator breakdown torque is available as the maximum braking torque This generator breakdown torque is only slightly greater than the motor breakdown torque Frequently is now one of such an electric machine drive with an asynchronous machine Requires significantly greater braking torque than the generator breakdown torque is equivalent to. In order to meet this requirement, the machine drive would have to be oversized which require a considerable additional economic outlay The invention is based on the object 9 for a field growth operation working Åsynchronmaschine 9 from a supply device with a voltage variable frequency is fed to specify a braking circuit arrangement by which avoids oversizing of the feed device and / or asynchronous machine This brake circuit arrangement is intended in particular in the case of an electric traction vehicle, its asynchronous traction motor from a converter with variable output frequency fed is 9 used The invention is based on the consideration that this task can be achieved if it is possible through circuit measures, a significant increase in the generator breakdown torque and thus the maximum braking torque to achieve The stated task is achieved by a first brake circuit arrangement solved9 which according to the invention is characterized9 that in at least one connecting line between the machine-side output of the feed device and the asynchronous machine an ohmic resistor is arranged, which by means of a switch when driving This series connection of asynchronous machine and ohmic resistor can be short-circuited is possible with single-phase as well as multi-phase asynchronous machines0 What is important in any case9 is that through the additional insertion of the ohmic resistor and the resulting voltage drop is the voltage; at the output of the feeder different from the terminal voltage on the asynchronous machine is 0 Part of the Braking energyO that of the asynchronous machine working as a generator is supplied, is converted into heat in the braking resistor. The rest of the Braking energy must either be fed back into the feed device or in a additional braking resistor, which in principle can be arranged at any point can also be converted into heat. It is a three-phase synchronous machine provided, it is useful if one in each of the three connecting lines ohmic resistance is arranged9 and if the ohmic resistances are equal As a result, a symmetrical braking behavior of the asynchronous machine is achieved.

Die genannte Aufgabe wird auch durch eine zweite Bremsschaltungsanordnung gelöst, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß im Bereich zwischen Bremswiderstand und Asynchronmaschine mindestens zwischen zwei Verbindungsleitungen mindestens ein Kondensator geschaltet Ist, der im Fahrbetrieb mittels eines Schalters abschaltbar ist. Diese zweite Ausführungsform kann bevorzugt zusammen mit der ersten Ausführungsform realisiert werden. Im dreiphasigen Fall kann eine Stern- oder Dreieckschaltung von Kondensatoren vorgesehen sein, die alle gleich bemessen sind.The aforesaid object is also achieved by a second brake circuit arrangement solved, which is characterized according to the invention that in the area between Braking resistor and asynchronous machine at least between two connecting cables At least one capacitor is switched, which is activated by means of a switch while driving can be switched off. This second embodiment can preferably be used together with the first Embodiment can be realized. In the three-phase case, a star or delta connection can be used of capacitors can be provided, which are all equally sized.

Diese Weiterbildung hat eine weitere Steigerung des Kippmoments der Asynchronmaschine zur Folge. Denn durch die zusätzliche Anordnung des Kondensators kann man die Phasenlage des Stroms im besagten ohmschen Widerstand sö drehen, daß die Klemmenspannung an der Asynchronmaschine wesentlich größer wird als die Ausgangswechselspannung der Speiseeinrichtung. Bei geeigneter Bemessung des Widerstands und des Kondensators kann sogar erreicht werden, daß die Ilemmenspannung an der Asynchronmaschine ihren maximalen Wert annimmt, der sich durch arithmetische Addition des Spannungsabfalle am ohmschen Widerstand mit der Ausgangswechselspannung des Stromrichters ergibt.This development has a further increase in the overturning moment Asynchronous machine result. Because by the additional arrangement of the capacitor you can turn the phase position of the current in said ohmic resistance so that the terminal voltage on the asynchronous machine is significantly greater than the AC output voltage the dining facility. With a suitable dimensioning of the resistor and the capacitor can even be achieved that the Ilemmensspannung on the asynchronous machine assumes maximum value, which is determined by arithmetic addition of the voltage drop at the ohmic resistance with the output AC voltage of the converter.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Bremsschaltungsanordnung werden im folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.Embodiments of the brake circuit arrangement according to the invention are explained in more detail below with reference to the accompanying figures.

Es zeigen Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ür eine dreiphasige Asynchronmaschine, Figur 2 charakteristische Frequenzdiagramme einer als Fahrzeugantrieb eingesetzten frequenzgesteuerten Asynchronmaschine, Figur 3 ein Kreisdiagramm für eine Åsynchronmaschine, der im Bremsbetrieb ein Widerstand vorgeschaltet ist, Figur 4 ein Ersatzschaltbild für einen Wicklungsstrang der Asynchronmaschine, wobei der vorgeschaltete ohmsche Widerstand und ein zwischengeschalteter Kondensator berücksichtigt sind, und Figur 5 ein Zeigerdiagramm für eine Asynchronmaschine, der im Bremsbetrieb ein Widerstand und ein Kondensator vorgeschaltet sind.FIG. 1 shows an exemplary embodiment of the invention for a three-phase Asynchronous machine, Figure 2 characteristic frequency diagrams of a vehicle drive used frequency-controlled asynchronous machine, Figure 3 is a circle diagram for a synchronous machine upstream of which a resistor is connected in braking operation, FIG 4 shows an equivalent circuit diagram for a phase winding of the asynchronous machine, the upstream ohmic resistance and an intermediate capacitor are taken into account are, and Figure 5 is a phasor diagram for an asynchronous machine in the braking mode a resistor and a capacitor are connected upstream.

Nach Figur 1 ist eine Drehstrom-Asynchronmaschine 2, deren Anschlußklemmen mit R, S, T bezeichnet sind, über Verbindungsleitungen 3, 4 und 5 mit dem Ausgang einer Speiseeinrichtung, die im vorliegenden Fall ein Stromrichter 6 ist, verbunden. Dieser Stromrichter 6 enthält (nicht gezeigte) gesteuerte Hauptventile, insbesondere Thyristoren, die in bekannter Weise über einen Steuereingang 7 mit Zündimpulsen versorgt werden. Der Stromrichter 6 ist über seine Gleichspannungsklemmen 89 9 an eine (nicht dargestellte) Gleichspannungsquelle angeschlossen. Als Gleichspannungsquelle wird im vorliegenden Fall eine Batterie verwendet. Stattdessen kann aber auch ein Gleichspannungsnetz oder auch ein gesteuerter oder ungesteuerter Gleichrichter, der aus einem Wechselspannungsnetz gespeist wird, herangezogen werden.According to Figure 1 is a three-phase asynchronous machine 2, the terminals with R, S, T are designated, via connecting lines 3, 4 and 5 to the output a feed device, which in the present case is a converter 6. This converter 6 contains (not shown) controlled main valves, in particular Thyristors in a known manner via a control input 7 with ignition pulses are supplied. The converter 6 is connected to its DC voltage terminals 89 9 a (not shown) DC voltage source connected. As a DC voltage source a battery is used in the present case. Instead, you can also use a DC voltage network or a controlled or uncontrolled rectifier, which is fed from an alternating voltage network can be used.

Im letzteren Fall können zwischen dem Gleichrichter und dem Stromrichter 6 noch eine Zwischenkreisdrossel und ein Zwischenkreiskondensator angeordnet sein0 Der Stromrichter 6 ist in beiden Energierichtungen betreibbar. Im Fahrbetrieb arbeitet er als Wechselrichter und im Bremsbetrieb als Gleichrichter.In the latter case, between the rectifier and the converter 6 still has an intermediate circuit choke and an intermediate circuit capacitor arranged sein0 The converter 6 can be operated in both energy directions. While driving it works as an inverter and in braking mode as a rectifier.

Die Drehstrom-Asynchronm2schine 2 ist insbesondere zum Antrieb eines elektrischen Triebfahrzeugs9 zO Bo im Eisenbahnverkehr9 vorgesehen9 welches generatorisch abgebremst werden soll.The three-phase asynchronous machine 2 is in particular for driving a electric traction vehicle9 zO Bo in railway traffic9 provided9 which is a generator should be braked.

In den Verbindungsleitungen 39 4 und 5 zwischen dem maschinenseitigen Ausgang des Stromrichters 6 und den Anschlußklemmen R9 59 T der Drehstrom-Asynchronmaschine 2 sind jeweils ohmsche Wíderstände 10, 11 bzw. 12 angeordnet. Diese Widerstände 109 11.In the connecting lines 39 4 and 5 between the machine-side Output of the converter 6 and the terminals R9 59 T of the three-phase asynchronous machine 2 each ohmic resistors 10, 11 and 12 are arranged. These resistances 109 11.

und 129 die man auch als Reihenwiderstände bezeichnen könnte 9 sind vorzugsweise gleich groß bemessen9 um im Bremsbetrieb symmetrische Verhältnisse zu erhalten0 Jedem Bremswiderstand 109 11 ved 12 ist ein Schalter 13, 14 bzw. 15 parallel geschaltet9 deren Schaltkontakte im Bremsbetrieb geöffnet sind. Im Fahrbetrieb sind die Schaltkontakte geschlossen9 so daß die Bremswiderstände 109 11 und 12 kurzgeschlossen und damitunwirksam sind. Im vorliegenden Fall sind die Schalter 139 14 und 15 Bestandteile eines Schaltschützes 169 das über seinen Steuereingang 17 umgeschaltet werden kann0 Ans Figur 1 geht hervor9 daß im Bremsbetrieb zwischen die Verbindungsleitungen 3, 4 und 5 vorzugsweise noch eine Sternschaltung von Kondensatoren 189 19 und 20 geschaltet ist. Die Kondensatoren 18, 19 und 20 sind insbesondere gleich groß bemessen, um symmetrische Verhältnisse zu erreichen, Anstelle der Sternschaltung könnte dort auch eine (nicht gezeigte) Dreieckschaltung von ebenfalls insbesondere gleich groß, aber dann anders bemessenen Kondensatoren vorgesehen sein. Es ist in beiden Fällen darauf zu achten, daß die Stern- oder Dreieckschaltung der Kondensatoren im Bereich zwischen den Bremswiderständen 10, 11 und 12 einerseits und den Anschlußklemmen R, S, T der Drehstrom-Asynchronmaschine 2 andererseits angeordnet ist. Im Fahrbetrieb können die Kondensatoren 189 19 und 20 mittels der Schalter 21, 22 bzw0 23, die jeweils in Serie zu einem dieser Kondensatoren 18, 19, 20 angeordnet sind, abgeschaltet werden.and 129, which could also be called series resistors, are 9 preferably of the same size to ensure symmetrical conditions in braking operation To get 0 Each braking resistor 109 11 ved 12 is a switch 13, 14 or 15 connected in parallel9 whose switching contacts are open in braking mode. While driving the switching contacts are closed9 so that the braking resistors 109 11 and 12 are short-circuited and are therefore ineffective. In the present case, the switches 139 14 and 15 are components a contactor 169 that can be switched over via its control input 170 It can be seen from FIG. 1 that in braking operation between the connecting lines 3, 4 and 5, a star connection of capacitors 189 19 and 20 is preferably also connected is. The capacitors 18, 19 and 20 are in particular dimensioned to be the same size To achieve symmetrical relationships, instead of the star connection could be there also a (not shown) delta connection of the same size, in particular, but then differently sized capacitors can be provided. It is in both cases make sure that the star or delta connection of the capacitors is in the area between the braking resistors 10, 11 and 12 on the one hand and the terminals R, S, T of the three-phase asynchronous machine 2 is arranged on the other hand. While driving can the capacitors 189 19 and 20 by means of the switches 21, 22 or 23, the each in series with one of these Capacitors 18, 19, 20 are arranged are to be switched off.

Diese Schalter 21, 22 und 23 können ebenfalls in einem schalt schütz zusammengefaßt sein.These switches 21, 22 and 23 can also contactor in a switching be summarized.

Bei der Bremsschaltungsanordnung in Figur 1 wurde speziell davon ausgegangen, daß eine dreiphasige Drehstrom Asynchronmaschine 2 vorgesehen ist. Die Erfindung läßt sich auch im Zusammenhang mit einer höherphasigen, einer zweiphasigen oder auch einphasigen Asynohronmaschine realisieren0 Bei einer einphasigen Asynchronmaschine genügt ein einziger Widerstand in einer der beiden Verbindungsleitungen zwischen Stromrichter und Asynchronmaschine und ggfO zusätzlich ein.anziger Kondensator, der dem Eingang der Asynchronmaschine parallel geschaltet ist.In the case of the brake circuit arrangement in FIG. 1, it was specifically assumed that that a three-phase three-phase asynchronous machine 2 is provided. The invention can also be used in connection with a higher-phase, a two-phase or also implement a single-phase asynchronous machine 0 With a single-phase asynchronous machine a single resistor in one of the two connecting lines is sufficient Converter and asynchronous machine and, if necessary, an additional capacitor, which is connected in parallel to the input of the asynchronous machine.

Wie später noch näher erläutert wird 9 wird bei der Bremsschaltungsanordnung in Figur 1 ein Teil der elektrischen Bremsenergie, die im Bremsbetrieb von der generatorisch arbeitenden Drehstrom-Asynchronmaschine 2 geliefert wird, in den Widerständen 10, 11 und 12 in Wärme umgesetzt. Der restliche Teil der Bremsenergie muß nun ebenfalls aus der Drehstrom-Asynchronmaschine 2 entfernt werden. Dazu gibt es verschiedene Möglichkeiten: a) Ist der Stromrichter 6 mit seinen Gleichspannungsklemmen 8, 9 in bereits erwähnter, aber nicht dargestellter Weise über einen Gleichstromzwischenkreis, der einen Zwischenkreiskondensator und/oder eine Zwischenkreisdrossel enthält, an einen Gleichrichter angeschlossen, so kann zwischen den beiden Gleichstromleitungen im Gleichstromzwischenkreis ein Bremswiderstand angeordnet sein. Dieser wirdim Bremsbetrieb durch einen Schalter, insbesondere einen Thyristor oder einen Gleichstromsteller, permanent bzw. gepulst zugeschaltet. Eine entsprechende Bremeschaltung ist z, B. aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 513 532 - VPA 65/1672 bekannt. Der zusätzlich im Gleichstromzwischenkreis, also auf der Gleichspannungsseite des Stromrichters angeordnete Bremswiderstand übernimmt den restlichen Teil der Bremsenergie.As will be explained in more detail later, FIG. 9 is used in the braking circuit arrangement In Figure 1, part of the electrical braking energy generated by the generator in braking operation working three-phase asynchronous machine 2 is supplied in the resistors 10, 11 and 12 converted into heat. The remaining part of the braking energy must now also can be removed from the three-phase asynchronous machine 2. There are different ones Possibilities: a) Is the converter 6 with its DC voltage terminals 8, 9 in the manner already mentioned, but not shown, via a direct current intermediate circuit, which contains an intermediate circuit capacitor and / or an intermediate circuit choke If a rectifier is connected, it can be used between the two direct current lines a braking resistor can be arranged in the DC link. This is in braking mode by a switch, in particular a thyristor or a DC power controller, switched on permanently or pulsed. A corresponding brake circuit is e.g. known from German Offenlegungsschrift 1 513 532 - VPA 65/1672. The additional in the DC link, so on the DC side of the The braking resistor arranged by the converter takes over the remaining part of the braking energy.

b) Ist der Stromrichter z. B. an eine nicht aufnahmefähige Gleichspannungsquelle angeschlossen, so kann eine Bremsschaltung verwendet werden, bei der wenigstens zwei der Verbindungsleitungen 3, 4 und 5 über eine Reihenschaltung eines Bremswiderstandes mit einem steuerbåren Ventil, insbesondere mit einem Thyristor, miteinander verbunden sind. Diese Bremsschaltung besitzt den Vorteil, daß eine Töschanordnung für das steuerbare Ventil nicht erforderlich ist. Eine solche Bremsechaltung ist z. B. aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 638 611 - VPA 67/1505 bekannt. Auch hier übernimmt der zusätzliche 9 auf der Wechselspannungsseite des Stromrichters angeordnete Bremswiderstand den restlichen Teil der Bremsenergie.b) Is the converter z. B. to a non-absorbent DC voltage source connected, a braking circuit can be used in which at least two of the connecting lines 3, 4 and 5 via a series connection of a braking resistor with a controllable valve, in particular with a thyristor, connected to each other are. This brake circuit has the advantage that a Tösch arrangement for the controllable valve is not required. Such a brake circuit is z. B. off the German Offenlegungsschrift 1 638 611 - VPA 67/1505 known. Also here takes over the additional 9 braking resistor arranged on the AC voltage side of the converter the remaining part of the braking energy.

c) Weiterhin ist es möglich, eine aus Bremswiderstand und steuerbarem Bremsventil bestehende Bremsschaltung zusätzlich zwischen dem maschinenseitigen Ausgang des Stromrichters 6 und einer der Gleichspannungsklemmen 8, 9 anzuschliessen. Eine solche Bremsschaltung ist z. B. aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 763 871 - VPA 68/1209 bekannt. Auch in diesem Fall wird der verbleibende Teil der Bremsenergie im Bremswiderstand in Wärme umgesetzt.c) It is also possible to use a braking resistor and a controllable Brake valve also existing brake circuit between the machine-side Connect the output of the converter 6 and one of the DC voltage terminals 8, 9. Such a braking circuit is z. B. from German Offenlegungsschrift 1 763 871 - VPA 68/1209 known. In this case, too, the remaining part of the braking energy is used converted into heat in the braking resistor.

d) Es ist jedoch nicht erforderlich, eine der erwähnten zusätzlichen Bremeschaltungen einzusetzen, wenn die an die Gleichspannungsklemmen 8, 9 angeschlossene Gleichspannungsquelle für die über den Stromrichter 6 aus der Drehstrom-Asynchronmaschine 2 rückgespeiste Energie aufnahmefähig ist, Diese Bedingung erfüllt -eine Batterie, die bei der Bremsschaltungsanordnung nach Figur 1 als Glelchspannungsquelle vorgesehen ist. Eine besondere Bremsschaltung ist daher in Figur 1 nicht eingezeichnet.d) However, it is not necessary to include any of the additional Use brake circuits if the connected to the DC voltage terminals 8, 9 DC voltage source for the three-phase asynchronous machine via the converter 6 2 regenerated energy can be absorbed, This condition is met -a battery, which is provided in the brake circuit arrangement according to FIG. 1 as an equal voltage source is. A special braking circuit is therefore not shown in FIG.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der in Figur 1 dargestellten Bremsschaltungsanordnung sei zunächst bei der Betrachtung von Figur 2 vorausgesetzt, daß die Schalter 13, 14 und 15 auch im Bremsbetrieb geschlossen und die Kondensatoren 18, 19 und 20 entfernt sind, daß also ein üblicher Maschinenantrieb z. B.To explain the mode of operation of the brake circuit arrangement shown in FIG it is initially assumed when considering Figure 2 that the switches 13, 14 and 15 are also closed during braking and the capacitors 18, 19 and 20 are removed are, so that a common machine drive z. B.

für ein Fahrzeug vorliegt.for a vehicle.

In Figur 2 sind Diagramme einiger Größen, die bei einem solchen Bahn- oder Fahrzeugantrieb mit Stromrichter und Asynchronmaschine von Bedeutung sind, aufgetragen. Die einzelnen Größen sind jeweils auf einen Maximalwert, der durch den Index o kenntlich gemachtßst, bezogen.In FIG. 2 there are diagrams of some sizes which, in the case of such a path or vehicle drive with converter and asynchronous machine are important, applied. The individual sizes are each to a maximum value, which is through marked the index o.

Der elektrische Antrieb wird zunächst so-gesteuert, daß die Klemmenspannung U (vergl. auch Fig. 1) proportional zur Ausgangsfrequenz f des Stromrichters 6 ansteigt. Entsprechend steigt auch die Aufnahmeleistung P der Asynchronmaschine 6. Das ist durch die ansteigende gestrichelte Gerade angedeutet. Das Antriebsmoment Ma hat dabei seinen Maximalwert Mao (es gilt Ma/Mao = 1) angenommen. Von einem Frequenzverhältnis f/fo = a an, dem ein gleich großes Drehzahlverhältnis n/no = a entspricht, wird mit steigender Frequenz f das Antriebsmoment Ma zurückgenommen. Das Antriebsmoment Ma ist dabei etwa proportional zur reziproken Frequenz 1/f. Dieser Verlauf ist in Figur 2 mit einer durchgezogenen Kurve eingezeichnet. Für die Asynchronmaschine 2 bedeutet dies, daß ihre Klemmenspannung U von einem Frequenzverhältnis f/fO = b an auf dem Maximalwert UO (es gilt U/UO = 1) konstant gehalten wird, was aus der gestrichelten waagrechten Geraden ersichtlich ist. Entsprechend verläuft die Aufnahmeleistung P. Es wird also von b an ein Feldschwächbetrieb durchgeführt. Das motorische Kippmoment Mkm der Drehstrom-Asynchronmaschine 6 geht dabei entsprechend dem Quadrat des Verhältnisses zwischen Maximalwert UO der Klemmenspannung U und Frequenz f zurück. Das Verhältnis Mkm/Mao ist also proportional zu (Uo/f)2.The electric drive is first controlled in such a way that the terminal voltage U (see also FIG. 1) increases proportionally to the output frequency f of the converter 6. The input power P of the asynchronous machine 6 also increases accordingly indicated by the rising dashed straight line. The drive torque Ma has its maximum value Mao (Ma / Mao = 1 applies). From a frequency ratio f / fo = a, to which an equally large speed ratio n / no = a corresponds with increasing frequency f, the drive torque Ma is reduced. The driving torque Ma is roughly proportional to the reciprocal frequency 1 / f. This course is in Figure 2 is shown with a solid curve. For the asynchronous machine 2, this means that their terminal voltage U has a frequency ratio f / fO = b on is kept constant at the maximum value UO (U / UO = 1 applies), which results from the dashed horizontal lines can be seen. The input power runs accordingly P. A field weakening operation is therefore carried out from b on. The motor overturning moment Mkm of the three-phase asynchronous machine 6 corresponds to the square of the ratio between the maximum value UO of the terminal voltage U and frequency f. The relationship So Mkm / Mao is proportional to (Uo / f) 2.

Das ist in Figur 2 durch die strichpunktierte Kurve angedeutet.This is indicated in Figure 2 by the dash-dotted curve.

Der speisende Stromrichter 6 und dießsyndhronmaschine 6 sind so ausgelegt, daß beim Maximalwert f0 der Frequenz f (es gilt f/fO = 1) das motorische Kippmoment Mkm um einen geringen Wert größer ist als das geforderte Antriebsmoment Ma Dieser Wert ist so gering, daß er im Punkt A in Fig. 2 nicht sichtbar ist.The feeding converter 6 and dießsyndhronmaschine 6 are like this designed, that at the maximum value f0 of the frequency f (it applies f / fO = 1) the motor tilting moment Mkm is a small value greater than the required drive torque Ma This The value is so small that it is not visible at point A in FIG.

Beim Maximalwert fO der Frequenz f, also beim Maximalwert nO der Drehzahl n der Drehstrom-Asynchronmaschine 6, soll nun das Fahrzeug durch Verringerung der Frequenz f abgebremst werden.At the maximum value fO of the frequency f, i.e. at the maximum value nO of the speed n the three-phase asynchronous machine 6, the vehicle should now by reducing the Frequency f can be braked.

Die Drehstrom-Asynchronmaschine 2 geht dadurch in den generatorischen Betrieb über. Für den Bremsvorgang steht dann bekanntlich als maximales Bremsmoment das generatorische Eippmoment Mkg beim Maximalwert n0 der Drehzahl n zur Verfügung.As a result, the three-phase asynchronous machine 2 goes into the generator mode Operation over. As is known, the maximum braking torque then stands for the braking process the regenerative pull-out torque Mkg is available at the maximum value n0 of the speed n.

Dieses generatorische Kippmoment Mkg(fo) ist nur geringfügig größer als das entsprechende Antriebsmoment Ma(fo), dessen auf den Maximalwert Mao bezogenes Verhältnis Ma/Eao - wie eingezeichnet - im Punkt A z. B. 0,25 beträgt. F!r viele Zwecke wird jedoch beim Maximalwert f0 ein größeres maximales Bremsmoment Mb verlangt, das beispielsweise um den Faktor 3 größer ist, so daß sich ein auf den Maximalwert Mao bezogenes Verhältnis Mb/Mao von z. B. 0,75 ergibt, vergl Punkt B in Figur 2. Dieses hohe Bremsmoment Mb soll z. B. vom Maximalwert n0 der Drehzahl n bis zur Drehzahl n = 0 konstant gehalten werden. Diese Forderung ist ebenfalls in Figur 2 als strichpunktierte, durch den Punkt B verlaufende waagerechte Gerade aingezeichnet.This generator breakdown torque Mkg (fo) is only slightly larger as the corresponding drive torque Ma (fo), its related to the maximum value Mao Ratio Ma / Eao - as shown - at point A z. B. is 0.25. For many For purposes, however, a larger maximum braking torque Mb is required for the maximum value f0, which is larger, for example, by a factor of 3, so that a on the maximum value Mao related ratio Mb / Mao of z. B. 0.75, see point B in Figure 2. This high braking torque Mb should z. B. from the maximum value n0 of the speed n up to Speed n = 0 can be kept constant. This requirement is also shown in Figure 2 as a dash-dotted horizontal straight line running through point B.

Die in Figur 1 gezeigte Bremsschaltungsanordnung sorgt dafür, daß beim Übergang vom Fahrbetrieb in den Bremsbetrieb ein Bremsmoment Mb z. B. entsprechend Mb/Mao = 0,75 (vergl. Punkt B) und nicht z. B. entsprechend Mb/Mao = 0,25 (vergl. Punkt A) zur Verfügung steht. Der Abstand der beiden Punkte A und B ist dabei ein Maß für die in den ohmschen Widerständen 10, 11 und 12 in Wärme umgesetzte Bremsleistung, Anders ausgedrückt: Die ohmschen Widerstände 109 11 und 12 werden so ausgelegt, daß sie die dem Abstand A-B entsprechende Leistung aufzunehmen und in Wärme umzusetzen vermögen.The brake circuit arrangement shown in Figure 1 ensures that during the transition from driving mode to braking mode, a braking torque Mb z. B. accordingly Mb / Mao = 0.75 (see point B) and not e.g. B. corresponding to Mb / Mao = 0.25 (cf. Point A) is available. The distance between the two points A and B is a Measure for the braking power converted into heat in the ohmic resistors 10, 11 and 12, In other words: The ohmic resistors 109 11 and 12 are designed in such a way that that they absorb the power corresponding to the distance A-B and convert it into heat capital.

Zur Erklärung der Wirkungsweise der Bremsschaltungsanordnung von Figur 1 wird als nächstes Figur 3 betrachtet. Hier ist ein Kreisdiagramm aufgetragen, und zwar in der Weise, wie es für Asynchronmaschinen üblich ist. Es sei'in diesem Zusammenhang beispielsweise auf das Lehrbuch "Elektrische Maschinen" von Bödefeld-Sequenz, Springer Verlag Wien 1952, Seiten 171 bis 175, insbesondere Abb. 252 auf Seite 175 hingewiesen. Für das Kreisdiagramm gelten folgende Formeln: tg to = X1/R1 (1) tg to = # X1/R1 (2) D = (1- U1/#X1 (3) mit # = 1 - Xh2 /(X1# + Xh)(X2# +Xh) (4) und X1 = X1# + Xh. (5) #o ist dabei der Winkel für den Leerlaufpunkt Po, #@@ der Winkel für den Unendlichkeitspunkt P@ , X1 eine Rechengröße, R1 der ohmsche Widerstand des Ständers, # eine weitere Rechengröße, D der Durchmesser des Kreises K in Figur 3, U1 die Strangspannung, Xh die Hauptfeldreaktanz, X1# die primäre Streureaktanz oder Ständerstreureaktanz, und X2# die sekundäre Streureaktanz oder Läuferstreureaktanz.To explain the operation of the brake circuit arrangement of FIG 1, FIG. 3 is considered next. Here is a pie chart plotted, in the way it is usual for asynchronous machines. Let it be in this one Connection, for example, to the textbook "Electrical Machines" from the Bödefeld sequence, Springer Verlag Vienna 1952, pages 171 to 175, especially Fig. 252 on page 175 pointed out. The following formulas apply to the pie chart: tg to = X1 / R1 (1) tg to = # X1 / R1 (2) D = (1- U1 / # X1 (3) with # = 1 - Xh2 / (X1 # + Xh) (X2 # + Xh) (4) and X1 = X1 # + Xh. (5) #o is the angle for the idle point Po, # @@ the angle for the infinity point P @, X1 an arithmetic variable, R1 the ohmic resistance of the stand, # another calculation variable, D is the diameter of the circle K in Figure 3, U1 the phase voltage, Xh the main field reactance, X1 # the primary leakage reactance or stator leakage reactance, and X2 # the secondary leakage reactance or rotor leakage reactance.

Zur näheren Bezeichnung sei auf Figur 4 hingewiesen, in der ein Ersatzschaltbild für einen Strang der Drehstrom-Asynchronmaschine 6 dargestellt ist. Die Bezeichnung ist unabhängig davon, ob eine Dreieck- oder Sternschaltung der Wicklungen vorliegt. R ist der erfindungsgemäß vorgeschaltete ohmsche Widerstand pro Strang, C der Kondensator pro Strang, s der Schlupf der Asynchronmaschine 2, 11 der Strangstrom, und 1 der Magnetisierungsstrom.For a more detailed description, reference is made to FIG. 4, in which an equivalent circuit diagram for one strand of the three-phase asynchronous machine 6 is shown. The designation is independent of whether there is a delta or star connection of the windings. R is the ohmic resistance per string connected upstream according to the invention, and C is the capacitor per strand, s the slip of the asynchronous machine 2, 11 the strand current, and 1 the Magnetizing current.

Bekanntlich entsprechen in einem Kreisdiagramm die Abstände zwischen der Geraden, die durch die Punkte PO und P gelegt werden kann, einerseits und den beiden dazu parallelen Tangenten an den Kreis K andererseits dem motorischen Kippmoment Mkm bzw. dem generatorischen Kippmoment Mkg. Um das generatorische Kippmoment Mkg, , das dem maximal erreichbaren Bremsmoment entspricht, zu vergrößern, müssen die Punkte Po und Po in der eingezeichneten Richtung entlang der Pfeile F0 9 yoO auf dem Kreisumfang wandern. Das wird nach Formel (1) und (2) durch Vergrößerung der Winkel #o und « 9 d. h. durch Vergräßerung des wirksamen ohmschen Ständerwiderstands 111 erreicht. Der wirksame Ständerwiderstand R1 wird gemäß Figur 1 durch die Reihenschaltung der Widerstände 10, 11 und 12 mit den Ständerwicklungen vergrößert. Der Kreisdurchmesser D bleibt dabei erhalten. Während die Gerade PO - P@@ beim üblichen generatorischen Bremsbetrieb praktisch genau durch den Mittelpunkt des Kreises K verläuft, ist gemäß Figur 3 diese Gerade PO -durch Zuschalten der Widerstände 10, 11 und 12 so verschoben, daß das generatorische Kippmoment Mkg beträchtlich größer ist als das motorische Kippmoment Mkm.It is well known that in a pie chart the distances between the straight line that can be drawn through the points PO and P, on the one hand and the two parallel tangents to the circle K, on the other hand, the motor tilting moment Mkm or the generator breakdown torque Mkg To increase the breakdown torque Mkg, which corresponds to the maximum achievable braking torque, the points Po and Po must be in the direction shown along the arrows F0 9 yoO wander around the circumference. That is according to formula (1) and (2) by magnification the angles #o and «9 d. H. by increasing the effective ohmic stator resistance 111 reached. The effective stator resistance R1 is shown in Figure 1 by the series connection of the resistors 10, 11 and 12 with the stator windings enlarged. The diameter of the circle D is retained. While the straight line PO - P @@ in the usual regenerative Braking operation runs practically exactly through the center of the circle K is according to FIG. 3 this straight line PO shifted by switching on the resistors 10, 11 and 12, that the generator breakdown torque Mkg is considerably greater than the motor Overturning moment Mkm.

Die Wirkung, die durch die zusätzliche Anordnung der Kondensatoren 18, 19 und 20 in Figur 1 bzw. des Kondensators C im Ersatzschaltbild der Figur 4 erzielt wird, ergibt sich aus Figur 5. Im unteren Teil ist ein Zeigerdiagramm der durch Figur 4 definierten Ströme dargestellt. Der Strangstrom Ii setzt sich danach vektoriell aus zwei Anteilen zusammen, nämlich dem Strom IR durch den Widerstand R und dem Strom IC durch den Kondensator C.The effect created by the additional arrangement of the capacitors 18, 19 and 20 in FIG. 1 and the capacitor C in the equivalent circuit diagram in FIG. 4 is achieved, results from Figure 5. In the lower part is a phasor diagram of the currents defined by FIG. The phase current Ii then settles vectorially composed of two components, namely the current IR through the resistor R and the current IC through the capacitor C.

Bei einer Einfügung des Kondensators C oder Änderung seines kapazitiven Werts wird die Größe und Phasenlage des Stroms IC im Kondensator C und des Stroms 1R im zugeschalteten ohmschen Widerstand R geändert. Bei einer zusätzlichen Anordnung es Kondensators C kann man daher die Phasenlage des Stroms IR so drehen, daß die Strangspannung Uq, die bei einer Asynchronmaschine mit im Dreieck geschalteten Wicklungen der Klemmenspannung U entspricht 9 wesentlich größer wird als die Ausgang wechselspannung Uw des Stromrichters 6. Dadurch steigt gemäß Gleichung (3) der Durchmesser D des Kreises K in Figur 3 und damit auch das generatorische Kippmoment Mkg wesentlich an.With an insertion of the capacitor C or a change in its capacitance The value is the size and phase position of the current IC in the capacitor C and the current 1R changed in the connected ohmic resistor R. With an additional arrangement it capacitor C can therefore rotate the phase position of the current IR so that the Phase voltage Uq, which in an asynchronous machine with windings connected in a delta the terminal voltage U corresponds to 9 is significantly greater than the output alternating voltage Uw of the converter 6. This increases the diameter D des according to equation (3) Circle K in Figure 3 and thus also the generator breakdown torque Mkg significantly.

In Figur 5 ist der optimale Zustand eingezeichnet. Der Phasenwinkel zwischen dem Spannungsabfall IRR am Widerstand R und der Ausgangswechselspannung Um des Stromrichters 6 wurde dabei so gedreht, daß ihre vektorielle Summe gleich der arithmetischen Summe und somit maximal ist. Die Ausgangswechselspannung Uw und der Spannungsabfall IRR haben also dieselbe Richtung.The optimal state is shown in FIG. The phase angle between the voltage drop IRR across the resistor R and the AC output voltage To the converter 6 was rotated so that their vector sum equal the arithmetic sum and therefore maximum. The output alternating voltage Uw and the voltage drop IRR thus have the same direction.

Um also den eingezeichneten optimalen Wert bei einer Bremsschaltungsanordnung nach Figur 1 zu erhalten, wird man die Kapazität der Kondensatoren 18, 19 und 20 so lange ändern, bis die Strangspannung U1 (vergl. Figur 4), die bei einer Åsynchronmaschine mit Dreieckwicklung unmittelbar als Klemmenspannung U (vergl. Figur 1) gemessen werden kann, oder bis die Summe aus Spannungsabfall am Widerstand 10, 11 oder 12 und Spannung UW an den entsprechenden Ausgangsklemmen des Wechselrichters 6 ein Maximum erreicht hat. Der auf diese Weise ermittelte Kapazitätswert hat zur Folge, daß die Asynchronmaschine 2 mit maximalem Bremsmoment Mb abgebremst werden kann.So around the optimal value shown in a brake circuit arrangement According to Figure 1, one becomes the capacitance of the capacitors 18, 19 and 20 change until the phase voltage U1 (see FIG. 4), which is the case with a synchronous machine with delta winding measured directly as terminal voltage U (see FIG. 1) or until the sum of the voltage drop across the resistor 10, 11 or 12 and voltage UW at the corresponding output terminals of the inverter 6 Has reached the maximum. The capacity value determined in this way has the consequence that the asynchronous machine 2 can be braked with maximum braking torque Mb.

5 Patentansprüche 5 Figuren5 claims 5 figures

Claims (5)

Patentansprüche 1. Bremsschaltungsanordnung für eine auch im Feldschwächbetrieb arbeitende Asynchronmaschine, die von einer Speiseeinrichtung mit einer Spannung von veränderbarer Frequenz gespeist ist, dadurch gekennzeichnet, daß in zumindest einer Verbindungsleitung (3, 4, 5) zwischen dem maschinenseitigen Ausgang der Speiseeinrichtung (6) und der Asynchronmaschine (2) ein ohmscher Widerstand (10, 11 bzw. 12) angeordnet ist, der im Fahrbetrieb mittels eines Schalters (13, 14 bzw. 15) kurzschließbar ist. Claims 1. Brake circuit arrangement for a field weakening operation working asynchronous machine supplied by a supply device with a voltage is fed by a variable frequency, characterized in that in at least a connecting line (3, 4, 5) between the machine-side output of the feed device (6) and the asynchronous machine (2) an ohmic resistor (10, 11 or 12) is arranged is, which can be short-circuited while driving by means of a switch (13, 14 or 15) is. 2. Bremsschaltungsanordnung nach Anspruch 1 für eine dreiphasige Asynchronmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder der drei Verbindungsleitungen (3, 4, 5) ein ohmscher Widerstand (10, 11, 12) angeordnet ist, und daß die ohmschen Widerstände (10, 11, 12) gleich bemessen sind. 2. Brake circuit arrangement according to claim 1 for a three-phase Asynchronous machine, characterized in that in each of the three connecting lines (3, 4, 5) an ohmic resistor (10, 11, 12) is arranged, and that the ohmic Resistors (10, 11, 12) are dimensioned the same. 3. Bremsschaltungsanordnung für eine auch im Peldschwächbetrieb arbeitende Asynchronmaschine, die von einer Speiseeinrichtung mit einer Spannung von veränderbarer Frequenz gespeist ist, insbesondere nach Anspruch 1 oder'2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich zwischen ohmschem Widerstand (10, 11, 12) und Asynchronmaschine (2) mindestens zwischen zwei Verbindungsleitungen (3, 4, 5) mindestens ein Kondensator (18, 19, 20) geschaltet ist, der im Fahrbetrieb mittels eines Schalters (21, 22, 23) abschaltbar ist. 3. Brake circuit arrangement for a working in Peldschwächbetrieb Asynchronous machine supplied by a supply device with a voltage of changeable Frequency is fed, in particular according to claim 1 or 2, characterized in that that in the area between ohmic resistance (10, 11, 12) and asynchronous machine (2) at least one capacitor between two connecting lines (3, 4, 5) (18, 19, 20) is switched, which by means of a switch (21, 22, 23) can be switched off. 4. Bremsschaltungsanordnung nach Anspruch 3 für eine dreiphasige Asynchronmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß drei Kondensatoren (18, iO)in Dreieck- oder Sternschaltung vorgesehen sind, die gleich groß bemessen sind. 4. Brake circuit arrangement according to claim 3 for a three-phase Asynchronous machine, characterized in that three capacitors (18, OK) in triangular or star connection are provided, which are of the same size. 5. Bremsschal tungsanordtnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter (13, 14, 15; 21, 22, 23) ein Schaltschütz (16) vorgesehen ist. 5. brake circuit arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized characterized in that the switch (13, 14, 15; 21, 22, 23) is a contactor (16) is provided.
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