DE2343388A1

DE2343388A1 - Nutzbrems-regelanordnung fuer gleichstrommotor

Info

Publication number: DE2343388A1
Application number: DE19732343388
Authority: DE
Inventors: Michimasa Horiuchi; Hiroshi Narita
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1972-08-30
Filing date: 1973-08-28
Publication date: 1974-04-04
Also published as: JPS4941819A; JPS52206B2; US3947739A; FR2198303B1; ES418311A1; FR2198303A1; CA988152A; DE2343388B2; SE7311733L

Description

Patentanwalt· Dlp!.-Ing. R.BEETZ β·η. CHpl.-lng. K. LAMPRECHT

Or.-lng.R.BEETZ Jr. • Mencken 22. 9MiM*rMr. »

81-21.312p

28. August 1973

HITACHI, LTD., Tokio (Japan)

Nutzbrems-Regelanordnung für G-leichstrommotor

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Regelung der Nutzbremsung eines Gleichstrommotors, insbesondere darauf, daß eine derartige Regelanordnung mit einem thyristorgeregelten Gleichstrom-Reihenschlußmotor verwendet wird.

Üblicherweise wird ein Gleichstrom-Reihenschlußmotor wegen seiner Drehmomentcharakteristik zum Antreiben von Eisenbahn-' triebwagen verwendet. Die Regelung des Drehmoments und der

81-(POS 3172l)-sch

N/

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ÖffiGiNAL INSPECTED

Drehzahl wird durch Widerstände und Schütze zum Schalten der Widerstände in den Motorkreis bewirkt.

Allerdings kann die !Regelung durch Widerstände keine kontinuierliche Regelung ergeben und weist den Nachteil großer Energieverluste in den Widerständen auf.

Um diese Nachteile zu überwinden, ist bereits eine Anordnung zur Regelung eines Gleichstrommotors durch einen Thyristor-Zerhacker entwickelt worden.

Eine solche Anordnung zur Regelung eines Gleichstrommotors durch Verwendung eines Thyristor-Zerhackers kann eine kontinuierliche Regelung über den gesamten Regelbereich bewirken und sorgt also für ein bequemes Fahren der fahrgäste, wobei sich zusätzlich der Vorteil verringerter Energieverluste ergibt .

Es ist üblich bei Eisenbahnsystemen, deren Triebwagen durch thyristorgeregelte Motoren angetrieben werden, daß die Triebwagen mit einem Nutzbremssystem ausgerüstet sind. Bei der Nutzbremsung wird während des Bremsvorganges elektrische Energie vom fahrenden Wagen wiedergewonnen, wie noch beschrieben wird.

Allerdings ist die Anwendung der Nutzbremsung mit gewissen Problemen behaftet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Probleme zu überwinden und für einen Gleichstrommotor eine Nutzbrems-Regelanordnung vorzusehen, bei der eine weiche Nutzbremsung bewirkt werden kann; dabei soll es möglich sein, einen Gattertransformator geringer Größe zu verwenden.

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_ 3 —

Die erfindungsgemäße Nutzbrems-Regelanordnung für einen Gleichstrommotor, mit einer Reihenschaltung aus einem Läufer und einer Feldwicklung des Gleichsstrommotors sowie einer Glättungsdrossel, mit einem Thyristor-Zerhaeker und mit einer Diode, ist gekennzeichnet dadurch, daß die Reihenschaltung mit dem Thyristor-Zerhacker einen Parallelkreis bildet, zwischen dem und einer Energiequelle die Diode liegt, und daß ein Gatterregler eine kontinuierliche Regelspannung an das Gatter des Zerhackers anlegt, solange der Zerhacker leiten soll.

Durch die Erfindung wird also angegeben eine Nutzbrems-Regelanordnung zur Verwendung mit einem Gleichstrom-Reihenschlußmotor, der einen Eisenbahntriebwagen oder ein Elektrofahrzeug antreibt und geregelt wird durch einen Thyristor-Zerhaeker, bestehend aus einer Reihenschaltung aus einem läufer und einer Feldwicklung des Gleichstrommotors sowie einer Glättungsdrossel, wobei die Reihenschaltung und der Zerhacker einen Parallelkreis bilden, -zwischen dem und einer Energiequelle die Diode liegt, und wobei ein Gatterregler vorgesehen ist zum Anlegen aufeinanderfolgender Gattersignale an den Zerhacker, solange der Zerhacker leiten soll.

Die Erfindung wird im fönenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild des Hauptkreises zur Durchführung einer Nutzbremsung eines Gleichstrommotors, bei dem die Erfindung anwendbar ist;

Fig/ 2 ein Schaltbild eines Thyristor-Zerhackers;

Fig. 3 ein prinzipielles Blockschaltbild für die Nutzbremsregelanordnung;

Fig. 4 den Verlauf von Signalen des Zerhackers;

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I¹Ig.	5
Pig.	6
Pig.	7
Pig.	8
Pig.	9

einen bereits entwickelten Gatterregler}

den Verlauf der Signale des Reglers von Pig. 5;

eine spezielle Ausbildung des ThyriBtor-Zerhackers;

den Verlauf der Signale des Zerhackers von Pig. 7;

ein Schaltbild des Hauptkreises für eine Nutzbremsung, bei der zwei Zerhacker verwendet werden;

Pig. 10 den Verlauf der Signale der Regelanordnung von Pig. 9;

Pig. 11 ein Grundschaltbild eines erfindungsgemäßen Gatterreglers;

J¹Ig. 12 ein Schaltbild eines Oszillators;

Pig. 13 eine spezielle Anordnung wesentlicher Teile des Gatterreglers;

Pig. 14 den Verlauf von Signalen des Reglers von bis 16 Pig. 13;

Pig. 17 eine weitere spezielle Ausführungsform wesentlicher Teile des Gatterreglers;

Pig. 18 eine Darstellung der Magnetisierungscharakteristik des Kernes eines bei der Erfindung verwendeten Transformators;

Pig. 19 den Verlauf von Signalen der Anordnung von und 20 Pig. 18;

Pig. 21 den Verlauf von Signalen des erfindungsgemäß und 22 gesteuerten Zerhackers.

Pig. 1 zeigt eine bereits entwickelte Regelanordnung für die Nutzbremsung eines ülsenbahntriebwagens.

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In Pig. 1 ist zu sehen ein Oberleitungsdraht L, ein Scherenstromabnehmer P und ein Leistungsschalter K, der nach erfolgtem Schließen Lasten mit der Fahrleitungsspannung versorgt. Es ist zu beachten, daß kein Schnell-Leistungsschalter für Schutzbetrieb beim Kippen eines Zerhackers OH vorgesehen ist. Eine Drossel L^, und ein Kondensator 0-, bilden ein Filter für die Verringerung von Schwankungen der Pahrleitungsspannung oder des Stroms infolge der Ein-Aus-Regelung des Zerhackers GH. Eine Glättungsdrossel MSL ist vorgesehen zur Verringerung von Schwankungen der Motorspannung oder des Motorstroms infolge der Ein-Aus-Regelung des Zerhackers OH; ferner sind vorgesehen ein Läufer M des Motors, eine Reihenschluß-Feldwicklung F, ein Erdanschluß E, eine Diode Dg, die verhindert, daß Strom in umgekehrter Richtung von der Oberleitung L nach Erde fließt, wenn der Zerhacker OH eingeschaltet ist, und ein Hilfserreger EX.

Pig. 2 zeigt den speziellen Aufbau des Zerhackers CH, bestehend aus einem Hauptthyristor MTh, einem Kommutierungsthyristor ATh, einer Kommutierungsdrossei Lq und einem Kommutierungskondensator Cq. Der Hauptthyristor MSh und der Kommutierungsthyristor ATh sind vom umgekehrten Leitungstyp mit Dioden und haben Gatter G^ und G^.

Die Beaufschlagung des Gatters G^ des Hauptthyristors mit einem Gattersignal bewirkt, daß der Hauptthyristor MTh oder der Zerhacker CH eingeschaltet wird. Ein Gattersignal wird dem Gatter G. des Kommutierungsthyristors ATh in einem Zustand zugeführt, in dem der Hauptthyristor eingeschaltet ist, so daß der Kommutierungsthyristor ATh stromführend wird, Das Einschalten des Kommutierungsthyristors ATh bewirkt, daß Kommutierungsstrom durch einen geschlossenen Kreis G_Q - L^ - ATh MTh - Gq fließt, woraufhin dessen Sperrstrom erzeugt wird zum Abschalten des Hauptthyristors MTh sowie des Kommutierungs-

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thyristors ATh., d. h. des Zerhackers CH. Wenn T-, eine Einschaltperiode des Zerhackers CH und T die Periode eines Steuerzyklus ist, dann wird die Arbeitsphase c*. des Zerhackers ausgedrückt als 3I₁/!.

Durch die in Fig. 1 gezeigte Regelanordnung wird die Nutzbremsung derart bewirkt, daß der Soll-Strom Ip mit dem Ist-Strom Ij, des Motors verglichen wird, wie in dem Blockschaltbild von Fig. 3 dargestellt ist; dabei wird das abgeleitete Fehlersignal über einen Verstärker AMP einem Steuereingang eines Phasenschiebers APPS zugeführt, wo ein Ausgangssignal erzeugt wird zur Regelung der Arbeitsphase ex des Zerhackers CH.

Die Nutzbremsung wird im einzelnen in Verbindung mit dem Verlauf von Signalen des Zerhackers CH gemäß Pig. 4 beschrieben.

Zum Zeitpunkt t-, wird dem Gatter G™ des Hauptthyristors MiEh das Gattersignal zugeführt zum Einschalten des Zerhackers CH, wodurch eine aus dem Läufer M des Elektromotors, der Feldwicklung F und der Glättungsdrossel MSL bestehende Reihenschaltung kurzgeschlossen wird.

So wird ο in geschlossener Kreis M-F- MSL - CH - M gebildet; dies hat üut Folge, daß der Motorstrom allmählich ansteigt, wobei dia in der trlättungsdrossel MSL gespeicherte Energie von der ZeI+.konstante des geschlossenen Stromkreises und den Kennlinien des Motors abhängt.

Zum Zeitpunkt t« wird das Gattersignal dem Gatter G. des Kommutierurgsthyristors ASh zur Einschaltung desselben zugeführt. Die .Kd.r.schaltung aes Kamine,.ierangsthyristors Aö?h gestattet, da3 dor Kommutien^ngsdtro^ in der bereits genannten Weise und den Zerb-:'ker '.-I zum Zeitpunkt t, abschaltet.

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Wenn der Zerhacker CH abgeschaltet ist, fließt der Motorstrom durch einen geschlossenen Kreis M-P- MSL - D„ - L™ - K P-L-E-M, wobei die Leistung in der Hauptsache aus der von der Drossel MSL freigegebenen Energie besteht. Das heißt also, daß bei Abschaltung des Zerhackers OH die Energie als Nutzötrom von dem Motor zum Oberleitungsdraht L fließt. So wird während der Abschaltung des Zerhackers OH die Energierückführung bewirkt, während der Motorstrom allmählich verringert wird mit einer Geschwindigkeit, die abhängt von der Zeitkonstante des Stromkreises, der EMK des Motors und der Fahrleitungsspannung. -

Anschließend wird die Ein- und Ausschaltung des Zerhackers CH und dementsprechend die Regelung der Arbeitsphase sich stetig wiederholend bewirkt, um so die Nutzbremsregelung durchzuführen.

Es ist üblich, daß beim Bewirken der Nutzbremsregelun^ des Gleichstrommotors in der genannten Weise die Gättersignale den den Zerhacker CH bildenden Thyristoren durch einen Gattertransformator zugeführt werden. Der Grund dafür ist die elektrische Trennung der in einem Niederspannungskreis verwendeten Gatterregelung, da der Zerhacker CH in einem Hochspannungskreis liegt.

Die Leistung des Gatterstransformators ist bestimmt durch ein Produkt der Spannung mal der Zeit. Das heißt, sie ist bestimmt durch den Maximalwert der Spannung des Gattersignals und dessen Dauer. Aus diesem Grund hat üblicherweise der Gatterimpuls eine so schmale Breite, daß diese gerade ausreicht zum Zünden des Thyristors (vgl. Pig. 4), so daß kleine Gattertransformatoren verwendet werden können.

Pig. 5 zeigt eine Ausführungsform einer bereits entwickelten Gatterregelung. Im folgenden wird der Gattertransformator für

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den Hauptthyristor MTh beschrieben.

In Pig. 5 sind zu sehen ein Gattertransformator G-T, eine Eingangswicklung N-, ,mit der ein Schalttransistor Tr in Reihe geschaltet ist, eine Ausgangswicklung N₂, von der eine Gattersignalspannung V_&M über eine Diode D an den'Gattern des Hauptthyristors MTh entnommen wird, eine Rückstellwicklung N^, mit der ein Widerstand R verbunden ist, und eine Gleichstromleitung Eq. Us ist zu beachten, daß die kleinen Punkte an den Wicklungen Anfangspunkte bezeichnen, von denen ausgehend die Wicklungen gewickelt sind.

Der Gattertransformator GT von Pig. 5 ist bekannt (vgl. JA-PS 665 896). Der Betrieb des Transformators wird kurz unter Bezugnahme auf 3Pig. 6 beschrieben.

Ein Ausgangsimpuls V. von dem Phasenschieber APPS wird in einen Impuls mit vorgegebener Dauer T~ und Spannung V-^ durch einen monostabilen Multivibrator umgesetzt. Die Ausgangsspannung Vg.des monostabilen Multivibrators wird an die Basis des Transistors Tr angelegt und schaltet diesen an. Die Anschaltung des Transistors Tr hat zur Folge, daß an die Eingangswicklung N-, eine Spannung Eq angelegt wird, um eine Spannung in der Ausgangswicklung Np zu induzieren. Die Spannung V™ von der Ausgangswicklung Np dient als Gattersignal, das an das Gatter G™ des Hauptthyristors MTh angelegt wird. Die Impulsdauer des Signals V-g ist gleich der des Ausgangssignals V-g des monostabilen Multivibrators. Es ist zu beachten, daß die Rückstellwicklung N~ zur Rückstellung des Magnetflusses auf einen vorgegebenen Vorflußwert dient, wenn der Transistor abgeschaltet ist, wobei der Betrag des Vorflusses durch den Widerstand R eingestellt wird.

Im Anfangsstadium der Nutzbremsung ergibt sich jedoch ein Problem, das im folgenden im einzelnen beschrieben wird.

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Während der Nutzbremsung wirkt der Motor als Reihenschlußgenerator, Die von dem Motor erzeugte Spannung E., stützt sieh nur auf den Restmagnetfluß und ist daher sehr klein, wenn der Bremsstromkreis durch Umwandlung vom Netzbetrieb gebildet wird» Zur lösung dieses Prpblems wird die Feldwicklung F dureh den Hilfserreger DX erregt. Die HiIfserregung wird derart bewirkt, daß beispielsweise vier Reihenschlußmotoren eine Spannung von etwa IQQ Y bei einer Triebwagengeschwindigkeit von etwa lOp km/h erzeugen» Andererseits hat die Induktivität 1 der Gläi?tuixg8drassel MSl zum Glätten des Motorstroms einen Wert von 10^15 mH bei der Fahrleitungsspannung Yg von 150Q Y, wodurch verhindert wird, daß der Hauptthyristor MTh oder der Motor beschädigt werden infolge des zu hohen Stroms aufgrund des. Kippens de.s Hauptthyristors oder Zerhaekers QH,

We,nn sian beispielsweise annimmt, daß die Triebwagenge schwin·^ digkgit üU leginn der Nutzbremsung 30 km/h beträgt, beträgt die yoii dem Motor Slit der Hilfserregung erzeugte Spannung 3Q Y,

Die Angtiegprate di/dt des Zerhackerstroms bei eingeschaltetem Zerhacker QH igt also gegeben durch

Die Impulsdauer des &attersignals zum Hauptthyristor MTh wird durch den Gattertransformator GT auf etwa 5QO us eingestellt (vglf Sig. 5)* Der Zerhacker strom Iqtt beträgt

|[| · T^ * 2-3 A/ms χ 0,5 es 5 1-1,5 A

vor dem Verschwinden der Regelspannung. Dieser Strom fließt durch den Hauptthyristor MTh,

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Es ist üblich, daß der Zerhacker GH zwei Hauptthyristoren MTh aufweist, die in der in Pig. 7 gezeigten Weise parallelgeschaltet sind, und zwar wegen der Strombelastbarkeit. Weiter ist eine Anzahl von Hauptthyristoren in jedem Zweig in Reihe geschaltet, und zwar im Hinblick auf die Durchbruchspannung. Pig, 7 zeigt den Hauptthyristor MTh mit acht parallel- und in Reihe geschalteten Thyristorelementen. Zur besseren Erläuterung hat jedes Thyristorelement eine Indexzahl von 1 bis 8, Den beiden Parallelkreisen wird für jeden Zweig ein Strom von 0,5-0,75 A zugeführt.

Das Element mit beispielsweise 1000 V und 300 A benötigt andererseits einen Haltestrom (d, h, den zum Aufrechterhalten des eingeschalteten Thyristors nach Verschwinden der Regelspannung erforderlichen Strom) von 0,5-1 A. Infolgedessen besteht die Gefahr, daß eine Differenz zwischen den Stromkennlinien der Thyristorelemente in dem Hauptthyristor MTh im Durchbruch der Thyristorelemente resultiert.

fig. 8 zeigt den Verlauf von Signalen, wobei der unterschiedliche Haltestrom zwischen den beiden parallelgeschalteten Kreiden des Hauptthyristors MTh existiert. In diesem Zustand wird den Thyristorelementen MThI bis MThA bei Verschwinden der Regelspannung kein Strom zugeführt, während den Thyristorelementen MTh5 bis MTh8 weiterhin Strom zugeführt wird aufgrund ihres kleinen Haltestroms. Dies hat zur Folge, daß der Strom in der die Thyristorelemente MThS bis MTh8 enthaltenden Reihenschaltung konzentriert wird, wodurch sich ein übermäßig hoher Strom ergibt.

In I¹Ig. 9 sind zwei Zerhacker CH-, und QHo vorgesehen zur Regelung des Gleichstrommotors des Triebwagens, wobei die beiden Zerhacker GH-, und GHp ©it einem Phasenunterschied von 180° arbeiten» um die Leistung der Glättungsdrossel MSL und des die Drossel Lj₁ und den Kondensator G-^ aufweisenden Filters klein zu machen zwecks Verringerung der Schwankungen.

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Iharch diese Anordnung wird die Schwingungsfrequenz des Fahrleitungsstroms und des Motorstroms doppelt so groß wie die der Anordnung, "bei der ein Zerhacker vorgesehen ist, wodurch die Leistung des Filters oder der Glättungsdrossel klein gemacht wird.

Fig. 10 zeigt einen Fall, "bei dem die Hauptthyristoren MTh der Zerhacker CH-, und CHp von Fig. 7 verschiedenen Haltestrom haben. Der Zerhackerstrom Iq₁J₁ wird auf Null reduziert, wenn die Regelspannung V™-, verschwindet, während der Zerhackerstrom ln-ap ^^es Zerhackers CH₂ weiter fließt, bis der Zerhacker CH₂ ausgeschaltet wird, und zwar auch nach dem Verschwinden der Regelspannung Vqm?· ^e r Strom wird daher auf den Zerhacker CH₂ konzentriert, was zur Folge hat, daß der Hauptthyristor MTh des Zerhackers CH₀ durchbricht. .

C.

Um den Ihirchbruch eines solchen Hauptthyristors zu- verhindern, wird eine Regelanordnung vorgeschlagen, bei der die Ungleichheit der zwischen den beiden Zweigen oder Zerhackern existierenden Ströme festgestellt und die Zerhacker ausgeschaltet werden. Dies resultiert allerdings darin, daß der Zerhackerbetrieb und die Nutzbremsungsregelung aufhören.

Alternativ kann eine Regelanordnung Anwendung finden, in der sämtliche Thyristorelemente der Hauptthyristoren identische Haltestromkennlinien haben. Hierbei ergibt sich jedoch der Nachteil erhöhter Produktionskosten aufgrund des hohen Preises derartiger Thyristoren.

Weiterhin wird eine Regelanordnung vorgeschlagen, bei der die von dem Motor mit der Hilfserregung erzeugte Spannung vergrößert wird zur Verstärkung des diich den Haupt thyristor fließenden Stroms. Der durch die Thyristoren oder Zerhacker fließende Strpm ist jedoch nicht immer genau gleich aufgeteilt aufgrund der Ungleichheiten der Widerstände und induktiven Wi-

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derstände. Außerdem ist ein Hilfserreger mit großer Leistung erforderlich, um selbst bei niedriger Motordrehzahl eine weiche Nutzbremsung zu bewirken. Es besteht jedoch bei der Herstellung eines derart großen Erregers eine Beschränkung im Hinblick auf die leistung der Stromzuführungseinrichtungen des Triebwagens.

Die oben genannten Probleme werden gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das. Gattersignal an den Hauptthyristor des Zerhackers kontinuierlich angelegt wird während einer Zeitdauer, in der der Hauptthyristor leiten soll.

Pig. 11 zeigt eine Regelanordnung zum kontinuierlichen Beaufschlagen des Hauptthyristors mit Gattersignalen. In Pig. 11 wird ein Oszillator OSC durch ein Ausgangssignal von dem Phasenschieber APPS getrieben, der die Arbeitsphase des Zerhackers GH einstellt. Die Ausgangsimpulse von dem Oszillator erseheinen abwechselnd an zwei Ausgangsklemmen desselben. Der Impuls wird abwechselnd zwei Gattertransformatoren GT-, und GT₂ zugeführt, deren Ausgangsspannungen im Ausgangskreis addiert werden zum Erzeugen eines Gatterimpulses, der während einer Zeitdauer (z, B. T-, ) bestehen bleibt, während der der Zerhacker eingeschaltet sein soll. -

Als Oszillator kann ein bekannter astabiler Multivibrator (vgl. Pig. 12) mit Transistoren Tr, Kondensatoren C, Widerständen E und Dioden D verwendet werden.

Mit dieser Anordnung liefert der Oszillator bej/feinem Nullausgang des Phasenschiebers APPS keine Schwingung, da die beiden Transistoren mit ihren Basiselektroden geerdet sind. Das Ausgangssignal des Phasenschiebers wird an die Basiselektroden der beiden Transistoren Tr angelegt, woraufhin letztere abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden. So werden

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die um 180° phasenversetzten (vgl. Pig. 11) Signale an den Kollektorelektroden der "beiden Transistoren Tr erzeugt. Die Sch.wingungefreq.uenz des Oszillators ist z. B. mit 5 kHz eingestellt.

Der Gatterregler wird im einzelnen in Verbindung mit Fig. beschrieben. Hier bezeichnen der Fig« 12 entsprechende Bezugszeichen gleiche Elemente. Die Gattertransformatoren GT₁ und GTp* ^i e Primärwicklungen N-,-, und N₂₁ (Eingangswicklungen) und die als Schalt transistor wirkenden Transistoren Tr-, und Tr₂ "bilden jeweils Reihenschaltungen, die mit der Gleichstromquelle Eq verbunden sind. Sekundärwicklungen (Ausgangswicklungen) Ν-,ρ und N₂₂ erzeugen Ausgangs spannungen, die durch die Dioden D-, und D₂ addiert werden. Tertiärwicklungen (Rtiekstellwicklungen) N-,, und Ng, sind mit den Widerständen H-, und Rp ^ⁿ Serie geschaltet und außerdem mit einer Gleichstromquelle Y verbunden.

Wenn man annimmt, daß die Wicklungsverhältnisse der Primärwicklungen N₁₁ und N₂₁ zu den dritten Wicklungen N₁* und N₂, so gewählt sind, daß sie N-,-, * N₂-, =* N-,, - N₂, sind, und wenn man eine Abschaltverzögerungszeit der Transistoren Tr₁, Tr₂ vernachlässigt, so haben bei dieser Anordnung die Basisströme I-n-, und Ig₂ der Transistoren Tr₁ und Tr₂ die gleiche Dauer wie die Eollektorströme I_G1 und Iq₂. Die Spannungen V₁₁ und Vp₁ an den Primärwicklungen N₁₁ und Np₁ der Gattertransformatoren haben die gleiche Impulsbreite und den gleichen Pegel im eingestellten und im rückgestellten Zustand, und das Produkt von Spannung mal Zeit, d. h. eingestellter und rückgestellter Magnetfluß, ist Eq^ und 0_S = 0-o.

Der Gatterregler wurde bereits kurz beschrieben, wird jedoch im einzelnen an Hand einer weiteren Ausführungsform noch genauer erörtert.

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Es ist zu beachten, daß mit der erfindungsgemäßen einfachen und billigen Regelanordnung ein während der Einschaltzeit des Zerhackers andauernder Gatterimpuls erzeugt wird.

In der auf Fig. 13 Bezug nehmenden Regelanordnung wurde die Abschaltverzogerungszext der Transistoren Tr-, und Tr₂ vernachlässigt, diese muß jedoch zum Erhalt einer guten Regelung beachtet werden. Im folgenden wird die Verzögerungszeit beschrieben.

Die Verzögerungszeit des Transistors Tr-, (oder Tr₂) bewirkt, daß die Arbeitsphase des Basisstroms 1-™-, (oder 1-Q₂) ^{vorL der} des Kollektorstroms I₀-, (oder Iq?) abweicht, was in einer verlängerten Impulsdauer im Kollektorstrom resultiert. Auch in bezug auf die Spannung V-,-, (oder V₂₁) an der Primärwicklung des Gattertransformators wird daher die Einstelldauer des Magnetflusses im Eisenkern langer als dessen Rückstelldauer, was zur Folge hat, daß der Einstellmagnetfluß 0g (E_ot·) größer ist als der Rückstellmagnetfluß 0_ß (E_ot").

Es wird Bezug genommen auf die Hysteresekennlinien des Eisenkerns gemäß Pig. 16. Der am Punkt 0 beginnende Magnetfluß, der auf einem Weg 1 verläuft, kann bei Rückstellung nicht zum Punkt 0 zurückkehren, da 0o größer ist als 0-n, und endet daher am Punkt 2. In diesem Pail ist der für die Rückstellung auszugleichende Betrag AtE_Q. Sodann wird die Einstellung über den Weg 3 bewirkt, aber der Magnetfluß kehrt nicht zum Punkt 2 zurück, sondern endet im Punkt 4, so daß der auszugleichende Betrag 2AtE_Q ist. Der auf diese Weise wiederholte Vorgang resultiert darin, daß das gewünschte Ausgangssignal nicht erzeugt wird, da der Magnetfluß in dem Eisenkern gesättigt ist.

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Es ist in diesem Fall zu "beachten, daß zum Verhindern der Sättigung des Magnetflusses die an der Tertiärwicklung N-,,, (oder N₂^) entwickelte Spannung erhöht wird, um den eingestellten und rückgestellten Magnetfluß gegeneinander auszugleichen.

Pig. 17 zeigt eine weitere Ausführungsform der Regelanordnung, bei der die Ausschaltverzogerungszeit des Transistors in Betracht gezogen ist.

In !"ig. 17 entsprechen gleiche Bezugszeichen wie in Pig. gleichen Elementen. Die Anordnung von Pig. 17 unterscheidet sich von derjenigen von Pig. 13 dadurch, daß "bei der Anordnung von Pig. 17 die Rückstellwicklungen N-,,, N₂ -z der Gattertransfor: atoren GT-,, GT₂ in Reihe geschaltet sind.

Bei dieser Anordnung werden die von dem Oszillator OSG gelieferten Impulse an die Basiselektroden der Transistoren Tr-, und Tr _? angelegt. Einschaltung des Transistors Tr-, bewirkt, daß an die Primärwicklung N₁₁ des Gattertransformators GT-j Pahrleitungsspannung Eq angelegt wird, wobei die Spannung in der Sekundärwicklung N₁₂ des Transformators GT₁ induziert wird. Weiter bewirkt die Einschaltung des Transistors Tr₂, daß an die Primärwicklung N₂₁ des Gattertransformators GT₂ Pahrleitungsspannung E_Q angelegt wird, wobei die Spannung in der Sekundärwicklung N_?2 des Gattertransformators GT₂ induziert wird.

Wenn der Magnetfluß in dem Eisenkern des Gattertransformators vor Anlegen der Spannungen an die Primärwicklungen N-,-, und N₂₁ der Gattertransformatoren GT-, und GT_? sich auf einen Punkt in Pig. 18 rückstellt, wird der Magnetfluß über die Wege 2,. 3 auf einen Punkt 4 eingestellt. Ausschalten des Transistors Tr₁ oder Tr₂ bewirkt, daß der Magnetfluß an einem Punkt 5 anlangt. Sodann muß der Magnetfluß in dem Eisenkern zum Punkt

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zurückkehren, bevor der Transistor Tr-, oder Tr₂ stromführend wird. Der Grund dafür ist, daß "bei Verbleiben des Magnetflusses am Punkt 5 der Magnetfluß unmittelbar bei Anlegen der Spannung an die Primärwicklung N₁₁ (oder N₂₁) des Gattertransformators GT₁ (oder GT₂) gesättigt wird und keine Spannung in der Sekundärwicklung N-,₂ (oder N₂₂) der Gattertransformatoren induziert wird. Der Magnetfluß in dem Eisenkern ■ kann zum Punkt 1 rückgeführt werden durch Anlegen der Spannung an die Tertiärwicklungen N-,~, N₂^ der Gattertransformatoren GT-,, GT„ zum Erzeugen einer EMK, die größer ist als die Koerzitivkraft AT_n,

Wenn man annimmt, daß das Windungsverhältnis der Primärwicklungen N-, -, und N₂-I der Gattertransformatoren GT-, und GT_? zu den Tertiärwicklungen N-,^ und N₂-, derselben gleich ist, dann entspricht der Verlauf der Signale der Fig. 19.

Die Stromleitung des Transistors Tr-, durch den Basisstrom Ig₁ hat zur Folge, daß die Fahrleitungsspannung Eq als Spannung Yn -, an der Primärwicklung des Gattertransformators GT-, erscheint. Die Stromleitung des Transistors Tr₂ durch den Basisstrom 1-D₂ hat zur Folge, daß der Primärwicklung des ■ Gattertransformators GT₂ die Fahrleitungsspannung E_Q zugeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird in der Tertiärwicklung N„^ des Gattertransformators GT_? eine der Spannung in der Primärwicklung N₂₁ entgegengesetzt gerichtete Spannung induziert, deren Größe vom Wicklungsverhältnis der Primärwicklung N₂₁ zu dem der Tertiärwicklung N₂* abhängt. Die Anzahl der Windungen der Primärwicklung N₂₁ ist gleich der der Tertiärwicklung N₂.,, so daß die in der Tertiärwicklung Np^ induzierte Spannung gleich der Fahrleitungsspannung Eq wird, wobei die Richtung gleich der von N₂^ ist. Wenn der Transistot Tr₂ stromführend wird, beträgt die Rückstellspannung, d. h. die in der Tertiärwicklung des Gattertransformators GT-, induzierte Spannung, 2E_Q, d. h. die Summe der Fahrleitungsspan-

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nung Eq und der in der Tertiärwicklung des Gattertransformators GT₂ induzierten Spannung Eq, wobei die Spannungsrichtung entgegengesetzt ist zu der Einstellriohtung. Der Magnetfluß im Eisenkern ist proportional dem Produkt von Spannung mal Zeit, Die Rückstellspannung von 2E_Q führt dazu, daß die Rückstellzeit T-D zu -φ- wird. In dieser Beziehung erfordert die Rückstellung zum Punkt 1 in Pig. 18, daß die Rückstellzeit ■#- ist, während der der Magnetfluß im Eisenkern in negativer Richtung gesättigt ist, und während der verbleibenden Zeit von ·#- erscheint keine Spannung an den Wicklungen des Gattertransformators GT-,.

Die Rückstellung des Gattertransformators GTg wird bewirkt durch die Spannung 2E_Q, d. h. die Summe der Fahrleitungsspannung Eq und" der in der Tertiärwicklung N-, ^ des Gattertransformators GT-, induzierten Spannung Eq.

Diese Operationen werden immer dann wiederholt, wenn an die Basiselektroden der Transistoren Tr₁, Tr₂ ein Ausgangsimpuls des Oszillators OSC angelegt wird.

Die Rückstellspannung des Gattertransformators GT₂, der mit dem Transistor Tr₂ verbunden ist, der vom letzten Schwingungsimpuls (dem Basisstrom X™ in Pig, 19) aktiviert wird, der während der Zeitdauer erzeugt wird, in der das Ausgangssignal des Phasenschiebers APPS erzeugt wird, hat nur den Wert der Fahrleitungsspannung Eq, da die in der Tertiärwicklung N₂^ induzierte Spannung Null ist, da der Gattertransformator GT₂ nicht im eingestellten Zustand ist. Infolgedessen ist eine Rüekstellzeit *£" erforderlich. Es treten jedoch keine Schwierigkeiten auf, da die der Kommutierungsperiode des Zerhackers entsprechende Zeit ausreichend ist.

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Wenn also die Rückstellung mit der die in Reihe geschalteten lertiärwicklungen N-,^, N₂^ aufweisenden Anordnung bewirkt wird, tendiert die in den Tertiärwicklungen des Gattertransforraators während der Einstellung induzierte Spannung dazu, die Rückstellung des Gattertransformators, der gerade rückgestellt wird, zu "beschleunigen, wodurch die Rückstellzeit -tr _R verkürzt werden kann. Infolgedessen ergibt sich durch die Ausschaltverzögerung in dem !Transistor (vgl. Fig. 20) kein Problem, da der Eisenkern in der Zeit τ _R vollständig in den Rückstellzustand zurückkehrt.

Wie bereits erwähnt, werden die beiden Gattertransformatoren abwechselnd getrieben, und ihre Ausgangssignale werden addiert zum Erzeugen der kontinuierlichen Gatterimpulse. Infolgedessen kann jeder Gattertransformator eine kleine Kapazität haben, solange er das erforderliche Produkt von Spannung mal Zeit aufweist.

Im vorhergehenden wurde die Regelanordnung beschrieben, die die Erzeugung der kontinuierlichen Gattersignale gestattet. Es ist daher möglich, eine weiche Nutzbremsung durchzuführen ohne nachteilige Beeinflussung durch Ungleichmäßigkeiten der Haltekennlinien des Thyristorelements, indem der Hauptthyristor des Zerhackers mit kontinuierlichen Gattersignalen beaufschlagt wird.

¥ig. 21 zeigt den Verlauf von Signalen, di^erhalten werden, wenn die beiden die Hauptthyristaren MTh des Zerhackers CH enthaltenden Kreise in der in Fig. 7 gezeigten Weise parallelgeschaltet sind. Das Anlegen der Gatterimpulse während der Zeitdauer, in der der Zerhacker leiten soll, gewährleistet den gleichmäßig verteilten Stromfluß zu beiden Zweigen.

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Pig. 22 zeigt den Verlauf ,von Signalen, die erhalten werden, wenn die beiden Zerhacker in der in l?ig. 9 gezeigten Weise verwendet werden. Auch bei dieser Anordnung ist ein gleichmäßig aufgeteilter Stromfluß der beiden Zerhacker gewährleistet.

Die Erfindung ist bestimmt, kontinuierliche Gattersignale während der Zeitdauer zu liefern, in der der Zerhacker leiten soll zur Durchführung der Nutzbremsung für den von dem Thyristor-Zerhacker geregelten Gleichstrommotor;, dabei wird gewährleistet, daß die.Thyristoren des Zerhackers gezündet werden, wodurch eine weiche Nutzbremsung möglich ist.

Da außerdem in der Regelanordnung zwei Gattertransformatoren verwendet und abwechselnd zur Erzeugung der Ausgangsimpulse getrieben werden, deren Summe als Gattersignal benutzt wird, ist ein- kleines Produkt von Spannung mal Zeit in dem Gattertransformator und dementsprechend die Verwendung von Gattertransformatoren geringer Größe möglich.

Es ist offensichtlich, daß die Gattersignale kontinuierlich, während der Zeitdauer, in der der Zerhacker leiten soll, zugeführt werden können, und zwar auch beim Beschleunigungsbetrieb des Gleichstrommotors, obwohl die Beschreibung sich nur auf die Nutzbremsung des Gleichstrommotors bezieht.

409814/0368

Claims

Patentansprüche

ί l.j Nutzbrems-Regelanordnung für einen Gleichstrommotor, mit einer Reihenschaltung aus einem Läufer und einer Feldwicklung des Gleichstrommotors sowie einer Glättungsdrossel, mit einem Thyristor-Zerhacker und mit einer Diode, dadurch gekennzeichnet , daß die Reihenschaltung mit dem Thyristor-Zerhacker (CH) einen Parallelkreis bildet, zwischen dem und einer Energiequelle die Diode liegt, und daß ein Gatterregler eine kontinuierliche Regelspannung an das Gatter des Zerhackers (CH) anlegt, solange der Zerhacker (CH) leiten soll.
2. Nutzbrems-Regelanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Hilfserreger zur Erregung der Feldwicklung zu Beginn des Nutzbremszyklus.
3. Nutzbrems-Regelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gatterregler aufweist: zwei Gattertransformatoren (GT-,, GiE₂), deren jeder eine Eingangswicklung (N-,-,, Np.,), eine Ausgangswicklung (N₁₂., ^22^ ^²¹^ ^e^-^ne Rückstellwicklung (N-,^, N₂^₅) enthält; zwei" Gruppen von Serienschaliungen, deren jede ein Schalt-Bauelement (Tr₁, Tr₂) und die Eingangswicklung (N₁₁, N₂₁) des mit einer Gleichstromquelle (V) verbundenen Gattertransformators (GT₁, GT₂) enthält; eine Serienschaltung mit einer Impedanz (R-,, R₂) und der mit der Gleichstromquelle (V) verbundenen Rückstellwicklung (^₁-Z, N₂,) Steuermittel zum abwechselnden Ein- und Ausschalten der Schalt Bauelemente (Tr-,, Tr₂) der beiden Gruppen von Serienschal"tsungen; und eine Ausgangsschaltung zur Addition der logischen Ausgangssignale der beiden Gattertransformatoren (GT-,, GT₂).

A098U/0368
4. Nutzbrems-Regelanordnung nach. Anspruch. 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel aufweisen: einen Phasenschieber (APPS) zum Erzeugen von Ausgangssignalen, solange der
Zerhacker leiten soll, entsprechend einer Abweichung des Ist-Stromes des Motors von dessen Soll-Strom, und einen Oszillator (OSG) zum Erzeugen von Impulsen, solange der Phasenschieber (APPS) diese Ausgangssignale erzeugt.
5. Nutzbrems-Regelanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellwicklungen (N-^, N₂-?) der beiden Gattertransformatoren (G-T-,, GT₂) in Reihe geschaltet sind.
6. Nutzbrems-Regelanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz ein Widerstand (R^, R₂) ist.
7. Nutzbrems-Regelanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sehalt-Bauelement ein Transistor (Tr-,,
Tr₂) ist,
8. Nutzbrems-Regelanordnung nach Anspruch' 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsschaltung eine Diode (D-,, D₂) ist.

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