DE2431524A1

DE2431524A1 - Nutzbrems-steueranordnung fuer gleichstrommotor

Info

Publication number: DE2431524A1
Application number: DE2431524A
Authority: DE
Inventors: Taturo Horie
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1973-07-02
Filing date: 1974-07-01
Publication date: 1975-01-16
Also published as: FR2236304A1; JPS5021407A; GB1467316A; FR2236304B1; SE7408640L; CA1004295A; US3984743A; JPS5441685B2

Description

Patentanwälte OlpU-tng. R. DELCTZ BOtU*

DlpMng. K. LAMPRECKT _ - ,

Dr.-Ing. R. B £ E Γ 2 Jr. £ 4 O I O Z 4

t Manchen 22, Steinsdorfstf. ti

81-22.853P 1- 7· 1974

HITACHI, LTD., Tokio (Japan)

Nutzbrems-Steueranordnung für Gleichstrommotor

Die Erfindung betrifft eine Nutzbrems-Steueranordnung für einen Gleichstrommotor, der insbesondere als Schienen-Straßenbahnantrieb od. dgl. dient.

Zum Straßenbahnantrieb wird üblicherweise ein Reihenschluß-Gleichstrommotor verwendet, da dessen Drehmomentverlauf zum Antrieb derartiger Straßenbahnen besonders geeignet ist. Das Drehmoment und die Drehzahl des Gleichstrommotors werden durch einen Widerstand und eine Schaltungsanordnung gesteuert, die den Widerstand zeitweise in den Motorkreis einschaltet.

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Nachteile dieser Widerstands-Steueranordnung bestehen jedoch darin, daß eine kontinuierliche Steuerung nicht durchführbar ist und daß ein Widerstand verhältnismäßig viel Energieverlust zur Folge hat.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde bereits eine Anordnung zum Steuern eines Gleichstrommotors mit Hilfe eines Thyristor-Zerhakkers entwickelt (im folgenden auch Zerhacker genannt); derartige Anordnungen befinden sich gegenwärtig im praktischen Einsatz. Die Gleichstrommotor-Steueranordnung mit Thyristor-Zerhacker erlaubt eine kontinuierliche oder ständige Steuerung über den gesamten Steuerbereich. Ein mit einer derartigen Steueranordnung ausgestattetes Elektrofahrzeug weist gute Fahreigenschaften auf. Zusätzlich kann der Energieverlust verringert werden. Insbesondere bei einem Straßenbahnwagen dient diese Steueranordnung nicht nur zum Steuern des Motorlaufs, sondern auch zur Nutzbrems-Steuerung des Straßenbahnwagens, um den gesamten Energieverbrauch wirksam zu verringern.

Fig. 1 zeigt ein typisches Beispiel des Hauptstromkreises einer bereits entwickelten Nutzbrems-Steueranordnung für einen Gleichstrommotor mit einem Thyristor-Zerhacker.

Fig. 1 zeigt eine Fahrdraht-Speiseleitung L mit einem Scherenstromabnehmer P für eine elektrische Straßenbahn. Ein Gleichstrommotor besitzt einen Anker M und eine Reihenfeldwicklung F in Reihe mit dem Anker M und mit einer Glättungsdrossel L_M- Ein Thyristor-Zerhacker CH liegt parallel zur Reihenschaltung aus dem Anker M, der Feldwicklung F und der Drossel Ljyj und ist an eine Diode Dc angeschlossen, die zum Sperren eines rückwärts fließenden Stroms aus der Straßenbahn-Speiseleitung L zur Erde E dient, wenn der Zerhacker CH eingeschaltet ist.

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Ein aus einer Drossel L_ und einem Kondensator C bestehendes Filter minimisiert die durch Ein-Aus-Schalten des Zerhackers CH bewirkte Welligkeit der Straßenbahn-Leitungsspannung und des -Stroms. Fig. 1 enthält weiterhin einen Hilf serreger EX.

Fig. 2 zeigt ein typisches Beispiel einer praktisch ausgeführten Schaltungsanordnung des Zerhackers CH, bestehend aus einem Thyristor MTh zum Zerhacken eines Fahrstroms (nachstehend als Hauptthyristor bezeichnet), einem Kommutierungsthyristor ATh, einer Kommutierungsdrossel L_Q und einen Kommutierungskondensator C . Der Hauptthyristor MTh und der Kommutierungsthyristor ATh sind rückwärtsleitend, d. h. sie leiten in Sperrichtung, und enthalten entsprechende Dioden. Die Thyristoren MTh und ATh besitzen Toranschlüsse G^, und G».

In Betrieb wird der Hauptthyristor MTh und somit der Zerhacker CH als Antwort auf ein Torsignal am Toranschluß G_M einschaltet. Während sich der Hauptthyristor MTh im Ein-Zustand befindet, wird ein weiteres Torsignal an das Tor G. des Kommutierungsthyristors ATh angelegt, der somit einschaltet, wodurch ein Kommutierungsstrom den geschlossenen Kreis durchfließt, und zwar von C durch L , ATh über ^s ' ο o'

MTh zurück nach C . Wegen des Rückwärts-Kommutierungsstroms werden deshalb der Hauptthyristor MTh und der Kommutierungsthyristor ATh nacheinander ausgeschaltet.

Wenn T die Leitdauer des Zerhackers und T die Dauer des Steuervorgangs ist, sei ein Stromleitverhältnis oC des Zerhackers CH gegeben durch T₁A-

Wenn die in Fig. 1 dargestellte Anordnung eine Nutzbremsung

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durchführen soll, werden laut Blockschaltbild des Regelkreises von Fig. 3 ein Sollstrom I_p und ein Ist-Motor strom I_M in einem Vergleicherverstärker AMP miteinander verglichen, worauf der Verstärker ein die Abweichung zwischen den Werten I_ und I_M darstellendes Ausgangssignal abgibt. Das Ausgangssignal des Vergleichers AMP ist gleichzeitig Steuereingangssignal für einen Phasenschieber APPS. Das Stromleitverhältnis cC des Zerhackers CH wiederum wird durch ein Ausgangs signal des Phasenschiebers APPS gesteuert.

Wenn zum Einschalten des Zerhackers CH ein Torsignal an das Tor G des Hauptthyristors MTh angelegt wird, wird die Reihenschaltung aus dem Motoranker M, der Feldwicklung F und der Glättungsdrossel L kurzgeschlossen und ein geschlossener Kreis bzw. Regelkreis hergestellt, der sich von M nach F erstreckt und über L und CM zurück nach M führt. Der Motor strom I wird deshalb stetig mit einer Änderungsgeschwindigkeit bzw. Rate erhöht, die durch die Zeitkonstante des Regelkreises und die elektrischen Eigenschaften des Motors bestimmt ist, während in der Glättungsdrossel L., Energie gespeichert wird.

Wenn danach an das Tor G_A des Kommutierungsthyristors ATh zu einem geeigneten Zeitpunkt ein Tor signal angelegt wird, um den Thyristor in seinen leitenden Zustand zu schalten, wird ein Kommutierungsstrom erzeugt, der wiederum den Zerhacker CH ausschaltet, wie bereits oben erwähnt wurde.

Wenn also der Zerhacker CH in den Sperrzustand geschaltet ist, fließt der Motorstrom I_M, der hauptsächlich aus der Entladeenergie der Glättungsdrossel Lj^ stammt, durch den Regelkreis von M aus über die

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-S-

Bauelemente F, L_M, D^, L , P, L und E zurück nach M. Dies bedeutet, daß der Motorstrom als Nutz (brems) strom zurück zur Straßenbahn-Speiseleitung L fließt, wenn der Zerhacker CH ausgeschaltet ist. Wenn also der Zerhacker CH im Sperr zustand ist, wird der Motorstrom regenerativ verringert, d. h. es erfolgt eine Nutzbremsung, und zwar mit einer Rate, die bestimmt ist dufch das Verhältnis der Zeitkonstanten des geschlossenen Kreises, durch die vom Fahrmotor erzeugte Spannung und durch die Speiseleitungsspannung.

Der Nutzbrems-Steuervorgang erfolgt durch wiederholtes Ein-Aus-Schalten des Zerhackers CH, wobei das Stromleitverhältnis oC gesteuert ist. Eine derartige Nutzbrems-Steuerung kann im wesentlichen bis kurz vor dem Anhalten der Straßenbahn fortgesetzt werden, indem das Stromleitverhältnis oC des Zerhackers CH entsprechend der Verringerung der Motordrehzahl und damit der durch den Motor erzeugten Spannung erhöht wird.

Die gezeigte Nutzbrems-Steueranordnung für einen Gleichstrommotor mit Thyristor-Zerhacker, wie sie oben beschrieben wurde, ist jedoch mit nachstehend genannten Problemen oder Nachteilen behaftet, die vermieden bzw. beseitigt werden müssen.

Beim Nutzbiemsen wirkt der Fahrmotor als Reihenschlußgenerator. Ih dem Zeitpunkt, wenn der Motorkreis vom Motorlaufbetrieb in den Nutzbremsbetrieb schaltet, ist die durch den Fahrmotor erzeugte Spannung nur auf einen Restmagnetfluß zu diesem Zeitpunkt zurückzuführen; ihr Wert ist normalerweise sehr niedrig. Um mit einer solchen Situation fertig zu werden, ist im allgemeinen ein Hilf serreger EX vorgesehen, der die Feldwicklung F auf einen vorbestimmten Erregerwert erregt, wo-

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durch im Motor oder in dessen Anker eine Spannung erzeugt werden kann, die der Drehzahl des Fahrmotors zu Beginn der Nutzbremsung entspricht.

Andererseits ist ein gegenwärtig praktisch eingesetzter Hilfserreger derart aufgebaut, daß er ein Wechselstrom-Ausgangssignal eines fahrzeugeigenen Motor-Synchrongenerators gleichrichtet.

Die durch den Fahrmotor erzeugte Spannung kann natürlich durch Erhöhen der Erregung des Hilfserregers EX erhöht werden. Die verfügbare Kapazität des Motor-Synchrongenerators ist jedoch immer beschränkt, da der Generator auf dem Straßenbahnwagen befestigt werden muß, und auch vom wirtschaftlichen Standpunkt aus. Dementsprechend ist die durch den Fahrmotor durch Betätigen des Zerhackers CH mit Hilfe der Hilfserregung erzeugte Spannung zu niedrig, um einen zum sofortigen Erzeugen einer vorbestimmten Bremskraft ausreichenden Strom zu ergeben. Z. B. sei angenommen, daß die Speiseleitungsspannung 600 V oder 1500 V ist, und daß zwei oder vier Motoren miteinander in Beihe geschaltet sind. In diesem Fall gilt für eine bestimmte Motor art, daß die Summe der durch die einzelnen Motoren erzeugten Spannungen kleiner als 100 V ist, bei einer Motorgeschwindigkeit von 100 km/h. Falls die Motorgeschwindigkeit zu Beginn der Nutzbremsung 30 km/h ist, ist die mit Hilfe der Hilfserregung erzeugte Spannung der Motoren beispielsweise 30 V. Bei dieser Anordnung ist denkbar, den Grad der Hilfserregung abhängig von der Motordrehzahl bzw. -geschwindigkeit zu ändern. Bei einer derartigen Anordnung muß jedoch die Motordrehzahl erfaßt und der Hilfserreger EX entsprechend eingestellt werden, was vom wirtschaftlichen Standpunkt aus nicht vorteilhaft ist.

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Wie aus der Beschreibung ersichtlich ist, ist der zum Gleichrichten der Ausgangs-Wechselspannung des Motor-Synchrongenerators dienende Hilfserreger EX mit Bezug auf die verfügbare Kapazität beschränkt und kann somit nicht zur gewünschten Erhöhung der durch den Fahrmotor erzeugten Spannung beitragen, weshalb die Nutzbremsung nicht ruhig bzw. weich erfolgen kann.

Genauer gesagt, es ist möglich, daß der Kommutierkondensator C des Zerhackers CH nicht ausreichend geladen ist, so daß ein Fehler beim Kommutieren auftreten kann. Um diese Möglichkeit auszuschließen, kann der Kommutierkondensator C_Q über eine äußere Spannungsquelle geladen werden. Zu diesem Zweck muß jedoch eine Hilfsladeeinrichtung vorgesehen sein, was eine viel kompliziertere Schaltungsanordnung erfordert.

Weiterhin ist der Hauptthyristor MTh für den Zerhacker CH mit Rücksicht auf die Durchbruchspannung üblicherweise aus zwei in Reihe geschalteten Thyristoren zusammengesetzt. Dies gilt auch für den Hilfsthyristor ATh. Wegen dieser Schaltungsanordnung kann der Thyristor nicht leitend werden, wenn die durch den Motor erzeugte Spannung niedrig ist, sogar wenn das Torsignal an die Torelektrode angelegt ist. Diese Tendenz wird deutlicher, insbesondere dann, wenn der Thyristor mit einem Bauelement versehen ist, z. B. mit einer Anodendrossel od. dgl., das den Strom anstieg verhindert. Wenn der Hauptthyristor MTh nicht eingeschaltet ist, ist es unmöglich, daß der Bremsstrom oder der Motor strom ansteigt, wodurch in keinem Fall eine schnelle Nutzbrems-Steuerung möglich ist.

Wenn andererseits für den Thyristor MTh bei Anlegen von z. B.

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1500 V Thyristoren mit Nennwerten von 1200 V verwendet werden, kann es vorkommen, daß einer der Thyristoren leitend wird, während der andere sogar dann gesperrt bleibt, wenn beide gleichzeitig gezündet werden, und zwar wegen einer Unsymmetrie ihres Sperrstroms und/ oder Haltestroms, wenn die Regenerier- oder Nutzbrems spannung des Motors sehr niedrig ist. Wenn in diesem Zustand die Regenerierspannung sehr schnell höher als die Thyristorsperrspannung von 1200 V wird, muß der gesperrte Thyristor durchgebrochen sein. Falls weiterhin bei einer Parallelschaltung der Thyristoren einer von ihnen eingeschaltet ist, während der andere gesperrt bleibt, was durch einen Unterschied in den Kennlinien der verwendeten Thyristoren verursacht ist, ist der erste Thyristor überlastet, was natürlich unerwünscht ist. Wenn ferner ein aus Straßenbahnwagen bestehender Zug lediglich mit einem einzigen Motor-Synchrongenerator ausgestattet ist, verhindert ein möglicher Fehler des Generators, daß die Hilfserregung anspricht, weshalb die Nutzbrems-Steuerung nicht länger wirksam sein kann.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die genannten Nachteile bereits entwickelter Nutzbrems-Steueranordnung en zu vermeiden, und eine Nutzbrems-Steueranordnung für einen Gleichstrommotor anzugeben, die ein weiches Verhalten der Nutzbremsung sicherstellt, indem die Hilfserregung der Gleichstrommotor-Feldwicklung beim Auslösen der Nutzbremsung durch eine von einer Gleichstromquelle zum Antrieb des Gleichstrommotors abgeleitete Spannung erfolgt.

Diese Aufgabe wird für eine Nutzbrems-Steueranordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gelöst durch einen Erreger zum Erregen der Feldwicklung mit einem wegen der Spannung der Gleichstromquelle durch die Feldwicklung fließenden Hilfserregerstrom, um

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einen Strom zu erzeugen, der wegen einer durch den Gleichstrommotor erzeugten Spannung in die Gleichstromquelle zurückfließt.

Durch die Erfindung wird also eine Nutzbrems-Steueranordnung zum Steuern eines Gleichstrommotors angegeben, der als Antrieb für einen Schienen-Straßenbahnwagen, ein Elektroauto od. dgl. dient, bestehend aus einer Gleichstromquelle, einer Reihenschaltung aus einem Anker und einer Feldwicklung des Motors mit einer Glättungsdrossel, aus einem parallel zur Reihenschaltung geschalteten Zerhacker, und aus einer Diode zwischen der Parallelschaltung und der Gleichstromquelle. Die Anordnung enthält einen Erreger zum Erregen der Feldwicklung des Gleichstrommotors mit der Spannung der Gleichstromquelle derart, daß wegen der durch den Gleichstrommotor erzeugten Spannung ein Strom in die Gleichstromquelle fließen kann, und zum Einspeisen einer für das Arbeiten des Zerhackers notwendigen Energie aus der Gleichstromquelle zum Zeitpunkt einer niedrigen Nutzbremsspannung des Gleichstrommotors.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltung einer bereits entwickelten Nutzbrems-Steueranordnung eines Gleichstrom-Fahrmotors für eine Straßenbahn mit einem Thyristor-Zerhacker,

Fig. 2 eine Schaltung des Thyristor-Zerhackers in der Steueranordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 ein grundsätzliches Blockschaltbild zum Erläutern der N utzbr em sung,

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Fig. 4 eine schematische Schaltung des Hauptteils einer ausgeführten erfindungsgemäßen Steueranordnung,

Fig. 5 bis 9 Schaltungen anderer Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Steueranordnung,

Fig. 10 eine schematische Schaltung eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Steueranordnung,

Fig. 11 ein Schaltungsbeispiel eines Thyristor-Zerhackers für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 10, und

Fig. 12 eine Schaltung einer Torsteuerungseinrichtung für den Thyristor-Zerhacker nach Fig. 11.

Fig. 4 zeigt eine Schaltung einer Nutzbrems-Steueranordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, mit einem Widerstand R. , der in Reihe liegt mit einem Schalter S. und mit diesem ei-A A

nen Erreger bildet, dessen erstes Ende an einen Scherenstromabnehmer P und damit an eine Straßenbahn-Speiseleitung L angeschlossen ist, während das andere Ende des Erregers an den Verbindungspunkt zwischen einem Anker M und einer Feldwicklung F angeschlossen ist. Ferner ist eine Diode D vorhanden. In Fig. 4 sind für gleiche Schaltungs-Bauele-

mente wie in Fig. 1 gleiche Bezugszeichen gewählt.

Wenn in dieser Schaltungsanordnung die Nutzbremsung gesteuert werden soll, wird der Schalter S geschlossen, wenn der Motorkreis vom Motorlaufbetrieb in den Nutzbremsbetrieb umschaltet. Infolgedessen wird die Speiseleitungsspannung an die Reihenschaltung der Feldwicklung F

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mit der Glättungsdrossel L und dem Zerhacker CH über den Erreger aus Schalter S und Widerstand R. angeschlossen. Wenn in diesem Zustand der Zerhacker CH einschaltet, fließt wegen der Speiseleitungsspannung ein Strom über folgenden Weg: L-P-S.-R-F- LM CH - E.

Somit fließt ein Hilfserregerstrom durch die Feldwicklung F. Da die Straßenbahn-Speiseleitungsspannung üblicherweise 600 oder 1500 V beträgt und zusätzlich das oben genannte Stromleitverhältnis oC des Zerhackers CH verhältnismäßig hoch ist, solange die durch den Motor erzeugte Spannung niedrig bleibt, d. h. da der Bremsstrom verhältnismäßig klein ist, kann durch eine Konstantstromerregung aus einer Hochspannungs-Spannungsquelle, z. B. aus der Straßenbahn-Speiseleitung, ein ausreichend großer Hilfserregerstrom und ebenso der Haltestrom für die Thyristoren erhalten werden. Infolgedessen wird die Nutzbremsspannung des Motors durch den Zerhacker CH derart gesteuert, daß der Bremsstrom sehr stark ansteigt. In diesem Fall wird der Hilfserregerstrom offenbar derart eingespeist, daß die durch den Motor erzeugte Spannung einen Strom mit der in der Figur gezeigten Polarität erzeugen kann, d. h. in Richtung zur Straßenbahn-Speiseleitung L. Der Widerstand R. wirkt als Strombegrenzer und unterdrückt einen Überstrom, der möglicherweise beim Einschalten des Zerhackers CH auftritt. Der Wert dieses Widerstands kann zwischen 40 und 50 CX liegen, falls die Speiseleitungsspannung 1500 V beträgt.

Es sei bemerkt, daß die Diode D_n einen Strom über den Weg L,

P, S., R. , M und Erde E verhindert, wenn der Schalter S. angeschlossen ist.

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Wenn die durch den Fahrmotor erzeugte Spannung auf einen vorbestimmten Wert angestiegen ist, wird die Hilfserregung nicht länger benötigt, und der Schalter S wird geöffnet. Die Dauer, während der

.A

der Schalter S geschlossen ist, liegt in der Größenordnung von 1 bis

,A

2 s. Die folgende Steuerung kann in ähnlicher Weise wie in der Anordnung nach Fig. 1 ausgeführt werden.

Bei der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Nutzbrems-Steuerung ist eine geeignete Hilfserregung dadurch erhältlich, daß die Erregung durch Verwenden der Speiseleitungsspannung erfolgt. Weiterhin kann der Zerhacker CH normal und fehlerfrei betrieben werden, da die Speiseleitungsspannung auch an ihn angelegt ist. Dadurch wird eine zufriedenstellende Nutzbrems-Steuerung erreicht.

Obwohl das oben genannte andere Ende des Erregers an den Verbindungspunkt des Ankers M mit der Feldwicklung F angeschlossen ist, wodurch der Erregerstrom im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 sowohl durch die Feldwicklung F als auch durch die Glättungsdrossel L fließen kann, sei darauf hingewiesen , daß eine derartige Verbindung wegen der besonderen Schaltungsanordnung des Ankers M, der Feldwicklung F und der Glättungsdrossel L_M, wie gezeigt, gemacht ist; der Erregerstrom kann andernfalls auch nur durch die Feldwicklung F fließen, wie in Fig. 5 dargestellt ist. Im allgemeinen betragen die Widerstände des Ankers M und der Feldwicklung F des zum Antrieb der Straßenbahn verwendeten Gleichstrommotors, dessen Nennleistung 100 kW beträgt, etwa 10 bzw. 20 TaCl , und der Widerstandswert der Glättungsdrossel L liegt im Bereich von 50 bis 100 mCX . Daneben wird im Anker M durch den Restmagnetfluß im Generatorbetrieb des Motors eine Spannung von

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der in Fig. 5 gezeigten Polarität erzeugt, wobei der Feldstrom das Zehnfache des Ankerstroms ist. Wenn der Zerhacker CH eingeschaltet ist, fließt deshalb der größte Teil des Erregerstroms durch die Feldwicklung F. Dementsprechend kann im Ausführungsbeispiel der Fig. 5 die Diode D weggelassen werden.

Eine ähnliche Hilfserregung kann für den Fäll eingerichtet werden, daß das oben genannte andere Ende des Erregers an die Kathode der Diode D_D angeschlossen ist, wie Fig. 6 zeigt.

Fig. 7 zeigt eine weitere Änderung, bei der die Diode D_n durch

einen Schalter S ersetzt ist. In diesem Ausführungsbeispiel bleibt der

Schalter S„ zu Beginn der Nutzbremsung geöffnet. Wenn die durch den ti

Fahrmotor erzeugte Spannung einen vorbestimmten Wert erreicht hat, schließt der Schalter S . Auf diese Weise wirkt der Schalter S_ wie

D B

die Diode D .

Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem eine Drossel L. anstelle des Widerstands R. im Erreger verwendet ist. In die-A A

sem Ausführungsbeispiel muß eine Drossel L. verwendet werden, deren Induktivität und Widerstandswert beträchtlich größer als die entsprechenden Werte der Glättungsdrossel sind. Wie aus dem Ausführungsbeispiel der Fig. 8 hervorgeht, kann der Erreger aus einer Impedanz zum Unterdrücken eines Überstroms und aus einem Schalter S. bestehen.

Fig. 9 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, bei dem dafür gesorgt ist, daß der Hilf serreger strom sogar dann durch die Feldwicklung F fließt, wenn der Zerhacker CH geöffnet ist. Genauer gesagt: Parallel zum Zerhacker CH liegt eine Reihenschaltung eines. Schalters S_ mit einem Widerstand R_n.

V— D

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Der Schalter S ist mit dem Schalter S gekuppelt und wird gleichzeitig geschlossen. Wenn der Zerhacker CH leitet, fließt der Hilfserregerstrom für die Feldwicklung F durch den Zerhacker CH. Ein geringer Strom fließt durch den Widerstand R , da dessen Wider-

standswert größer als der der Glättungsdrossei L-, gewählt ist. Der Widerstandswert des Widerstands R_n ist üblicherweise ungefähr 10 Cl. Andererseits wird der Widerstandswert des Zerhackers CH beim Ausschalten unendlich groß, weshalb dann der Strom über den Widerstand R_n fließt.

Auf diese Weise kann der Hilfserregerstrom sogar dann durch die Feldwicklung F fließen, wenn der Zerhacker CH im Aus-Zustand ist, wodurch die durch den Fahrmotor erzeugte Spannung beim Bremsen schnell erhöht werden kann.

Fig. 10 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, bei dem die Steuerung der Hilfserregung über die Straßenbahn-Speiseleitungsspannung erfolgt, und wobei Dioden D_n., und D_„ dieselbe Funktion wie

Bl ο 2.

die bereits erwähnte Diode D_ haben. Ein Zerhacker CH. dient zur

B A

Steuerung der Hilfserregung und besitzt einen in Fig. 11 dargestellten Aufbau.

Fig. 11 enthält: einen Thyristor Th , eine Kommutierungsdrossel L₁ und einen Kommutierungskondensator C . Wenn der Thyristor Th geöffnet ist, lädt sich der Kondensator C mit der in der Figur dargestellten Polarität auf. Wenn der Thyristor Th eingeschaltet ist, fließt ein Kommutierungsstrom durch den geschlossenen Kreis C - L Th - C , und der Thyristor Th wird durch den Rückwärts-Kommutierungsstrom ausgeschaltet. Das Stromleitverhältnis OC des Thyristors Th. kann durch Ändern seiner Zünddauer gesteuert werden.

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Zu diesem Zweck kann eine in Fig. 12 dargestellte Steuerschaltung als Torsteuereinrichtung für den Thyristor Th eingesetzt werden. Fig. 12 enthält eine veränderliche Spannungsquelle mit der Spannung V ,

einen Schalter S , Transistoren Tr und Tr , Widerstände R und R so-1 \ Δ 12

wie einen Transformator T mit sättigbarem Eisenkern. Die Transistoren Tr , Tr , die Widerstände R , R und der Transformator T bil-

L dt X £* 1

den zusammen einen bereits entwickelten "Royer"-Oszillator. Weiterhin sind ein Differenzxerkondensator C und ein Brückengleichrichter REC vorhanden.

Nach dem Schließen des Schalters S erzeugt der Royer-Oszillator

ein Ausgangssignal, das durch den Kondensator C differenziert wird.

Die derart erzeugten Impulse werden anschließend durch den Gleichrichter REC gleichgerichtet und zwischen Tor und Kathode des Thyristors Th angelegt. Die Oszillator frequenz des Royer-Oszillators kann durch Verändern der Spannung V der Spannungsquelle gesteuert werden.

Zum Auslösen der Nutzbremsung wird der Schalter S geschlossen. Der Zerhacker CH. steuert die Hilfserregung abhängig vom Stromleitverhältnis oC . Während des Leitens des Zerhackers CH. fließt der

Hilf serreger strom für die Feldwicklung F über den Weg L, P, CH , F

und D_n. zur Erde E. Nachdem die durch den Fahrmotor erzeugte Span-

Di

nung einen vorbestimmten Wert erreicht hat, soll der Zerhacker CH den Nutzbremsungsstrom steuern, weshalb der Schalter S geöffnet wird, so daß kein Torsignal an den Thyristor Th angelegt wird und der Zerhacker CH. zum Beenden der Hilfserregung ausgeschaltet wird. Es ist

ersichtlich, daß das Stromleitverhältnis oC des Zerhackers CH. durch

Steuern der Spannung V der Spannungsquelle steuerbar ist, die demnach die Steuerung des Hilf serreger Stroms ermöglicht.

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Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, stellt die Erfindung insgesamt eine verbesserte Nutzbrems-Steueranordnung für einen Gleichstrommotor mit einem Thyristor-Zerhacker dar, wobei die Hilfserregerenergie beim Nutzbremsen aus der den Motor versorgenden Gleichstromquelle abgeleitet ist, um eine passende Hilfserregung und gleichzeitig eine wünschenswerte Stabilität beim Betrieb des Zerhakkers sicherzustellen, indem an diesen die Spannung der Spannungsquelle angelegt wird. Die erfindungsgemäße Anordnung gestattet somit eine weiche Nutzbremsung. Weiterhin ist die Zuverlässigkeit in der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Steueranordnung merklich verbessert, verglichen mit einer bereits entwickelten Anordnung, bei der die Hilfserregung die Gleichrichtung eines Wechselstromsignals eines Motor-Synchron-Generators beinhaltet, da die erfindungsgemäße Steueranordnung unabhängig von Fehlern im Motor-Synchrongenerator ist, was die Bremsung bei der bereits entwickelten Anordnung nachteilig beeinflußt.

Zusätzlich zu den bereits genannten Vorteilen der erfindungsgemäßen Nutzbrems-Steueranordnung entsteht ein weiterer bemerkenswerter Vorteil der Anordnung beim Prüfen des Thyristor-Zerhackers CH hinsichtlich seiner Zerhackertätigkeit, da für die Prüfung eine an den Thyristor-Zerhacker anzulegende Spannung aus einer Gleichspannungsquelle erhältlich ist, in den genannten Ausführungsbeispielen z. B. aus der Straßenbahn-Speiseleitung, ohne daß ein Ankerstrom fließen muß, so daß keine Bedenken dahingehend bestehen, daß der Motor ungewollt anspricht, wodurch eine Sicherheitsanforderung erfüllt ist.

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Claims

Patentansprüche

1. Nutzbrems-Steueranordnung für einen Gleichstrommotor, von dem Anker und Feldwicklung an eine Gleichstromquelle angeschlossen sind; mit einer Reihenschaltung des Ankers, der Feldwicklung und einer Glättungsdrossei, mit einem parallel zur Reihenschaltung geschalteten Zerhacker, und mit einer Diode zwischen der Parallelschaltung und der Gleichstromquelle,

gekennzeichnet durch

einen Erreger zum Erregen der Feldwicklung (F) mit einem wegen der Spannung der Gleichstromquelle (L) durch die Feldwicklung fließenden Hilfserregerstrom, um einen Strom zu erzeugen, der wegen einer durch den Gleichstrommotor (M) erzeugten Spannung in die Gleichstromquelle zurückfließt (Fig. 4).

2. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ■reger ein
geschaltet ist.

im Erreger ein Schalter (S.) mit einem Impedanz-Bauelement in Reihe

3. Steueranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Impedanz-Bauelement ein Widerstand (R.) ist (Fig. 4).

4. Steueranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Impedanz-Bauelement eine Drossel (L.) ist (Fig. 8).

5. Steueranordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein

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Sperrglied in der Reihenschaltung, damit nicht der durch den Erreger erzeugte Hilfserregerstrom anstatt durch die Feldwicklung zur Erde fließt.

6. Steueranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrglied eine Diode (D_D) ist (Fig. 4).

7. Steueranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrglied ein Schalter (S_n) ist (Fig. 7).

8. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfserregerstrom über die Feldwicklung (F) und die Glättungsdrossel (L_M) in den Zerhacker (CH) fließt (Fig. 4).

9. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfserregerstrom nur über die Feldwicklung zum Zerhacker fließt (Fig. 5).

10. Steueranordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen inem Schalter (S ) und einem Widerstand (R schlußweg parallel zum Zerhacker (CH) (Fig. 9).

aus einem Schalter (S^) und einem Widerstand (R_n) bestehenden Kürzte O

11. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der Erreger einen Zerhacker (CH.) enthält (Fig. 10).

12. Steueranordnung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein

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Torsteuerglied zum Steuern des Zerhackers (CH ) des Erregers mit einer veränderlichen Frequenz (Fig. 12).

13. Steueranordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Torsteuerglied zum Steuern eines Stromleitverhältnisses ( cC ) des Zerhackers (CH) gemäß einer Abweichung zwischen Strom-Sollwert (I )

P
und Ist-Wert d_M) des Motorstroms.

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