DE2446623B2

DE2446623B2 - CONVERTER CIRCUIT

Info

Publication number: DE2446623B2
Application number: DE19742446623
Authority: DE
Priority date: 1974-09-30
Filing date: 1974-09-30
Publication date: 1977-06-23
Also published as: DE2446623A1; JPS5162326A

Description

6060

)ie Erfindung bezieht sich auf eine Stromrichteriltung mit einem an eine Gleichspannungsquelle eschlossenen Gleichstromsteller, der über einen ichstrom-Zwischenkreis mit eingeprägtem Gleichm einen Stromrichter speist, der wechselspannungsseitig an eine Drehfeldmaschine angeschlossen ist The invention relates to a converter filter with a DC power converter connected to a DC voltage source, which feeds a converter via an I-current intermediate circuit with impressed DC power, which is connected on the AC voltage side to a three-phase machine

Aus der DT-PS 15 13 518 ist eine Stromrichterschal· tung bekannt, bei der ein als Gleichrichter arbeitende! erster Stromrichter über einen Gleichstrom-Zwischenkreis mit eingeprägtem Gleichstrom einen als Wechselrichter arbeitenden zweiten Stromrichter speist, der wechselspannungsseitig an eine Drehfeldmaschine angeschlossen ist Als erster Stromrichter wird dabei üblicherweise ein Ventilsystem von steuerbaren Ventilen in vollgesteuerter Drehstrom-Brückenschaltung verwendet Wird jedoch statt dessen ein Gleichstromsteller (vgl. z. B. DT-PS 12 42 289) eingesetzt, wie das bei einer Stromrichterschaltung mit eingeprägter Spannung im Gleichspannungs-Zwischenkreis bekannt (vgl. Siemens-Zeitschrift 1964, Heft 10, Seiten 755 bis 781, Bild 2) ist, so ist nur Betrieb in einem einzigen Quadranten des Strom-Spannungs-Diagramms des Gleichstrom-Zwischenkreises, nämlich Motorbetrieb der Drehfeldmaschine möglich. Beim Generatorbetrieb der Drehfeldmaschine besitzt die vom Stromrichter in den Gleichstrom-Zwischenkreis eingespeiste Spannung das umgekehrte Vorzeichen wie die beim Motorbetrieb vom Gleichstromsteller abgegebene Spannung, während der Strom im Gleichstrom-Zwischenkreis sein Vorzeichen beibehält Ein Abbremsen der Drehfeldmaschine ist daher nicht ohne weiteres durchführbar. Insbesondere bei Antrieben mit einer einzigen Drehfeldmaschine ist jedoch in vielen Fällen ein Abbremsen unerläßlich. A converter circuit is known from DT-PS 15 13 518, in which a converter operating as a rectifier! The first converter feeds a second converter working as an inverter via a DC intermediate circuit with impressed direct current, which is connected on the AC voltage side to a three-phase machine is. z. used for example, DT-PS 12 42 289), as 755 is known (cf. for a power converter circuit with an impressed voltage in the direct voltage intermediate circuit. Siemens magazine 1964, Heft 10, pp to 781, Figure 2), so only operation in a single quadrant of the current-voltage diagram of the direct current intermediate circuit, namely motor operation of the induction machine is possible. When the induction machine is operating as a generator, the voltage fed into the DC link by the converter has the opposite sign than the voltage output by the DC converter during motor operation, while the current in the DC link maintains its sign. In many cases, however, braking is essential, particularly in the case of drives with a single induction machine.

Aus der DT-OS 15 13 532 ist eine Einrichtung zum Abbremsen einer Drehfeldmaschine bekannt. Diese Einrichtung wird bei einer Stromrichterschaltung eingesetzt, bei der ebenfalls ein an eine Gleichspannungsquelle angeschlossener Gleichstromsteller über einen Zwischenkreis einen Stromrichter speist, der wechselspannungsseitig an die Drehfeldmaschine angeschlossen ist. Hierbei wird jedoch kein Gleichstrom-Zwischenkreis mit eingeprägtem Gleichstrom, sondern — im Gegensatz zur Erfindung - ein Gleichspannungs-Zwischenkreis mit eingeprägter Gleichspannung verwendet. Bei einer solchen Stromrichterschaltung bleibt beim Übergang vom Motor- zum Generatorbetrieb der Drehfeldmaschine die Polarität der Gleichspannung im Zwischenkreis erhalten; die Richtung des Stroms im Zwischenkreis kehrt sich jedoch bei diesem Übergang um. Die erwähnte Einrichtung zum Abbremsen besieht hierbei aus der Reihenschaltung eines Bremswiderstandes mit einem Bremsschalter, der insbesondere ein Thyristor-Gleichstromsteller sein kann. Diese Einrichtung ist zwischen die beiden Verbindungsleitungen des Gleichspannungs-Zwischenkreises geschaltet. Beim Bremsen läuft die Drehfeldmaschine generatorisch; sie gibt dabei ihre kinetische Energie an den abwechselnd zu- und abgeschalteten Bremswiderstand ab. Der an die Gleichspannungsquelle angeschlossene Gleichstromsteller ist am Bremsbetrieb nicht beteiligt. Der Bremsschalter muß beim Abbremsen imstande sein, einen u. U. recht beträchtlichen Bremsstrom abzuschalten. Bei Verwendimg eines Thyristors als Schalter ist für diesen eine recht aufwendige Löschschaltung erforderlich.A device for braking a rotating field machine is known from DT-OS 15 13 532. These Device is used in a converter circuit, which is also connected to a DC voltage source connected DC chopper feeds a converter via an intermediate circuit, which AC voltage side is connected to the induction machine. In this case, however, there is no direct current intermediate circuit with impressed direct current, but - in contrast to the invention - a direct voltage intermediate circuit used with impressed DC voltage. With such a converter circuit The polarity of the DC voltage remains in the transition from motor to generator operation of the induction machine received in the intermediate circuit; however, the direction of the current in the intermediate circuit is reversed in this case Transition around. The device for braking mentioned here consists of one of the series connection Braking resistor with a brake switch, in particular a thyristor DC power controller can. This device is between the two connecting lines of the DC voltage intermediate circuit switched. When braking, the induction machine runs as a generator; it gives its kinetic Energy to the alternately switched on and off braking resistor. The one to the DC voltage source connected DC chopper is not involved in braking operation. The brake switch must be used when braking be able to switch off a possibly considerable braking current. When using a thyristor as a switch, a very complex extinguishing circuit is required for this.

Aufgabe der Erfindung ist es, die eingangs genannte Stromrichterschaltung mit geringem elektronischen Aufwand so auszugestalten, daß ein Bremsbetrieb der Drehfeldmaschine ermöglicht wird.The object of the invention is to provide the converter circuit mentioned at the beginning with little electronic Design effort so that braking operation of the induction machine is made possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen die beiden Verbindungsleitungen des Gleichstrom-Zwischenkreises ein steuerbares Freilauf-This object is achieved in that between the two connecting lines of the DC link a controllable free-wheeling

ventil geschaltet ist, das im Motorbetrieb der Drehfeldmaschine zumindest kurz nach dem Zündzeitpunkt des Löschventils des Gleichstromstellers und im Generatorbetrieb der Drehfeldmaschine zu einem vorgegebenen Zeitpunkt nach dem Zündzeitpunkt cics Löschventils des Gleichstromstellers zündbar ist, und daß parallel zum Freilaufventil die Reihenschaltung eines Bremswiderstandes mit einem Bremsventil angeordnet ist.valve is switched, which in the engine operation of the induction machine at least shortly after the ignition point of the Extinguishing valve of the DC chopper and in generator mode of the induction machine to a predetermined Point in time after the ignition point cics extinguishing valve des DC chopper can be ignited, and that the series connection of a braking resistor with a braking valve is arranged parallel to the free-wheeling valve.

Hierbei wird im Generatorbetrieb der Drehfeldmaschine die Spannung im Gleichstrom-Zwischenkreis |₀ durch abwechselndes Hin- und Herschalten des Stroms im Gleichstrom-Zwischenkreis zwischen dem steuerbaren Freilaufventii einerseits und dem Bremszweig aus Bremsventil und Bremswiderstand andererseits mit einem bestimmten Taktverhältnis eingestellt Das Tdktverhältnis richtet sich nach der vom Stromrichter benötigten Gleichspannung und nach dewi gewünschten Strom im Gfeichstrom-Zwischenkreis und damit nach dem gewünschten Bremsmoment. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist besonders geeignet in Verbindung mit einer Asynchronmaschine. In this case, when the induction machine is operating as a generator, the voltage in the DC intermediate circuit | ₀ by alternately switching the current in the direct current intermediate circuit between the controllable free-running valve on the one hand and the brake branch consisting of the brake valve and braking resistor on the other hand, set with a certain pulse ratio.The pulse ratio depends on the DC voltage required by the converter and the desired current in the direct current intermediate circuit and thus according to the desired braking torque. The circuit arrangement according to the invention is particularly suitable in connection with an asynchronous machine.

Als Gleichspannungsquelle kann beispielsweise eine Batterie vorgesehen sein. Handelt es sich jedoch statt dessen um ein Gleichspannungsnetz, das unter Umständen ausfallen kann, oder um einen Gleichrichter, der von einem ein- oder mehrphasigen Wechselspannungsnetz gespeist wird, das ebenfalls unter Umständen ausfallen kann, so sollte auch bei einem solchen Ausfäll ein einwandfreier Bremsbetrieb gewährleistet sein. Mit anderen Worten: Der Bremsbetrieb sollte unabhängig von der Gleichspannung arbeiten. Um dieses zu erreichen, ist nach einer besonders vorteilhaften Ausbildung der Erfindung vorgesehen, daß der Löschkondensator des Gleichstromstellers an derjenigen Elektrode des Hauptventils angeordnet ist, die dem Gleichstrom-Zwischenkreis zugewandt ist, und daß der Löschkondensator in Reihe zu der Gegenparallelschaltung von zwei steuerbaren Hilfsventilen zwischen die beiden Verbindungsleitungen geschaltet ist. Diese Ausbildung der Erfindung ist besonders für einen Bahnantrieb geeignet, bei dem die Drehfeldmaschine aus einem Fahrdraht gespeist wird.A battery, for example, can be provided as the DC voltage source. However, it does take place its about a DC voltage network, which can fail under certain circumstances, or about a rectifier, which is from a single or multi-phase AC voltage network is fed, which may also fail under certain circumstances flawless braking operation should also be guaranteed in the event of such a failure. With In other words: The braking operation should work independently of the DC voltage. To this too achieve, it is provided according to a particularly advantageous embodiment of the invention that the quenching capacitor of the DC chopper is arranged on that electrode of the main valve that the Direct current intermediate circuit is facing, and that the quenching capacitor in series with the opposite parallel circuit is connected by two controllable auxiliary valves between the two connecting lines. These The embodiment of the invention is particularly suitable for a rail drive in which the induction machine is fed from a contact wire.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von fünf Figuren näher erläutert. Es zeigtEmbodiments of the invention are explained in more detail below with reference to five figures. It shows

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Stromrichteranordnung mit einem steuerbaren Freilaufventil und einem Bremszweig im Gleichstrom-Zwischenkreis,F i g. 1 shows a converter arrangement according to the invention with a controllable free-wheeling valve and a Braking branch in the direct current intermediate circuit,

F i g. 2 drei Zündimpulsdiagramme für Motorbetrieb der Stromrichteranordnung,F i g. 2 three ignition pulse diagrams for motor operation of the converter arrangement,

Fig.3 drei Zündimpulsdiagramme für Generatorbetrieb der Stromrichteranordnung,Fig. 3 three ignition pulse diagrams for generator operation the converter arrangement,

F i g. 4 die Stromrichteranordnung nach F i g. 1 mit zwei zusätzlichen Hilfsventilen, undF i g. 4 shows the converter arrangement according to FIG. 1 with two additional auxiliary valves, and

F i g. 5 drei Zündimpulsdiagramme für Bremsbetrieb der Stromrichteranordnung nach F i g. 4.F i g. 5 three ignition pulse diagrams for braking operation of the converter arrangement according to FIG. 4th

Nach F i g. 1 sind die Ausgangsklemmen 2, 3 einer Gleichspannungsquelle 4 der Eingangs- oder Versorgungsgleichspannung Ul über einen Gleichstromsteller 5 und über zwei Verbindungsleitungen 6 und 7, die mit ,,_o einer Glättungsdrossel 8 in der positiven Verbindungsleitung 6 einen Gleichstrom-Zwischenkreis 9 bilden, an die gleichspannungsseitigen Klemmen 10 und 11 eines Stromrichters 12 angeschlossen. Der Stromrichter 12 ist wechselspannungsseitig an eine Drehfeldmaschine 13, c₅ insbesondere an eine Asynchronmaschine, angeschlos-According to FIG. 1 are the output terminals 2, 3 of a direct voltage source 4 of the input or direct supply voltage Ul via a direct current converter 5 and via two connecting lines 6 and 7, which _{form a direct current intermediate circuit 9 with ,, o} a smoothing choke 8 in the positive connecting line 6, to which DC voltage side terminals 10 and 11 of a converter 12 connected. On the AC voltage side, the converter 12 is connected to a three-phase _{machine 13, c 5,} in particular to an asynchronous machine.

Als Gleichspannungsquelle 4 kann beispielsweise ein Gleichspannungs-Fahrdraht oder eine Batterie verwendet werden. In F i g. 1 ist abweichend davon ein Gleichrichter mit ungesteuerten Ventilen 14 in dreiphasiger Brückenschaltung vorgesehen, der aus einem dreiphasigen Wechselspannungsnetz 15 mit den Phasenleitern R, S. Γ gespeist wird. Brückenschaltung und Wechselspannungsnetz können auch nur einphasig ausgeführt sein. Weiterhin kann es sich dabei um ein Bahnnetz handeln. A direct voltage contact wire or a battery can be used as the direct voltage source 4, for example. In Fig. 1, a rectifier with uncontrolled valves 14 in a three-phase bridge circuit is provided, which is fed from a three-phase AC voltage network 15 with the phase conductors R, S. Γ. Bridge circuit and AC voltage network can also only be designed as a single phase. It can also be a rail network.

Der Gleichstromsteller 5, dem im allgemeinen noch ein Glättungskondensator 16 vorgeschaltet ist, ist im Prinzip nach der DT-PS 12 42 289 aufgebaut Er umfaßt ein steuerbares Hauptventil 17, das insbesondere ein Thyristor sein kann. Dieses Hauptventil 17 ist in Reihe zu einer den Stromanstieg begrenzten Begrenzungsdrossel 18 in der positiven Leitung angeordnet Die Begrenzungsdrossel 18 kann auch fehlen. Der Gleichstromsteller 5 umfaßt weiterhin eine Löscheinrichtung, die der Reihenschaltung aus Hauptventil 17 und Begrenzungsdrossel 18 parallel geschaltet ist. Mit ihrer Hilfe kann das Hauptventil 17 nach dem Zünden wieder gelöscht werden. Sie besteht aus der Reihenschaltung eines Löschkondensators 19 mit einem steuerbaren Löschventil 20. Die Anode des Löschventils 20 ist hier direkt mit der Anode des Hauptventils 17 verbunden, so daß der eine Belag des Löschkondensators 19 an der Verbindungsleitung 6 li^gt. Prinzipiell kann die Reihenfolge von Löschkondensator 19 und Löschventil 20 auch vertauscht sein. Dem Löschventil 20 ist weiterhin ein ungesteuertes Umschwingventil 21 in Reihe mit einer Umschwingdrossel 22 gegenparaliel geschlaltet. Schließlich umfaßt der Gleichstromsteller 5 auch einen Rückschwingzweig, der aus der Serienschaltung eines ungesteuerten Rückschwingventils 23 mit einer Rückschwingdrossel 24 besteht. Diese Serienschaltung 23,24 ist der Reihenschaltung aus Hauptventil 17 und Begrenzungsdrossel 18 gegenparallel geschaltet. Zur Versorgung des Hauptventils 17 und des Löschventils 20 mit Zündimpulsen pl7 bzw. p20 ist ein Steuergerät 25 vorgesehen. The DC chopper 5, which is generally preceded by a smoothing capacitor 16, is in principle constructed according to DT-PS 12 42 289. It comprises a controllable main valve 17, which can in particular be a thyristor. This main valve 17 is arranged in series with a limiting throttle 18, which limits the increase in current, in the positive line. The limiting throttle 18 can also be absent. The DC chopper 5 also includes a quenching device which is connected in parallel to the series circuit comprising the main valve 17 and the limiting throttle 18. With their help, the main valve 17 can be extinguished again after ignition. It consists of the series connection of an extinguishing capacitor 19 with a controllable extinguishing valve 20. The anode of the extinguishing valve 20 is here directly connected to the anode of the main valve 17, so that the one layer of the extinguishing capacitor 19 on the connecting line 6 li ^ gt. In principle, the sequence of quenching capacitor 19 and quenching valve 20 can also be interchanged. The extinguishing valve 20 is also an uncontrolled reversing valve 21 in series with a reversing throttle 22 connected opposite parallel. Finally, the DC chopper 5 also includes a swing-back branch, which consists of the series connection of an uncontrolled swing-back valve 23 with a swing-back throttle 24. This series circuit 23, 24 is connected in opposite-parallel to the series circuit comprising the main valve 17 and the limiting throttle 18. A control unit 25 is provided for supplying the main valve 17 and the extinguishing valve 20 with ignition pulses pl7 and p20.

Der Stromrichter 12 enthält gesteuerte Hauptventile 26, insbesondere Thyristoren, in Drehstrom-Brückenschaltung. Diese werden von einem Steuergerät 27 aus mit Zündimpulsen beaufschlagt. Er enthält ferner drei nicht näher bezeichnete Löschkondensatoren und sechs nicht näher bezeichnete steuerbare Löschventile (Thyristoren) in Drehstrom-Brückenschaltung, die ebenfalls vom Steuergerät 27 gezündet werden. Die Frequenz der Zündimpulse bestimmt die Drehzahl, und die Phasenfolge bestimmt die Drehrichtung der Drehfeldmaschine 13. Der Stromrichter 12 kann also entsprechend der DT-PS 15 13 518 oder entsprechend der S 1 EM EN S-Zeitschrift 43. Jg. 1969, Heft 8, Seiten 686 bis 690, insbesondere Bild 1, ausgebildet sein.The converter 12 contains controlled main valves 26, in particular thyristors, in a three-phase bridge circuit. These are acted upon by a control unit 27 with ignition pulses. It also contains three unspecified quenching capacitors and six unspecified controllable quenching valves (thyristors) in three-phase bridge circuit, which are also ignited by control unit 27. The frequency of the Ignition pulses determine the speed, and the phase sequence determines the direction of rotation of the induction machine 13. The converter 12 can therefore in accordance with the DT-PS 15 13 518 or in accordance with the S 1 EM EN S magazine 43rd year 1969, issue 8, pages 686 to 690, in particular Figure 1, be designed.

Um die Drehfeldmaschine (Asynchronmaschine) 13 elektrisch abbremsen zu können, enthält der Gleichstrom-Zwischenkreis 9 ein steuerbares Freilaufventil 30, insbesondere einen Thyristor, einen ohmschen Bremswiderstand 31 und ein ungesteuertes Bremsventil 32. Das steuerbare Freilaufventil 30 ist zwischen die beiden Verbindungsleitungen 6 und 7 geschaltet. Seine Anode liegt an der negativen Verbindungsleitung 7. In Reihe zum Freilaufventil 30 kann vorteilhafterweise noch eine Begrenzungsdrossel 33 angeordnet sein, die zur Begrenzung des Stromanstiegs vorgesehen ist. Zwischen die beiden Verbindungsleitungen 6 und 7 ist weiterhin die Reihenschaltung aus dem Bremswiderstand 31 und dem Bremsventil 32 geschaltet. Die AnodeIn order to be able to brake the induction machine (induction machine) 13 electrically, the direct current intermediate circuit contains 9 a controllable free-wheeling valve 30, in particular a thyristor, an ohmic braking resistor 31 and an uncontrolled brake valve 32. The controllable free-wheeling valve 30 is between the two Connecting lines 6 and 7 switched. Its anode is on the negative connection line 7. In series a limiting throttle 33 can advantageously be arranged for the free-wheeling valve 30, which is used for Limitation of the increase in current is provided. Between the two connecting lines 6 and 7 is the series circuit consisting of the braking resistor 31 and the braking valve 32 is also connected. The anode

des Bremsventils 32 ist der negativen Verbindungsleitung zugewandt. Über die Ventile 30,32 kann somit kein Strom fließen, solange die positive Verbindungsleitung 6 positiv ist gegenüber der negativen Verbindungsleitung 7. Das Steuergerät 25 versorgt das steuerbare Freilaufventil 30 gleichfalls mit Zündimpulsen p30.of the brake valve 32 faces the negative connecting line. Thus, no can via the valves 30, 32 Current will flow as long as the positive connection line 6 is positive compared to the negative connection line 7. The control unit 25 also supplies the controllable free-wheeling valve 30 with ignition pulses p30.

Zur Steuerung des Steuergerätes 25 ist ein Stromregler 34 vorgesehen, dessen Vergleichseingang 35 sowohl der Istwert des Stroms /im Gleichstrom-Zwischenkreis 9 als auch ein einstellbarer Sollwert /'vorgegeben sind. Der Istwert des Stroms /wird mittels eines Stromwandlers 36 ermittelt, der zwischen der Glättungsdrossel 8 und der Klemme 10 angeordnet ist. Der Sollwert /'wird von einem Sollwertgeber 37 geliefert, der als Potentiometer eingezeichnet ist. Der Regelkreis sorgt dafür, daß der Strom / im Gleichstrom-Zwischenkreis 9 auf dem Sollwert / festgehalten wird und somit eingeprägt ist. Das gilt sowohl für Motor- als auch Generatorbetrieb der Drehfeldmaschine 13.To control the control device 25, a current regulator 34 is provided, the comparison input 35 of which has both the actual value of the current / in the direct current intermediate circuit 9 and an adjustable setpoint / 'are specified. The actual value of the current / is determined by means of a current converter 36, which is located between the smoothing choke 8 and the clamp 10 is arranged. The setpoint / 'is supplied by a setpoint generator 37, which acts as a potentiometer is drawn. The control circuit ensures that the current / in the DC link 9 on the Setpoint / is recorded and is thus impressed. This applies to both motor and generator operation the induction machine 13.

Zunächst wird die Wirkungsweise der Stromrichterschaltung anhand der Diagramme in F i g. 2 bei Motorbetrieb betrachtet. Diese Diagramme zeigen den zeitlichen Verlauf der Zündimpulse pl7, p20 und p30 für die Ventile 17,20 bzw. 30.First, the mode of operation of the converter circuit based on the diagrams in FIG. 2 considered with engine operation. These diagrams show the Timing of the ignition pulses pl7, p20 and p30 for valves 17, 20 and 30, respectively.

Bei Motorbetrieb übernimmt das steuerbare Freilaufventil 30 die Rolle einer Freilaufdiode. Es braucht dazu nur im gesperrten Zustand des Gleichstromstellers 5, und zwar spätestens kurz nach dem Zündzeitpunkt des Löschventils 20, gezündet zu werden. Nach dem mittleren und unteren Diagramm von F i g. 2 wird es hier der Einfachheit halber stets zusammen mit dem Löschventil 20 gezündet. Es kann aber auch einen Dauerimpuls erhalten, was im unteren Diagramm von F i g. 2 gestrichelt eingezeichnet ist. Die beiden Möglichkeiten der Ansteuerung des Freilaufventils 30 sind für die Funktion der Stromrichterschaitung völlig gleichwertig, nur sind bei der gestrichelt eingezeichneten Dauerimpulsgabe die Verluste im Freilaufventil 30 geringer, da bei anliegender Sperrspannung kein Zündimpuls anstehtWhen the engine is running, the controllable free-wheeling valve 30 takes on the role of a free-wheeling diode. It takes to do this only when the DC chopper 5 is locked, at the latest shortly after the ignition point of the Extinguishing valve 20 to be ignited. According to the middle and lower diagram of FIG. 2 it will here, for the sake of simplicity, always ignited together with the extinguishing valve 20. But it can also be one Receive continuous pulse, which is shown in the lower diagram of FIG. 2 is shown in dashed lines. The two options the control of the free-wheeling valve 30 are completely equivalent for the function of the converter circuit, only the losses in the free-wheeling valve 30 are shown in the case of the continuous pulse generation shown in dashed lines lower, as there is no ignition pulse when the reverse voltage is applied

Es wird ausgegangen vom durchgeschalteten Zustand des Gleichstromstellers 5 in Fig. 1. Das Hauptventil 17 ist hierbei gezündet. Der Gleichstrom / fließt aus der Gleichspannungsquelle 4 über das Hauptventil 17, die Begrenzungsdrossel 18, die positive Verbindungsleitung 6, die Glättungsdrossel 8, den als Wechselrichter arbeitenden Stromrichter 12 und über die negative Verbindungsleitung 7 zur Gleichspannungsquelle 4 zurück. Der Löschkondensator 19 ist mit der in F i g. 1 eingezeichneten Polarität aufgeladeaIt is assumed that the DC chopper 5 is switched through in FIG. 1. The main valve 17 is ignited. The direct current / flows from the direct voltage source 4 via the main valve 17, the limiting throttle 18, the positive connecting line 6, the smoothing throttle 8, the converter 12 working as an inverter and via the negative connecting line 7 back to the direct voltage source 4. The quenching capacitor 19 is with the in F i g. 1 polarity shown a

Soll der Gleichstromsteller 5 gesperrt werden, so erhält das Löschventil 20 einen Zündimpuls p20. Gleichzeitig erhält auch das Freilaufventil 30 einen Zündimpuls p30, falls nicht ein Dauerimpuls gegeben wird. Ober den Zündzeitpunkt des Löschventils 20 und damit über die Stromführungsdauer a des Hauptventils wird die Höhe des Gleichstroms /eingestellt Durch die Zündung des Löschventils 20 geht der Gleichstrom / sofort vom Hauptventil 17 auf das Löschventil 20 über. Das Hauptventil 17 erlischt Ferner findet ein Um-Schwingvorgang auf dem Wege 19—24—23—20—19 statt Dabei erlangt das Hauptventil 17 seine Sperrfähigkeit wieder. Der Löschkondensator 19 hat sich am Ende des Umschwingvorgangs, also nachdem der Strom durch die Rückschwingdrossel 24 und das Rückschwing- A₅ ventil 23 durch Null gegangen ist, auf etwas weniger als die Eingangsspannung Ut umgeladen; er wird durch den Gleichstrom / weiter nachgeladen. Erreicht die Spannung des Löschkondensators 19 die Höhe der Eingangsspannung UX, so geht der Gleichstrom / auf das Freilaufventil 30 über. Der Gleichstrom /fließt also jetzt auf dem Wege 12-11-33-30-8-10-12-13.If the DC chopper 5 is to be blocked, the extinguishing valve 20 receives an ignition pulse p20. At the same time, the free-wheeling valve 30 also receives an ignition pulse p30 if a continuous pulse is not given. Upper ignition timing of the extinguishing valve 20 and thus the conduction period a of the main valve, the height of the direct current / adjusted by the ignition of the extinguishing valve 20 is the DC / immediately from the main valve 17 to the extinguishing valve 20 over. The main valve 17 goes out. Furthermore, an oscillating process takes place on the path 19-24-23-20-19. The main valve 17 regains its blocking capability. The commutating capacitor 19 has become so after the current through the resonant inductor 24 and the rear Rückschwing- A has gone ₅ valve 23 by zero, less reloaded at the end of reversal operation on something as the input voltage Ut; it is further recharged by the direct current /. If the voltage of the quenching capacitor 19 reaches the level of the input voltage UX, the direct current / is transferred to the free-wheeling valve 30. The direct current / flows now on the path 12-11-33-30-8-10-12-13.

Der Löschkondensator 19 ist jetzt mit umgekehrter Polarität aufgeladen als dargestellt. Hieraus wird deutlich, daß das Freilaufventil 30 spätestens eine kurze Zeitspannne nach dem Zündzeitpunkt des Löschventils 20 gezündet sein muß. Diese Zeitspanne ist gleich der halben Schwingungsdauer des Rückschwingkreises 19-24-23-20.The quenching capacitor 19 is now charged with the opposite polarity than shown. This becomes It is clear that the freewheeling valve 30 at the latest a short period of time after the ignition time of the extinguishing valve 20 must be ignited. This period of time is equal to half the oscillation period of the resonant circuit 19-24-23-20.

Soll der Gleichstromsteller 5 nach seiner Periodendauer Γ wieder durchgeschaltet werden, so erhält das Hauptventil 17 einen Zündimpuls pl7. Dadurch geht der Gleichstrom / sofort vom Freilaufventil 30 auf das Hauptventil 17 über. Anschließend findet ein Umschwingvorgang auf dem Wege 19—22—21 — 17—18—19 statt Durch diesen Umschwingvorgang wird der Löschkondensator 19 auf etwas weniger als die Höhe der Eingangsspannung Ui umgeladen, und der erwähnte Anfangszustand ist wiederhergestellt.If the DC chopper 5 is to be switched through again after its period Γ, the main valve 17 receives an ignition pulse pl7. As a result, the direct current / immediately passes from the free-wheeling valve 30 to the main valve 17. A reversal process then takes place on the path 19-22-21-17-18-19. This reversal process causes the quenching capacitor 19 to be reversed to slightly less than the level of the input voltage Ui , and the aforementioned initial state is restored.

Als nächstes wird die Wirkungsweise der Stromrichterschaltung anhand der Diagramme in F i g. 3 bei Generatorbetrieb betrachtet. Die drei Diagramme von F i g. 3 zeigen wiederum den zeitlichen Verlauf der Zündimpulse pl7, p20 und p30.The mode of operation of the converter circuit will now be described using the diagrams in FIG. 3 at Generator operation considered. The three diagrams of FIG. 3 again show the course over time Ignition pulses pl7, p20 and p30.

Bei Generatorbetrieb und Abbremsen der Drehfeldmaschine 13 kehrt die Spannung Ul zwischen den Klemmen 10, 11 ihre Polarität um. Der Mittelwert der Spannung Ul hat jetzt die in F i g. 1 an den Klemmen 10, 11 in Klammern gesetzte Polarität.During generator operation and braking of the induction machine 13, the voltage U1 between the terminals 10, 11 reverses its polarity. The mean value of the voltage Ul now has the value shown in FIG. 1 polarity in brackets at terminals 10, 11.

Als Ausgangszustand wird derjenige Schaltzustand gewählt, bei dem das Freilaufventil 30 gezündet ist und der Gleichstrom /auf dem Wege 12-11-30-33-8-10-12-13 fließt. Der Löschkondensator 19 ist dabei mit anderer Polarität aufgeladen als eingezeichnet Soll nun der Gleichstrom / vom Freilaufventil 30 auf den Bremszweig 31, 32 kommutiert werden, so wird zunächst das Hauptventil 17 durch einen Zündimpuls pl7 gezündet. Der Gleichstrom / geht sofort auf das Hauptventil 17 über. Ferner findet ein Umschwingvorgang auf dem Wege 19-22-21-17-18 statt durch den der Löschkondensator 19 auf die in F i g. 1 eingezeichnete Polarität umgeladen wird. Das Freilaufventil 30 erlangt dabei seine Sperrfähigkeit wieder.The switching state in which the free-wheeling valve 30 is ignited is selected as the starting state the direct current / flows on the path 12-11-30-33-8-10-12-13. The quenching capacitor 19 is here with another Polarity charged as shown. Should now be the direct current / from the free-wheeling valve 30 to the brake branch 31, 32 are commutated, the main valve 17 is first ignited by an ignition pulse p17. The direct current / is immediately transferred to the main valve 17. Furthermore, there is a swinging process on the Paths 19-22-21-17-18 instead of through which the quenching capacitor 19 to the in F i g. 1 drawn polarity is reloaded. The freewheel valve 30 regains its blocking capability.

Sofort nachdem der Umschwingvorgang abgeklungen ist wird ein Zündimpuls p20 an das Löschventil 20 gegeben, wodurch der Löschvorgang eingeleitet wird. Das Hauptventil 17 ist also im Bremsbeitrieb jeweils nur eine kurze Zeitspanne stromleitend. Diese Zeitspanne ist fest vorgegeben; sie ist etwas größer als die halbe Schwingungsdauer des Umschwingkreises 19-22-21-17- 18-19. Der durch das Zünden des Löschventils 20 einsetzende Löschvorgang erfolgt zunächst völlig analog zu dem oben beim Motorbetrieb geschilderten Umschwingvorgang. Da jetzt das Freilaufventil 30 aber nicht gleichzeitig mit dem Löschventfl 20, sondern erst später gezündet wird, geht der Gleichstrom /, nachdem der Löschkondensator 19 auf die Höhe der Eingangsspannung Ui umgeladen ist, mit größer werdender Kondensatorspannung vom Wege 7-3-4-2-20-19-6 zunehmend auf das Bremsventil 32 und den Bremswiderstand 31 Ober. Die Zeitkonstante dieses Vorgangs ist durch das Produkt aus dem Widerstandswert des Bremswiderstands 31 und der Kapazität des Löschkondensators 19 gegeben. Schließlich ist der Gleichstrom / voll auf den Bremszweig 31,32 übergegangea Er fließt jetzt auf dem Wege 13-12-11-31-32-8-10-12-13. DabeiImmediately after the swinging process has subsided, an ignition pulse p20 is sent to the extinguishing valve 20, whereby the extinguishing process is initiated. The main valve 17 is therefore only conductive for a short period of time when braking. This period of time is fixed; it is slightly greater than half the period of oscillation of the oscillation circuit 19-22-21-17-18-19. The extinguishing process that begins when the extinguishing valve 20 is ignited initially takes place in a completely analogous manner to the swinging process described above during engine operation. Since the free-wheeling valve 30 is not ignited at the same time as the extinguishing valve 20, but rather later, the direct current /, after the extinguishing capacitor 19 has been recharged to the level of the input voltage Ui , goes from path 7-3-4-2 as the capacitor voltage increases -20-19-6 increasingly on the brake valve 32 and the braking resistor 31 upper. The time constant of this process is given by the product of the resistance value of the braking resistor 31 and the capacitance of the quenching capacitor 19 . Finally, the DC / full übergegangea on the brake arm 31,32 He now passes on the way 13-12-11-31-32-8-10-12-13. Included

wird die kinetische Energie der Drehfeldmaschine 13 im Bremswiderstand 31 in Wärme umgesetzt.the kinetic energy of the induction machine 13 is converted into heat in the braking resistor 31.

Soll nunmehr der Gleichstrom /auf das Freilaufventil 30 kummutiert werden, so braucht man dazu lediglich einen Zündimpuls p30 auf das Freilaufventil 30 zu geben. Der Gleichstrom / geht dann sofort auf dieses Freilaufventil 30 über, und der Ausgangszustand ist wiederhergestellt.If the direct current is now to be cumulated on the free-wheeling valve 30, all that is needed is to give an ignition pulse p30 to the free-wheeling valve 30. The direct current / then immediately goes to this By-pass valve 30 over, and the initial state is restored.

Über den Zündzeitpunkt des Freilaufventils 30 wird bei im Generatorbetrieb äquidistanten Zündabständen des Huaptventils 17 und des Löschventils 20 die Stromführungsdauer des Freilaufventils 30 und somit das Bremsmoment der Drehfeldmaschine 13 eingestellt. Der in F i g. 1 dargestellte Stromregelkreis sorgt dafür, daß der Abbremsvorgang mit einem konstanten mittleren Strom erfolgt.The ignition time of the free-wheeling valve 30 is used with equidistant ignition intervals in generator operation of the stop valve 17 and the extinguishing valve 20 the current flow duration of the free-wheeling valve 30 and thus the braking torque of the induction machine 13 is set. The in F i g. 1 current control loop ensures that the braking process takes place with a constant mean current.

Bei der oben beschriebenen Wirkungsweise der Stromrichterschaltung nach F i g. 1 ist es für den Kommutierungsvorgang erforderlich, daß die Eingangsspannung UX zur Verfügung steht. Für Anwendungsfälle, in denen diese Voraussetzung nicht gegeben ist, z. B. beim Bahnbetrieb infolge Bügelspringens, wird die Stromrichterschaltung zweckmäßigerweise durch zwei Hilfsventile ergänzt. Eine solchermaßen ergänzte Stromrichterschaltung ist in F i g. 4 dargestellt.In the above-described mode of operation of the converter circuit according to FIG. 1 it is necessary for the commutation process that the input voltage UX is available. For applications in which this requirement is not met, e.g. B. during rail operation as a result of bow jumping, the converter circuit is expediently supplemented by two auxiliary valves. A converter circuit supplemented in this way is shown in FIG. 4 shown.

Aus Fig.4 ist ersichtlich, daß zusätzlich zu den Bauelementen von Fig. 1 zwei steuerbare Hilfsventile 41 und 42 vorgesehen sind. Es kann sich dabei insbesondere um Thyristoren handeln. Diese beiden Hilfsventile 41 und 42 sind einander gegenparallel geschaltet. Sie sind in Reihe zum Löschkondensator 19 zwischen die beiden Verbindungsleitungen 6 und 7 geschaltet. Im vorliegenden Fall wurde die Verbindung so getroffen, daß die beiden Hilfsventile 41,42 einerseits an der Verbindung zwischen dem Umschwingventil 21 und der Umschwingdrossel 22 und andererseits an der Verbindungsleitung 7 angeschlossen sind. Durch diese Maßnahme wird die Umschwingdrossel 22 doppel ausgenutzt.From Figure 4 it can be seen that in addition to the Components of Fig. 1 two controllable auxiliary valves 41 and 42 are provided. It can turn out to be especially thyristors. These two auxiliary valves 41 and 42 are parallel to each other switched. They are in series with the quenching capacitor 19 between the two connecting lines 6 and 7 switched. In the present case, the connection was made so that the two auxiliary valves 41, 42 on the one hand at the connection between the reversing valve 21 and the reversing throttle 22 and on the other hand to the Connecting line 7 are connected. By this measure, the reversing throttle 22 becomes double exploited.

Im Bremsbetrieb, bei dem die Eingangsspannung UX nicht benutzt werden soll, ist es wichtig, daß der Löschkondensator 19 des Gleichstromstellers 5 an derjenigen Elektrode des Hauptventils 17 angeschlossen ist, die dem Gleichstrom-Zwischenkreis zugewandt ist. da sich andernfalls eine Abkopplung der Eingangsspannung UX nicht ergibt. In braking mode, in which the input voltage UX should not be used, it is important that the quenching capacitor 19 of the DC converter 5 is connected to that electrode of the main valve 17 which faces the DC intermediate circuit. otherwise the input voltage UX will not be decoupled.

Sämtliche Ventile 17, 20, 30, 41 und 42 werden von einem Steuersatz 45 mit Zündimpulsen beaufschlagt. Dieser Steuersatz 45 unterscheidet sich nur durch einige zusätzliche Bauelemente vom Steuersatz 25 der F i g. 1.All valves 17, 20, 30, 41 and 42 are acted upon by a control unit 45 with ignition pulses. This tax rate 45 differs from the tax rate 25 of FIG. 1 only in a few additional components. 1.

Bei Motorbetrieb der Drehfeldmaschine 13 besteht kein Unterschied zum Betrieb der Stromrichterschaltung nach Fi g. 1. Hierbei erhalten beide Hilfsventile 41When the induction machine 13 is operated as a motor, there is no difference to the operation of the converter circuit according to Fig. 1. Both auxiliary valves 41 are provided here

und 42 keinen Zündimpuls; sie sind somit nicht wirksam.and 42 no ignition pulse; they are therefore not effective.

Beim Generator- und Bremsbetrieb der Drehfeldmaschine 13 dagegen erhalten das Hauptventil 17 und das Bremsventil 32 keinen Zündimpuls. Dadurch kann die abwechselnd vorgenommene Kommutierung des Gleichstroms /zwischen dem Freilaufventil 30 und dem Bremszweig 31, 32 unbeeinflußt und unabhängig von der Eingangsspannung UX erfolgen. Im folgenden wird dieser Generator- und Bremsbetrieb anhand von F i g. 5 näher betrachtet. Fig.5 zeigt dabei die Zündimpulse p30, p\2 und p41 für die Ventile 30,42 bzw. 41.When the induction machine 13 is in generator and braking mode, however, the main valve 17 and the brake valve 32 do not receive an ignition pulse. As a result, the alternating commutation of the direct current / between the free-wheeling valve 30 and the brake branch 31, 32 can take place unaffected and independently of the input voltage UX. In the following, this generator and braking operation will be explained with reference to FIG. 5 considered in more detail. 5 shows the ignition pulses p30, p \ 2 and p41 for the valves 30, 42 and 41, respectively.

Als Ausgangszustand für die nähere Betrachtung des netzunabhängigen Bremsbetriebs wird derjenige Schaltzustand gewählt, bei dem das Freilaufventil 30 gezündet ist und bei dem der Gleichstrom / auf dem Wege 13-12-11-33-30-8-10-12-13 fließt. Der Loschkondensator 19 ist dabei mit der in Fig.4 gezeigten Polarität aufgeladen.The Selected switching state in which the free-wheeling valve 30 is ignited and in which the direct current / on the Paths 13-12-11-33-30-8-10-12-13 flows. The quenching capacitor 19 is charged with the polarity shown in FIG.

Der Kommutierungsvorgang von Freilaufventil 30 auf den Bremszweig 31, 32 wird eingeleitet durch Zünden des Hilfsventil 42 mittels eines Zündimpulses p42. Dadurch geht der Gleichstrom /vom Freilaufventil 30 sofort auf das Hilfsventil 42 über. Der Gleichstrom I fließt nun auf dem Wege 13-12-11-7-42-22-19-6-8-10-12-13. Der Lösch kondensator 19 wird hierbei durch den Gleichstrom / linear entladen. Das Freilaufventil 30 gelangt dadurch seine Sperrfähigkeit wieder. Nachdem die Kondensatorspannung zu Null geworden ist, wird der Löschkondensator 19 mit der anderen Polarität weiter aufgeladen, wobei mit zunehmender Kondensatorspannung der Gleichstrom / immer mehr auf den Bremszweig 31, 32 übergeht. Die Zeitkonstante für diesen Vorgang ist etwa durch das Produkt des ohmschen Wertes des Bremswiderstandes 31 und der Kapazität des Löschkondensators 19 gegeben.The commutation process from the free-wheeling valve 30 to the brake branch 31, 32 is initiated by igniting the auxiliary valve 42 by means of an ignition pulse p42. As a result, the direct current / from the free-wheeling valve 30 is immediately transferred to the auxiliary valve 42. The direct current I now flows on the path 13-12-11-7-42-22-19-6-8-10-12-13. The quenching capacitor 19 is hereby discharged linearly by the direct current. The free-wheeling valve 30 thereby regains its blocking capability. After the capacitor voltage has become zero, the quenching capacitor 19 is charged further with the other polarity, with the direct current being transferred more and more to the braking branch 31, 32 as the capacitor voltage increases. The time constant for this process is given by the product of the ohmic value of the braking resistor 31 and the capacitance of the quenching capacitor 19.

Soll nun der Gleichstrom / wieder auf das Fieilaufventil 30 übergehen, so erhalten das Freilaufventil 30 und das Hilfsventil 41 gleichzeitig einen Zündimpuls p30 bzw. p41. Der Steuersatz 45 enthält demnach ein Schaltelement, das bei Bremsbetrieb geschlossen ist und dabei die Zündimpulse p30 des Freilaufventils 30 als Zündimpulse p41 auch auf die Steuerleitung des Hilfsventil 41 gibt. Dadurch geht der Gleichstrom / sofort auf das Freilaufventil 30 über. Weiterhin erfolgt ein Umschwingvorgang auf dem Wege 19-22-41-7-33-30-6-19, wodurch sich der Löschkondensator 19 auf die umgekehrte, in Fig.4 eingezeichnete Polarität umlädt Nach Beendigung des Umschwingvorganges, also wenn der Strom durch das Hilfsventil 41 durch Null gegangen ist, ist der anfangs vorausgesetzte Ausgangszustand wiederhergestellt Als nächstes wird wieder das Hilfsventil 42 mit einem Zündimpuls p42 beaufschlagtIf the direct current is now to pass over to the flow valve 30 again, the free-wheeling valve is obtained 30 and the auxiliary valve 41 simultaneously generate an ignition pulse p30 or p41. The tax rate includes 45 accordingly a switching element that is closed during braking and the ignition pulses p30 des Free-wheeling valve 30 is also sent to the control line of auxiliary valve 41 as ignition pulses p41. This is how the Direct current / immediately to the free-wheeling valve 30 over. Furthermore, a swinging process takes place on the Paths 19-22-41-7-33-30-6-19, whereby the quenching capacitor 19 is reversed, shown in Figure 4 Polarity recharges After the reversal process has ended, i.e. when the current flows through the Auxiliary valve 41 has passed through zero, the initial state assumed initially is restored Als next, the auxiliary valve 42 is again acted upon with an ignition pulse p42

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

709 525/40!709 525/40!

Claims

Patent claims:

1. Converter circuit with a DC converter connected to a DC voltage source, which feeds a converter via a DC intermediate circuit with impressed direct current, which is connected on the AC voltage side to a three-phase machine, characterized in that between the two connecting lines (6, 7) of the direct current Intermediate circuit (9) a controllable free-wheeling valve (30) is connected, which in the motor mode of the induction machine (13) at least shortly after the ignition time of the extinguishing valve (20) of the DC converter (5) and in the generator operation of the induction machine (13) at a predetermined time after Ignition point of the extinguishing valve (20) of the calibration flow divider (5) can be ignited, and that parallel to the free-wheeling valve

(30) the series connection of a braking resistor

(31) is arranged with a brake valve (32)

2. Converter circuit according to claim 1, characterized in that the quenching capacitor (19) of the DC chopper (5) is arranged on that electrode of the main valve (17) which faces the direct current intermediate circuit (9), and that the quenching capacitor (19) is connected in series with the counter-parallel connection of two controllable auxiliary valves (41, 42) between the two connecting lines (6, 7).

3. converter circuit according to claim 1 or 2, characterized in that as a controllable free-wheeling valve (30) a thyristor is provided

4. converter circuit according to one of claims 1 to 3, characterized in that in series A choke coil (33) is connected to the controllable free-wheeling valve (30) to limit the increase in current is.

5. Converter circuit according to one of claims II to 4, characterized in that for Ignition of the controllable free-wheeling valve (30) a STEU ergerät (25) is provided, which is in engine operation the induction machine (13) supplies a continuous ignition pulse to the free-wheeling valve (30).

6. Converter circuit according to one of claims 1 to 5, characterized in that a current control loop with a current regulator (34) is provided for regulating the current (I) in the direct current intermediate circuit (9).

7. Converter circuit according to one of claims 2 to 6, characterized in that thyristors are provided as the auxiliary valve (41, 42).

8. Converter circuit according to one of claims 1 to 7, characterized in that the auxiliary valves (41, 42) on the one hand at the connection between the reversing valve (21) and reversing throttle (22) of the DC converter (5) and on the other hand on that connecting line (7), in which the main valve (17) is not located, are connected.