DE2518657A1 - Schaltung zur begrenzung der ueberladung des eingangskondensators in einem lc-eingangsfilter - Google Patents

Description

• Schaltung zur Begrenzung der Ueberladung des Eingangskondensators in einem LC-Eingangsfilter.
• Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Begrenzung der Ueberladung des Eingangskondensators in einem zwischen Netz und Triebwagenmotor bei elektrischen Bahnen verwendeten LC-Eingangsfilter, das die Reihenschaltung aus einer einpolig mit dem Netz verbundenen EingangsinduktivitEt und einer in Durchlassrichtung geschalteten, einseitig stromdurchlässigen Einrichtung umfasst, wobei der der Induktivität abgewandte, zum Verbraucher fUhrende Pol der einseitig stromdurchlässigen Einrichtung Uber einen Eingangskondensator mit der Nullschiene verbunden ist.
• Die Auslegung von Leistungselektronikelementen (Gleichstromstellah, Umriehtern etc.) aus LC-Eingangsfiltern muss den betriebsmässig auftretenden Maximalwerten der Spannung am Eingangskondenstor CE entsprechen FUr eine günstige Dimensionierung von Filter- und Lastelementen ist anzustreben, dass die Spannung an CE in möglichst allen Betriebs fällen die Netzspannungstoleranzen nicht wesentlich Ubersteigt.
• Bei einem bekannten Eingangs filter nach Fig. 1 entsteht bei dessen Zuschalten ein Ueberschwingen der Spannung am Eingangskondensator. Dies ist aus Fig. 2 unmittelbar ersichtlich; darin bedeutet ULE die Spannung an der Eingangsinduktivität LE (s. auch Fig. 1), iLE den Strom durch die EingangsinduktivitEt, UN die Netzspannung und UcE die Spannung am Eingangskondensator CE. Theoretisch schwingt die Spannung über auf den doppelten Wert der Netzspannung UN; in einigen bekannten praktischen Fällen wird etwa die 1,8-fache Netzspannung erreicht. Mit S ist in Fig. 1 ein löschbarer Thyristor bezeichnet.
• Infolge der in Fig. 1 eingezeichneten Diode DE (an deren Stelle bei einigen Anwendungen auch eine Einphasenstromrichterbrücke treten kann) bleibt die erhöhte Ladung des Eingangskondensators UCE erhalten und bedeutet erhöhte Betriebsspannung für die angeschlossenen Komponenten und den Eingangskondensator selbst, Ohne die Diode DE entsteht eine gedämpfte Einschaltschwingung.
• Abrngig vom Dämpfungsgrad muss also auch ohne DE während einer gewissen Zeit mit erhnhter Kondensatorspannung gerechnet werden.
• Weiter entsteht durch die in LE gespeicherte magnetische Energie bei plötzlichen Unterbrechungen (im Traktionsbetrieb: Belspringen, Ueberfahren einer Trennstelle) eine beträchtliche Schalt spannung an der Eingangsinduktivität (Lichtbogenspannung) verbunden mit entsprechendem Abbrand an Stromabnehmer und Fahrleitung sowie einer Ueberladung des Löschkondensators in Abahängigkeit von der magnetischen Energie der Eingangsinduktivität zum Zeitschaltpunkt.
• Im einblick auf das oben Dargelegte erscheint eine Einrichtung wünschenswert, welche die Spannungsbeanspruchung des Eingangskondensators vermindert und Schalt spannungen vermeidet und somit für die spannungsmässige Dimensionierung und den Betrieb der Schaltung günstigere Voraussetzungen schafft.
• Massnahmen zur Spannungsreduktion am Eingangskondensator beim Einschalten des Filters sind bereits vorgeschlagen worden. So kan durch Einschalten eines Längswiderstandes geeigneter Grösse während des Ladevorganges ein aperiodischer Verlauf des Ladevorganges erzielt werden. Am Eingangskondensator findet daher kein Ueberschwingen der Spannung statt.
• Nachteilig an dieser Lösung ist, dass nach erfolgter Ladung der Ladewiderstand überbrückt werden muss, wozu ein von der Spannung UcE am Eingangskondensator spannungsabhängig schaltbares Element notwendig ist. Bei mechanischer UeberbrUckungsschaltern ist zudem das genügend rasche Einschalten bei kurzzeitigen Vorgängen nicht ohne weiteres gegeben wie z.B. bei der Fahrt eines Fahrzeugs aus einem Streckenabschnitt minimaler Spannung in einen Abschnitt maximaler Spannung.
• Ueberdies werden beim Schalten des Filters unter Last (in der Traktion z.B. Ueberfahren einer Trennstelle) die oben erwShnten, in Zusammnehang mit plötzlichen Unterbrechungen auftretenden Schalt spannungen an der Eingangsinduktivität nicht vermieden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aufgezeigten Nachteile zu vermeiden. Dies wird dadurch erreicht, das parallel zur Eingangsinduktivität des in Fig. 1 beschriebenen Filters die Reihenschaltung aus einem Entladewiederstand und einem Thyristor mit Durchlassrichtung zum speisenden Netz geschaltet ist.
• Die Zündung des Thyristors erfolgt zweckmässig mit Hilfe einer Vierschicht-Diode.
• Nachstehend wird die ErNndung anhand der Figuren 3 und 4 genauer erläutert. Fig. 3 zeigt den Aufbau der Begrenzungseinrichtung, welche im wesentlichen aus einem Entladewiderstand R und in Reihe damit einem Thyristor TF mit Durchlassrichtung zum speisenden Netz besteht, wobei diese Reihenschaltung parallel zur Eingangsinduktivität LE liegt. Eine Vierschicht-Diode V dient zur Zündung des Thyristors TF. Mit der Wahl der Zündschwellspannung wird die maximale Ueberladung des Eingangskondensators CE bestimmt.
• Die Vierschicht-Diode wird unter dem Gesichtspunkt einer möglichst niedrigen Zündschwellspannung ausgesucht. Der untere Wert dieser Spannung wird bestimmt durch die maximale Welligkeit der Eingangsspannung (z.B. negativer Scheitel der 30O-Hz-Welligkeit der Speisegleichrichter), überlagert mit der durch den Verbraucher verursachten Spannungswelligkeit an der Eingangsinduktivität LE.
• Die Löschung des Thyristors TF erfolgt ohne Schwierigkeiten, sobald entweder der Freilaufstrom über diesen Thyristor unter den Haltestrom abgeklungen ist oder wenn durch den an die Kondensatorspannung UCE angeschlossenen Verbraucher die Kondensatorspannung unter die Netzspannung abzusinken beginnt.
• Der Widerstand R wird so dimensioniert, dass bei maximalem Strom iLE durch die Induktivität LE der Spannungsabfall ILE . R nicht grösser wird als die zulässige Ueberladung.
• Fig. 4 zeigt den qualitativen Verlauf von Strom und Spannung während eines Ladevorganges mit Begrenzung der Ueberladung.
• Der zeitliche Verlauf von UCE' ULE und iLE ist wieder dargestellt; die strichlierten Kurventeile ergänzen die Kurven in der Weise, dass sich die ursprünglichen Kurven nach Fig. 2 ergeben, d.h. gemäss der Schaltung nach Fig. 1, ohne die Parallelschaltung der Eingangsinduktivität LE durch R, TF. Die Abweichung von der ursprünglichen Kurvenform setzt im Zeitpunkt Z ein, in welchem Zeitpunkt der Thyristor TF gezündet wird und die Entmagnetisierung der Induktivität LE über den Widerstand R eingeleitet wird. Die drastische Abflachung der CE -Kurve ist deutlich zu sehen. Die Zündschwelle ZS für den Thyristor TF befindet sich in Nähe der maximalen Ueberladung.

Claims (3)

1. Patentansprüche

   Schaltung zur Begrenzung der Ueberladung des Eingangskondensators in einem zwischen Netz und Triebwagenmotor bei elektrischen Bahnen verwendeten LC-Eingangsfilter, das die Reihenschaltung aus einer einpolig mit dem Netz verbundenen Eingangsinduktivität und einer in Durchlassrichtung geschalteten, einseitig stromdurchlässigen Einrichtung umfasst, wobei der der Induktivität abgewandte, zum Verbraucher führende Pol der einseitig stromdurchlässigen Einrichtung über einen Eingangskondensator mit der Nullschiene verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Eingangsinduktivität die Sihenschaltung aus einem Entladewiderstand (R) und einem Thyristor (TF) mit Durchlassrichtung zum speisenden Netz geschaltet ist.
2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündung des Thyristors mit Hilfe einer Vierschicht-Diode (V) erfolgt.
3. 3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine derartige Dimensionierung des Entladewiderstandes (R), dass bei maximalem Strom durch die Eingangsinduktivität (LE) der Spannungsabfall (ILE . R) am Entladewiderstand (R) nicht grösser als die zulässige Ueberladung wird. Leerseite