DE2554439A1 - Statische umschaltvorrichtung fuer zwei gleichstrommaschinen - Google Patents

Statische umschaltvorrichtung fuer zwei gleichstrommaschinen

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Description

Fo 9714 D , 3 Oez,
DIpL-Ing. Jürgen WEINMILLER PATENTASSESSOR
SOSPI GmbH 2554439
8OOO München 8O
Zeppelinstr. 63
SOCIETE GENERALE DE CONSTRCUTIONS ELECTRIQUES
ET MECANIQUES ALSTHOM
38, avenue Kleber, 75784 EARIS CEDEX 16, Frankreich
STATISCHE UMSCHALTVORRICHTUNG FÜR ZWEI GLEICHSTROMMASCHINEN
Die Erfindung betrifft eine elektronische Steuervorrichtung für zwei Glüiehstrommaschinen mit Serienerregung, wie sie
zum elektrischen Fahrzeugantrieb verwendet werden; die elektrischen Maschinen arbeiten entweder als Motoren oder beim Bremsen unter Stromrückgewinnung als Generatoren.
Die Umschaltung vom Fahrbetrieb auf den Bremsbetrieb
und umgekehrt mit Hilfe von elektronischen Bauteilen ist bekannt. Bekannte Vorrichtungen verwenden für beide Maschinen einen einzigen Zerhacker : Die beiden Ankerspulen und die Erregerwicklungen
sind mit einem gemeinsamen Glättungsanker und einem gemeinsamen
Zerhacker
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an die Klemmen der Gleichstromquelle angeschlossen. Daraus ergibt sich der Nachteil, daß es sieht möglich ist, die beiden Motoren getrennt auf den Fahrbetrieb einzusteuern, wodurch es unmöglich wird, eine wirksame Schutzvorrichtung gegen das Durchdrehen der Räder zu schaffe»? außerdem ist es unmöglich, die beiden Maschinen unabhängig voneinander in den Bremsbetrieb zu steuern und somit das Bremsmoment jedes der beiden Generatoren getrennt zu überwachen.
Die Erfindung hat zum Ziel, diese Nachteile zu beheben. Sie stellt sich also die Aufgabe, die Kreise der Maschinen im Brems- und Fahrbetrieb unabhängig voneinander zu schalten, womit ein automatischer Schutz gegen das Durchdrehen der Räder und eine Überwachung des Bremsmoments der beiden Maschinen möglich wird.
Gegenstand der Erfindung ist eine statische Umschaltvorrichtung für zwei Gleichstrommaschinen, die im Motor- oder Generatorbetrieb laufen können, dadurch gekennzeichnet, dafl an den Klemmen der Gleichstromquelle zwei parallele Schaltkreise vorgesehen sind, von denen der erste in Reihe geschaltet einen ersten Zerhacker, eine erste Glättungsinduktanz, eine Erregerwicklung für die erste Maschine, einen ersten Verteilungsthyristor und die Ankerspule der ersten Maschine enthält, während der zweite Schaltkreis in Reihe geschaltet die Ankerspule der zweiten Maschine, einen zweiten Verteilungsthyristor, eine Erregerwicklung für die zweite Maschine, eine zweite Glättungsinduktanz und einen zweiten Zerhacker umfaßt, daß weiterhin die beiden Schaltkreise untereinander über zwei auf beiden Seiten des ersten und zweiten Verteilungsthyristors angeordnete Zweige verbunden sind, wobei jeder
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Zweig einen weiteren Verteilungsthyristor aufweist, and die Vorrichtung darüber hinaus mit einer Steuerelektronik versehen üst, die auf die Zündelektroden der Verteilungsthyristoren und der Zerhacker Befehlsimpulse leitet.
In einer bevorzugten Ausführung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß jede der Erregerwicklungen der Maschinen mit ihren Enden einerseits an einen Mittelpunkt der Sekundärspule eines Transformators und andererseits an einen Widerstand angeschlossen ist, dessen anderes Ende mit den Anoden zweier Thyristoren verbunden ist, deren jeweilige Kathode mit einem der Enden der Wicklungen der Sekundärspule dieses Transformators verbunden ist, wobei die Primärspule des Transformators von einem Wechselstromgenerator gespeist wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zweige, die die weiteren Verteilungsthyristoren enthalten, je einen Reihenwiderstand enthalten, an dessen Klemmen ein Kurzschlußthyristor angeschlossen ist.
Unter Bezugnahme auf die beiliegenden schematischen Figuren 1 bis 5 wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. In den Figuren werden gleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Fig. 1 stellt eine erfindungsgemäße Umschaltvorrichtung für zwei elektrische Maschinen dar, die im Motor- oder Generatorbetrieb arbeiten können.
Die Fig. 2 und 3 zeigen je ein Detail aus Fig. 1 in Varianten.
Die Fig. 4 und 5 stellen je ein Detail aus Fig. 1 in
weiteren Varianten dar, mit denen das Durchgehen des Generators vermieden werden kann.
Das in Pig. I gestrichelt eingezeichnete Rechteck Hl stellt einen Zerhacker dar, der einen mit einem Löschkreis versehenen Thyristor umfaßt. Der Zerhacker Hl ist über eine Diode Dl an eine Gleichstromquelle 1, 10 und über eine Glättungsinduktanz Ll an die Erregerwicklung Jl der ersten Maschine angeschlossen. Ein zweiter Zerhackei|H2, der genauso aufgebaut ist wie Hl, ist ähnlich an eine Diode D2 und an eine Glättungsinduktanz L2 angeschlossen. Die Bauteile Fl, F2, Tl und T2 stellen Verteilungsthyristoren dar. Rl, R2, R3 und R4 sind vier gleiche Widerstände mit hohen Widerstandswerten. Die beiden Maschinen Il und 12 sind mit Erregerwicklungen Jl und J2 versehen. Eine Steuerlogik E ist summarisch als Block symbolisiert.
Beim Fahrbetrieb werden die Thyristoren Tl und T2 dauerhaft leitend gemacht, während die Thyristoren Fl und F2 gesperrt sind und Zweige 4-5 bzw. 8-9 stromlos sind. Der erste Fahrkreis umfaßt den Zerhacker Hl, die Rückgewinnungsdiode Dl, den Thyristor Tl im dauerhaft leitenden Zustand, die GlättungsinduktanzLl, die zum Zerhacker bzw. der Diode parallel geschalteten Widerstände Rl und R2, den Anker Ll und die Erregerwicklung Jl. Er arbeitet als Abwärtszerhacker auf folgende Weise : Hl wird mit Hilfe eines vom Steuerkreis E mit einer Periode P gelieferten elektronischen Steuersignals aktiviert und bleibt während einer Zeitdauer ο(·Τ leitend, wobei der Koeffizient OC von Null bis Eins einstellbar ist. T ist die Zerhackerperiode und Hf das periodische Schaltverhältnis. Auf diese Weise erhält der Schaltkreis Ll, Jl, Tl und Il eine Spannung, die während einer Dauer fjft T gleich der Speisegleichspannung ist und während einer Dauer (1 - gf )T
gleich Null ist. Die Einstellung des Verhältnisses fli ermöglicht es, an den Klemmen des Ankers eine beliebige Spannung zu erhalten, die zwischen einem sehr geringen und einem Wert liegt, der der Speisespannung nahe kommt. Wenn sich Hl im leitenden Zustand befindet, nimmt der Antriebsstrom zu, während bei blockiertem Hl der Antriebsstrom abnimmt. Da es sich bei dem Antriebsstrom um einen Indukt ions strom handelt, kann er nicht zum Zeitpunkt t = unterbrochen werden, so daß dann die Rückgewinnungsdiode Dl den Umlauf des Stroms im Motor ermöglicht, wenn der Schaltkreis Hl gesperrt ist.
Der zweite elektronische Fahrschaltkreis besteht aus dem Zerhacker H2, der Rückgewinnungsdiode D2, dem Thyristor T2 in dauerhaft leitendem Zustand, der Glättungsinduktanz L2, den zum Zerhacker bzw. der Diode parallel geschalteten Widerständen R3 und R4, dem Ankerkreis der Maschine 12 und der Erregerwicklung J2. Dieser Schaltkreis arbeitet genauso wie der erste Fahrschaltkreis .
Im Fahrbetrieb können die beiden Leistungsschaltkreise Hl, Dl, Tl, Ll, Rl, R2, II, Jl und H2, D2, T2, L2, R3, R4, 12, J2 unabhängig voneinander arbeiten.
Der Übergang vom Fahrbetrieb zum Bremsbetrieb mit Rückgewinnung bzw. rheostatischem Bremsbetrieb geschieht folgendermaßen : Die Steuerlogik E sendet einen Löschbefehl an die Schaltkreise Hl und H2 und unterdrückt die Zündsignale der Thyristoren Tl und T2. Die Antriebsströme werden in den beiden Fahrschaltkreisen Null, und die Thyristoren Tl und T2 werden infolge Strommangels nach einer Zeitdauer gelöscht, die größer ist als die natürliche Löschdauer dieser Thyristoren. Wenn alle in Fig. 1 eingezeichneten
Thyristoren gelöscht sind, mißt die Steuerlogik E Nullströme in den Motoren und Potentialunterschiede am Zerhackeranschluß 2 bzw. 6 im Verhältnis zum Pol 10 der Spannungsquelle, die gleich dem halben Wert der Speisegleichspannung sind, und sie gibt dann die elektrische Bremsung frei, indem Dauerzündsignale den Thyristoren Fl und F2* zugeführt werden. Auf diese Weise erhält man die beiden elektrischen Bremsschaltkreise, in denen die Stromzerhacker als Spannungserhöher und die Gleich- : stromraaschinen als Generatoren arbeiten : der erste Rückgewinnungsbremsschaltkreis umfaßt den Zerhacker Hl, die Diode Dl, die Glättungsinduktanz Ll, die Erregerwicklung Jl, den Thyristor Fl und den Anker 12? der zweite. Bremsschaltkreis besteht aus der Schaltung H2, der Diode D2, der Glättungsinduktanz L2, der Erregerwicklung J2, dem Thyristor F2 und dem Anker II.
Die beiden Bremskreise sind voneinander unabhängig. Der erste Bremskreis arbeitet folgendermaßen : da die Stromrichtung der Erregerwicklung Jl dieselbe ist wie beim Fahrbetrieb, ermöglicht der Remanenzmagnetismus das Übergehen der Maschine zum Generatorbetrieb. Der in Rotation befindliche Anker 12 bietet eine elektromotorische Kraft an seinen Klemmen, deren Polung genauso ist wie beim Fahrbetrieb, d.h. der Speisespannung entgegengesetzt. Werden Hl und Fl durchlässig gemacht, entsteht im Schaltkreis Hl - Ll - Jl - Fl - 12 ein Strom, der dem Ankerstrom in der Maschine 12 während des Fahrbetriebs entgegengesetzt ist, aber in der Erregerwicklung Jl, in der Glättungsinduktanz Ll und dem Schaltkreis Hl die gleiche Richtung aufweist wie der Fahrstrom? dieser Strom nimmt mit seinem absoluten Wert zu, bis der Schaltkreis Hl zum Zeitpunkt t = Of T einen Sperrbefehl erhält; er schließt sich dann über Dl, Ll, Jl, Fl, 12 und den positiven Pol der Speise-
gleichspannung, die so Energie zurückerhält.
Die Vorzeichenumkehr des elektromotorischen Moments, . die für den Übergang vom Fährbetrieb zum Bremsbetrieb notwendig ist, wird hergestellt, indem die Stromrichtung im Ankerkreis der Maschine 12 umgekehrt wird. Der Schaltkreis Hl arbeitet periodisch mit der Periode T und bleibt während einer Zeitdauer d T leitend, wobei & zwischen Null und Eins liegt. Der zur Stromversorgungsquelle zurückfließende Strom ist während der Dauer der Leitfähigkeit ( OC T) des Schaltkreises Hl Null und während der Sperrzeit (1 - Q( )T von Hl gleich dem Strom des Generators; sein Durchschnittswert ist proportional zu (1 -o*)·
Der zweite elektrische Bremskreis (H2, D2, L2, J2, F2, H) funktioniert genauso wie der erste.
Eine zweite Variante der Erfindung bietet sich für den Fall an, daß die Kennwerte der Gleichstrommaschine derart sind, daß bei niedriger Geschwindigkeit der Remanenzmagnetfluß der Maschinen nicht ausreicht, um sie auf den Generatorbetrieb umzuschalten : Dann ist zu Beginn des Bremsbetriebs notwendig, die Erregerwicklung Jl (bzw. J2) durch einen Schaltkreis,wie er in der Fig. 2 bezüglich der Erregerwicklung Jl und in Fig. 3 bezüglich der Erregerwicklung J2 dargestellt wird, der einen Widerstand R5 (bzw. R6) , zwei Thyristoren THl und TH2 (bzw. TH3 und TH4) , deren Kathoden an den Klemmen der Sekundärwicklung eines Transformators 13 (bzw. 14) liegen, wobei ein Anschluß des Widerstands mit beiden Anoden der Thyristoren verbunden ist und der Mittelpunkt dieser Wicklung sowie der andere Anschluß des Widerstands an je einer Klemme der Erregerwicklung liegen. Die Primärwicklung des Transformators wird von einem Wechselstromgenerator
11 bzw. 12 gespeist.
Die am Ende der Zeit flf.T vom Generator entwickelte elektromotorische Kraft, vermindert um die ohmschen Verluste in der Gleichstrommaschine, muß kleiner sein als der Wert der Speisegleichspannung; diese Bedingung kann häufig nur unter Schwierigkeiten beim Bremsbetrieb mit Stromrückgewinnung bei sehr hoher Geschwindigkeit erfüllt werden. Eine dritte Ausführungsform der Erfindung weist daher (siehe Fig. 4 und 5) zur Beibehaltung der Leistung bei sehr hoher Geschwindigkeit einen Widerstand RFl bzw. RF2 in Serie mit dem Bremskreisthyristor (Fl bzw. F2) auf, wobei dieser Widerstand von einem Hilfsthyristor Fl1 bzw. F21 kurzschließbar ist. Der Widerstand wird beim Bremsbetrieb bei sehr hoher Geschwindigkeit eingeschaltet, bis die Geschwindigkeit des Fahrzeugs in ausreichendem Maße vermindert ist, so daß keine Gefahr des elektrischen Durchgehens des Generators mehr besteht.
Die elektronische Umschaltung vom elektrischen Bremsbetrieb auf den Fahrbetrieb wird eingeleitet durch die Sperrung der Zerhacker Hl und H2 und durch die Unterdrückung der Zündimpulse der Thyristoren Fl und F2.Wenn sämtliche"in Fig. 1 gezeigte Thyristoren gesperrt sind, stellt die Steuerlogik E Nullströme in den Maschinen und Potentialunterschiede an den Punkten 2 und 6 im Verhältnis zum Punkt 10 fest, die gleich der Hälfte des Werts der Speisegleichspannung sind. Die Vorrichtung ist dann bereit, wieder im Fahrbetrieb zu arbeiten.
In einem Transportband mit mehreren Antriebsrädern ermöglicht die Erfindung die Überwachung der Geschwindigkeitsunter-
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schiede zwischen den Antriebsrädern; ferner erlaubt sie wegen der Möglichkeit, das Moment jedes Antriebsrads unabhängig zu steuern, die elektronische Regelung der Momentunterschiede der Antriebsräder und somit eine elektronische Führung des Transportgutes selbst.
Die Erfindung ist auch für den Fall von Gleichstrommaschinen mit Fremderregung gültig; sie kann auch dann angewendet werden, wenn jedes der Bauteile Hl, H2, Tl, T2, Fl, F2, Fl1, F21 , THl, TH2, TH3 und TH4 entweder aus einem überwachten Halbleitergleichrichter oder Thyristor oder aus einem Leistungstransistor oder aus einem anderen Bauelement besteht, das Betriebskennlinien eines gesteuerten elektrischen Ventils aufweist. Schließlich kann es sich beim elektrischen Bremsbetrieb um Stromrückgewinnungsbremsbetrieb oder rheostatischen Bransbetrieb oder eine gemischte Lösung handeln, die darin besteht, die Stromrückgewinnungsbremsung durch eine rheostatische Bremsung zu ersetzen, wenn die Energierückgewinnung nicht möglich ist.
Patentansprüche
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Claims (1)

  1. ·- 10 PATENTANSPRÜCHE
    1 y Statische ümschaltvorrichtung für zwei Gleichstrommaschinen, die im Motor- oder Generatorbetrieb laufen können, dadurch gekennzeichnet, daß an den Klemmen der Gleichstromquelle zwei parallele Schaltkreise vorgesehen sind, von denen der erste in Reihe geschaltet einen ersten Zerhacker (Hl), eine erste Glättungsinduktanz (Ll) , eine Erregerwicklung (Jl) für die erste Maschine, einen ersten Verteilungsthyristor (Tl) und die Ankerspule der ersten Maschine (11) enthält, während der zweite Schaltkreis in Reihe geschaltet die Ankerspule der zweiten Maschine (12), einen zweiten Verteilungsthyristor (T2), eine Erregerwicklung (J2) für die zweite Maschine, eine zweite Glättungsinduktanz (L2) und einen zweiten Zerhacker (H2) umfaßt, daß weiterhin die beiden Schaltkreise untereinander über zwei auf beiden Seiten des ersten und zweiten Verteilungsthyristors (Tl, 12) angeordnete Zweige verbunden sind, wobei jeder Zweig einen weiteren Verteilungsthyristor (Pl bzw. F2) aufweist, und die Vorrichtung darüber hinaus mit einer Steuerelektronik versehen ist, die auf die Zündelektroden der Verteilungsthyristoren und der Zerhacker Befehlsim«·» pulse leitet.
    2 - Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Erregerwicklungen (Jl, J2) der Maschinen mit ihren Enden einerseits an einen Mittelpunkt der Sekundärspule eines Transformators (13 bzw. 14) und andererseits an einen Widerstand (R5, R6) angeschlossen ist, dessen anderes Ende mit den Anoden zweier Thyristoren (THl, TH2, bzw. TH3, TH4) verbunden ist, deren jeweilige Kathode mit einem der Enden der
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    Wicklungen der Sekundärspule dieses Transformators verbunden ist, wobei die Primärspule des Transformators von einem Wechselstromgenerator (11 bzw. 12) gespeiet wird.
    3 - Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zweige, die die weiteren Verteilungsthyristoren (Fl, F2) enthalten, je einen Reihenwiderstand (RFl, RF2) enthalten, an dessen Klemmen ein Kurzschlußthyristor (Fl1, F21) angeschlossen ist.
    G09824/0774
DE2554439A 1974-12-05 1975-12-03 Statische Speise- und Umschaltvorrichtung für zwei Gleichstrom-Reihenschlussmaschinen Expired DE2554439C2 (de)

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DE2554439A1 true DE2554439A1 (de) 1976-06-10
DE2554439C2 DE2554439C2 (de) 1983-09-22

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FR (1) FR2293827A1 (de)
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