DE2557280C2

DE2557280C2 - Fahr- und Bremssteuerung für einen impulsgesteuerten Gleichstrommotor mit kontinuierlicher Feldschwächung, insbesondere zum Antrieb eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE2557280C2
Application number: DE2557280A
Authority: DE
Inventors: Horst Ing.(grad.) 6940 Weinheim Fath; Reiner Dipl.-Ing. 6945 Hirschberg Nill
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1975-12-19
Filing date: 1975-12-19
Publication date: 1982-10-14
Also published as: FR2335995B1; IT1203050B; NL7614105A; CH602376A5; FR2335995A1; DE2557280A1

Description

a) im Fahrbetrieb zwischen erster und zweiter Netzzuleitung ein Gleichstromsteller (S) mit Kondensatorlöscheinrichtung, ein nicht steuerbares erstes Ventil (2.1) und der Anker (1.1) des Gleichstrommotors in Reihe angeordnet sind, und zur Ankerwicklung des Motors die mit is einem zweiten Ventil in Reihe geschaltete Feldwicklung (1.2) parallel geschaltet ist, wobei das zweite Ventil (2Λ) die Ankerspanntmgsimpulse sperrt und ein drittes Ventil (23) als Freilaufdiode parallel zur Feldwicklung (1.2) geschaltet ist und

b) im Bremsbetrieb parallel zur Ankerwicklung die Reihenschaltung aus zweitem Ventil (2.2) und einem Bremswiderstand (3.1) einerseits und die Reihenschaltung aus erstem Ventil (2.1), Gleichstromsteller (5) und Erregerwicklung (1.2) mit parallel geschalteter Freilaufdiode (23) andererseits geschaltet ist,

gekennzeichnet durch die gemeinsame Anwendung folgender Merkmale:

c) das zweite Ventil (2.2) ist ein Thyristor;

d) zwischen der Kathode der Löschdiode (53) des Gleichstromstellers (5) und dem einen Anschluß des Widerstandes (3.1) ist eine Diode (2.7) geschaltet;

e) im Fahrbetrieb erfolgt die Zündung des als zweites Ventil vorgesehenen Thyristors (2.2) in einem vorgebbaren zeitlichen Abstand nach der Zündung des Löschthyristors (5.2) des Gleichstromstellers (5);

f) im Bremsbetrieb erfolgt die Zündung des als zweites Ventil vorgesehenen Thyristors (2.2) erst bei Anliegen eines bestimmten Spannungswertes an einem zwischen den Netzzuleitungen angeordneten Kondensator (C)-,

g) im Bremsbetrieb ist zwischen dem zum Bremswiderstand (3.1) führenden Anschluß der Feldwicklung (1.2) und dem einen Netzanschluß so (L A) eine weitere Diode (2.6) geschaltet

2. Fahrschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, durch welche der zeitliche Abstand des Zündimpulses für den als zweites Ventil vorgesehenen Thyristor (2.2) von dem Zündimpuls des Löschthyristors (5.2) von der Höhe des Ankerstromes abgeleitet wird.

3. Bremsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, durch welche die Zündimpulse für den als zweites Ventil vorgesehenen Thyristor (2.2) in einem regelbaren zeitlichen Abstand von dem Zündimpuls des Löschthyristors (5.2) im Gleichstromsteller (5) abgegeben werden.

4. Bremsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, durch welche der zeitliche Abstand der Zündimpulse.für den als zweites Ventil vorgesehenen Thyristor () von dem Zündimpuls des Löschthyristors (5.2) fiber einen Regler von der am Kondensator (C) anliegenden Spannung abgeleitet wird.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Eingang des Gleichstromstellers (5) und der Verbindungsleitung des einen Anschlusses der Feldwicklung (1.2) des Antriebsmotors und der Freilaufdiode (23) eine weitere Diode (2.4) geschaltet ist (F i g. 2).

Die Erfindung betrifft eine Fahr- und Bremssteuerung für einen impulsgesteuerten Gleichstrommotor mit kontinuierlicher Feldschwächung, insbesondere zum Antrieb eines Fahrzeuges, bei der die Umgruppierung der Schaltungsanordnung durch entsprechende Schalterkontakte erfolgt, wobei

a) im Fahrbetrieb zwischen erster und zweiter Netzzuleitung ein Gleichstromsteller mit Kondensatorlöscheinrichtung, ein nicht steuerbares erstes Ventil und der Anker des Gleichstrommotors in Reihe angeordnet sind, und zur Ankerwicklung des Motors die mit einem zweiten Ventil in Reihe geschaltete Feldwicklung parallel geschaltet ist, wobei das zweite Ventil die Ankerspannungsimpulse sperrt und ein drittes Ventil als Freilaufdiode parallel zur Feldwicklung geschaltet ist und

b) im Bremsbetrieb parallel zur Ankerwicklung die Reihenschaltung aus zweitem Ventil und einem Bremswiderstand einerseits und die Reihenschaltung aus erstem Ventil, Gleichstromsteller und Erregerwicklung mit parallel geschalteter Freilaufdiode andererseits geschaltet ist.

Eine derartige aus der DE-OS 23 19 898 bekannte Schaltung hat den Vorzug, daß sowohl bei Fahr- als auch Bremsbetrieb eine kontinuierliche Feldschwächung mit größer werdender Ankerspannung erfolgt, und daß der Bremswiderstand nicht gestuft sein muß, d. h. es ist nicht erforderlich, durch galvanische Glühlampen den jeweiligen Widerstandswert an die von dem als Generator arbeitenden Antriebsmotor gelieferten Spannung anzupassen. Die Schaltung läßt jedoch eine Nutzbremsung, also eine Rückspeisung ins Netz, nicht zu. Eine solche Nutzbremsschaltung hat den Vorteil, daß der Gesamtenergieaufwand eines Verkehrsnetzes mit so ausgerüsteten Fahrzeugen vermindert wird. Nachteilig ist bei den bekannten Nutzbremsschaltungen jedoch, daß die Bremse nicht immer zur Verfügung steht, wenn also z. B. das Netz ausgefallen ist, oder keine Fahrzeuge im Energieaufnahmebetrieb stehen, so daß die Nutzbremse nicht einsetzbar ist Die oben erwähnte Stellung mit einer Widerstandsbremse ist im Gegensatz zu der Nutzbremsschaltung netzunabhängig.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die obige bekannte Schaltung in einer solchen Weise weiter zu entwickeln, daß diese auch als Nutzbremse verwendbar ist Dabei soll bei einer fehlenden Leistungsaufnahmefähigkeit des Netzes eine Bremswirkung dadurch sichergestellt sein, daß in einem solchen Falle der nicht vom Netz aufgenommene Energieanteil oder die gesamte Bremsenergie einem Bremswiderstand zugeführt werden kann.

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht erfin-

'■ dungsgemäß bei der oben erwähnten Fahr- und Bremsschaltung in der gemeinsamen Anwendung folgender Merkmale:

c) das zweite Ventil ist ein Thyristor;

d) zwischen der Kathode der löschdiode des Gleichstromsteilers und dem einen Anschluß des Widerstandes ist eine Diode geschaltet;

e) im Fahrbetrieb erfolgt die Zündung des als zweites Ventil vorgesehenen Thyristors in einem vorgebba- ι ο ren zeitlichen Abstand nach der Zündung des Löschthyristors des Gleichstromstellers;

f) im Bremsbetrieb erfolgt die Zündung des als zweites Ventil vorgesehenen Thyristors erst bei Anliegen eines bestimmten Spannungswertes an einem zwischen den Netzzuleitungen angeordne-

' ten Kondensator;

g) im Bremsbetrieb ist zwischen dem zum Bremswiderstand führenden Anschluß der Feldwicklung und dem einen Netzanschluß eine wdtere Diode geschaltet.

Durch diese erfindungsgemäße Schaltung wird ein kombinierter Nutzbrems- und Widerstandsbremsbetrieb je nach der Aufnahmefähigkeit des speisenden Netzes ermöglicht Dabei wirkt der Thyristor im Bremskreis bei Fahrbetrieb als Schaltglied für den Freilaufstrom der Feldwicklung. Bei Fahrbetrieb verhält sich diese Schaltung im wesentlichen wie die oben erwähnte Schaltung nach der DE-OS 23 19 898. Da jedoch anstelle einer Ankerfreilaufdiode ein Thyristor vorgesehen ist, erhält dieser nach Ablauf der Steüierschonzeit jeweils einen Zündimpuls.

Aus der DE-OS 23 20 367 sind einzelne Schaltungsdetails der erfindungsgemäßen Lösung bekanntgeworden, ohne jedoch die Lehre der vorliegenden Erfindung nahezulegen.

So ist die zwischen dem einen Anschluß des Bremswiderstano.es und der Löschdiode des Gleichstromstellers angeordnete Diode beim Anmeldungsgegenstand nicht wie bei der bekannten Anordnung an der Anode, sondern an der Kathode der Löschdiode angeschlossen. Eine andere Diode, die sowohl bei der bekannten Anordnung als auch bei der erfindungsgemäßen Lösung bei Netzbremsbetrieb von dem ins Netz fließenden Anteil des Bremsstromes durchflossen wird, ist beim Anmeldungsgegenstand nicht wie bei der bekannten Anordnung direkt an der Anode des Bremsthyristors angeschlossen, sondern am Bremswiderstand. Außerdem ist die aus der DE-OS 23 20 367 bekannte Schaltung nicht für Fahr- und Bremsbetrieb wie die vorstehende erfindungsgemäße Lösung geeignet, sondern nur für den Bremsbetrieb, so daß diese bekannte Anordnung der erfinderischen Lösrng nicht entgegenstehen kann.

Da die Schonzeit abhängig ist vom Ankerstrom, wird entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung der zeitliche Abstand des Zündimpulses des Thyristors, der als zweites Ventil vorgesehen ist, von dem Zündimpuls des Löschthyristors von der Höhe des Ankerstromes abgeleitet

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind Mittel vorgesehen, durch welche die Zündimpulse des Thyristors, der als zweites Ventil vorgesehen ist, in einem regelbaren zeitlichen Abstand von dem Zündimpuls des Löschthyristors im Gleichstromsteller abgegeben werden.

In zweckmäßiger Weise ist weiter vorgesehen, daß Mittel vorgesehen sind, durch welche der zeitliche Abstand der Zündimpulse des Thyristors, der als zweites Ventil vorgesehen ist, von dem Zündimpuls des Löschthyristors über einen Regler von der am Kondeasator anliegenden Spannung abgeleitet wird.

Bei einer Ausbildungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß zwischen dem Eingang des Gleichstromstellers und der Verbindungsleitung des einen Anschlusses der Feldwicklung des Antriebsmotors und d^sr Freilaufdiode eine weitere Diode geschaltet ist

Beim Bremsbetrieb ist der Gleichstromsteller parallel zum Anker geschaltet Das Feld ist dabei über eine dritte Diode und den Steller parallel zum Anker geschaltet Dabei ist der eine Abschnitt des Verbundwiderstandes im Feldfreilauf; die erste Diode wirkt als Entkopplungsdiode zum Netz und der Thyristor dient als Schalter zum Einschalten des Bremswiderstandes, während die zweite Diode eine Verbindung zum Löschkreis des Gleichstromstellers herstellt, welche erlaubt den Thyristor im Bremswiderstandskreis gleichzeitig mit dem Hauptthyristor des Gleichstromstellers zu löschen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.Es zeigt die

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Schaltung nach der Erfindung für Bremsbetrieb und die

Fig.2 eine Fahr- und Bremsschaltung nach der Erfindung.

In den Figuren sind die einzelnen Schaltungselemente wie folgt bezeichnet: Der Motoranker mit 1.1 mit Anschlüssen A und B, die Feldwicklung mit 1.2 und den Anschlüssen E und F. Im Leitungszug L 1.1 von den Eingangsklemmen (Stromabnehmer 6) ist eine Induktivität L und zwischen deren Ausgang und der Ausgangsklemme (Erdpotential) L 2.1 ein Kondensator C geschaltet Eine im Leitungszug L\ zwischen Gleichstromsteller 5 und Motoranker 1.1 in Gegenrichtung sperrende Diode ist mit 2.1, ein im Feldkrcis in Richtung zum Feld sperrender Thyristor mit 2.2, eine weitere Diode, die zur Feldwicklung 1.2 parallel liegt und in Richtung vom Leitungszug /.2 zum Leitungszug L\ sperrt, ist mit 23 bezeichnet Weiter ist mit 3.1 der mit einer Anzapfung 3.11 versehene Bremswiderstand bezeichnet Eine weitere Diode, welche zwischen dem Eingang des Gleichstromstellers 5 und der Anschlußklemme F der Erregerwicklung mit Sperrichtung zu dieser angeschlossen ist hat das Bezugszeichen 2.4. Schließlich ist eine Diode 2.6 zwischen der Klemme E der Feldwicklung 1.2 und dem Ausgang der Induktivität L geschaltet.

Der Gleichstromsteller 5 gemäß F i g. 1 weist einen Hauptthyristor 5.1, einen Umschwingthypstor 5.2, eine Löschdiode 53, eine Kommutierungsdrossel S.L sowie einen Kommutierungskondensator SC auf, weiche in üblicher Weise zusammengeschaltet sind. Weiterhin ist eine Löschdiode 2.7 zwischen einem Anschluß des Gleichstromstellers 5, welche an die Anode der Löschdiode 53 angeschlossen ist und die Verbindungsleitung von Thyristor 2.2 und Widerstand 3 geschaltet.

Bei der Schaltung nach F i g. 2 ist zur Durchführung der Umschaltung von Fahr- auf Bremsbetrieb ein erster Schalter 4.1 zwischen der Verbindungsleitung von Thyi istor 2.2 und Widerstand 3 sowie der Klemme Fder Feldwicklung 1.2 ein zweiter Schalter 4.2 zwischen Klemme E der Feldwicklung 1.2 und dem Leitungszug L 2, ein dritter Schalter 43 im Leitungszug L 1.1 zwischen Induktivität L und Gleichstromsteller 5, ein

vierter Schalter 4.4 im Leitungszug L 2.1 zwischen Erdpotential und dem Leitungszug L 2, ein fünfter Schalter 43 im Zuge einer Verbindungsleitung L 3 zwischen Leitungszug L 2.1 und Leitungszug Ll und schließlich ein weiterer Schalter 4.7 im Zuge des Strompfades einer Vorerregungseinrichtung für das Feld vorgesehen, welche aus einer Vorerregerstromquelle 7, einer Induktivität 8, und einer Diode 23 besteht und den Schalter 4.4 überbrückt

Die Bremsschaltung nach Fig. 1 arbeitet wie folgt: Durch eine nicht dargestellte Vorerregungsschaltung wird die Feldwicklung 1.2 des Gleichstrommotors erregt und im Anker 1.1 eine Spannung induziert. Durch eine in der Schaltung nicht dargestellte Meßeinrichtung wird durch Messung der an den Eingangsklemmen der Schaltung anliegenden Spannung U_n festgestellt ob das speisende Netz in der Lage ist, Energie aufzunehmen. Dies ist der Fall bei Unterschreiten eines bestimmten Spannungswertes. In diesem Fall erfolgt keine Zündung des Thyristors 2.2, so daß er Strompfad mit dem Bremswiderstand 3.1 nicht stromdurchflossen ist Durch die im Motoranker induzierte Spannung wird ein Strom über die Leitung L 2 und den Teilwiderstand 3.2 getrieben, der in dem Falle, wenn die induzierte Spannung größer ist als die an der Fahrleitung anliegende Netzspannung weiter über die Diode 2.6, die Drossel L zur Fahrleitung fließt, von der andere Fahrzeuge gespeist werden können. Der Strom fließt zurück von der Schiene über die Leitung L1 zur anderen Klemme des Ankers des Gleichstrommotors 1. Der Feldstrom nimmt den gleichen Weg über die Leitung L 2, den Teilwiderstand 3.1, die Feldwicklung 1.2, den Hauptthyristor 5.1 des Gleichstromstellers 5, die Leitung L1 zurück zum Anker 1.1 des Gleichstrommotors. Durch entsprechendes Takten des Gleichstromstellers 5 wird die am Motoranker 1.1 anliegende Spannung so eingesteuert daß sich ein Strom entsprechend dem gewünschten Bremsdrehmoment ergibt

Überschreitet die am Netz anliegende Spannung einen bestimmten Wert, was ein Zeichen dafür ist daß das Netz keine Energie aufzunehmen in der Lage ist wird der Thyristor 2J2 gezündet Durch die Diode 2.7 wird der Thyristor 2.2 synchron mit dem Gleichstromsteller 5 gelöscht Liegt die Information »Netz nicht aufnahmefähig« noch immer vor, erfolgt eine erneute Zündung des Thyristors Z2. Die Bremsenergie wird in diesem Fall über den Bremswiderstand 3.1 geleitet und zwar fließt der Strom vom Motoranker 1.1 über den Bremswiderstand 3.1, den Thyristor 22 zurück zum Motoranker 1.1. Die Größe des Erregerstromes und damit auch des Bremsstromes wird auch hier durch das Taktverhältnis des Gleichstromstellers 5 bestimmt Während der Sperrzeit des Gleichstromstellers 5 fließt der Feldstrom über die Freilaufdiode 23 und den unteren Teil des Bremswiderstandes 3.1 weiter.

Die Fahr- und Bremsschaltung nach Fig.2 arbeitet wie folgt: Im Fahrbetrieb sind die Schalter 4.1, 4.2,43 und 4.4 geschlossen, die Schalter 4.5 und 4.7 geöffnet Es ergibt sich für Fahrbetrieb ein Stromfluß von der Fahrleitung 6 über den geschlossenen Schalter 43, den Gleichstromsteller 5, die Diode 2.1, den Motoranker 1.1 über die Leitung L 2 zur Schiene (Erdpotential). Die Feldwicklung 1.2 ist während der Öffnungszeiten des Gleichstromstellers 5 von dem aus der Fahrleitung fließenden Strom nicht durchflossen. Während der Sperrzeit des Gleichstromstellers fließt der Ankerstrom infolge der Induktivität des Motorankers 1.1 weiter, und zwar über den geschlossenen Schalter 4.1, den Thyristor 2.2 zurück zum Motoranker 1.1. Die Zündeinrichtung für den Thyristor ist in der Schaltung nicht dargestellt. Dieser Thyristor wirkt beim Fahrbetrieb als Ankerfreilaufdiode und muß daher jedesmal nach Ablauf der s Stellerschonzeit einen Zündimpuls erhalten. Da die Schonzeit vom Ankerstrom abhängig ist, wird der zeitliche Abstand zwischen Zündimpuls des Löschthyristors des Gleichstromstellers 5 und dem Zündimpuls des Thyristors 2.2 in Abhängigkeit vom Ankerstrom

ίο verstellt Während der Öffnungszeit des Gleichstromstellers 5, in der also kein Strom vom Motoranker 1.1 durch die Feldwicklung 1.2 fließen kann, fließt, getrieben durch die Induktivität der Feldwicklung 1.2 ein Feldstrom weiter über die Freilaufdiode 23 und den geschlossenen Schalter 4.2 zurück zur Feldwicklung 1.2. Bei relativ kurzen Strompulsen im Ankerkreis vom Gleichstromsteller 5 her ist die Feldwicklung 1.2 voll erregt, während bei langen Pulsen des Gleichstromstellers 5 die Feldwicklung 1.2 von einem im Effektivwert kleineren Strom durchflossen ist womit sich bei größer werdender Spannung am Motoranker 1.1 eine Verkleinerung des Stromes in der Feldwicklung 1.2, also eine Feldschwächwirkung ergibt Die Dioden 2.4,25 und 2.6 sind im Fahrbetrieb in Sperrichtung beaufschlagt so daß deren Strompfad nicht stromdurchflossen ist

In der Schaltung »Bremsen« sind die Schalterkontakte 4.5 und 4.7 geschlossen, die übrigen Schalterkontakte 4.1 bis 4.4 sind geöffnet Aus der Batterie fließt ein Vorerregungsstrom über den Schalter 4.7, Diode 23, Induktivität 8, die Leitung L 2, den unteren Teil des Bremswiderstandes 3.1 durch die Feldwicklung 1.2, die Diode 2.4, den Gleichstromsteller 5, Verbindungsleitung L 3, Schalter A3 zurück zur Batterie. Die dadurch in der Ankerwicklung 1.1 induzierte Spannung treibt einen Strom über die Leitung L 2, den unteren Teil des Bremswiderstandes 3.1, die Feldwicklung 1.2, die Diode 2.4, den Gleichstromsteller 5 und die Diode 2.1 zurück zum Motoranker 1.1. Durch eine in der Schaltung nicht dargestellte Meßeinrichtung wird durch Messung der an den Eingangsklemmen der Schaltung anliegenden Spannung U_n festgestellt ob das speisende Netz in der Lage ist Energie aufzunehmen. Dies ist der Fall bei Unterschreiten eines bestimmten Spannungswertes. In diesem Falle erfolgt keine Zündung des Thyristors 2.2.

Die Größe des Erregerstromes wird durch das Taktverhältnis des Gleichstromstellers 5 bestimmt Während der Sperrzeit des Gleichstromstellers 5 fließt dabei der Feldstrom über die Freilaufdiode 23 und den unteren Teil des Bremswiderstandes 3.1 weiter.

Gleichzeitig fließt ein Nutzbremsstrom vom Anker des Motors 1 über die Leitung L 2, den unteren Teil des Widerstandes 3-1_; die Diode 2L6. Leitung LA, Leitung L 1.1, Induktivität L zum Netz und weiter vom Erdpotential über die Leitung L 3, die Diode 2.1, die

Leitung L1 zum Motoranker 1.1 zurück.

Überschreitet die am Netz anliegende Spannung einen bestimmten Wert, was ein Zeichen dafür ist daß das Netz keine Energie aufzunehmen in der Lage ist, wird der Thyristor 22 jeweils zusammen mit dem Gleichstromsteller 5 gezündet Die Bremsenergie wird über den Bremswiderstand 3.1 geleitet und zwar fließt der Strom vom Motoranker 1.1 über den Bremswiderstand 3.1, den Thyristor 2J2 zurück zum Motoranker 1.1. Die Größe des Erregerstromes und damit auch des Bremsstromes wird auch hier durch das Taktverhältnis des Gleichstromstellers 5 bestimmt Während der Sperrzeit des Gleichstromstellers 5 fließt der Feldstrom über die Freilaufdiode 23 und den unteren Teil des

Bremswiderstandes 3.1 weiter.

Durch die Schaltung nach der Erfindung wird also ein kombinierter Nutzbrems- und Widerstandsbremsbetrieb je nach der Aufnahmefähigkeit des speisenden Netzes ermöglicht. Dabei wirkt der Thyristor 2.2 im Bremskreis bei Fahrbetrieb als Schaltglied für den Freilaufstrom der Feldwicklung. Der untere Abschnitt

des Widerstandes wird bei Bremsbetrieb zum Verbundwiderstand im Feldfreilauf. Die Diode 2.6 wirkt als Entkoppelungsdiode zum Netz und die Diode 2.7 stellt eine Verbindung zum Löschkreis des Gleichstromstellers 5 her, welche erlaubt, den Thyristor 2.2 im Bremswiderstandskreis gleichzeitig mit dem Hauptthyristor 5.2 des Gleichstromstellers zu löschen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Fahr- und Bremssteuerung für einen impulsgesteuerten Gleichstrommotor mit kontinuierlicher Feldschwächung, insbesondere zum Antrieb eines s Fahrzeuges, bei der die Umgruppierung der Schaltungsanordnung durch entsprechende Schalterkontakte (4.1,4.2,...) erfolgt, wobei