DE2608200A1

DE2608200A1 - Anordnung zur netz- und widerstandsbremsung einer asynchronmaschine

Info

Publication number: DE2608200A1
Application number: DE19762608200
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr Ing Putz; Alfons Dipl Ing Schraeder
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1976-02-25
Filing date: 1976-02-25
Publication date: 1977-09-01
Also published as: ZA77901B; SE7701208L; ATA123377A; DE2608200B2; AT353364B; DE2608200C3; SE435561B

Description

Anordnung zur Netz- und Widerstandsbremsung
einer Asynchronmaschine Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Netz- und Widerstandsbremsung einer über einen Zwischenkreisumrichter mit eingeprägtem Strom gespeisten Asynchronmaschine.
Aus K. Heumann "Grundlagen der Leistungselektronik", Verlag B. G. Teubner, Stuttgart 1975, Seite 205f, ist es bekannt, Asynchronmaschinen über selbstgeführte Zwischenkreisumrichter zu speisen, wobei im Gegensatz zum meist angewandten Gleichspannungszwischenkreis von einem Gleichstromzwischenkreis Gebrauch gemacht wird. In Bild 13.10 dieser Literaturstelle ist ein Zwischenkreisumrichter mit eingeprägtem Strom für eine Asyl,chronmaschine dargestellt. Der induktive Energiespeicher im Zwischenkreis prägt den Maschinenstrom ein, der vom Maschinenstromrichter zyklisch auf die Wicklungsstränge der Asynchronmaschine geschaltet wird. Die Spannung an den Maschinenklemmen stellt sich dabei frei ein. Der Maschinenstromrichter arbeitet im allgemeinen zwangskommutiert, vorzugsweise mit Phasenfolgelöschung.
Die Anwendung eines Zwischenkreisurichters mit eingeprägtem Strom weist gegenüber dem mit eingeprägter Spannung bei der Speisung von Fahrmotoren asynchroner Bauart für elektrische Triebfahrzeuge folgenden wesentlichen Vorteil auf: Die Richtung des Leistungsflusses kehrt sich durch Umkehr der Zwischenkreisspannung um, so daß durch einfaches Umsteuern des Netzstromrichters in den Wechselrichterbetrieb der Antrieb abgebremst werden kann. Ein Bremsbetrieb ist jedoch nur möglich, wenn eine ausreichend hohe Spannung an den Netzanschlüssen ansteht, so daß eine einwandfreie Kommutierung des Netzstromrichters möglich ist.
Bei der Anwendung von stromrichtergespeisten Asynchronmaschinen als Fahrmotoren für elektrische Triebfahrzeuge ist daher die häufig bestehende Forderuhg zu erfüllen, das Fahrzeug auch bei einem Netzausfall sicher elektrisch abzubremsen.
Ein Netzausfall kann sowohl in Form eines Leitungskurzschlusses als auch durch Springen des Stromabnehmerbügels auftreten. In au beiden Fällen muß dem Fahrzeug ein elektrischer Widerstand eingeschaltet werden, in dem die kinetische Energie in Wärme umgesetzt wird. Dem Charakter des Konstantstromprinzips entsprechend darf während des Abbremsens der Stromfluß im Zwischenkreis nie unterbrochen werden. Das Abbremsen erfolgt dabei mit einer Stromstärke, die bei vorgegebener Rotorfrequenz dem Drehmoment und der arithmetische Mittelwert der Spannung am Bremswiderstand der Drehzahl proportional ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung zur Netz- und Widerstandsbremsung eines über einen Zwischenkreisumrichter mit eingeprägtem Strom gespeisten Fahrmotois asynchroner Bauart eines Triebfahrzeuges anzugeben, bei der während des Abbremsens der Stromfluß im Zwischenkreis nie unterbrochen wird und der Widerstandswert des Bremswiderstandes der Geschwindigkeit des Triebfahrzeuges angepaßt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Parallelschaltung eines steuerbaren Netzstromrichters, eines in Reihe zu einem Schalter liegenden Bremswiderstandes und eines Thyristorstellers.
Eine weitere Lösung ist gekennzeichnet durch die Parallelschaltung eines Netzstromrichters in unsymmetrischer Brückenschaltung mit steuer- und löschbaren Brückenzweigen und eines in Reihe zu einem Schalter liegenden Bremswiderstandes.
Beide Lösungen stellen einen unterbrechungsfreien Stromfluß im Zwischenkreis während des Abbremsens des Triebfahrzeugs und eine einwandfreie Kommutierung des Netzstromrichters sicher und erfüllen die Forderung, auch bei Netzausfall das Triebfahrzeug sicher elektrisch abbremsen zu können. Mit der zweiten Lösung läßt sich zusätzlich eine Einsparung an Halbleiterelementen erzielen.
Anhand eines in den Figuren 1 und 2 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles soll der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke näher erläutert werden.
Figur 1 zeigt einen Zwischenkreisumrichter mit steuerbarem Netzstromrichter und parallelgeschaltetem Bremswiderstand und Thyristorsteller Figur 2 zeigt einen Zwischenkreisumrichter mit steuer- und löschbarem Netzstromrichter und parallelgeschaltetem Bremswiderstand.
Der in Figur 1 dargestellte Zwischenkreisumrichter enthält einen an ein Wechselstromnetz angeschlossenen Netzstromrichter 1 mit Thyristoren in Brückenschaltung, eine Zwischenkreisdrossel 2 und einen selbstgeführten Maschinenstromrichter 3 in dreiphasiger Brückenschaltung. An den Drehstromanschlüssen des Maschinenstromrichters 3 sind die drei Wicklungsstränge einer Asynchronmaschine 4 angeschlossen. Parallel zum Netzstromrichter 1 sind sowohl ein Thyristorsteller 5 als auch ein Bremswiderstand 6 geschaltet. Der Bremswiderstand 6 wird bei Netzausfall über einen Schalter 7, der beispielsweise aus einem Thyristor bestehen kann, zugeschaltet. Mit Hilfe des Thyristorstellers 5 wird der wirksame Widerstand des Bremswiderstandes 6 durch Pulsung kurzgeschlossen, so daß alle Widerstandswerte zwischen dem vollen Wert R bei gesperrtem Thyristorsteller 5 und dem Widerstandswert O bei völlig leitendem Thyristorsteller 5 eingestellt werden können. Die Pulsfrequenz des Thyristorstellers 5 ist dabei so hoch zu wählen, daß der Strom in der Zwischenkreisdrossel 2 nicht lückt und sich eine Stromschwankung von 10 ./. 20 % der Nennstromstärke einstellt. Diese Anordnung stellt sicher, daß der Widerstandswert des Bremswiderstandes 6 der Geschwindigkeit des Triebfahrzeugs angepaßt ist, wobei der Widerstand einen Höchstwert entsprechend der höchsten Gleichspannung im Bremsbetrieb aufweisen muß. Mit fallender Drehzahl muß dann der Widerstandswert proportional herabgesetzt werden, was durch entsprechende Pulsung des Thyristorstellers 5 erreicht wird.
Eine Einsparung an Halbleiterelementen läßt sich erzielen, wenn der Netzstromrichter 11 mit löschbaren Brückenzweigen entsprechend der Anordnung nach Figur 2 ausgeführt wird. Parallel zum Netzstromrichter 11 ist analog zur Anordnung nach Figur 1 die Reihenschaltung eines Bremswiderstandes 6 und eines Schalters 7 vorgesehen. Über die Zwischenkreisdrossel 2 ist der selbstgeführte Maschinenstromrichter 3 und die an ihn angeschlossene Asynchronmaschine 4 mit dem Netzstromrichter 11 verbunden. Werden bei Netzausfall die Impulse für die steuerbaren Brückenzweige T1 und T3 des Netzstromrichters 11 gesperrt und der Bremswiderstand 6 durch Schließen aes Schalters 7 bzw.
durch Impulsgabe an einen entsprechenden Thyristor zugeschaltet, so kann der Bremswiderstand 6 durch schnelles Zünden und Löschen mit den löschbaren Brückenzweigen T2 und T4 des Netzstromrichters 11 periodisch kurzgeschlossen werden. Ein zusätzlicher Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß im Fahrbetrieb der Netzstromrichter 11 als Gleichrichter mit Sektorsteuerung arbeiten kann, d.h., daß durch Zünden und Löschen der Brückenzweige T2 und T4 eine blindleitungssparende Abschnittsteuerung möglich ist. Im Wechselrichterbetrieb, d.h. bei elektrischer Netzbremsung, wird der Netzstromrichter 11 nur Uber Anschnitt gesteuert.

Claims

Patentansprüche Anordnung zur Netz- und Widerstandsbremsung einer über einen Zwischenkreisumrichter mit eingeprägtem Strom gespeisten Asynchronmaschine, gekennzeichnet durch die Parallelschaltung eines steuerbaren Netzstromrichters (1), eines in Reihe zu einem Schalter (7) liegenden Bremswiderstandes (6) und eines Thyristorstellers (5).
2. Anordnung zur Netz- und Widerstandsbremsung -einer über einen Zwischenkreisumrichter mit eingeprägtem Strom gespeisten Asynchronmaschine, gekennzeichnet durch die Parallelschaltung eines Netzstromrichters (11) in unsymmetrischer Brückenschaltung mit steuer- und löschbaren Brückenzweigen und eines in Reihe zu einem Schalter (7) liegenden Bremswiderstandes (6).
3. Verfahren zum Betrieb einer Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kriterium für die Netzrückspeisefähigkeit das Unterschreiten eines Minimalwertes oder das Überschreiten eines Maximalwertes der Netzspannung herangezogen wird.
4. Verfahren zum Betrieb einer Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Netzstromrichter (1) im Gleichrichterbetrieb mit Sektorsteuerung und im Wechselrichterbetrieb ausschließlich über Anschnittwinkelsteuerung betrieben wird.
5. Verfahren zum Betrieb einer Anordnung nach Ansspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle eines Netzausfalles die Impulse für die steuerbaren Ventil zweige (T1, T3) des Netzstromrichters (ll gesperrt werden und der Bremswiderstand (6) über die steuer- und löschbaren Ventilzweige (T2, T4) gepulst wird.