DE2754349C2 - Device for regulating several independent electrical loads of a direct current device - Google Patents
Device for regulating several independent electrical loads of a direct current deviceInfo
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Description
Bei der Erfindung wird ausgegangen von einer Einrichtung zi η Regeln mehrerer unabhängiger elektrischer Lasten einer Gleichstro^einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich » ebenso auf eine Anwendung diener Einrichtung zum Umschalten eines Motors.The invention is based on a device zi η rules several independent electrical Loads of a DC device according to the preamble of claim 1. The invention relates to " also to an application serving the facility for Switching a motor.
Mit diesem Oberbegriff nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik Bezug, wie er in der DE-OS 17 63 640 beschrieben ist. Dort ist bei einem Gleichstromantrieb für Wasserfahrzeuge für parallele Lastzweige mit thyratrongesteuerten Ankerwicklungen eine gemeinsame Löscheinrichtung vorgesehen. Die Löscheinrichtung weist ein Halbleiterthyratron mit zugehe, igem Löschthyratron, Kondensator und Widerstand auf. Unterschiedliche Fahrtstufen lassen sich durch Serie-Parallelschaltungen von Gleichspannungsquellen und Gleichstromantriebsmotoren mittels Thyratrons und Gleichrichtern einstellen. In Reihe mit den Ankerwicklungen sind überbrückbare Ankervorwiderstände vor- >° gesehen. In den einzelnen Fahrtstufen erfolgt eine Drehzahlverstellung mittels eines weiteren Gleichstromstellers, der auf die Erregerwicklungen der Motoren wirkt. Das Problem einer Rückgewinnung elektrischer Energie beim Bremsen stellt sich hier nicht.With this generic term, the invention refers to a state of the art, as it is in DE-OS 17 63 640 is described. There is a direct current drive for watercraft for parallel load branches a common quenching device is provided with thyratron-controlled armature windings. The extinguishing device has a semiconductor thyratron with zugehe, igem Quenching thyratron, capacitor and resistor on. Different speed levels can be achieved through series parallel connections of DC voltage sources and DC drive motors by means of thyratrons and Adjust rectifiers. In series with the armature windings bridgeable armature resistors are provided-> °. In the individual speed levels there is a Speed adjustment by means of another DC power controller, which is applied to the excitation windings of the Motors works. The problem of recovering electrical energy when braking does not arise here.
Eine Nutzbrems-Steueranordnung mit einem gemeinsamen Thyristor-Zerhacker und zwei nachgeschalteten Thyristoren ist durch die DE-OS 24 03 926 bekannt. Während des Bremsens werden Motore als Generatoren verwendet. Während der Einschaltzeit von Thyristören und Zerhacker fließt durch mit Induktionsspulen hintereinandergeschalteten Feld- und Ankerwicklungen der Motore ein Strom, der in den Spulen ein elektrisches Feld aufbaut. Beim Unterbrechen dieses Stromes entsteht eine hohe Induktionsspannung und ein b) Induktionsstrom, der über eine Diode in ein zu speisendes Netz abgegeben werden kann.A regenerative brake control arrangement with a common thyristor chopper and two downstream thyristors is known from DE-OS 24 03 926. Motors are used as generators during braking. When the thyristors and chopper are switched on, a current flows through the field and armature windings of the motors connected in series with induction coils, which builds up an electric field in the coils. When this current is interrupted, a high induction voltage and an b) induction current are created, which can be fed into a network to be fed via a diode.
Aufgabe der Erfindung ist es, die elektrischen Parameter einer Gteichstromeinrichtung der eingangs genannten Art besser den Erfordernissen des Fahr- und Bremsbetriebes anzupassen.The object of the invention is to determine the electrical parameters of a DC device of the initially named type better to adapt to the requirements of driving and braking.
Die Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs I gelöst Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.The task is carried out in connection with the features of the generic term according to the characterizing part of the Claim I solved Developments of the invention are described in the subclaims.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß jeder Parameter unabhängig von anderen sehr freizügig auf optimale Werte einstellbar ist Es können gleHistrukturierte Ventile und gemeinsame Schaltungsteile verwendet werden. Für die Erregerwicklung des Motors ist keine separate Spannungsquelle erforderlich.An advantage of the invention is that each parameter is very freely independent of others optimal values can be set. It can be equally structured Valves and common circuit parts are used. For the excitation winding of the motor is no separate voltage source required.
Der Aufbau des elektrischen Feldes für den Bremsbetrieb ist stark erleichtertThe build-up of the electric field for braking operation is greatly facilitated
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigtThe invention is described below using an exemplary embodiment. It shows
F i g. 1 das Prinzipschema einer erfindungsgemäßen Schaltung,F i g. 1 the basic diagram of a circuit according to the invention,
F i g. 2 ein repräsentatives Schaubild der Ströme in den in F i g. 1 gezeigten verschiedenen Schaltungselementen, F i g. FIG. 2 is a representative graph of the currents in the FIG. 1 various circuit elements shown,
Fig.3a eine erfindungsgemäße Schaltung, mit welcher das Umschalten auf verschiedene Funktionsphasen möglich ist: Traktion, Nutzbremsung, Widerstandsbremsung, 3a shows a circuit according to the invention with which switching to different functional phases is possible: traction, regenerative braking, resistance braking,
F i g. 3b eine Darstellung jener Elemente gemäß F i g. 3a, die während der Traktionspte.se aktiv sind, undF i g. 3b shows a representation of those elements according to FIG. 3a, which are active during the Traktionspte.se, and
Fig.3c eine Darstellung jener Elemente gemäß F i g. 3a. die während der Bremsphase aktiv sind.3c shows a representation of those elements according to F i g. 3a. which are active during the braking phase.
In F i g. 1 versorgt ein Anschlußnetz mit der Gleichspannung f7die Lasten 1,2... n. Mit je einer Last ist ein Thyristor Th 1, Th 2... Thn in Reihe geschaltetIn Fig. 1 supplies a connection network with the direct voltage f7 the loads 1, 2 ... n. A thyristor Th 1, Th 2 ... Thn is connected in series with one load each
Ein einziger mit Thyristoren bestückter Unterbrecher H ist in Reihe geschaltet zwischen einem der Pole des Anschlußnetzes und dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Thyristoren 77» 1. Th 2... Thn. A single interrupter H equipped with thyristors is connected in series between one of the poles of the connection network and the common connection point of the thyristors 77 »1. Th 2 ... Thn.
Der thyristorenversehene Unterbrecher H kann beliebig leitend gemacht oder gesperrt werden.The interrupter H provided with a thyristor can be made conductive or blocked as desired.
Das Löschen der Thyristorer, Th 1, Th2... Thn wird durch Abklingen des sie durchfließenden Stromes erzielt, wenn der Unterbrecher H öffnet. Die natürliche Löschung der Thyristoren Th i. Th2... Thn durch Fehlen von Strom erlaubt es in der Regel, sogenannte »langsame« Thyristoren zu verwenden, im Gegensatz zur erzwungenen Löschung, welche »schnelle« Thyristoren bedingt. Die langsamen Thyristoren sind billiger und vertragen höhere Spannungen als die schnellen Thyristoren.The thyristors, Th 1, Th2 ... Thn are deleted when the current flowing through them decays when the interrupter H opens. The natural extinction of the thyristors Th i. Th2 ... Thn, due to the lack of current, generally allows the use of so-called "slow" thyristors, in contrast to the forced quenching which requires "fast" thyristors. The slow thyristors are cheaper and can withstand higher voltages than the fast thyristors.
Anhand des Diagrammes in Fig. 2 wird die Funktionsweise der Einrichtung erläutert. Die Aufeinanderfolge der Zustände der einzelnen Γιηπι htungselemente ist in Funktion der Zeit dargestellt. Das Niveau 0 bedeutet Sperrung (nicht leitend), das Niveau 1 Leitung des Elementes.The mode of operation of the device is explained with the aid of the diagram in FIG. The succession the states of the individual Γιηπι htungselemente is shown as a function of time. Level 0 means blocking (non-conductive), level 1 means line of the element.
Es wird die Annahme getroffen, daß vor dem Zeitpunkt f0 der Unterbrecher H blockiert ist. Die Thyristoren Th 1, Th2 ... Thn sind demnach zwangsläufig gelöscht, weil kein Strom fließt.It is assumed that the interrupter H is blocked before the point in time f 0. The thyristors Th 1, Th2 ... Thn are therefore inevitably extinguished because no current flows.
Im Zeitpunkt fo wird der Unterbrecher H leitend gemacht. Von diesem Augenblick an ist es möglich, zu einem gewünsQhten Zeitpunkt und völlig unabhängig voneinander die Thyristoren Th 1, Th2... Thn leitend zu machen. Sollen eine oder mehrere Lasten nicht angespeist werden, so müssen die entsprechenden Thyristoren nichtleitend gemacht werden.At the time fo, the interrupter H is made conductive. From this moment on it is possible to make the thyristors Th 1, Th2 ... Thn conductive at a desired point in time and completely independently of one another. If one or more loads are not to be fed, the corresponding thyristors must be made non-conductive.
Im gezeigten Beispiel gemäß Fig. 2 wird der Thyristor Th 1 zum Zeitpunkt u leitend, der ThyristorIn the example shown in FIG. 2, the thyristor Th 1 becomes conductive at time u , the thyristor
77i2 zum Zeitpunkt te, ... der Thyristor 77»/? zum Zeitpunkt t* Infolgedessen liegt die Speisespannung U ab dem Zeitpunkt t\ an den Klemmen der Last t an, an den Klemmen der Last 2 vom Zeitpunkt h an,... an den Klemmen der Last η vom Zeitpunkt tn an.77i2 at time te, ... the thyristor 77 »/? at time t * As a result, the supply voltage U is applied from time t \ to the terminals of load t, to the terminals of load 2 from time h , ... to the terminals of load η from time t n .
Im Zeitpunkt t} wird der Unterbreche! H blockiert, wodurch mangels Strom ebenfalls die Thyristoren 77? 1, ThI... Thn nicht leitend werden. Die Lasten 1, 2... η werden demnach vom Zeitpunkt h an nicht mehr angespeistAt time t} the interrupt! H blocked, whereby the thyristors 77? 1, ThI ... Thn not become conductive. The loads 1, 2 ... η are therefore no longer fed in from time h
Im Zeitpunkt U, wird der Unterbrecher H erneut leitend gemacht, womit ein neuer Zyklus beginnt, analog jenem zwischen Ib und U- At the time U, the interrupter H is made conductive again, with which a new cycle begins, analogous to that between Ib and U-
Beispielsweise beträgt der Mittelwert des zwischen den Zeitpunkten fo und U an die Klemmen einer Last η angelegten Spannung:For example, the mean value of the voltage applied to the terminals of a load η between the times fo and U is:
u = ί/x- u = ί / x-
- ta - ta
Die Zeitpunkte ίο. h und U sind nur von der Wirkungsweise des Unterbrechers H abhängig. Die Spannung U ist vom Gleichstromnetz her gegeben. Infolgedessen ist der Mittelwert der an den klemmen der Last π angelegten Spannung nur vom Zündzeitpunkt t„ des Thyristors Thn abhängig. Da dieser Zeitpunkt für jede Last unabhängig gesteuert werden kann, kann somit für jede einzelne Last ihre mittlere Klemmenspannung geregelt werden.The times ίο. h and U are only dependent on the mode of operation of the interrupter H. The voltage U is given by the direct current network. As a result, the mean value of the voltage applied to the terminals of the load π is only dependent on the ignition time t "of the thyristor Thn. Since this point in time can be controlled independently for each load, its mean terminal voltage can be regulated for each individual load.
Der zwischen den Zeitpunkten fo und t} von der Einrichtung durchlaufene Zyklus kann auf irgendeine Art wiederholt werden (mit konstanter Frequenz von z.B. einigen 100Hz, mit variabler Frequenz, stochastisch, usw.). Die einzige zu beachtende Bedingung ist, daß das Zeitintervall (U-13) genügend groß gewählt wird, damit die Thyristoren 77? 1, Th 2 bis Thn ihr Sperrvermögen erreichen.The cycle run through by the device between the times fo and t } can be repeated in any way (with a constant frequency of, for example, a few 100 Hz, with a variable frequency, stochastic, etc.). The only condition to be observed is that the time interval (U-13) is chosen to be sufficiently large so that the thyristors 77? 1, Th 2 to Thn achieve their blocking capacity.
Dieses Verfahren zum Steuern von unabhängigen elektrischen Größen ist besonders anwendbar bei der Koppelung von Widerstands- und Nutzbremsung bei einem Fahrzeug im Gleichstromfahrbetrieb.This method of controlling independent electrical quantities is particularly applicable to Coupling of resistance and regenerative braking in a vehicle in direct current operation.
F i g. 3a zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur statischen Umschaltung der verschiedenen Funktionsphasen eines Motors: Traktion, Widerstandsbremsen, Nutzbremsen. F i g. 3a shows an embodiment of a device for static switchover of the various Functional phases of an engine: traction, dynamic braking, regenerative braking.
In dieser Schaltung ist mit M der Läufer eines Traktionsmotors bezeichnet, der vom Strom j durchflossen ist.In this r circuit, M denotes the rotor of a traction motor through which current j flows.
R ist der Widerstand für die Widerstandsbremsung; er ist so dimensioniert, daß die bei der Bremsung anfallende Energie in Wärme umgewandelt wird. R is the resistance for dynamic braking; it is dimensioned so that the energy generated during braking is converted into heat.
/ bezeichnet eine Erregerwicklung eines Traktionsmotors. / denotes an excitation winding of a traction motor.
D1 ist eine Ft eilaufdiode der Erregerspule, D 1 is a fast-running diode of the excitation coil,
D 2 ist eine Freilaufdiode des Läufers, D 2 is a free-wheeling diode of the rotor,
H ein Unterbrecher mit Thyristor. H a breaker with a thyristor.
D3 eine während der Bremsphase leitend werdende Diode, D 3 a diode that becomes conductive during the braking phase,
D 4 eine Diode, die verhindert, daß die Speisespannung U während den Bremsphasen am Motor Manliegt, D 4 a diode that prevents the supply voltage U from being applied to the motor Man during the braking phases,
Z. und C bilden ein Sperrfilter zur Entkopplung von Wechselstrom im Speisenetz und in elektrischen Schaltkreisen des Fahrzeugs,Z. and C form a blocking filter for decoupling alternating current in the supply network and in the electrical circuits of the vehicle,
77? \ ist ein Thyristor, mit dem der mittlere Strom77? \ is a thyristor with which the mean current
im Widerstand R gesteuert wird. Th 2 ein Thyristor, mit dem der mittlere Strom / iais controlled in resistor R. Th 2 a thyristor with which the mean current / ia
der Erregerspule gesteuert wird; dieser Strom • bestimmt die EMK des Motors, wenn er alsthe excitation coil is controlled; this current • determines the EMF of the motor when it is used as
Generator läuft, also den Strom7, 77? 3 ein Thyristor parallel zur Läuferwicklung M, Th 4 ein Thyristor parallel zur Diode D4 und 77? 5 ein Thyristor, mit dem der Ankerstrom j Generator is running, so the Strom7, 77? 3 a thyristor parallel to the rotor winding M, Th 4 a thyristor parallel to the diode D4 and 77? 5 a thyristor with which the armature current j
gesteuert wird.is controlled.
Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise ist die Einrichtung in zwei Schemata aufgeteilt.For a better understanding of how it works, the facility is divided into two diagrams.
Fig.3b zeigt die Konfiguration Traktion. Nur die während dieser Thase aktiven Elemente sind dargestellt. Der Thyristor 77>4 ist kontinuierlich leitend.Fig.3b shows the traction configuration. Just that Elements active during this thase are shown. The thyristor 77> 4 is continuously conductive.
Der Feldstrom / wird mit dem Thyristor 77? 2, der Ankerstrom j mit dem Thyristor ThS gesteuert Es muß demnach keine Vorrichtung zur Feldschwächung vorgesehen werden.The field current / is with the thyristor 77? 2, the armature current j is controlled with the thyristor ThS. Accordingly, no device for field weakening has to be provided.
Fig.3c zeigt die Konfiguration Bremsung. Nur die während dieser Phase aktiven Elemente imd dargestellt Die Diode D 3 übt keinen Einfluß auf die Funktionsweise aus.Fig.3c shows the braking configuration. Only the elements that are active during this phase are shown. The diode D 3 has no influence on the mode of operation.
Der Thyristor 77? 3 wird notwendig, wenn die Erreget wicklung im Nebenschluß liegt. Erbewirkt einen Kurzschluß, welcher eine Energiespeicherung in der Läuferinduktanz ermöglicht. Nach erfolgter Abschaltung durch den Unterbrecher H wird diese Energie an das Netz zurückgegeben.The thyristor 77? 3 is necessary when the excitation development is in the shunt. It causes a short circuit which enables energy to be stored in the rotor inductance. After disconnection by the interrupter H , this energy is returned to the network.
Die notwendige Vormagnetisierung zum Umschalten des Motors M auf Generatorbetrieb beim Bremsen wird dadurch erzielt, daß der Thyristor 77? 4, der Thyristor Th 2 und der Unterbrecher H leitend werden, und zwar während einer Zeitspanne, die benötigt wird, damit sich in der Erregerwicklung ein vom Netz herrührender, genügend großer Strom /aufbauen kann.The necessary premagnetization for switching the motor M to generator operation during braking is achieved in that the thyristor 77? 4, the thyristor Th 2 and the interrupter H become conductive, namely during a period of time that is required so that a sufficiently large current / can build up in the excitation winding from the mains.
Zur Vormagnetisierung sind somit kein separates Versorgungsnetz und keine zusätzlichen Elemente erforderlich.There is therefore no separate supply network and no additional elements for the premagnetization necessary.
Zusammengefaßt sind die Vorteile der Schaltungsanordnung: In summary, the advantages of the circuit arrangement are:
Umschaltung Traktion-Bremsung erfolgt einfach und mit nur wenigen Elementen
Stufenloses Schalten von Bremswiderständen und Nutzbremsen, wobei die höchstmögliche Leistung
ans Netz abgegeben wird
Einfache Vorerregung ohne Hilfsstromquelle Feldschwächung ohne besondere hierfür vorgesehene
Vorrichtung.Switching between traction and braking takes place easily and with just a few elements
Simple pre-excitation without an auxiliary power source. Field weakening without a special device provided for this purpose.
Die Erfindung ist besonders geeignet bei einem Moto.. der über einen Gleichstromregler gesteuertThe invention is particularly suitable for a motor that is controlled via a direct current regulator
wird, wobei letzterer einen Hauptthyristor und einen Löschkreis mit Thyristor aufweist. Der Reeler übernimmt in diesem Fall die Funktion des Unterbrechers H. Ein AusführungsLeispiel eines derartigen Reglers ist in der französischer, Patentanmeldung 76/34 263 beschrie·is, the latter having a main thyristor and a quenching circuit with thyristor. In this case the reeler takes over the function of the interrupter H. An exemplary embodiment of such a controller is described in the French patent application 76/34 263.
ben.ben.
Es versteht sich, daß die Zündschaltkreise der verschiedenen Thyristoren als bekannt vorausgesetzt werden und deshalb nicht dargestellt und beschrieben worden sind.It is understood that the ignition circuits of the various thyristors are assumed to be known and have therefore not been shown and described.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
Claims (3)
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