DE2800928B2

DE2800928B2 - Schaltungsanordnung für den Fahrbetrieb sowie für den Nutz- und Widerstandsbremsbetrieb einer aus einem Gleichspannungsnetz gespeisten Wechselstrommaschine

Info

Publication number: DE2800928B2
Application number: DE19782800928
Authority: DE
Inventors: Volker Dipl.-Ing. 8500 Nürnberg Fleckenstein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-01-10
Filing date: 1978-01-10
Publication date: 1981-05-14
Also published as: DE2800928C3; JPS54101122A; DE2800928A1

Description

— die Wechselstrommaschine ist über einen im Fahrbetrieb als Wechselrichter und im Bremsbetrieb als Gleichrichter arbeitenden Stromrichter an einen Gleichspannungs-Zwischenkreis mit einem an der Zwischenkreisspannung liegenden Zwischenkreiskondensator angeschlossen;

— der Gleichspannungs-Zwischenkreis ist an das speisende Gleichspannungsnetz über einen Zweiquadranten-Gleichspannungssteller und eine Eingangsdrosselspule angeschlossen;

— der Zweiquadrantensteller umfaßt eine an der Zwischenkreisspannung liegende Reihenschaltung aus einem ersten und einem zweiten Schalter mit jeweils parallel liegenden und in Sperrichtung zur Zwischenkreisspannung gepolten Freilaufventilen, wobei der zweite Schalter zwischen den beiden netzseitigen Anschlußklemmen des Zweiquadrantenstellers liegt;

— im Fahrbetrieb ist der zweite Schalter und im Bremsbetrieb der erste Schalter periodisch schließbar, wobei das Impuls-Pausen-Verhältnis jeweils zur Steuerung des Fahr- bzw. Bremsstromes einstellbar ist;

— für den Widerstandsbremsbetrieb ist netzseitig ein über einen Bremsschalter zuschaltbarer Bremswiderstand vorgesehen;

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

— der Bremsschalter (S3) ist mit dem zweiten Schalter (S 2) in Reihe geschaltet, und der Bremswiderstand (R) liegt parallel zum zweiten Schalter (52);

— im Fahrbetrieb wird der Bremsschalter (S3) stets gleichzeitig mit dem zweiten Schalter (S2) geschaltet;

— im Bremsbetrieb wird der Bremsschalter (S3) mit zur Steuerung des Widerstandsbremsstromes veränderbarer Phasenverschiebung gegenüber dem ersten Schalter (Si) geschlossen und gleichzeitig mit diesem geöffnet.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Schalter (Vl) eine Serienschaltung parallel geschaltet ist, die aus dem Bremswiderstand (R) und einer Drosselspule (L 3) besteht (F i g. 6,12 und 13).

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste und der zweite Schalter als steuerbare Ventile ausgebildet sind und wobei diesen Ventilen eine gemeinsame Kommutierungseinrichtung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Bremsschalter (V3) ebenfalls ein steuerbares Ventil vorgesehen ist (F i g. 6,12 und 13).

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem als Bremsschalter (V3) vorgesehenen Ventil ein ungesteuertes Ventil (D 3) gegenparallel geschaltec ist (F ig. 12 und 13).

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für den Fahrbetrieb sowie für den Nutz- und Widerstandsbremsbetrieb einer aus einem Gleichspannungsnetz gespeisten Wechselstrommaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Schaltungsanordnung ist aus der Zeitschrift »Elektrische Bahnen« 48 (1977), Heft 10, Seiten 249 bis 254, insbesondere Bild 4 und 6, bekannt. Die bekannte Schaltungsanordnung ist speziell als Antriebsund Bremsschaltung für eine Lokomotive vorgesehen, die aus einem Gleichspannungs-iFahrleitungsnetz gespeist isL Die Netzspannung wird dabei über eine Eingangsdrosselspule den beiden netzseitigen Anschlußklemmen eines Gleichspannungsstellers zugeführt, der mit seinen beiden maschinenseitigen Anschlußklemmen an einen Gleichspannungs-Zwischenkreis angeschlossen ist. Der Gleichspannungssteller ist ein Zweiquadrantensteller, d. h. er Ist imstande, entsprechend dem Fahr- und Bremsbetrieb bei gleicher Spannungspolarität Energie in beiden Energierichtungen weiterzuleiten. Der Gleichspannungssteller besteht im Prinzip aus einem ersten und eimern zweiten Schalter, wobei jedem dieser Schalter ein ungesteuertes Freilaufventil direkt parallel geschaltet ist Die beiden Schalter sind direkt miteinander in Reihe geschaltet. Die erwähnten maschinenseitigen Anschlußklemmen des Gleichspannungstellers werden durch die beiden äußeren Anschlüsse der Reihenschaltung der Schalter gebildet, und die beiden netzseitigen Anschlußklemmen werden durch die beiden Anschlüsse des zweiten Schalters gebildet. Dabei hat die zwischen den beiden Schaltern liegende netzseitige Anschlußklemme die positive und die andere netzseitige Anschlußklemme die negative Polarität. Bei der praktischen Realisierung werden als erster und zweiter Schalter kontaktlose elektronische Leistungsschalter eingesetzt, die aus Thyristoren und Kommutierungseinrichtungen aufgebaut sind. Dabei kann für beide Leistungsschalter eine gemeinsame Kommutierungseinrichtung vorgesehen sein. Im Gleichspannungs-Zwischenkreis, dessen Zwischenkreisspannung konstant gehalten wird, liegt ein Zwischenkreiskondensator von vorgegebener Kapazität. Die Zwischenkreisspannung ist sowohl im Fahr- als auch im Bremsbetrieb größer als die Netzspannung. An den Gleichspannungs-Zwischenkreis ist ein Stromrichter angeschlossen, der als Pulswechselrichter ausgebildet ist und in beiden Energierichtungen arbeiten kann. Der wechselspannungsseitige Ausgang des Stromrichters ist über eine Sammelschiene mit einer Anzahl von Drehstrom-Asynchronmaschinen verbunden, die als Fahrmotoren für die Lokomotive dienen. An den netzseitigen Anschlußklemmen des Zweiquadranten-Gleichspannungsstellers liegt noch eine Reihenschaltung, die aus einem Bremswiderstand und einem als Schaltschütz ausgebildeten Bremsschalter besteht.

Es wurde bereits erwähnt, daß bei der bekannten Schaltungsanordnung die Zwischenkreisspannung konstant gehalten ist. Diese Spannungskonstanz wird mit Hilfe eines Spannungsreglers erreicht, der auf den Gleichspannungssteller einwirkt. Blei einem schwachen Netz — nicht nur bei der Fahrleitung eines Traktionsantriebes, sondern z. B. auch bei einer langen Stichleitung - muß nämlich mit starken Schwankungen der Netzspannung gerechnet werden. Diese Netzspannungsschwankungen können ±20% der Netzspannung und mehr betragen. Von einem Stromrichter wird im allgemeinen verlangt, daß seine volle Kommutierfähigkeit auch bei der minimal auftretenden Eingangsspannung erhalten bleibt. Diese Forderung führt dazu, daß der Kommutierungskreio des Stromrichters für diese

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minimal auftretende Eingangsspannung auszulegen ist. Für die Belastung der einzelnen Bauteile des Stromrichters hinsichtlich Spannung und Strom ist jedoch die höchst auftretende Eingangsspannung maßgebend. Die Dimensionierung der Bauteile des Stromrichters muß ' sich demnach hieran orientieren. Gegenüber einer Auslegung für konstante Eingangsspannung ist demnach ein merklicher Mehraufwand im Stromrichter erforderlich. Um nun den Stromrichter optimal dimensionieren zu können, wird nicht die schwankende i< > Netzspannung direkt als Eingangsspannung des Stromrichters verwendet; vielmehr werden durch den vorgeschalteten Gleichspannungssteller die Netzspannungsschwankungen ausgeregelt, d. h. es wird die am Eingang des Stromrichters liegende Zwischenkreisspan- ι '■ nung konstant gehalten.

Im Bremsbetrieb der Schaltungsanordnung soll die in der Wechselstrommaschine generatorisch erzeugte Energie möglichst verlustlos über den Gleichspannungssteller in das Gleichspannungsnetz zuAickgeiiefert -''> werden (Netz- oder Nutzbremsbetrieb). Bei konstanter Zwischenkreisspannung bedeutet dies, daß der Gleichspannugnssteller bei ein und derselben Spannungsrichtung Strom in beiden Stromrichtungen führen können muß. Dies ist bei dem Gleichspannungssteller der ?"> bekannten Schaltungsanordnung gewährleistet.

Die bekannte Schaltungsanordnung ermöglicht nicht nur Nutzbremsbeirieb, sondern auch Widerstandsbremsbetrieb. Hierzu sind der erwähnte Bremswiderstand und der erwähnte Bremsschalter vorgesehen. ^i(l Nicht nur bei der bekannten Antriebsschaltung, sondern auch bei anderen Anwendungsfäüen (z. B. Hebezeuge) muß aus Sicherheitsgründen außer der Netzbremse eine Widerstandsbremse vorhanden sein. Diese muß in der Lage sein, die Bremsenergie bei Ausfall des Netzes oder ) > dann, wenn das Netz nicht energieaufnahmefähig ist, in Wärme umzuwandeln. Bei der bekannten Schaltungsanordnung wird bei Ausfall des Gleichspannungsnetzes oder dann, wenn dieses Gleichspannungsnetz nicht energieaufnahmefähig ist, über den als Schallschütz ⁴» ausgebildeten Bremsschalter der Bremswiderstand über die netzseitigen Anschlußklemmen des Gleichspannungsstellers geschaltet.

Der Bremswiderstand kann beim Widerstandsbremsen auch in mehreren Stufen durch Schaltschütze ■'■"> einschaltbar sein (Elektrische Bahnen 48 (1977), Heft 4, Seiten 95 bis 103, insbesondere Bild 5), um mehrere Bremsleistungsstufen zu ermöglichen. Nachteilig ist aber bei einer Schaltungsanordnung mit Einschaltung von Bremswiderständen über Schaltschütze, daß dann, w wenn im Widerstandsbremsbetrieb das Gleichspannungsnetz abgeschaltet wird, nur mit einigen wenigen Leistungsstufen gebremst werden kann; bleibt das Gleichspannungsnetz jedoch zugeschalte;., wird in vielen Betriebspunkten auch im Bremsbe'rieb dem « Gleichspannungsnetz Energie entnommen.

Bei einem Antrieb, bei dem ein möglichst guter Gesamtwirkungsgrad durch weitgehende Rückspeisung der Bremsenergie in das Gleichspannungsnetz erreicht werden muß, insbesondere bei einem für den Nahver- «> kehr vorgesehenen Triebfahrzeug, sollte eine gemischte Nutz-Widerstandsbremse verwendet werden. Denn auch bei nur teilweise energieaufnahmefähigem Gleichspannungsnetz soll möglichst viel Bremsenergie in das Gleichspannungsnetz geliefert werden, und nur die Bremsenenergie, die das Gleichspannungsnetz nicht aufnehmen kann, soll im Bremswiderstand in Wärme umgesetzt werden. Ein solcher gemischter Nutz-Widerstandsbremsbetrieb ist bereits bei Gleichstromtriebfahrzeugen, die mit Gleichstromtellern arbeiten, bekannt, vgl. Zeitschrift »Eiektrische Bahnen« 44 (1973), Heft 8, Seiten 170 bis 174. Bei den bisher bekannten Schaltungsanordnungen der eingangs genannten Art wird dagegen auf eine gemischte Nutz-Widerstandsbremse verzichtet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Schaltungsanordnung so auszugestalten, daß mit ihr neben dem reinen Nutz- und dem reinen Widerstandsbremsbetrieb bei geringem Aufwand auch ein gemischter Nutz-Widerstandsbremsbetrieb durchgeführt werden kann.

Diese Aulgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Gegenüber der bekannten Schaltungsanordnung sind also vorliegend Bremsschalter und Bremswiderstand an anderer Stelle angeordnet. Diese beiden Bauglieder können in den im wesentlichen unverändert beibehaltenen Zweiquadrantensteller integriert werden. Gegenüber der bekannten Schaltungsanordnung ergib! sich nur eine geringfügige Veränderung des Zweiquadrantenstellers und eine einfache Erweiterung des Aufwandes für die Steuerung.

Eine Vermeidung von Stromspitzen in den einzelnen Bauteilen, insbesondere im ersten Schalter und im Bremsschalter, läßt sich durch Hinzufügung einer Drosselspule gemäß der Ausgestaltung nach Anspruch 2 erreichen.

Der erste und der zweite Schalter können in der technischen Realisierung — wie bei der bekannten Schaltungsanordnung — als steuerbare Ventile ausgebildet sein; dabei kann auch vorwiegend diesen Ventilen eine gemeinsame Kommutierungseinrichtung zugeordnet sein. In diesem Fall ist es zweckmäßig, als Bremsschalter ebenfalls ein steuerbares Ventil, insbesondere einen Thyristor, vorzusehen. Die ohnehin vorhandene Kommutierungseinrichtung kann dann auch zur Löschung dieses steuerbaren Ventils herangezogen werden. Ein dem Verschleiß unterliegendes Schaltschütz wird somit nicht benötigt.

Um das als Bremsschalter verwendete Ventil strommäßig zu entlasten, kann weiterhin zweckmäßigerweise dem als Bremsschalter vorgesehenen Ventil ein ungeste'iertes Ventil gegenparallel geschaltet sein. Auf diese Weise erhält der Bremswiderstandskreis seinen eigenen Freilaufkreis.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von 13 Figuren näher erläutert. Es ze-gt

F i g. 1 eine Schaltungsanordnung für den Fahrbetrieb sowie für den Nutz- und Widerstandsbremsbetrieb einer Wechselstrommaschine mit erfindungsgemäßer Anordnung von Bremswiderstand und Bremsschalter,

F i g. 2 bis 5 Einschaltzeitpunkte und Spannungsverläufe der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 im Bremsbetrieb,

F i g. 2 den zeitlichen Verlauf der Spannung zwischen den Punkten A, C der Schaltungsanordnung nach Fig. 1,

F i g. 3 den zeitlichen Verlauf der Ein- und Ausschaltzustände des ersten Schalters,

F i g. 4 den zeitlichen Verlauf der Spannung zwischen den Punkten B, C der Schaltungsanordnung nach F i g. 1,

F i g. 5 den zeitlichen Verlauf der Ein- und Ausschaltzu„tände des Bremsschalters,

F i g. 6 eine Schaltungsanordnung entsprechend Fig. 1, bei der als Schalter elektronische Ventile verwendet werden,

F i g. 7 bis 11 Einschaltzeitpunkte, Strom- und Spannungsverläufe der Schaltungsanordnung nach Fig. 6.

Fig. 12 eine weitere Schaltungsanordnung entsprechend Fig. 1, bei der als Schalter ebenfalls elektronische Ventile verwendet werden, und

Fig. 13 eine weitere Schaltungsanordnung entsprechend Fig. 1, die ebenfalls mit elektronischen Ventilen ausgerüstet ist.

In Fig. 1 ist eine Schaltungsanordnung für den Fahrbetrieb, den reinen Nutzbremsbetrieb, den reinen Widerstandsbremsbetrieb sowie für den gemischten Nutz- und Widerstandsbremsbetrieb zweier dreiphasiger Wechselstrommaschinen Mi, M2 dargestellt. Bei den Wechselstrommaschinen Mi, M2 kann es sich insbesondere um die Fahrmotoren eines elektrischen Triebfahrzeugs, aber auch um die Antriebsmotoren eines anderen Antriebsystems handeln. Die Wechselstrommaschinen Mi, M2, die gelegentlich auch generatorisch arbeiten, sind über eine dreiphasige Sammelschiene P an den wechselspannungsseitigen Ausgang eines Stromrichters W angeschlossen. Dieser arbeitet im Fahrbetrieb als Wechselrichter, insbesondere als Pulswechselrichter; er gibt dann ein Drehspannungssystem von einstellbarer Frequenz und Spannung an die Wechselstrommaschinen Mi, M2 ab. Der gleichspannungsseitige Ausgang des Stromrichters W ist mit einem Gleichspannungs-Zwischenkreis Z verbunden, der als Sammelschiene für mehrere Stromrichter ausgebildet sein kann. Die am Gleichspannungs-Zwischenkreis Z anliegende Zwischenkreisspannung Ewird bei jeder Betriebsart über einen (nicht gezeigten) Spannungsregler konstant gehalten. Ein Zwischenkreiskondensator K sorgt für die Glättung der Zwischenkreisspannung E

An den Gleichspannungs-Zwischenkreis Z ist ein Spannungsstellglied in Form eines Zweiquadranten-Gleichspannungsstellers G mit seinen maschinenseitigen Anschlußklemmen X, Y angeschlossen. Der Zweiquadranten-Gleichspannungssteiler G hat einen speziellen Aufbau, der später genauer erläutert wird. Diesem Gieichspannungssteiier G ist eine Baugruppe T zugeordnet, mit deren Hilfe auch der gemischte Nutz- und Widerstandsbremsbetrieb ermöglicht wird. Die positive netzseitige Anschlußklemme A des Gleichspannungsstellers Gist über eine Eingangsdrosselspule L mit der positiven Anschlußklemme Ei eines Gleichspannungsnetzes N verbunden. Die andere netzseitige Anschlußklemme C ist dagegen direkt an die negative Anschlußklemme E2 des Gleichspannungsnetzes N angeschlossen. Bei dem Gleichspannungsnetz N kann es sich um ein Fahrleitungsnetz oder um die Ausgänge eines Gleichrichters handeln, der aus einem Wechselspannungsnetz gespeist ist. Es wird davon ausgegangen, daß die Netzspannung Un des Gleichspannungsnetzes N schwanken kann.

Im folgenden werden der Zweiquadranten-Gleichspannungssteller G und die Baugruppe T näher betrachtet. Die dargestellte Zuordnung der einzelnen Bauelemente in den Baugliedern G, T ist für die Funktion der Schaltungsanordnung von erheblicher Bedeutung.

Der Zweiquadrantensteller G umfaßt die Reihenschaltung aus einem ersten und einem zweiten Schalter 51 bzw. 5 2. Zwischen diesen liegt ein Bremsschalter 53. In der Verbindung der beiden Schalter 51.53 liegt die positive netzseitige Anschlußklemme A Dem ersten Schalter 51 ist ein erstes Freilaufventil Di direkt parallel geschaltet. Die beiden äußeren Anschlußpunkte der Reihenschaltung 52, S3 bilden die beiden netzseitigen Anschlußklemmen A und C. Zwischen den Verbindungspunkt ßder beiden Schalter S2, S3 und die negative netzseitige Anschlußklemme C ist ein Bremswiderstand R geschaltet. Parallel zur Reihenschaltung der beiden Schalter S2, S3 liegt ein zweites Freilaufventil D 2. Somit liegen die beiden Freilaufventile Dl, D2 ersichtlich in gleicher Polungsrichtung in Reihe zwischen den beiden maschinenseitigen Anschlußklemmen X und Y. Ersichtlich liegen auch alle drei Schalter Sl. S2, S3 in Reihe zwischen diesen beiden Anschlußklemmen X und Y. Die Baugruppe T wird durch den Bremsschalter S3 und den Bremswiderstand R gebildet.

Die dargestellte Schaltungsanordnung wird so betrieben, daß die Zwischenkreisspannung £ stets größer als die Netzspannung L//vist.

Zur Funktionsweise der Schaltungsanordnung ist " folgendes zu sagen:

1. Fahrbetrieb

Der erste Schalter Sl ist geöffnet. Die beiden Schalter S2, S3 werden gemeinsam abwechselnd ." geöffnet und geschlossen, wodurch der aus dem Gleichspannungsnetz N (mit anderer Richtung als in F i g. I dargestellt) fließende Netzstrom Im abwechselnd absinkt bzw. ansteigt. Über das Taktverhältnis der beiden Schalter S2, S3 läßt sich die Höhe der Zwischenkreisspannung Ebeeinflussen.

2. Bremsbetrieb
a) Reiner Nutzbremsbetrieb

Die beiden Wechselstrommaschinen Mi, M2 arbeiten generatorisch. Ihre Energie wird Ober den nunmehr als Gleichrichter betriebenen Stromrichter IV in den Gleichspannungs-Zwischenkreis Z zurückgespeist. Der Bremsschalter S3 und der zweite Schalter S2 sind

■;<! dauernd geöffnet. Der Zweiquadranten-Gleichspannungssteller G funktioniert in bekannter Weise: Der erste Schalter S! wird periodisch geöffnet und geschlossen, d. h. getaktet. Der Gleichspannungs-Zwischenkreis K gibt dabei rythmisch Energie an das

i< Gleichspannungsnetz N ab. Auch im Bremsbetrieb steuert der (nicht gezeigte) Spannungsregler den ersten Schalter Sl so, daß im Spannungs-Zwischenkreis die vorgegebene Zwischenkreisspannung E nicht überschritten wird.

b) Reiner Widerstandsbremsbetrieb

Der Schalter S 2 ist dauernd geöffnet. Die beiden Schalter S t und S3 werden beide getaktet. Das ist aus den F i g. 3 bzw. 5 ersichtlich, wo mit 1 der Einschalt- und

« mit O der Ausschaitzustand der Schalter Sl bzw. 53 bezeichnet ist In Fig.2 ist der sich ergebende Zeitverlauf der Spannung Uac dargestellt Mit ρ 1 ist jeweils die Einschaltzeit des ersten Schalters 51 bezeichnet. Durch gemeinsames Einschalten der beiden

w Schalter Sl und 53 während gewisser Zeiten ρ 3 am Ende der Einschaltzeit ρ 1 des ersten Schalters S1 wird der Bremswiderstand R rhythmisch parallel zum Gleichspannungs-Zwischenkreis Z geschaltet vgL Fig.5. Da kein Netzstrom Avin das Gleichspannungsnetz N fließen soll, muß der Mittelwert der Spannung Mac gleich der Netzspannung Un sein. Durch diese Bedingung ist das Taktverhältnis des ersten Schalters Sl bestimmt Der Mittelwert des Stroms im Brems-

widerstand R wird durch das Taktverhältnis des Bremsschalters 53 eingestellt.

Die Einschaltzeit ist gleich der Zeit ρ 3. Die maximale Einschaltzeit des Bremsschalters S3 ist gleich der Einschaltzeit ρ 1 des ersten Schalters S1. In F i g. 4 ist der zeitliche Verlauf der Spannung Ubc am Bremswiderstand Λ dargestellt.

c) Gemischter Nutz- und Widerstandsbremsbetrieb

Die Schaltverhältnisse sind ähnlich wie beim soeben erläuterten reinen Widerstandsbremsbetrieb. Auch hier ist der zweite Schalter 52 dauernd geöffnet. Auch hier wird der Bremsschalter 53 gegenüber dem ersten Schalter 51 verzögert oder allenfalls gleichzeitig getaktet. Durch das Zuschalten des Bremsschalters 53 kann, während der erste Schalter S1 geschlossen ist. der Bremswiderstand R zugeschaltet werden. Die Spannung Uac zwischen den netzseitigen Anschlußklemmen A. C des Gleichspannungssteller C muß aber in diesem Fall um den Spannungsabfall an dem Widerstand der Eingangsdrosselspule L und gegebenenfalls der Fahrdrahtleitung größer sein als bei reinem Widerstandsbremsbetrieb. Es fließt dann ein Netzsirom I_n in gezeigter Pfeilrichtung in das Gleichspannungsnetz N. Die Höhe des Netzstroms In wird über die Spannung Uac: die durch das Taktverhältnis des ersten Schalters S1 eingestellt wird, verändert. Bei U_At ■= Un ergibt sich reiner Widerstandsbremsbetrieb.

In Fig.6 ist eine mögliche Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 dargestellt, wobei als so Schalter elektronische Ventile, insbesondere Thyristoren, verwendet werden Der Stromrichter und die Wechselstrommaschinen sind hier weggelassen.

Der Zweiquadranten-Gleichspannungssteiler G enthält hier als ersten und zweiten Schalter steuerbare η elektronische Ventile Vl bzw. V2, denen eine gemeinsame Kommutierungseinrichtung zugeordnet ist Diese umfaßt in bekannter Weise zwei Drosselspulen L 21 und L 22 zur Begrenzung des Stromanstiegs. zwei gegenparallel geschaltete sieucrbare Kommutierungventile VIl und V21. einen Kommulicrungskondensa tor Cl und eine Kommutierungsdrosselspule Li. Der Zwischenkreiskondensator ist vorliegend in zwei Teilkondensatoren K 1, K 2 unterteilt, an denen jeweils die halbe Zwischenkreisspannung /Γ/2 liegt. Der « Zwischenabgriff ist mit M bezeichnet. Die Rcihcnschal tung aus der Gegenparallelschaltung der Kommutierungsvenlilc VIl, V21, aus dem Kommulierungskondensator Cl und der Kommiiticrungsdrosselspulc M ist zwischen den Abgriffen A und M angeordnet w

Auch der Bremsschalter ist in Form eines steuerbaren elektronischen Ventils V3 ausgeführt. Dieses elektronische Ventil V3 kann durch die erwähnte Kommulicrungseinrichtung gelöscht werden. Antiparallel zum ersten Ventil V1 ist das erste ungesteuertc Freilaufven v> til D1 und antiparallel zur Reihenschaltung der beiden Ventile VZ V3 ist das zweite ungesteuerte Freilaufventil D 2 angeordnet. Parallel zum zweiten Ventil V2 liegt eine Serienschaltung. bestehend aus dem Bremswiderstand R und einer zusätzlichen Drosselspule L 3. Diese w zusätzliche Drosselspule L 3 ist nicht unbedingt erforderlich. Durch sie wird jedoch eine Glättung des Stroms /β im Bremswiderstand R erreicht; damit werden Stromspitzen in den einzelnen Bauteilen, insbesondere auch in den Ventile« V1 und V3. vermieden. »>ϊ

Für den Betriebsfall 2c). nämlich den gemischten Netz- und Widerstandsbremsbetrieb, sind in den F ϊ g. bis 11 Zeitdiagramme gezeigt Dargestellt ist die Zündung der steuerbaren Ventile Vl, V3, VIl, V2, V21 und wieder Vl während einer Taktperiode, die von der Zeit iO bis zur Zeit (5 reicht (Fig.7). Dargestellt ist weiterhin der zeitliche Verlauf der Spannung ΙΛ« (Fi g. 8), des Netzstroms I_n (Fig 9), der Spannung Um und des Stroms I_n am Kommuticrungskondensator Cl.

Zum Zeitpunkt / 0 wird das erste Ventil V1 gezündet. Es fließt dann ein Strom vom Gleichspannungs-Zwischenkreis über die Drosselspule L 21. über das erste Ventil Vl und die Eingangsdrosselspule L in das Gleichspannungsnetz N. Es liegt Nutzbremsbetrieb vor. Da die Zwischenkreisspannung E größer ist als die Netzspannung Un. steigt der Netzstrom In an. Im Zeitpunkt t1 wird durch Zünden des Bremsventils V3 auf den gemischten Nutz- und Widerstandsbremsbetrieb umgeschaltet. An der aus Bremswiderstand R und Drosselspule L 3 gebildeten Serienschaltung liegt dann als Spannung Uoc die Zwischenkreisspannung £"; es fließt im Bremswiderstand R ein ansteigender Strom Ih und im ersten Ventil Vl vom Gleichspannungs-Zwischenkreis her der Summenstrom (In+In)-

Im Zeitpunkt / 2 wird durch Zünden des Kommutierungsventils VIl das erste Ventil Vl gelöscht. Der Summenstrom (I_n+ Ih) gehl auf das zweite Freilaufventil D2 über. Die Spannung Uv am Kommutierungskondensator C1 geht auf N ull.

Die Umladung des Kommutierungskondensators Cl erfolgt durch Zünden des zweiten Ventils V2 im Zeilpunkt f3. Der Zeitabschnitt (ti-12) ist dabei konstant; er hängt von der Dimensionierung des Kommutierungskreises Cl, /. 1, /-21 bzw. /.22 ab. Der Netzstrom In fließt dann über das zweite Freilaufvcntil D 2. und der Strom Ih im Bremswiderstand R fließt über das zweite Frcilaufventil D2 und das Bremsventil V3. Das zweite Ventil V2 wird stromlos. Der Netzsirom I* und der Strom /«klingen während des Frcilaufbetriebes ab.

Im Zeitpunkt (4 ist der Strom /«im Bremswiderstand R bereits Null. Nun wird das andere Komnuitierungsventil V21 gezündet. Die Spannung U,-\ am Kommuticrungskondensator (M wird zu Null. Anschließend wird im Zeilpunkt f 5 wieder das erste Ventil V1 gezündet. Dabei gilt (I 5 - 14) = (13 - I 2). Dadurch wird der Kommuticrungskondcnsator Cl umgeladen, und der Netzsirom /v geht vom zweiten Freilaufvcnlil D 2 wieder auf den Glcichspannungs-Zwischenkreis über.

Eine weitere Ausführungsform einer Schaltungsan Ordnung nach Fig. I mil elektronischen Ventilen ist in Teildarstellung in Fig. 12 gezeigt. Diese Ausführung?; form unterscheidet sich von derjenigen in F i g. b lediglich dadurch, daß dem Bremsventil V 3 ein ungcsteucrtes Ventil D3 gcgenparallel geschalte! ist. Durch das Hinzufügen eines solchen ungesteuerten Ventils D3. insbesondere einer Halbleiterdiode, erhält die Serienschaltung R, LZ. also der Bremswiderstandskreis. seinen eigenen Freilaufkreis. Dadurch wird das Bremsventil V3 im Hinblick auf seine Strombelastung entlastet. Die Induktivität der Drosselspule L 3 kann hierbei beliebig hoch gewählt werden, da der Strom I_n im Bremswiderstand R vor dem Zünden des Kommutierungsventils V21 zum Zeitpunkt /4hier nicht mehr Null sein muß.

In Fig. 13 ist in Teildarstcllung eine weitere Ausfühningsform einer Schaltungsanordnung gezeigt die mit elektronischen Ventilen ausgerüstet ist Der Zweiquadramengleichspannungssteller G mit Kommutierungseinrichmng ist hier anders aufgebaut als in

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Fig. 12. Auch hier ist wiederum eine Reihenschaltung von drei steuerbaren Ventilen Vl, V 2, V3 vorgesehen, denen jeweils ein ungesteuertes Ventil D1, D 2 bzw. D 3 gegenparallel geschaltet ist. Parallel zum zweiten Ventil V 2 liegt auch hier wiederum eine Serienschaltung aus dem Bremswiderstand R und der Drosselspule L 3. Im Gegensatz zur Schaltungsanordnung von Fig. 12 wird eine andere Kommutierungseinrichtung verwendet. Hier sind die beiden Kommutierungsventile VIl und V21 miteinander in Reihe an den Gleichspannungs-Zwischenkreis geschaltet. Diese Reihenschaltung VlI, V21 liegt parallel zur Reihenschaltung Vl, V2, V3. Die Serienschaltung aus Kommutierungsdrosselspule L1 und Kommutierungskondensator C1 liegt zwischen der Verbindung der beiden Ventile V21, VIl und der Anschlußklemme A. Der Zwischenkreiskondensator K ist hierbei nicht unterteilt.

Gegenüber bekannten Schaltungsanordnungen, mit denen entweder nur reiner Nutz- oder nur reiner Widerstandsbremsbetrieb durchgeführt werden kann, ist vorliegend als zusätzlicher Aufwand nur ein Bremsventil V3, insbesondere ein Thyristor, zu verzeichnen. Dieses Bremsventil V3 ist für den Nennstrom und die Nennspannung zu bemessen. Je

to nach Ausführungsform kann zusätzlich noch ein ungesteuertes Ventil D 3 vorgesehen sein. Im Gegensatz zu bekannten Schaltungsanordmungen werden aber Schaltglieder in Form von Schaltschützen zum Zu- und Abschalten des Bremswiderstands R nicht benötigt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche: 28 OO 928

1. Schaltungsanordnung für den Fahrbetrieb sowie für den Nutz- und Widerstandsbremsbetrieb einer aus einem Gleichspannungsnetz gespeisten Wechselstrommaschine mit folgenden Merkmalen: