DE2919530A1 - Schaltungsanordnung zur netzunabhaengigen widerstandsbremsung von triebfahrzeugen mit drehstrom- oder mischstrommotorantrieb - Google Patents

Description

• Schaltungsanordnung zur netzunabhängigen Wider-
• stanssbrensung von Triebfahrzeugen mit Drehstrom- oder Mischstrommotorantrieb Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur netzunabhängigen Wlderstandsbremsung von Triebfahrzeugen mit Drehstrom- oder Mischstrommotorantrieb, die im Fahrbetrieb einen einphasigen Netzgleichrichter in löschbarer Brückenschaltung verwenden, vorzugsweise mit zwei in Reihe liegenden nicht steuerbaren Gleichrichterventilen, z-wel dazu parallel in Serie geschalteten steuerbaren Hauptthyristoren und zwei zu letzteren parallel in Reihe liegenden Löschthyristoren sowie einem zwischen den steuerbaren Gleichrichterventilen und den Löschthyristoren quergeschalzeiten Kommutierungskondens ator.
• Bei Mischstromfahrzeugen erfolgt bekanntlich die Steuerung der beim Widerstandsbremsbetrieb in den Bremswiderständen umzusetzenden Leistung allgemein über die Fremderregung der Motoren. Bei Gleichstromstellerfahrzeugen wird andererseits der Ohmwert der Bremswiderstände bei konstanter Erregung durch Thyristor-Bremssteller variiert.
• Für Triebfahrzeuge mit Drehstromfahrmotoren und primärer z.B.
• Gleichstromversorgung ist es bekannt, die Motoren über Pulsumrichter zu speisen. Auch bei Wechselstromversorgung derartiger Triebfahrzeuge geschieht dies unter zusätzlicher Erstellung eines Gleichstromzwischenkreises. Beim Bremsbetrieb wird den Bremswiderständen über separate Bremssteller die Bremsenergie zugeführt (z.B, Zeitschrift "Technische Mitteilungen AEG-TELEFUNKEN" 67 (1977) 7, S. 311, 312).
• Auch ist es bekannt, für aus Wechselstromnetzen speisbare elektrische Triebfahrzeuge mit Gleichstrommotor im Fahrbetrieb einphasige Netzgleichrichter in löschbarer, unsymmetrischer Brückenschaltung (LUB) zu verwenden (z.B. DE-OS 2126 111, Fig. 3).
• Aufgabe der Erfindung ist es, den schaltungs- und gerätetechnischen Aufwand bei elektrischen Triebfahrzeugen, die eine solche LUB-Brückenschaltung im Fahrbetrieb verwenden, für den Bremsbetrieb zu mindern und die Schaltung zu vereinfachen.
• Diese Aufgabe wird für eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß mindestens ein mit Zwangs löschung versehener Zweig der Brückenschaltung bei Bremsbetrieb als Thyristorsteller für einen Bremswiderstand vorgesehen ist. Durch Einsparung der sonst notwendigen besonderen Bremssteller und durch Doppel ausnutzung der von Mischstromfahrzeugen her für Fahrbetrieb bekannten Netzgleichrichter mit Sektorsteuerung ergibt sich so eine wirtschaftliche Lösung. Im Bremsbetrieb kann bis in die Nähe des Stillstandes voll gebremst werden. Auch für Drehstromtriebfahrzeuge mit Wechselstromeinspeisung kann die Erfin- dung in solchen Fällen Anwendung finden, wo kein sinusförmiger Fahrleitungsstrom erforderlich ist und ein Leistungsfaktor von A - 0,85 bis 0,95 ausreicht.
• Günstig ist eine Schaltungsanordnung, bei der der Bremsw.iderstand mit einem in Reihe liegenden Bremsthyristor einem zwangslöschbaren Zweig der Brückenschaltung parallel liegt, wobei dem diesem Zweig zugehörigen Löschthyristor ein Umscr'?ingkreis, betstehend aus ier U.mschwinginduktivität und eier antiparallel gepolten Umschwingdiode, mit Schalter parallelgeschaltet ist. Dabei ist in die Verbindung zwischen den Negativ oder Pcsitivausgängen der Brückenzweige ein bei Bremsbetrieb offener Schalter angeordnet. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist anstelle der Umschwingdiode mit Schalter ein Umschwingthyristor vorgesehen. Günstig ist ferner eine Schaltung, bei der der Bremswiderstand parallel zu dem bei Bremsbetrieb offenen Schalter zwischen den Negativ- oder Positivausgängen der Brückenzweige angeordnet ist.
• Vorteilhaft ist ferner eine Anordnung1 bei der für einen Betrieb mit eingeprägtem nichtlückenden Zwischenkreisstrom beide zwangslöschbaren Zweige der Brückenschaltung unter Fortfa' 1 des Urr:schwingkreises abwechselnd als Gleichstromsteller herangezogen sind. Sinnvoll kann es noch sein, wenn ein Teil des Kommutierungskondensators abstellbar ist. Das kann zur besseren Anpassung der Kommutierungskapazität im Brernsbetrieb dienen.
• Anhand von schematischen Beispielen wird die Erfindung im nachstehenden er erläutert.
• Es zeigen: Fig. 1 eine bekannte Fahrschaltung mit einem Netzgleichrichter in löschbarer unsymmetrischer Brückenschaltung mit einem Löschkondensator (LUB-lC-Schaltung), Fig. 2 eine erfindungsgemäße Schaltung mit Umschwingkreis und einem dem- einen Brückenzweig parallel geschalteten Bremswiderstand, Fig. 3 eine weitere erfindungsgemäße Schaltung mit veränderter Bremswiderstandsanordnung, Fig. 4 eine Anordnung für Betrieb mit eingeprägtem nichtlückenden Zwischenkreisstrom.
• Fig. 1 zeigt die vorbekannte Grundschaltung für "Fahren", von der zur rrläuterung der Erfindung ausgegangen wird; der Ladezweig ist vernachlässigt. Sie entspricht der bereits genannten Schaltung nach der DE-OS 21 26 111, Fig. 3. Diese Schaltung verwendet eine löschbare, unsymmetrische Stromrichterbrücke als Netzgleichrichter mit einem Löschkondensator, eine sogenannte LUB-1C-Schaltung. Sie weist zwei ungesteuerte Zweige a und b mit Gleichrichterventilen 1 und 2 und zwei steuerbare Zweige c und d mit Hauptthyristoren 3 und 4 auf. Die Gleichrichterventile 1 und 2 der ungesteuerten Zweige a und b liegen dabei gleichsinnig in Reihe und parallel zu den -ebenfalls gleichsinnig in Reihe gescnalteten Hauptthyristoren 3 und 4 der steuerbaren Zweige c und d. Die beiden Hauptthyristoren 3 und 4 sind durch parallel liegende, reihengeschaltete Löschthyristoren 5 und 6 gleicher Durchlaßrichtung sowie einen Kommutierungskondensator 7 löschbar ausgeführt. Letzterer ist zwischen den Hauptthyristoren 3 und 4 und den Löschthyristoren 5 und 6 quergeschaltet. Gespeist wird die Stromrichterbrücke über einen Schalter 9 von einer WechselSpannungsquelle,htreinen Transformator 8. Mit 10 ist eine Glättungsinduktivität, mit 11 ein Verbraucher, hier zum Beispiel ein Motor, dargestellt.
• Ein Löschen des leitenden Hauptthyristors 4 erfolgt durch Zünden des parallel liegenden Löschthyristors 6, wobei sich der Kondensator 7 auf die in Klammern angegebene Polarität umlädt. In der nachfolgenden Halbwelle der Netzspannung wird der Hauptthyristor 3 gezündet. Dieser kann später über den Löschthyristor 5 und den auf die Klammerwerte umgeladenen Kondensator 7 wieder gelöscht werden. Dabei schwingt der Kondensator 7 erneut zur folgenden Löschung des Thyristors 4 um. Schaltungen mit zwei und drei Kondensatoreinhelten sind in der Funktionsweise vergleichbar.
• Damit besteht die Möglichkeit, aus der Netzspannung Spannungssektoren mit nahezu beliebiger Lage innerhalb einer Sinushalbwelle durch Anschnitt- und Abschnittswinkelsteuerung herauszuschneiden und somit neben dem Steuern der Antriebs leistung die Phasenlage des aufgenommenen Netzstromes mit dem Ziel der Leistungsfaktorverbesserung zu beeinflussen.
• Die Erfindung nutzt diese bekannte Schaltung auch für netzunabhänoiye Widerstandsbremsung, wobei wesentliche Schaltungselemente erhalten bleiben. Für diese gleichgebliebenen Schaltungselemente wurden im folgenden die gleichen Bezugszeichen weiterverwendet.
• Dem Brückenzweig mit dem löschbaren Hauptthyristor 4 ist nunmehr noch ein Bremswiderstand 12 mit in Reihe liegendem Bremsthyristor 13 parallelgeschaltet. Zusätzlich ist ein parallel zum Löschthyristor 6 liegender Umschwingkreis aus einer Umschwinginduktivität 14 und reihengeschalteter Umschwingdiode 15 vorgesehen, der über einen Schalter 16 einschaltbar ist. Über einen eingefügten Schalter 17 ist därüber hinaus noch die Verbindung der Zweige a und c am Negativausgang der Stromrichterbrücke auftrennbar gestaltet.
• Zusammen mit den Komponenten Hauptthyristor 4, Löschthyristor 6 und Kommutierungskondensator 7 ergibt sich damit ein Gleichstromsteller, über den - wird der Bremswiderstand 12 mittels Bremsthyristor 13 eingeschaltet - der wirksame Ohmwert und damit die bei eingeprägtem Strom Id umgesetzte Bremsleistung einstellbar ist Für ein Widerstandsbremsen sind die Schalter 9 und 17 geöffnet und Schalter 16 geschlossen. Ferner sind Hauptthyristor 3 und Bremsthyristor 13 gezündet und Löschthyristor 5 gesperrt.
• Zur Funktion: Solange Hauptthyristor 4 und Löschthyristor 6 gesperrt sind, fließt der Strom Id über den Bremswiderstand 12. Wird der Hauptthyristor 4 gezündet, geht der Strom in den Freilaufzweig über die Thyristoren 4 und 3. Durch Zünden des Löschthyristors 6 kann danach bei klammerloser Polarität am Löschkondensator 7 der Hauptthyristor 4 gelöscht werden, wobei der Strom Id über den Löschthyristor 6 den Kommutierungskondensator 7 auf die in Klammern angegebene Polarität umlädt. AnschlIeßend fließt Id wieder über den Bremswiderstand 12. Bei erneutem Zünden des Mauptthyrlstors 4 schwingt der Kondensator 7 aus der in Klammern angegebenen PolarItät über die Induktivität 14 und die Umschwingdiode 15 in die andere, klammerlose Polarität um.
• Auf die geschilderte Weise kann mit minImalem Zusatzaufwand ein gesteuerter Gleichrichterzweig mit seiner Löscheinrichtung zum Widerstandssteller für Bremsbetrieb erweitert werden. Sinngemäß sind auch voll- oder unsymmetrisch löschbare Brückenschaltungen mit zwei oder drei Kondensatoreinheiten einsetzbar und zum erfindungsgemäßen Einsatz modifizierbar.
• Fig. 3 zeigt eine Anordnung, mit der der Aufwand noch weiter reduziert werden kann. Der Bremswiderstand liegt dabei parallel zur durch Schalter 17 aufgetrennten Verbindung der Negativausgänge der Brückenzweige a und c und ist mit 19 bezeichnet, Anstelle einer Umschwingdiode 15 mit Schalter 16 ist nunmehr nur noch ein Element, ein Umschwingthyristor 18 einzusetzen, und der Bremsthyristor 13 kann entfallen. Für den Bremsbetrieb sind wider die Schalter 9 und 17 geöffnet.
• -9- In der ersten Phase sind alle Haupt- und Löschthyristoren gesperrt.und der Kommutierungskondensator 7 soll sich in der klammerlosen Polarität befinden. Der Brem-sstrom von Motor 11 durchläuft zunächst die ungesteuerten Brücken zweige b und a mit den Gleichrichterventilen 2 und 1 und den Bremswiderstand 19. In der zweiten Phase werden die Hauptthyristoren 3 un-d 4 gezündet und der Strom verläßt den Widerstandpfad und verläuft über den gebildeten Freilauf der Bruckenzxeige d und c. In der dritten Phase wird der Löschthyristor 6 gezündet, und der Energieinhalt von Kommutierungskondensator 7 löscht den Hauptthyristor 4. Anschließend wird der Kommutierungskondensator 7 vom Strom Id wieder über den Löschthyristor 6 auf die eingeklammerte Polarität aufgela-len. Mit steigender Spannung am Kondensator verläuft der 3rem.sstrom wieder über den Bremswiderstand 19 und die ungesteuerten Brücken zweige a und b, während der Strom zum Kon-utierungskondensator 7 zu Null geht. Wird der Hauptthy ristor 4 erneut gezündet, dann geht der Strom 1d wieder auf den Freilaufkreis über. Gleichzeitig erfolgt nach Zündung des Umschwingthyristors 18 eine Umladung des Kommutierungskondensators 7 über die Umladeinduktivität 14. Der Kommutierungskondensator 7 weist dann wieder die klammerlose Polarität auf und ist zur Löschung des Hauptthyristors 4 bereit.
• Fig. 4 zeigt noch eine Variante für netzunabhängige Widerstandsbre-msung in einer Ausführung für einen Betrieb mit ei-lgeprägtem, nichtlückenden Zwischenkreisstrom. Ein solcher Betrieb ist zum Beispiel bei Drehstromantrieben unter Verwendung von Phasenfolgewechselrichtern möglich. Hierbei kann auch noch der Umladekreis mit Umschwingthyristor 18 und Umindeinduktivität 14 entfallen. Es sind jedoch beide löschbrlren Zweige der etromtrichLerbrücke zu verwenden,und beide Löschthyristoren 5 und 6 sind abwechselnd zur Löschung der Hauptthyristoren heranzuziehen Die Funktion verläuft ahn-Ich zu der nach Fig 3, nur mit dem Unterschied, daß nach der beschriebenen \teraufladung des Kondensators 7 auf die eingeklammerte Polarität nun der Löschthyristor 5 gezündet wird. Mit ihm wird der Hauptthyristor 3 gelöscht Der Strom Id verläuft kurzzeitig über Hauptthyristor 4 und Löschthyristor 5 unter Wideraufladung des Kommutierungskondensators 7 auf die klammerlose Polarität. Mit steigender Spannung am Kondensator wächst der St-rom über den Bremswiderstand 19, während der Ladestrom zu Null wird. Danach wird Hauptthyristor 4 wieder gelöscht usw.
• Über einen Schalter 21 kann eine Anpassung der Kommutierungskapazität im Stellerbetrieb durch Abschalten des Zusatzkondensators 20 erfolgen.
• Durch die Erfindung kann eine kostensparende, einfache Mehrfach ausnutzung von im Fahrbetrieb vorhandenen Bauelementen für eine wirksame, zusätzliche Widerstandsbremsung erfolgen. L e e r s e i t e

Claims (7)

1. Patentansprüche 1. Schaltungsanordnung zur netzunabhängigen Widerstands-< bremsung von Triebfahrzeugen mit Drehstrom- oder Mischstrommotorantrieb, die im Fahrbetrieb einen einphasigen Netzgleichrichter in löschbarer Brückenschaltung verwenden, vorzugsweise mit zwei in Reihe liegenden nicht steuerbaren Gleicnrichterventien, zwei dazu parallel in Serie geschalteten steuerbaren Hauptthyristoren und zei zu letzteren parallel in Reihe liegenden Löschthyristarten sowie einem zwischen den steuerbarer. Gleichrichterventilen und den Löschthyristoren quergeschalteten Ycrmutierungskondensator, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein mit Zwangs löschung versehener Zweig (c,d oder beide) der Brückenschaltung bei Bremsbetrieb als Thyristorsteller für einen Bremswiderstand (12 bzw.

   19) vorgesehen ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremswiderstand (12) mit einem in Reihe liegenden Bremsthyristor (13) wenigstens einem der zwangslöschbaen Zweige (d) der Brückenschaltung parallel liegt und daß dem diesem Zweig zugehörigen Löschthyristor (6) ein Umschwingkreis bestehend aus einer Umschwinginduktivität (14) und einer antiparallel gepolten Umschwingdiode (15) mit Schalter (16) parallelgeschaltet ist.
3. 3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindung zwischen den Negativ-oder Pos tivausg:angen der Brückenzweige ein bei Bremsbetrieb offener Schalter (17) angeordnet ist.
4. 4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Umschwingdiode (15) mit Schalter (16' ein Umsch ir.gthyristor (18) vorgesehen ist.
5. 5. Anordnung nach den Ansprüchen 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremswiderstand (19) parallel zu dem bei Bremsbetrieb offenen Schalter (17) zwischen den Negativ- oder Positivausgängen der Brückenzweige angeordnet ist.
6. 6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß für einen Betrieb mit eingeprägtem nichtlücKenden Zwischenkreisstrom beide zwangslöschbaren Zweige Cc und d) der Brückenschaltung unter Fortfall des Umschwingkreises abwechselnd als Gleichstromsteller herangezogen sind.
7. 7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichet, daß ein Teil des Kommutierungskondensators (20) abschaltbar ist.