DE2923025A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR CONTROLLING A SELF-EXCITED RESISTANCE BRAKE OF AN ELECTRICAL MACHINE - Google Patents

CIRCUIT ARRANGEMENT FOR CONTROLLING A SELF-EXCITED RESISTANCE BRAKE OF AN ELECTRICAL MACHINE

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DE2923025A1 DE19792923025 DE2923025A DE2923025A1 DE 2923025 A1 DE2923025 A1 DE 2923025A1 DE 19792923025 DE19792923025 DE 19792923025 DE 2923025 A DE2923025 A DE 2923025A DE 2923025 A1 DE2923025 A1 DE 2923025A1
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Abstract

The controlled rheostatic brake in which an exciter winding (2) and a brake resistor (3) are connected in series with an armature winding (1) is constructed such that a non-linear resistor (4.1 to 4.n) with voltage-limiting characteristic is connected parallel to the exciter winding (2). Expediently, the non-linear resistor (4.1 to 4.n) is formed by a plurality of silicon diodes connected in series, any number of which can be connected. The circuit arrangement can also be used for a multi-motor drive. The non-linear resistor (4.1 to 4.n) is connected parallel to the exciter winding of a machine, the other machines being constructed as separately excited machines. The advantage of this circuit arrangement lies in the fact that the braking force can be set with simple means, even in the region of the linear variation of the machine characteristic, with the aid of the non-linear resistor (4.1 to 4.n) connected in parallel. The circuit arrangement is intended in particular for electrical power units. <IMAGE>

Description

52/7952/79

Schaltungsanordnung zur Steuerung einer selbsterregten Widerstandsbremse einer elektrischen Maschine Circuit arrangement for controlling a self-excited resistance brake of an electric machine

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a circuit arrangement according to the preamble of claim 1.

In "Elektrische Triebfahrzeuge", Dr. Karl Sachs, zweiter Band, Springer-Verlag, 1973, S. 209 ff., sind einige Ausführungsformen von Widerstandsbremsen für selbsterregte elektrische Maschinen enthalten. In Serie mit der Ankerwicklung sind die Erregerwicklung und ein Bremswiderstand angeschlossen. Mit der Ankerspannung wird die Erregerwicklung und der Bremswiderstand mit Gleichstrom gespeist. Zur Einleitung der Selbsterregung ist eine minimale Remanenzspannung erforderlich. Falls diese nicht genügt, kann in an sich bekannter Weise eine Anfangserregung auf die Erregerwicklung gegeben werden. Damit die Selbsterregung aufrecht erhalten bleibt, muss in der Maschinencharakteristik die Ankerspannung steiler verlaufen als die sogenannte Widerstandsgerade, die von den Widerstandswerten der Erregerwicklung und des Bremswiderstandes und vom Erregerstrom abhängig ist. Der einzig mögliche stabile Betriebspunkt ist der Schnittpunkt der beiden Charakteristiken. Dieser Schnittpunkt ist von der Drehzahl der Maschine abhängig, weil auch die AnkerspannungIn "Electric Traction Vehicles", Dr. Karl Sachs, second Band, Springer-Verlag, 1973, p. 209 ff., Are some embodiments of resistance brakes for self-excited electrical machines. In series with the armature winding the excitation winding and a braking resistor are connected. With the armature voltage, the excitation winding and the braking resistor is fed with direct current. A minimum remanent voltage is required to initiate self-excitation necessary. If this is not sufficient, an initial excitation can be applied to the excitation winding in a manner known per se are given. So that the self-excitation is maintained, the armature voltage must be in the machine characteristics are steeper than the so-called resistance line, which is determined by the resistance values of the excitation winding and the Braking resistor and the excitation current. The only possible stable operating point is the intersection of the two characteristics. This point of intersection depends on the speed of the machine, because also the armature voltage

030047/0558030047/0558

292302S292302S

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von dieser Drehzahl abhängt. Durch Variieren des Wertes des Bremswiderstandes kann die Neigung der Widerstandsgerade verändert und somit der Schnittpunkt der beiden Charakteristiken verschoben werden. Einen definierten Schnittpunkt erhält man jedoch nur im gesättigten, d.h. gekrümmten Bereich der Maschinencharakteristik. Im linearen Bereich der Maschinencharakteristik kann kein stabiler Punkt eingestellt und gefahren werden.depends on this speed. The slope of the straight line of resistance can be changed by varying the value of the braking resistor and thus the point of intersection of the two characteristics can be shifted. A defined point of intersection is obtained but only in the saturated, i.e. curved, area of the machine characteristics. No stable point can be set and driven in the linear range of the machine characteristics will.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Bekannten zu beheben und eine Schaltungsanordnung zu schaffen, bei der man mit einfachen technischen Mitteln den Erregerstrom auch im Bereich des linearen Verlaufs der Maschinencharakteristik einstellen kann.The specified in claim 1 invention is based on the object of eliminating the disadvantages of the known and a To create a circuit arrangement in which one can use simple technical means to increase the excitation current in the area of the can adjust the linear course of the machine characteristics.

Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass der parallel zu der Erregerwicklung geschaltete nichtlineare Widerstand mit spannungsbegrenzender Charakteristik als ein Shunt geschaltet ist, wobei man mit dem Wert des nichtlinearen Widerstandes mit spannungsbegrenzender Charakteristik die Bremskraft des Antriebs in breitem Bereich einstellen kann.The advantage of the invention is that the non-linear resistance connected in parallel with the exciter winding is also involved voltage-limiting characteristic is connected as a shunt, with the value of the non-linear resistance can adjust the braking force of the drive over a wide range with voltage-limiting characteristics.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.Advantageous further developments of the invention are set out in the subclaims described.

Gemäss Anspruch 2 ist der nichtlineare Widerstand durch wenigstens eine Siliziumdiode gebildet. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass die Siliziumdioden platzsparend sind und einen hohen Wirkungsgrad aufweisen. Da die erforderliche Erregerspannung bei serienerregten MaschinenAccording to claim 2, the non-linear resistance is at least a silicon diode is formed. The advantage of this embodiment is that the silicon diodes save space are and have a high degree of efficiency. Because the required excitation voltage for series-excited machines

030047/0558030047/0558

Il I · t ·· · ·*Il I · t ·· · *

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meist niedrig ist, ist in der Regel nur eine kleine Anzahl von Siliziumdioden bei ihrer Schleusenspannung zwischen 0,6 und 0,9 V erforderlich.is mostly low, there is usually only a small number of silicon diodes with their lock voltage between 0.6 and 0.9 V required.

Die Ausführungsform gemäss Anspruch 3 zeigt eine wirtschaftliehe Ausgestaltung des nichtlinearen Widerstandes. Die Weiterbildung nach Anspruch 4 ermöglicht, die Anzahl der Teilelemente des nichtlinearen Widerstandes und somit die Bremskraft einzustellen. Die Ausgestaltung nach Anspruch 5 erlaubt, mit möglichst kleiner Anzahl der Kontakte einen beliebigen Anteil der vorhandenen Teilelemente des nichtlinearen Widerstandes einzuschalten. The embodiment according to claim 3 shows an economical one Design of the non-linear resistance. The development according to claim 4 allows the number of Adjust sub-elements of the non-linear resistance and thus the braking force. The embodiment according to claim 5 allows to switch on any proportion of the existing sub-elements of the non-linear resistor with the smallest possible number of contacts.

Die Weiterbildung gemäss Anspruch 6 ist für mehrmotorige Antriebe bestimmt, wobei erfindungsgemäss der nichtlineare Widerstand mit spannungsbegrenzender Charakteristik nur zu einer Erregerwicklung einer Maschine geschaltet werden kann.The further development according to claim 6 is intended for multi-motor drives, whereby according to the invention the non-linear Resistance with voltage-limiting characteristics only to an excitation winding of a machine can be switched.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Schaltungen näher erläutert.The invention is described below with reference to schematic circuits explained in more detail.

Es zeigtIt shows

Fi~. 1 die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung für einen einmotorigen Antrieb,Fi ~. 1 the circuit arrangement according to the invention for a single-engine drive,

Fig. 2 Strom/Spannung-Charakteristiken für drei verschiedene nichtlineare Widerstände, die parallel zu der Erregerwicklung geschaltet sind,Fig. 2 Current / voltage characteristics for three different ones non-linear resistors connected in parallel to the excitation winding,

Fig. 3 drei Gruppen von Teilelementen des nichtlinearen3 shows three groups of sub-elements of the non-linear

030047/0558030047/0558

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Widerstandes mit parallel geschalteten Kontakten undResistor with contacts connected in parallel and

Fig. 4 die erfindungsgemässe Schaltanordnung für einen viermotorigen Antrieb.4 shows the switching arrangement according to the invention for a four-engine Drive.

Gemäss Fig. 1 ist eine Ankerwicklung 1 in Serie mit einer Erregerwicklung 2 und einem Bremswiderstand 3 geschaltet. Parallel zu der Erregerwicklung 2 ist ein nichtlinearer Widerstand mit spannungsbegrenzender Charakteristik angeschlossen, der aus η in Serie geschalteten SiliziumdiodenAccording to Fig. 1, an armature winding 1 is in series with a Excitation winding 2 and a braking resistor 3 switched. Parallel to the excitation winding 2 is a non-linear one Resistor with voltage-limiting characteristic connected, of silicon diodes connected in series from η

4.1 bis 4.η besteht. Die Ankerspannung ist mit U bezeichnet, die Erregerspannung mit Ue< Durch die Erregerwicklung 24.1 to 4.η exists. The armature voltage is designated with U, the excitation voltage with U e < Through the excitation winding 2

fliesst der Erregerstrom I und durch den parallel geschal-' teten nichtlinearen Widerstand 4.1 bis 4.η der Shuntstrom I h· Der Ankerstrom I ist durch die Summe des Erregerstromes Ie und des Shuntstromes I . gebildet. the excitation current I flows and the shunt current I h through the parallel connected non-linear resistance 4.1 to 4.η The armature current I is the sum of the excitation current I e and the shunt current I. educated.

Die Kurve 4.1 gemäss Fig. 2 zeigt die Charakteristik einer einzelnen Siliziumdiode 4.1, die Kurve 4.1; 4.2 die Charakteristik von zwei in Serie geschalteten Siliziumdioden 4.1 undThe curve 4.1 according to FIG. 2 shows the characteristics of a single silicon diode 4.1, the curve 4.1; 4.2 the characteristics of two series-connected silicon diodes 4.1 and

4.2 und die Kurve 4.1 ... 4.η die Charakteristik von η in Serie geschalteten Siliziumdioden 4.1 bis 4.n. Mit der Anzahl η der in Serie geschalteten Siliziumdioden 4.1 bis 4.η kann die Erregerspannung U vorgegeben und damit der Erregerstrom Ie eingestellt werden, der der Erregerspannung U geteilt durch den ohmschen Widerstand der Erregerwicklung 2 entspricht. Dies ist auch im Bereich des linearen Verlaufs der Maschinencharakteristik möglich. In der Charakteristik 4.1 in Fig. 2 ist die Aenderung /^U der Erregerspannung U-gezeigt, die der Aenderung ^ I . des Shuntstromes I . im nichtlinearen Widerstand 4.1 entspricht. Ohne die Wirkung4.2 and the curve 4.1 ... 4.η the characteristics of η series-connected silicon diodes 4.1 to 4.n. With the number η of silicon diodes 4.1 to 4.η connected in series, the excitation voltage U can be specified and thus the excitation current I e can be set, which corresponds to the excitation voltage U divided by the ohmic resistance of the excitation winding 2. This is also possible in the area of the linear course of the machine characteristics. In the characteristic 4.1 in Fig. 2, the change / ^ U of the excitation voltage U-is shown, that of the change ^ I. of the shunt current I. corresponds to 4.1 in the non-linear resistance. Without the effect

030047/0558030047/0558

III Il IIII Il I

292302$$ 292,302

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_ C H _ C H

des nichtlinearen Widerstandes 4.1 ... 4.η verhalten sich der Erregerstrom Ie und die Erregerspannung Ue proportional der Ankerspannung U_. Durch die nichtlineare Charakteristikof the non-linear resistor 4.1 ... 4.η, the excitation current I e and the excitation voltage U e are proportional to the armature voltage U_. Due to the non-linear characteristic

CLCL

des erwähnten Widerstandes gemäss Fig. 2 wird nun die Erregerspannung Ue begrenzt, wobei diese Begrenzung wirksamer wird, je kleiner die Aenderung AUe ist, die einer bestimmten Aenderung Algh entspricht.of the mentioned resistor according to FIG. 2, the excitation voltage U e is now limited, this limitation becoming more effective the smaller the change AU e , which corresponds to a specific change Al gh.

Gemäss der in Fig. 3 gezeigten beispielsweisen Ausgestaltung sind sieben Siliziumdioden 4.1 bis 4.7 in drei Gruppen zusammengefasst, wobei die erste Gruppe eine Siliziumdiode 4.1, die zweite Gruppe zwei Siliziumdioden 4.2 und 4.3 und die dritte Gruppe vier Siliziumdioden 4.4 bis 4.7 enthalten. Mit Hilfe von Kontakten 5 bis 7 kann man eine beliebige Anzahl bis zu sieben Siliziumdioden einschalten. Benötigt man z.B. fünf Siliziumdioden in Serieschaltung, wird die zweite Gruppe mit den Siliziumdioden 4.2 und 4.3 mit dem Kontakt 6 überbrückt, so dass nur die Siliziumdioden 4.1 und 4.4 bis 4.7 in dem Shunt Stromkreis I . bleiben.According to the exemplary embodiment shown in FIG. 3, seven silicon diodes 4.1 to 4.7 are combined in three groups, the first group being a silicon diode 4.1, the second group having two silicon diodes 4.2 and 4.3 and the third group contains four silicon diodes 4.4 to 4.7. With the help of contacts 5 to 7 you can create any Switch on number of up to seven silicon diodes. For example, if you need five silicon diodes in series, the second group with the silicon diodes 4.2 and 4.3 bridged with the contact 6, so that only the silicon diodes 4.1 and 4.4 to 4.7 in the shunt circuit I. stay.

shsh

In Fig. 4 ist eine beispielsweise erfindungsgemässe Schaltungsanordnung für einen viermotorigen Antrieb dargestellt. Ankerwicklungen 1.1 bis 1.4 der einzelnen Maschinen I bis IV sind je mit dem entsprechenden Bremswiderstand 3.1 bis 3.4 in Serie geschaltet. Die erste Maschine I ist als Erregermaschine verwendet. Ihre Ankerwicklung 1.1 ist in Serie mit Erregerwicklungen 2.1 bis 2.4 aller vier Maschinen I bis IV geschaltet. Der nichtlineare Widerstand 4.1 bis 4.η ist parallel zu der Erregerwicklung 2.1 der Maschine I angeschlossen. Wie bei der Schaltung gemäss Fig. l,wird auch bei der Schaltung gemäss Fig. 4 der Erregerstrom Ig' der4 shows a circuit arrangement according to the invention for a four-motor drive, for example. Armature windings 1.1 to 1.4 of the individual machines I to IV are each connected in series with the corresponding braking resistor 3.1 to 3.4. The first machine I is used as an exciter machine. Your armature winding 1.1 is connected in series with excitation windings 2.1 to 2.4 of all four machines I to IV. The non-linear resistance 4.1 to 4.η is connected in parallel to the excitation winding 2.1 of the machine I. As with the circuit according to FIG. 1, the excitation current I g 'is also in the circuit according to FIG

030047/0558030047/0558

• t · ·• t · ·

t · It · I

292302S 52/79 292302S 52/79

ersten Maschine I eingestellt. Die übrigen Maschinen II bis IV arbeiten dann als fremderregte Maschinen mit je einem eigenen Bremswiderstand 3.2 bis 3.4.first machine I set. The other machines II bis IV then work as separately excited machines, each with its own braking resistor 3.2 to 3.4.

Der Erfindungsgegenstand ist auf das in der Zeichnung Dargestellte selbstverständlich nicht beschränkt. Man kann die Teilelemente des nichtlinearen Widerstandes auch anders gruppieren und andere an sich bekannte nichtlin&are Widerstände verwenden.The subject of the invention is based on what is shown in the drawing of course not restricted. The sub-elements of the non-linear resistance can also be used differently group and other known non-linear resistances use.

030047/0558030047/0558

Claims (1)

• t · ff· t ·• t ff t 52/7952/79 PL/dhPL / ie t| - a -t | - a - PatentansprücheClaims 1.!Schaltungsanordnung zur Steuerung einer selbsterregten1.! Circuit arrangement for controlling a self-excited ] ν / Widerstandsbremse einer elektrischen Maschine, bei der] ν / resistance brake of an electrical machine in which I eine Ankerwicklung und eine Erregerwicklung der MaschineI an armature winding and an excitation winding of the machine I sowie ein Bremswiderstand in Serie geschaltet sind, da-I and a braking resistor are connected in series so that I 5 durch gekennzeichnet, dass parallel zu der Erregerwick- I lung (2) ein nichtlinearer Widerstand (4.1 bis 4.n) mit I 5 characterized by that at the Erregerwick- I Lung (2) a non-linear resistor (4.1 to 4.n) with parallel spannungsbegrenzender Charakteristik geschaltet ist.voltage-limiting characteristic is switched. ■ 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- ;'. net, dass als nichtlinearer Widerstand (4.1 bis 4.n)■ 2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized marked- ; '. net that as a nonlinear resistance (4.1 to 4.n) 10 wenigstens eine Siliziumdiode vorgesehen ist.10 at least one silicon diode is provided. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als nichtlinearer Widerstand (4.1 bis 4.n) wenigstens eine Selengleichrichterplatte vorgesehen ist.3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the non-linear resistor (4.1 to 4.n) at least one selenium rectifier plate is provided. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich-15 net, dass der nichtlineare Widerstand (4.1 bis 4.n) wenigstens zwei Gruppen von nichtlinearen Widerständen4. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the non-linear resistor (4.1 to 4.n) is at least two groups of non-linear resistances (4.Ij 4.2 und 4.3; 4.4 bis 4.7) enthält, die in Serie geschaltet sind, wobei parallel zu jeder Gruppe ein Kontakt (5, 6, 7) geschaltet ist.(4.Ij 4.2 and 4.3; 4.4 to 4.7) that contain in series are connected, a contact (5, 6, 7) being connected in parallel to each group. 030047/0558030047/0558 ■ ■ · t I III ■··■ ■ · t I III ■ ·· >l I ■· I· · ··> l I ■ · I · · ·· 52/7952/79 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Gruppe ein nichtlinearer Widerstand (4.1) vorgesehen ist, und dass je eine weitere Gruppe die doppelte Anzahl an nichtlinearen Widerständen (4.2 und 4.3; 4.4 bis 4.7) aufweist, wobei die Anzahl dernichtlinearen Widerstände (4.1, ..., 4.7) in allen Gruppen verschieden ist.5. Circuit arrangement according to claim 4, characterized in that a non-linear resistor in a group (4.1) is provided, and that each additional group has twice the number of non-linear resistors (4.2 and 4.3; 4.4 to 4.7), the number of non-linear resistors (4.1, ..., 4.7) in all Groups is different. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 für mehrmotorige Antriebe, dadurch gekennzeichnet, dass der nichtlineare Widerstand (4.1 bis 4.n) parallel zu der Erregerwicklung (2.1) einer Maschine (I) geschaltet ist, wobei diese Erregerwicklung (2.1) in Serie mit den Erregerwicklungen (2.2 bis 2.4) der übrigen Maschinen (II bis IV) geschaltet ist, die als fremderregte Maschinen ausgebildet sind,6. Circuit arrangement according to claim 1 for multi-engine drives, characterized in that the non-linear Resistance (4.1 to 4.n) is connected in parallel to the field winding (2.1) of a machine (I), this being Excitation winding (2.1) connected in series with the excitation windings (2.2 to 2.4) of the other machines (II to IV) that are designed as separately excited machines, 030047/0558030047/0558 ) J »tt· k ·) J »tt · k · ) »ti· · t t) »Ti · t t 52/7952/79 BezeichnungslisteDesignation list 11 = Ankerwicklung= Armature winding 22 = Erregerwicklung= Excitation winding 33 = Bremswiderstand= Braking resistor 4.1 bis 4.η4.1 to 4.η = nichtlinearer Widerstand mit span= non-linear resistance with span nungsbegrenzender Charakteristikvoltage-limiting characteristic SiliziumdiodenSilicon diodes 5 bis 75 to 7 = Kontakte= Contacts ua among others = Ankerspannung= Armature voltage = Ankerstrom= Armature current ue u e = Erregerspannung= Excitation voltage = Erregerstrom= Excitation current 1Ih 1 yr = Shuntstrom= Shunt current
030047/0558030047/0558
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