DE3003485C2 - Umrichter für elektrische Fahrzeuge - Google Patents

Description

Flip-Flops 84 ist ferner mit dem Eingang 92 eines Impulstransformators 90 verbunden. Der Leitungswinkel der Thyristoren 48, 50 wird während der Periode, während der das Eingangssignal dem Impulstransformator 90 zugeführt wird, auf dem Maximalwert gehalten. Infolgedessen arbeitet der Brückengleichrichter 32 als nichtgesteuerte Brücke. Die Eingangsklemmen 100 und 102 eines ersten Zeitgebers 96 und eines zweiten Zeitgebers 98 sind mit der Ausgangsklemme 82 des Detektors 80 verbunden. Auf ein der Kbmme 100 zugeführtes Eingangssignal erzeugt der erste Zeitgeber 96 an seinem Ausgang 104 für eine vorbestimmte Zeitdauer T, (Fig.2) ein Ausgangssignal 96S. Der zweite Zeitgeber 98 erzeugt auf ein dem Eingang 102 zugeführtes Signal an dem Ausgang 106 für eine vorbestimmte Zeitdauer T₂ (Fig.2) ein Ausgangssignal 985. Das Ausgangssignal des ersten Zeitgebers 96 wird dem magnetischen Phasenschieber 73 zugeführt, wodurch dessen Leitungswinkelsignal auf Null verringert wird. Die Zeitperiode T₁ des Zeitgebers 96 ist kürzer als die Zeitdauer T₂ des Zeitgebers 98.

Der Eingang IiO eines Detektors 108 zur Erfassung des minimalen Einschaltzyklus ist an den Ausgang 77 des magnetischen Phasenschiebers 73 angeschlossen. Am Ausgang 112 wird normalerweise ein Signal erzeugt, wenn das Leitungswinkelsignal des magnetischen Phasenschiebers 73 seinen Minimalwert erreicht. Die Ausgangsklemme 112 ist an den Rücksetzeingang 114 des Flip-Flops 84 angeschlossen. Während der Eingangsklemme 116 ein Eingangssignal zugeführt wird, erzeugt der Detektor 108 kein Signal.

Solange das elektrische Fahrzeug steht, ist das Stromsteuersignal l_P gleich Null, so daß das vom magnetischen Phasenschieber 73 erzeugte Leitungswinkelsignal ebenfalls Null ist. Infolgedessen wird der Leitungswinkel der Thyristoren 56, 58 des Brückengleichrichters 34 auf dem minimalen Wert oder 0° gehalten, so daß der Detektor 108 zur Erfassung des minimalen Einschaltzyklus am Ausgang 112 ein Ausgangssignal erzeugt. Dem Rücksetzeingang 114 des Flip-Flops 84 wird ein Eingangssignal zugeführt und das Flip-Flop 84 wird rückgesetzt, so daß der Leitungswinkel der Thyristoren 48, 50 des Brückengleicbrchters 32 ebenfalls auf einem minimalen Leitungswinkel oder 0° gehalten wird.

Auf einen Strombefehl /_P steuert der magnetische Phasenschieber 74 den Leitungswinkei der Thyristoren 56, 58 des Brückengleichrichters 34, und zwar derart, daß der Motorstrom Im mit dem Strombefehl /_p übereinstimmt. Der Strom des Motors 68 wird von dem Gleichstromwandler 78 erfaßt und auf den magnetischen Phasenschieber rückgekoppelt. Während dieser Periode wirci die an den Ausgangsklemmen 64, 66 des Brückengleichrichters 34 erzeugte Ausgangsspannung über die Dioden 44, 46 des Brückengleichrichters 32 dem Motor 68 zugeführt.

Bei Start und Drehzahlerhöhung des Motors 68 steigt dessen Gegen-EMK stetig an, so daß das Leitungswinkelsignal 735 des magnetischen Phasenschiebers 73 erhöht wird (Fig. 2). Zum Zeitpunkt t\, wenn das Ausgangssignal des magnetischen Phasenschiebers 73 seinen Maximalwert erreicht, erzeugt der Detektor RO zur Erfassung der maximalen Einschaltzeit das Ausgangssignal 805, das dem Flip-Flop 84 und den Zeitgebern 96, 98 zugeführt wird. Auf ein Eingangssi- <>5 gnal am Setzeingang 86 wird das Flip-Flop 84 gesetzt und das Ausgangssignal 845 desselben wird dem Imnulstransformator 90 ;nd dem Detektor 80 zur Erfassung des maximalen Einschaltzyklus zugeführt Der Impulstransformator 90 bringt den Leitungswinkel der Thyristoren 48, 50 auf einen Maximalwert, so daß die Ausgangs-Gleichspannung des Brückengleichrichters 32 ebenfalls auf einen Maximalwert ansteigt Das Ausgangssignal 805 des Detektors 80 wird auf das Ausgangssignal des Flip-Flops 84 wieder auf Null gebracht (F ig. 2).

Gemäß Fig.2 erzeugt der Zeitgeber 96 für eine vorbestimmte Zeitspanne 7} von der Erzeugung des Ausgangssignals 805 des Detektors 80 ein Ausgangssignal. Aus diesem Grunde wird das Ausgangssignal des magnetischen Phasenschiebers 73 durch das Ausgangssignal 965 des Zeitgebers 96 auf seinen Minimalwert herabgedrückt, und zwar unmittelbar nachdem der Detektor 80 zum Zeitpunkt t\ das Ausgangssignal 805 erzeugt hat. Somit ist zur Zeit der Erzeugung der maximalen Ausgangs-Gleichspannung von dem Brükkengleichrichter 32 das Ausgangssignal des magnetischen Phasenschiebers 73 minimal und die Ausgangs-Gleichspannung des Brückengleichrich':.:rs 34 ist gleich Null. Infolgedessen wird dem Gleichstrommotor 68 keine zu hohe Gleichspannung zugeführt und damit die Erzeugung eines zu hohen Stromes verhindert.

Zum Zeitpunkt h nach Ablauf der vorbestimmten Zeitspanne Γι verschwindet das Ausgangssignal 965des Zeitgebers 96, so daß der magnetische Phasenschieber 73 in Abhängigkeit vom Strombefehl /_p und vom Motorstrom Im ein Ausgangssignal erzeugt Solange das Ausgangssignal 735 des magnetischen Phasenschiebers 73 durch das Ausgangssignal 965 des Phasenschiebers % auf Null gehalten wird, führt der Zeitgeber 98 der Klemme 116 des Detektors 108 zur Erfassung des minimalen Einschallzyklus ein Eingangssignal 985 zu. Daher wird vom Detektor 108 kein Ausgangssignal erzeugt und das Flip-Flop 84 während der Zeit T₁ im gesetzten Zustand gehalten.

Wenn zum Zeitpunkt h das Ausgangssignal 985 des Zeitgebers 98 nach der Zeitspanne T₂ verschwindet, ist das Ausgangssignal des magnetischen Phasenschiebers 73 bereits groß, so daß der Detektor 108 zur Erfassung des minimalen Einschaltzyklus kein Ausgangssignal erzeugt

Nach dem Zeitpunkt /3 steigt das Ausgangosignal des magnetischen Phasenschiebers 73 weiter an, so diü das elektrische Fahrzeug beschleunigt wird.

Es sei angenommen, daß das elektrische Fahrzeug aus irgend einem Grunde verzögert wird, beispielsweise, weil es sich auf einer Steigung befindet, wenn das Flip-Flop 84 gesetzt ist, so daß der Brückengleichrichter 32 eine maximale Ausgangs-Gleichspannung erzeugt und eine bestimmte Ausgangsspannung vom Brückengleichrichter 34 erzeugt wird. Die Gegen-EMK des Motors nimmt ab, so daß das Ausgangssignal 735 des magnetischen Phasenschiebers 73 ebenfalls abnimmt. Erreicht das Ausgan^ssignal des magnetischen Phasenschiebers 73 seinen Minimalwert, so wird der Detektor 108 zur Erfassung der minimalen Einschaltzeit betätigt, so daß dem Rücksetzeingang 114 des Flip-Flops 84 ein Signal zugeführt wii J. Infolgedessen wird das Flip-Flop 84 rückgeset/t und der Leitungswinkel der Thyristoren 48 und 50 des Brückengleichrichtcrs 32 auf ein Minimum verringert. Wenn der Leitungswinkel der Thyristoren 48, 50 das Minimum erreicht, so neigt der Motorstrom /vdazu, anzusteigen. Es ist jedoch das Rückkopplungssystem betiiiigt, so dau> der magnetische Phasenschieber 73 den Leitungswinkel der Thyristoren 56, 58 des Brückengleichrichters 34 auf einen Maximalwert bringt.

Dann wird das elektrische Fahr/eng abgebremst, wodurch das l.eitungswinkelsignal 73.S' des magnetischen Phasenschiebers 73 wieder vermindert wird.

Ist das Flip-Flop 84 riickgeset/.t und erreicht das l-eitungswinkelsignal 73S des magnetischen Phasenschiebers 73 seinen Maximalwert, so wird der Detektor 80 zur Erfassung des maximalen Einschaltzyklus (F i g. 1) wiederum betätigt, so daß das Flip-Flop »prellt«. Dieses Prellen hört jedoch automatisch auf, wenn das Ausgangssignal 735des magnetischen Phasenschiebers 73 mit der Verzögerung des elektrischen Fahrzeugs unter seinen Maximalwert verkleinert wird, so daß praktisch keine Schwierigkeiten auftreten.

Fig. 3 zeigt schematised ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen I.er.Uingsumformers. ι Abweichend von der Schaltung der Fig. 1 ist der Ausgang des Zeitgebers 96 über den Zeitgeber 124, der einen dritten Zeitgeber 120 und einen ODER-Gatler 122 enthält, auf den Eingang 116 des Detektors 108 zur

rr-t~-. λ— —:_:~~i— c:—.—u~i*... .1.1.._ r.-.u... η ,

L.im.}.iuiig UVa rntiMMia1t.11 L.in.it.ttaitr.j imuj gv.iuiii t. isy.\ -

Eingang 126 des Zeitgebers 124 ist mit dem Eingang 128 des dritten Zeitgebers 120 und dem Eingang 130 des ODER-Gatters 122 verbunden, während der Ausgang 132 des Zeitgebers 120 mit dem anderen Eingang 134 des ODER-Gatters 122 verbunden ist. Der Ausgang 136 .' des ODER-Gatters 122 bildet den Ausgang des Zeitgebers 124.

Bei der Schaltung der Fig. I muß die vorbestimmte Periode 7| des ersten Zeitgebers 96 kleiner sein als die Zeit Ti. Dies deshalb, weil wegen der kleinen Werte der Perioden von T, und Ti, beispielsweise 0.1 bis 0.2 s. wegen der Qualitätsstreuungcn der Bauelemente 1] leicht größer wird als />. Ist T\ größer als Ti, so wird das Ausgangssignal des /weiten Zeitgebers 98 auf Null verringert, wenn das Ausgangssignal 735 des magnetischen Phasenschiebers 71 durch das Ausgangssignal des ersten Zeitgebers % auf Null gebracht wird. Infolgedessen wird der Detektor 108 zur Erfassung des minimalen Einsehaltzyklus fehlerhaft betätigt und somit das Flip-Flop 84 rückgeseizt. Somit kann das Flip-Flop 84 die Thyristoren 48, 50 des Hrückcngleiehrichters 12 nicht einschalten

Bei der Ausführungsform der Fig. i erzeugt der dritte Zeitgeber 120 ein Ausgangssignal 1205 bei einem Anstieg des Ausgangssignals des ersten Zeitgebers % (F i g. 4) und das ODER-Gatter 122 erzeugt während der Periode ein Ausgangssignal 1225, wenn von den Zeitgebern 96 und/oder 120 gemäß F i g. 4 ein

um von Änderungen der Zeitperioden 7Ί und Ti der Zeitgeber 96 und 120 unabhängig zu sein, das Ausgangssignal 1225 des ODER-Gatters 122 während einer Periode aufrechterhalten, die länger dauert als die Zeitperiode des ersten Zeitgebers 96. Infolgedessen erzeugt der Detektor 108 zur Erfassung des minimalen Einschaltzyklus ein Ausgangssignal. solange das Ausgangssignal 965 des ersten Zeitgebers 96 dem magnel. ichcn Phasenschieber 73 /ugeführt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Umrichter für wechselstromgespeiste elektrische Fahrzeuge, mit einem Transformator (tO) mit einer Primärwicklung (12) und mehreren Sekundärwicklungen (14, 16), mit einem Gleichrichter mit Brückengleichrichtern (32, 34), deren Zahl der der Sekundärwicklungen des Transformators entspricht, wobei ein Brückengleichrichter phasengesteuert und der andere Brückengleichrichter nkhtphasengesteuert ist und die wechselstromseitigen Klemmen der Brückengleichrichter jeweils an die Sekundärwicklungen des Transformators angeschlossen und die gleichstromseitigen Klemmen der Brückengleichrichter zwischen den Gleichstrom-Ausgangsklem- ■> men der Gleichrichter miteinander in Reihe geschaltet sind, mit einem Phasenschieber (73) zur Steuerung des Leitungswinkels des phasengesteuerten Brückengleichrichiers (34), so daß die Spannung zwischen den Gleichstromklemmen desselben steuerbar 'st, mit einem Detektor (80) zur Erfassung einer minimalen Phasenverzögerung, zur Erzeugung eines Ausgangssignals, wenn der Leitungswinkel des phasengesteuerten Brückengleichrichters seinen Maximalwert erreicht, mit einem Speicher (Flip-Flop 84), durch den die Ausgangsspannung des nichtphasengesteuerten BrCckengleichrichters (32) von NuIi auf den Maximalwert steuerbar ist, und mit einem ersten Zeitgeber (96) zum Rücksetzen der Ausgangsspannung des phasengesteuerten Brükkengleichrichters für eine vorbestimmte Zeitperiode (Ti) beginiijnd von der Erzeugung des Ausgangssignals des Detektor? zur Erfassung des maximalen Einschaltzyklus, und mit einem Detektor (108) zur Erfassung eines minimalen E^;^schaltzyklus und zur Erzeugung eines Ausgangssignals, wenn der Leitungswinkel des phasengesteuerten Brückengleichrichters (34) einen Minimalwert erreicht, gekennzeichnet durch einen zweiten Zeitgeber (98) zur Erzeugung eines Ausgangssignals für eine zweite vorbestimmte Zeitperiode (T₂) von der Erzeugung eines Ausgangssignals des Detektors (80) zur Erfassung des maximalen Einschaltzyklus, wodurch die Erzeugung eines Ausgangssignals vom Detektor (108) verhindert wird, und wobei die erste vorbe- *5 stimmte Zeitperiode (T\) kürzer ist als die zweite vorbestimmte Zeitperiode (T2).

2. Umrichter nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Zeitgeber (98) einen dritten Zeitgeber (120) zur Erzeugung eines Ausgangssignals an seinem Ausgang für eine dritte vorbestimmte Zeitperiode (Tj) enthält, wenn seinem Eingang ein Signal zugeführt wird, sowie ferner ein ODER-Gatter (122) zur Erzeugung eines Ausgangssignals an seinem Ausgang, wenn wenigstens einem seiner beiden Eingänge ein Signal zugeführt wird, wobei das Ausgangssignal des ersten Zeitgebers (96) dem dritten Zeitgeber und einem Eingang des ODER-Gatters zugeführt wird, und der Ausgang des dritten Zeilgebers mit dem anderen Eingang des ODER-Gatters und der Ausgang des QDER-Gatters mit einem Eingang des Detektors (!08) zur Erfassung des minimalen Einschaltzyklus verbunden ist.

65

Die Erfindung bezieht sich auf einen Umrichter der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen, aus der DE-OS 27 39 574 bekannten Art

Bei dem bekannten Umformer wird nach Rücksetzen der Ausgangsspannung des phasengesteuerten Brükkengleichrichters sofort ein nichtphasengesteuerter Brückengleichrichter abgeschaltet, um damit eine erneute Heraufsetzung der Ausgangsspannung des phasengesteuerten Brückengleichrichters auszulösen. Dies kann zu einem unerwünschten ständigen Hin- und Herschalten führen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, e.nen Umformer für wechselstromgespeiste elektrische Fahrzeuge zu schaffen, bei dem durch das ständige Hin- und Herschalten bedingte Pendelungen vermieden sind.

Diese Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Umrichter erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 beschriebenen Maßnahmen gelöst

Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Umrichters ist Gegenstand des Patentanspruchs 2.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 das schematische Schaltbild einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Umrichters,

F i g. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung der F i g. 1,

Fig.3 das schematische Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels des Umrichters und

F i g. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des Umrichters der F i g. 3.

Gemäß Fi g. J enthält der Umformer einen auf einem wechselstromgetriebenen Fahrzeug befindlichen Transformator 10 mit einer Primärwicklung 12 und zwei Sekundärwicklungen 14 und 16. Eine Klemme 18 der Primärwicklung 12 ist an den Stromabnehmer 20 und die andere Klemme 22 mit Erde verbunden. Die Klemmen 24, 26,28 und 30 der Sekundärwicklungen 14 und 16 sind an die Wechselstromklemmen 36,38,40 und 42 der Brückengleichrichter 32 bzw. 34 angeschlossen. Der Brückengleichrichter 32 besteiit aus zwei Dioden 44 und 46 und zwei Thyristoren 48 und 50. Der Brückengleichrichter 34 enthält zwei Dioden 52, 54 und zwei Thyristoren 56, 58. Die Ausgangs-Gleichspannungsklemmen 60,62,64 und 66 der Brückengleichrichter 32,34 sind einerseits miteinander in Reihe geschaltet und andererseits an die Klemmen 70, 72 des Gleichstrom-Fahrmotors 68 angeschlossen.

Ein magnetischer Phasenschieber 73 enthält drei Eingangsklemmen 74, 75, 76 und eine Ausgangsklemme 77; er erzeugt ein Leitungswinkelsignal am Ausgang 77, so daß der Strombefehl l_p mit dem Ausgangssignal /_M des Gleichstromtransformators 78 übereinstimmen kann. Das Leitungswinkelsignal ist beispielsweise eine solche Zündimpulsphase, daß mit Erhöhung des Leitungswinkelsignals der Zündwinkel der Thyristoren 56, 58 vorgeschoben und somit das Leitungswinkelsignal des Brückengleichrichters 34 erhöht wird. Der Brückengleichrichter 34 ist also phasengesteuert.

Die Eingangsklemme 81 eines Detektors 80 zur Erfassung des maximalen Einschaltzyklus ist an den Ausgang 77 des magnetischen Phasenschiebers 73 angeschlossen. Erreicht das Leitungswinkelsigna! des magnetischen Phasenschiebers 73 seinen Maximalwert, so wird am Ausgang 82 ein Ausgangssignal erzeugt. Das Ausgangssignal des Detektors 80 wird dem Setzeingang 86 eines Flip-Flops 84 zugeführt, dessen Ausgang mit dem Eingang 88 des Detektors 80 so verbunden ist. daß sein Ausgangssignal aufgehoben wird. Der Ausgang des