DE3304288A1 - Bremsschaltung fuer fahrzeuge mit gleichstromsteller - Google Patents

Description

• Bremsschaltung für Fahrzeuge mit Gleichstromsteller
• Die Erfindung geht aus von einer Bremsschaltung für Fahrzeuge mit Gleichstromsteller, wie sie im Oberbegriff des Anspruches 1 näher definiert ist.
• Bei einer derartigen Schaltung, wie sie z.B. aus der Zeitschrift ETZA 99 (1978), S. 334-338 bekannt ist, wird bei aufnahmefähigem Netz beim Bremsen vom Fahrzeua ins Netz zurückesDeist. Dabei kann es sich um ein Gleich -Fahrzeug mit/stromantrieb oder Drehstromantrieb mit Gleichder Zeichnuna stromzwlschenkreis handeln, wie-es auch in Fig. 1/zum Stand der Technik angedeutet ist.
• Die Netzrückspeisung erfolgt vgl. Fig. 1 über ein Freilaufventil FD unter Einbeziehung einer Bremsdiode BD im Rückstromkreis. Ist das Netz nicht aufnahmefähig, wofür die Spannung am Netzkondensator CN maßgebend ist, die laufend abgefragt wird, wird ein Bremsthyristor BT im Querpfad gezündet, der einen reihengeschalteten Bremswiderstand RB für Widerstandsbremse einschaltet, der über den Gleichstromsteller GS pulsbar ist. Dabei muß der Bremswiderstand RB so niederohmig sein, daß er gleich den vollen Strom übernehmen kann.
• Die Festlegung des Ohmwertes des Bremswiderstandes RB wird maßgeblich von der maximal zulässigen Netzspannung beim Bremsen bestimmt. Der Widerstand sollte so groß sein, daß er bei maximalem Strom, der für maximale Bremsleistung notwendig ist, Umax nicht überschritten wird. D.h., die Spannung am Bremswiderstand darf unter Berücksichtigung der Stromwelligkeit im Zwischenkreis die maximal zulässige Netzspannung Umax nicht überschreiten, da sonst automatisch auch jetzt noch ins Netz zurückgespeist würde. Das ergibt Schwieriqkeiten bei der Widerstandsauslegung, denn Bremsung aus hoher Geschwindigkeit (mit hohen Rückspeiseströmen id) ) erlaubt nur einen niedrigen Widerstand, dagegen Bremsung aus niedrigen Geschwindigkeiten (mit kleinen RUckspeiseströmen) ließe einen höheren Widerstand zu. Die notwendig werdende flache Widerstandsgerade des Bremswiderstandes schneidet im Bremskennlinienfeld der Motoren insbesondere die Ud-id-Kennlinien, die zu hohen Ständerfrequenzen, d.h. höheren Geschwindigkeiten gehören.
• Da alle Punkte des Ud-id-Kennlinienfeldes, die oberhalb der Widerstandsgeraden des Bremswiderstandes RB liegen, sich bei Widerstandsbremse nicht einstellen lassen, können gerade kleine Bremskräfte im oberen Geschwindigkeitsbereich nur mit Netzbremse, nicht aber mit Widerstandsbremse realisiert wden.
• Es ist schon versucht worden, diesen Mangel an Regelbarkeit durch die Verwendung von zwei parallel angeordneten Bremswiderständen zu mindern. Bei kleinen Bremskräften wird dann nur der hochohmige Bremswiderstand gezündet. Infolge der sich daraus ergebenden steileren Widerstandsgeraden lassen sich dann auch im oberen Geschwndigkeitsbereich bei Widerstandsbremse kleinere Bremskräfte einstellen. Bei großen Bremskräften sind beide Widerstände eingeschaltet. Eine dreistufige Bremse läßt sich damit in der Praxis nur schwer realisieren, da sich nur zwei Widerstandswerte frei wählen lassen und der dritte von der Wahl der beiden anderen Werte abhängig ist.
• Bei hohen Bremsleistungen kann es daher erforderlich sein, einen zusätzlichen Bremsvorwiderstand im Zwischenkreis (einphasig) oder - sofern aus Spannungsgründen erforderlich -im Motorkreis (dreiphasig) anzuordnen. Dabei werden der oder die Bremsvorwiderstände in der Regel geschwindigkeitsabhängig geschaltet und sind auch nur im oberen Geschwindigkeitsbereich wirksam. Der Gesamtrückspeisewirkungsgrad wird allerdings durch diese Anordnung der Vorwiderstände erheblich verschlechtert.
• Aus dem geschilderten Mangel an stetiger Regelbarkeit der Widerstandsbremse ergeben sich Einbußen an Fahrkomfort und Betriebsverhalten. So stellen sich beim automatischen Übergang von leichter Netzbremse auf Widerstandsbremsung deutlich spürbare Rucke ein und auch eine exakte Zielbremsung ist so kaum möglich.
• Zweck der Erfindung ist es, diese Mängel zu beheben, wobei die eigentliche Aufgabe darin zu sehen ist, eine einfache Bremsschaltung zu erstellen, mit der eine stetige, feinfühlige Widerstandsbremse mit erweitertem Regelbereich möglich ist.
• Diese Aufgabe wird für eine Bremsschaltung der eingangs genannten Art nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
• Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im nachstehenden näher erläutert.
• Es zeigen: eine Fig. 1 Bremsschaltung mit einem Hauptbremswiderstand (Stand der Technik) Fig. 2 die erfindungsgemäße Schaltung Fig. 3 Strom- und Spannungsverläufe der Schaltung nach Fig. 2 (ohne Spannungsspitzen am Gleichstromsteller infolge von Kommutierungsvorgängen) Die Schaltung nach Fig. 1 wurde bereits eingangs umrissen.
• Von dieser Schaltung wurde bei der Erfindung ausgegangen.
• Neben der bevorzugten Anwendung bei Drehstromantrieben über einen Phasenfolgewechselrichter PhFWR ist auch direkte Speisung eines Gleichstrommotors angedeutet. In der Schaltung nach Fig. 2 sind noch eine Netzdrossel LN und eine Zwischenkreisdrossel Ld dargestellt. Von den weiter bezeichneten Spannungen und Strömen stellen dar: Ud = Zwischenkreisspannung; id = Zwischenkreisstrom; iRB w Strom im Bremswiderstand; URB a Spannung am Bremswiderstand; iGS = Strom durch Gleichstromsteller; UGs = Spannung am Gleichstromsteller; UFD - Spannung am Freilaufventil; UN = Spannung am Netzkondensator.
• Die Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Schaltung, wobei die Bezugszeichen weitgehend - soweit gleichartig - beibehalten wurden. Es ist die Starkstromschaltung eines Chopper- oder Drehstromfahrzeuges mit einem Netzbremsthyristor NBT in Bremskonfiguration dargestellt. Der Netzbremsthyristor NBT ist an die Stelle des Freilaufventils (Diode) FD getreten und der Bremswiderstand RB ist höhachmig ausgelegt.
• Solange das Netz aufnahmefähig ist (UCN < UNmax), bleibt der Netzbremsthyristor NBT gezündet. Durch periodisches Takten des Gleichstromstellers GS wird dauernd zwischen den Schaltzuständen Freilauf und Netzbremse hin- und hergeschaltet. Es wird dazu auch auf Fig. 3 verwiesen, aus der die zugehörigen Spannungs- und Stromverläufe hervorgehen.
• Im Freilauf ist der Netzbremsthyristor NBT gelöscht und der Gleichstromsteller GS gezündet. Der Strom verläuft im Kurzschluß von Phasenfolgewechselrichter PhFWR über den Gleichstromsteller GS, die Bremsdiode BD und die Zwischenkreisdrcssel Ld zurück zum Phasenfolgewechselrichter PhFWR.
• Im Zustand Netzbremse ist dagegen der Netzbremsthyristor NBT gezündet und der Gleichstromsteller GS gelöscht. Der Strom verläuft dann vom Phasenfolgewechselrichter PhFWR über den Netzbremsthyristor NBT, die Netzdrossel LN ins Netz und von dort zurück über die Bremsdiode BD, die Zwischenkreisdrossel L d zum Phasenfolgewechselrichter PhFWR.
• Dabei wird auch der Netzkondensator CN aufgeladen. Sobald der. Netzkondensator seine maximal zulässige Spannung erreicht hat (Zeitpunkt t2 in Fig. 3) werden die Impulse für den Netzbremsthyristor N3T unterdrückt und der Bremsthyristor BT gezündet. Der Zwischenkreissstrom teilt sich nun zwischen Netz und Bremswiderstand auf. Es ergibt sich der Schaltzustand "gemischte Bremse", mit einem Stromverlauf wie bei Netzbremse, zusätzlich jedoch noch vom Phasenfolgewechselrichter PhFWR über Bremsthyristor BT, Bremswiderstand RB und Zwischenkreisdrossel Ld zurück zum Phasenfolgewechselrichter PhFWR.
• Der Netzbremsthyristor NBT bleibt aber noch bis zum nächsten Zünden des Gleichstromstellers GS (Zeitpunkt t3 in Fig. 3) leitend, was zu einem weiteren Ansteigen der Netzkondensatorspannung führt. Die Schaltschwelle Ucmax muß deshalb so eingestellt werden, daß die maximal zulässige Netzspannung nicht überschritten wird. Beim anschließenden Zünden des Gleichstromstellers GS wird die Spannung UNBT am Netzbremsthyristor NBT negativ und dieser wird gelöscht.
• Nach dem Löschen des Gleichstromstellers GS (Zeitpunkt t4 in Fig. 3/iGS = 0) wird nun, solange das Netz nicht aufnahmefähig ist, periodisch zwischen den Schaltzuständen Widerstandsbremse und Freilauf hin- und hergeschaltet.
• Bei reiner Widerstandsbremse verläuft der Strom vom Phasenfolgewechselrichter PhFWR über Bremsthyristor BT, Bremsen widerstand RB, und Zwischenkreisdrossel L d zurück zum Phasenfolgewechselrichter PhFWR.
• Wenn der Netzbremsthyristor NBT gesperrt ist, darf nun die Spannung am Bremswiderstand RB größer sein als die maximal zulässige Netzspannung (Zeitpunkt t6 von Fig. 3). Somit können für den Bremswiderstand RB größere Ohmwerte realisiert werden, was der Regelbarkeit der Widerstandsbremse zugute kommt. Soweit die Kondensatorspannung wieder unter den Wert Ucmax absinkt, wird der Netzbremsthyristor NBT erneut gezündet (Zeitpunkt t8 von Fig. 3).
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Claims (4)

1. Patentansprüche Bremsschaltung für Fahrzeuge mit Gleichstromsteller, insbesondere drehstrombetriebene Fahrzeuge mit Gleichstromzwischenkreis, bei der Netzbremsung bei aufnahmefähigem Netz über ein Freilaufventil unter Einbeziehung einer Bremsdiode im Rückstromkreis erfolgt und bei nicht aufnahmefähigem Netz Widerstandsbremse vorgesehen ist, zu der ein Bremsthyristor mit reihengeschaltetem Bremswiderstand in einem Querpfad aktiviert wird, wobei der pulsende Gleichstromsteller gleichsinnig parallel zum Querpfad vor dem Freilaufventil und vor der Bremsdiode jeweils in Durchlaßrichtung gesehen angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei nicht aufnahmefähigem Netz eine Abtrennung des Netzes vom Gleichstromkreis oder Gleichstromzwischenkreis am Freilaufventil (FD) erfolgt, wobei mit einem Bremswiderstand (RB) steilerer Widerstandskennlinie eine höhere Spannung im Widerstands-Bremskreis zulässig ist.
2. 2. Bremsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das Freilaufventil ein Netzbremsthyristor (NBT) vorgesehen ist, der solange gezündet bleibt, wie das Netz aufnahmefähig ist.
3. 3. Bremsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Netzrückspeisung der Gleichstromsteller (GS) als Querchopper periodisch getaktet und zwischen Freilauf und Bremse umgeschaltet wird.
4. 4. Bremsschaltung nach den Ansprechen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für gemischte Bremse, der Bremswiderstand (RB) abhängig von der Spannung am Netzkondensator (CN) zuschaltbar ist.