DE3333391C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern eines Brems- oder Ballastwiderstandes in einem Gleichspannungsunterwerk wie es des näheren dem Wortlaut des Oberbegriffs des Anspruchs 1 entnehmbar ist.

In Bahnnetzen setzt sich die Energieeinsparung durch Rückspeisung von Bremsenergie immer mehr durch. Es müssen jedoch zusätzliche Ein­ richtungen vorgesehen werden, wenn diese rückgespeiste Energie von anderen am speisenden Netz angeschlossenen Verbrauchern nicht abge­ nommen wird. Entweder muß die rückgespeiste Energie dann selbst auf dem bremsenden Fahrzeug in stromrichtergesteuerten Bremswiderständen umgesetzt werden, oder aber vom Unterwerk weitergeleitet oder dort in Widerständen umgesetzt werden. Die Weiterleitung an ein das Unter­ werk speisendes Drehstromnetz erfordert den Einsatz rückspeisefähiger Gleichrichter, was teuer ist. Fahrzeuge mit stromrichtergesteuerten Bremswiderständen sind nicht überall in Einsatz. Die einfachste Lösung ist einen Brems- oder Ballastwiderstand im speisenden Unterwerk zu steuern, der bei Bedarf Brems- oder Rückstrom aufnimmt.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf diese Möglichkeit. Dabei wird von Schaltungsprinzipien und -lösungen ausgegangen, wie sie durch die Dissertation von H. J. Bangel, TU Berlin, März 1968 "Ein thyristorge­ steuerter Ballastwiderstand" bekanntgeworden sind. In dieser Arbeit ist u. a. angegeben, wie Leistungsteil und Steuerung des Thyristortellers ausgeführt werden können (vgl. z. B. Bilder 3 und 6 sowie Textseiten 6 bis 21). Dabei lädt generell ein Rückstrom bis zum Schließen eines Thyristorschalters, der den Ballastwiderstand an die Sammelschiene legt, eine Pufferkapazität auf. Der Einschaltzeitpunkt für den Thyristorschalter nach einem Rückstrom bzw. beim Auftreten einer Überspannung hängt vom gewählten Ansteuerverfahren ab. Dabei soll für die Schutzaufgabe der Hauptthyristor allgemein möglichst schnell gezündet werden. Andererseits soll der Ballaststrom nicht länger als notwendig fließen, um Energiever­ luste zu vermeiden. Mit dem einsetzenden Ballaststrom wird die aufge­ ladene Pufferkapazität wieder in Richtung auf den stationären Spannungs­ wert entladen. Für die Überwachung der Spannung findet beim bekannten Steuerverfahren ein gedämpfter Schwingungskreis Anwendung, der nach Erreichen einer bestimmten Spannung am Pufferkondensator in einer Kipp­ stufe ein logisches Signal zur weiteren Ansteuerung erzeugt. Für die Er­ fassung der Rückströme sind Hallsonden im Luftspalt eines magnetischen Joches vorgesehen. Die Differenz von Hall- und Sollspannung wird in einer weiteren Kippstufe ausgewertet. Die Umladezeit des Löschkondensators für den Thyristorschalter wird zur Mindesteinschaltzeit des Ballaststromes.

Bei der Erprobung dieses Verfahrens stellt sich jedoch eine einen ordnungsge­ mäßen Btrieb beeinträchtigende erhebliche Schwingungsneigung zwischen Unter­ werk und Fahrzeug ein.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Schwingungen auszuschalten.

Diese Aufgabe wird - ausgehend von dem bekannten Verfahren - gemäß den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Patentanspruches gelöst.

Anhand einer schematischen Schaltungsanordnung soll die Erfindung im nach­ stehenden näher erläutert werden.

Aus der Figur ist ein mit I bezeichnetes Gleichspannungsunterwerk ersicht­ lich, dessen aus einem Drehstromnetz versorgter Stromrichter 1 über ein längenvariables Streckennetz II ein Fahrzeug III mit Stromrichter 2 und Fahrmotoren 3 speist. In diesem Fall könnte es sich bei dem Strom­ richter 2 um einen Gleichstromsteller oder um einen Drehstromwechsel­ richter handeln. Wesentlich für das Verständnis der Anordnung sind der auf dem Fahrzeug III stets vorhandene Glättungskondensator 4 und die Drossel 5, ferner die unvermeidliche Leitungsinduktivität 6 des Strecken­ netzes II (Fahrleitungsnetz) sowie eine Ersatzinduktivität 7 des Unterwerkes 1 für die dortigen Induktivitäten, z. B. zum Teil Transformatorinduktivität. Wegen der Induktivitäten 5, 6 und 7 ist es erforderlich, zusätzlich zu der Reihenschaltung aus Thyristorsteller 8 und Bremswiderstand 9 noch einen Glättungskondensator 10 im Unterwerk I vorzusehen. Hierdurch wird er­ reicht, daß beim periodischen Schalten der Gleichspannung des Strom­ richters 1 durch den Thyristorsteller 8 dem Unterwerk I ein weitgehend geglätteter Gleichstrom entnehmbar ist. Dieser Glättungskondensator 10 ist dem Netz an den Gleichspannungsausgängen a, b parallelgeschaltet.

Der auf dem Fahrzeug III befindliche Stromrichter 2 bietet die Möglich­ keit des Nutzbremsbetriebes, d. h. der Rückspeisung von Energie in das Fahrleitungsnetz beim Bremsbetrieb. Dabei arbeitet der Stromrichter 2 im Prinzip mit eingeprägtem Bremsstrom, d. h. es stellt sich am Glättungs­ kondensator 4 eine den übrigen am Streckenetz II angeschlossenen Ver­ brauchern entsprechende Spannung ein. Falls keine weiteren Strom auf­ nehmenden Verbraucher am Gleichspannungsunterwerk I angeschlossen sind und dieses nicht in der Lage ist, die Energie z. B. an das Drehstromnetz weiterzureichen, muß das Gleichspannungsunterwerk I selbst die Rück­ speiseenergie aufnehmen. Dazu ist im Unterwerk I der Brems- oder Ballastwiderstand 9 vorgesehen, der gemeinsam mit einem in Reihe liegenden Thyristorteller 8 den Gleichspannungsausgängen a, b des Unter­ werkes I quergeschaltet ist. Bei Überspannung oder Rückstrom wird der Thyristorteller 8 eingeschaltet. Gesteuert wird der Thyristorteller 8 von einer Regel- oder Steuereinrichtung 11, die eine Spannungsmessung (an den Gleichspannungsausgängen a, b) und eine Strommessung über Wandler 12 folgendermaßen auswertet:

Bei Spannungen unterhalb eines Schwellwertes, d. h. im normalen Fahrbetrieb ist der Gleichstromteller 8 und damit auch der Brems- oder Ballastwider­ stand 9 ausgeschaltet.

Bei Nutzbremsung fließt Rückstrom. Ohne, oder ohne ausreichende Rück­ stromabnahme durch andere Verbraucher am Streckennetz II wird der Glättungskondensator 10 aufgeladen, wodurch sich die Spannung an den Gleichspannungsausgängen a, b erhöht. Unterstützt wird die Aufladung durch das Weiterfließen eines Mindeststromes (z. B. 10% des Fahrbetrieb­ stromes) des vorgestromten, im übrigen ungesteuerten Stromrichters 1. Die Spannung am Glättungskondensator 10 wird erfaßt und über die Steuer- und Regeleinrichtung 11 der Thyristorteller 8 eingeschaltet, der den Ballastwiderstand 9 mit einer Frequenz von ca. 250 bis 500 Hz, eventuell bis 1000 Hz und einem abhängig vom Summenstrom - aus den Teilströmen Gleichrichtermindeststrom und variabler Rückstrom - be­ stimmten Einschaltverhältnis α, d. h. stromgeregelt taktet. Dabei bleibt unabhängig vom Rückstrom der Stromrichtermindeststrom immer konstant, was die Spannung am Glättungskondensator 10 und damit am Unterwerk I festhält. Der Rückstrom bestimmt letztlich das Einschaltverhältnis α des Gleichstromtellers 8 bzw. die Einschaltdauer (ED in %) des Brems- oder Ballastwiderstandes 9. Wird der Rückstrom (Bremsstrom) allmählich ge­ ringer, so verringert sich entsprechend langsam die Einschaltdauer des Brems- oder Ballastwiderstandes 9 bis zu ED 10% des vorgestromten Stromrichters. Kritisch wäre ein plötzlicher Abfall oder Aussetzen des Rückstromes, was normalerweise zu Schwingungen und Unruhe im Fahr­ leitungsnetz II führen kann. Nach der Erfindung wird dann das Einschalt­ verhältnis α auch nur langsam verringert bis zum genannten Vorstrom von 10% (0,1) und dann wird, bevor ganz abgeschaltet wird, dieser Wert noch für eine definierte Zeit gehalten. Danach wird völlig abgeschaltet.

Durch die Erfindung ist ein Steuerverfahren für Traktionszwecke ge­ schaffen worden, mit dem die gestreckten Ziele voll erreicht werden.

Claims (1)

1. Verfahren zur Steuerung eines Brems- oder Ballastwiderstandes in einem Gleichspannungsunterwerk, bei dem ein nicht rückspeisefähiger Stromrichter ein Gleichspannungsnetz mit Netz- oder Pufferkapazität speist, an dem generatorisch betreibbare Verbraucher liegen, wobei der Brems- oder Ballastwiderstand, der in Reihe mit einem Gleichstromsteller parallel zur Netz- oder Pufferkapazität liegt, abhängig vom Rückstrom und/oder Spannungs­ grenzwerten an der Netz- oder Pufferkapazität zugeschaltet wird und das Einschaltverhältnis (α) des Gleichstromstellers (8) vom Rückstrom bestimmt wird, insbesondere für Bahnstromversorgung, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem Abfall des vom Verbraucher (Fahrmotor 3) zurückgespeisten Rückstromes zunächst das Einschaltverhältnis (α) des Gleichstromstellers (8) langsam verringert wird, bis der Strom durch den Bremswiderstand dem Mindeststrom des Stromrichters (1) entspricht und die vollständige Betriebs­ sperre des Gleichstromstellers (8) erst dann erfolgt, wenn während einer festgelegten Zeitverzögerung keine oberhalb dem Mindeststrom entsprechende Aussteuerung des Gleichstromstellers (8) mehr vorgelegen hat.