DE3434126C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleichstromstellerschaltung für Fahrzeugantriebe mit elektrischer Netz-Widerstandsbremse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Gleichstromstellerschaltung für Fahrzeugantriebe mit elektrischer Netz-Widerstandsbremse wird in der der DE-OS 34 00 895 zugrunde liegenden Patentanmeldung, welche dem St.d.T. zuzurechnen ist, vorgeschlagen. Dabei lädt sich bei gezündetem Bremsthyristor der Hilfskondensator des Hilfslöschzweiges auf. Bei Zünden des GTO-Thyristors des Gleichstromstellers entlädt er sich und löscht den Bremsthyristor.

Eine ähnliche Gleichstromstellerschaltung ist aus "Elektrische Bahnen", 79, Jahrgang 1981, Heft 4, Seite 110 bis 116 bekannt und eignet sich vorzugsweise zur Ausrüstung von Nahverkehrsfahrzeugen, die aus einem Gleichstromnetz gespeist werden und deren Drehstrommotoren über einen Wechselrichter betreibbar sind. Diese Gleichstromstellerschaltung weist noch keinen GTO-Thyristor, sondern lediglich einen zündbaren Thyristor mit eigener Löscheinrichtung auf.

In Fig. 1 ist ein Beispiel für die Bremsgruppierung einer derartigen Gleichstromstellerschaltung dargestellt. Eine Gleichspannungsquelle G* ist mit ihrer positiven Klemme über eine Filterdrossel LF* und eine Rückspeisediode DR* mit der ersten Klemme eines Antriebs A* sowie mit ihrer negativen, mit Bezugsziffer 2 bezeichneten Klemme direkt mit der zweiten Klemme des Antriebs A* verbunden. Der gemeinsame Verbindungspunkt von LF* und DR* liegt über einem Filterkondensator CF* an der negativen Klemme 2. Zwischen dem gemeinsamen, mit Bezugsziffer 1 bezeichneten Verbindungspunkt von DR* und A* und dem Punkt 2 sind drei parallele Zweige angeordnet. Der erste Zweig (Bremszweig) besteht aus einem Bremswiderstand RB* mit reihengeschaltetem Bremsthyristor TB*, der zweite Zweig (Hauptzweig) aus einer Stromanstiegsbegrenzungsdrossel LI* mit seriengeschaltetem Hauptthyristor TH* und der dritte Zweig (Löschzweig) aus der Hintereinanderschaltung eines Kommutierungskondensators CK*, einer Kommutierungsdrossel LK* und eines Löschthyristors TL*. Die aus TH*, LI*, TL*, LK* und CK* bestehenden beiden Zweige stellen einen Gleichstromsteller dar. Die Thyristoren TH* und TL* sind als rückwärtsleitende Thyristoren (RLT) (Thyristor mit antiparalleler Diode) ausgeführt.

Fließt ein Strom i _RB * über den Bremszweig RB*/TB*, so kommutiert nach Zündung des Hauptthyristors TH* der Strom im Bremszweig aperiodisch ab, ohne jedoch ganz zu verlöschen. Erst bei der Löschung des Hauptthyristors TH* wird der Bremsthyristor TB* durch den Spannungsabfall an der Induktivität, die zwischen den Punkten 1 und 2 liegt, mitgelöscht. Die zur Löschung des Bremsthyristors TB* erforderliche negative Spannung tritt während der zweiten und dritten Kommutierungsviertelschwingung auf.

Wenn der Hauptthyristor TH* mit seiner Löscheinrichtung CK*/LK*/TL* durch einen zünd- und löschbaren elektronischen Schalter (Gate-turn-off-thyristor) ersetzt wird, steht keine Gegenspannung zur Löschung des Bremsthyristors TB* mehr zur Verfügung. Ohne Einkopplung einer Hilfsspannungsquelle würde der Bremsthyristor TB* nicht mehr verlöschen. Es besteht zwar die Möglichkeit, den Bremsthyristor TB* auch durch einen entsprechenden Gate- turn-off-thyristor zu ersetzen, dies verteuert jedoch unnötig die Anlage. Hinzu kommt, daß bei vielen Schaltungen der Bremszweig RB*/TB* in der Fahrgruppierung Spannung in Sperrichtung aufnehmen muß. Da ein Gate- turn-off-thyristor je nach Technologie keine Sperrspannung bzw. nur einen geringen Teil seiner in Vorwärtsrichtung zulässigen Spannung in Rückwärtsrichtung aufnehmen kann, wäre dann eine zusätzliche Sperrdiode in Reihe zum Gate-turn-off-thyristor erforderlich.

Der Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrunde, eine Gleichstromstellerschaltung für Fahrzeugantriebe mit elektrischer Netz-Widerstandsbremse der eingangs genannten Art anzugeben, bei der trotz des Einsatzes eines Gate-turn-off-thyristors als Hauptthyristor der Bremsthyristor in einfacher Weise löschbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

In diesem Zusammenhang ist aus der DE-OS 24 48 844 eine Anordnung zur gemischten Nutz- und Widerstandsbremsung bekannt, bei der der Bremsthyristor als Thyristor mit antiparallel geschalteter, integrierter Diode ausgebildet ist.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Bremsthyristor trotz des Wegfalls der Löscheinrichtung für den Hauptzweig mit Hilfe des wenig aufwendigen Hilfslöschzweig sicher gelöscht werden kann. Gewicht und Volumen dieser Hilfslöscheinrichtung unterscheiden sich im Vergleich zur Löscheinrichtung für traditionelle Gleichstromsteller mit Löschzweig durch den viel geringeren Effektivstrom um den Faktor 15 bis 20. Es ist vorteilhaft nicht notwendig, den Bremsthyristor als Gate-turn-off-thyristor auszubilden oder eine Hilfsspannungsquelle zur Löschung des Bremsthyristors zusätzlich einzukoppeln.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.

Es zeigt

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild der Bremsgruppierung der Gleichstromstellerschaltung mit zünd- und löschbarem elektronischen Schalter,

Fig. 3 die zeitlichen Verläufe der interessierenden Spannungen und Ströme.

In Fig. 2 ist ein Prinzipschaltbild der Bremsgruppierung der Gleichstromstellerschaltung mit zünd- und löschbarem elektronischen Schalter ohne eigene Löscheinrichtung dargestellt. An die positive Klemme einer Gleichspannungsquelle G ist eine Filterdrossel LF angeschlossen. Die Filterdrossel LF ist andererseits mit der Kathode einer Rückspeisediode DR und mit einem Filterkondensator CF verbunden. Die Anode der Rückspeisediode DR ist mit der ersten Klemme eines Antriebs A, mit einem Bremswiderstand RB, mit einer Stromanstiegsbegrenzungsdrossel LI sowie einer Hilfsdrossel LH verbunden.

Als Antrieb A ist beispielsweise ein Gleichstromantrieb oder ein Drehstromantrieb mit vorgeschaltetem Wechselrichter einsetzbar. Die zweite Klemme des Antriebs A ist an die negative Klemme der Gleichspannungsquelle G, an den Filterkondensator CF, an die Kathode eines Bremsthyristors TD sowie an die Kathode eines zünd- und löschbaren elektronischen Schalters (Gate-turn-off-thyristor) GTO angeschlossen.

Die Anode des elektronischen Schalters GTO ist mit der Stromanstiegsbegrenzungsdrossel LI verbunden (GTO bildet mit LI den Hauptzweig und ersetzt TH*, TL*, LK*, CK* der Fig. 1). Die Anode des Bremsthyristors TB liegt am Bremswiderstand RB (TB bildet mit RB den Bremszweig) sowie über einen Hilfskondensator CH an der Hilfsdrossel LH (CH und LH bilden den Hilfslöschzweig). Je nach Schaltung für die Fahrgruppierung kann dem Bremsthyristor wahlweise eine Rückschwingdiode DTB antiparallel geschaltet sein. Alternativ hierzu können der Bremsthyristor TB und die Rückschwingdiode DTB durch einen rückwärtsleitenden Thyristor (RLT) ersetzt werden.

Mit U _F ist die Spannung am Filterkondensator CF, mit U _N die Spannung der Gleichspannungsquelle G, mit u _TB die Spannung am Bremsthyristor TB, mit u _CH die Spannung am Hilfskondensator CH und mit u _GTO die Spannung am zünd- und löschbaren elektronischen Schalter GTO bezeichnet.

Mit I _d ist der Strom durch den Antrieb A, mit i _TB der Strom durch den Bremsthyristor TB, mit i _CH der Strom durch den Hilfskondensator CH, mit i _GTO der Strom durch den zünd- und löschbaren elektronischen Schalter GTO und mit i _RB der Strom durch den Bremswiderstand RB bezeichnet.

In Fig. 2 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit jeweils nur die Bremsgruppierung der Gleichstromstellerschaltung dargestellt.

In Fig. 3 sind zur Erläuterung der Wirkungsweise der Bremsgruppierung der Gleichstromstellerschaltung nach Fig. 2 die zeitlichen Verläufe der interessierenden Spannungen und Ströme dargestellt. Vor dem Zeitpunkt t₁ befinden sich sowohl der Bremsthyristor TB als auch der elektronische Schalter GTO im Sperrzustand, die Spannungen U _TB und U _GTO weisen den Wert U _F auf, der Strom I _d fließt über A, DR und teilt sich auf die Zweige LF, G, bzw. GF auf.

Zum Zeitpunkt t₁ wird der Bremsthyristor TB gezündet. Der Strom i _TB steigt im Zeitraum t₁ < t < t₂ von Null auf den Wert I _d (bei gleichzeitig abklingendem Strom über DR) und verbleibt im Zeitraum t₂ < t < t₃ auf diesem Wert I _d . Der Kondensator CH wird nach der Zündung des Bremsthyristors in Form einer gedämpften Schwingung auf eine Spannung u _CH = I _d · RB aufgeladen.

Zum Zeitpunkt t₃ wird GTO gezündet. Im Zeitraum t₃ < t < t₄ geht der Strom i _TB vom Wert I _d auf Null zurück, im gleichen Zeitraum steigt der Strom i _GTO von Null auf den Wert I _d , d. h. der Strom durch RB kommutiert vom Bremszweig in den Hauptzweig ab. Gleichzeitig versucht die Spannung u _CH über LH, LI, GTO, TB umzuschwingen. Sobald -i _CH = i _RB ist, verlöscht der Strom i _TB zum Zeitpunkt t₄.

Im Zeitraum t₄ < t < t₅ wird TB in Sperrichtung beansprucht (U _TB ist negativ), dieser Zeitraum entspricht der Schonzeit t _SB von TB. Die Spannung u _CH schwingt ab dem Zeitpunkt t₄ gedämpft im Kreis CH, LH, RB.

Bei einer Ausrüstung der Gleichstromstellerschaltung mit einem rückwärtsleitenden Thyristor (RLT) als Bremsthyristor TB bzw. mit einer Rückschwingdiode DTB sind die zeitlichen Verläufe der Ströme und Spannungen bis zum Zeitpunkt t₄ wie vorstehend beschrieben. Im Zeitraum t < t₄ schwingt die Kondensatorspannung U _CH bei der Schaltung mit rückwärtsleitendem Thyristor bzw. mit antiparalleler Diode DTB über den antiparallelen Zweig weiter um. Die Schonzeit für TB ist dadurch gleich der Leitdauer der Diode DTB. Die Spannung U _CH schwingt gedämpft im Kreis CH, LH, RB bzw. CH, LH, LI, GTO, DTB.

Die zur Löschung des Bremsthyristors TB notwendige Spannung an CH stellt sich automatisch durch die Größe des Zwischenkreisstromes I _d ein. Die Schonzeit von TB ist daher auch nahezu unabhängig vom Zwischenkreisstrom I _d . Auch bei gleichzeitiger oder nur leicht verzögerter Zündung des elektronischen Schalters GTO in Bezug zur Zündung des Bremsthyristors TB ist die Löschfähigkeit von TB gegeben.

Claims (3)

1. Gleichstromstellerschaltung für Fahrzeugantriebe mit elektrischer Netz-Widerstandsbremse, wobei ein Gleichstromsteller mit einem GTO-Thyristor als Hauptthyristor vorgesehen ist, ein aus einem Bremswiderstand und einem Bremsthyristor bestehender Bremszweig parallel zum Gleichstromsteller liegt, und dem Bremswiderstand ein Hilfslöschzweig mit einem Hilfskondensator parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Hilfskondensator (CH) eine Hilfsdrossel (LH) in Reihe geschaltet ist.

2. Gleichstromstellerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Bremsthyristor (TB) eine Rückschwingdiode (DTB) antiparallel geschaltet ist.

3. Gleichstromstellerschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ausführung des Bremsthyristors (TB) als rückwärtsleitender Thyristor.