DE2754349C2 - Einrichtung zum Regeln mehrerer unabhängiger elektrischer Lasten einer Gleichstromeinrichtung - Google Patents
Einrichtung zum Regeln mehrerer unabhängiger elektrischer Lasten einer GleichstromeinrichtungInfo
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Description
Bei der Erfindung wird ausgegangen von einer Einrichtung zi η Regeln mehrerer unabhängiger elektrischer
Lasten einer Gleichstro^einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich »
ebenso auf eine Anwendung diener Einrichtung zum
Umschalten eines Motors.
Mit diesem Oberbegriff nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik Bezug, wie er in der DE-OS
17 63 640 beschrieben ist. Dort ist bei einem Gleichstromantrieb für Wasserfahrzeuge für parallele Lastzweige
mit thyratrongesteuerten Ankerwicklungen eine gemeinsame Löscheinrichtung vorgesehen. Die Löscheinrichtung
weist ein Halbleiterthyratron mit zugehe, igem
Löschthyratron, Kondensator und Widerstand auf. Unterschiedliche Fahrtstufen lassen sich durch Serie-Parallelschaltungen
von Gleichspannungsquellen und Gleichstromantriebsmotoren mittels Thyratrons und
Gleichrichtern einstellen. In Reihe mit den Ankerwicklungen
sind überbrückbare Ankervorwiderstände vor- >° gesehen. In den einzelnen Fahrtstufen erfolgt eine
Drehzahlverstellung mittels eines weiteren Gleichstromstellers, der auf die Erregerwicklungen der
Motoren wirkt. Das Problem einer Rückgewinnung elektrischer Energie beim Bremsen stellt sich hier nicht.
Eine Nutzbrems-Steueranordnung mit einem gemeinsamen Thyristor-Zerhacker und zwei nachgeschalteten
Thyristoren ist durch die DE-OS 24 03 926 bekannt. Während des Bremsens werden Motore als Generatoren
verwendet. Während der Einschaltzeit von Thyristören und Zerhacker fließt durch mit Induktionsspulen
hintereinandergeschalteten Feld- und Ankerwicklungen der Motore ein Strom, der in den Spulen ein elektrisches
Feld aufbaut. Beim Unterbrechen dieses Stromes entsteht eine hohe Induktionsspannung und ein b)
Induktionsstrom, der über eine Diode in ein zu speisendes Netz abgegeben werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, die elektrischen Parameter einer Gteichstromeinrichtung der eingangs
genannten Art besser den Erfordernissen des Fahr- und Bremsbetriebes anzupassen.
Die Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gemäß dem kennzeichnenden Teil des
Anspruchs I gelöst Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß jeder Parameter unabhängig von anderen sehr freizügig auf
optimale Werte einstellbar ist Es können gleHistrukturierte
Ventile und gemeinsame Schaltungsteile verwendet werden. Für die Erregerwicklung des Motors ist
keine separate Spannungsquelle erforderlich.
Der Aufbau des elektrischen Feldes für den Bremsbetrieb ist stark erleichtert
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 das Prinzipschema einer erfindungsgemäßen Schaltung,
F i g. 2 ein repräsentatives Schaubild der Ströme in den in F i g. 1 gezeigten verschiedenen Schaltungselementen,
Fig.3a eine erfindungsgemäße Schaltung, mit welcher
das Umschalten auf verschiedene Funktionsphasen möglich ist: Traktion, Nutzbremsung, Widerstandsbremsung,
F i g. 3b eine Darstellung jener Elemente gemäß F i g. 3a, die während der Traktionspte.se aktiv sind, und
Fig.3c eine Darstellung jener Elemente gemäß
F i g. 3a. die während der Bremsphase aktiv sind.
In F i g. 1 versorgt ein Anschlußnetz mit der Gleichspannung f7die Lasten 1,2... n. Mit je einer Last
ist ein Thyristor Th 1, Th 2... Thn in Reihe geschaltet
Ein einziger mit Thyristoren bestückter Unterbrecher H ist in Reihe geschaltet zwischen einem der Pole des
Anschlußnetzes und dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Thyristoren 77» 1. Th 2... Thn.
Der thyristorenversehene Unterbrecher H kann beliebig leitend gemacht oder gesperrt werden.
Das Löschen der Thyristorer, Th 1, Th2... Thn wird
durch Abklingen des sie durchfließenden Stromes erzielt, wenn der Unterbrecher H öffnet. Die natürliche
Löschung der Thyristoren Th i. Th2... Thn durch
Fehlen von Strom erlaubt es in der Regel, sogenannte »langsame« Thyristoren zu verwenden, im Gegensatz
zur erzwungenen Löschung, welche »schnelle« Thyristoren bedingt. Die langsamen Thyristoren sind billiger
und vertragen höhere Spannungen als die schnellen Thyristoren.
Anhand des Diagrammes in Fig. 2 wird die Funktionsweise der Einrichtung erläutert. Die Aufeinanderfolge
der Zustände der einzelnen Γιηπι htungselemente
ist in Funktion der Zeit dargestellt. Das Niveau 0 bedeutet Sperrung (nicht leitend), das Niveau 1 Leitung
des Elementes.
Es wird die Annahme getroffen, daß vor dem Zeitpunkt f0 der Unterbrecher H blockiert ist. Die
Thyristoren Th 1, Th2 ... Thn sind demnach zwangsläufig
gelöscht, weil kein Strom fließt.
Im Zeitpunkt fo wird der Unterbrecher H leitend
gemacht. Von diesem Augenblick an ist es möglich, zu einem gewünsQhten Zeitpunkt und völlig unabhängig
voneinander die Thyristoren Th 1, Th2... Thn leitend zu machen. Sollen eine oder mehrere Lasten nicht
angespeist werden, so müssen die entsprechenden Thyristoren nichtleitend gemacht werden.
Im gezeigten Beispiel gemäß Fig. 2 wird der Thyristor Th 1 zum Zeitpunkt u leitend, der Thyristor
77i2 zum Zeitpunkt te, ... der Thyristor 77»/? zum
Zeitpunkt t* Infolgedessen liegt die Speisespannung U
ab dem Zeitpunkt t\ an den Klemmen der Last t an, an
den Klemmen der Last 2 vom Zeitpunkt h an,... an den
Klemmen der Last η vom Zeitpunkt tn an.
Im Zeitpunkt t} wird der Unterbreche! H blockiert,
wodurch mangels Strom ebenfalls die Thyristoren 77? 1, ThI... Thn nicht leitend werden. Die Lasten 1, 2... η
werden demnach vom Zeitpunkt h an nicht mehr angespeist
Im Zeitpunkt U, wird der Unterbrecher H erneut
leitend gemacht, womit ein neuer Zyklus beginnt, analog jenem zwischen Ib und U-
Beispielsweise beträgt der Mittelwert des zwischen den Zeitpunkten fo und U an die Klemmen einer Last η
angelegten Spannung:
u = ί/x-
- ta
Die Zeitpunkte ίο. h und U sind nur von der
Wirkungsweise des Unterbrechers H abhängig. Die Spannung U ist vom Gleichstromnetz her gegeben.
Infolgedessen ist der Mittelwert der an den klemmen der Last π angelegten Spannung nur vom Zündzeitpunkt
t„ des Thyristors Thn abhängig. Da dieser Zeitpunkt für jede Last unabhängig gesteuert werden
kann, kann somit für jede einzelne Last ihre mittlere Klemmenspannung geregelt werden.
Der zwischen den Zeitpunkten fo und t} von der
Einrichtung durchlaufene Zyklus kann auf irgendeine Art wiederholt werden (mit konstanter Frequenz von
z.B. einigen 100Hz, mit variabler Frequenz, stochastisch,
usw.). Die einzige zu beachtende Bedingung ist, daß das Zeitintervall (U-13) genügend groß gewählt
wird, damit die Thyristoren 77? 1, Th 2 bis Thn ihr
Sperrvermögen erreichen.
Dieses Verfahren zum Steuern von unabhängigen elektrischen Größen ist besonders anwendbar bei der
Koppelung von Widerstands- und Nutzbremsung bei einem Fahrzeug im Gleichstromfahrbetrieb.
F i g. 3a zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur statischen Umschaltung der verschiedenen
Funktionsphasen eines Motors: Traktion, Widerstandsbremsen, Nutzbremsen.
In dieser Schaltung ist mit M der Läufer eines
Traktionsmotors bezeichnet, der vom Strom j durchflossen ist.
R ist der Widerstand für die Widerstandsbremsung; er ist so dimensioniert, daß die bei der Bremsung
anfallende Energie in Wärme umgewandelt wird.
/ bezeichnet eine Erregerwicklung eines Traktionsmotors.
D1 ist eine Ft eilaufdiode der Erregerspule,
D 2 ist eine Freilaufdiode des Läufers,
H ein Unterbrecher mit Thyristor.
D3 eine während der Bremsphase leitend werdende
Diode,
D 4 eine Diode, die verhindert, daß die Speisespannung U während den Bremsphasen am Motor
Manliegt,
Z. und C bilden ein Sperrfilter zur Entkopplung von
Wechselstrom im Speisenetz und in elektrischen Schaltkreisen des Fahrzeugs,
77? \ ist ein Thyristor, mit dem der mittlere Strom
im Widerstand R gesteuert wird. Th 2 ein Thyristor, mit dem der mittlere Strom / ia
der Erregerspule gesteuert wird; dieser Strom • bestimmt die EMK des Motors, wenn er als
Generator läuft, also den Strom7,
77? 3 ein Thyristor parallel zur Läuferwicklung M, Th 4 ein Thyristor parallel zur Diode D4 und
77? 5 ein Thyristor, mit dem der Ankerstrom j
gesteuert wird.
Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise ist die Einrichtung in zwei Schemata aufgeteilt.
Fig.3b zeigt die Konfiguration Traktion. Nur die
während dieser Thase aktiven Elemente sind dargestellt. Der Thyristor 77>4 ist kontinuierlich leitend.
Der Feldstrom / wird mit dem Thyristor 77? 2, der Ankerstrom j mit dem Thyristor ThS gesteuert Es muß
demnach keine Vorrichtung zur Feldschwächung vorgesehen werden.
Fig.3c zeigt die Konfiguration Bremsung. Nur die
während dieser Phase aktiven Elemente imd dargestellt
Die Diode D 3 übt keinen Einfluß auf die Funktionsweise aus.
Der Thyristor 77? 3 wird notwendig, wenn die Erreget wicklung im Nebenschluß liegt. Erbewirkt einen
Kurzschluß, welcher eine Energiespeicherung in der Läuferinduktanz ermöglicht. Nach erfolgter Abschaltung
durch den Unterbrecher H wird diese Energie an das Netz zurückgegeben.
Die notwendige Vormagnetisierung zum Umschalten des Motors M auf Generatorbetrieb beim Bremsen wird
dadurch erzielt, daß der Thyristor 77? 4, der Thyristor Th 2 und der Unterbrecher H leitend werden, und zwar
während einer Zeitspanne, die benötigt wird, damit sich
in der Erregerwicklung ein vom Netz herrührender, genügend großer Strom /aufbauen kann.
Zur Vormagnetisierung sind somit kein separates Versorgungsnetz und keine zusätzlichen Elemente
erforderlich.
Zusammengefaßt sind die Vorteile der Schaltungsanordnung:
Umschaltung Traktion-Bremsung erfolgt einfach und mit nur wenigen Elementen
Stufenloses Schalten von Bremswiderständen und Nutzbremsen, wobei die höchstmögliche Leistung
ans Netz abgegeben wird
Einfache Vorerregung ohne Hilfsstromquelle Feldschwächung ohne besondere hierfür vorgesehene Vorrichtung.
Einfache Vorerregung ohne Hilfsstromquelle Feldschwächung ohne besondere hierfür vorgesehene Vorrichtung.
Die Erfindung ist besonders geeignet bei einem Moto.. der über einen Gleichstromregler gesteuert
wird, wobei letzterer einen Hauptthyristor und einen Löschkreis mit Thyristor aufweist. Der Reeler übernimmt
in diesem Fall die Funktion des Unterbrechers H. Ein AusführungsLeispiel eines derartigen Reglers ist in
der französischer, Patentanmeldung 76/34 263 beschrie·
ben.
Es versteht sich, daß die Zündschaltkreise der verschiedenen Thyristoren als bekannt vorausgesetzt
werden und deshalb nicht dargestellt und beschrieben worden sind.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Einrichtung zum Regeln mehrerer unabhängiger elektrischer Lasten einer Gleichstromeinrichtung,
in welcher diese Lasten in zueinander parallelen Lastzweigen angeordnet und durch
Lastzweigthyristoren gesteuert sind, wobei diese Lastzweige in Reihe mit einer diese Lastzweige
steuernden und deren Thyristoren gleichzeitig löschenden Umschaltvorrichtung geschaltet sind,
und wobei diese Umschaltvorrichtung ein Gleichstromregler ist, welcher einen Hauptthyristor und
einen Löschkreis mit Thyristor aufweist, dadurch
gekennzeichnet, daß die Last je eines Lastzweiges aus einem Bremswiderstand (R), einer
Erregerwicklung (I) und einer Läuferwicklung eines Motors (AiJ besteht
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß parallel zur Läuferwicklung des Motors (M)e\n Thyristor f77?3) geschaltet ist.
3. Anwendung der Einrichtung nach Anspruch 1 zum Umschalten des Motors auf folgende Funktionsphasen:
Motorspeisung, Feldschwächung des Motorläufers, Widerstandsbremsung und Nutz- 2ϊ
bremsung, wobei die Nutzbremsung Vorrang gegenüber der Widerstandsbremsung hat
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