CH627316A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Steuern eines Leistungsumformers zur Speisung und zur

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Durchführung von Nutzbremsungen eines Gleichstrommotors, der geeignet ist, als Motor mit geregelter Stromzufuhr sowie als gesondert erregter Generator zur Durchführung der Nutzbremsung betrieben zu werden.

Auf den Seiten 526-536 der «Brown Boveri Review», s

Dezember 1973, ist ein in der zugehörigen Fig. 6 dargestellter Leistungsumformer dieser Art beschrieben, der zur Verwendung bei Wechselstromlokomotiven geeignet ist. Um bei diesem Leistungsumformer zu verhindern, dass Fernmeldeanlagen und dergleichen durch starke harmonische Ströme gestört io werden, die auf der Wechselstromzuführungsseite des Leistungsumformers fliessen könnten, sind die Gleichstromausgangsseiten mehrerer Gruppen von Umformereinheiten zu einer Kaskadenschaltung vereinigt. Hierbei liefert eine Gruppe der Umformereinheiten Ausgangsspannungen, die einer ständi-15 gen Regelung unterliegen, während die Ausgangsspannungen einer weiteren Gruppe von Umformern nach Bedarf zu- bzw. abgeschaltet werden. Die Umschaltung zwischen den beiden Gruppen von Umformereinheiten ermöglicht eine ständige Regelung der gesamten Ausgangsgleichspannung des Lei- 20 stungsumformers.

In der US-PS 4 144 559, in der eine Steueranordnung für Leistungsumformer vorgeschlagen wird, ist eine Verbesserung in Form einer einfachen Schaltung beschrieben, die es ermöglicht, ein Befehlssignal zum Durchführen der erforderlichen 25 Umschaltung zwischen der ersten und der zweiten Gruppe von Umformereinheiten des Leistungsumformers zu erzeugen. Im folgenden wird eine Zusammenfassung des Inhalts dieser US-Patentschrift gegeben.

Zu der genannten bekannten Verbesserung gehört die Tat- 30 sache, dass bei der Schaltung zum Umschalten der Gruppen von Umformereinheiten ein Zähler verwendet wird, der das Signal zum Umschalten zwischen den beiden Gruppen von Umformereinheiten erzeugt. Wenn ein durch einen Phasenschieber erzeugtes Leitfähigkeitsphasensignal, das den kontinu- 35 ierlich gesteuerten Umformereinheiten zugeführt wird, einen kleinsten oder einen grössten Leitfähigkeitswinkel erreicht,

wird der Stand des Zählers verändert, und danach fährt der Zähler mit der Zählung fort, bis das Zählergebnis einen Befehl erreicht, der durch eine Hauptsteuereinrichtung erzeugt wird 40 und die Anzahl der in Betrieb zu setzenden Umformereinheiten bestimmt. Das Zählergebnis des Zählers wird durch einen Decodierer decodiert, der das Signal zum Umschalten der Umformereinheiten erzeugt.

Wenn der Leistungsumformer als Umformer betrieben 45 wird, um einen die Last bildenden Gleichstrommotor zu speisen, ist es erforderlich, dass beim Umschalten der Umformereinheiten die nachstehend genannten Bedingungen erfüllt sind:

1. Um zu verhindern, dass die zusammengesetzte Ausgangsgleichspannung der Umformereinheiten vor und nach dem 50 Umschalten zwischen den beiden Gruppen von Umformereinheiten verändert wird, ist es erforderlich, die Umschaltung bei der Nullphase der Wechselspannung oder in dem Augenblick durchzuführen, in dem die Wechselspannung ihre Polarität ändert. 55

2. Da es eine gewisse Zeit dauert, bis das Leitfähigkeitsphasensignal des Phasenschiebers unmittelbar nach dem Umschaltvorgang wieder von seinem kleinsten Wert auf seinen höchsten Wert übergeht, ist es erforderlich, das Ausgangssignal des Phasenschiebers während einer entsprechenden Zeit- 60 spanne wirkungslos zu machen.

Im Fall der Nutzbremsung müssen dagegen die nachstehenden Bedingungen erfüllt sein:

1. Um eine Erhöhung der Stromstärke infolge der Verringerung der gegenelektromotorischen Kraft des Gleichstrommo- es tors vor und nach dem Umschaltvorgang bzw. beim Umformerbetrieb einen speziellen Kommutationsfehler zu verhindern, ist es erforderlich, den Umschaltvorgang gegenüber der

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Phase maximaler Leitfähigkeit um die für den Umschaltvorgang benötigte Zeit vorzuverlegen.

2. Unmittelbar nach dem Umschaltvorgang muss das Ausgangssignal des Phasenschiebers auf die Dauer einer Zeitspanne wirkungslos gemacht werden, die der bei dem Phasenschieber auftretenden Verzögerung entspricht.

Zusätzlich zu der Möglichkeit der Umschaltung von Umformereinheiten nach der genannten US-Patentanmeldung bietet die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung zum Steuern eines Leistungsumformers die Möglichkeit, den vorstehend genannten Erfordernissen der Stromversorgung eines Gleichstrommotors und der Nutzbremsung zu entsprechen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Steuern eines Leistungsumformers der eingangs genannten Art zu schaffen, die es ermöglicht, eine plötzliche Veränderung der Stromstärke im Augenblick des Umschaltens zwischen einer kontinuierlich gesteuerten Umformereinheit und einer durch Ein- und Ausschalten gesteuerten Umformereinheit zu verhindern und sowohl einen stabilen Umformerbetrieb als auch eine stabile Nutzbremswirkung während des Betriebs als Wechselrichter zu erzielen.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen gemäss der Kennzeichnung des unabhängigen Patentanspruches 1 gelöst.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 die Schaltung eines Leistungsumformers, bei dem die Erfindung anwendbar ist;

Fig. 2 und 3 jeweils eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 1, wobei Fig. 2 ein Beispiel für die Regelung der Stromzufuhr und Fig. 3 ein Beispiel für die Regelung bei einer Nutzbremsung gibt;

Fig. 4 ein Blockschaltbild, das den gesamten Aufbau einer erfindungsgemässen Schaltungsanordnung zum Steuern eines Leistungsumformers erkennen lässt;

Fig. 5 weitere Einzelheiten einer in Fig. 4 angedeuteten Schaltung zum Umschalten von Umformereinheiten;

Fig. 6 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 5;

Fig. 7 eine logische Schaltung zum kontinuierlichen Steuern der Umformereinheiten nach Fig. 4;

Fig. 8 eine logische Schaltung zum Steuern der Umformereinheiten nach Fig. 4 durch Ein- und Ausschalten; und

Fig. 9 weitere Einzelheiten einer in Fig. 4 angedeuteten Schaltung zum Regeln der Stromstärke.

Zunächst wird im folgenden die Schaltung des Leistungsumformers, bei dem die Erfindung angewendet wird, anhand von Fig. 1 beschrieben. Gemäss Fig. 1 ist die Primärwicklung SO eines Haupttransformators MT an eine nicht dargestellte Quelle für einphasigen Wechselstrom angeschlossen. Bei einem elektrischen Schienenfahrzeug wird der Wechselstrom einem Fahrdraht über einen Stromabnehmer entnommen. Die Sekundärwicklung SF des Transformators SO ist in zwei Wicklungen SF1 und SF2 unterteilt und an eine Feldstrom-Regelgleichrichtereinheit UF angeschlossen, die im folgenden kurz als Thyristoreinheit bezeichnet wird und einen Thyristor Ol P aufweist, welcher während der positiven Halbperiode des zugeführten Wechselstroms gezündet wird, ferner einen Thyristor 01N, dessen Zündung während der negativen Halbperiode erfolgt, sowie eine Diode dl. Die Sekundärwicklung S1 besitzt eine Mittelanzapfung und ist in zwei Abschnitte SI 1 und S12 unterteilt; die Mittelanzapfung ist an eine kontinuierlich gesteuerte Umformereinheit Ul angeschlossen, die im folgenden kurz als Thyristoreinheit U1 bezeichnet wird und sechs Thyristoren 11P-13P sowie 11N-13N aufweist, die eine Drei-phasenbrückenschaltung bilden. Bei der Thyristoreinheit U1 besteht jeweils ein Zweig aus zwei in Reihe geschalteten Thyristoren, z. B. den Thyristoren IIP und 11N. Die dritte Sekundärwicklung S2 des Transformators MT ist an eine durch Ein- und

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Ausschalten gesteuerte Umformereinheit U2 angeschlossen, zugeführt wird. Während des Abbremsens des elektrischen die im folgenden kurz als Thyristoreinheit U2 bezeichnet wird Fahrzeugs wird die gegenelektromotorische Kraft Ed gemäss und vier eine Brückenschaltung bildende Thyristoren 21 P, 22P, Fig. 3 zwischen den Zeitpunkten tl und t2 verringert, so dass es 21N und 22N aufweist. Die Thyristoreinheiten Ul und U2 sind erforderlich ist, die Spannung auf der Seite der Thyristoreinheit gleichstrommässig in Reihe geschaltet und beide Klemmen die- 5 entsprechend zu verringern. Gemäss Fig. 3 wird zwischen den ser Reihenschaltung sind über eine Glättungstrommel L mit Zeitpunkten tl und t2 die Spannung an der Sekundärwicklung dem Feldmagneten F und dem Anker MM eines Gleichstrom- Sil des Haupttransformators MT so geregelt,dass die gegen-motors verbunden. elektromotorische Kraft El der Thyristoreinheit U1 kontinu-Wird ein Schalter Pu geschlossen, arbeiten die Thyristor- ierlich verringert wird, woraufhin gemäss Fig. 3 zwischen den einheiten U1 und U2 insgesamt als Umformer, um den Gleich- 10 Zeitpunkten t2 und t3 die Umschaltung der Thyristorzweige in strommotor mit Strom zu versorgen. Wird dagegen ein Schal- Abhängigkeit vom Zweigumschaltsignal U12p der Thyristor-ter Bu geschlossen, arbeiten die Thyristoreinheiten U1 und U2 einheit U1 erfolgt, wodurch die Spannung an der Sekundärais Wechselrichter, um mit Hilfe des Gleichstrommotors eine wicklung S12 des Haupttransformators MT geregelt wird. Nutzbremsung durchzuführen. Nach dem Schliessen des Schal- Wenn schliesslich die gegenelektromotorsiche Kraft El ters Bu unterteilt ein mit dem Anker MM parallelgeschalteter 15 gemäss Fig. 3 im Zeitpunkt t3 den Wert Null erreicht, fällt die Widerstand R den Ankerstrom, um den einer hohen Harmoni- gegenelektromotorische Kraft E2 der Thyristoreinheit U2 von sehen entsprechenden Strom zu verringern, der während der ihrem Höchstwert E2m bis auf Null.

Nutzbremsung zur Eingangsseite des Leistungsumformers Gleichzeitig wird die Ausgangsgleichspannung El der Thy-

fliesst. ristoreinheit U1 wieder von Null auf ihren Höchstwert — El m

Die Regelung der Stromzufuhr zu dem Gleichstrommotor 20 gebracht. Somit behält die zusammengesetzte Ausgangsgleich-

wird im folgenden anhand von Fig. 1 und 2 erläutert. Soll die Spannung Ed, d. h. die gegenelektromotorische Kraft Ed vor

Zufuhr des Stroms zu dem Motor geregelt werden, wird und nach dem Umschalten der Thyristoreinheiten ihren Wert gemäss Fig. 1 der Schalter Pu geschlossen, so dass eine Umfor- —Elm unverändert bei. Wenn danach die Fahrgeschwindigkeit merschaltung zur Wirkung kommt, zu der die Thyristoreinhei- abnimmt, wird die Ausgangsgleichspannung El der Thyristor-

ten U1 und U2 gehören. Hierbei ist der Anker MM des Gleich- 25 einheit U1 kontinuierlich geregelt, bis die zusammengesetzte strommotors mit dem Feldmagneten F in Reihe geschaltet. Ausgangsgleichspannung bzw. die gegenelektromotorische

Gemäss Fig. 2 wird im Zeitpunkt tO den Thyristoren 11 P, 11N, Kraft Ed auf Null verringert worden ist.

12P und 12N der Thyristoreinheit U1 ein Steuersignal zuge- Um die vorstehend beschriebene Regelung der Stromzuführt, damit die der Sekundärwicklung Sil des Haupttransfor- fuhr bzw. der Nutzbremsung zu ermöglichen, müssen die Thyri-mators MT entnommene Spannung gleichgerichtet wird, 30 stören der betreffenden Thyristoreinheiten in der beschriebe-wobei mit zunehmender Drehzahl des Gleichstrommotors die nen Weise gesteuert werden. Im folgenden wird zunächst die Ausgangsgleichspannung El kontinuierlich gesteigert wird, thyristorgesteuerte Arbeitsweise bei der Regelung der Strom-wie es in Fig. 2 bezüglich der Zeitspanne zwischen tO und tl zufuhr zu dem Gleichstrommotor beschrieben.

dargestellt ist. Sobald die Spannung El den in Fig. 2 für den Soll die Stromzufuhr zum Motor des elektrischen Fahr-Zeitpunkt tl dargestellten Pegel erreicht, bewirkt ein Zweig- 35 zeugs geregelt werden, muss den Thyristoren 11 N, 11P, 21N umschaltsignal U12P der Thyristoreinheit Ul eine Umschal- und 21P ein Steuersignal zugeführt werden, um diese Thyristo-tung von den Thyristoren 12P und 12N auf die Thyristoren 13P ren einzuschalten. Zu diesem Zweck wird den genannten Thyri-und 13N, so dass jetzt die an der Sekundärwicklung S12 des stören zuerst ein Gleichspannungs-Steuersignal zugeführt. Haupttransformators MT erscheinende Wechselspannung Hierbei bewirken die Thyristoren lediglich, dass der Gleichgleichgerichtet wird. Hierauf nimmt die Spannung El weiter 40 ström so umgeleitet wird, dass die Gleichspannungen El und zu, bis sie im Zeitpunkt t2 ihren Höchstwert Elm erreicht, wor- E2 der Thyristoreinheiten Ul und U2 beide auf dem Wert Null aufhin die Thyristoreinheit U2 eingeschaltet wird, um zu bewir- verbleiben. Um die Gleichspannung El zu erhöhen, wird dann ken, dass die Ausgangsgleichspannung E2 gemäss Fig. 2 im den Thyristoren 12P und 12N das Phasensignal a zugeführt, um Zeitpunkt t2 ihren Höchstwert E2m annimmt. Gleichzeitig sie leitfähig zu machen. Hierbei wird jeweils der Thyristor IIP wird die Ausgangsgleichspannung El der Thyristoreinheit U1 45 bzw. der Thyristor IIP abgeschaltet, während der Thyristor von ihrem Höchstwert Elm auf Null zurückgeführt. Bei diesem 12P bzw. der Thyristor 12N leitfähig ist, so dass es erforderlich Regelverfahren behält die zusammengesetzte Ausgangsgleich- ist, denjenigen Teil des Steuersignals zu beseitigen, welcher Spannung Ed gemäss Fig. 2 im Zeitpunkt t2 ihren Wert E1 m bei. dem Leitfähigkeitsphasensignal a entspricht. Diese teilweise Im Anschluss hieran wird die Ausgangsgleichspannung El der Beseitigung des Steuersignals ist notwendig, um zu verhindern, Thyristoreinheit U1 weiterhin kontinuierlich gesteigert, bis die 50 dass sich der in der Gegenrichtung fliessende Ableitstrom verzusammengesetzte Ausgangsgleichspannung Ed gemäss Fig. 2 stärkt, während die umgekehrte Spannung an die Thyristoren im Zeitpunkt t4 den Wert 2Elm annimmt. angelegt wird.

Im folgenden wird die grundsätzliche Arbeitsweise der Wird die Phase des Leitfähigkeitsphasensignals a so weit

Schaltung nach Fig. 1 bei einer Nutzbremsung anhand von vorverlegt, dass die gesamte Spannung an der zweiten Sekun-

Fig. 1 und 3 beschrieben. In Abhängigkeit von einem Nutz- 55 därwicklung Sil des Haupttransformators MT gleichgerichtet brems-Befehlssignal, das gegeben wird, wenn sich das elektri- wird, wird diese Tatsache nachgewiesen. Infolgedessen werden sehe Fahrzeug mit dem Gleichstrommotor mit seiner Höchst- die Thyristoren 1 IP, 1 IN, 12P und 12N in der Phase der gering-

geschwindigkeit bewegt, wird gemäss Fig. 1 nur der Schalter sten Leitfähigkeit, d. h. bei a = 0, gezündet, während gleichzei-

Bu geschlossen, um zu bewirken, dass der Feldmagnet F durch tig das Leitfähigkeitsphasensignal plötzlich von seinem klein-

die Thyristoreinheit UF gesondert erregt wird. Wird der Feld- 6o sten Wert auf seinen grössten Wert gebracht wird. Zu diesem ström If geregelt, wird den Thyristoreinheiten U1 und U2 ein Zweck werden Zweigumschaltsignale für die Thyristoren 12P,

Steuersignal für den Betrieb als Wechselrichter zugeführt, so 12N und 13P, 13N benötigt. Auch in diesem Fall wird die Leitfä-

dass sie gemäss Fig. 3 zwischen den Zeitpunkten tO und tl die higkeitsphase in Abhängigkeit von dem Leitfähigkeitsphasen-

maximalen gegenelektromotorischen Kräfte - E1 m und - E2m signal a vorverlegt, um die Transistoren 13P und 13N leitfähig erzeugen. Hierbei wird die durch den Anker MM erzeugte 65 zu machen. Hierbei ist es erforderlich, dass die Steuersignale gegenelektromotorische Kraft - Ed durch den Widerstand R für die Thyristoren 12P und 12N teilweise durch denjenigen teilweise in Wärme verwandelt, während der Rest der nicht Teil beseitigt werden, welcher dem Leitfähigkeitsphasensignal dargestellten Stromquelle über den Haupttransformator MT a für die Thyristoren 13P und 13N entspricht. Ausserdem müs-

sen die Steuersignale für die Thyristoren 1 IN und 11P durch denjenigen Teil beseitigt werden, welcher dem den Thyristoren 12P, 12N, 13P und 13N zugeführten Steuersignal entspricht.

Wenn durch die Vorverlegung der Phase des Leitfähigkeitsphasensignals a, das den Thyristoren 13P und 13N zugeführt wird, die Thyristoreinheit Ul veranlasst wird, die gesamten an den Sekundärwicklungen SI 1 und S12 des Haupttransformators MT erscheinenden Spannungen gleichzurichten, wird die Thyristoreinheit U2 eingeschaltet, so dass die gesamte Spannung an der Sekundärwicklung S2 des Haupttransformators gleichgerichtet wird, während gleichzeitig die gleichgerichtete Spannung der Thyristoreinheit Ul auf ihren Ausgangswert zurückgeführt wird, so dass El = 0 ist.

Zum Durchführen dieser Umschaltung werden ein Signal zum Umschalten der Zweige der Thyristoreinheit Ul, d. h. das Signal U 12p, und ein Signal zum Einschalten der Thyristoreinheit U2, d. h. das Signal U2p, verwendet; diese Signale müssen jeweils beim Nulldurchgang der Spannung der Wechselspan- -nungsquelle erzeugt werden. Ferner ist es erforderlich, durch Nachweisen der Erzeugung des Signals U2p zum Einschalten der Thyristoreinheit U2 ein Signal zum Beseitigen des Steuersignals zu erzeugen.

Dieser Umschaltvorgang bewirkt, dass ein 0°-Leitfähig-keitsphasensignal den Thyristoren 22P und 22N der Thyristoreinheit U2 zugeführt wird. Da die Thyristoren 21P und 21N während des leitfähigen Zustandes der Thyristoren 22P und 22N abgeschaltet sein sollen, muss das Steuersignal während dieser Zeitspanne beseitigt werden. Nach dem Abschluss des Umschaltvorgangs wird die Gleichspannung El der Thyristoreinheit Ul allmählich wieder von Null aus erhöht.

Nachstehend wird die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 1 bei einer Nutzbremsung beschrieben.

In Abhängigkeit von der Erzeugung eines Nutzbremsbefehls müssen die Thyristoreinheiten Ul und U2 beide jeweils die maximale gegenelektromotorische Kraft erzeugen. Zu diesem Zweck muss ein maximales Leitfähigkeitsphasenwinkelsig-nal entsprechend araax den Thyristoren 1 IP, 13P, 1 IN und 13N der Thyristoreinheit Ul und den vier Thyristoren der Thyristoreinheit U2 zugeführt werden, um während des Nutzbremsungsbetriebs, bei dem die Anordnung als Wechselrichter betrieben wird, den Mindestwert des Kommutationswinkels aufrechtzuerhalten. Ausserdem muss ein solches Signal, das im folgenden mit dMW bezeichnet wird, ein Signal von grosser Breite sein, da seine Länge 180° entsprechen muss.

Während der Herabsetzung der Fahrgeschwindigkeit wird die gegenelektromotorische Kraft El der Thyristoreinheit Ul entsprechend verringert. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, den Thyristoren 12P und 12N der Thyristoreinheit Ul ein Leitfähigkeitsphasensignal a zur Kommutation von den Thyristoren 13P und 13N aus zuzuführen. Der Betrieb der Anordnung nach Fig. 1 als Wechselrichter wird mit Hilfe der vier Thyristoren 12P, 12N, 1 IP und 1 IN so durchgeführt, dass die gegenelektromotorische Kraft El der Thyristoreinheit Ul auf einen Wert verringert wird, welcher der Spannung an der Sekundärwicklung S12 des Haupttransformators MT gleichwertig ist. Da entweder der Thyristor 11P oder der Thyristor 11N abgeschaltet ist, während der Thyristor 12P bzw. der Thyristor 12N leitfähig ist, muss diese Zeitspanne dazu verwendet werden, das Steuersignal für den Thyristor IIP bzw. den Thyristor 11N zu beseitigen. Entsprechend werden die Thyristoren 12P und 12N dadurch abgeschaltet, dass der Thyristor 13P bzw. der Thyristor 13N leitfähig gemacht wird; daher müssen die genannten Signale durch die Signalteile beseitigt werden, welche den Signalen für die Thyristoren 13P und 13N entsprechen.

Schreitet das Leitfähigkeitsphasensignal a fort, und erreicht es den Wert Null, kann im wesentlichen nur die Spannung an der Sekundärwicklung S12 des Haupttransformators MT in eine Wechselspannung verwandelt werden. Während

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einer kurzen Zeitspanne, wenn die Thyristoren 13P und 13N leitfähig sind, wird die Spannung an der Sekundärwicklung Sil des Haupttransformators gleichgerichtet. Daher ist es erforderlich, die Thyristoren IIP und 11N in diesem Augenblick vollständig abzuschalten, und zwar derart, dass die beiden Thyristorsignale beseitigt werden, während den Thyristoren 12P und 12N gleichzeitig ein Signal aMP zugeführt wird, das aus dem Signal amax durch eine monostabile Multivibratorschaltung erzeugt wird. Für diese Umschaltung wird das Signal U12p verwendet. Da es wichtig ist, beim Wechselrichterbetrieb Kommu-tationsfehler zu vermeiden, muss der Umschaltvorgang um ein Mehrfaches von 10 Mikrosekunden früher durchgeführt werden, als es bei der Umschaltung bei der maximalen Leitfähi-keitsphase amax erforderlich ist. Dieser Umschaltvorgang ermöglicht es der Thyristoreinheit Ul, nur die an der Sekundärwicklung S12 des Haupttransformators MT erscheinende Spannung in eine Wechselspannung zu verwandeln. Um eine weitere Verringerung der entstehenden gegenelektromotorischen Kraft zu bewirken, muss das Leitfähigkeitsphasensignal a den Thyristoren 13P und 13N vom Zeitpunkt der Erzeugung des Signals U 12p ab zugeführt werden. Hierbei werden die Thyristoren 12P und 12N während der verlängerten Leitfähigkeitsperiode der Thyristoren 13P und 13N im abgeschalteten Zustand gehalten, und daher müssen die betreffenden Teile der den Thyristoren 12P und 12N zugeführten Signale beseitigt werden. Wenn die gegenelektromotorische Kraft El der Thyristoreinheit Ul ihren kleinsten Wert annimmt, wobei das Leitfähigkeitsphasensignal a den Wert Null annimmt, wird die Gleichspannung E2 der Thyristoreinheit U2 auf Null verringert, während gleichzeitig die Thyristoreinheit Ul in ihren ursprünglichen Zustand gebracht wird, bei dem El = -Elm ist. Zu diesem Zweck muss den Thyristoren 21P und 21N ein Gleichspannungs-Steuersignal zugeführt werden, und die Steuersignale für die Thyristoren 22P und 22N müssen beseitigt werden. Bei diesem Umschaltvorgang wird das Signal U2p verwendet.

Nach dem Umschaltvorgang wird die gegenelektromotorische Kraft Edi der Thyristoreinheit Ul wieder von einem höheren Wert auf einen niedrigeren Wert verringert.

Soll beim Betrieb des Motors oder bei der Nutzbremsung ein stabileres Betriebsverhalten erreicht werden, wird mit einer Regelung des Ankerstroms und des Feldstroms für den Motor gearbeitet. Bei der Regelung des Motorbetriebs wird zu diesem Zweck der Ankerstrom des Motors während des Beschleunigungsvorgangs innerhalb vorbestimmter Grenzen auf einen konstanten Wert eingeregelt. Bei der Nutzbremsung dagegen, bei der gewöhnlich ein Nebenschlussmotor benutzt wird, wird zunächst der Feldstrom des Motors geregelt, woraufhin eine Regelung des Ankerstroms erfolgt, um eine gute Ausnutzung des Motordrehmoments zu gewährleisten.

Die Stromstärke erfährt keine plötzliche Änderung, wenn die Thyristorzweige der kontinuierlich geregelten Thyristoreinheit umgeschaltet werden, und eine Stromregeleinrichtung dient zur stabilen Steuerung des Betriebs der Anordnung als Umformer bzw. als Wechselrichter.

Fig. 4 zeigt das Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemässen Schaltungsanordnung, Fig. 5 Einzelheiten der Schaltung zum Umschalten der Thyristoreinheiten, Fig. 6 die Wirkungsweise der Umschalteinrichtung nach Fig. 5, Fig. 7 Einzelheiten des logischen Signalsteuerteils der kontinuierlich geregelten Thyristoreinheit, Fig. 8 Einzelheiten des logischen Steuerteils für die durch Ein- und Ausschalten gesteuerte Thyristoreinheit und Fig. 9 Einzelheiten einer Schaltung zum Regeln der Stromstärke.

Zunächst wird im folgenden die Leistungsumformer-Steuer-anordnung nach Fig. 1 anhand von Fig. 4 näher erläutert.

Gemäss Fig. 4 ist eine Hauptsteuereinrichtung 1 vorhanden, die durch den Fahrer des elektrischen Fahrzeugs manuell betä5

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tigt wird. Von der Hauptsteuereinrichtung 1 aus wird ein Befehl, der die Anzahl der in Betrieb zu setzenden Thyristoreinheiten angibt, einer Umschalteinrichtung 5 zugeführt; dagegen wird ein Nutzbremsbefehl PB zwei Steuersignalwählschaltungen 17 und 18 zugeführt. Da der Betätigungsbefehl von der Hauptsteuereinrichtung 1 aus einem UND-Gatter AG zugeführt wird, wird der Strombefehl Ip, der den Normalwert des Ankerstroms bestimmt, einer Stromregelschaltung 9 zugeführt, die eine Abweichung zwischen dem Strombefehl Ip und dem Ankerstrom Ia feststellt und einem Phasenschieber 6 einen Steuerbefehl Ic zuführt. In Abhängigkeit von dem Steuerbefehl Ic bestimmt der Phasenschieber 6 das Phasensignal a für die Thyristoreinheit Ul, um ein Leitfähigkeitsphasensignal a einer logischen Schaltung 16 für die kontinuierliche Steuerung zuzuführen. Dagegen führt die Stromregelschaltung 9, welche den durch den Feldmagneten F des Motors fliessenden Strom nur bei einer Nutzbremsung regelt, einem Phasenschieber 14 zur Regelung des Feldstroms einen Befehl zu, durch den ein Bezugswert für den Feldstrom festgelegt wird.

Gemäss Fig. 4 erzeugt ein Synchronsignalgenerator 2 ein mit dem zugeführten einphasigen Wechselstrom synchrones Signal, indem er die Sinuswelle des dem Haupttransformator MT nach Fig. 1 zugeführten Wechselstroms in eine Rechteckwelle umwandelt, um den Phasenschiebern 6,8 und 14 ein Signal zuzuführen, das ein Bezugssignal für die Erzeugung des Leitfähigkeitsphasensignals bildet. Dieses Signal entspricht auch dem kleinsten Wert des Leitfähigkeitsphasensignals ao der Thyristoreinheit und wird daher gleichzeitig der logischen Schaltung 15 für die Ein- und Ausschaltsteuerung und der logischen Schaltung 16 für die kontinuierliche Steuerung zugeführt. Ferner gelangt das Ausgangssignal des Synchronsignalgenerators 2 zu der monostabilen Multivibratorschaltung3, wo es in ein impulsförmiges Signal verwandelt wird, das als Bezugssignal der Phasendetektorschaltung 4 und einer Synchronimpuls-Generatorschaltung 12 zugeführt wird, um sie zu betätigen.

Die Phasendetektorschaltung 4 ermittelt die Phase des Leitfähigkeitsphasensignals a aus dem Phasenschieber 6, wobei der synchrone Impuls aus der monostabilen Multivibratorschal-tung 3 als Bezugsgrösse verwendet wird. Wenn der kleinste Wert ao oder der grösste Wert amax der Leitfähigkeitsphase erreicht wird, wird das Ausgangssignal der Phasendetektorschaltung 4 der Umschalteinrichtung 5 zugeführt. Hierbei wird der Stand eines noch zu beschreibenden Abwärtszählers, der zu der Umschalteinrichtung 5 gehört, bei dem kleinsten Wert ao der Leitfähigkeitsphase vergrössert und beim grössten Wert amax der Leitfähigkeitsphase herabgesetzt. Die Umschalteinrichtung 5 für die Thyristoreinheiten dient dazu, gemäss Fig. 4 ein Betätigungssignal U2p zu erzeugen, das dazu dient, die Anzahl der in Betrieb zu setzenden Thyristoreinheiten zu ändern; ausserdem erzeugt die Umschalteinrichtung 5 ein Signal U12p zum Umschalten der Zweige der Thyristoreinheit Ul. Die Betätigungssignale U2p und U 12p werden synchron mit dem zugeführten einphasigen Wechselstrom entsprechend dem Ausgangssignal der Synchronimpuls-Generatorschaltung 12 erzeugt. Das Ausgangssignal der Umschalteinrichtung 5 wird gleichzeitig mit der Entnahme der Betätigungssignale U2p und U12p einem monostabilen Multivibrator 13 zugeführt, der ein Abschaltsignal Gof zu der logischen Schaltung 16 für die kontinuierliche Steuerung bzw. Regelung gelangen lässt. Die logische Schaltung 16 hält das Leitfähigkeitsphasensignal o aus dem Phasenschieber 6 von der Thyristoreinheit Ul fern, während das Abschaltsignal erzeugt wird. Ausserdem wird das Abchaltsignal Gof des monostabilen Multivibrators 13 dem monostabilen Multivibrator 7 zugeführt, dessen Ausgangssignal dazu dient, das Ausgangssignal des Phasenschiebers 6 vom kleinsten Wert ao der Leitfähigkeitsphase auf den grössten Wert amax der Leitfähigkeitsphase zu bringen.

Um den mindestens erforderlichen Kommutationswinkel bei den Thyristoren der Thyristoreinheiten U1 und U2 bei einer Nutzbremsung aufrechtzuerhalten, muss ein Signal mit einem maximalen Leitfähigkeitsphasenwinkel amax zugeführt werden, das durch einen halbstarren Phasenschieber 8, einen monostabilen Multivibrator 10 und eine logische Schaltung 11 für ein Signal von grosser Breite erzeugt wird. Mit anderen Worten, der halbstarre Phasenschieber 8 erzeugt das maximale Leitfähigkeitsphasensignal amax zum Einstellen des Mindestwertes des Kommutationswinkels der Thyristoren, wobei das Ausgangssignal des Synchronsignalgenerators 2 als Bezugsgrösse verwendet wird. Das maximale Leitfähigkeitsphasensignal amax wird durch den monostabilen Multivibrator 10 in ein Impulssignal verwandelt, das durch die logische Schaltung 11 in ein Signal aMw mit einer elektrischen Breite von 180° umgesetzt wird. Dieses Ausgangssignal der logischen Schaltung 11 wird der logischen Ein/Ausschalt-Steuerschaltung 15 und der logischen Schaltung 16 für die kontinuierliche Steuerung zugeführt.

Nunmehr empfängt die logische Schaltung 15 das Betätigungssignal U2p, das kleinste Leitfähigkeitsphasensignal ao und das grösste Leitfähigkeitsphasensignal aMw. um durch einen logischen Prozess ein Steuersignal für jeden der Thyristoren der Thyristoreinheit U2 zu erzeugen. Das Ausgangssignal der logischen Schaltung 15 wird einer Steuersignal-Wählschaltung 17 zugeführt, welche die Steuersignale in Abhängigkeit von einem Motorbetriebsbefehl oder einem Nutzbremsbefehl der Hauptsteuereinrichtung 1 auf die Thyristoren der Thyristoreinheit U2 verteilt. Der logischen Schaltung 16 für die kontinuierliche Steuerung werden dagegen das Zweigumschaltsignal U12p, das kleinste Leitfähigkeitsphasensignal ao, das grösste Leitfähigkeitsphasensignal Omw. das Leitfähigkeitsphasensignal a und das Sperrsignal Rof zugeführt, um auf logischem Wege Steuersignale für die Thyristoren der Thyristoreinheit Ul zu erzeugen. Das Ausgangssignal der logischen Schaltung 16 wird der Steuersignal-Wählschaltung 18 zugeführt, welche Steuersignale auswählt und sie auf die Thyristoren der Thyristoreinheit Ul verteilt, was jeweils in Abhängigkeit von einem Motorbetriebsbefehl oder einem Nutzbremsbefehl der Hauptsteuereinrichtung 1 geschieht.

Die Hauptteile der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 werden im folgenden anhand von Fig. 5 und 6 beschrieben, wo weitere Einzelheiten der Umschalteinrichtung 5 zur näheren Erläuterung dargestellt sind. Zu der Schaltung nach Fig. 5 gehören ein umsteuerbarer Zähler CT, ein Decodierer CD, ein Kom-parator CL zum Vergleichen des Ausgangssignals des umsteuerbaren Zählers CT mit dem die Anzahl der in Betrieb zu setzenden Thyristoreinheiten angebenden Befehl, der durch die Hauptsteuereinrichtung 1 erzeugt wird, welcher im folgenden als Einschnittbefehl (notch command) bezeichnet wird, NAND-Gatter NAG1-NAG4 sowie ein ODER-Gatter OG.

Nimmt man an, dass die Hauptsteuereinrichtung 1 keinen Befehl erzeugt, gibt der Komparator CL ein Ausgangssignal derart ab, dass das Signal a den Wert 0 und das Signal a' ebenfalls den Wert 0 hat, was auf das Ausgangssignal zurückzuführen ist, das der umsteuerbare Zähler CT beim Fehlen eines Einschnittbefehls abgibt. Diese Ausgangssignale a und a' bewirken, dass die Ausgangssignale b und b' der NAND-Gatter NAG1 und NAG2 jeweils den Wert 1 annehmen, um eine Betätigung des umsteuerbaren Zählers CT zu verhindern; die beiden NAND-Gatter dienen dazu, die in dem Zähler CT gespeicherte Information bzw. das Zählergebnis nach Bedarf zu erhöhen bzw. zu verringern. Nunmehr sei angenommen, dass mit Hilfe der Hauptsteuereinrichtung 1 gemäss Fig. 6 im Zeitpunkt tl ein Einschnittbefehl IN erzeugt wird. Gemäss Fig. 4 ergeben sich hierbei für das UND-Gatter AG solche Bedingungen, dass dieses Gatter ein Ausgangssignal an die Stromregelschaltung 9 abgibt. Da-Ia = 0, erzeugt die Stromregelschaltung 9 das Aus6

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gangssignal Ic, das dem Phasenschieber 6 zugeführt wird. Gemäss Fig. 6 schreitet das Ausgangssignal a des Phasenschiebers 6 zwischen den Zeitpunkten tl und t2 von der maximalen Leitfähigkeitsphase amax bei a = 180° bis zu einer kleinsten Leitfähigkeitsphase ao bei a = 0 fort, wodurch die Thyristoren der Thyristoreinheit Ul so gesteuert werden, dass dem Hauptmotor ein Strom Ia zugeführt wird.

Wenn das Ausgangssignal a des Phasenschiebers 6 gemäss Fig. 6 im Zeitpunkt t2 bei 0° seinen kleinsten Wert annimmt, wird die kleinste Leitfähigkeitsphase a durch die Phasendetektorschaltung 4 nachgewiesen, die dann ein Ausgangssignal c mit dem Wert 1 erzeugt. Dagegen behält das Ausgangssignal a des Komparators CL den Wert 0 unverändert bei, da der Einschnittbefehl IN dem Komparator nicht zugeführt wird, wobei das Ausgangssignal des umsteuerbaren Zählers CT gleich dem Einschnittbefehl ist. Das NAND-Gatter NAG3 dient als Sperre, die ein Übergehen durch den umsteuerbaren Zähler CT verhindert, so dass das Ausgangssignal d des NAND-Gatters NAG3 den Wert 1 beibehält, bis der umsteuerbare Zähler CT das letzte Ausgangssignal erzeugt. Das Ausgangssignal SP des Synchronimpulsgenerators 12 wird bei der Leistungsphase Null weiterhin erzeugt.

Nunmehr sei angenommen, dass mit Hilfe der Hauptsteuereinrichtung 1 gemäss Fig. 6 im Zeitpunkt t2 ein Einschnittbefehl 2N erzeugt wird. Hierbei nimmt das Ausgangssignal a des Komparators CL den Wert 1 an, da das Ausgangssignal des umsteuerbaren Zählers CT gleich dem Einschnittbefehl ist.

Daher stehen die dem NAND-Gatter NAG1 zugeführten Eingangssignale in einer solchen Beziehung zueinander, dass a = c = d = 1, so dass das Ausgangssignal b synchron mit dem Synchronimpuls SP den Wert 0 annimmt. Die in dem umsteuerbaren Zähler CT gespeicherte Information wird um 1 vergrös-sert, so dass gemäss Fig. 6 im Zeitpunkt t2 das erste Ausgangsbit U 12p des umsteuerbaren Zählers von 0 auf 1 übergeht. Das Ausgangssignal U12p wird auch dem monostabilen Multivibrator 13 zugeführt, dessen Ausgangssignal dazu dient, das Leitfä-hikeitsphasensignal a der Thyristoreinheit Ul zu löschen. Auf diese Weise wird die Abschaltung durchgeführt, während gleichzeitig ein Signal dem Phasenschieber 6 zugeführt wird, um über den monostabilen Multivibrator 7 den Leitfähigkeitsphasenwinkel a schnell von seinem kleinsten Wert auf seinen grössten Wert zu bringen. Die Abschaltzeit At muss mindestens so lang sein, wie es erforderlich ist, um diese Wiederherstellung der Leitfähigkeitsphase des Phasenschiebers 6 zu bewirken. Wenn das Ausgangssignal des Phasenschiebers wieder von dem kleinsten auf den grössten Wert der Leitfähigkeitsphase gebracht wird, nimmt das Ausgangssignal c der Phasendetektorschaltung 4 den Wert 0 an, während das Ausgangssignal a des Komparators CL auf den Wert 0 übergeht, da das Ausgangssignal des umsteuerbaren Zählers CT gleich dem Einschnittbefehl ist, wodurch eine Betätigung des umsteuerbaren Zählers verhindert wird.

Nunmehr wird das Leitfähigkeitsphasensignal et, das auf seinen maximalen Wert zurückgeführt worden ist, gemäss Fig. 6 zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 durch das Signal Ic der Stromregelschaltung 9 wieder auf seinen kleinsten Wert gebracht. Wenn das Leitfähigkeitsphasensignal a seinen kleinsten Wert erreicht, wird dies wiederum .durch die Phasendetektorschaltung 4 nachgewiesen, deren Ausgangssignal c daraufhin den Wert 1 annimmt. Beim Zuführen des Einschnittbefehls 3N von der Hauptsteuereinrichtung 1 aus im Zeitpunkt t3 nimmt das Ausgangssignal a des Komparators CL den Wert 1 an, so dass das Gatter des umsteuerbaren Zählers CT erneut synchron mit dem Synchronimpuls SP geöffnet wird, um den gespeicherten Zählerstand um 1 zu erhöhen. Hierdurch wird das Signal U12p beseitigt, das bis jetzt erzeugt wurde, und das Einschaltsignal U2p für die Thyristoreinheit U2 geht auf den Wert 1 über. Gleichzeitig wird das Steuersignal für die Thyri627316

storeinheit Ul zurückgehalten, und das Leitfähigkeitsphasensignal a wird von dem kleinsten auf den grössten Wert gebracht, um eine plötzliche Änderung der Stromstärke im Hauptstromkreis zu verhindern, die anderenfalls im Zeitpunkt des Umschaltern der Thyristoreinheiten auftreten könnte. Gemäss Fig. 6 werden entsprechende Steuervorgänge bis zum Zeitpunkt t5 wiederholt, wobei zwischen den Betätigungssignalen für die Thyristoreinheiten eine solche Beziehung besteht, dass U12p = U2p = 1, um eine einwandfreie Regelung zu gewährleisten.

Die vorstehende Beschreibung gilt für den Fall, dass der Einschnittbefehl mit Hilfe der Hauptsteuereinrichtung 1 jeweils um eine Einheit vergrössert wird, doch wird der Einschnittbefehl in manchen Fällen, z. B. bei der Steuerung des Motors eines elektrischen Fahrzeugs, in einem einzigen Schritt von Null bis auf den grössten Wert von 4N gebracht. Auch in einem solchen Fall wird der Steuervorgang gemäss Fig. 6 zwischen den Zeitpunkten tl und t5 mit der gewünschten Genauigkeit durchgeführt. In anderen Fällen wird der Einschnittbefehl, der durch die Hauptsteuereinrichtung 1 erzeugt wird, zu Steuer- bzw. Regelzwecken von seinem Höchstwert 4N auf seinen niedrigsten Wert gebracht Hierbei spielen sich die beschriebenen Vorgänge nach Fig. 6 in umgekehrter Reihenfolge ab. Da gemäss Fig. 5 als Eingangssignal für den monostabilen Multivibrator 13 das Signal b verwendet wird, um das Zählergebnis des umsteuerbaren Zählers CT zu erhöhen, wird das Steuersignal nicht zurückgehalten, wenn das in dem Zähler CT gespeicherte Zählergebnis verkleinert wird. Das Zweigum-schaltsignal U12p für die Thyristoreinheit U1 und das Zweigumschaltsignal U2p für die Thyristoreinheit U2 können natürlich sowohl beim Motorsteuerbetrieb als auch bei der Nutzbremsung verwendet werden.

Im folgenden werden die logische Schaltung 16 und die Steuersignal-Wählschaltung 18 anhand von Fig. 7 näher erläutert. In Fig. 7 sind ein durch die Hauptsteuereinrichtung 1 erzeugtes Motorsteuersignal P, ein ebenfalls durch die Hauptsteuereinrichtung erzeugbares Nutzbremsbefehlssignal B und ein Umsteuersignal Gof, das durch den monostabilen Multivibrator 13 für das Sperrsignal Gof erzeugt wird, dargestellt. Mit a+ und a— sind umgekehrte Signale für das Leitfähigkeitsphasensignal a des Phasenschiebers 6 bezeichnet; die Vorzeichen + und - bezeichnen jeweils die positive bzw. die negative Halbperiode des zugeführten einphasigen Wechselstroms. Bei cto+und ao~ sind die kleinsten Leitfähigkeitsphasensignale ao des Synchronsignalgenerators 2 dargestellt, wobei wiederum die Vorzeichen + und - die positive bzw. die negative Halbperiode des zugeführten Wechselstroms bezeichnen. Die Bezeichnung U 12p gilt für ein Zweigumschaltsignal, das durch die Umschalteinrichtung 5 erzeugt wird, die Bezeichnungen (*mw+ und aMw- für die maximalen Leitfähigkeitssignale amax, die durch die logische Schaltung 13 erzeugt werden, wobei das Signal aMW+ dem Signal ao~ phasenmässig um den Kommuta-tionsgrenzwinkel vorauseilt, während das Signal aMw~ dem Signal ao+ um den Kommutationsgrenzwinkel vorauseilt.

Die der Thyristoreinheit Ul gemäss Fig. 7 durch die Schaltungen 16 und 18 zugeführten Steuersignale sind im folgenden in ihrer logischen Form dargestellt.

Für die Motorsteuerung gilt:

IIP = (12P + 13P).P,11N = (12N+ 13N)-P 12P = l(a+ • Gof + ao+ • U12p)U3P • P 12N = l(a- • GÖf + ao" • U12p)13Nl • P 13P = (a+ • Gof - U12p)-P 13N = (a~ .GÖF. U12p).P

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Für den Nutzbremsbetrieb gilt:

11P = {<xsmw"(12P+ 13P)1-B

llN = faMw"(12N+ 13N)1-B

12P = l(Gof + a+) • (U 12p • aM w- • 13P1-B

12N = l(Gof + a-).(U12p-aMW+).13Nl-B

13P = l(a+ • Gof • U12p) + aMW+)*B

13N = l(a~ • Gof • U12p) + aMW"l-B

Die logische Ein/Ausschalt-Steuerschaltung 15 und die Steuersignal-Wählschaltung 17 sind gemäss Fig. 8 ähnlich aufgebaut; die zugehörigen Steuersignale sind im folgenden in ihrer logischen Form dargestellt. Für den Motorsteuerbetrieb gilt:

Für den Motorsteuerbetrieb gilt:

21P = (P • 22P)-P, 21N = (P-22N). P

22P = (<xo+ • U2p)-P

22N = (ao~ • U2p)-P

Für den Nutzbremsbetrieb gilt:

21P = (<Xmw~ + U2p)- B

21N = (ccmw~ + U2p)- B

22P = ((Xmw+ * "U2pj • B

22N = (ccmw" * U2p)* B

Gemäss der vorstehenden Beschreibung werden die Ausgangssignale der logischen Schaltung für die kontinuierliche Steuerung und der logischen Ein/Ausschalt-Steuerschaltung den Steuersignal-Wählschaltungen 17 und 18 zugeführt und durch das Motorsteuersignal P bzw. das Nutzbremssteuersignal B beeinflusst.

Nachstehend wird die Wirkungsweise der Stromregelschaltung 9 zur Gewährleistung eines zuverlässigen Betriebs anhand von Fig. 9 erläutert.

Beim Motorsteuerbetrieb erfolgt keine Regelung des Feldstroms, so dass der Schalter PS, der an den Ausgang des Verstärkers A2 angeschlossen ist, geschlossen gehalten wird, damit die Feldstrom-Bezugsspannung Vpf nicht zugeführt wird. Nunmehr sei angenommen, dass ein Motorbetriebsbefehl zugeführt wird, und dass der Verstärker AI den Ankerstrom-Bezugswert Ip empfängt. Da das Ausgangssignal des Verstärkers A2 durch Kurzschliessen über den Schalter PS auf Null gehalten wird, nimmt das Eingangssignal des Verstärkers A3 der nächsten Stufe die Form der Ausgangsspannung des Verstärkers AI an, so dass der Verstärker A3 ein Ausgangssignal Ic erzeugt, das dem Phasenschieber 6 zugeführt wird, wobei der Verstärkungsfaktor durch den Widerstand R12 bestimmt wird.

Erzeugt der Phasenschieber 6 in Abhängigkeit von dem Signal Ic das Ausgangssignal a, fliesst der Ankerstrom Ia, so dass der Motor in Betrieb gesetzt wird. Wird der Ankerstrom Ia dem Verstärker AI in seiner negativen Form - Ia zugeführt, bewirkt der Vergleich mit dem Ankerstrom-Bezugswert Ip, dass der Ankerstrom Ia sämtliche Thyristoreinheiten kontinuierlich nacheinander mit Hilfe des Ausgangssignals a des Phasenschiebers 6 steuert, wodurch eine kontinuierliche stabile Steuerung bewirkt wird, bis die zusammengesetzte Gleichspannung ihren höchsten Wert erreicht. Danach erfolgt ein Übergang in einen Bereich freier Beschleunigung, in dem der Hauptmotor hochgefahren wird, wobei sich der Ankerstrom stetig verringert.

Wird dagegen ein Nutzbremsbefehl erzeugt, wird der Ankerstrom-Bezugswert Ip dem Verstärker AI zugeführt, dessen Ausgangssignal zu den Verstärkern A2 und A3 der nächsten Stufe gelangt. Da der Schalter PS bei einer Nutzbremsung geöffnet ist, nimmt das Ausgangssignal des Verstärkers A2 zu, bis es den Feldstrom-Bezugswert Vpf erreicht; dieses Signal wird dem Phasenschieber 14 zur Regelung des Feldstroms zugeführt. Zwar werden die Ausgangssignale der Verstärker AI und A2 dem Verstärker A3 zugeführt, doch da diese Signale entgegengesetzte Vorzeichen haben, wird verhindert, dass das Eingangssignal Ic für den Phasenschieber 6 zur Regelung des Ankerstroms ein Ausgangssignal hervorruft, bis das Ausgangssignal dès Verstärkers A2 den Feldstrom-Bezugswert Vpf erreicht. Beim Nutzbremsbetrieb wird somit zunächst der Feldstrom geregelt, woraufhin der Ankerstrom geregelt wird, um Kommutationsfehler zu verhindern und einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten. Die stabile Regelung des Ankerstroms und des Feldstroms erfolgen auf ähnliche Weise wie die Regelung des Motorbetriebs.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, dass durch eine entsprechende Steuerung der Thyristoreinheiten Ul und U2 eine plötzliche Änderung der Stromstärke beim Umschalten der Thyristorzweige bzw. beim Umschalten der Thyristoreinheiten zur Regelung des Motorbetriebs bzw. bei einer Nutzbremsung verhindert wird, wodurch in Verbindung mit der Regelung der Stromstärke ein störungsfreier Betrieb gewährleistet wird.

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4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

627316 PATENTANSPRÜCHE

1. Schaltungsanordnung zum Steuern eines Leistungsumformers zur Speisung und zur Durchführung von Nutzbremsungen eines Gleichstrommotors, der geeignet ist, als Motor mit geregelter Stromzufuhr sowie als gesondert erregter Generator zur Durchführung der Nutzbremsungen betrieben zu werden, gekennzeichnet durch eine erste Umformereinheit (Ul), die mit dem Gleichstrommotor in Reihe geschaltet ist, und deren Ausgangssignal kontinuierlich regelbar ist, um den Gleichstrommotor zu speisen, eine zweite Umformereinheit (U2), die mit der ersten Umformereinheit zwischen dieser und dem Gleichstrommotor in Reihe geschaltet ist, um eine Regelung des Ausgangssignals durch Ein- und Ausschalten zu ermöglichen, eine dritte Umformereinheit (UF), die nur bei der Durchführung einer Nutzbremsung zur Regelung des Feldstroms (If) des Gleichstrommotors dient, eine Stromregelschaltung (9), der ein Strombefehl (Ip) und der Ankerstrom (Ia) zugeführt werden, und welche den Ankerstrom in Abhängigkeit von dem Strombefehl regelt; einen ersten Phasenschieber (6) zum Zuführen eines Leitfähigkeitsphasensignals (a) zu der ersten Umformereinheit in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal (Ic) der Stromregelschaltung, einen zweiten Phasenschieber (14), dem ein Ausgangssignal der Stromregelschaltung und der Feldstrom (If) zugeführt werden, und der ein Leitfähigkeitsphasensignal zum Regeln des Feldstroms erzeugt, eine Hauptsteuereinrichtung (1) zum Erzeugen eines Befehls (P, B) zum Festlegen der Anzahl der in Betrieb zu setzenden Umformereinheiten beim Betrieb des Gleichstrommotors bzw. bei einer Nutzbremsung, eine zum Umschalten der Umformereinheiten dienende Schaltung (5) zum Zuführen eines Umschaltsignals (U2p, U12p) zu der ersten bzw. der zweiten Umformereinheit in Abhängigkeit von dem mit Hilfe der Hauptsteuereinrichtung erzeugten Befehl zum Festlegen der Anzahl der in Betrieb zu setzenden Umformereinheiten sowie von einem Ausgangssignal (a) des ersten Phasenschiebers; eine Steuersignal-Abschalteinrichtung (13), der ein Ausgangssignal der Umschalteinrichtung (5) zugeführt wird, wobei die Abschalteinrichtung die Zufuhr des Ausgangssignals (a) des ersten Phasenschiebers zu der ersten Umformereinheit während einer vorbestimmten Zeit verhindert, und wobei die Abschalteinrichtung die Phase des ersten Phasenschiebers wieder herstellt, eine Einrichtung (2) zum Erzeugen eines grössten und eines kleinsten Leitfähigkeitsphasensignals (amax, ao) aus einem Signal, das synchron mit dem der Schaltungsanordnung zugeführten Wechselstrom ist; eine erste logische Schaltung (16), der das Ausgangssignal der Umschalteinrichtung (5), das Ausgangssignal des ersten Phasenschiebers (6), das Ausgangssignal (Gof) der Abschalteinrichtung (13) sowie das grösste (aMW) und das kleinste (ao) Leitfähigkeitsphasensignal zugeführt werden, wobei die erste logische Schaltung auf logischem Wege ein der ersten Umformereinheit zuzuführendes Steuersignal in Abhängigkeit davon erzeugt, dass mit Hilfe der Hauptsteuereinrichtung ein Motorbetriebssignal bzw. ein Nutzbremsbefehl erzeugt wird; sowie eine zweite logische Schaltung (15), der das Ausgangssignal (U2p) der Umschalteinrichtung (5) sowie das kleinste und das grösste Leitfähigkeitsphasensignal (ao, aMW) zugeführt werden, und die auf logischem Wege ein der zweiten Umformereinheit zuzuführendes Steuersignal in Abhängigkeit davon erzeugt, dass mit Hilfe der Hauptsteuereinrichtung ein Motorbetriebsbefehl bzw. ein Nutzbremsbefehl erzeugt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Umformereinheit (Ul) drei Zweige aufweist, zu denen sechs Thyristoren (11P-13P, 11N-13N) gehören, die so zu Brücken vereinigt sind, dass sich die Zweige in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal der Umschalteinrichtung (5) umschalten lassen, wobei zu der zweiten Umformereinheit (U2) zwei Zweige mit vier zu Brücken vereinigten Thyristoren (21P, 22P, 21 N.22N) gehören.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Einrichtung (5) zum Umschalten der Umformereinheiten ein umsteuerbarer Zähler (CT) gehört, dessen Zählergebnis veränderbar ist, und der Zählvorgänge bis zu dem durch die Hauptsteuereinrichtung (1) erzeugten Befehl zum Festlegen der Anzahl der in Betrieb zu setzenden Umformereinheiten (Ul, U2) durchführt, wenn das Ausgangssignal (a) des ersten Phasenschiebers (6) einen gewähtlen kleinsten bzw. grössten Pegel erreicht, wobei das Signal zum Umschalten der Umformereinheiten jedesmal dann erzeugt wird, wenn sich das Zählergebnis des umsteuerbaren Zählers ändert.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste logische Schaltung (16) in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Einrichtung (5) zum Umschalten der Umformereinheiten, vom Ausgangssignal des ersten Phasenschiebers (6) und vom Ausgangssignal der Steuersignal-Abschalteinrichtung (13) ein Steuersignal erzeugt, wenn die Zufuhr von Strom zu dem Gleichstrommotor geregelt werden soll, wobei die erste logische Schaltung (16) in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Einrichtung zum Umschalten der Umformereinheiten, vom Ausgangssignal des ersten Phasenschiebers, vom Ausgangssignal der Steuersignal-Abschaltein-richtung und von dem grössten Leitfähigkeitsphasensignal (aMw) ein Steuersignal erzeugt, wenn eine Nutzbremsung durchgeführt wird, und dass eine der ersten logischen Schaltung zugeordnete Wählschaltung 18 vorgesehen ist, die entsprechend eines der Ausgangssignale der ersten logischen Schaltung (16) und der zweiten logischen Schaltung (15) in Abhängigkeit von einem Motorbetriebsbefehl (P) bzw. von einem Nutzbremsbefehl (B) wählt.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite logische Schaltung (15) ein Steuersignal in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Einrichtung (5) zum Umschalten der Umformereinheiten und vom grössten Leitfähigkeitsphasensignal ((aMw erzeugt, wenn die Zufuhr des Stroms zu dem Gleichstrommotor geregelt werden soll, wobei die zweite logische Schaltung ein Steuersignal in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Einrichtung zum Umschalten der Umformereinheiten und von dem grössten Leitfähigkeitsphasensignal (aMW) erzeugt, wenn eine Nutzbremsung durchgeführt werden soll, und dass eine der zweiten logischen Schaltung zugeordnete zweite Wählschaltung ( 17) vorgesehen ist, zum Wählen des Ausgangssignals der zweiten logischen Schaltung entsprechend einem Motorsteuerbefehl bzw. einem Nutzbremsbefehl.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Stromregelschaltung (9) ein erster Verstärker (AI) zum Erzeugen einer Abweichung zwischen einem Strombefehl (Ip) und dem Ankerstrom (Ia) gehört, ferner ein zweiter Verstärker (A2), der dem zweiten Phasenschieber (14) ein Signal zum Regeln des Feldstroms (10 in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des ersten Verstärkers zuführt, ein Schalter (PS), der es ermöglicht, das Zuführen des Ausgangssignals des zweiten Verstärkers zu der dritten Umformereinheit (UF) während der Regelung des Betriebs des Gleichstrommotors zu verhindern, eine Einrichtung (R14), die verhindert, dass das Ausgangssignal des zweiten Verstärkers einen Feldstrom-Bezugspegel überschreitet, sowie ein dritter Verstärker (A3), der dem ersten Phasenschieber (6) ein Signal zum Regeln des Ankerstroms (Ia) in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen des ersten und des zweiten Verstärkers zuführt.