DE1538293B2 - Rueckspeiseeinrichtung bei der speisung von gleichstrommotoren aus netzen - Google Patents

Description

F i g. 2 die Schaltung der Zwangskommutierungseinrichtung,

Fi g. 3 die Speisung eines Motors aus einem Gleichstromnetz und

F i g. 4 die Schaltung der Steuereinrichtung.

Aus dem Fahrdraht t, welcher in F i g. 1 zu einem Wechselstrombahnnetz gehört, wird über den Bügel 2 der Transformator 3 mit den Stromrichtern 4 bis 7 gespeist. An diesen Stromrichtern ist der Gleichstrommotor 8 mit der Feldwicklung 9 angeschlossen. Die Feldwicklung 9 wird ebenfalls aus dem Wechselstromnetz über die Gleichrichteranordnung 10 gespeist.

Im Normalbetrieb wirken die Stromrichter 4 bis 7 als Gleichrichter und speisen den Motor. Die Spannung der Stromrichter wird in bekannter Weise durch Verschieben der Zündimpulse an den Gittern gesteuert. Diese Steuereinrichtung ist nicht näher dargestellt, da sie allgemein bekannt ist.

Wenn nun der Motor 8 gebremst werden soll, so werden die Stromrichter 4 bis 7 als Wechselrichter umgeschaltet, so daß die Motorleistung als Nutzbremsung in das Netz zurückgeliefert werden kann.

In der F i g. 1 ist die Schaltung gezeigt, bei der der Motor gebremst wird. Die Umschaltorgane für die Umschaltung von Betrieb auf Bremsung sind weggelassen.

Wenn nun der Bügel 2 springt, also sich kurzzeitig vom Fahrdraht 1 abhebt, so wird der Bremsstrom unterbrochen. Der Wechselrichter kippt in den Gleichrichterzustand und schließt dadurch die als Generator wirkende Motorwicklung kurz. Um dies zu vermeiden, sind die Steuereinrichtung 11, die Bremswiderstände 12 und 13, das Stromtor 14 und die Impulsschaltungen 15, 16 und 18,19 vorgesehen.

Die Anordnung wirkt nun so, daß im Augenblick des Bügelspringens solange der Bügel keinen Kontakt mit der Leitung hat, die Bremswiderstände 12 und 13 oder einer von ihnen in den Motorkreis vorübergehend eingeschaltet werden. Diese können dann die Motorenergie aufnehmen. Zu diesem Zwecke wird das Stromtor 14 geöffnet, so daß über die Widerstände 12 und 13 Strom fließen kann. Soll nur ein Widerstand, beispielsweise 12, eingeschaltet werden, so wird der andere, also 13, durch die Impulsschaltung 16 kurzgeschlossen. Die Spannung für die Erregung, die ja beim Bügelspringen ebenfalls fällt, wird am Widerstand 13 abgenommen und über die Diode 17, die den normalen, über die Gleichrichter 10 gelieferten Erregerstrom abhalten soll, an die Feldwicklung 9 gegeben.

Zugleich mit der Freigabe der Bremswiderstände muß der Strom in den Stromrichtern 4 bis 7 unterbrochen werden, um ein Kippen zu vermeiden. Diesem Zwecke dienen die Kommutierungseinrichtungen 18 und 19. ]e nachdem, welcher Stromrichter gerade Strom führt, also entweder 4 und 7 oder 5 und 6, wirkt die Kommutierungseinrichtung 18 oder 19. Diese erzeugen einen Strom, der dem gerade in den Stromrichter fließenden Strom entgegengesetzt ist und löscht daher die entsprechenden Stromrichter. Die genauere Wirkungsweise dieser Einrichtung ist in der F i g. 2 gezeigt, und wird nach der Beschreibung der F i g. 1 noch näher erläutert. Die Umschaltung von Nutzbremsung auf Widerstandsbremsung wird nun durch die Steuereinrichtung 11 bewirkt, deren. Einzelheiten später bei der Beschreibung der F i g. 4 erläutert werden. Diese erhält die Spannung am Transformator 3 über den Spannungswandler 32 zugeführt. Außerdem wird als Kriterium der Strom im Stromwandler 20 herangezogen. Beim Bügelspringen fällt die Netzspannung aus.

Die Gleichspannung des Motors liegt dann allein am Transformator und bringt diesen in Sättigung, wodurch der Strom ansteigt. Kippen außerdem die bisher sperrenden Stromrichterelemente 5 und 6 bzw. 4 und 7, so wird der Strom weiter erhöht. Die Stromerhöhung wird über den Wandler 20 durch die Steuereinrichtung 11 erfaßt, welche die Kommutierungseinrichtungen 18 und 19 betätigt und damit die Gleichrichter sperrt. Das Stromtor 14 wirkt als Schalter und schaltet damit den Stromkreis der Widerstände 12 und 13 ein. Die Spannung am Transformator 3 verschwindet dann, wenn sämtliche Stromrichter 4 bis 7 gesperrt sind. Sobald aber der Bügel wieder die Leitung berührt, ist wieder Spannung am Spannungswandler 32 vorhanden. Diese wird in der Steuereinrichtung 11 dazu ausgenutzt, die Steuerung der Stromrichter 4 bis 7 sofort wieder freizugeben und das Stromtor 14 zu sperren, so daß der Bremsstrom wieder ins Netz fließen kann.

Durch die Impulsschaltung 15 und 16, von denen im Beispiel nur zwei gezeichnet sind, kann man die Höhe des Bremswiderstandes einstellen. Sie wird vorher festgelegt und über die Leitung 33 an die Steuereinrichtung gegeben. Beim Springen des Bügels ist dann die richtige Einstellung der Widerstände 12 und 13 bereits vorhanden. Sie kann auch durch eine Regeleinrichtung ein- und ausgeschaltet werden, indem ein vorgegebener Wert (Soll-Wert) mit dem tatsächlichen Wert (Ist-Wert) verglichen und dem Stromtor zugeführt wird. In diesem Falle wird an die Leitung 33 der Regelbefehl gegeben.

In der F i g. 2 ist die Zwangskommutierungseinrichtung 18 oder 19 genauer dargestellt. Diese Schaltung ist an sich bekannt. Der Thyristor 4 wird durch eine übliche Steuereinrichtung gesteuert. Die Glieder 21 bis 27 gehören zur Zwangskommutierungseinrichtung, welche in der F i g. 1 mit 18 bezeichnet ist. Sie besteht aus dem Kondensator 21, dem Hilfsthyristor 22, dem Widerstand 23 und dem Transformator 26. Dazu kommen noch die Diode 27 und die Drosselspule 24 mit einem weiteren Hilfsthyristor 25. Der Transformator 26 wird vom Netz, also vom Transformator 3 aus, gespeist. Die dort anstehende Spannung wird durch die Diode 27 gleichgerichtet und an den Kondensator 21 gegeben, so daß dieser sich auflädt. Dies geschieht bereits während des normalen Betriebes, also wenn der Motor als Motor läuft. Der Kondensator ist also praktisch die meiste Zeit aufgeladen. Wenn nun beim Bügelspringen während der Bremsung oder Wegbleiben der Netzspannung die Steuereinrichtung 11 betätigt wird, so entsteht ein Impuls am Hilfsthyristor 22. Dieser wird geöffnet und schließt dadurch einen Stromkreis vom Kondensator 21 über den Hauptthyristor 4. Der Kondensator kann sich entladen und zwar entgegengesetzt zum Strom, der noch über den leerlaufenden Transformator 3 im Thyristor 4 fließt. Dieser wird dann gelöscht. Nach Wiederkehr der Spannung wird der Hilfsthyristor 25 wieder gezündet und der Hilfsthyristor 22 wieder gesperrt. Dann kann sich der Kondensator rasch wieder über die Drosselspule 24, den Thyristor 25 und die Diode 27 aufladen, so daß bei einem kurz darauffolgendem weiteren Bügelspringen die Anordnung sofort wieder betriebsbereit ist.

F i g. 3 zeigt ein 'Beispiel für die Speisung eines Motors aus einem Gleichstromnetz. Es ist wieder der Schaltzustand dargestellt, wenn der Motor gebremst wird. Der Normalbetrieb und die Umschaltung auf Bremsbetrieb ist nicht gezeigt, da dies für die Erfindung unerheblich ist. 1 ist in diesem Falle eine Gleichstrom-

fahrleitung, die Gleichspannung wird von dem Bügel 2 abgenommen. 11 ist wieder die Umsteuereinrichtung, welche die Nutzbremsung in eine Widerstandsbremsung umschaltet. 20 ist ein Gleichstromwandler, der den Strom an die Umsteuereinrichtung führt. 14 ist das Stromtor, das den Stromkreis mit dem Widerstand 12 einschaltet. Eine Umschaltung der Widerstände ist hier nicht dargestellt, sie kann aber in gleicher Weise wie bei der Anordnung nach F i g. 1 ausgeführt werden.

In der F i g. 3 ist als Beispiel gezeigt, daß der Motor über eine Impulsschaltung (Impulswandler) gespeist wird, die eine Spannungsregelung ermöglicht. Dies geschieht dadurch, daß die Gleichspannung nur impulsartig durchgelassen wird. Je schmaler die Impulse und je größer der Zwischenraum zwischem den Impulsen ist, umso kleiner wird die mittlere Spannung. Umgekehrt kann man auch, wenn der Motor selbst nur eine geringe Spannung und damit kleine Umdrehungszahl hat, eine Bremsung durchführen. Dies geschieht mit der Impulsschaltung 28, welche von einer nicht gezeichneten Steuereinrichtung betätigt wird. Bei der Bremsung ist nun noch die Diode 29, der Kondensator 30 und die Drosselspule 31 für die Zwangskommutierung und die gegebenenfalls erforderliche Spannungserhöhung nach der Seite des speisenden Netzes vorhanden. Die Wirkungsweise ist hierbei folgende: Die in der Induktivität des Motors augespeicherte Energie wird ins Netz zurückgeliefert. Die Impulsschaltung 28 erzeugt Impulse, die auch bei kleiner Spannung am Motor eine höhere Spannung besitzen als das Netz, so daß Leistung ins Netz fließen kann. Bleibt nun die Spannung durch Bügelspringen weg, so verringert sich der Strom im Stromwandler 20. Hierdurch wird die Steuereinrichtung 11 in Tätigkeit gesetzt und gibt einen Impuls an das Stromtor 14. Dieses läßt Strom durch, so daß der Bremsstrom nur mehr über den Bremswiderstand 12 fließen kann. Bei Wiederkehr der Spannung wird die Steuereinrichtung wieder betätigt, weil nunmehr wieder Strom durch den Wandler 20 fließt, und sperrt das Stromtor 14, so daß dann wieder der ganze Bremsstrom in die Leitung zurückfließen kann.

In der Fig.4 ist die Steuereinrichtung 11 näher beschrieben. Sie besteht aus mehreren Triggern und Kippgliedern. Der Strom aus dem Stromwandler 20 wird dem Trigger 34 zugeführt. Dieser kippt, wenn der Strom einen bestimmten Wert überschreitet und gibt dann einen Impuls an den bistabilen Multivibrator 35. Dieser kippt also, wenn der Strom größer wird und gibt dann Impulse an die Kommutierungseinrichtungen 18 und 19, welche die Thyristoren 4 und 5 sperren, ferner an das Stromtor 14, welches den Weg zu den Bremswiderständen freigibt. Hierdurch werden also die Bremswiderstände eingeschaltet. Kehrt die Spannung am Spannungswandler 32 wieder, so wird der Trigger 36 betätigt. Er gibt einen Gegenimpuls an den Multivibrator 35 und dieser kippt zurück. Der Trigger 36 wird zurückgestellt, wenn am Wandler 20 wieder Strom fließt und zugleich Spannung vorhanden ist. Daher wird die Spannung und der Strom an das Und-Glied 37 geführt.

Um die Größe des Bremswiderstandes einzustellen, sind die monostabilen Multivibratoren 38 und 39 vorgesehen. Sie geben Signal an die Stromtore 15 und 16 und überbrücken dann die jeweiligen zugehörigen Wider- λ stände. Diese Überbrückung wird durch einen Steuer- » befehl an der Leitung 33 veranlaßt. Die Leitung 33 kann auch an einer Regeleinrichtung angeschlossen sein, welche in bekannter Weise den tatsächlichen Strom mit einem Soll-Strom vergleicht. Wird beispielsweise ein positiver Impuls gegeben, so wird der monostabile Multivibrator 38 gekippt und gibt ein Signal an das Stromtor 15. Wird umgekehrt ein negatives Signal gegeben, so wird der Multivibrator 39 gekippt und steuert das Stromtor 16. Die Auswahl dieser Signale erfolgt in einer nicht dargestellten Befehlsstelle. Der Vorteil der Anordnung nach der Erfindung ist, daß beim Bügelspringen die Bremsung fortgesetzt werden kann, also keine Stöße entstehen und daher eine Nutzbremsung auch bei Lokomotiven, bei denen nur ein einziger Bügel in Betrieb ist, leicht vorgesehen werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 2 Nutzbremsung über den Wechselrichter zurückgewon- Patentansprüche: nen, während der andere Teil im Bremswiderstand vernichtet wird. Dies ist ein wesentlicher Nachteil der

1. Rückspeiseeinrichtung bei der Speisung von Schaltung. Bei Bügelspringen, d.h. bei Ausfall der Gleichstrommotoren aus Netzen, in die zur Nutz- 5 Wechselrichterspannung, verschwindet die Gegenspanbremsung Leistung zurückgeliefert wird und dane- nung im Kreis plötzlich, der Bremsstrom steigt z. B. auf ben durch Parallelschalten von Bremswiderständen den doppelten Wert an und damit auch das Bremsmozum Motor eine Widerstandsbremsung verwendet ment. Es tritt also ein Momentenstoß auf, der sich beim wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsvorgang ungünstig bzw. gefährlich auswirken Rückspeiseeinrichtung mit Thyristoren aufgebaut 10 kann.

ist, daß eine Thyristor-Zwangskommutierungsein- Allgemein kann ein Netzspannungsausfall während

richtung bei ungewollter Abtrennung der Motoren einer Nutzbremsung — d. h. einer Bremsung durch

oder Ausfall der Netzspannung in den Motorkreis Rückspeisung von Energie vom Verbraucher ins Netz

eingeschaltet ist und ein Thyristor-Stromtor geöff- — natürlich außer bei Bügelspringen auch durch einen

net wird, das mit Bremswiderständen in Reihe liegt 15 anderweitig verursachten kürzeren oder längeren

und daß bei Wiederkehr der Spannung das Strom- Stromausfall bedingt sein. Bei einem Stromausfall belie-

tor gesperrt wird. · biger Art wird nicht nur der Bremsvorgang unterbro-

2. Rückspeiseeinrichtung nach Anspruch 1, da- chen, sondern es kann in der Anlage auch eine Überdurch gekennzeichnet, daß den mit dem Stromtor in spannung entstehen. Ist das Netz ein Wechselstrom-Reihe liegenden Bremswiderständen Impulswandler 20 netz, das über Gleichrichter den Motor speist, so schalparallel geschaltet sind, welche die wirksame Größe tet man die Gleichrichter in Wechselrichterbetrieb um, der Widerstände ändern. so daß Leistung ins Netz zurückgespeist werden kann.

3. Rückspeiseeinrichtung nach Anspruch 2, da- Beim Bügelspringen oder sonstigem Ausfall der Speisedurch gekennzeichnet, daß eine Regeleinrichtung spannung wird dieser Strom dann plötzlich unterbrozur Regelung des Stromes in dem Impulswandler 25 chen und kann ein Kippen der Wechselrichter in den vorgesehen ist. Gleichrichterbetrieb bewirken. Hierdurch wird die Mo-

4. Rückspeiseeinrichtung bei Speisung des Mo- torwicklung kurzgeschlossen, so daß der Strom unzutors aus einem Wechselstromnetz über Stromrich- lässig erhöht wird.

ter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Bei der klassischen, vom Netz unabhängigen Brem-

ein Strom- oder Spannungsrelais vorgesehen ist, 30 sung durch Parallelschalten von Widerständen steuert

welches die Spannung- oder Stromänderung des man die Widerstände mit Hilfe von Impulsschaltungen

Stromrichters feststellt und dadurch die Steuerein- . kontaktlos (s. AEG-Mitteilungen 1965, Heft 2, S. 127).

richtung derart beeinflußt, daß das Stromtor im Hierbei ist dem Bremswiderstand ein gesteuerter

Bremswiderstand geöffnet wird und der im Wech- Stromrichter (Thyristor) parallel geschaltet, der mit

selrichterbetrieb arbeitende Stromrichter gesperrt 35 einer Zwangskommutierungseinrichtung (mit Hilfsthy-

wird. ristor) zum Löschen des Thyristors versehen ist. Der

5. Rückspeiseeinrichtung bei der Speisung von Thyristor wird durch eine Steuer- oder Regeleinrich-Motoren mit Fremderregung nach Anspruch 1 und tung gezündet und schließt dann den Bremswiderstand 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei ungewollter Ab- kurz oder schaltet ihn durch Zündung des Hilfsthyritrennung der Stromrichter vom Netz die Spannung 40 stors neuerleich ein. Diese Einrichtung ist vom Bügelan den Bremswiderständen über eine Diode der Er- springen oder anderweitigen Netzspannungsausfällen regerwicklung des Motors zugeführt wird. unabhängig, es muß dabei aber auch auf den Vorteil der

6. Rückspeiseeinrichtung nach Anspruch 1 für die Nutzbremsung verzichtet werden.

Speisung von Motoren aus einem Gleichstromnetz, Um den Einfluß des Bügelspringens bei Lokomotiven

dadurch gekennzeichnet, daß über eine Drosselspu- 45 zu vermeiden, kann man auch zwei Bügel parallel in

Ie ein Kondensator ans Netz geschaltet ist, und eine Betrieb halten. Dies bringt aber in anderer Beziehung

Umschalteinrichtung vorgesehen ist, welche bei Nachteile, insbesondere ergeben sich Schwierigkeiten

Stromloswerden oder Spannungsanstieg an den bei hohen Geschwindigkeiten und an Kuppelstellen der

Kondensator oder bei beidem anspricht und ein Fahrstrecke. Außerdem besitzen nicht alle Lokomoti-

Stromtor öffnet, das mit mindestens einem Brems- 5° ven zwei Bügel.

widerstand in Reihe liegt. Um nun eine möglichst unterbrechungslose Bremsung zu erhalten und trotzdem den Vorteil der Nutz-

bremsung weitestgehend ausnutzen zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß bei einer Einrich-55 tung der eingangs genannten Art die Rückspeiseein-

Die Erfindung betrifft eine Rückspeiseeinrichtung bei richtung mit Thyristoren aufgebaut ist, daß eine Thyri-

der Speisung von Gleichstrommotoren aus Netzen, in stor-Zwangskommutierungseinrichtung bei ungewoll-

die zur Nutzbremsung Leistung zurückgeliefert wird ter Abtrennung der Motoren oder Ausfall der Netz-

und daneben durch Parallelschalten von Bremswider- spannung in den Motorkreis eingeschaltet ist und ein

ständen zum Motor eine Widerstandsbremsung ver- 60 Thyristor-Stromtor geöffnet wird, das mit Bremswider-

wendet wird. ständen in Reihe liegt, und daß bei Wiederkehr der

Eine solche Einrichtung ist in der DT-AS 10 13 754 Spannung das Stromtor gesperrt wird,
beschrieben. Es handelt sich dabei um eine Anordnung Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Bremsfür Gasentladungsgefäße, ζ. B. Quecksilberdampfventi- einrichtung wird also der gemäß DT-AS 10 13 754 auf-Ie, bei denen sich wegen der großen Freiwerdezeiten 65 tretende Momentenstoß vermieden.
Zwangskommutierungsschaltungen kaum durchgesetzt Die F i g. 1 bis 4 zeigen Beispiele der Erfindung,
haben. Im normalen Bremsbetrieb wird lediglich ein F i g. 1 zeigt die Speisung eines Gleichstrommotors Teil der im Fahrzeug gespeicherten Energie durch aus einem Wechselstromnetz,