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Bremsschaltung eines an ein Versorgungsnetz anschließbaren Mot orantriebssystems-Die
Erfindung bezieht sich auf eine Bremsschaltung eines an ein Versorgungsnetz anschließbaren
Motorantriebssystems, dessen Motoren im Bremsbetrieb äls Bremsgeneratoren arbeiten,
deren Ankerwicklungen über einen Gleichstromsteller kurzschließbar öder einem Verbraucherwiderstand
parallelschaltbar sind.
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In Antriebseinrichtungen, in denen Motoren mit einer oftmals abzubremsenden
mechanischen Last gekuppelt sind, beispielsweise bei einem Aufzugs system oder im
elektrischen Bahnbetrieb, werden die Motoren zur Leistung von Bremsarbeit herangezogen,
indem man sie als Generatoren arbeiten läßt.
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Die hierbei erzeugte elektrische Leistung kann entweder in das Versorgungsnetz,
z.B. das Fahrleitungsnetz, zurückgeliefert oder in Widerständen vernichtet bzw.
in Wärme umgesetzt werden.
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Beim Nutzbremsbetrieb kann es nun vorkommen, daß die Bremsenergie
gar nicht oder nur teilweise an das Versorgungsnetz als Nutzenergle zurück-speisbar
ist. Das kann beispielsweise durch ein sogen. Bügelspringen eines elektrischen Triebfshrzeuges,
durch eine Unterbrechung der Stromschiene oder dadurch hervorgerufen sein, daß im
Versorgungsnetz des elektrischen Energiesystems die gerade anfahrenden Triebfahrzeuge
bzvl. die im Motorbetrieb arbeitenden Antri.ebe nicht die gesamte angebotene Nutzbremsenergie
aufnehmen
können. Die Folge davon sind mögliehçrvfeise Schäden an
der Nutzbremseinrichtung aufgrund von Überspannungen sowie der Ausfall der Bremsung,
wenn nicht schnellstens auf einen anderen Bremsbetrieb umgeschaltet werden kann.
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In dem Maße wie bei modernen Steuerschaltungen für derartige Motorantriebssysteme
die Thyristortechnilr zur Steuerung des Motorbetriebes - verwendet wird, wird se
-heute auch s-chon weitgehend zur Steuerung des elektrischen Bremsbetriebes eingesetzt.
Bei einer bekannten solchen Schaltung speisen die als Generatoren arbeitenden Motoren
zunächst in das Versorgungsnetz zurück. Erreicht ein die Aufnahmefähigkeit dieses
Netzes überwachende Kontrolleinrichtung vorgegebene Mindestgrößen, z.B. eine Mindestspanniung
an einem den Motoren parallelgeschalteten Glättungskondensator, wird ein iderstandsbremsbetrieb
zugeschaltet derart, daß über einen Thyristor ein Widerstand solange parallel zu
den Motoren angeschlossen ist, bis das Versorgungsnetz für die anstehende Bremsenergie
wieder voll aufnahmefähig ist (Offenlegungsschrift 2 057 440). Bei dieser Einrichtung
muß also neben den den Motoren zu deren Spannungssteuerung zugeordneten elektronischen
Schaltern noch jeweils ein zweiter für die volle Bremsleistung auszulegender elektronischer
Schalter installiert werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von einer derartigen Einrichtung
zur Steuerung der Bremaleistungsabgabe eines Motorantriebssystems einen Widerstands-
und lNutzbremsbetrieb in Abhängigkeit von der Aufnahmefähigkeit des VersolgunÕsnetzes
-und/oder damit verbundener weiterer Verbraucher bei im Vergleicii zu der bekannten
Anordnung geringerem Aufwand für die elektronischen Schalteinrichtungen eine zumindest
gleich schnelle und gleich sichere Rege-lungsmög:Lichlceit zu schaffen.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt erfindungsgemäß dadurch,
daß im Bremsbetrieb in Abhängigkeit einer parallel zu dem Bremsgenerator und den
beiden Einspeisepunkten des Versorgungsnetzes angeordneten Spannungsmeßeinrichtung
über einen steuerbaren Stromrichter ein erster Verbraucherwiderstand und parallel
zu diesem zumindest ein weiterer, vorzugsweise gleichgXiwoSer Verbraucherwiderst-and
schaltbar ist.
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Zweckmäßigerweise ist dabei der gesamte einschaltbare Verbraucherwiderstand
derart bemessen, daß in ihm die maximale Bremsleistung des Motorenantriebssystems
vernichtet bzw. in Wärme umgesetzt werden kann.
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Damit wird also erreicht, daß eine schnelle und sichere Brensregelung
möglich ist, jedoch der steuerbare Strom richter nur maximal für die halbe Bremsleistung
ausgelegt sein muß und gleichzeitig mit einfachen Mitteln ein Überspannungsschutz
beispielsweise auch gegen Uberspannungen aufgrund von Spannungsunterbrechungen oder
Überspannungen des Versorgungs netzes geschaffen ist, der auch im Motorbetrieb voll
einsatzfE.hig ist, indem beim Auftreten von Überspannungen, die auch dann von der
Spannungsmeßeinricht'ung gemeldet werden, der zweite Gleichstromsteller den nachgeschalteten
Verbraucherwiderstand als Überspannungschutzwiderstand einschaltet.
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In zweckmäßiger Weise wird als steuerbarer Stromrichter ein zweiter
Gleichstromsteller verwendet. Besonders einfach kan die Schaltung dadurch gestaltet
werden, daß als Spannungsmeßeinrichtung ein parallel zu den Einspeisepunkten des
Versorgun£snetzes angeordneter Kondensator benutzt wird, der gle chzeitig als Glättungsglied
der gechopperten Motor Spannung dient Zweckmäßigerwei.se wird der zweite parallelschaltbare
Verbraucherwiderstand über mechanische Schalter
zugeschaltet, wenn
der Regelbereich des ersten Verbraucherwiderstandes allein nicht ausreicht.
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Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden im
folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Das Ausführungsbeispiel zeigt die erfindungsgemäße Schaltung in Anwendung
auf ein Motorantriebssystem eines elektrischen Triebfahrzeuges. Von der Reihenschaltung
des Ankers 1 eines elektrischen Fahrmotors mit der zugehörigen Erregerwicklung 3
führt einerseits ein Strompfad über eine erste Diode 12, eine Zusatzinduktivität
17, einen Hauptschalter 13 und einen Stromabnehmer 14 sowie eine Fahrleitung 18
zu dem einen Pol und über zumindest ein Rad 15 und eine Pahrschicne 16 zu dem anderen
Pol des Versorgungsnetzes. Parallel zur Reihenschaltung des Ankers 1 und der Erregerwicklung
3 liegt ein erster Gleichstromsteller 2, parallel zu dessen Reihenschaltung ::iwobei
Gleichstromsteller 2 und Diode 12 anodenseitig verbunden sind - mit der ersten Diode
12 ist ein gleichzeitig als Glättungsglied und Spannungsmeßeinrichtung dienender
Kondensator 4 angeschlossen; die Anschlußpunkte des Kondensators 4 sind dabei gleich£eitig
als. Einspeisepunkte des Versorgungsnetzes anzusehen. Parallel zu dem Kondensator
4 wiederum liegt jeweils die Reihenschaltung eines ersten Verbraucherwider stand
e s 6 mit einem zweiten Gleichstromsteller 5 sowie eines zweiten Verbraucherwiderstandes
8 mit einem Schütz 7. Der zweite Gleichstromsteller 5 steht in Schaltabhängigkeit
von einem am Kondensator 4 an liegenden zur Feststellung von Überspannungen vorgebbaren
Spannungswert.
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Kann das Versorgungsnetz die von dem im Bremsbetrieb arbeitenden Motorantriebssystem
abgegebene Bremsleistung aufnehmen, so hat die am Kondensator 4 anliegende Spannung
den vorgegebenen Mindestwert noch nicht erreicht, so daß der zweite Gleichstromsteller
5 noch nicht gezündet bzw. das Schütz 7 noch nicht geschlossen ist. Mit Hilfe des
in bestimmter Weise gesteuerten Gleichstromstellers 2 ist dann über den gesamten
Drehzahlbereich des Motors 1, 3 eine Rückspeisung in das Versorgungsnetz möglich.
Durch die erste Diode 12 wird dabei ein Stromfluß vom Netz her verhindert. Wird
der erste Gleichstromsteller 2 gezündet, so erregt sich der Motor im Kurzschluß.
Wird der Gleichstromsteller 2 wieder gesperrt, so fließt der Strom, der wegen der
Maschineninduktivität eingeprägt ist, über die Diode 12 weiter in das Versorgungsnetz.
Während bei höherer Drehzahl die Kurzschlußdauer für den Motor, also die Einschaltzeit
des Gleichstromstellers klein und die Zeit, während der der Strom ins Netz fließt,
groß ist, wird mit sinkender Drehzahl die Einschaltdauer größer und die Stromflußzeit
ins Netz kleine. Durch das auch beim Fahrbetrieb zwischen Fahrleitung und Netz vorhandene
Glättungsglied werden die vom Bremskreis gelieferten impulsförmigen Ströme so geglättet,
daß dem Netz ein Gleichstrom angeboten wird. Das Prinzip dieser selbaterregten Nutzbremse
setzt voraus, daß die Anker-EMK immer kleiner als die Netzspannung bleibt. Da aber
die Bremsspannung der Reihenschlußmotoren bei höheren Drehzahlen gewöhnlich größer
ist.als die Netzspannung, muß die Anker-EMK an die Netzspannung angepaßt werden.
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Um die Anker EMK an die Netzspannung anzupassen, ist im vorliegenden
Ausführungsbeispiel eine Bremschaltung mit Feldschwächung vorgesehen. Dazu führt
von dem Verbiniungspunkt zwischen der Ankerwicklung 1 und der Erregerwicklung 3
ein
weiterer Strompfad über eine zweite Diode 11, eine sogen.
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Überlaufdiode zur Kathodenseite der ersten Diode 12. Damit ist die
An}erwicklung 1 direkt an das Netz angeschlossen. Im oberen Drehzahlbereich, wenn
die Ankerspannung größer-wird als die Netzspannung, fließt der Ankerstrom direkt
über die Überlaufdiode 11 in das Netz. Die Erregung wird mit Hilfe des Gleichstromstellers
verstellt, der jetzt praktisch an der vollen Netz-spannung arbeitet. Um bei sinkender
Geschwindigkeit beispielsweise ein konstantes Bremsmoment aufrecht zu erhalten,
muß aer Erregerstrom dann größer und der Ankerstrom kleiner werden. Von dem Augenblick
an, in dem Feldstrom gleich Ankerstrom wird, bleibt die Überlaufdiode 11 stromlos,
die Schaltung geht von der Fremderregung in die Selbsterregung -über.
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Ist nun das Versorgüngsnetz nicht oder nicht 'voll aufnahmefähig für
die anstehende Bremsenergie des Motorantriebssystems, so übersteigt die am Kondensator
4 anliegende Spannung den vorgegebenen Mindestwert und veranlaßt die Zündung des
zweiten Gleichstromstellers 5 und gegebenenfalls die Einschaltung des Schützes 7.-
Der gesamte Verbraucherwiderstand 6, 8 (beispielsweise ~-RV) ist so zu bemessen,
da3 er bei voll durchgezündetem zweiten Gleichstromsteller 5 und eingeschaltetem
Schütz 7 die volle maximal mögliche Bremsleitung in Wärme umsetzen kann. Ein Maß
dafür, wann der Verbraucherwiderstand ein- oder ausgeschaltet wird, ist das Erreichen
bzw. Überschreiten des vorgegebenen Mindeatwertes der Kondensatorspannung am Kondensator
4. tberschreitet sie diesen vorgegebenen Wert, kann also an das Versorgungsnetz
nicht genügend Bremsenergie abgegeben werden, so wird der zweite Gleichstromsteller
5 gezündet; sinkt die Kondensatorspannung unter den vorgegebenen Wert, so wird der
zweite Gleichstromsteller 5 wieder gelöscht.
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Bei der erfindungsgemäßen Aufteilung des gesamten Widerstandes RV
in je einen über ein Schütz einschaltbaren Widerstand 8 (= 2 R.v) und einen dazu
parallel angeordneten über den zweiten Gleichstromsteller 5 einschaltbaren Verbraucherwiderstand
6 (= 2 RV) ist der zweite Gleichstromsteller 5 im Vergleich zu der zuvor geschilderten
Regelung des gesamten Widerstandes RV nur für die halbe Leistung auszulegen. Wird
ein Bremswiderstand zwischen RV und 2 RV benötigt, so wird der zweite Verbraucherwiderstand
8 (= 2 Rv) über das Schütz 7 eingeschaltet und über den zweiten Gleichstromsteller
5 der wirksame Wert des ersten Verbraucherwiderstandes 6 (= 2 Rv) zwischen den Werten
2 RV und cs verändert. Genügt ein Bremswiderstandswsrt zwischen 2 RV bis so wird
das Schütz 7 geöffnet und ueber den zweiten Gleichstromsteller 5 der Wert des Bremswiderstandes
durch impulsförmiges Ein- und Ausschalten des ersten Verbraucherwiderstandes 6 allein
geregelt.
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Die Bremsschaltung läßt sich auch dahingehend ausgestalten, daß der
Verbraucherwiderstand RV mehrfach aufgeteil-t wird, wobei wiederum die Gesamtheit
aller möglichen Einzelwiderstände die maximale Bremaleistung aufnehmen können muß-und
vorzugsweise nur ein Teilwiderstand über einen zweiten Gleichstromsteller zur jeweiligen
Feinregelung der Breinswiderstandsleistung impulsförmig aus- und eingeschaltet wird.
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Um beispielsweise auf einem elektrischen Triebfahrzeug zusätzlich
Gewicht einzusparen, kann es vorteilhaft sein, als Verbraucherwiderstand 6 und/oder
8 einen an sich in Verbindung mit dem Motorantriebssystem vorhandenen Widerstand,
vorzugsweise einen Ileizwiderstand mitzubenutzen.
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Die Verbraucherwiderstände 6 und/oder 7 sind zweckmäßigerweise auch
im Fahrbetrieb in Abhängigkeit von einer Überspannung am Kondensator 4 einschaltbar.
Im Fahrbetrieb ist über einen dann geschlossenen Pahrschalter 19 zwischen, den kathodenseitigen
Anschlußpunkten der Dioden 11 und 12 und der fahrleitungsseitigen Einspeisung aus
dem Versorgungsnetz eine Verbindung zu dem an der Fahrschiene liegenden Anschluß
der Ankerwicklung -1 hergestellt und durch eine zusätzliche Diode 9 ein direkter
Strompfad von dieser Ankerwicklungsseitezur Fahrschiene verhindert.
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Durch Pulsen des'ersten Gl.eichstromstellers 2'wird die den Pahrmotoren
zugeführte Spannung geregelt. Bei Überspannungen von der Fahrleitung her, z.B. aufgrund
von auflaufenden Wanderwellen wird durch Ansteigen der Spannung am Kondensator 4
und dadurch bedingtes Ubersteigen des vorgegebenen Spannungsmindestwertes augenblicklich
über den zweiten Gleichstromsteller 5 der erste Verbraucherwiderstand 6 als berspannungs-Schutzwiderstand
eingeschaltet. Genügt dieser Verbraucherwiderstand 6 nicht zum Aubbau der Überspannung,
kann auch im Pahrbetrieb gegebenenfalls der zweite Verbraucherwiderstand 8 zugeschaltet
werden.
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7 Patentansprüche