DE2648938A1

DE2648938A1 - Fahr- und bremsschaltung

Info

Publication number: DE2648938A1
Application number: DE19762648938
Authority: DE
Inventors: Beat Wehrmueller; Paul Dipl Ing Wienenga
Original assignee: Brown Boveri und Cie AG Germany; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1976-10-28
Filing date: 1976-10-28
Publication date: 1978-05-11
Also published as: DE2648938C2; CH608435A5; NL7711715A

Description

Fab- und Bremsschaltung
Das Hauptpatent (Patentanmeldung Az. P 25 57 280.9) bezieht sich auf eine Fahr- und Bremsschaltung für einen drehzahlgesteuerten, im Fahrbetrieb aus einer Gleichstromquelle über eine Drossel und einen Gleichstromsteller gespeisten Gleichstrommotor, insbesondere zum Antrieb eines Fahrzeuges, mit einem Bremswiderstand und einer ersten, der Feld.dcklung parallelgeschalteten Diode, sowie Schaltern zur Durchfttrung der erforderlichen Umgruppierungen der Bauelemente von Fahrbetrieb auf Bremsbetrieb bzw. umgekehrt, wobei bei Fahrbetrieb dem Anker des Motors die mit einem Ventil in Reihe geschaltete Feldwicklung parallelgeschaltet ist und bei Bremsbetrieb dem Anker des Motors die Reihenschaltung des Bremswiderstandes und des Ventiles parallelgeschaltet is, wobei zwischen der Löschdiode des Gleichstromstellers und dem einen Anschluß des Widerstandes eine zweite Diode geschaltet ist und bei Bremsbetrieb zwischen dem einen Anschluß der Feldwicklung und dem einen Anschluß der Drossel eine dritte Diode geschaltet ist.
Bei dieser Schaltung ist ein kombinierter Nutzbrems- und Widerstandsbremsbetrieb je nach der Aufnahmefähigkeit des speisenden Netzes ermöglicht. Dabei wirkt der Thyristor im Bremskreis bei Fahrbetrieb als Schaltglied für den Freilaufstrom der Ankerwicklung, während er bei Bremsbetrieb den Bremsstromkreis durchschaltet. Dieser Thyristor muß jeweils im Fahrbetrieb nach Ablauf der Stellerschonzeit einen Zündimpuls erhalten. Bei der Schaltung nach dem Hauptpatent ist dabei vorgeschlagen worden, daß Mittel vorgesehen sind, durch welche der Thyristor im Fahrbetrieb in einem vorgebbaren zeitlichen Abstand nach dem Zündimpuls des Umschwing-Thyristors des Gleichstromstellers gezündet wird.
Mit Rücksicht darauf, daß die Schaltfrequenz des Gleichstromstellers je nach der erforderlichen Motordrehzahl veränderbar sein muß, muß auch der Zündzeitpunkt des Zündimpulses für den Thyristor im Bremskreis von der zeitlichen Lage des Zündzeitpunktes des Umschwingthyristors des Gleichstromstellers abhängig sein. Diese Abhängigkeit erfordert aber einen relativ großen Steuerungsaufwand.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, den Aufwand für die Steuereinrichtung für das Gate des Thyristors im Feldkreis dieser Fahr- und Bremsschaltung zu verringern.
Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß an die Anode bzw. die Kathode des mit der Feldwicklung in Reihe geschalteten Thyristors ein Gleichspannungswandler angeschlossen ist, dessen Ausgang an die Steuereinrichtung für das Gate des Thyristors angeschlossen ist, und daß von der Steuereinrichtung bei Fahrbetrieb und Bremsbetrieb auf den Bremswiderstand auf das Gate dieses Thyristors in dem Zeitpunkt ein Zündimpuls abgegeben wird, in welchem die Spannung an der Kathode des Thyristors von der positiven zur negativen Polarität wechselt.
Bei der Schaltung nach der Erfindung wird also in dem Zeitpunkt, in dem die am Thyristor anliegende Spannung vom Negativen ins Positive wechselt, das am Gleichstromwandler anstehende Signal in ein analoges Signal umgewandelt und in die Steuereinrichtung eingegeben, in welcher das Zündsignal für den Thyristor ausgelöst wird. Durch diese Einrichtung läßt sich der Zündzeitpunkt fehlerfrei festlegen, so daß Fehlschaltungen vermieden werden.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Schaltschema eines Ausführungsbeispieles der Fahr- und Bremsschaltung nach der Erfindung.
die In der Schaltung sind einzelnen Schaltungselemente wie folgt bezeichnet: Der Motor mit 1, sein Anker mit 1.1 mit Anschlüssen A und H, seine Feldwicklung mit 1.2 und Anschlüssen E und F. Im LeitungszugL 1.1 von den Eingangsklemmen (Stromabnehmer 6) ist eine Indulctivftät L und zwischen deren Ausgang und der Ausgangsklemme (Erdpotential) L 2.1 ein Kondensator C geschaltet. Der obere Leitungszug ist mit 1 und der untere mit B2 bezeichnet. Eine im Leitungszug L1 zwischen Gleichstromsteller 5 und Motoranker 1.1 in Gegenrichtung sperrende Diode ist mit 2.1, ein im Feldkreis in Richtung zum Feld sperrender Thyristor mit 202 eine weitere Diode, die zur Feldwicklung 1.2 parallel liegt und in Richtung vom Leitungszug L2 zum Leitungszug B1 sperrt, ist mit 2.3 bezeichnet. Weiter ist mit 3 1 der mit einer Anzapfung 3.11 versehene Bremswiderstand bezeichnet. Eine weitere Diode, welche zwischen dem Eingang des Gleichstromstellers 5 und der Anschlußklemme F der Erregerwicklung mit Sperrichtung zu d-ser angeschlossen ist, hat das Bezugszeichen 2.4.
Schließlich ist eine Diode 2.6 zwischen der Klemme F der Feldwicklung 1.2 und dem Ausgang der Induktivität L geschaltet.
Der Gleichstromsteller 5 weist einen Hauptthyristor, einen Umschwingthyristor, eine Löschdiode, eine Eommutierungsdrossel sowie einen Kommutierungskondensator auf, welche in üblicher Weise zusammengeschaltet sind. Diese Bauteile sind in der Schaltung nicht dargestellt. Weiterhin ist eine Löschdiode 2.7 zwischen einem Anschluß des Gleichstromstellers 5, welche an die Anode der Löschdiode 5.3 angeschlossen ist, und die Verblndungsleitung von Thyristor 2.2 und Widerstand 3 geschaltet r An den Kathodenanschluß 2.21 und den Anoden anschluß 2.22 des Thyristors 2.2 ist über zwei Verbindungsleitungen L 2.1 und L 2.2 ein Gleichspannungswandler 9 angeschlossen, dessen beiden Ausgänge mittels Verbindungsleitungen an eine Steuereinrichtung 10 angeschlossen sind.
Der eine Ausgang der Steuereinrichtung 10 ist mit dem Gate 2.23 des Thyristors 2.2 verbunden.
Zur Durchführung der Umschaltung von Fahr- auf Bremsbetrieb ist ein erster Schalter 4.1 mrischen der Verbindungsleitung von Thyristor 2.2 und Widerstand 3 sowie der Klemme F der Feldwicklung 1.2 ein zweiter Schalter 4.2 zwischen Klemme E der Feldwicklung 1.2 und dem Leitungszug L2, ein dritter Schalter 4.3 im Leitungszug L 1.1 zwischen Induktivität L und Gleichstromsteller 5, ein vierter Schalter 4.4 im Leitungszug L 2.1 zwischen Erdpotential und dem Leitungszug L2, ein fünfter Schalter 4.5 im Zuge einer Verbindungsleitung T3 zwischen Leitungszug L 2.1 und Leitungszug L1 und schließlich ein weiterer Schalter 4.7 im Zuge des Strompfades einer Vorerregungseinrichtung für das Feld vorgesehen, welche aus einer Vorerregerstrosquelle 7, einer Induktivität 8 und einer Diode 2.5 besteht und den Schalter 4.4 überbrückt.
Die Fahr- und Bremsschaltung arbeitet wie folgt: Im Fahrbetrieb sind die Schalter 4.1, 4.2, 4.3 und 4.4 geschlossen, die Schalter 4.5 und 4.6 geöffnet. Es ergibt sich für Fahrbetrieb ein Stromfluß von der Fahrleitung 6 über den geschlossenen Schalter 4.3, den Gleichstromsteller 5, die Diode 2.1, den Motoranker 1.1 über die Leitung L2 zur Schiene.
(Erdpotential). Die Feldwicklung 1.2 ist während der Öffnungszeiten des Gleichstromstellers 5 von dem aus der Fahrleitung fließenden Strom nicht durchflossen. Während der Sperrzeit des Gleichstromstellers fließt der Ankers.trom infolge der Induktivität des Motorankers 1.1 weiter und zwar über den geschlossenen Schalter 4.1, den gezündeten Thyristor 2.2 zurück zum Motoranker 1.1. Die Zündimpulse für den Thyristor 2.2 werden von der Steuereinrichtung 10 gegeben und zwar in Abhängigkeit von der an den Thyristor 2.2 anstehenden Spannung.
Das Zündsignal wird dann gegeben, wenn die Spannung an der Kathode 2.21 des Thyristors 2.2 von der positiven zur negativen Polarität wechselt. Dabei entsteht im Gleichstromspannungswandler 9 ein Signal, welches auf die Steuereinrichtung 10 wirkt und den Zundimpuls auslöst. Die Steuereinrichtung 10 erhält über zwei weitere Eingänge 10.3 und 10.4 eine Information über die Große der am speisenden Netz anstehenden Spannung. Je nach der Größe dieser Spannung wird die Abgabe des Zündsignales zum Gate 2.23 des Thyristors 2.2 gesperrt oder freigegeben. Der Thyristor 2.2 wirkt beim Fahrbetrieb als Ankerfreilaufdiode und muß daher jedesmal nach Ablauf der Stellerschonzeit einen Zündimpuls erhalten.
Während der Öffnungszeit des Gleichstromstellers 5, in der also kein Strom vom Motoranker 1.1 durch die Feldwicklung 1.2 fließen kann, fließt, getrieben durch die Induktivität der Feldwicklung 1.2 ein Feldstrom weiter über die Freilaufdiode 2.3 und den geschlossenen Schalter 4.2 zurück zur Reldwicklung 1.2. Bei relativ lnurzen Strompulsen im Ankerkreis vom Gleichstromsteller 5 her ist die Feldwicklung 1.2 voll erregt, während bei langen Pulsen des Gleichstromstellers 5 die Feldwicklung 1.2 von einem im Effektivwert kleineren Strom durchflossen ist, womit sich-bei größer werdender Spannung am Motoranker 1.1 eine Verkleinerung des Stromes in der Feldwicklung 1.2, also eine Feldschwächwirkung ergibt. Die Dioden 2.4, 2.5 und 2.6 sind im Fahrbetrieb in Sperrichtung beaufschlagt, so daß deren Strompfad nicht stromdurchflossen ist.
In der Schaltung "Bremsen" sind die Schalterkontakte 4.5 und 4.7. geschlossen, die übrigen Schalterkontakte 4.1 bis 4.4 sind geöffnet. Aus der Batterie fließt ein Vorerregungsstrom über den Schalter 4.7, Diode 2.5, Induktivität 8, die Leitung L2, den unteren Teil des Bremswiderstandes 3.1 durch die Feldwicklung 1.2, die Diode 2.4, den Gleichstromsteller 5, Verbindungsleitung L3, Schalter 4.5 zurück zur Batterie. Die dadurch in der Ankerwicklung 1.1 induzierte Spannung treibt einen Strom über die Leitung L2, den unteren Teil des Bremswiderstandes 3.1, die Feldwicklung 1.2, die Diode 2.4, den Gleichstromsteller 5 und die Diode 2.1 zurück zum Motoranker 1.1. Durch eine in der Schaltung nicht dargestellte Meßeinrichtung wird durch Messung der an den Eingangsklemmen der Schaltung anliegenden Spannung Un festgestellt, ob das speisende Netz in der Lage ist, Energie auf zunehmen. Dies ist der Fall, bei Unterschreiten eines bestimmten Spannungswertes.
In diesem Falle erfolgt keine Zündung des Thyristors 2.2. Die Größe des Erregerstromes wird durch das Taktverhältnis des Gleichstromstellers 5 bestimmt. Während der Sperrzeit des Gleichstromstellers 5 fließt dabei der Feldstrom über die Freilaufdiode 2.3 und den unteren Teil des Bremswiderstandes 3.1 weiter. Gleichzeitig fließt ein Nutzbremsstrom vom Anker des Motors 1 über die Leitung L2, den unteren Teil des Widerstandes 3.1g die Diode 2,6, Leitung L4, Zeitung L 1.1D Induktivität 7; zum Netz und weiter vom Erdpotential über die Leitung L3, die Diode 2.1, die Leitung Ll zum Motoranker 1.1 zurück.
überschreitet die an Netz anliegende Spannung einen bestiinrrten Wert, was ein Zeichen dafür ist, daß das Netz keine Energie aufzunchmen in der Lage ist, wird die Zündung des Thyristors 2.2 freigegebene In diesem Falle erfolgt also keine Nutzbremsung, sondern die Bremsenergie wird über den Bremswiderstand 3e1 geleitet und zwar fließt der Strom vomTlotoranker 1.1 über den Bremswiderstand 3.1, den Thyristor 2.2 zurück zum Motoranker 1.1. Die Größe des Erregerstromes und damit auch des Bremsstromes wird auch hier durch das Taktverhältnis des Gleichstromstellers 5 bestimmt. Während der Sperrzeit des Gleichstromstellers 5 fließt der Feldstrom über die Freilauf diode 2.3 und den unteren Teil des Bremswiderstandes 3.1 weiter.

Claims

Patentanspruch Fahr- und Bremsschaltung für einen drehzahlgesteuerten, im Fahrbetrieb aus einer Gleichstromquelle über eine Drossel und einen Gleichstromsteller gespeisten Gleichstrommotor, insbesondere zum Antrieb eines Fahrzeuges, mit einem Bremswiderstand und einer ersten der Feldwicklung parallelgeschalteten Diode, sowie Schaltern zur Durchführung der erforderlichen Umgruppierungen der Bauelemente von Fahrbetrieb auf Bremsbetrieb bzw. umgekehrt, wobei bei Fahrbetrieb dem Anker des Motors die mit einem Ventil in Reihe geschaltete Feldwicklung parallelgeschaltet ist und bei Bremsbetrieb dem Anker des Motors die Reihenschaltung des Bremswiderstandes und des Ventiles parallelgeschaltet ist, wobei zwischen der iiöschdiode des Gleichstromstellers und dem einen Anschluß des Widerstandes eine zweite Diode geschaltet ist und bei Bremsbetrieb zwischen dem einen Anschluß der Feldwicklung und dem einen Anschluß der Drossel eine dritte Diode geschaltet ist, nach Patent.-..., (Patentanmeldung P 25 57 280.9), dadurch gekennzeichnet, daß an die Anode (2.22) bzw. die Kathode (2.21) des mit der Feldwicklung in Reihe geschalteten Thyristors (2.2) ein Gleichspannungswandler (9) angeschlossen ist, dessen Ausgang an die Steuereinrichtung (10) ur das Gate (2.23) des Thyristors (2.2) angeschlossen ist, und daß von der Steuereinrichtung (10) bei Fahrbetrieb und Bremsbetrieb auf den Bremswiderstand auf das Gate dieses Thyristors (2.2) in dem Zeitpunkt ein Zundimpuls abgegeben wird, in welchem die Spannung an der Kathode (2.21) des Thyristors (2.2) von der positiven zur negativen Polarität wechselt.