DE2919530C2

DE2919530C2 - Anordnung für netzunabhängiges Widerstandsbremsen elektrischer Triebfahrzeuge

Info

Publication number: DE2919530C2
Application number: DE2919530A
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl.-Ing. 1000 Berlin Böhm
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1979-05-11
Filing date: 1979-05-11
Publication date: 1983-05-26
Also published as: DK206080A; DE2919530A1; AT373744B; ATA244980A

Description

2. Anordnung für netzunabhängiges Widerstandsbremsen elektrischer Triebfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie für einen Betrieb mit eingeprägtem, nichtlückenden Zwischenkreisstrom, insbesondere bei Drehstromantri·:- ben, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

— mindestens ein mit Zwangslöschung versehener Zweig (c. «/oder beide) der Brückenschaltung ist bei Bremsbetrieb als Thyristorsteller für wenigstens einen Bremswiderstand (19) vorgesehen,

— der Bremswiderstand (19) verbindet den Positiv- oder den Negativausgang des Hauptthyristorzweiges (c bzw. d) mit dem des Gleichrichterventilzweiges (a bzw. b) und ist durch einen Schalter (17) überbrückbar, der beim Bremsbetrieb geöffnet ist,

— beide zwangslösclibaren Zweige (c und d) der Brückenschaltung sind unter Fortfall eines gesonderten Umschwingkreises abwechselnd als Gleichstromsteller herangezogen.

3. Anordnung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kommutierungskondensator (7) ein Anpassungskondensator (20) parallel liegt. der durch einen in Reihe liegenden Schalter (21) zu- i>5 oder abschaltbar ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung für netzunabhängiges Widerstandsbremsen elektrischer Triebfahrzeuge, wie sie im einzelnen dem Oberbegriff des Patentanspruches I entnehmbar ist.

Eine solche löschbare unsymmetrische Brückenschaltung (LU B-Schaltung) ist zum Beispiel aus ZEV-Glasers AnnalenlOO (1976) Nr. 2/3, S. 68 bis 69 bekannt und wird dort für Zweisystem-Lokomotiven mit Mischstromfahrmotoren eingesetzt Für die Bremsung wird dort eine nur teilweise netzunabängige freniderregte elektrische Widerstandsbremse vorgesehen, die über die Erregung der Motorfelder gesteuert oder geregelt wird. Die vorhandenen Fahrmotorgleichrichter mit ihrer Steuerelektronik werden für die Bremsung bereits vorteilhaft ausgenutzt Der Aufwand ist jedoch relativ hoch.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine vollkommen netzunabhängige Widerstandsbremse zu schaffen, die die Gegebenheiten der vorhandenen LUB-Fahrschaltung besser und konsequenter nutzt und den schaltungs- und gerätetechnischen Aufwand erheblich senkt Die Schaltung soll dabei einfach und sicher sein.

Diese Aufgabe wird einerseits für eine Anordnung der eingangs genannten Art gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und andererseits bei einer derartigen Anordnung für einen Betrieb mit eingeprägtem, nichtlückenden Strom im Zwischenstromkreis und Wechselstromantrieb gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 2 gelöst Dabei wird von dem an sich bekannten Prinzip der Verwendung von Ventilen einer vorhandenen Brückenschaltung zur Bildung von Gleichstromstellern bei Widerstandsbremsbetrieb ausgegangen. Dieses Prinzip ist z. B. der Zeitschrift Revue Generale de Chemins de Fer 95 (1976) Decembre, S. 769 und 770 Figuren 1 und 2 entnehmbar. Allerdings handelt es sich dort um eine, schon für den Fahrbetrieb, völlig anders aufgebaute wesentlich aufwendigere Brückenschaltung für zwei Motoren, und beim Bremsbetrieb erfolgt eine vollkommen andersartige Auftrennung in zwei getrennte Motorkreise mit separaten choppergesteuerten Bremswiderständen.

Darüber hinaus ist noch eine choppergesteuerte gemeinsame Feldverstellung vorgesehen. Nachteilig ist neben dem hohen Aufwand an Ventilen — die notwendigen steuerbaren Löschventile sind nicht einmal mitgerechnet — die umständlichen Umschaltnotwendigkeiten an den Hauptthyristoren (elektrisches »Umdrehen« des einen Hauptthyristors). Darüber hinaus ist für jeden Hauptthyristor eine gesonderte Löscheinrichtung vorzusehen, d. h. es ergibt sich ein nicht unerheblicher Löschaufwand.
Demgegenüber ist die erfindungsgemäße Schaltung wesentlich einfacher und übersichtlicher und kommt mit wenigen Bauelementen aus. Das ergibt sich u. a. durch die besondere Anordnung des Bremswiderstandes unter Ausnutzung der Zweigthyristoren dieser Schaltungsart als Chopperstellglieder.

Eine besondere Löscheinrichtung ist ebenfalls nicht nötig.

Durch Einsparung sonst notwendiger besonderer Brcmssteller und durch Doppelausnutzung der von Mischstromfahrzeugen her für Fahrbetrieb bekannten Netzgleichrichter mit Sekiorsieuerung ergibt sich so eine wirtschaftliche Lösung. Im Bremsbetrieb kann bis in die Nähe des Stillstandes voll gebremst werden. Für Drehstromtriebfanrzciige mit WechselstrorneinspeisuMg kann die Erfindung in solchen Fällen Anwendung

finden, wo kein sinusförmiger Fahrleistungsstrom erforderlich ist und ein Leistungsfaktor von Λ = 0,85 bis 0,95 ausreicht.

Bei Triebfahrzeugen mit Drehstromfahrmotoren und Versorgung über einen Gleichstromzwischenkreis wird beim netzunabhängigen Bremsbetrieb dem Bremswiderstand allgemein die Bremsenergie über separate Bremssteller zugeführt (z. B. Zeitschrift »Technische Mitteilungen AEG-Telefunkert 67« (1977) 7, S. 311,312). Für derartige Fahrzeuge ergibt sich eine besonders vorteilhafte und einfache Lösung unter den Voraussetzungen der eingangs genannten Art und einem Betrieb mit eingeprägtem, nichtlückenden Zwischenstrom gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 2.

Eine Schaltung dieser Art kommt dann sogar ohne einen sonst notwendigen separaten Umschwingkreis aus. Es ergibt sich ein quasi — Parallelbetrieb der Haupt- und Löschthyristoren, was sich in einem besonders guten thermischen Verhalten ausprägt. Die Löschthyristoren übernehmen einen Teil der Stromführung.

Anhand von schematisehen Aüsführungsbeispieien wird die Erfindung im nachstehenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine bekannte Fahrschaltung mit einem Netzgleichrichter in löschbarer unsymmetrischer Brükkenschaltung mit einem Löschkondensator (LUB-I C-Schaltung),

F i g. 2 eine erfindungsgemäße Schaltung mit Umschwingkreis und einem in die Positivausgänge der Brückenzweige gelegten Bremswidersiand,

F i g. 3 eine Anordnung für Betrieb mit eingeprägtem nichtlückenden Zwischenkreisstrom.

F i g. 1 zeigt die vorbekannte Grundschaltung für »Fahren« von der erläuternd ausgegangen wird. Der Ladezweig ist nicht dargestellt. Diese Schaltung entspricht der bereits genannten Schaltung nach ZEV-Glasers Analen 100 (1976), Nr. 2/3, S. 69, Bild 9 (bzw. DE-OS 2126 111, Fig. 3). Diese Schaltung verwendet eine löschbare, unsymmetrische Gleichrichterbrücke ais Netzgleichrichter mit einem einzigen Löschkondensator, d.h. eine sogenannte LUB-I C-Schaitung. Sie weist zwei Zweige a und b mit ungesteuerten Gleichrichterventilen 1 und 2 und zwei Zweige cund 6 mit steuerbaren Hauptthyristoren 3 und 4 auf. Die Gleichrichterventile 1 und 2 der Zweige a und b liegen dabei gleichsinnig in Reihe unö parallel zu den ebenfalls gleichsinnig in Reihe geschalteten Hauptthyristoren 3 und 4 der Zweige c und d. Die beiden Hauptthyristoren 3 und 4 sind durch parallelliegende, reihengeschaltete Löschthyristoren 5 und 6 gleicher Durchlaßrichtung sowie einen Kommutierungskondensator 7 löschbar ausgeführt. Letzterer ist zwischen den Hauptthyristoren 3 und 4 und den Löschthyristoren 5 und 6 quergeschaltet. Gespeist wird die Gleichrichierbrücke über einen Schalter 9 von einer Wechselspannungsquelle, hier von einem Transformator 8. Mit 10 ist eine Glättungsinduktivität, mit 11 ein Verbraucher, hier z. B. ein Motor, bezeichnet. w

Ein Löschen des leitenden Hauptthyristors 4 erfolgt durch Zünden des parallelliegenden Löschthyristors 6, wobei sich der Kondensator 7 auf die in Klammern angegebene Polarität umlädt. In der nachfolgenden Halbwelle der Netzspannung wird der Hauptthyristor 3 gezündet. Dieser kann später über den Löschthyristor 5 und den auf die Kla.timerwerie umgeladenen Kondensator 7 wieder gelöscht werden. Dabei schwingt der Kondensator 7 erneut zur folgenden Löschung des Thyristors 4 um. Schaltungen mit zwei und drei Kondensatoreinheiten sind in der Funktionsweise vergleichbar.

Damit besteht die Möglichkeit, aus der Netzspannung Spannungssektoren mit nahezu beliebiger Lage innerhalb einer Sinushalbwelle durch Anschnitt- und Abschnittswinkelsteuerung herauszuschneiden und somit neben dem Steuern der Antriebsleistung die Phasenlage des aufgenommenen Netzstromes mit dem Ziel der Leistungsfaktorverbesserung zu beeinflussen.

Die Erfindung nutzt diese bekannte Schaltung auch für netzunabhängige Widerstandsbremsung, wobei die wesentlichen Schaltungselemente erhalten bleiben. Für diese gleichgebliebenen Schaltungselemente wurden im folgenden die gleichen Bezugszeichen weiterverwendet.

In Fig.2 ist zusätzlich noch ein parallel zum Löschthyristor 6 liegender Umschwingkreis vorgesehen. Er besteht aus einer Umschwinginduktivität 14 mit reihengeschaltetem Umschaltthyristor 18. Ober einen eingefügten Schalter 17 ist darüber hinaus noch die Verbindung der Zweige a und cam Ρο''-.ivausgang der Gleichrichterbrückc auftrcnnbar. Ein parallel geschalteter Bremswiderstand 19 kann durch öffnung des Schalters eingeschaltet werden. Für den Bremsbetrieb sind wieder die Schalter 9 und 17 geöffnet. In der ersten Phase sind alle Haupt- und Löschthyristoren gesperrt und der Kommutierungskondensator 7 soll sich in der klammerlosen Polarität befinden. Der Bremsstrom von Motor Ii durchläuft zunächst die ungesteuerten Brückenzweige b und a mit den Gleichrichterventilen 2 und 1 und den Bremswiderstand 19. In der zweiten Phase werden die Hauptthyristoren 3 und 4 gezündet und der Strom verläßt den Widerstandspfad und verläuft über den gebildeten Freilauf der Brückenzweige rf und c. In der dritten Phase wird der Löschthyristor 6 gezündet, und der Energieinhalt von Kommutierungskondensator 7 löscht den Hauptthyristor 4. Anschließend wird der Kommutierungskondensator 7 vom Strom Id wieder über den Löschthyristor 6 auf die eingeklammerte Polarität aufgeladen. Mit steigender Spannung am Kondensator verläuft der Bremsstrom wieder über den Bremswiderstand 19 und die ungesteuerten Brückenzweige a und b, während der Strom zum Kommutierungskondensator 7 zu Null geht. Wird der Hauptthyristor 4 erneut gezündet, dann geht der Strom /rf wieder auf den Freilaufkreis über. Gleichzeitig erfolgt nach Zündung des Umschwingthyristors 18 eine Umladung des Kommutierungskondensators 7 über die Umladeinduktivität 14. Der Kommutierungskondensator 7 weist dann wieder die klammerlose Polarität auf und ist zur Löschung des Hauptthyristors 4 bereit.

Fig.3 zeigt noch eine Variante für netzunabhängige Widerstandsbremsung in einer Ausführung für einen Beirieb mit eingeprägtem, nichtlückenden Zwischenkreisstrom. Ein solcher Betrieb ist zum Beispiel bei Drehstromantrieben unter Verwendung von Phasenfoigewechselrichtern möglich. Hierbei kann auch noch der Umladekreis mit Umschwingthyristor 18 und Umladeinduktivität 14 entfalten. Es sind jedoch beide löschbaren Zweige der Stromri.hterbrücke zu verwenden, und beide Löschthyristoren 5 und 6 sind abwechselnd zur Löschung der Hauptthyristoren heranzuziehen. Die Funktion verläuft ähnlich zu der nach Fig. 3, nur mit dem Unterschied, daß nach der beschriebenen Wiederaufladung des Kondensators 7 auf die eingeklammerte Polarität nun der Löscndivrislor 5 gezündet wird. Mit ihm wird der Hauptthyristor 3 gelöscht. Der Strom l_d

verläuft kurzzeitig über Hauptthyristor 4 und Löschthyristor 5 unter Wiederaufladung des Kommutierungskondensators 7 auf die klainmerlose Polarität. Mit steigender Spannung am Kondensator wächst der Strom über den Bremswiderstand 19, während der Ladestrom zu Null wird. Danach wird Hauptthyristor 4 wieder gelöscht usw. Wechselweise löschen sich die zugeordneten steuerbaren Haupt- und Löschthyristoren, so daß die Funktionsbenennung nicht mehr eindeutig ist. Die Löschthyristoren übernehmen einen Teil der Stromführung. Es ergibt sich dadurch quasi ein Parallelbetrieb mit besonders guter (niedriger) thermischer Belastung der Einzelventile.

Über einen Schalter 21 kann noch eine Anpassung der Kommulierungskapazität im Stellerbetrieb vorgenommen werden. Ein Anpassungskondensator 20, der dem Kommutierungskondensator 7 parallelgeschaltet ist, kann damit zu- oder abgeschaltet werden.

Durch die Erfindung kann eine kostensparende einfache Mehrfachausnutzung der im Fahrbetrieb vorhandenen Bauelemente der LUB-I C-Schaltung für eine wirksame, zusätzliche Widerstandsbremsung erfolgen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung für netzunabhängiges Widerstandsbremsen elektrischer Triebfahrzeuge, die im Fahrbe- trieb über eine einphasige lösc'nbare unsymmetrische Brückenschaltung (LUB) gespeist werden, bestehend aus einem löschbaren Hauptthyristorzweigpaar mit zwei seriengeschalteten Hauptthyristoren, dem ein nichtsteuerbares Gleichrichterven- tilzweigpaar mit zwei seriengeschalteten Gleichrichterventilen gleichsinnig parallel geschaltet ist, sowie einem gleichsinnig parallel geschalteten steuerbaren Löschthyristorzweigpaar mit zwei seriengeschalteten Löschthyristoren und einem zwisehen den Hauptthyristoren und den Löschthyristoren quergeschalteten Kommutierungskondensator, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

20

— mindestens ein mit Zwangslöschung versehener Zweig (c, «/oder beide) der Brückenschaltung ist bei Brembsbetrieb als Thyristorsteller für wenigstens einen Bremswiderstand (19) vorgesehen,

— der Bremswiderstand (19) verbindet den Positiv- oder den Negativausgang des Hauptthyristorzweiges (c bzw. d) mit dem des Gleichrichterventilzweiges (a bzw. b) und ist durch einen Schalter (17) überbrückbar, der bei Bremsbetrieb geöffnet ist,

— dem Kommutierungskondensator (7) ist ein Umschwingkreis aus einer Umschwinginduktivität (14) mit seriengeschaltetem Umschwingthyristor (i8) zugeordnet, der einem der Löschthyristoren (6) geguisinnig parallel geschaltet ist.