DE3426930C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleichstromstellerschaltung
mit automatischer Feldschwächung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
Eine solche Gleichstromstellerschaltung mit automatischer Feld
schwächung ist in der nachveröffentlichten DE-OS 33 38 318, die dem Stand der Technik zuzurechnen ist, beschrieben. Dabei
wird vorgeschlagen, bei Speisung mehrerer parallel ge
schalteter Motoren die Feldwicklung jedes Motors über
einen eigenen Feldvorwiderstand mit einer gemeinsamen
Feldfreilaufdiode sowie direkt mit einem diese Freilauf
diode und einen Feldvorwiderstand überbrückenden Regelthyristor zu verbinden.
Ähnliche Gleichstromsteller mit automatischer Feldschwä
chung sind aus Brown, Boveri Mitteilungen 12 (1978),
Seite 777 bis 785, "10 Jahre BBC-Gleichstromsteller für
Nahverkehrfahrzeuge" und der BBC-Druckschrift Nr. DVK
90 041 D, "Die BBC-Gleichstromsteller-Ausrüstung für den
Startbahnwagen M/N", Sonderdruck aus "Nahverkehrspraxis" Jg. 26, Heft 11 u. 12, bekannt. Dabei wird bei der Antriebs
schaltung für einen Gleichstrom-Reihenschlußmotor der
Feldschwächenbetrieb - ohne den sonst üblichen Zusatzauf
wand für Widerstände und Kontakte oder gar eigenen Feld
steller - automatisch dadurch eingestellt, daß der vom
Anker auf das im Freilaufkreis liegende Feld kommutie
rende Strom mit zunehmender Aussteuerung kontinuierlich
abnimmt, bis an einen fest eingestellten, dem Motor zu
träglichen kleinsten Erregergrad.
Zur Umgruppierung der bekannten Gleichstromsteller zwi
schen Fahr- und Bremsbetrieb ist es üblich, mechanische
Schaltkontakte einzusetzen. Es können beispielsweise
elektromotorisch angetriebene Schaltwerke verwendet wer
den. Diese Schaltwerke müssen für hohe Schalthäufigkeit
und kleine Schaltzeiten ausgelegt sein und sind daher
mechanisch sehr aufwendig.
Der Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrun
de, eine Gleichstromstellerschaltung mit automatischer Feld
schwächung der eingangs genannten Art anzugeben, die den
Betriebsartwechsel Fahren, Bremsen und umgekehrt kon
taktlos ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeich
neten Merkmale gelöst.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen ins
besondere darin, daß die Gleichstromstellerschaltung
sehr schnell und ohne jeden mechanischen Verschleiß vom
Fahrbetrieb in den Bremsbetrieb und umgekehrt umgrup
piert werden kann. Durch den Wegfall der bisher üblichen
mechanischen Umschaltkontakte entfallen Inspektions- und
Wartungsarbeiten. Der Gleichstromsteller ist sehr wenig
aufwendig aufgebaut.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeich
nung dargestellten Ausführungsform erläutert.
In der Zeichnung ist ein Prinzipschaltbild des Zweiqua
dranten-Gleichstromstellers mit automatisch einsetzbarer
Feldschwächung dargestellt. Die Schaltungsanordnung ist
über einen Pluspol 1 (erster Pol) und einen Minuspol 2
(zweiter Pol) mit einer Gleichspannungsquelle (Fahrlei
tungsnetz) 3 verbunden. An den Pluspol 1 ist über eine
Eingangsfilterdrossel 4 eine Seriendiode 5 mit ihrer
Anode angeschlossen. Der gemeinsame Verbindungspunkt von
Filterdrossel 4 und Diode 5 ist mit einem Eingangsfil
terkondensator 6 beschaltet, dessen weiterer Anschluß am
Minuspol 2 liegt.
Die Kathode der Diode 5 ist an die erste Klemme einer
Ankerwicklung 7 eines Gleichstrom-Reihenschlußmotors 8
angeschlossen. Der Motor 8 dient zum Antrieb eines
Gleichstromfahrzeuges, vorzugsweise eines Nahverkehr
fahrzeuges. Die zweite Klemme der Ankerwicklung 7 ist
über einen Motorglättungsdrossel 9 und einen zünd- und
löschbaren elektronischen Schalter für Fahrbetrieb 10
(= Fahrventil 10) mit dem Minuspol 2 verbunden. Dem
Fahrventil 10 liegt eine erste Rückspeisediode 11 anti
parallel.
An den gemeinsamen Verbindungspunkt von Filterdrossel 4
und Seriendiode 5 ist die Kathode einer zweiten Rück
speisediode 12 angeschlossen, an deren Anode ein Netz
schutzwiderstand 13 und ein Bremswiderstand 14 liegen.
Der Neutzschutzwiderstand 13 ist andererseits mit der
Anode einer ersten Freilaufdiode 16 sowie mit einem Ver
bundwiderstand 15 verbunden.
Der Verbundwiderstand 15 ist andererseits an den gemein
samen Verbindungspunkt von Seriendiode 5 und Ankerwick
lung 7 sowie an die Kathode einer zweiten Feldfreilauf
diode 17 angeschlossen. Die Anode der zweiten Feldfrei
laufdiode 17 liegt an der zweiten Klemme einer Feldwick
lung 18 sowie an der Anode eines zünd- und löschbaren
elektronischen Schalters für Bremsbetrieb (Bremsventil)
19. Die Kathode des Bremsventils 19 ist an den gemeinsa
men Verbindungspunkt von Motorglättungsdrossel 9 und
Fahrventil 10 angeschlossen, das gleiche gilt für die
Anode einer Ankerfreilaufdiode 20, deren Kathode ebenso
wie die Kathode der ersten Feldfreilaufdiode 16 an der
ersten Klemme der Feldwicklung 18 liegt.
An den Verbindungspunkt von Motorglättungsdrossel 9 und
Fahrventil 10 ist schließlich noch die Kathode eines
Widerstandsbremsventils 21 angeschlossen, dessen Anode
mit dem Bremswiderstand 14 verbunden ist.
Das letztgenannte Widerstandsbremsventil 21 kann wahl
weise als löschbares Ventil (z. B. als GTO-Thyristor)
oder als nichtlöschbares Ventil (z. B. als Thyristor)
ausgebildet sein, während als Fahrventil 10 und als
Bremsventil 19 stets löschbare Ventile (z. B. GTO-Thy
ristoren) einzusetzen sind.
Nachfolgend wird der Funktionsablauf der Gleichstrom
stellerschaltung beschrieben.
Im Fahrbetrieb des Gleichstromfahrzeuges bleiben das
Bremsventil 19 und das Widerstandsbremsventil 21 stets
gesperrt und Leistung, Drehmoment bzw. Drehzahl des An
triebes werden durch periodisches Schalten des Fahrven
tils 10 geregelt.
Bei leitendem Fahrventil 10 fließt ein Ankerstrom vom
Pluspol 1 über die Eingangsfilterdrossel 4, die Serien
diode 5, die Ankerwicklung 7, die Motorglättungsdrossel
9 und das Fahrventil 10 zum Minupol 2. Gleichzeitig
bildet sich ein Feldfreilaufstrom über die Freilaufdiode
17, den Verbundwiderstand 15, die Feldfreilaufdiode 16
und die Feldwicklung 18 aus.
Bei gesperrtem Fahrventil 10 fließt ein Ankerfreilauf
strom über die Motorglättungsdrossel 9, die Ankerfrei
laufdiode 20, die Feldwicklung 18 und die Feldfreilauf
diode 17 zur Ankerwicklung 7.
Durch die Anordnung der Feldwicklung 18 im Freilaufzweig
des Ankers wird die z. B. aus der BBC-Druckschrift
DKV 90 041 D bekannte automatische Feldschwächung er
zielt. Das Schaltungskonzept der bei Fahrbetrieb automa
tisch einsetzenden Feldschwächung geht von der Tatsache
aus, daß sich im Ankerfreilaufkreis - ausgeführt mit der
Ankerfreilaufdiode 20 - pulsierende Ströme mit gleichen
Scheitelwerten wie im Ankerkreis ausbilden. Dieser Vor
gang ist nur dann möglich, wenn die dafür benötigte Zeit
zur Verfügung steht. Geht die Aussteuerung des Fahrven
tils 10 in die Nähe von 1 (Vollaussteuerung), so reicht
die Zeit für den Stromaufbau nicht mehr aus. Der Schei
telwert des Stromes im Ankerfreilaufkreis fällt gegen
über dem Scheitelwert der Ankerströme ab. Über den Frei
laufkreis des Motorfeldes - ausgeführt mit den Feldfrei
laufdioden 16 und 17 - ergibt sich eine Spitzenwert
gleichrichtung der Stromimpulse des Ankerfreilaufkrei
ses.
So entstehen aus den Stromscheitelwerten des Ankerfrei
laufkreises die sehr gut geglätteten Feldströme, deren
Größe in Abhängigkeit der Stromscheitelwerte im Anker
freilaufkreis gesteuert werden.
Obwohl die Motorfelder in einem Nebenschlußzweig liegen,
behält also die Anordnung im gesamten Arbeitsbereich
ihre Reihenschlußcharakteristik. Die Schaltung mit dem
ihr eigenen kontinuierlichen Feldschwächvorgang erlaubt
im Gegensatz zur konventionellen Feldschwächung einen
stufenlosen Betrieb ohne Einschränkung im gesamten Zug
kraftgeschwindigkeitsbereich eines Gleichstromfahrzeu
ges.
Im Bremsbetrieb des Gleichstromfahrzeuges bleibt das
Fahrventil 10 stets gesperrt und die Bremsleitung wird
durch periodisches Schalten des Bremsventils 19 gere
gelt. Zusätzlich kann bei nichtaufnahmefähigem oder
teilaufnahmefähigem Netz 3 das Widerstansbremsventil 21
periodisch geschaltet werden, um die gesamte Bremslei
stung bzw. einen Teil der Bremsleistung dem Bremswider
stand 14 zuzuführen.
Das Konzept der Bremsschaltung mit geregelter Feldschwä
chung baut auf eine Schaltung auf, in der das Motorfeld
(Feldwicklung 18) des Reihenschlußmotors 8 nicht direkt
im Ankerkreis, sondern parallel zum Motoranker sowie zum
Bremswiderstand 14 und der Gleichspannungsquelle 3
(Fahrleitungsnetz) liegt. Die Bremskraft wird durch das
mit dem Motorfeld in Reihe liegende Bremsventil 19 über
den Feldstrom geregelt, ohne daß eine Widerstandsstufung
nötig ist. Das Motorfeld hat einen eigenen Freilauf
kreis. Die Erklärung der Vorgänge in der Schaltung be
ginnt mit einem Bremsvorgang aus großer Drehzahl und
geschwächtem Motorfeld. Bei Durchschalten des Bremsven
tils 19 teilt sich der Ankerstrom in je einen Teil durch
den Lastkreis Minuspol 2 - Rückspeisediode 11 - Motor
glättungsdrossel 9 - Ankerwicklung 7 - Verbundwiderstand
15 - Netzschutzwiderstand 13 - Rückspeisediode 12 - Ein
gangsfilterdrossel 4 - Pluspol 1 - Netz 3 (Rückspeisung
in das Netz 3) bzw. Widerstandsbremsventil 21 -
Motorglättungsdrossel 9 - Ankerwicklung 7 - Verbundwi
derstand 15 - Netzschutzwiderstand 13 - Bremswiderstand
14 bei gezündetem Widerstandsbremsventil 21 (bei nicht
aufnahmefähigem oder teilaufnahmefähigem Netz 3) und
einen Teil durch das Motorfeld Feldfreilaufdiode 16 -
Feldwicklung 18 - Bremsventil 19 - Motorglättungsdrossel
9 - Ankerwicklung 7 - Verbundwiderstand 15 (Aufmagneti
sierung der Feldwicklung 18). Die Induktivität des Mo
torfeldes läßt nur einen langsamen Stromaufbau zu. Die
Stromführungsdauer des Bremsventils 19 bestimmt die Höhe
des sich ergebenden Feldstromes.
Sobald der Ankerstrom nach Sperren des Bremsventils 19
wieder ungeteilt in den oben bezeichneten Lastkreis
fließt, schließt sich der Feldstrom der Wicklung 18 über
den Verbundwiderstand 15 und die beiden Feldfreilaufdi
oden 16, 17. Der Feldkreis 15-16-18-17 entnimmt dem An
kerkreis nur die Energie zur Deckung seiner Verluste.
Das Bremsventil 19 steuert durch periodisches Schalten
lediglich die Höhe des Feldstromes, hat aber auf den
Energiefluß zum Lastkreis nur unbedeutenden Einfluß.
Mit abnehmender Drehzahl ändern sich die Verhältnisse,
denn die Anhebung der gesunkenen Ankerspannung auf die
darüberliegende Spannung des Lastkreises (Gleichspan
nungsquelle 3) erfordert eine zunehmend längere Durch
schaltzeit des Bremsventils 19. Der Feldstrom nimmt
schließlich - wie bei der Reihenschlußmotorschaltung -
den Wert des Ankerstromes an. Dem Ankerstromkreis wird
wiederum nur die Energie zur Deckung der Verluste im
Feldkreis entnommen.
Zwischen den beiden genannten Bereichen besteht eine
Übergangszone, in welcher die Feldsteuerung von der
Transformation der Ankerspannung mehr und mehr abgelöst
wird. Die Charakteristik in dieser Übergangszone läßt
sich durch die Größe des Verbundwiderstandes 15 anpas
sen.
Der Verbundwiderstand 15 bestimmt die Feldzeitkonstante,
was sich besonders günstig auf die Regeldynamik der
Schaltung auswirkt. Darüber hinaus erhöht der Widerstand
15 die Stabilität der Bremsschaltung.
Der Bremswiderstand 14 wird entsprechend der Aufnahmefä
higkeit des Fahrleitungsnetzes 3 über das Bremsventil 21
zugeschaltet. Dabei ist es nicht notwendig, als Wider
standsbremsventil 21 ein löschbares Ventil einzusetzen,
da das Widerstandsbremsventil 21 durch das Bremsventil
19 mitgelöscht werden kann. Durch periodische Löschung
des Widerstandsbremsventils 21 über das Bremsventil 19
und durch Veränderung seiner Einschaltzeit kann der
Strom durch den Bremswiderstand 14 den sich stetig än
dernden Lastverhältnissen des Fahrleitungsnetzes 3 kon
tinuierlich angepaßt werden. Dabei ist die Zuschaltdauer
dieses Widerstandes 14 umgekehrt proportional der Auf
nahmefähigkeit des Fahrleitungsnetzes 3. Bei völlig feh
lender Aufnahmefähigkeit verlöschen die beiden Rückspei
sedioden 11, 12.
Es ist auch möglich, im Bremsbetrieb unabhängig von der
Aufnahmefähigkeit des Netzes 3 gleichzeitig mit dem
Bremsventil 19 das Widerstandsbremsventil 21 zu zünden,
um so über den Netzschutzwiderstand 13 und den Bremswi
derstand 14 eine zusätzliche Beschaltung des Feldes zu
erreichen.
Der Netzschutzwiderstand 13 hat Schutzfunktionen für den
Motor 8 bei Netzkurzschluß und dient als Vorwiderstand
für die Betriebsfälle, in denen die Motorspannung über
der maximal zulässigen Netzspannung liegt. Im reinen
Netzbremsbetrieb (Bremsventil 21 stets gesperrt) wird
der Widerstand 13 nur vom Netzstrom durchflossen. Im
hohen Drehzahlbereich mit großen Bremsleistungen hilft
er, extreme Leistungsspitzen vom Netz 3 fernzuhalten.
Claims (3)
1. Gleichstromstellerschaltung für ein durch minde
stens einen Gleichstrom-Reihenschlußmotor antreibbares
elektrisches Fahrzeug mit automatisch einsetzender Feldschwächung
im Fahrbetrieb und geregelter Feldschwächung im Bremsbe
trieb, wobei eine erste Klemme der Ankerwicklung des Mo
tors über eine Seriendiode mit einem ersten Pol einer
Gleichspannungsquelle, eine zweite Klemme der Ankerwick
lung über einen ersten zünd- und löschbaren elektroni
schen Schalter mit einem zweiten Pol der Gleichspan
nungsquelle und eine erste Klemme der Feldwicklung über
eine Ankerfreilaufdiode mit der zweiten Klemme der An
kerwicklung sowie über eine erste Feldfreilaufdiode mit
der ersten Klemme der Ankerwicklung verbunden sind, ge
kennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
- - der nur für den Fahrbetrieb des Fahrzeuges dienende erste zünd- und löschbare elektronische Schalter (10) ist von einer ersten Rückspeisediode (11) di rekt überbrückt,
- - für den Bremsbetrieb ist ein eigener, zweiter zünd- und löschbarer elektronischer Schalter (19) vorge sehen, der einerseits mit der zweiten Klemme der Ankerwicklung (7), andererseits mit einer zweiten Klemme der Feldwicklung (18) und über eine zweite Feldfreilaufdiode (17) mit der ersten Klemme der Ankerwicklung (7) verbunden ist,
- - zwischen erster Feldfreilaufdiode (16) und erster Klemme der Ankerwicklung (7) ist ein Verbundwider stand (15) angeordnet, wobei der gemeinsame Verbin dungspunkt beider Bauelemente (16, 15) über einen Netzschutzwiderstand (13) und eine zweite Rückspei sediode (12) an den ersten Pol (1) der Gleichspan nungsquelle (3 ) angeschlossen ist.
2. Gleichstromstellerschaltung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die zünd- und löschbaren elektronischen Schalter (10, 19)
GTO-Thyristoren sind.
3. Gleichstromstellerschaltung nach einem der An
sprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Serienschaltung eines Bremswiderstandes (14) und eines
Widerstandsbremsventils (21) zwischen der zweiten Klemme
der Ankerwicklung (7) und dem gemeinsamen Verbindungs
punkt von Netzschutzwiderstand (13) und zweiter Rück
speisediode (12) angeordnet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19843426930 DE3426930A1 (de) | 1984-07-21 | 1984-07-21 | Gleichstromsteller mit automatischer feldschwaechung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19843426930 DE3426930A1 (de) | 1984-07-21 | 1984-07-21 | Gleichstromsteller mit automatischer feldschwaechung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3426930A1 DE3426930A1 (de) | 1986-01-30 |
DE3426930C2 true DE3426930C2 (de) | 1988-02-11 |
Family
ID=6241223
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19843426930 Granted DE3426930A1 (de) | 1984-07-21 | 1984-07-21 | Gleichstromsteller mit automatischer feldschwaechung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3426930A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3726423A1 (de) * | 1987-08-06 | 1989-03-02 | Licentia Gmbh | Schaltungsanordnung fuer einen gleichstrom-reihenschlussmotor |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62277006A (ja) * | 1986-05-24 | 1987-12-01 | Hitachi Ltd | 電気車用制御装置 |
DE3709005C1 (en) * | 1987-03-19 | 1988-12-08 | Licentia Gmbh | Circuit arrangement for D.C. chopper convertor-operated D.C. series-wound motors |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3338318A1 (de) * | 1983-10-21 | 1985-05-02 | Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim | Gleichstromstellerschaltung fuer elektrische fahrzeuge mit automatischer feldschwaechung |
-
1984
- 1984-07-21 DE DE19843426930 patent/DE3426930A1/de active Granted
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3726423A1 (de) * | 1987-08-06 | 1989-03-02 | Licentia Gmbh | Schaltungsanordnung fuer einen gleichstrom-reihenschlussmotor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3426930A1 (de) | 1986-01-30 |
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