DE3702380C2

DE3702380C2 -

Info

Publication number: DE3702380C2
Application number: DE3702380A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Bezold; Michael Dipl.-Ing. 1000 Berlin De Mues
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1987-01-23
Filing date: 1987-01-23
Publication date: 1989-07-06
Also published as: DE3702380A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für gleichstromstellerbetriebene Gleichstrom-Nebenschlußmotoren, geeignet für die Betriebszustände "Antreiben", "Netzbremse" und "netzunabhängige Widerstandsbremse", wie im Oberbegriff des Anspruches 1 näher definiert ist.

Eine derartige Schaltungsanordnung - sie wird bei Antriebssteuerungen z. B. im Bahnbetrieb benötigt - ist z. B. durch die DE-OS 28 32 465 bekanntgeworden. Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung sind Anker- und Feldwicklung über zugeordnete, unabhängig steuerbare, ein- und ausschaltbare Halbleiterventile an eine gemeinsame Gleichspannungsquelle legbar, Anker- und Feldwicklung weisen getrennte Freilaufwege über Freilaufdioden auf und antiparallel zur Ankerwicklungs-Freilaufdiode liegt die Reihenschaltung eines Bremswiderstandes und eines steuerbaren Halbleiterventils. Eine solche Schaltung ist gegenüber sonst herkömmlichen Schaltungen bereits vollelektronisch mit Halbleiterelementen erstellt und auch universell einsetzbar. Sie ist jedoch sehr aufwendig aufgrund der vielen benötigten Schaltelemente.

Ähnliches gilt auch - mit weiterem Abstand von der Erfindung - für eine Gleichstromstellerschaltung für Fahrzeugantriebe mit elektrischer Netz-Widerstandsbremse, wie sie der DE-OS 34 34 126 entnehmbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, die eingangs genannte Schaltung weiter zu vereinfachen bei gleichen Funktionsmöglichkeiten.

Diese Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Anhand der Zeichnungsfiguren, die auf ein Ausführungsbeispiel eingehen und Betriebszustände zeigen, wird die Erfindung im nachstehenden näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine universelle Schaltung für gleichstrom stellerbetriebene Gleichstrom-Nebenschluß motoren,

Fig. 2 bis 10 die Stromverläufe in dieser Schaltung in verschiedenen Betriebszuständen.

Nach Fig. 1 wird ein Gleichstrom-Nebenschlußmotor 1 mit Ankerwicklung L _A mit einer Feldwicklung L _F von einer Gleichspannungsquelle (Gleichspannungs netz) U _N betrieben. Mit S ist ein Netzschalter (Schütz) bezeichnet. Im Ankerstrom kreis und im Feldstromkreis liegen jeweils ein- und ausschaltbare steuer bare Halbleiterventile V ₁ und V ₅, z. B. GTO-Thyristoren. Diese Ventile er möglichen eine unabhängige Steuerung des Energieflusses in beiden Rich tungen zwischen Gleichspannungsquelle U _N und dem Motor. Mit V ₃ ist ein Freilaufventil für den Ankerstromkreis und mit V ₆ ein Freilaufventil für die Feldwicklung L _F bezeichnet. Die Kombination der Ventile V ₅ und V ₆ bilden somit den Feldstromsteller; V ₁ und V ₃ den Ankerstromsteller. Weiter hin ist der Schaltung ein Bremswiderstand R _B entnehmbar, der in Reihe mit einem weiteren GTO-Thyristor V ₂ liegt. Diese Serienschaltung ist zum Frei laufventil antiparallel angeordnet. Dem GTO-Thyristor V ₁ ist noch ein nichtsteuerbares Ventil V ₄ antiparallel geschaltet.

Im folgenden wird auf die Betriebsmodi, im Hinblick für den Einsatz auf Fahrzeugen als "Fahren" und "Bremsen" bezeichnet, näher eingegangen.

"Fahren"

Die Steuerung des Ankerstromes I _A erfolgt durch periodisches Ein- und Aus schalten des GTO-Thyristors V ₁. Der Feldstrom wird durch Takten des GTO- Thyristors V ₅ beeinflußt. Fig. 2 zeigt die jeweils gemeinsam leitende Phase der Thyristoren V ₁ und V ₅, d. h. es fließen Ankerstrom und Feldstrom. Es sind dabei folgende unabhängige Stromkreise gebildet. Für den Anker stromkreis U _N, S, L _A, 1, V ₁, U _N. Für den Feldstromkreis U _N, S, V ₅, L _F, U _N. In Fig. 3 ist die Sperrphase beider Ventile V ₁ und V ₅ dargestellt und der hierbei jeweils erfolgende Freilauf über die Ventile V ₆ und V ₃. Der Anker strom I _A verläuft dabei über 1, V ₃, L _A, 1 und der Feldstrom I _F über L _F, V ₆, L _F. In Fig. 4 fließt der Ankerstrom bereits wieder über GTO-Thyristor V ₁, während der Feldstrom bei gesperrtem GTO-Thyristor V ₅ noch im Frei lauf über Ventil V ₆ geht. Nach Fig. 5 ist das Ventil V ₁ gesperrt. Erkenn bar ist der Ankerstromfreilauf über das Ventil V ₃. Dagegen ist der Feldstrom GTO-Thyristor V ₅ wieder leitend.

"Bremsen"

Beim Betriebszustand "Bremsen" ist es möglich, die Energie in die Gleich spannungsquelle U _N zurückzuspeisen oder in einem Bremswiderstand R _B in Wärme umzusetzen.

Bei der Netzrückspeisung bleibt das Ventil V ₁ abgeschaltet und es werden zwei Stromkreise gebildet. Dies ist in Fig. 6 dargestellt. Der Ankerstrom I _A fließt nun in umgekehrter Richtung wohin er sich hinter der Drossel L _A verzweigt.

Der Ankerstrom wird dabei über den Feldstrom I _F mittels des taktenden Ven tils V ₅ gesteuert.

Fig. 7 zeigt diese Schaltung bei gelöschtem Ventil V ₅, d. h. mit Feldstrom freilauf. Der Ankerstrom hat sich jetzt erhöht; er verläuft über 1, L _A, S, U _N, V ₄, 1.

Ist das Netz nicht aufnahmefähig, weil keine anderen Verbraucher die Ener gie aufnehmen können, oder ist der Netzschalter S geöffnet, dann soll das Fahrzeug trotzdem abgebremst werden können.

Dazu wird das Bremsventil, der GTO-Thyristor V ₂ gezündet und der Anker strom I _A über den Bremswiderstand R _B geleitet (Fig. 8 und 9). Durch Steue rung des Feldstromes mit dem Feldstromsteller V ₅/V ₆ wird der Ankerstrom I _A auf dem vorgegebenen Wert gehalten. In Fig. 8 sind die Ventile V ₂ und V ₅ leitend. In Fig. 9 ist V ₂ leitend und V ₅ gesperrt (Freilauf über V ₆).

Fig. 10 zeigt einen Betriebszustand, in dem der Ankerstrom gleich dem Feldstrom ist. Der Motor ist dann als Reihenschlußmaschine geschaltet.

Wenn der Gleichstromsteller von der Gleichspannungsquelle U _N getrennt ist (Schalter S ist offen), dann ist zur Vorerregung des Feldes eine zusätz liche Einrichtung notwendig, die den Feldstrom aus einer Batterie aufbaut. Diese Batterie ist hier in dem Schaltkreis der Einfachheit halber nicht dargestellt.

Durch die getrennten Steller für den Ankerstrom und den Feldstrom ist es möglich, das Drehmoment des Motors in weiten Bereichen den Erfordernissen anzupassen. Beim Anfahren kann bei hohem Anker und hohem Feldstrom ein hohes Anzugsmoment erzeugt werden. Es tritt hier die Feldschwächung beim Anfahren, die bei vielen Schaltungen mit Reihenschlußmaschinen gegeben ist, nicht auf. Bei höheren Drehzahlen kann das Feld durch Absenken des Feldstromes geschwächt werden und dadurch die Motorspannung soweit ver mindert werden, daß sich ein genügend hoher Ankerstrom zur Steuerung des Drehmomentes ausbilden kann.

Um das in manchen Fällen günstige Reihenschlußverhalten des Motors auch bei dieser Anordnung zu ermöglichen, kann der Feldstrom proportional zum Ankerstrom gefahren werden.

Wegen der Nebenschlußcharakteristik kann durch Auslegung des Motors der erforderliche Feldstrom niedrig gehalten werden. Dadurch sind weniger leistungsfähige und damit billigere Halbleiter einsetzbar. Außerdem kann der Kühlungsaufwand niedrig gehalten werden.

Ein weiterer Vorteil ist das Fehlen eines wartungsbedürftigen Fahr- und Bremsschützes.

Beim Betriebszustand "Bremsen" kann sowohl bei der Rückspeisung in das Netz als auch bei der Widerstandsbremse der Ankerstrom über den Feldstrom und damit das Drehmoment günstig geführt werden.

Claims

1. Schaltungsanordnung für gleichstromstellerbetriebene Gleichstromnebenschlußmotore, geeignet für die Betriebszustände "Antreiben", "Netzbremse" und "netzunabhängige Widerstandsbremse" folgenden Aufbaus:

- Anker- und Feldwicklung sind über zugeordnete, unabhängig steuerbare, ein- und ausschaltbare Halbleiterventile an eine gemeinsame Gleichspannungsquelle legbar,
- Anker- und Feldwicklung weisen getrennte Freilaufwege über Freilaufdioden auf,
- antiparallel zur Ankerwicklungs-Freilaufdiode liegt die Reihenschaltung eines Bremswiderstandes und eines steuerbaren Halbleiterventils,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- Ankerwicklung (L _A), Feldwicklung (L _F) und Bremswiderstand (R _B) liegen jeweils nur mit einem einzigen steuerbaren Ventil (V 1, V 5, V 2) in Reihe und werden von diesen unabhängig gesteuert,
- das steuerbare Ventil (V 1) des Ankerstromkreises ist darüber hinaus einerseits direkt mit einem äußeren Anschluß des Bremswiderstandes und andererseits direkt mit einem Pol (-) der Gleichspannungsquelle (U _N) verbunden,
- dem steuerbaren Ventil (V 1) des Ankerstromkreises ist ein nicht steuerbares Ventil (V 4) direkt antiparallel geschaltet.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Fahrbetrieb nur die als Gleichstromsteller wirkenden steuerbaren Ventile im Anker- und Feldstromkreis (V ₁, V ₅) taktweise betrieben werden.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Netzbremsbetrieb ausschließlich das steuerbare Ventil im Feldstromkreis (V ₅) wirksam ist, wobei dessen Aussteuerungstakt den Grad der Netzrückspeisung beeinflußt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Widerstandsbremsbetrieb die Verbindung (Schalter S) zur Gleichspannungsquelle (U _N) unterbrochen sein kann und die im Takt steuerbaren Ventile im Feldstromkreis (V ₅) und Bremswiderstandspfad (V ₂) die Bremswirkung bestimmen.

5. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als steuerbare Ventile GTO-Thyristoren Verwendung finden.