CH423941A - Verfahren zum Betrieb einer Gleichstrommaschine - Google Patents

Description

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    Verfahren   zum    Betrieb   einer    Gleichstrommaschine   Im Zusammenhang mit der Entwicklung und Vervollkommnung steuerbarer Halbleiterelemente sind bereits Schaltungen und Verfahren zum Betrieb elektrischer Maschinen und darüber hinaus allgemein zur Regelung eines elektrischen Energieflusses vorgeschlagen worden, deren Arbeitsweise darin besteht, Energieimpulse zu erzeugen. Dabei kann    z.B.   von einem Gleichstrom ausgegangen werden, der nach einer wählbaren Gesetzmässigkeit durch ein steuerbares Halbleiterelement unterbrochen wird.

   Das Verhältnis der Zeit, da das steuerbare Halbleiterelement stromdurchlässig ist, zu der Zeit, da es den    Energie-      fluss   sperrt, bestimmt die Grösse der    z.B.   einem Verbraucher zugeführten Energie.    Eine   derartige Arbeitsweise eines steuerbaren Halbleiterelementes ist auch bereits als    Tastbetrieb   bezeichnet worden. Wesentliches Kennzeichen derartiger    Tastschaltungen   ist es, dass das steuerbare Halbleiterelement in jedem Augenblick nicht nur    z.B.   durch einen Impuls zündbar, sondern auch mit Hilfe    einer   an sich bekannten    Kondensatorschaltung   löschbar ist.

   Ein derartig beschriebenes steuerbares Halbleiterelement arbeitet in einer so genannten    Tastschaltung   weiterhin noch mit einer    Freilaufdiode   zusammen. Wesentlichen Einfluss hat ausserdem für die    Tastfrequenz   die Grösse der    Induktivität   in dem zu regelnden Stromkreis. 



  Auf der Grundlage derartiger angedeuteter    Tast-      schaltungen   sind nun bereits Anordnungen für den Fahr- und den Bremsbetrieb elektrischer Fahrzeuge vorgeschlagen worden, die jedoch für jede der Betriebsarten eine besondere    Tastschaltung   brauchten. Andererseits sind die Kosten für ein steuerbares    Starkstromhalbleiterelement   erheblich, so dass es auf Grund    wirtschaftlicher   Überlegungen zum Ziele werden muss, dasselbe weitestgehend auszunutzen. Demzufolge bedeutet es einen gewissen Nachteil, wenn    z.B.   die    in   der    Tastschaltung   für den Bremsbetrieb vorgesehene    Starkstromhalbleiterzelle   während des Fahrbetriebes ungenutzt bleibt.

   Es sind bereits Versuche gemacht worden, diesen Nachteil mit    Hilfe   von Umschaltungen zu vermeiden, jedoch war der bisher dafür notwendige    Schaltaufwand   beträchtlich. Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung gibt für dieses Problem eine neue,    aufwandgeringe      Lösung   an. 



  Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Gleichstrommaschine aus einer Gleichstromquelle mit einer durch ein steuerbares, durch    Kondensator-      stromstoss   löschbares    Starkstromhalbleiterelement   charakterisierten    Tastschaltung.   Erfindungsgemäss wird sowohl der Motor- als auch der    Generatorbe-      trieb   mit nur einem einzigen steuerbaren, durch    Kon-      densatorstromstoss   löschbaren Starkstromhalbleiterelementen durchgeführt. 



  Anhand einer Zeichnung sei ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Eine Gleichstromquelle 1 ist beispielsweise durch zwei Sammelschienen dargestellt. Dieselben können über einen Gleichrichter 2 aus einem    Drehstromnetz   2 gespeist werden. Aus der Gleichstromquelle wird ein Gleichstrommotor 4 mit Energie versorgt. Der Strom fliesst dabei über ein steuerbares, durch    Kondensa-      torstromstoss   löschbares Halbleiterelement 11 und 

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 über ein steuerbares Halbleiterelement 14.    In   der Zuleitung zu diesem Gleichstromkreis befindet sich ein schwingungsdämpfender Kondensator 5.

   Die Feldwicklung der    Gleichstrommaschine      ist   mit 6 bezeichnet.    Im   Fahrbetrieb ist das steuerbare Halbleiterelement,    beispielsweise   eine Triode,    dauernd   gezündet und ein zweites steuerbares Halbleiterelement 15    dauernd   gesperrt. Wird nun 11 gezündet, so    fliesst   der Strom vom Pluspol der    Gleichspannungsquelle   über 11 selbst, den Motor 4, das steuerbare Halbleiterelement 14 zum Minuspol. Wird das steuerbare Halbleiterelement 11 gelöscht, so    fliesst   ein    Freilaufstrom   über eine Diode 12 und das steuerbare Halbleiterelement 14.

   Erfolgt nun    eine   Umschaltung in den Generatorbetrieb,    z.B.   bei einem Fahrzeug in den Bremsbetrieb, dann bleibt das steuerbare Halbleiterelement 14    dauernd   gesperrt. Beim Zünden des steuerbaren Halbleiterelementes 11    fliesst   ein Kurzschlussstrom dann nach einer    Feldumpolung   über den Motor 4 und eine Diode 13.    Wird   das steuerbare Halbleiterelement 11 jetzt in den sperrenden Zustand versetzt, dann ist ein Stromkreis über die Dioden 12 und 13 geschlossen, und es findet eine    Rücklieferung   von Energie in die Gleichstromquelle statt. 



  Wenn der Fall gegeben    ist,   dass es sich bei der Gleichstrommaschine um ein Aggregat auf einem    elektrischen   Triebfahrzeug handelt, dann ist eine Rückspeisung von Energie in das    Gleichstromsammel-      schienensystem,      z.B.      Fahrdrahtleitung,   nur dann möglich, wenn gleichzeitig ein anderer Gleichstromverbraucher aus diesem System Energie    übernimmt.   Ist diese Voraussetzung nicht    erfüllt,   so ist eine Nutzbremsung in der vorstehend beschriebenen Weise nicht    möglich.      In   ihrer Folge würde sich die Spannung    zwischen   den Sammelschienen erhöhen.

   Zwangsläufig würde sich damit ebenfalls die Spannung am Kondensator 5    vergrössern.   Um in diesem Fall eine Nutzbremsung zu vermeiden, wird die vorstehend erwähnte Spannungserhöhung am Kondensator dazu benutzt, um über eine mit an sich bekannten    Mitteln      ausführbare   Steuereinrichtung 7 ein steuerbares Halbleiterelement 15 zu zünden. Damit wird der aus der Gleichstrommaschine gelieferte Strom auf einen Bremswiderstand 8 gespeist. Dieser Bremswiderstand 8 kann in    seiner   Wirksamkeit durch steuerbare Halbleiterelemente verändert werden.

   Die    Steuerung   7 kann darüber hinaus, wie in der    Zeichnung   dargestellt, dazu benutzt werden, um sowohl den Motorstrom mit    Hilfe      eines   Wandlers 9 zu erfassen und seine Grösse für die Regelung des durch    Kondensa-      torstromstoss   löschbaren Halbleiterelementes 11 auszuwerten, als auch    weiterhin   dazu, die steuerbaren Halbleiterelemente 14, 15 mit    Zündimpulsen   zu speisen. 



  Der wesentliche Vorteil der vorstehend beschriebenen    Erfindung   gegenüber bereits vorgeschlagenen Lösungen    liegt   in dem sparsamen Mittelaufwand zur Durchführung des beschriebenen Betriebes. 



     In   Weiterbildung des Verfahrens wie es vorstehend erläutert wurde, wird nun als Gleichstromquelle 1 eine Gleichstrombatterie vorgesehen. Ihr Energieinhalt ist dabei so zu bemessen, dass sie nicht nur eine    Pufferfunktion   übernehmen kann,    d.h.   zusätzlich zur    Fahrdrahtspeisung   beim    Anfahren   Energie liefern kann    und   dieselbe beim Bremsen zu speichern vermag, sondern dass mit ihrer    Hilfe   für einen Teil des üblichen Fahrbetriebes    eines   elektrischen Triebfahrzeuges    gänzlich   auf die    Fahrdrahtspeisung   verzichtet werden kann.

   Daraus ergibt sich ein    vergrös-      serter   Einsatzbereich für elektrische Triebfahrzeuge, die z. B. in    explosiongefährdeten   Strecken auf    eine      Fahrdrahtspeisung   verzichten müssen. Derartige Problemstellungen liegen insbesondere bei Grubenlokomotiven vor. Dabei ist es unerheblich, ob das elektrische Triebfahrzeug aus einem dreiphasigen Netz, wie es die Zeichnung darstellt, oder aus einem einphasigen Netz gespeist wird. 



  Wie die Zeichnung es veranschaulicht, ist die Gleichstrombatterie    elektrisch      zwischen   dem die Fahrdrahtwechselspannung gleichrichtenden Gleichrichter und der    eigentlichen      Tastschaltung   angeordnet.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zum Betrieb einer Gleichstrommaschine aus einer Gleichstromquelle mit einer durch ein steuerbares, durch Kondensatorstromstoss löschbares Starkstromhalbleiterelement charakterisierten Tastschaltung, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Motor- als auch der Generatorbetrieb mit nur einem einzigen steuerbaren,

   durch Kondensatorstrom- stoss löschbaren Starkstromhalbleiterelement durchgeführt wird. II. Anwendung des Verfahrens nach Patentanspruch I bei einem aus einem Fahrdraht speisbaren elektrischen Triebfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass als Gleichstromquelle eine Gleichstrombatterie vorgesehen wird, deren Energieinhalt einen von der Fahrdrahtspeisung unabhängigen Fahrbetrieb ermöglicht. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Generatorbetrieb entweder als Nutzbremsung oder als Verlustbremsung auf einen Widerstand durchgeführt wird. 2.

   Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand elektronisch mit Hilfe steuerbarer Halbleiterelemente geregelt wird. 3 Verfahren nach Patentanspruch I und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Kriterium für die Umschaltung der Regelung vom Betrieb des Nutzbremsens auf den des Verlustbremsens der Spannungsanstieg an der Gleichstromquelle benutzt wird. 4.

   Verfahren nach Patentanspruch I und Unter- anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Span- <Desc/Clms Page number 3> nungsanstieg der Gleichstromquelle an einem Kondensator gemessen wird. 5. Anwendung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichstrombatterie elektrisch zwischen dem den Fahrdrahtwechselstrom gleichrichtenden Gleichrichter und der Tastschaltung vorgesehen wird.