CH630758A5

CH630758A5 - Running and braking circuit arrangement for a DC motor, and use of the circuit arrangement

Info

Publication number: CH630758A5
Application number: CH1488877A
Authority: CH
Inventors: Jean-Claude Alacoque
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1976-12-22
Filing date: 1977-12-06
Publication date: 1982-06-30
Also published as: FR2375756A1; ES465254A1; DE2754349C2; FR2375756B1; DE2754349A1; BE862041A

Description

Die Erfindung betrifft eine Lauf- und Bremsschaltungsanordnung für einen Gleichstrommotor, in der ein Bremswiderstand, die Erregerwicklung und die Läuferwicklung des Motors in zueinander parallelen Lastzweigen angeordnet und unabhängig voneinander durch Lastzweigthyristoren gesteuert sind, und eine Verwendung der Schaltungsanordnung.

Mit diesem Oberbegriff nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik Bezug, wie er in der DE-OS 1 763 640 beschrieben ist. Dort ist bei einem Gleichstromantrieb für Wasserfahrzeuge für parallele Lastzweige mit thyratrongesteuerten Ankerwicklungen eine gemeinsame Löscheinrichtung vorgesehen. Die Löscheinrichtung weist ein Halbleiterthyratron mit zugehörigem Löschthyratron, Kondensator und Widerstand auf. Unterschiedliche Fahrtstufen lassen sich durch Serie-Parallelschaltungen von Gleichspannungsquellen und Gleichstromantriebsmotoren mittels Thyratrons und Gleichrichtern einstellen. In Reihe mit den Ankerwicklungen sind überbrückbare Ankervorwiderstände vorgesehen. In den einzelnen Fahrtstufen erfolgt eine Drehzahlverstellung mittels eines weiteren Gleichstromstellers, der auf die Erregerwicklungen der Motoren wirkt. Das Problem einer Rückgewinnung elektrischer Energie beim Bremsen stellt sich hier nicht.

Eine Nutzbrems-Steueranordnung mit einem gemeinsamen Thyristor-Zerhacker und zwei nachgeschalteten Thyristoren ist durch die DE-OS 2 403 926 bekannt. Während des Bremsens werden die Motoren als Generatoren verwendet. Während der Einschaltzeit von Thyristoren und Zerhacker fliesst durch mit Induktionsspulen hintereinandergeschalteten Feld- und Ankerwicklungen der Motore ein Strom, der in den Spulen ein elektrisches Feld aufbaut. Beim Unterbrechen dieses Stromes entsteht eine hohe Induktionsspannung und ein Induktionsstrom, der über eine Diode in ein zu speisendes Netz abgegeben werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, die elektrischen Parameter eines Gleichstromantriebs der eingangs genannten Art besser den Erfordernissen des Lauf- und Bremsbetriebes anzupassen.

Die Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gemäss dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Eine Weiterbildung der Erfindung ist im Anspruch 2 beschrieben und eine Verwendung im Anspruch 3.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass jeder Parameter unabhängig von anderen sehr freizügig auf optimale Werte einstellbar ist. Es können gleichstrukturierte Ventile und gemeinsame Schaltungsteile verwendet werden. Für die Erregerwicklung des Motors ist keine separate Spannungsquelle erforderlich.

Der Aufbau des elektrischen Feldes für den Bremsbetrieb ist stark erleichtert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 das Prinzipschema zur allgemeine Erläuterung,

Fig. 2 ein repräsentatives Schaubild der Ströme in den in Fig. 1 gezeigten verschiedenen Schaltungselementen,

Fig. 3a eine erfindungsgemässe Schaltung, mit welcher das Umschalten auf verschiedene Funktionsphasen möglich ist: Traktion, Nutzbremsung, Widerstandsbremsung,

Fig. 3b eine Darstellung jener Elemente gemäss Fig. 3a, die während der Traktionsphase aktiv sind, und

Fig. 3c eine Darstellung jener Elemente gemäss Fig. 3a, die während der Bremsphase aktiv sind.

In Fig. 1 versorgt ein Anschlussnetz mit der Gleichspannung U die Lasten 1,2... n. Mit je einer Last ist ein Thyristor Thi, Thî... Thn in Reihe geschaltet.

Ein einziger mit Thyristoren bestückter Unterbrecher H ist in Reihe geschaltet zwischen einem der Pole des Anschlussnetzes und dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Thyristoren Thi,Th2...Thn.

Der thyristorenversehene Unterbrecher H kann beliebig leitend gemacht oder gesperrt werden.

Das Löschen der Thyristoren Thi, Tha... Thn wirddurch Abklingen des sie durchfliessenden Stromes erzielt, wenn der Unterbrecher H öffnet. Die natürliche Löschung der Thyristoren Thi, Th2... Thn durch Fehlen von Strom erlaubt es in der Regel, sogenannte «langsame» Thyristoren zu verwenden, im Gegensatz zur erzwungenen Löschung, welche «schnelle» Thyristoren bedingt. Die langsamen Thyristoren sind billiger und vertragen höhere Spannungen als die schnellen Thyristoren.

Anhand des Diagrammes in Fig. 2 wird die Funktionsweise der Einrichtung erläutert. Die Aufeinanderfolge der Zustände der einzelnen Einrichtungselemente ist in Funktion der Zeit dargestellt. Das Niveau 0 bedeutet Sperrung (nicht leitend), das Niveau 1 Leitung des Elementes.

Es wird die Annahme getroffen, dass vor dem Zeitpunkt to der Unterbrecher H blockiert ist. Die Thyristoren Thi, Th2 ... Thn sind demnach zwangsläufig gelöscht, weil kein Strom fliesst.

Im Zeitpunkt to wird der Unterbrecher H leitend gemacht. Von diesem Augenblick an ist es möglich, zu einem gewünschten Zeitpunkt und völlig unabhängig voneinander die Thyristoren Thi, Th2... Thn leitend zu machen. Sollen eine oder mehrere Lasten nicht angespeist werden, so müssen die entsprechenden Thyristoren nichtleitend gemacht werden.

Im gezeigten Beispiel gemäss Fig. 2 wird der Thyristor Thi zum Zeitpunkt ti leitend, der Thyristor TI12 zum Zeitpunkt t2, ... der Thyristor Thn zum Zeitpunkt tn. Infolgedessen liegt die Speisespannung U ab dem Zeitpunkt ti an den Klemmen der Last 1 an, an den Klemmen der Last 2 vom Zeitpunkt t2 an,... an den Klemmen der Last n vom Zeitpunkt tn an.

Im Zeitpunkt t3 wird der Unterbrecher H blockiert, wodurch mangels Strom ebenfalls die Thyristoren Thi, Th2... Th„ nichtleitend werden. Die Lasten 1,2... n werden demnach vom Zeitpunkt t3 an nicht mehr angespeist.

Im Zeitpunkt U wird der Unterbrecher H erneut leitend gemacht, womit ein neuer Zyklus beginnt, analog jenem zwischen to und Î4.

Beispielsweise beträgt der Mittelwert des zwischen den Zeitpunkten to und U an die Klemmen einer Last n angelegten Spannung:

t3-tn u=Ux t4-t0

Die Zeitpunkte to, t3 und t4 sind nur von der Wirkungsweise des Unterbrechers H abhängig. Die Spannung U ist vom Gleichstromnetz her gegeben. Infolgedessen ist der Mittelwert

2

5

to

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

630 758

der an den Klemmen der Last n angelegten Spannung nur vom Fig. 3b zeigt die Konfiguration Traktion. Nur die während Zündzeitpunkt tn des Thyristors Thn abhängig. Da dieser Zeit- dieser Phase aktiven Elemente sind dargestellt. Der Thyristor punkt für j ede Last unabhängig gesteuert werden kann, kann Tlu ist kontinuierlich leitend.

somit für jede einzelne Last ihre mittlere Klemmenspannung Der Feldstrom i wird mit dem Thyristor Th2, der Anker geregelt werden. 5 ström j mit dem Thyristor Ths gesteuert. Es muss demnach

Der zwischen den Zeitpunkten to und t3 von der Einrichtung keine Vorrichtung zur Feldschwächung vorgesehen werden, durchlaufene Zyklus kann auf irgendeine Art wiederholt wer- Fig. 3c zeigt die Konfiguration Bremsung. Nur die während den (mit konstanter Frequenz von z. B. einigen 100 Hz, mit dieser Phase aktiven Elemente sind dargestellt. Die Diode D3

variabler Frequenz, stochastisch usw.). Die einzige zu beach- übt keinen Einfluss auf die Funktionsweise aus.

tende Bedingung ist, dass das Zeitintervall (t4 -13) genügend 10 Der Thyristor Th3 wird notwendig, wenn die Erregerwick-gross gewählt wird, damit die Thyristoren Thi, Th2 bis Thn ihr lung im Nebenschluss liegt. Er bewirkt einen Kurzschluss, wel-Sperrvermögen erreichen. eher eine Energiespeicherung in der Läuferinduktanz ermög-

Die Schaltungsanordnung ist besonders verwendbar bei licht. Nach erfolgter Abschaltung durch den Unterbrecher H der Koppelung von Widerstands- und Nutzbremsung bei einem wird diese Energie an das Netz zurückgegeben.

Fahrzeug im Gleichstromfahrbetrieb. 15 Die notwendige Vormagnetisierung zum Umschalten des

Fig. 3a zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Motors M auf Generatorbetrieb beim Bremsen wird dadurch statischen Umschaltung der verschiedenen Funktionsphasen erzielt, dass der Thyristor Tin der Thyristor Thî und der Untereres Motors: Traktion, Widerstandsbremsen, Nutzbremsen. brecher H leitend werden, und zwar während einer Zeitspanne,

In dieser Schaltung ist mit M der Läufer eines Traktionsmo- die benötigt wird, damit sich in der Erregerwicklung ein vom tors bezeichnet, der vom Strom j durchflössen ist. 20 Netz herrührender, genügend grosser Strom i aufbauen kann.

R ist der Widerstand für die Widerstandsbremsung; er ist so Zur Vormagnetisierung sind somit kein separates Versor-dimensioniert, dass die bei der Bremsung anfallende Energie in gungsnetz und keine zusätzlichen Elemente erforderlich.

Wärme umgewandelt wird. Zusammengefasst sind die Vorteile der Schaltungsanord-

I bezeichnet eine Erregerwicklung eines Traktionsmotors. nung:

Di ist eine Freilaufdiode der Erregerspule, 25 - Umschaltung Traktion-Bremsung erfolgt einfach und mit

D2 ist eine Freilaufdiode des Läufers, nur wenigen Elementen

H ein Unterbrecher mit Thyristor, - Stufenloses Schalten von Bremswiderständen und Nutz- '

D3 eine während der Bremsphase leitend werdende Diode, bremsen, wobei die höchstmögliche Leistung ans Netz abgege-Ü4 eine Diode, die verhindert, dass die Speisespannung U ben wird während den Bremsphasen am Motor M anliegt, 30 - Einfache Vorerregung ohne Hilfsstromquelle

L und C bilden ein Sperrfilter zur Entkopplung von Wech- - Feldschwächung ohne besondere hierfür vorgesehene selstrom im Speisenetz und in elektrischen Schaltkreisen des Vorrichtung.

Fahrzeugs, Die Erfindung ist besonders geeignet bei einem Motor, der

Thi ist ein Thyristor, mit dem der mittlere Strom im Wider- über einen Gleichstromregler gesteuert wird, wobei letzterer stand R gesteuert wird, 35 einen Hauptthyristor und einen Löschkreis mit Thyristor auf-

Th2 ein Thyristor, mit dem der mittlere Strom i in der weist. Der Regler übernimmt in diesem Fall die Funktion des

Erregerspule gesteuert wird; dieser Strom bestimmt die EMK Unterbrechers H. Ein Ausführungsbeispiel eines derartigen des Motors, wenn er als Generator läuft, also den Strom j, Reglers ist in der französischen Patentanmeldung Nr. 76/34263

Th3 ein Thyristor parallel zur Läuferwicklung M, beschrieben.

Th4 ein Thyristor parallel zur Diode D4 und 40 Es versteht sich, dass die Zündschaltkreise der verschiede-

Ths ein Thyristor mit dem der Ankerstrom j gesteuert wird, nen Thyristoren als bekannt vorausgesetzt werden und deshalb Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise ist die Ein- nicht dargestellt und beschrieben worden sind.

richtung in zwei Schemata aufgeteilt.

G

2 Blatt Zeichnungen

Claims

630758 PATENTANSPRÜCHE

1. Lauf- und Bremsschaltungsanordnung für einen Gleichstrommotor, in der ein Bremswiderstand (R), die Erregerwicklung (I) und die Läuferwicklung des Motors (M) in zueinander parallelen Lastzweigen angeordnet und unabhängig voneinander durch Lastzweigthyristoren gesteuert sind, dadurch gekennzeichnet, dass zum Umschalten auf verschiedene Funktionsphasen des Motors die Lastzweige in Reihe mit einer gemeinsamen, die Lastzweigthyristoren steuernden und diese Thyristoren zur gleichen Zeit löschenden Umschaltvorrichtung geschaltet sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Läuferwicklung des Motors (M) ein Thyristor (Thä) geschaltet ist.

3. Verwendung der Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 für die Traktion zum Umschalten des Motors auf folgende Funktionsphasen: Motorspeisung, Feldschwächung des Läufers, Widerstandsbremsung und Nutzbremsung.