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Gleihstromstellerschaltung für Fahrzeugantriebe mit
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elektrischer Netz-Widerstandsbremse Die Erfindung bezieht sich auf
eine Gleichstromstellerschaltung für Fahrzeugantriebe mit elektrischer Netz-Widerstandsbremse
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine solche Gleichstromstellerschaltung für Fahrzeugantriebe mit elektrischer
Netz-Widerstandsbremse ist aus "Elektrische Bahnen, 79, Jahrgang 1981, Heft Lt,
Seite 110 bis 116 bekannt und eignet sich vorzugsweise zur Ausrüstung von Nahverkehrsfahrzeugen,
die aus einem Gleichstromnetz gespeist werden und deren Drehstrommotoren über einen
Wechselrichter betreibbar sind.
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In Fig. 1 ist ein Beispiel für die Bremsgruppierung einer derartigen
Gleichstromstellerschaltung dargestellt.
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Eine Gleichspannungsquelle G* ist mit ihrer positiven Klemme über
eine Filterdrossel LF* und eine Rückspeisediode DR * mit der ersten Klemme eines
Antriebs A* sowie mit ihrer negativen, mit Bezugsziffer 2 bezeichneten Klemme direkt
mit der zweiten Klemme des Antriebs A*
verbunden. Der gemeinsame
Verbindungspunkt von LF * und DR liegt über einem Filterkondensator OF an der negativen
Klemme 2. Zwischen dem gemeinsamen, mit Bezugsziffer 1 bezeichneten Verbindungspunkt
von DR * und A und dem Punkt 2 sind drei parallele Zweige angeordnet. Der erste
Zweig (Bremszweig) besteht aus einem Bremswiderstand RB* mit reihengeschaltetem
Bremsthyristor TB*, der zweite Zweig (Hauptzweig) aus einer Stromanstiegsbegrenzungsdrossel
LI* mit seriengeschaltetem Hauptthyristor TH* und der dritte Zweig (Löschzweig)
aus der Hintereinanderschaltung eines Kommutierungskondensators TK+, einer Kommutierungsdrossel
LK* und eines Löschthyr-istors TL . Die aus TH*, LI+, Tal*, LK* und 0K* bestehenden
beiden Zweige stellen einen Gleichstromsteller dar. Die Thyristoren TH * und TL
* sind als rückwärtsleitende Thyristoren (RLT= Thyristor mit antiparalleler Diode)
ausgeführt.
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Fließt ein Strom iRB über den Bremszweig RB*/TB*, so kommutiert nach
Zündung des Hauptthyristors TH * der Strom im Bremszweig aperiodisch ab, ohne jedoch
ganz zu verlöschen. Erst bei der Löschung des Hauptthyristors TH* wird der Bremsthyristor
TB* durch den Spannungsabfall an der Induktivität, die zwischen den Punkten 1 und
2 liegt, mitgelöscht. Die zur Löschung des Bremsthyristors TB+ erforderliche negative
Spannung tritt während der zweiten und dritten Kommutierungsviertelschwingung auf.
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Wenn der Hauptthyristor TH * mit seiner Löscheinrichtung CK*/LK /TL*
durch einen zünd- und löschbaren elektronischen Schalter (Gate-turn-off-thyristor)
ersetzt wird, steht keine Gegenspannung zur Löschung des Bremsthyristors TB+ mehr
zur Verfügung. Ohne Einkopplung einer Hilfsspannungsquelle würde der Bremsthyristor
TB* nicht mehr verlöschen. Es besteht zwar die Möglichkeit, den
Bremsthyristor
TB+ auch durch einen entsprechenden Gate-turn-off-thyristor zu ersetzen, dies verteuert
jedoch unnötig die Anlage. Hinzu kommt, daß bei vielen Schaltungen der Bremszweig
RB*/TB* in der Fahrgruppierung Spannung in Sperrichtung aufnehmen muß. Da ein Gateturn-off-thyristor
je nach Technologie keine Sperrspannung bzw. nur einen geringen Teil seiner in Vorwärtsrichtung
zulässigen Spannung in Rückwärtsrichtung aufnehmen kann, wäre dann eine zusätzliche
Sperrdiode in Reihe zum Gate-turn-off-thyristor erforderlich.
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Der Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrunde, eine Gleichstromstellerschaltung
für Fahrzeugantriebe mit elektrischer Netz-Widerstandsbremse der eingangs genannten
Art anzugeben, bei der der Hauptthyistor mit seiner Löscheinrichtung durch einen
Gate-turn-off-thyristor ersetzt wird und bei der trotzdem der Bremsthyristor in
einfacher Weise löschbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale
gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß der Bremsthyristor trotz des Wegfalls der Löscheinrichtung für den Hauptzweig
mit Hilfe des wenig aufwendigen Hilfslöschzweiges sicher gelöscht werden kann. Gewicht
und Volumen dieser Hilfslöscheinrichtung unterscheiden sich im Vergleich zur Löscheinrichtung
für traditionelle Gleichstromsteller mit Löschzweig durch den viel geringeren Effektivstrom
um den Faktor 15 bis 20. Es ist vorteilhaft nicht notwendig, den Bremsthyristor
als Gate-turn-off-thyristor auszubilden oder eine Hilfsspannungsquelle zur Löschung
des Bremsthyristors zusätzlich einzukoppeln.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand des in fen Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispieles erläutert.
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Es zeigen: Fig. 2 ein Prinzipschaltbild der Bremsgruppierung der Gleichstromstellerschaltung
mit zünd- und löschbarem elektronischen Schalter, Fig. 3 die zeitlichen Verläufe
der interessierenden Spannungen und Ströme.
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In Fig. 2 ist ein Prinzipschaltbild der Bremsgruppierung der Gleichstromstellerschaltung
mit zünd- und löschbarem elektronischen Schalter ohne eigene Löscheinrichtung dargestellt.
An die positive Klemme einer Gleichspannungsquelle G ist eine Filterdrossel LF angeschlossen.
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Die Filterdrossel LF ist andererseits mit der Kathode einer Rückspeisediode
DR und mit einem Filterkondensator CF verbunden. Die Anode der Rückspeisediode DR
ist mit der ersten Klemme eines Antriebs A, mit einem Bremswiderstand RB, mit einer
Stromanstiegsbegrenzungsdrossel LI sowie mit einer Hilfsdrossel LH verbunden.
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Als Antrieb A ist beispielsweise ein Gleichstromantrieb oder ein Drehstromantrieb
mit vorgeschaltetem Wechselrichter einsetzbar. Die zweite Klemme des Antriebs A
ist an die negative Klemme der Gleichspannungsquelle G, an den Filterkondensator
CF, an die Kathode eines Bremsthyristors TB sowie an die Kathode eines zünd- und
löschbaren elektronischen Schalters (Gate-turn-off-thyristor) GTO angeschlossen.
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Die Anode des elektronischen Schalters GTO ist mit der Stromanstiegsbegrenzungsdrossel
LI verbunden (GTO bildet mit LI den Hauptzweig und ersetzt TH*, TL*, LK*, CK* der
Fig. 1). Die Anode des Bremsthyristors TB liegt am Bremswiderstand RB (TB bildet
mit RB den Bremszweig)
sowie über einem Hilfskondensator CH an der
Hilfsdrossel LH (CH und LH bilden den Hilfslöschzweig). Je nach Schaltung für die
Fahrgruppierung kann dem Bremsthyristor wahlweise eine Rückschwingdiode DTB antiparallel
geschaltet sein. Alternativ hierzu können der Bremsthyristor TB und die Rückschwingdiode
DTP durch einen rückwärtsleitenden Thyristor (RLT) ersetzt werden.
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Mit UF ist die Spannung am Filterkondensator CF, mit UN die Spannung
der Gleichspannungsquelle G, mit uTB die Spannung am Bremsthyristor TB, mit ucH
die Spannung am Hilfskondensator CH und mit uGTo die Spannung am zünd-und löschbaren
elektronischen Schalter GTO bezeichnet.
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Mit Id ist der Strom durch den Antrieb A, mit iTB der Strom durch
den Bremsthyristor TB, mit iCH der Strom durch den Hilfskondensators CH, mit iGTo
der Strom durch den zünd- und löschbaren elektronischen Schalter GTO und mit iRB
der Strom durch den Bremswiderstand RB bezeichnet.
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In Fig. 2 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit jeweils nur die Bremsgruppierung
der Gleichstromstellerschaltung dargestellt.
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In Fig. 3 sind zur Erläuterung der Wirkungsweise der Bremsgruppierung
der Gleichstromstellerschaltung nach Fig. 2 die zeitlichen Verläufe der interessierenden
Spannungen und Ströme dargestellt. Vor dem Zeitpunkt t1 befinden sich sowohl der
Bremsthyristor TB als auch der elektronische Schalter GTO im Sperrzustand, die Spannungen
UTB und UGTo weisen den Wert UF auf, der Strom Id fließt über A, DR und teilt sich
auf die Zweige LF, G, bzw. CF auf.
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Zum Zeitpunkt t1 wird der Bremsthyristor TB gezündet.
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Der Strom iTB steigt im Zeitraum t1 ( t ( t2 von Null auf den Wert
Id (bei gleichzeitig abklingendem Strom über DR) und verbleibt im Zeitraum t2 (
t < t3 auf diesem Wert Id. Der Kondensator CH wird nach der Zündung des Bremsthyristors
in Form einer gedämpften Schwingung auf eine Spannung ucH = Id . RB aufgeladen.
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Zum Zeitpunkt t3 wird GTO gezündet. Im Zeitraum t3 ( t < t4 geht
der Strom iTB vom Wert Id auf Null zurück, im gleichen Zeitraum steigt der Strom
iGTO von Null auf den Wert Id , d.h. der Strom durch RB kommutiert vom Bremszweig
in den Hauptzweig ab. Gleichzeitig versucht die Spannung ucH über LH, LI, GTO, TB
umzuschwingen. Sobald -iCH = iRB ist, verlöscht der Strom iTB zum Zeitpunkt t4.
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Im Zeitraum t4 < t s t5 wird TB in Sperrichtung beansprucht (UTB
ist negativ), dieser Zeitraum entspricht der Schonzeit tSB von TB. Die Spannung
ucH schwingt ab dem Zeitpunkt t4 gedämpft im Kreis CH, LH, RB.
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Bei einer Ausführung der Gleichstromstellerschaltung mit einem rückwärtsleitenden
Thyristor (RLT) als Bremsthyristor TB bzw. mit einer Rückschwingdiode DTB sind die
zeitlichen Verläufe der Ströme und Spannungen bis zum Zeitpunkt t4 wie vorstehend
beschrieben. Im Zeitraum t > tLt schwingt die Kondensatorspannung UOH bei der
Schaltung mit rückwärtsleitendem Thyristor bzw. mit antiparalleler Diode DTB über
den antiparallelen Zweig weiter um. Die Schonzeit für TB ist dadurch gleich der
Leitdauer der Diode DTB. Die Spannung UOH schwingt gedämpft im Kreis CH, LH, RB
bzw. CH, LH, LI, GTO, DTB.
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Die zur Löschung des Bremsthyristors TB notwendige Spannung an CH
stellt sich automatisch durch die Größe des
Zwischenkreisstromes
Id ein. Die Schonzeit von TB ist daher auch nahezu unabhängig vom Zwischenkreisstrom
Id.
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Auch bei gleichzeitiger oder nur leicht verzögerter Zündung des elektronischen
Schalters GTO in Bezug zur Zündung des Bremsthyristors TB ist die Löschfähigkeit
von TB gegeben.
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