DE2307521C3

DE2307521C3 - Anordnung zur Reihen-Parallelschaltung von zwei Gleichstrom-Reihenschlußmaschinen

Info

Publication number: DE2307521C3
Application number: DE2307521A
Authority: DE
Inventors: Robert Paris Mehta
Original assignee: Jeumont Schneider SA
Current assignee: Jeumont Schneider SA
Priority date: 1972-02-18
Filing date: 1973-02-15
Publication date: 1978-12-07
Also published as: DE2307521B2; ZA731082B; DE2307521A1; FR2172563A5; BE795399A; CA974574A; GB1422161A; US3800197A

Description

angegebenen Merkmale gelöst

Bei der Anordnung nach der Erfindung ist der Obergang von der Reihen- zur Parallelschaltung unabhängig davon möglich, ob der Fährbetrieb oder der Bremsbetrieb vorliegt. Es gibt daher bei der Anordnung nach der Erfindung vier mögliche Betriebsarten, die voneinander unabhängig sind, nämlich den Motorbetrieb in Reihen- und in Parallelschaltung und den Generatorbetrieb in Reihen- und in Parallelschaltung. Die Anordnung nach der Erfindung gestattet daher z. B. bei Bahnmotoren eine bessere Ausnutzung von deren Kenngrößen sowohl im Motorbetrieb als auch im Generatorbetrieb, wobei die Umschaltungen augenblicklich und mit großer Zuverlässigkeit ausgeführt werden können. Die Verwendung von Thyristoren anstelle von Dioden gestattet darüber hinaus, gegebenenfalls eine der beiden Maschinen im Falle eines Defekts abzuschalten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben, deren einzige Figur die Schaltung einer Anordnung nach der Erfindung zur Reihen-Parallelschaltung von zwei Gleichstrom-Reihenschlußmaschinen, die über einen Spannungssteller an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen sind, zeigt.

Ein als Spannungssteller verwendeter Thyristorgleichstromsteller H enthält einen Hauptthyristor T, eine Entladediode D und eine Induktivität N, weiche die Kathoden des Hauptthyristors Γ und der Entladediode D mit der Ausgangsklemme a des Thyristorgleichstrom- so stellers verbindet. Sie kann entfallen oder durch eine einfache Verbindung ersetzt werden, wenn die Induktivitäten der Maschinen selbst genügend groß sind. Die Steuereinrichtung C des Thyristorgleichstromstellers erfüllt durch ihre Einwirkung auf die Steuerelektrode des Hauptthyristors T auch die Aufgabe eines Schaltgliedes zur Unterbrechung des über die Klemme a fließenden Stroms.

Bei Fehlen dieses Stroms wird das Potential der Klemme a mit Hilfe von zwei hochohmigen Widerstän- w den R\ und R₂ festgelegt, welche zwischen die Klemme a und die beiden Pole der Gleichstromquelle geschaltet sind.

Zwei parallelgeschaltete Stromkreise sind zwischen die Klemme a und den negativen Pol der Gleichstrom- *^r> quelle geschaltet. Der erste Stromkreis enthält in Reihe in der nachstehenden Reihenfolge ausgehend von der Klemme a die Erregerfeldwicklung /1 eier ersten Maschine, eine Diode D\, den Anker Mi der ersten Maschine und einen Thyristor Tl, wobei die Strom- v> durchlaßrichtung der Diode D\ und des Thyristors T_t von der Klemme a zu dem negativen Pol der Stromquelle gerichtet ist.

Der zweite Stromkreis enthält in Reihe und in der nachstehenden Reihenfolge ausgehend von der Klemme a einen Thyristor T₂, die Erregerfeldwicklung I₂ der zweiten Maschine, eine Diode D₂, den Anker M₂ der zweiten Maschine und einen Thyristor T„ wobei die Stromdurchlaßrichtung der beiden Thyristoren T₂ und Ti und der Diode üh. von der Klemme a zu dem w> negativen Pol der Stromquelle gerichtet ist.

Eine Diode D₃ ist zwischen den Punkt d (Anode des Thyristors Tl) und den Punkt c(Kathode des Thyristors T₂) geschaltet, wobei ihre Durchlaßrichtung von dem Punkt dzu dem Punkt cgerichtet ist. »Ί

Ein Thyristor T» ist zwischen die Kathode der Diode D₂ und den Punkt c geschaltet, wobei die Kathode des Thyristors T₄ mit dem Punkt c verbunden ist. Ein Thyristor T₅ ist zwischen die Anode der Diode D₂ und den Punkt d geschaltet, wobei die Kathode des Thyristors 7s mit dem Punkt d verbunden ist. Ein Thyristor Te ist zwischen die Anode der Diode D\ und die Anode des Thyristors T3 (Punkt b)geschaltet, wobei die Kathode des Thyristors Te mit dem Punkt b verbunden ist.

Die Kathoden der Dioden D% und D₂ sind durch Dioden Da, bzw. O₅ mit dem positiven Pol der Stromquelle verbunden, wobei die Kathoden der Dioden A und D₅ mit diesem Pol verbunden sind.

Die hochohmigen Widerstände Ry und R₂ sind zwischen die Klemme a und den positiven bzw. negativen Pol der Stromquelle geschaltet, um das Potential der Klemme a in bezug auf die Pole der Stromquelle festzulegen, wenn kein Strom über die Ausgangsklemme a des Thyristorgleichstromstellers H fließt. Ebenso werden bei Unterbrechung des Stroms in den beiden Maschinen die Potentiale der Punkte b, cund d in bezug auf die Pole der Stromquelle durch hochohmige Widerstände R3 bis Rg festgelegt.

Die Wiederstände R_t bis R₈ sind so bestimmt, daß die Potentiale der Punkte a, d, c, b in bezug auf den negativen Pol der Stromquelle eine wachsende Reihenfolge haben.

Eine mit den Punkten a, d, c, b und dem negativen Pol der Stromquelle verbundene Steuereinrichtung L\ mißt diese Potentiale und bestimmt ihre gegenseitige Reihenfolge. Wenn diese Potentiale sich in wachsender Reihenfolge befinden, erlaubt die Steuereinrichtung L\ das Arbeiten der zweiten Steuereinrichtung L₂, welche nur diejenigen Thyristoren leitend macht, die der für die Maschinen gewünschten Schaltung entsprechen. Hierfür ist die Steuereinrichtung L₂ mit sechs Ausgängen versehen, die mit den Steuerelektroden 1 bis 6 der Thyristoren Ti bis Tf, verbunden sind.

Die Steuereinrichtung L₂ empfängt ihrerseits den Befehl für eine derartige Schaltungsänderung von einer allgemeinen Steuereinrichtung A, welche in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel eine auch die Steuereinrichtung C des Thyristorgleichstromstellers H betätigende Schaltvorrichtung ist.

Wenn sich die Potentiale nicht in wachsender Reihenfolge befinden, verbietet die Steuereinrichtung Ly das Arbeiten der Steuereinrichtung L₂, da dies einfach bedeutet, daß der Strom in den beiden Maschinen nicht unterbrochen wurde, so daß keine Schaltungsänderung vorgenommen werden kann.

Die hier beschriebene Anordnung arbeitet folgendermaßen: Ausgehend von einer beliebigen Schaltung der beiden Maschinen, bei welchen entweder die gegenseitige Schaltung oder die Arbeitsweise als Motor oder als Generator verändert werden soll, wird zunächst mittels des Schaltgliedes des Spannungssteller der Strom in den Maschinen unterbrochen. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sperrt die als Schaltglied dienende Steuereinrichtung Cden Hauptthyristor Tdes Thyristorgleichstromstellers H.

Die Thyristoren Ti bis Te, welche leitend sein konnten, werden gelöscht, worauf die Potentiale der Punkte a, b, c und rfdie durch die Widerstände R\ bis R» vorgegebenen Werte annehmen. Die Steuereinrichtung L\ erlaubt daher das Arbeiten der Steuereinrichtung L₂, weiche entsprechend dem besonderen, von der allgemeinen Steuereinrichtung A empfangenen Schaltbefehl die besonderen, der gewünschten Schaltung entsprechenden Thyristoren zündet und die anderen Thyristoren gesperrt hält.

Für einen Motorbetrieb mit Reihenschaltung der beiden Maschinen zündet die Steuereinrichtung L₂ nur den Thyristor Tj, wodurch der Stromkreis

zwischen der Klemme a und dem negativen Pol der Stromquelle hergestellt wird.

Für einen Motorbetrieb mit Parallelschaltung der κι beiden Maschinen zündet die Steuereinrichtung L₂ nur die Thyristoren Tj, T₂ und 73, wodurch die beiden folgenden parallelen Stromkreise zwischen der Klemme a und dem negativen Pol der Stromquelle hergestellt werden: r>

/,-Di-Λί,-Γ, und T₂-I₂-D₂-M₂-T₃.

Für einen Generatorbetrieb mit Reihenschaltung der beiden Maschinen zündet die Steuereinrichtung L₂ nur -'< > die Thyristoren 74. 7s und Tt, wodurch zwischen der Klemme a und dem positiven Pol der Stromquelle der Stromkreis

/,-T₆-M₂- Ta-I₂- T₅-Mi-D₄

hergestellt wird.

Schließlich zündet für einen Generatorbetrieb mit Parallelschaltung der beiden Maschinen die Steuereinrichtung L₂ nur die Thyristoren T₂, Ts und T^, wodurch zwischen der Klemme a und dem positiven Pol der Stromquelle die beiden folgenden parallelen Stromkreise hergestellt werden:

/, - Tb-M₂- D, und T₂-I₂- T-j-M_{- D₄.

Es ist zu erkennen, daß bei beliebiger Schallungsar die Stromrichtung in den Erregerfeldwicklungen /i um h nicht wechselt und daß tatsächlich bei Gencratorbe trieb mit Parallelschaltung der beiden Maschinen dii Erregerfeldwicklungen I₁ und /? über Kreuz geschalte sind.

Sobald die für die gewünschte Schaltung in Betrach kommenden Thyristoren gewählt und durch di< Steuereinrichtung L₂ gezündet worden sind, erlaub diese der Steuereinrichtung C. den über die Klemme . des Spannungssteller fließenden Strom wieder herzu stellen, d. h. in dem hier beschriebenen Ausführungsbei spiel, in welchem dieser ein Thyristorgleichstromstelle ist, wird der Hauptthyristor T von neuem gezündet worauf der Thyristorgleichstromsteller H norma arbeitet.

Die als Schaltglied dienende Steuereinrichtung Cde: Spannungssteller unterbricht den über die Klemme i fließenden Strom nur während der Zeit, die erfordernd ist, damit die der vorhandenen Schaltung entsprechen den Thyristoren gelöscht und die der neuen gewünsch ten Schaltung entsprechenden Thyristoren gezünde werden können.

Die hier für zwei Maschinen beschriebene Anordnunj kann leicht an eine beliebige gerade Zahl vor Maschinen angepaßt werden, indem z. B. einfach gleicht Anordnungen nebeneinander angeordnet werden.

Gewisse Halbleiter können in der beschriebener Anordnung entfallen, falls nicht alle vier ober aufgezählten Schaltungsarten benutzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Anordnung zur Reihen-Parallelschaltung von zwei Gleichstrom-Reihenschlußmaschinen, die über einen Spannungssteller an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen sind und die auch im Generatorbetrieb in Reihenschaltung über Dioden in die Gleichspannungsquelle zurückspeisen, gekennzeichnet durch nachstehende Merkmale: einen an den positiven Pol der Gleichstromquelle angeschlossenen Thyristorgleichstromsteller (H) als Spannungssteller,

einen ersten, zwischen dem Ausgang des Thyristorgleichstromstellers und dem negativen Pol der '5 Gleichstromquelle angeschlossenen Stromkreis, der die Erregerfeldwicklung (1\) der ersten Maschine, eine erste Diode (D\), den Anker (Mi) der ersten Maschine und einen ersten Thyristor (Ti) in der angegebenen Reihenfolge enthält, wobei die Ventile in Stromdurchlaßrichtung geschaltet sind,
einen zweiten, zum ersten parallelen Stromkreis, der einen zweiten Thyristor (T2), die Erregerfeldwicklung (ty der zweiten Maschine, eine zweite Diode (Di), den Anker (Mi) der zweiten Maschine und ^ einen dritten Thyristor (T3) in der angegebenen Reihenfolge enthält, wobei ebenfalls die Ventile in Stromdurchlaßrichtung geschaltet sind,
einen vierten Thyristor (T*), dessen Anode mit der Kathode der zweiten Diode (D2) und dessen Jo Kathode mit der Kathode des zweiten Thyristors (Ti) verbunden ist,

einen fünften Thyristor (Ti), dessen Anode mit der Anode der zweiten Diode (D?) und dessen Kathode mit der Anode des ersten Thyristors (Ti) verbunden ^jr> ist,

einen sechsten Thyristor (Tf₁), dessen Anode mit der Anode der ersten Diode (Di) und dessen Kathode mit der Anode des dritten Thyristors (Ti) verbunden ist, -Ό

eine dritte Diode (Di), deren Anode mit der Anode des ersten Thyristors (T\) und deren Kathode mit der Kathode des vierten Thyristors (Ta) verbunden ist, eine vierte und eine fünfte Diode (D* und Ds), deren Anoden mit den Kathoden der ersten bzw. der zweiten Diode (Di bzw. Dt) und deren Kathoden mit dem positiven Pol der Stromquelle verbunden sind, hochohmige Widerstände (R\ bis R%), welche so angeordnet und bestimmt sind, daß sie nach Unterbrechung des Stroms in den Maschinen durch den Thyristorgleichstromsteller in wachsender Folge die Potentiale der nachstehenden vier Punkte des Stromkreises in bezug auf den negativen Pol festlegen: Ausgang (a)des Thyristorgleichstromstellers, Anode (d)des ersten Thyristors, Kathode földes ^w zweiten Thyristors, Anode (b)des dritten Thyristors, eine erste, diese Potentiale messende und ihre gegenseitige Reihenfolge auswertende Steuereinrichtung (Li), deren Ausgänge einer zweiten Steuereinrichtung (Li), die die sechs Thyristoren (Ti ^b0 bis T₆) entsprechend der gewünschten Schaltkombination steuert, zugeführt sind, und die eine Wiedereinschaltung des Stromes in den Maschinen durch den Thyristorgleichstromsteller über eine dritte Steuereinrichtung (C) vornimmt, wenn die ⁽'^r> sechs Thyristoren gezündet sind.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Reihen-Parallelschaltung von zwei Gleichstrom-Reihenschlußmaschinen, die über einen Spannungssteller an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen sind und die auch im Generatorbetrieb in Reihenschaltung über Dioden in die Gleichspannungsquelle zurückspeisen.

Bekanntlich müssen bei Gleichstrom-Reihenschlußmaschinen folgende beiden Bedingungen erfüllt werden: Bei Umschaltung von Motorbetrieb auf Generatorbetrieb muH die Stromumkehr in der Erregerfeldwicklung vermieden werden, damit die Remanenz-EM K die Selbsterregung der Maschine im Generatorbetrieb ermöglicht, und bei zwei in Parallelschaltung im Generatorbetrieb arbeitenden Maschinen müssen die Erregerfeldwicklungen gekreuzt werden, um einen stabilen Ausgleich der erzeugten Leistungen zu erhalten.

Es sind zwar bereits Umschalter oder Nockenschaltwerke bekannt (Elektrische Bahnen, 1962, S. 55-58), welche die verschiedenen Schaltungsänderungen vornehmen können, diese Geräte sind jedoch elektromechanisch ausgebildet und arbeiten deshalb mit Totzeit. Bei der elektrischen Zugförderung, insbesondere bei der automatischen Steuerung von Triebfahrzeugen verhindert aber eine derartige Totzeit die augenblickliche Bremsung der Bahnmotoren und außerdem werden solche elektromechanischen Geräte bei sehr häufigen Bremsungen schnell zerstört.

Weiter ist es bekannt (DE-OS 17 63 640), zur Verringerung der bei der Serien-Parallelschali.ung entstehenden Schaltgeräusche für das Umschalten Thyristoren und Dioden zu verwenden.

Bekanntlich enthalten Gleichspannungssteller in Form von Zerhackern einen Hauptthyristor, welcher den Nutzkreis schließt und durch Zuführen eines Gegenstroms gesperrt wird, welcher von eimern Kondensator oder einem Schwingkreis über einen Löschthyristor geliefert wird, wobei der induktive Nutzkreis durch eine Entladediode in Antiparallelschaltung überbrückt wird, die das Weiterfließen des Stroms während der Zeit, in der keine Speisung erfolgt, ermöglicht (US-PS 35 59 009). Bei Speisung von Bahnmotoren mittels eines solchen Zerhackers wird dieser im Motorbetrieb in Reihenschaltung, d. h. zur Spannungserniedrigung, und im Generatorbetrieb in Parallelschaltung, d. h. zur Spannungserhöhung benutzt, wobei die Begriffe Spannungserniedrigung und Spannungserhöhung für einen Beobachter gelten, der sich auf der Seite der den Zerhacker speisenden Gleichstromquelle befindet.

Bei einer bekannten Anordnung der eingangs genannten Art (Elektrische Bahnen, 1962, S. 55-58, insbesondere Bild 18) zur Reihen-Parallelschaltung von zwei Gleichstrom-Reihenschlußmaschinen sind diese beim Fahren parallel geschaltet und gehen beim Bremsen automatisch in eine Reihenschaltung über. Es sind dabei nur der Fahrbetrieb mit Parallelschaltung der beiden Maschinen und der Bremsbetrieb mit Reihenschaltung der beiden Maschinen möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Anordnung der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß eine Umschaltung auf Motor- oder Generatorbetrieb in Reihen- oder Parallelschaltung schnell und zuverlässig möglich ist, wobei im Generatorbetrieb die Selbsterregung der Maschinen und ein Leistungsausgleich ohne zusätzlichen Aufwand gewährleistet sein müssen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1