DE2641545A1

DE2641545A1 - Braking system for electrical traction - has resistance winding between motor armature and rectifier and thyristor acting as inverters at high speed and rectifiers at low speed

Info

Publication number: DE2641545A1
Application number: DE19762641545
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl Ing Meier; Heinz Dipl Ing Waschin
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-09-15
Filing date: 1976-09-15
Publication date: 1978-03-16

Abstract

The braking system has two traction motors whose field windings can be switched to a direct current potentional by a pole reversing switch. The traction motor armatures are connected in series to a rectifier equipped with thyristors. A brake resistance is included in one of the connections from armature to rectifier and bridged by switch during traction conditions. For braking conditions, the resistance is opened causing the poles to reverse. The braking force can be varied by a current regulator. The armature current is determined and a proportional voltage is fed to a comparator. The difference is fed to an amplifier to regulate the thyristors. The thyristors respond by acting as inverters at high speed and rectifiers at low speed.

Description

Fahr-Bremsschaltung für GleichstrommotorenTravel brake circuit for DC motors

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fahr-Bremsschaltung für einen Gleichstrommotor, der über einen Stromrichter an ein Wechselspannungsnetz angeschlossen ist und in dessen Ankerkreis ein Bremswiderstand einschaltbar ist.The invention relates to a driving brake circuit for one DC motor that is connected to an AC voltage network via a converter and in the armature circuit of which a braking resistor can be switched on.

Es ist eine Vielzahl von automatischen oder halbautomatischen Fahr-Bremssteuerungen bekannt, die insbesondere bei U- und S-Bahnen angewendet werden (siehe w.B. ZVE-Glas. Ann. 100 (1976) Nr. 2/3 Bebr./März, Seiten 88 bis 94 "Moderne Antriebstechnik im Nahverkehr" v.R.Wagner). Unter anderem werden fremderregte Widerstandsbremsen, z.B. mit einem Verbundwiderstand eingesetzt, durch deren Regelverhalten die Bremskraft in weiten Geschwindig keitabereichen konstant gehalten wird (Seite 88, 89). Bei der Geschwindigkeit Null steht jedoch keine Bremskraft mehr zlr Verfügung. Es sind auch Schaltungen bekannt, die über eine Gleichstromstellerschaltung als Nutzbremse wirken und Bremsenergie an das Netz zurückliefern (Seite 90/91). Bei einer anderen Schaltung wird im Bremsbetrieb innerhalb eines jeden Stellertaktes zunächst geprüft, ob das Netz für die erzeugte Bremsenergie aufnehiefähig ist oder nicht. Bei Aufnahmefähigkeit des Netzes erfolgt Rückspeisung, bei Nichtaufnahmefähigkeit automatisehe Umsteuerung auf Widerstandsbremse. Im letsteren Fall ist dieser Schaltung wie allen Widerstandsbremsschaltungen gemeinsam, daß die Bremskraft nur bis zu einer bestimmten minimalen Geschwindigkeit konstant gehalten werden kann und dann entsprechend einer Widerstandskennlinle gegen die Geschwindigkeit Null zu auf Null abfällt. Dies bedeutet, daß das Fahrzeug ohne zusätzliche mechanische Bremse nicht auf die Geschwindigkeit Null gebremst werden kann.It is a variety of automatic or semi-automatic drive-brake controls known, which are used in particular for underground and suburban trains (see e.g. ZVE-Glas. Ann. 100 (1976) No. 2/3 Bebr./March, pages 88 to 94 "Modern drive technology im Local traffic "by R. Wagner). Among other things, separately excited resistance brakes, e.g. used with a composite resistor, through whose control behavior the braking force is kept constant over a wide speed range (page 88, 89). at however, at zero speed there is no longer any braking force available. There are Also known circuits that use a DC chopper circuit as a regenerative brake act and return braking energy to the network (page 90/91). With another The circuit is first checked in braking operation within each actuator cycle, whether the network is capable of absorbing the braking energy generated or not. With receptivity of the network is fed back, automatic reversal in the event of non-absorption on drag brake. In the latter case, this circuit is like all resistance braking circuits in common that the braking force is only up to a certain minimum speed can be kept constant and then according to a resistance characteristic against the speed of zero drops to zero. This means that the vehicle is without additional mechanical brake not at zero speed can be braked.

Aus der Zeitschrift Elektrische Bahnen, 39. Jahrgang, 19682 eiten 156 bis 141 und 154 bis 161 "Die thyristorgesteuerte Nutzbremse im Triebwagen ET 45.01 der Deutschen Bundesbahn" v.From the magazine “Elektro Bahnen”, 39th year, 19682 156 to 141 and 154 to 161 "The thyristor-controlled regenerative brake in the ET railcar 45.01 of the Deutsche Bundesbahn "v.

R.Fischer und G.Scholtis ist eine Fahr- und Bremeschaltung bekannt, bei der Gleichstrommotoren über einen Stromrichter an ein Wechselspannungsnetz angeschlossen sind. Im Nutzbremsbetrieb arbeitet der Stromrichter als netzgeführter Wechselrichter. Auch bei dieser Schaltung kann nicht auf die Geschwindigkeit Null gebremst werden, wenn das Netz nicht aufnahmefähig ist.R.Fischer and G.Scholtis know a drive and brake circuit, in the case of direct current motors connected to an alternating voltage network via a converter are. In regenerative braking mode, the converter works as a line-commutated inverter. With this circuit, too, it is not possible to brake to zero speed, if the network is not receptive.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bremsschaltung anzugeben, die es ermöglicht, das Fahrzeug in allen Geschwindigkeiten bis herunter zur Geschwindigkeit Null mit konstanter oder variabler, entsprechend einem Fahrprogramm vorgegebener Verzögerung auch dann zu bremsen, wenn das Netz nicht aufnahmefähig ist. hierbei soll ein möglichst großer Anteil der beim Bremsen abzubauenden Energie als Nutzbremsenergie in das speisende Netz zurUckgefUhrt werden und es muß die Bedingung erfüllt sein, daß ein Wechselrichterkippen, das z.B. bei Ausfall des versorgenden Netzes auftritt, nicht zu einer Zerstörung der Thyristoren, der Strom richterschaltung oder zur mechanischen Zerstörung des Getriebes zwischen Antriebsmotor und Antriebsrädern führen kann.The object of the invention is to provide a brake circuit that it allows the vehicle to run at all speeds down to speed Zero with constant or variable, specified according to a driving program Deceleration to slow down even if the network is not capable of receiving. here as large a proportion of the energy to be dissipated during braking as possible should be used as regenerative braking energy be fed back into the feeding network and the condition must be met, that an inverter tipping occurs, e.g. if the supplying network fails, not to the destruction of the thyristors, the converter circuit or the mechanical Destruction of the gearbox between the drive motor and drive wheels can result.

Die Aufgabe wird bei einer Bremsschaltung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Bremswiderstand in einer der Verbindungsleitungen zum Stromrichter angeordnet und durch einen nur im Fahrbetrieb geschlossenen Schalter überbrUckbar ist und daß im Bremsbetrieb die Feldwicklung umgepolt und die Aussteuerung des Stromrichters bis zum Erreichen der Drehzahl Null so geändert wird, daß ein vorgegebener Bremsmoment erhalten bleibt.The task is with a brake circuit of the type mentioned according to the invention achieved in that the braking resistor is in one of the connecting lines arranged to the converter and by a switch that is only closed when driving Can be bridged and that the polarity of the field winding and the modulation are reversed in braking mode of the converter is changed so that a specified braking torque is retained.

Auf diese Weise arbeitet der Stromrichter je nach Auslegung des Bremswiderstandes und Einstellung des Bremsmomentes im Wechselrichterbetrieb, wenn die Ankerspannung größer ist als die am Bremswiderstand abfallende Spannung, und im Gleichrichterbetrieb, wenn die Ankerspannung kleiner ist als die am Bremswiderstand abfallende Spannung. Beim Übergang vom Wechseirichterbetrieb auf Gleichrichterbetrieb polt sich die Ausgangs spannung am Stromrichter um. Bei Wechselrichterbetrieb wird Energie teilweise ins Netz zurückgeführt und teilweiee im Bremswiderstand in Wärme umgesetzt. Im Gleichrichterbetrieb wird Energie aus dem Netz entnommen und die Schaltung arbeitet al s Gegenstrombremse.In this way, the converter works depending on the design of the braking resistor and setting of the braking torque in inverter operation when the armature voltage is greater than the voltage drop across the braking resistor, and in rectifier mode, if the armature voltage is lower than the voltage drop across the braking resistor. At the The output polarity changes from inverter operation to rectifier operation voltage at the converter. When using an inverter, some of the energy is used Mains fed back and partially converted into heat in the braking resistor. In rectifier operation energy is taken from the network and the circuit works as a countercurrent brake.

Der Bremswiderstand wird zweckmäßigerweise so bemessen, daß bei Wechselrichterkippen der im Ankerkreis fließende Strom so begrenzt wird, daß eine Zerstörung der Thyristoren des Wechselrichters verhindert wird, bzw. das in den Motoren auftretende Moment so begrenzt wird, daß eine Zerstörung von mit dem Motor verbundenen Getrieben vermieden wird. Dadurch können gegenüber den bekannten mit Wechseirichtern arbeitenden Fahr-Bremsschaltungen aufwendige Schutzeinrichtungen, z.B. Schnellgegenerregungen der Motorfeldwicklungen entfallen.The braking resistor is expediently dimensioned in such a way that in the event of inverter tilting the current flowing in the armature circuit is limited in such a way that the thyristors are destroyed of the inverter is prevented, or the torque occurring in the motors is limited so that the destruction of gearboxes connected to the engine is avoided will. As a result, compared to the known drive / brake circuits that work with inverters complex protective devices, e.g. rapid counter-excitation of the motor field windings omitted.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.An embodiment of the invention is shown schematically in the drawing shown.

Fig. 1 zeigt einen Gleichstromantrieb für ein Triebfahrzeug und Fig. 2 zugehörige Bremskennlinien.Fig. 1 shows a direct current drive for a traction vehicle and Fig. 2 associated braking characteristics.

In Fig. 1 sind zwei Pahrmotoren gezeigt, deren Feldwicklungen 1 über einen Polwendeschalter 3 an eine Gleichspannung anschaltbar sind. Die Anker 2 der Fahrmotoren sind in Reihe an den Ausgang eines Stromrichters 4 mit Thyristoren 5 angeschlossen, der an einem Wechselepannungsnetz 6 mit den Leitungspolen R, S, T, Mp liegt. In einer der Verbindungsleitungen zum Stromrichter 4 ist ein Bremewiderstand 7 angeordnet und durch einen nur im Fahrbetrieb geschlossenen Schalter 8 überbrückbar. Im Fahrbetrieb arbeitet der Stromrichter als Gleichrichter.In Fig. 1, two Pahrmotoren are shown, whose field windings 1 over a pole reversing switch 3 can be connected to a DC voltage. The anchor 2 of the Traction motors are connected in series to the output of a converter 4 with thyristors 5 connected to an alternating voltage network 6 with the line poles R, S, T, Mp lies. There is a braking resistor in one of the connecting lines to the converter 4 7 arranged and bridged by a switch 8 that is closed only when driving. When driving, the converter works as a rectifier.

Im Bremsbetrieb wird der Schalter 8 geöffnet, so daß der Widerstand 7 stets eingeschaltet ist, und dIe Feldwicklungen 1 der Gleichstromantriebsmotoren 2 werden durch den Polwendeschalter 3 umgepolt. Damit ändert die in den Motoren 2 auftretende Spannung ihre Polarität und liegt im Wechselrichterbetrieb umgepolt an dem Stromrichter 4.In the braking mode, the switch 8 is opened, so that the resistor 7 is always switched on, and the field windings 1 of the DC drive motors 2 are reversed by the polarity switch 3. This changes that in the engines 2 occurring voltage their polarity and lies in the inverter operation polarity reversed at the converter 4.

Zur Vorgabe eines gewünschten Bremsmomentes ist eine Stromregeleinrichtung vorgesehen, bei der in einer Stroimeßeinrichtung 9 der Ankerstrom erfaßt und als Istwert einer Vergleichseinrichtung 10 zugeführt wird, dessen zweiter Eingang von einem konstanten oder änderbaren Sollwert gespeist wird. Die Regelabweichung wird über einen Regelverstärker 11 einem Steuersatz 12 fUr die Ansteuerung der Thyristoren 5 zugeführt. Durch entsprechende Verstellung des Zündwinkels der Thyristoren 5 des Stromrichters 4 arbeitet dieser im höheren Drehzahlbereich der Motoren als Wechselrichter und bei herabgesetzter Drehzahl als Gleichrichter (Fig. 2).A current control device is used to specify a desired braking torque provided, in which the armature current is detected in a Stroimeßeinrichtung 9 and as Actual value is fed to a comparison device 10, the second input of which is from a constant or changeable setpoint. The system deviation is Via a control amplifier 11 a control unit 12 for the control of the thyristors 5 supplied. By adjusting the firing angle of the thyristors 5 des Converter 4, this works in the higher speed range of the motors as an inverter and at a reduced speed as a rectifier (Fig. 2).

Im Wechselrichterbetrieb wird Energie aus dem Motorkreis an das Netz 6 zurückgeliefert, die Bremse arbeitet in diesem Fall als gemischte Nutz-Widerstandsbremse,und im Gleichrichterbetrieb des Stromrichtere 4 wird Energie aus dem Netz entnommen und die Stromrichterspannung steht gegenläufig zur Ankerspannung der Motoren 2, d.h. erst mit Bremswirkung dort an. Ein Teil der von den Motoren 2 abgegebenen Energie wird also im Bremsbetrieb im Bremswiderstand 7 stets in Wärme umgesetzt. Dabei ist der Bremswiderstand 7 zweckmäßigerweise so dimensioniert, daß bei Ausfall des Netzes 6 und/oder Eintritt eines Wechselrichterkippens des Stromrichters 4 der in dem Motorkreis fließende Kurzschlußstrom soweit begrenzt wird, daß Schäden sowohl mechanischer als auch elektrischer Art nicht auftreten können. Durch diesen Bremswiderstand 7 wird hiermit vermieden, daß bei Wechselrichterkippen die Thyristoren 5 zerstört werden und/oder durch den im Ankerkreis auftretenden hohen Kurzschlußstrom das Getriebe der Motorenanordnung so hoch belastet wird, daß eine Zerstörung auftritt.In inverter operation, energy is transferred from the motor circuit to the grid 6, the brake works in this case as a mixed useful resistance brake, and In the rectifier operation of the converter 4, energy is taken from the network and the converter voltage is opposite to the armature voltage of motors 2, i.e. only with braking effect there. Part of the energy given off by the motors 2 is therefore always converted into heat in braking resistor 7 during braking. It is the braking resistor 7 is expediently dimensioned so that in the event of a power failure 6 and / or occurrence of an inverter tripping of the converter 4 in the motor circuit flowing short-circuit current is limited to the extent that damage is both mechanical as well as electrical type cannot occur. Through this braking resistor 7 this prevents the thyristors 5 from being destroyed in the event of inverter breakdowns and / or the transmission due to the high short-circuit current occurring in the armature circuit the engine assembly is so heavily loaded that destruction occurs.

Die Motoren 2 können bei Netzapannungsausfall, z.B. durch Zünden zweier Thyristoren des Stromrichters 4 als widerstandsgebremstes System arbeiten. Bei vorhandener Netzspannung kann die Drehzahl der Motoren 2 mit gewünschter vorgegebenen Bremsverzögerung bis zur Geschwindigkeit Null konstant gebremst werden.In the event of a power failure, e.g. by igniting two Thyristors of the converter 4 work as a resistance-braked system. If there is Mains voltage can set the speed of the motors 2 with the desired predetermined braking delay be braked constantly up to speed zero.

Fig. 2 zeigt die Stromrichterausgangsspannung Ud in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit v im Bremsbetrieb. Als Parameter sind verschiedene Bremsvereögerungen eingezeichnet. Wie ersichtlich ist, steht nach dem Übergang auf Bremsbetrieb an der Gleichstromseite des Stromrichters 4 eine negative Spannung (bezogen auf den Motorbetrieb) an. Solange diese Spannung kleiner ist als Null, arbeitet der Stromrichter 4 als Wechselrichter im Nutzbremsbereich. Im Bremsbetrieb wird durch die Stromregeieinrehtung die Aussteuerung des Stromrichters 4 bis zum Erreichen der Drehzahl Null so geändert, daß sich die Ausgangsspannung des Stromrichters 4 dann umpolt, wenn der Betrag der Ankerspannung zumindest annähernd gleich dem Spannungsabfall m Bremswiderstand 7 ist. Nach dem Umpolen, also dann, wenn die an der Gleichstromseite des Stromrichters 4 liegende Spannung größer als Null wird, arbeitet der Stromrichter 4 als Gleichriehter und es ergibt sich Verlustbremsbetrieb.Fig. 2 shows the converter output voltage Ud as a function of the vehicle speed v in braking mode. Various braking delays are available as parameters drawn. As can be seen, after the transition to braking operation is pending the DC side of the converter 4 has a negative voltage (based on the Engine operation). As long as this voltage is less than zero, the converter works 4 as an inverter in the regenerative braking area. In braking operation, the current control is turned the modulation of the converter 4 is changed until the speed zero is reached, that the output voltage of the converter 4 reverses when the amount of Armature voltage at least approximately equal to the voltage drop in the braking resistor 7 is. After reversing the polarity, i.e. when the one on the DC side of the converter 4 lying voltage is greater than zero, the converter 4 works as a rectifier and there is loss braking operation.

Die erfindungsgemäße Schaltung läßt sich mit Vorteil auch bei rotierenden Antrieben von Hängebahnkabinen anwenden. Hier tritt ein Motorkurzschlußstrom immer dann auf, wenn ein NotbremsZ fall bei Bremebetrieb für eine Kabine zustande kommt und zur Auslösung der Notbremse das Versorgungsnetz ausgeschaltet wird.The circuit according to the invention can also be used with advantage when rotating Use drives from overhead conveyor cabins. A motor short-circuit current always occurs here then on if an emergency brake case occurs during braking operation for a car and the supply network is switched off to trigger the emergency brake.

Bei Abschalten des Netzes im Notbremsfall müssen alle Thyristoren 5 des Stromrichters 4 zwangagezündet werden, um eine Spannung überlastung und damit "Überkopfzünden" der Thyristoren zu vermeiden. Ein zweites auf dem abgeschalteten Streckenabschnitt fahrendes Fahrzeug kann für ein anderes als Kurzschluß wirken.When the mains is switched off in the event of an emergency brake, all thyristors must 5 of the converter 4 are force-ignited to overload a voltage and thus Avoid "overhead ignition" of the thyristors. A second on the switched off A vehicle driving a section of the route can act as a short circuit for another.

Der Motorkuzschlußstrom fließt dann über die durchgesteuerten Thyristoren. Dies kann auch durch Wechselrichterkippen auftreten.The motor short-circuit current then flows through the activated thyristors. This can also occur due to inverter tilting.

Schäden aus diesen Störungsfällen werden bei der erfindungsgemäßen Schaltung vermieden, da bei Netzausfall und/oder Wechselrichterkippen der Kurzschlußstrom im Ankerkreis der Motoren so begrenzt wird, daß eine mechanische Zerstörung an den Motoren oder Getrieben oder ein elektrischer Schaden an den Thyristoren oder Motoren vermieden wird.Damage from these malfunctions are in the inventive Switching avoided, as the short-circuit current in the event of a power failure and / or inverter tilting is limited in the armature circuit of the motors that mechanical damage to the Motors or gearboxes or electrical damage to the thyristors or motors is avoided.

2 Figuren 2 Patentansprüche2 figures 2 claims

Claims

Claims 1. Driving brake circuit for a DC motor, which is connected to an AC voltage network via a converter and in the armature circuit of which a braking resistor can be switched on, characterized in that that the braking resistor (7) in one of the connecting lines tin converter (4) and can be bridged by a switch (8) which is closed only when driving is and that the polarity of the field winding (1) reversed and the modulation of the Converter (4) is changed until reaching the speed zero eo that a specified braking torque is retained.

2. Driving brake circuit according to claim 1, characterized in that the braking resistor (7) is dimensioned in such a way that in the event of an inverter tilting the current flowing in the armature circuit is limited in such a way that the thyristors are destroyed (5) of the converter (4) is avoided or the torque occurring in the motor (2) is limited so that a destruction of the gearbox connected to the motor (2) is prevented.