DE2149683B2

DE2149683B2 - Control circuit for series-wound DC motors - uses semiconductor choppers and series-parallel switching for full-range control of electric trains

Info

Publication number: DE2149683B2
Application number: DE19712149683
Authority: DE
Inventors: Masahiko Itami Hyogo Akamatsu (Japan)
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1970-10-05
Filing date: 1971-10-05
Publication date: 1976-12-30
Also published as: AU3418371A; ES395635A1; DE2149683A1; AU433618B2; SE372913B

Abstract

The voltage supply between live rail and earth is connected across two capacitors (14a)(14b) with a centre-tap connected to the mid-point of two DC chopper circuits. The choppers comprise semiconductor switches (21a)(21b) and series diodes connected across the supply terminals. The output of each chopper control is connected with its associated DC motor (M). The return terminal of each series motor is connected via a diode (45a-b) to the negative or positive supply rail. A control switch (44) is in parallel with the motors. By closing or opening the control switch the motors are connected together in series or in parallel and, due to the proportional control of the current to each motor by the chopper circuits, a two-stage - 0 to 50%, 50 to 100% - control of the supply to the motors is possible.

Description

4040

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleichstrom-Steuereinrichtung für Gleichstrommaschinen an einer Gleichstromquelle mit einem Zwischenanschluß und zwei Außenanschlüssen, mit jeweils einem Gleichstromsteller bestehend aus der Reihenschaltung eines Zerhackers und einer Diode zwischen dem Zwischenanschluß und den Außenanschlüssen und zwei mit einer Seite jeweils an den Verbindungspunkt zwischen Zerhacker und Diode eines Gleichstromstellers angeschlossenen Gleichstrommaschinen, wobei die beiden anderen Seiten der Gleichstrommaschinen über eine Schaltvorrichtung zum wahlweisen Reihen- und Parallelschalten der Gleichstrommaschinen mit den Außen- anschlüssen der Gleichstromquelle verbunden sind und die Zerhacker der Gleichstromsteller jeweils direkt mit dem Zwischenanschluß der Gleichstromquelle verbunden sind.The invention relates to a direct current control device for direct current machines on a Direct current source with an intermediate connection and two external connections, each with a direct current controller consisting of the series connection of one Chopper and a diode between the intermediate terminal and the external terminals and two with one Side of each DC machine connected to the connection point between the chopper and the diode of a DC power converter, the two other sides of the DC machines via a switching device for the optional series and parallel connection of the DC machines with the external connections of the direct current source are connected and the chopper of the direct current chopper are each connected directly to are connected to the intermediate terminal of the DC power source.

Eine derartige Gleichstromsteuereinrichtung ist z. B. durch die DT-OS 19 34591 bekanntgeworden. Eine selbsttätige Steuerung der Gleichstromsteller in Abhängigkeit von einer Umschaltung ist dort nicht gezeigt oder beschrieben.Such a DC control device is, for. B. became known through DT-OS 19 34591. An automatic control of the DC chopper as a function of a switchover is not shown there or described.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gleichstromsteuereinrichtung für eine kontinuierliche Spannungssteuerung zwischen 0 und 100% zweier Gleichstrommaschinen zu schaffen, bei welcher beiThe invention is based on the object of a direct current control device for a continuous To create voltage control between 0 and 100% of two DC machines, in which at Verwendung einer IReihen-ParaHelumschaltung der Gleichstrommaschinen bei einer Nutzbremsung keinerlei merkbare Unregelmäßigkeiten in Strom und Spannung sowie Leistung an den Gleichstrommaschinen auf treten. -OJJU.Use of an I-row ParaHel switchover of the DC machines have no noticeable irregularities in the current and during regenerative braking Voltage and power occur on the DC machines. -OJJU.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelöst, daß die Schaltvorrichtung zur Nutzbremsung eine erste Diode zwischen der anderen Seite der ersten Gleichstrommaschine und dem einen Außenanschluß der Gleichstromquelle, eine zweite Diode zwischen der anderen Seite der zweiten Gleichstrommaschine und dem anderen Außenanschluß der Gleichstromquelle sowie ein Schaltelement zwischen den anderen Seiten der Gleichstrommasclbinen aufweist und daß die Gleichstromsteller in Abhängigkeit vom Schaltvorgang des Schaltelements selbsttätigt gesteuert sind.According to the invention, this object is achieved by that the switching device for regenerative braking has a first diode between the other side of the first DC machine and one external connection of the DC power source, a second diode between the other side of the second DC machine and the other external connection of the direct current source and a switching element between the other sides the DC generator and that the DC chopper as a function of the switching process of the switching element are controlled automatically.

Für Gleichstrommaschinen mit Reihenschlußerregerwicklung weist die Schaltvorrichtung zweckmäßig eine Reihenschaltung eines weiteren Schaltelements und eines Anlaßwiderstandes parallel zu dem ersten Schaltelement auf.For DC machines with series excitation windings, the switching device expediently has a Series connection of a further switching element and a starting resistor in parallel with the first Switching element on.

Die Erfindung schafft eine Gleichstromsteuereinrichtung zum Umschalten zwischen zwei Schaltzuständen, welche den Verbraucherstrom nicht unterbricht Außerdem ist die Leistung in den beiden Schaltzuständen von 0 bis 50% und von' 50 bis 100% der gesamten Quellenspannung kontinuierlich steuerbar.The invention creates a direct current control device for switching between two switching states, which does not interrupt the consumer current. In addition, the power is in the two switching states of 0 to 50% and from 50 to 100% of the total source voltage continuously controllable.

Die ei-finJungsgemäße Gleichstromsteuereinrichtung ist in zwei Stufen schaltbar. Die beiden Leistungsstufen sind durch in ihnen vorgesehene Unterbrecher oder Zerhacker (Chopper) im Verhältnis ihrer Stromführung steuerbar. Der Umschaltvorgang zwischen den beiden Steuerstufen erfolgt mittels einer Schaltvorrichtung mit mindestens einer Diode und mindestens einem Schaltelement Das Stromführungsverhältnis der Zerhacker ist außerdem durch Ein- und Ausschalten des Schaltelements steuerbar.The direct current control device according to the invention can be switched in two stages. The two power levels are provided by interrupters or provided in them Chopper controllable in relation to their current flow. The switching process between the two Control stages take place by means of a switching device with at least one diode and at least one switching element. The current carrying ratio of the chopper can also be controlled by switching the switching element on and off.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. In der Zeichnung zeigtEmbodiments of the invention are shown in the drawing and will be described in more detail below described. In the drawing shows

F i g. 1 ein Schaltschicma einer bekannten Gleichstromsteuereinrichtung als Ausgangspunkt für die Erfindung,F i g. 1 shows a switching scheme of a known direct current control device as a starting point for the Invention,

Fig. la und Ib den Zünd- oder Stromführungszyklus der Zerhacker während des Betriebs der Schaltung nach Fig. 1,La and Ib show the ignition or current-carrying cycle the chopper during operation of the circuit of FIG. 1,

F i g. 2a und 2b die Schaltverbindungen bei Leistungssteuerung und bei Stromrückgewinnung bzw. Nutzbremsung gemäß der Erfiindung,F i g. 2a and 2b the switching connections for power control and for power recovery or regenerative braking according to the invention,

F i g. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Gleichstromsteucreinrichtung nach den F i g. 1 und la,F i g. 3 is a diagram for explaining the mode of operation of the direct current control device according to FIGS. 1 and la,

Fig.4 und 5 Ausführmngsformen der erfindungsgemäßen Einrichtung und4 and 5 embodiments of the device according to the invention and

F i g. 6 ein Diagramm zur Erläuterung der Stromrückgewinnung bei der Steuereinrichtung nach F i g. 4.F i g. 6 is a diagram to explain the power recovery in the control device according to FIG. 4th

In F i g. 1 der Zeichnung ist eine bekannte Gleichstromsteuereinrichtung für die Gleichstrommaschinen sines elektrischen Fahrzeugs gezeigt, die darüber hinaus Einzelheiten einer Schaltvorrichtung zum wahlweisen Reihen- und Parallelschalten der Gleichstrommaschinen und den Ausgangspunkt für die Erfindung bildet. Die Stromzufuhr in das System erfolgt mittels eines Scherenstromabnehmers 12 und einer Glättungsdrossel 13 aus einer Speiseleitung 11. Die über die Speiseleitung 11 zugeführte Energie v/ird durch eine Schaltung aus zwei in Reihe geschalteten Glättungskondensatoren 14a und 146 mit einem positiven Anschluß P₁ einemIn Fig. 1 of the drawing shows a known direct current control device for the direct current machines of his electric vehicle, which also forms details of a switching device for the optional series and parallel connection of the direct current machines and the starting point for the invention. The power is supplied to the system by means of a pantograph 12 and a smoothing choke 13 from a feed line 11. The energy supplied via the feed line 11 is provided by a circuit of two smoothing capacitors 14a and 146 connected in series with a positive terminal P ₁

negativen Anschluß N und einem Zwischenanschluß O in gleiche Hälften unterteilt Die drei Anschlüsse P, O und N kann man als Ausgangsanschlüsse einer Gleichstromquelle ansehen. Die Bezugsziffer 10 faßt diese Komponenten der Stromversorgungseinrichtung s des Systems zusammen.negative connection N and an intermediate connection O divided into equal halves. The three connections P, O and N can be viewed as output connections of a direct current source. The reference numeral 10 summarizes these components of the power supply device s of the system.

Zwischen dem positiven Anschluß P und dem Zwischenanschluß O liegt ein Gleichstromsteller 20a mit einem bekannten Zerhacker 21a und einer Diode 22a und mit einem Anschluß Qa an der Verbindungsstel-Ie dieser beiden Elemente. Zwischen dem negativen Anschluß N und dem Zwischenanschluß O liegt ein Gleichstromsteller 20έ», bestehend aus einer Reihenschaltung eines Zerhackers 21 b und einer Diode 226 und mit einem Anschluß Qb an der Verbindungsstelle zwischen Zerhacker 21b und Diode 22b. Der Zerhacker 21a und die Diode 22a sind so gepolt, daß Strom am Anschluß Qa abgegeben wird, während der Zerhacker 21 ύ und die Diode 226 so gepolt sind, daß Strom vom Anschluß Qb aufgenommen wird.Between the positive terminal P and the intermediate terminal O there is a DC chopper 20a with a known chopper 21a and a diode 22a and with a terminal Qa at the junction of these two elements. Between the negative terminal N and the intermediate terminal O is a DC chopper 20έ ", consisting of a series circuit of a chopper and a diode 21b and 226 with a terminal Qb at the junction between vibrator 21b and the diode 22b. Chopper 21a and diode 22a are polarized so that current is delivered at terminal Qa , while chopper 21 ύ and diode 226 are polarized so that current is drawn from terminal Qb .

Am Anschluß Qa liegt die eine Seite einer Teillast bzw. eines Stromverbrauchers, in der Figur als Gleichstrommaschine oder Motor 30a dargestellt. Am Anschluß Qb ist eine Gleichstrommaschine oder ein Motor 30b angeschlossen. Die andere Seite der Motoren 30a und 30b steht mit einer Schaltvorrichtung 40 in Verbindung. Diese enthält eine Diode 41 zwischen der anderen Seite der beiden Motoren 30a und 30b mit Durchlaßrichtung vom Motor 30a zum Motor 30b und zwei Schaltelemente 42a, 42b zwischen Motor 30b und positivem Anschluß P bzw. Motor 30a und negativem Anschluß N. One side of a partial load or a power consumer, shown in the figure as a DC machine or motor 30a, is connected to the connection Qa. A DC machine or motor 30b is connected to terminal Qb. The other side of the motors 30a and 30b is connected to a switching device 40. This contains a diode 41 between the other side of the two motors 30a and 30b with the forward direction from motor 30a to motor 30b and two switching elements 42a, 42b between motor 30b and positive terminal P or motor 30a and negative terminal N.

Nach Wunsch kann man die Schaltelemente und durch Thyristoren ersetzen, so daß die Schaltung keinerlei mechanische Kontakte aufweist.If desired, the switching elements and can be replaced by thyristors, so that the circuit has no mechanical contacts.

Bei Abschaltung beider Schaltelemente 42a, 42b sind die Motoren 30a und 30b über die Diode 41 in Reihe geschaltet. Diese Schaltung zeigt Fig.2a. Der Lastoder Verbraucherstrom fließt dann in Fig.2a in Richtung des ausgezogenen Pfeiles. (I) Bei eingeschaltetem Zerhacker 21a und offenem Zerhacker 21b Fließt der von der Gleichstromquelle 10 gelieferte Strom auf einem elektrischen Stromkreis vom positiven Anschluß Püber den Zerhacker 21a, den Motor 30a, die Diode 41, den Motor 30b, die Diode 22b und den Zwischenanschluß O. (H) Ist der Zerhacker 21b geschlossen und der Zerhacker 21a offen, so fließt der Strom auf einem Stromkreis aus dem Zwischenanschluß O, der Diode 22a, dem Motor 30a, der Diode 41, dem Motor 30b, dem Zerhacker 21b und dem negativen Anschluß N. (III) Wenn beide Zerhacker 21a und 21b eingeschaltet sind, fließt der Strom auf einem Stromkreis aus dem positiven Anschluß P, dem Zerhacker 21a, dem Motor 30a, der Diode 41, dem Motor 30b, dem Zerhacker 21b und dem negativen Anschluß /V. (IV) Wenn beide Zerhacker 21a und 21b offen sind, so wird den Motoren 30a und 30b kein Strom zugeführt, sondern der Motorstrom zirkuliert in einem Stromkreis aus der Diode 22a, dem Motor 30a, der Diode 41, dem Motor 30b und der Diode 22b. ,'0When both switching elements 42a, 42b are switched off, motors 30a and 30b are connected in series via diode 41. This circuit is shown in Fig.2a. The load or consumer current then flows in Fig. 2a in the direction of the solid arrow. (I) With the chopper 21a on and the chopper 21b open, the current supplied by the DC power source 10 flows on an electric circuit from the positive terminal P through the chopper 21a, the motor 30a, the diode 41, the motor 30b, the diode 22b and the intermediate terminal O. . is closed, the chopper 21b and (H) of the chopper 21a is open, the current flows on a circuit from the intermediate terminal O, the diode 22a, the motor 30a, the diode 41, the motor 30b, the vibrator 21b, and the negative terminal N. (III) When both choppers 21a and 21b are on, the current flows on a circuit composed of the positive terminal P, the chopper 21a, the motor 30a, the diode 41, the motor 30b, the chopper 21b and the negative terminal / V. (IV) When both choppers 21a and 21b are open, no current is supplied to the motors 30a and 30b, but the motor current circulates in a circuit composed of the diode 22a, the motor 30a, the diode 41, the motor 30b and the diode 22b . , '0

Diese vier oben beschriebenen Zustände der Schaltung erhält man, wenn die Zerhacker 21a und 21b in einem gemeinsamen Zyklus und mit einer Zeitdifferenz von der halben Periode der Zyklusdauer T, wie in den Fig. Ib und la schematisch dargestellt, ein- und ausgeschaltet werden. Man erhält somit gemäß F i g. Ib die Betriebsarten 1, II und IV, wenn das Verhältnis der Einschaltdauer ton, während der die Zerhacker eingeschaltet sind, zur Periodendauer Tdes Zyklus kleiner ist als V2 (d. h. '/2> toiJT). Für den Fall, daß das Verhältnis f<WTgrößer ist als '/2 (d.h. '/2< toiJT), erhält man die Betriebsarten I, II und III der Schaltung gemäß F i g. la. Da sich das Verhältnis der Dauer jeder der vier Betriebsarten zur Periodenzeit des Zyklus proportional dem Stromführungsverhältnis der Zerhacker 21a und 21b ändert, kann man die mittlere Speisespannung der Motoren 30a und 30b im Leistungsbereich von 0 bis 50% der gesamten Quellenspannung steuern.These four states of the circuit described above are obtained when the choppers 21a and 21b are switched on and off in a common cycle and with a time difference of half the period of the cycle duration T, as shown schematically in FIGS. 1b and 1a. According to FIG. Ib operating modes 1, II and IV if the ratio of the switch-on duration ton, during which the chopper is switched on, to the period duration T of the cycle is less than V2 (ie '/ 2> toiJT). In the event that the ratio f <WT is greater than '/ 2 (ie' / 2 < toiJT), the operating modes I, II and III of the circuit according to FIG. la. Since the ratio of the duration of each of the four operating modes to the period time of the cycle changes proportionally to the current carrying ratio of the chopper 21a and 21b, the average supply voltage of the motors 30a and 30b can be controlled in the power range from 0 to 50% of the total source voltage.

Bei Einschaltung der Schaltelemente 42a und 42b sind die Motoren 30a und 30b gemäß Fig.2b parallel geschaltet In diesem Fall wird die Diode 41 in Sperrichtung beansprucht und ein Kurzschluß der Stromquelle über den positiven Anschluß P, das Schaltelement 42a, das Schaltelement 42b und den negativen Anschluß N verhindert Der Verbraucherstrom fließt somit in Richtung der ausgezogenen Pfeile in F i g. 2b. (I) Ist der Zerhacker 21a allein eingeschaltet und der Zerhacker 21b abgeschaltet, so fließt der von der Stromquelle 10 gelieferte Strom auf einem elektrischen Stromkreis aus dem positiven Anschluß P, dem Zerhacker 21a, dem Motor 30a, dem Schaltelement 42b und dem negativen Anschluß N und in einem weiteren Stromkreis aus dem positiven Anschluß P, dem Schaltelement 42a, dem Motor 30b, der Diode 22b und dem Zwischenanschluß O. (II) Bei Einschaltung des Zerhackers 21b allein fließt der Strom auf zwei parallelen Stromkreisen, nämlich einmal dem Zwischenanschluß O, der Diode 22a, dem Motor 30a, dem Schaltelement 42b und dem negativen Anschluß N und zum andern über den positiven Anschluß P, das Schaltelement 42a, dem Motor 30b, den Zerhacker 21b und dem negativen Anschluß N. (III) Wenn die Zerhacker 21a und 21b gleichzeitig eingeschaltet sind, so fließt der Strom in zwei parallelen Stromkreisen, einmal über den positiven Anschluß P, den Zerhacker 21a, den Motor 30a, das Schaltelement 42b und den negativen Anschluß N und zum andern über den positiven Anschluß P, das Schaltelement 42a, den Motor 30b, den Zerhacker 21b und den negativen Anschluß N. (IV) Sind die Zerhacker 21a und 21b gleichzeitig abgeschaltet oder offen, so fließt der Strom über den positiven Anschluß P, das Schaltelement 42a, den Motor 30b, die Diode 22b, die Diode 22a, den Motor 30a, das Schaltelement 42b und den negativen Anschluß N. Die vier beschriebenen Betriebsarten wiederholen sich im Fall der Schaltung nach F i g. 2b. Die mittlere Speisespannung der Motoren 30a und 30b wird somit im Bereich von 50 bis 100% der Quellenspannung proportional dem Stromführungsverhältnis der Zerhakker 21a und 21b gesteuertDuring the switching of the switching elements 42a and 42b, the motors 30a and 30b according to Figure 2b in parallel In this case, the diode is claimed in the reverse direction 41 and a short circuit of the power source through the positive terminal P, the switching element 42a, the switching element 42b and the negative Connection N prevents the consumer current flowing in the direction of the solid arrows in FIG. 2 B. (I) When the chopper 21a alone is on and the chopper 21b is off, the current supplied from the power source 10 flows on an electric circuit from the positive terminal P, the chopper 21a, the motor 30a, the switching element 42b and the negative terminal N. and in a further circuit comprising the positive terminal P, the switching element 42a, the motor 30b, the diode 22b and the intermediate terminal O. (II) When the chopper 21b is switched on alone, the current flows on two parallel circuits, namely once the intermediate terminal O, the diode 22a, the motor 30a, the switching element 42b and the negative terminal N and on the other hand through the positive terminal P, the switching element 42a, the motor 30b, the chopper 21b and the negative terminal N. (III) When the choppers 21a and 21b are switched on at the same time, the current flows in two parallel circuits, once via the positive terminal P, the chopper 21a, the motor 30a, the switching element 42b and the negative terminal N and on the other hand via the positive terminal P, the switching element 42a, the motor 30b, the chopper 21b and the negative terminal N. (IV) If the chopper 21a and 21b are switched off or open at the same time, the current flows through the positive terminal P, the switching element 42a, the motor 30b, the diode 22b, the diode 22a, the motor 30a, the switching element 42b and the negative terminal N. The four operating modes described are repeated in the case of the circuit according to FIG. 2 B. The mean supply voltage of the motors 30a and 30b is thus controlled in the range from 50 to 100% of the source voltage proportionally to the current carrying ratio of the chopper 21a and 21b

Beim Ein- und Ausschalten der Schaltelemente 42a und 42b wird, da die Kommutierung des Stromes zwischen diesen Schaltelementen und der Diode 41 erfolgt, der durch die Motoren 30a und 30b fließende Strom nicht unterbrochen, so daß sich die elektrische Leistung kontinuierlich von Null auf die Quellenspannung steuern läßtWhen the switching elements 42a and 42b are switched on and off, the commutation of the current takes place between these switching elements and the diode 41 flowing through the motors 30a and 30b Current is not interrupted, so that the electrical power is continuously from zero to the source voltage controls

Bekanntlich tritt beim öffnen der Schaltelemente 42a und 42b eine wenn auch kleine Stromdifferenz zwischen den Motoren 30a und 30b auf. Wenn beispielsweise der durch das Schaltelement 42a und dem Motor 30b fließende Verbraucherstrom größer ist als derjenige durch das Schaltelement 42b und dem Motor 30a und wenn beide Schaltelemente 42a und 42b gleichzeitig öffnen, so kommutiert der durch den Motor 30a fließende Strom vom Schaltelement 42b auf die DiodeAs is known, occurs when the switching elements 42a open and 42b have a current difference, albeit a small one, between motors 30a and 30b. For example, if the consumer current flowing through the switching element 42a and the motor 30b is greater than that by the switching element 42b and the motor 30a and when both switching elements 42a and 42b at the same time open, the current flowing through the motor 30a commutates from the switching element 42b to the diode

41, während der durch den Motor 306 fließende Strom vom Schaltelement 42a nicht vollständig auf die Diode 41 übergeht. Infolge einer unzulässig großen Spannung am Schaltelement 42a fließt die Differenz der beiden Ströme in Form eines Lichtbogens zwischen den Kontaktstücken dieses Schaltelementes.41, while the current flowing through the motor 306 from the switching element 42a is not completely applied to the diode 41 passes. As a result of an impermissibly high voltage at the switching element 42a, the difference between the two flows Currents in the form of an arc between the contact pieces of this switching element.

Deshalb schaltet man. insbesondere bei Verwendung von Thyristoren als Schaltelemente, vorzugsweise Dioden zwischen das andere Ende des Motors 30a und den positiven Anschluß P und das andere Ende des Motors 306 und den negativen Anschluß N. Diese Dioden ermöglichen das Fließen des erwähnten Differenzstromes während einer kurzen Zeitspanne, in der die durch die Motoren 30a und 306 fließenden Ströme einander gleich werden, so daß die oben angedeutete Schaltspannung auf den Wert der Quellenspannung reduziert wird und ein Lichtbogen an den Schaltelementen nicht auftreten kann.That's why you switch. especially when using thyristors as switching elements, preferably diodes between the other end of the motor 30a and the positive terminal P and the other end of the motor 306 and the negative terminal N. the currents flowing through the motors 30a and 306 become equal to each other, so that the switching voltage indicated above is reduced to the value of the source voltage and an arc cannot occur at the switching elements.

Zur Vermeidung plötzlicher Änderungen der Verbraucherspannung ist gemäß F i g. 3 ein bestimmtes Verhältnis zwischen der Stromführungsrate λ der Zerhacker 21a und 21 6 der Ein-Aus-Schaltung der Schaltelemente 42a und 426, der zugeführten Verbraucherspannung Ex für die Motoren 30a und 306 und einem Steuersignal X für die Motoren 30 vorgesehen. Die Figur zeigt, daß das Stromführungsverhältnis λ der Zerhacker 21a und 21 b bei geöffneten Schaltelementen 42a und 426 allmählich von 0 auf 1 ansteigt, wodurch die Verbraucherspannung E_x von 0 auf 50% der Quellenspannung gesteuert wird. Gleichzeitig wird beim Einschalten der Schaltelemente 42a und 426, d. h. beim Schalten des Steuerbereiches der Verbraucherspannung, durch geeignete Steuereinrichtungen das Stromführungsverhältnis χ der Zerhacker 21a und 216 praktisch sofort von 1 auf 0 zurückgeschaltet. Danach steigt das Stromführungsverhältnis α der Zerhacker allmählich wieder von 0 auf 1 und steuert dadurch, während der Einschaltzeit der Schaltelemente 42a und 42b, die Verbraucherspannung Ex von 50 auf 100% der Quellenspannung. Die Verbraucherspannung ist somit kontinuierlich von 0 bis 100% der Quellenspannung steuerbar.To avoid sudden changes in the consumer voltage, according to FIG. 3 a certain ratio between the current conduction rate λ of the chopper 21a and 21 6 of the on-off circuit of the switching elements 42a and 426, the supplied consumer voltage Ex for the motors 30a and 306 and a control signal X for the motors 30 is provided. The figure shows that the current-carrying ratio λ of the chopper 21a and 21b by opening the switching elements 42a and 426 gradually increases from 0 to 1, whereby the load voltage E _x from 0 to 50% of the source voltage is controlled. At the same time, when the switching elements 42a and 426 are switched on, ie when the control range of the consumer voltage is switched, the current carrying ratio χ of the chopper 21a and 216 is almost immediately switched back from 1 to 0 by suitable control devices. Thereafter, the current carrying ratio α of the chopper gradually increases again from 0 to 1 and thereby controls the load voltage Ex from 50 to 100% of the source voltage during the switch-on time of the switching elements 42a and 42b. The consumer voltage can thus be continuously controlled from 0 to 100% of the source voltage.

Die Steuereinrichtungen für den Zerhacker 21a und 2ib in den Gleichstromstellern 20a und 206 in Abhängigkeit von der Arbeitsweise der Schaltelemente 42a und 42b gemäß F i g. 3 sind an sich bekannt. Die Steuerkennlinie gemäß F i g. 3 erhält man beispielsweise durch eine Schaltung mit einem Relais, das abhängig von der Ein- und Ausschaltung der Schaltelemente 42a und 42b geschaltet wird, oder durch ein Relais zum Ein- und Ausschalten der Schaltelemente 42a und 42b, das die Steuereinrichtungen für die Zerhacker 21a und 216 steuert The control devices for the chopper 21a and 2ib in the DC choppers 20a and 206 depending on the mode of operation of the switching elements 42a and 42b according to FIG. 3 are known per se. The control characteristic according to FIG. 3 is obtained, for example, by a circuit with a relay that is switched depending on the switching elements 42a and 42b being switched on and off, or by a relay for switching the switching elements 42a and 42b on and off, which controls the control devices for the chopper 21a and 216 controls

Fig.4 zeigt eine erfindungsgemäße Gleichstrom-Steuereinrichtung zur Stromrückgewinnung oder zur Nutzbremsung. Die Schaltung unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 durch die Schaltvorrichtung 40/ und die Lage der Gleichstromsteller 20a and 206 mit den Motoren 30a und 306.4 shows a direct current control device according to the invention for power recovery or regenerative braking. The circuit is different from that of Fig. 1 by the switching device 40 / and the location of the DC chopper 20a and 206 with the Motors 30a and 306.

Die Schaltvorrichtung 40' umfaßt ein Schaltelement 44 and !Moden 45a und 456 und den positiven Anschluß P bzw. den negativen Anschluß N. Die Diode 45a ist so gepolt, 4sä der Strom vom Motor 30a zum positiven Anschluß P fließen kann, während die Diode 456 so gepok ist, daß der Strom vom negativen Anschluß M zum Motor 306 fließt Ebenso wie die Schaltelement«: 42a und 426 in Fi g. 1 kann auch das Schaltelement 44 zur Vermeidung jeglicher mechanischer Kontakte:The switching device 40 'includes a switching element 44 and! Modes 45a and 456 and the positive terminal P and the negative terminal N. The diode 45a is polarized, 4sä the current can flow from the motor 30a to the positive terminal P, while the diode 456 is pok so that the current flows from the negative terminal M to the motor 306, as do the switching elements 42a and 426 in FIG. 1, the switching element 44 can also be used to avoid any mechanical contact:

durch einen nicht gezeigten Thyristor ersetzt weiden.replaced by a thyristor, not shown.

in Fig. 1 liegt der Gleichstromsteller 20a zwischen dem positiven Anschluß P und dem Zwischenanschluß O. In F i g. 4 dagegen ist der Gleichstromsteller :20a der Schaltung zwischen dem Zwischenanschluß O und dem negativen Anschluß N angeordnet. Während in Fig. 1 der Gleichstromsteller 206 zwischen dem Zwischenanschluß O und dem negativen Anschluß N liegt, befindet sich bei der vorliegenden Ausführungsform derIn FIG. 1, the DC chopper 20a is located between the positive terminal P and the intermediate terminal O. In FIG. 4, on the other hand, the DC chopper: 20a of the circuit is arranged between the intermediate connection O and the negative connection N. While the DC chopper 206 is located between the intermediate connection O and the negative connection N in FIG. 1, FIG. 1 is located in the present embodiment

ίο Gleichstromsteller 206 zwischen dem positiven Anschluß P und dem Zwischenanschluß O. Die Anordnung der Gleichstromsteller 20a und 206 ist somit vertauscht Der geschilderte unterschiedliche Aufbau ergibt sich daraus, daß die Schaltung nach Fi g. 1 zur Gleichstromleistungssteuerung vorgesehen ist, während die Schaltung nach Fig.4 eine Gleichstromsteuerschaltung zur Stromrückgewinnung ist. Im übrigen stimmen die Schaltungen nach F i g. 1 und F i g. 4 überein. So kann die Schaltung nach F i g. 1 ohne weiteres mittels geeigneter Schahelemente in die Schaltung nach Fig.4 modifiziert werden, so daß man sowohl eine normale Strom- oder Leistungssteuerung als auch eine Steuerung bei Stromrückgewinnung mit der Schaltung erreichen kann.ίο DC chopper 206 between the positive terminal P and the intermediate connection O. The arrangement of the DC chopper 20a and 206 is thus interchanged. The different structure described results from the fact that the circuit according to Fi g. 1 is provided for direct current power control, while the circuit of Figure 4 is a direct current control circuit for power recovery. Otherwise, the circuits are correct according to FIG. 1 and F i g. 4 match. The circuit according to FIG. 1 can easily be modified by means of suitable shah elements in the circuit according to FIG. 4, so that both normal current or power control and control during current recovery can be achieved with the circuit.

Bei eingeschaltetem Schaltelement 44 der Schaltvorrichtung 40' sind die Motoren 30a und 306 gemäß F i g. 2a über die nach F i g. 4 gepolten Dioden 45a und 456 in Reihe geschaltet. Der von den Motoren 30a und 306 erzeugte Strom fließt somit in Richtung des gestrichelten Pfeiles in F i g. 2a. Die Zerhacker 21a und 216 werden ebenso wie bei der Schaltung nach Fi g. 1 gesteuert und ermöglichen dadurch die beschriebenen vier Betriebsarten der Schaltung. Dadurch wird die mittlere elektrische Spannung am AusgangsanschlußWhen the switching element 44 of the switching device 40 'is switched on, the motors 30a and 306 are shown in FIG F i g. 2a about the according to F i g. 4 polarized diodes 45a and 456 connected in series. Of the motors 30a and The current generated 306 thus flows in the direction of the dashed arrow in FIG. 2a. The choppers 21a and 216 are just like in the circuit according to Fi g. 1 controlled and thereby enable the described four modes of operation of the circuit. This is the mean electrical voltage at the output terminal

Qb entsprechend dem Stromführungsverhältnis des Zerhackers 216 in der oberen Hälfte der gesamten Quellenspannung gesteuert, während die mittlere elektrische Spannung am Ausgangsanschluß Qa entsprechend dem Stromführungsverhältnis des Zerhak- Qb is controlled in accordance with the current carrying ratio of the chopper 216 in the upper half of the total source voltage, while the average electrical voltage at the output terminal Qa is controlled in accordance with the current carrying ratio of the chopping

kers 21a in der unteren Hälfte der Quellenspannung gesteuert wird. Die Spannung an den Ausgangsanschlüssen Qa unf Qb ändert sich somit im gesamten Bereich von 0 bis 100% der Quellenspannung. Die bei Rückgewinnung auftretende Spannung wird somit imkers 21a is controlled in the lower half of the source voltage. The voltage at the output connections Qa and Qb thus changes in the entire range from 0 to 100% of the source voltage. The voltage occurring during recovery is thus in the

Bereich von 0 bis 50% der Gesamtspannung an jedem der in Reihe geschalteten Motoren 30a und 306 gesteuert.Range from 0 to 50% of the total voltage on each of the series connected motors 30a and 306 controlled.

Bei ausgeschaltetem Schaltelement 44 sind die Motoren 30a und 306 über die Dioden 45a und 456 gemäß Fig.2b parallel geschaltet Da die Dioden 45a und 456 den Stromfluß ermöglichen, fließt der in den Motoren 30a und 306 erzeugte Strom in Richtung der gestrichelten Pfeile in Fig.2b, Die von jedem der Motoren 30a und 306 in diesem Fafl erzeugteWhen the switching element 44 is switched off, the motors 30a and 306 are connected via the diodes 45a and 456 connected in parallel according to FIG. 2b. Since the diodes 45a and 456 enable the flow of current, it flows into the Motors 30a and 306 generated power in the direction of the dashed arrows in Fig.2b, taken from each of the Motors 30a and 306 produced in this fafl

elektromotorische Kraft beträgt somit 50% oder mehr der Gesamtspannung der Gleichstromquelle.electromotive force is thus 50% or more of the total voltage of the DC power source.

Unter diesen Umständen wird der Motor 306 von einer Spannung gesteuert, die gleich ist der Summe der ungesteuerten Komponente der Spannung te derUnder these circumstances, the motor 306 is controlled by a voltage equal to the sum of the uncontrolled component of the voltage te the

unteren Hälfte der Quellenspanming und der gesteuerten Komponente der Spannungin deroberenHalfteder Quellenspannung, ©er Motor 30a wirf gesteuert von emer Sapnnung, die die Summe fet der angesteuerten Komponente der Spannung in der oberen fünfte derlower half of the source tension and the controlled component of tension in the upper half of the Source voltage, controlled by the motor 30a emer voltage, which is the sum of the controlled component of the voltage in the upper fifth of the

QnelIeiispaiinuiigOTddergesteaerteiiKoTiq>oiieB«ederQnelIeiispaiinuiigOTddergesteaerteiiKoTiq> oiieB «eder

Zur Umschaltung der Anordnunga diejenige nach Fig.2b ist lediglich in demTo switch the arrangement a that of Figure 2b is only in that

dem die gesamte elektromotorische Kraft der Motoren 30a und 30b gleich der halben Gesamtspannung wird, das Schaltelement 44 unverzüglich einzuschalten. Ein- und Ausschalten des Schaltelementes 44 und die Veränderung des Stromführungsverhältnisses der Zerhacker 21a und 21b erfolgen gemäß Fig.6. Das Stromführungsverhältnis «' der Zerhacker 21a und 21 b geht während der Einschaltung des Schaltelementes 44 allmählich von 1 nach 0 zurück, wodurch die Verbraucherspannung £30 von 0 auf 50% der Quellenspannung gesteuert wird. Bei Steuerung der Stromrückgewinnung steigt die Motorspannung an, wenn das Stromführungsverhältnis a! der Zerhacker 21a und 21/? zurückgehe. Beim Ausschalten des Schaltelementes 44, d. h. beim Schalten des Steuerbereiches der Verbraucherspannung, wird das Stromführungsverhältnis λ' der Zerhacker 21a und 21 b durch geeignete Steuereinrichtung, wie sie bereits bei Fig. 3 erwähnt wurden, praktisch sofort von 0 auf 1 verstellt. Danach geht das Stromführungsverhältnis der Zerhacker allmählich wieder von 1 nach 0 zurück, wodurch die Last- oder Verbraucherspannung £30 während der Zeit, in der das Schaltelement 44 offen ist, von 50 auf 100% der gesamten Quellenspannung geht. Man erreicht dadurch eine kontinuierliche Spannungssteuerung gemäß der strichpunktierten Linie £30 in Fig. 6. Die SpannungssieueYbereiche der Motoren 30a und 30b werden somit kontinuerlich übertragen.which the total electromotive force of the motors 30a and 30b becomes equal to half the total voltage, the switching element 44 is turned on immediately. Switching the switching element 44 on and off and changing the current-carrying ratio of the chopper 21a and 21b takes place according to FIG. The current-carrying ratio "'of the chopper 21a and 21 b go during the switching of the switching element 44 gradually decreases from 1 to 0 back, thereby controlling the load voltage £ 30 from 0 to 50% of the source voltage. When the power regeneration is controlled, the motor voltage increases when the current carrying ratio a! the chopper 21a and 21 /? go back. When turning off the switching element 44, that is, when shifting the control range of the load voltage, the current conduction ratio of the chopper is λ '21a and 21b by suitable control means, as mentioned already in Fig. 3, almost immediately adjusted from 0 to 1. Thereafter, the current carrying ratio of the chopper gradually goes back from 1 to 0, whereby the load or consumer voltage £ 30 goes from 50 to 100% of the total source voltage during the time in which the switching element 44 is open. This achieves a continuous voltage control according to the dash-dotted line £ 30 in FIG. 6. The voltage signal ranges of the motors 30a and 30b are thus transmitted continuously.

Da der über das Schaltelement 44 fließende Lastoder Verbraucherstrom automatisch kommutieren und über die Dioden 45a und 45b fließen kann und umgekehrt, wird beim öffnen und Schließen des Schaltelementes 44 die elektrische Verbindung zwischen den Schaltungszuständen stufenlos verändert, während der Verbraucherstrom kontinuierlich fließt.Since the load or consumer current flowing via the switching element 44 can automatically commutate and flow via the diodes 45a and 45b and vice versa, the electrical connection between the switching states is continuously changed when the switching element 44 is opened and closed, while the consumer current flows continuously.

F i g. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Gleichstromsteuereinrichtung zur Stromrückgewinnung. Im Unterschied zur Schaltung nach F i g. 4 sind in F i g. 5 selbsterregte Reihenschlußmotoren vorgesehen, mit je einer Reihenschaltung eines Ankers 31a bzw. 31b und einer Feldwicklung 32a bzw. 32b. Über entsprechende Dioden 33a und 336 sind die Schaltungspunkte zwischen dem Anker 31a und der Feldwicklung 32a sowie zwischen dem Anker 31b und der Feldwicklung 32b mit dem negativen Anschluß N bzw. Pverbunden.F i g. 5 shows another embodiment of a direct current control device for power recovery. In contrast to the circuit according to FIG. 4 are shown in FIG. 5 self-excited series motors are provided, each with a series connection of an armature 31a or 31b and a field winding 32a or 32b. The circuit points between the armature 31a and the field winding 32a and between the armature 31b and the field winding 32b are connected to the negative terminal N and P via corresponding diodes 33a and 336.

Ein weiterer Unterschied liegt in der Schaltvorrichtung 40". Insbesondere ist parallel zum Schaltelement 44 eine Reihenschaltung aus einem weiteren Schaltelement 46 und einem Anlaßwiderstand 47 vorgesehen.Another difference lies in the switching device 40 ″. In particular, it is parallel to the switching element 44 a series circuit comprising a further switching element 46 and a starting resistor 47 is provided.

Außerdem weist die Schaltung nach F i g. 5 zwei Strombegrenzungsdrosseln 34a und 34b zwischen dem Anker 31a und der Diode 45a bzw. dem Anker 31 bund dem Anker 45bauf. Im übrigen stimmt die Schaltung mit derjenigen nach F i g. 4 überein.In addition, the circuit according to FIG. 5 two current limiting chokes 34a and 34b between the armature 31a and the diode 45a or the armature 31 and the armature 45bauf. Otherwise, the circuit agrees with that according to FIG. 4 match.

Das Anlassen der Reihenschlußmotoren erfolgt in Reihenschaltung gemäß Fig.2a, da die zum Anlassen der Reihenschlußmotoren erforderliche elektromotorische Kraft zu Beginn der Nutzbremsung nicht vorhanden ist. Sobald ein Strom fließt und eine elektromotorische Kraft auftritt, steigt die Spannung des selbsterregten Reihenschlußmotors steil an. Umgekehrt muß beim Betrieb mit hoher Drehzahl und großer elektromotorischer Kraft mit Rücksicht auf die Spannung gemäß Fig. 2b geschaltet werden. Der Reihenschlußmotor muß somit aus der Schaltung gemäß Fig.2a in diejenige nach Fig.2b gebracht werden. Die Zunahme der elektromotorischen Kraft erfolgt bei einem selbsterregten Reihenschlußmotor äußerst schnell, so daß es praktisch unmöglich ist, die Umschaltung zwischen den beiden Schaltungen beim Anstieg der elektromotorischen Kraft beispielsweise unter Verwendung des Schaltelementes 44 allein auszuführen.The starting of the series motors takes place in series connection according to Fig. 2a, since the starting the series motors do not require electromotive force at the beginning of regenerative braking is available. As soon as a current flows and an electromotive force occurs, the voltage increases of the self-excited series motor increases steeply. Conversely, when operating at high speed and large electromotive force can be switched with regard to the voltage according to FIG. 2b. Of the A series motor must therefore be moved from the circuit according to FIG. 2a to that according to FIG. 2b will. The increase in the electromotive force occurs in a self-excited series motor extremely fast, making it practically impossible to switch between the two circuits when Increase in the electromotive force, for example, using the switching element 44 alone to execute.

Die Gleichstromsteuervorrichtung zur Nutzbremsung gemäß F i g. 5 vermeidet diese Schwierigkeit. Zum Einleiten der Nu'zbremsung wird das Schaltelement 46 geschlossen und das Schaltelement 44 geöffnet, so daß die Verbraucher über den Widerstand 47 gemäß F i g. 2a in Reihe geschaltet sind. Ebenso wie in der Schaltung gemäß den F i g. 1 und 4 werden die Zerhacker 21a und 21 b der Stromsteuervorrichtungen 20a und 20b in ihrem Siromführungsverhältnis gesteuert, so daß man einen stabilen Motorstrom erhält.The DC control device for regenerative braking according to FIG. 5 avoids this difficulty. To initiate the emergency braking, the switching element 46 is closed and the switching element 44 is opened, so that the consumers via the resistor 47 according to FIG. 2a are connected in series. Just as in the circuit according to FIGS. 1 and 4, the vibrator 21a and 21b of the power control devices 20a and 20b are controlled in their Siromführungsverhältnis, so as to obtain a stable motor current.

Sobald die Spannung der Motoren 30a und 30b 50 oder mehr % der gesamten Quellenspannung erreicht, wird das Schaltelement 46 geöffnet, so daß sich die Schaltung gemäß F i g. 2b ergibt. Wenn dagegen die Spannung der Motoren 30a und 30b unter 50% der gesamten Quellenspannung absinkt, wird das Schaltelement 44 geschlossen, so daß man die Schaltung nachAs soon as the voltage of motors 30a and 30b reaches 50% or more of the total source voltage, the switching element 46 is opened, so that the circuit according to FIG. 2b results. If, on the other hand, the The voltage of the motors 30a and 30b drops below 50% of the total source voltage, the switching element 44 closed so that you can follow the circuit

45 F i g. 2a erhält.45 Fig. 2a receives.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen «09553/213 4 sheets of drawings «09553/213

Claims

Patent claims:

1. Gleichstromsteuereinrichtung für GIeichstrommaschinen an einer Gleichstromquelle mit einem s Zwischenanschluß und zwei Außenanschlüssen, mit jeweils einem Gleichstromsteller bestehend aus der Reihenschaltung eines Zerhackers und einer Diode zwischen dem Zwischenanschluß und den Außenanschlüssen und zwei mit einer Seite jeweils an den Verbindungspunkt zwischen Zerhacker und Diode eines Gleichstromstellers angeschlossenen Gleichstrommaschinen, wobei die beiden anderen Seiten der Gleichstrommaschinen über eine Schaltvorrichtung zum wahl weisen Reihen- und Parallelschalten der Gleichstrommaschinen mit den Außenanschlüssen der Gleichstromquelle verbunden sind und die Zerhacker der Gleichstromsteller jeweils direkt mit dem Zwischenanschluß der Gleichstromquelle verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (40', 40") zur Nutzbremsung eine erste Diode (45a) zwischen der anderen Seite der ersten Gleichstrommaschine (3Oa^ und dem einen Außenanschluß (P) der Gleichstromquelle, eine zweite Diode (45b) zwischen der anderen Seite der zweiten Gleichstrommaschine (306; und dem anderen Außenanschluß (N) der Gleichstromquelle sowie ein Schaltelement (44) zwischen den anderen Seiten der Gleichstrommaschinen aufweist und daß die Gleichstromsteller (20a, 2Hb) in Abhängigkeit vom Schaltvorgang des Schaltelements (44) selbsttätig gesteuert sind.1. DC control device for DC machines on a DC source with an intermediate connection and two external connections, each with a DC power controller consisting of a series connection of a chopper and a diode between the intermediate connection and the external connections and two with one side each at the connection point between the chopper and the diode of a DC power controller connected DC machines, the other two sides of the DC machines being connected to the external connections of the DC power source via a switching device for the optional series and parallel connection of the DC power machines and the chopper of the DC power controller are each connected directly to the intermediate connection of the DC power source, characterized in that the switching device (40 ', 40 ") for regenerative braking a first diode (45a) between the other side of the first DC machine (3Oa ^ and the one external connection (P) of the DC voltage lle, a second diode (45b) between the other side of the second DC machine (306; and the other external connection (N) of the direct current source as well as a switching element (44) between the other sides of the direct current machines and that the direct current controllers (20a, 2Hb) are automatically controlled as a function of the switching process of the switching element (44).

2. Einrichtung nach Anspruch 1 für Gleichstrommaschinen mit Reihenschlußerregerwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (40") eine Reihenschaltung eines weiteren Schaltelements (46) und eines Anlaßwiderstandes (47) parallel2. Device according to claim 1 for DC machines with series excitation winding, characterized in that the switching device (40 ") a series connection of a further switching element (46) and a starting resistor (47) in parallel zu dem ersten Schaltelement (44) aufweistto the first switching element (44)