KOERNER OLAF (DE)
FUCHS ANDREAS (DE)
KOERNER OLAF (DE)
JPS59230477A | 1984-12-25 | |||
DE10210164A1 | 2003-09-18 |
Patentansprüche
1. Dieselelektrisches Antriebssystem mit einem permanent er ¬ regten Synchrongenerator (4), der läuferseitig mit einem Die- selmotor (2) mechanisch gekoppelt und ständerseitig mit einem Spannungszwischenkreis-Umrichter (6) verbunden ist, der gene- rator- und lastseitig jeweils einen selbstgeführten Pulsstromrichter (12, 14) aufweist, die gleichspannungsseitig mittels eines Gleichspannungs-Zwischenkreises (18) miteinan- der verknüpft sind, und mit einem Bremswiderstand, dadurch gekennzeichnet, dass als Bremswiderstand eine mehrphasige Bremswiderstandsanordnung vorgesehen ist und dass diese mehrphasige Bremswiderstandsanordnung mittels einer mehrphasigen Schaltvorrichtung (32) elektrisch in Reihe zum mehrphasigen Ständerwicklungssystem (74) des permanent erregten Synchrongenerators (4) schaltbar ist.
2. Dieselelektrisches Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Wicklung (78, 80, 82) des mehrphasigen Ständerwicklungssystems (74) des permanent er ¬ regten Synchrongenerators (4) und ein Bremswiderstand (34, 36, 38) der mehrphasigen Bremswiderstandsanordnung elektrisch in Reihe schaltbar sind und dass die mehrphasige Schaltvor ¬ richtung (32) zwei Trenner aufweist, die einerseits jeweils mit einem Verknüpfungspunkt (86, 88) eines Bremswiderstandes (34, 36) mit einer Wicklung (80, 82) des mehrphasigen Ständerwicklungssystems (74) des permanent erregten Synchrongene ¬ rators (4) und andererseits miteinander verbunden sind, und dass dieser gemeinsame Verknüpfungspunkt (90) der beiden Trenner mit einem Verknüpfungspunkt (84) eines Bremswider ¬ standes (38) mit einer Wicklung (78) des mehrphasigen Ständerwicklungssystems (74) des permanent erregten Synchrongene ¬ rators (4) verknüpft ist.
3. Dieselelektrisches Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Wicklung (78, 80, 82) des mehrphasigen Ständerwicklungssystems (74) des permanent er ¬ regten Synchrongenerators (4) mit einem Bremswiderstand (34, 36, 38) der mehrphasigen Bremswiderstandsanordnung elektrisch in Reihe geschaltet sind und dass die mehrphasige Schaltvor ¬ richtung (32) drei Kurzschließer aufweist, die jeweils elekt ¬ risch parallel zu einem Bremswiderstand (34, 36, 38) der dreiphasigen Bremswiderstandsanordnung geschaltet sind.
4. Dieselelektrisches Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Wicklungen (78, 82) des mehrphasigen Ständerwicklungssystems (74) des permanent er- regten Synchrongenerators (4) mit einem Bremswiderstand (34, 38) der mehrphasigen Bremswiderstandsanordnung elektrisch in Reihe geschaltet sind, und dass die mehrphasige Schaltvor ¬ richtung (32) zwei Kurzschlüsse aufweist, die jeweils einem Bremswiderstand (34, 38) der dreiphasigen Bremswiderstandsan- Ordnung elektrisch parallel geschaltet sind.
5. Dieselelektrisches Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wicklung (80) des mehrphasigen Ständerwicklungssystems (74) des permanent erregten Synchron- generators (4) mit einem Bremswiderstand (36) der mehrphasi ¬ gen Bremswiderstandsanordnung elektrisch in Reihe geschaltet sind, und dass die Schaltvorrichtung (32) einen Kurzschließer aufweist, der diesem Bremswiderstand (36) elektrisch parallel geschaltet ist.
6. Dieselelektrisches Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Wicklung (78, 80, 82) des mehrphasigen Ständerwicklungssystems (74) des permanent er ¬ regten Synchrongenerators (4) mit einem Bremswiderstand (34, 36, 38) der mehrphasigen Bremswiderstandsanordnung elektrisch in Reihe geschaltet sind und dass ein mehrphasiger Leistungs ¬ schalter (40) elektrisch parallel zu diesen Bremswiderständen (34, 36, 38) geschaltet sind.
7. Dieselelektrisches Antriebssystem Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremswiderstände (34, 36, 38) der mehrphasigen Bremswiderstandsanordnung elektrisch in Stern geschaltet sind.
8. Dieselelektrisches Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremswiderstände (34, 36, 38) der mehrphasigen Bremswiderstandsanordnung elektrisch in Reihe geschaltet sind. |
Beschreibung
Dieselelektrisches Antriebssystem mit einem permanent erreg- ten Synchrongenerator
Die Erfindung bezieht sich auf ein dieselelektrisches An ¬ triebssystem gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein gattungsgemäßes Antriebssystem ist der Veröffentlichung mit dem Titel "Energy Efficient Drive System for a Diesel E- lectric Shunting Locomotive", von Olaf Koerner, Jens Brand und Karsten Rechenberg, abgedruckt im Konferenzband "EPE'2005", der EPE-Konferenz in Dresden vom 11.-14.09.2005 zu entnehmen. In dieser Veröffentlichung werden zwei dieselelektrische Antriebssysteme mit einem permanent erregten Syn ¬ chrongenerator einander gegenüber gestellt. Diese beiden Antriebssysteme unterscheiden sich nur darin, dass der genera- torseitige Stromrichter des Spannungszwischenkreis-Umrichters einmal ein Diodengleichrichter und das andere Mal ein selbst ¬ geführter Pulsstromrichter ist. In dieser Veröffentlichung wird der selbstgeführte Pulsstromrichter als IGBT-Gleich- richter bezeichnet. Bei beiden Antriebssystemen ist ein Bremswiderstand mit dem Zwischenkreis des Spannungszwischen- kreis-Umrichters verbindbar. Dazu ist ein abschaltbarer Thyristor vorgesehen, der auch als Gate Turn Off-Thyristor (GTO- Thyristor) bezeichnet wird. Mittels diesem Pulswiderstand wird die Gleichspannung im Zwischenkreis des Spannungszwischenkreis-Umrichters im Bremsbetrieb, das heißt, die Last, insbesondere eine Drehfeldmaschine, liefert Energie in den Zwischenkreis, dafür gesorgt, dass eine maximal zulässige Zwischenkreis-Spannung nicht überschritten wird. Ein Teil dieser Bremsleistung wird dazu verwendet, das Schleppmoment des leer laufenden Dieselmotors auszugleichen. Nachteilig wirkt sich aus, dass für den Bremssteiler ein weiterer Stromrichter-Brückenzweig verwendet werden muss und die zusätzli ¬ che Verschienung dieses Bremsstellers mit der Zwischenkreis- Verschienung erfolgen muss. Dabei ist darauf zu achten, dass
der Bremssteiler niederinduktiv angeschlossen werden sollte. In Abhängigkeit des Bremsmoments kann es vorkommen, dass wei ¬ tere Stromrichter-Brückenzweige für den Bremssteiler verwen ¬ det werden müssen, die elektrisch parallel geschaltet werden. Außerdem wird eine Steuervorrichtung für den abschaltbaren
Thyristor benötigt. Ferner weist der als Bremssteiler verwendete abschaltbare Thyristor ein aufwändiges Beschaltungsnetz- werk auf, das entsprechend Platz benötigt.
Aus der DE 102 10 164 Al ist eine Vorrichtung zur mehrfachen Gleichrichtereinspeisung eines permanent erregten Synchronmotors in einer Kraftanlage bekannt. Dieser permanent erregte Synchrongenerator weist zwei mehrphasige Ständerwicklungssys ¬ teme auf, die in ihrer Windungszahl unterschiedlich ausge- führt sind. Das eine Wicklungssystem ist an einem gesteuerten Gleichrichter, z.B. einem IGBT-Gleichrichter, angeschlossen. Dieser gesteuerte Gleichrichter hat die Aufgabe, den perma ¬ nent erregten Synchrongenerator bezüglich Leistungsabgabe und somit Drehzahl zu regeln. Dazu fließt im Bereich kleiner Drehzahlen Strom und somit die elektrische Leistung aus ¬ schließlich über dieses Wicklungssystem und damit über den gesteuerten Gleichrichter, der an einem Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen ist. Das zweite Wicklungssystem ist an einem ungesteuerten Gleichrichter, beispielsweise einer mehrpulsigen Diodenbrücke, angeschlossen, der ebenfalls an den gleichen Gleichspannungszwischenkreis wie der gesteuerte Gleichrichter angeschlossen ist. Ist die verkettete (d.h. Phase zu Phase) Rotationsspannung (auch als Polradspannung bezeichnet) größer als die Zwischenkreisspannung des Gleich- spannungszwischenkreises, kann im zweiten Wicklungssystem ein Strom fließen, der über den ungesteuerten Gleichrichter auf den Gleichspannungszwischenkreis gleichgerichtet wird. Dabei kann durch die magnetische Kopplung zwischen dem ersten und zweiten Wicklungssystem der Strom im zweiten Wicklungssystem durch den Strom im ersten Wicklungssystem, der durch den aktiven Gleichrichter (gesteuerter Gleichrichter) geregelt wird, in Amplitude und Phasenlage beeinflusst werden. Dies bedeutet, dass mit Hilfe des gesteuerten Gleichrichters auch
der Strom in dem Wicklungssystem des ungesteuerten Gleichrichters zu einem gewissen Grad geregelt werden kann. Die Wirkleistungsübertragung dieser Vorrichtung wird hauptsächlich vom ungesteuerten Gleichrichter übernommen, damit der gesteuerte Gleichrichter in seiner Leistung klein dimensioniert und damit kostengünstig wird. Mit Hilfe dieses gesteu ¬ erten Gleichrichters, der allgemein auch als selbstgeführter Pulsstromrichter bezeichnet wird, wird der stark übererregte Betrieb des permanent erregten Synchrongenerators vermieden. Außerdem werden Harmonische im Generatormoment, die durch den ungesteuerten Gleichrichter verursacht werden, kompensiert.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das gattungsge ¬ mäße dieselelektrische Antriebssystem dahingehend zu verbes- sern, dass auf einen zusätzlichen Bremssteiler verzichtet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 in Verbindung mit den Merkmalen seines Oberbegriffs gelöst.
Dadurch, dass als Bremswiderstand eine mehrphasige Bremswi- derstandsanordnung vorgesehen ist, die mittels einer mehrphasigen Schaltvorrichtung elektrisch in Reihe zum mehrphasigen Ständerwicklungssystem des permanent erregten Synchrongenerators schaltbar ist, wird kein zusätzlicher Bremssteiler mehr benötigt. Der Bremsstrom wird mittels des generatorseitigen selbstgeführten Pulsstromrichters des Spannungszwischenkreis- Umrichters gesteuert. Wird zum Bremsen die mehrphasige Brems- Widerstandsanordnung mittels der mehrphasigen Schaltvorrichtung elektrisch in Reihe zum mehrphasigen Ständerwicklungssystem des permanent erregten Synchrongenerators geschaltet, so wird dieser Synchrongenerator bei maximaler Bremsleistung (max. Bremsstrom) nahezu kurzgeschlossen betrieben. Bei aus- reichender Längsinduktivität überschreitet der Dauerkurz ¬ schlussstrom den Nennstrom dieses permanent erregten Synchrongenerators nur ein wenig. Dieser Dauerkurzschlussstrom fließt durch die in Serie geschalteten Bremswiderstände der
mehrphasigen Bremswiderstandsanordnung, wodurch die benötigte Bremsleistung dissipiert wird. Durch den fast gänzlich kurzgeschlossenen permanent erregten Synchrongenerator im Bremsbetrieb stellt eine generierte Stromrichter-Eingangsspannung des generatorseitigen selbstgeführten Pulsstromrichters des Spannungszwischenkreis-Umrichters an den Klemmen der mehrpha ¬ sigen Bremswiderstandsanordnung zur Verfügung, um den Bremsstrom zu treiben.
Da der Kurzschlussstrom des permanent erregten Synchrongene ¬ rators zwischen Leerlaufdrehzahl und Nenndrehzahl des Dieselmotors annähernd konstant ist, kann im Bremsbetrieb die Die ¬ selmotordrehzahl frei gewählt werden. Die Eisenverluste des permanent erregten Synchrongenerators im Bremsbetrieb sind infolge des feldschwächenden Kurzschlussstromes sehr gering. Die der Drehzahl des Dieselmotors entsprechenden Schleppverluste können vom permanent erregten Synchrongenerator mit einer kleinen, positiven drehmomentbildenden Stromkomponente des Stromrichtermotors ausgeglichen werden. Dadurch kann der Dieselmotor ohne Kraftstoffeinspritzung im elektrischen Bremsen laufen.
Wie die Bremswiderstände der mehrphasigen Bremswiderstandsanordnung elektrisch in Reihe zu Wicklungen des mehrphasigen Ständerwicklungssystems des permanent erregten Synchrongene ¬ rators geschaltet werden können, ist den Unteransprüchen 2 bis 5 zu entnehmen.
Bei einer ersten Ausführungsform wird die Serienschaltung ei- nes Bremswiderstandes der mehrphasigen Bremswiderstandsanord ¬ nung mit einer Wicklung des mehrphasigen Ständerwicklungssystems dadurch erreicht, dass ein Sternpunkt des permanent er ¬ regten Synchrongenerators aufgehoben wird. Der Sternpunkt wird im Generatorbetrieb durch zwei Trenner hergestellt, die stromlos bei gesperrtem Spannungszwischenkreis-Umrichter geschaltet werden. Dies kann auch bei Nenndrehzahl des Dieselmotors geschehen, da ein untererregter Betrieb des permanent erregten Synchrongenerators vorliegt und der Dieselgenerator
auch bei voller Drehzahl nicht über die Freilaufdioden des generatorseitigen selbstgeführten Pulsstromrichters des gesperrten Spannungszwischenkreis-Umrichters in den Zwischen ¬ kreis speisen kann. Dadurch kann von maximaler Dieselgenera- torleistung bei Nenndrehzahl in den Bremsbetrieb übergegangen werden, ohne dass der Dieselmotor im Leerlauf sein muss. Durch das Auftrennen des Sternpunktes liegt dann bei kurzge ¬ schlossenem permanent erregten Synchrongenerator nahezu die gesamte Stromrichter-Eingangsspannung des Spannungszwischen- kreis-Umrichters an den Widerstandsklemmen der Widerstände der mehrphasigen Bremswiderstandsanordnung an. Damit mittels einer mehrphasigen Schaltvorrichtung Bremswiderstände einer Bremswiderstandsanordnung elektrisch in Reihe zu Wicklungen eines mehrphasigen Ständerwicklungssystems eines permanent erregten Synchrongenerators geschaltet werden können, müssen von jeder Wicklung des mehrphasigen Ständerwicklungssystems deren Wicklungsenden aus dem permanent erregten Synchrongenerator herausgeführt sein. Damit ist der Sternpunkt des perma ¬ nent erregten Synchrongenerators außerhalb des Generators verschaltet.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Serienschaltung einer mehrphasigen Bremswiderstandsanordnung mit einem mehrphasigen Ständerwicklungssystem eines permanent erregten Synchrongene- rators weist diese Bremswiderstandsanordnung wenigstens einen Bremswiderstand auf, der mittels eines Kurzschließers über ¬ brückbar ist. Diese Bremswiderstandsanordnung kann auch zwei Widerstände aufweisen, die jeweils von einem Kurzschließer überbrückbar sind. Weist diese Bremswiderstandsanordnung drei Widerstände auf, so sind diese ebenfalls jeweils mittels ei ¬ nes Kurzschließers überbrückbar. Das heißt, bei weiteren Aus ¬ führungsformen sind die Bremswiderstandsanordnungen ein-, zwei- oder dreiphasig ausgeführt. Jeder Bremswiderstand einer jeden Bremswiderstandsanordnung ist elektrisch in Reihe zu einer Wicklung des mehrphasigen Ständerwicklungssystems des permanent erregten Synchrongenerators geschaltet. Im Bremsbe ¬ trieb wird jeder Kurzschließer geöffnet. Bei diesen weiteren Ausführungsformen müssen nicht mehr beide Wicklungsenden ei-
ner jeden Wicklung des mehrphasigen Ständerwicklungssystems des permanent erregten Synchrongenerators aus diesem heraus ¬ geführt werden. Dadurch ist der Sternpunkt des mehrphasigen Ständerwicklungssystems intern verschaltet. Somit wird keine Sonderbauform eines permanent erregten Synchrongenerators mehr verwendet .
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Bremswiderstände der mehrphasigen Bremswiderstandsanordnung, die elektrisch in Reihe zu einer Wicklung des mehrphasigen
Ständerwicklungssystems geschaltet sind, mittels eines mehr ¬ phasigen Leistungsschalters kurzschließbar. Somit übernimmt dieser mehrphasige Leistungsschalter im gesamten Betrieb des dieselelektrischen Antriebssystems eine Schutzfunktion für den generatorseitigen selbstgeführten Pulsstromrichter des Spannungszwischenkreis-Umrichters .
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der mehrere Ausführungsbeispiele eines er- findungsgemäßen dieselelektrischen Antriebssystems schematisch veranschaulicht sind.
Figur 1 zeigt ein Ersatzschaltbild eines gattungsgemäßen dieselelektrischen Antriebssystems, in der Figur 2 ist ein Ersatzschaltbild einer ersten Ausführungs ¬ form eines erfindungsgemäßen dieselelektrischen Antriebssystems dargestellt, die
Figur 3 zeigt ein Ersatzschaltbild einer Variante der ers ¬ ten Ausführungsform des erfindungsgemäßen diesel- elektrischen Antriebssystems nach Fig. 1, die
Figur 4 zeigt ein Ersatzschaltbild eines Stromrichter-
Brückenzweigmoduls eines generatorseitigen selbst ¬ geführten Pulsstromrichters eines Spannungszwi ¬ schenkreis-Umrichters nach Figur 2, die Figur 5 zeigt ein Zeigerdiagramm eines nahezu kurzgeschlos ¬ senen permanent erregten Synchrongenerators im Bremsbetrieb mit maximaler Bremsleistung bei Die ¬ selmotor-Leerlaufdrehzahl, in der
Figur 6 ist ein Ersatzschaltbild einer zweiten Ausführungs ¬ form mit Varianten eines erfindungsgemäßen dieselelektrischen Antriebssystems dargestellt und die
Figur 7 zeigt ein Ersatzschaltbild einer dritten Ausfüh- rungsform eines erfindungsgemäßen dieselelektrischen Antriebssystems.
In der Figur 1, die ein Ersatzschaltbild eines gattungsgemä ¬ ßen dieselelektrischen Antriebssystems zeigt, sind mit 2 ein Dieselmotor, mit 4 ein permanent erregter Synchrongenerator, mit 6 ein Spannungszwischenkreis-Umrichter, mit 8 mehrere Drehfeldmaschinen, insbesondere Drehstrom-Asynchronmotoren, und mit 10 einen Bremschopper versehen. Der Spannungszwischenkreis-Umrichter weist einen generator- und lastseitigen selbstgeführten Pulsstromrichter 12 und 14 auf, die mittels eines eine Zwischenkreis-Kondensatorbatterie 16 aufweisenden Zwischenkreises 18 gleichspannungsseitig miteinander elekt ¬ risch leitend verbunden sind. Elektrisch parallel zu diesem Zwischenkreis 18 ist der Bremschopper 10 geschaltet, der ei- nen Bremswiderstand 20 und einen Bremssteiler 22, beispiels ¬ weise einen abschaltbaren Thyristor, aufweist, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Außerdem sind in diesem Ersatzschaltbild eine Kondensatorbatterie 24, insbesondere aus Su- percaps, aufgebaut, ein DC/DC-Wandler 26 und ein Hilfswech- selrichter 28 dargestellt. Eingangsseitig ist dieser DC/DC- Wandler 26 mit der Kondensatorbatterie 24 und ausgangsseitig mit den gleichspannungsseitigen Anschlüssen des Hilfswechsel- richters 28 verknüpft. Außerdem ist der DC/DC-Wandler 26 aus ¬ gangsseitig elektrisch zum Zwischenkreis 18 des Spannungszwi- schenkreis-Umrichters 6 geschaltet. An den wechselspannungs- seitigen Anschlüssen des Hilfswechselrichters 28 sind Hilfs- antriebe angeschlossen, die hier nicht explizit dargestellt sind. Der Dieselmotor 2 und der permanent erregte Synchronge ¬ nerator 4 sind läuferseitig mechanisch miteinander gekoppelt, wobei dieser permanent erregte Synchrongenerator 4 ständer- seitig mit wechselspannungsseitigen Anschlüssen des genera- torseitigen selbstgeführten Pulsstromrichters 12 des Spannungszwischenkreis-Umrichters 6 verknüpft ist.
Da dieses Ersatzschaltbild ein Ersatzschaltbild einer diesel ¬ elektrischen Rangierlokomotive ist, ist mit 30 ein Traktions ¬ container bezeichnet, der die Stromrichterelektronik auf- nimmt. Außerhalb dieses Traktionscontainers 30 sind der
Bremswiderstand und der dieselangetriebene permanent erregte Synchrongenerator 4 angeordnet. Die vier Drehstrom-Asynchronmotoren 8 sind die Motoren der beiden Drehgestelle einer dieselelektrischen Rangierlokomotive .
Der Bremswiderstand 20, der in diesem Ersatzschaltbild als ein Widerstand ausgeführt ist, kann auch aus in Reihe ge ¬ schalteten Widerständen aufgebaut sein. Der abschaltbare Thyristor 22 ist in der Realisierung ein Stromrichter-Brücken- zweigmodul, bei dem an Stelle eines zweiten abschaltbaren
Thyristors nur die zugehörige Freilaufdiode verwendet wird. Zu diesem Stromrichter-Brückenzweigmodul gehört außerdem ein Beschaltungsnetzwerk für den abschaltbaren Thyristor und eine so genannte Gate-Unit .
In der Figur 2 ist ein Ersatzschaltbild einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen dieselelektrischen Antriebssystems schematisch dargestellt. Wegen der übersicht ¬ lichkeit sind der lastseitige selbstgeführte Pulsstromrichter 14 des Spannungszwischenkreis-Umrichters 6 und die Drehstrom- Asynchronmotoren 8, wie in der Figur 1 gezeigt, nicht mehr dargestellt. Die wechselspannungsseitigen Anschlüsse R, S und T des generatorseitigen selbstgeführten Pulsstromrichters 12 des Spannungszwischenkreis-Umrichters 6 sind jeweils mittels eines Leistungsschalters 40 mit einem ständerseitigen An- schluss 42, 44 und 46 des permanent erregten Synchrongenera ¬ tors 4 trennbar verbunden. In dieser Darstellung sind von diesem permanent erregten Synchrongenerator 4 außerdem die Wicklungen 78, 80 und 82 seines mehrphasigen Ständerwick- lungssystems 74 dargestellt. Diese Wicklungen 78, 80 und 82 sind jeweils einerseits mit dem ständerseitigen Anschluss 42, 44 und 46 und andererseits mit einem von drei Bremswiderstän ¬ den 34, 36 und 38 elektrisch leitend verbunden. Die Bremswi-
derstände 34, 36 und 38 der mehrphasigen Bremswiderstands- anordnung sind in dieser Darstellung elektrisch in Stern geschaltet, und entsprechen wertmäßig dem Bremswiderstand 20 der Ausführungsform gemäß Figur 1. Diese Bremswiderstände 34, 36 und 38 der mehrphasigen Bremswiderstandsanordnung können auch elektrisch in Dreieck geschaltet werden (Figur 3) . Außerhalb ist jeweils ein Verbindungspunkt 86 und 88 mittels einer Schaltvorrichtung 32 mit einem Verbindungspunkt 84 e- lektrisch leitend verbindbar. Der Verbindungspunkt der Schaltvorrichtung 32, der mit dem Verbindungspunkt 84 elektrisch leitend verbunden ist, bildet einen außerhalb des per ¬ manent erregten Synchrongenerators 4 liegenden Sternpunkt 90. Dieser Sternpunkt 90 wird im Generatorbetrieb durch diese mehrphasige Schaltvorrichtung 32, die beispielsweise ein zweipoliger Trenner ist, dargestellt, die stromlos bei ge ¬ sperrtem generatorseitigen selbstgeführten Stromrichter 12 des Spannungszwischenkreis-Umrichters 6 geschaltet wird. Dies kann auch bei Nenndrehzahl des dieselelektrischen Generators geschehen, da ein untererregter Betrieb des permanent erreg- ten Synchrongenerators 4 vorliegt und der permanent erregte Synchrongenerator 4 auch bei voller Drehzahl nicht über die Freilaufdioden des gesperrten generatorseitigen selbstgeführten Pulsstromrichters 12 des Spannungszwischenkreis-Umrichters 6 in den Zwischenkreis 18 speisen kann. In diesem unter- erregten Betrieb ist die Polradspannung dieses permanent er ¬ regten Synchrongenerators 4 dafür zu gering. Dadurch kann von maximaler Dieselgeneratorleistung bei Nenndrehzahl des Dieselmotors 2 sehr schnell in den Bremsbetrieb übergegangen werden, ohne dass der Dieselmotor 2 im Leerlauf sein muss. Durch das Auftrennen des außen liegenden Sternpunktes 90 des permanent erregten Synchrongenerators 4 liegt dann bei kurz ¬ geschlossenem permanent erregten Synchrongenerator 4 nahezu die volle Eingangsspannung des generatorseitigen selbstgeführten Pulsstromrichters 12 an den Widerstandsklemmen (Ver- bindungspunkte 84, 86 und 88) an. Damit diese Bremswiderstän ¬ de 34, 36 und 38 der mehrphasigen Bremswiderstandsanordnung elektrisch in Reihe zu jeweils einer Wicklung 78, 80 und 82 des mehrphasigen Ständerwicklungssystems 74 des permanent er-
regten Synchrongenerators 4 geschaltet werden können, müssen die Wicklungsenden (Verbindungspunkte 84, 86, 88 und ständer- seitige Anschlüsse 42, 44, 46) dieser Wicklungen 78, 80 und 82 aus dem permanent erregten Synchrongenerator 4 herausge- führt sein. Mittels der mehrphasigen Schaltvorrichtung 32 kann dann für den normalen Betrieb ein außerhalb des perma ¬ nent erregten Synchrongenerators 4 liegender Sternpunkt 90 des Ständerwicklungssystems 74 geschaltet werden.
Durch diese erfindungsgemäße schaltbare Serienschaltung drei ¬ er Bremswiderstände 34, 36 und 38 der mehrphasigen Bremswi- derstandsanordnung mit den Wicklungen 78, 80 und 82 des mehrphasigen Ständerwicklungssystems 74 des permanent erregten Synchrongenerators 4 mit einem Spannungszwischenkreis-Um- richter 6 kann mit Hilfe eines zweipoligen, stromlos geschal ¬ teten Trenners 32 zwischen Generatorbetrieb und Bremsbetrieb umgeschaltet werden, wodurch eine hohe Bremsleistung realisiert werden und die Drehzahl des Dieselmotors im Bremsbe ¬ trieb frei eingestellt werden kann.
Der generatorseitige selbstgeführte Pulsstromrichter 12 des Spannungszwischenkreis-Umrichters 6 wird in dieser Ausfüh ¬ rungsform des dieselelektrischen Antriebssystems mittels Stromrichter-Brückenzweigmodule 48 realisiert. Ein Ersatz- Schaltbild eines Stromrichter-Brückenzweigmoduls 48 ist in der Figur 4 näher dargestellt. Die gleichspannungsseitigen Anschlüsse 50 und 52 eines jeden Stromrichter-Brückenzweig- moduls 48 des generatorseitigen selbstgeführten Pulsstromrichters 12 sind jeweils mit einem Potential des Zwischen- kreises 18 des Spannungszwischenkreis-Umrichters 6 elektrisch leitend verbunden. Dabei sind die gleichspannungsseitigen Anschlüsse 50 der drei Stromrichter-Brückenzweigmodule 48 des selbstgeführten Pulsstromrichters 12 jeweils mit einem posi ¬ tiven Potential P des Zwischenkreises 18 verbunden, wogegen die gleichspannungsseitigen Anschlüsse 52 dieser drei Strom- richter-Brückenzweigmodule 48 jeweils mit einem negativen Po ¬ tential N des Zwischenkreises 18 verknüpft sind.
Gemäß diesem Ersatzschaltbild nach Figur 4 weist das Strom- richter-Brückenzweigmodul 48 zwei Brückenzweigmodule 54 auf, die elektrisch parallel geschaltet sind. Jedes Brückenzweig- modul 54 weist zwei elektrisch in Reihe geschaltete abschalt- bare Halbleiterschalter 56 und 58, insbesondere zwei Insula- ted Gate Bipolar Transistoren (IGBT), auf, die jeweils mit einer korrespondierenden Freilaufdiode 60 bzw. 62 versehen sind. In der Traktionstechnik werden Traktionsumrichter möglichst modular aufgebaut, wobei als kleinste Einheit ein Brü- ckenzweigmodul 54 verwendet wird. In der Darstellung gemäß Figur 3 erhält man durch die Parallelschaltung zweier Brückenzweigmodule 54 ein Stromrichter-Brückenzweigmodul 48 für eine hohe Leistung.
In der Figur 5 ist in einem orthogonalen Koordinatensystem d, q ein Zeigerdiagramm dargestellt, das für den Bremsbetrieb bei voller Bremsleistung gilt. Im Bremsbetrieb werden die drei Bremswiderstände 34, 36 und 38 der mehrphasigen Bremswi- derstandsanordnung jeweils mit einer Wicklung 78, 80 und 82 des mehrphasigen Ständerwicklungssystems 74 des permanent er ¬ regten Synchrongenerators 4 elektrisch in Reihe geschaltet. Dadurch wird der permanent erregte Synchrongenerator 4 nahezu kurzgeschlossen betrieben, wobei bei ausreichender Längsinduktivität L d ein Dauerkurzschlussstrom I sd den Nennstrom nicht oder nur wenig überschreitet. Dieser Dauerkurzschluss ¬ strom I sd fließt durch die in Reihe geschalteten Bremswiderstände 34, 36 und 38, wodurch die benötigte Bremsleistung dissipiert wird. Durch den fast gänzlich kurzgeschlossenen permanent erregten Synchrongenerator 4 steht eine an den wechselspannungsseitigen Anschlüssen R, S und T des genera- torseitigen selbstgeführten Pulsstromrichters 12 des Spannungszwischenkreis-Umrichters 6 anstehende Spannung U s nahezu vollständig an den Klemmen (Verbindungspunkte 84, 86, 88) der Bremswiderstände 34, 36 und 38 an, um einen Bremsstrom I s zu treiben. Da der Dauerkurzschlussstrom I sd des permanent erregten Synchrongenerators 4 zwischen Leerlauf, beispielsweise 600 - 700 min "1 und einer Nenndrehzahl von beispielsweise 1800 - 1900 min "1 des dieselelektrischen Motors 2 annähernd
konstant ist, kann im Bremsbetrieb die Drehzahl des Dieselmo ¬ tors 2 frei gewählt werden. Die Eisenverluste des permanent erregten Synchrongenerators im Bremsbetrieb sind infolge des feldschwächenden Kurzschlussstromes I S d sehr gering. Die der Drehzahl des Dieselmotors 2 entsprechenden Schleppverluste können von dem permanent erregten Synchrongenerator 4 mit einer geringen positiven q-Stromkomponente (drehmomentbildender Strom I sq ) ausgeglichen werden. Dadurch kann der Dieselmotor 2 ohne Kraftstoffeinspritzung im Bremsbetrieb des diesel- elektrischen Antriebssystems laufen.
In der Figur 6 ist eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen dieselelektrischen Antriebssystems schematisch dargestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Figur 2 dadurch, dass an den ständer- seitigen Anschlüssen 42, 44 und 46 des permanent erregten Synchrongenerators 4 nun die Bremswiderstände 34, 36 und 38 der mehrphasigen Bremswidestandsanordnung angeschlossen sind. Jeweils ein zweiter Anschluss eines Bremswiderstandes 34, 36 und 38 bildet somit einen wechselspannungsseitigen Anschluss 92, 94 und 96 des permanent erregten Synchrongenerators 4, an denen mittels des mehrphasigen Leistungsschalters 40 die wechselspannungsseitigen Anschlüsse R, S und T des generator- seitigen selbstgeführten Pulsstromrichters 12 des Spannungs- zwischenkreis-Umrichters 6 angeschlossen sind. Die Wicklungen 78, 80 und 82 des mehrphasigen Ständerwicklungssystems 74 des permanent erregten Synchrongenerators 4 sind bei dieser Aus ¬ führungsform mittels eines innen liegenden Sternpunktes 98 elektrisch in Stern geschaltet. Die Bremswiderstände 34, 36 und 38 der mehrphasigen Bremswiderstandsanordnung sind mittels einer mehrphasigen Schaltvorrichtung 32 jeweils elektrisch überbrückbar. Das heißt, außerhalb des Bremsbetriebes des dieselelektrischen Antriebssystems sind diese Bremswiderstände 34, 36 und 38 elektrisch kurzgeschlossen.
Anstelle von drei Bremswiderständen 34, 36 und 38 können auch nur zwei Bremswiderstände 34 und 38 oder aber nur ein Brems ¬ widerstand 36 vorgesehen werden, die ebenfalls elektrisch in
Reihe zu zwei bzw. einer Wicklung 78 und 82 bzw. 80 des mehrphasigen Ständerwicklungssystems 74 mittels der Schaltvor ¬ richtung 2 geschaltet werden können. Diese beiden Möglichkeiten sind ausschnittsweise ebenfalls in dieser Darstellung der Figur 6 veranschaulicht. Entsprechend der Anzahl der verwen ¬ deten Bremswiderstände 34, 36 und 38 der mehrphasigen Brems- widerstandsanordnung weist die Schaltvorrichtung 32 einen dreipoligen bzw. zweipoligen bzw. einpoligen Trenner auf. Entsprechend einer geforderten Bremsleistung und abhängig ei- nes in dem permanent erregten Synchrongenerator 4 fließenden Stromes I sd im Bremsbetrieb müssen die oder der Bremswider ¬ stand 34 und 38 bzw. 36 dimensioniert werden. Der Vorteil dieser in Figur 6 dargestellten Ausführungsform besteht darin, dass nicht mehr alle Wicklungsenden der Wicklungen 78, 80 und 82 des mehrphasigen Ständerwicklungssystems 74 aus dem permanent erregten Synchrongenerator 4 herausgeführt werden müssen. Somit kann jede im Handel erhältlich permanent erreg ¬ te Synchronmaschine verwendet werden.
In der Figur 7 ist eine dritte Ausführungsform des dieselelektrischen Antriebssystems nach der Erfindung veranschaulicht. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Aus ¬ führungsform gemäß Figur 6 dadurch, dass anstelle der mehrphasigen Schaltvorrichtung 32 nun der mehrphasige Leistungs- Schalter 40 verwendet wird. Dieser Leistungsschalter 40 übernimmt somit zwei Aufgaben, nämlich den Schutz des generator- seitigen selbstgeführten Pulsstromrichters 12 des Spannungs ¬ zwischenkreis-Umrichters 6 im normalen Betrieb und im Brems ¬ betrieb und die Funktion dreiphasiges Kurzschließen der Bremswiderstände 34, 36 und 38. In der Wirkungsweise unter ¬ scheiden sich diese drei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen dieselelektrischen Antriebssystems gemäß der Figuren 2, 6 und 7 nicht.