CS214185B1

CS214185B1 - Circuit for continuous regulation of excitation of separately excited direct-current traction motors

Info

Publication number: CS214185B1
Application number: CS636880A
Authority: CS
Inventors: Augustin Uliarczyk; Frantisek Hazdra
Original assignee: Augustin Uliarczyk; Frantisek Hazdra
Priority date: 1980-09-20
Filing date: 1980-09-20
Publication date: 1982-04-09

Description

(54) Zapojení obvodu pro plynulou regulaci buzení cize buzených stejnosměrných trakčních motorů(54) Circuit for stepless control of excitation of excited DC traction motors

Vynález se týká zapojení obvodu pro plynulou regulaci buzení nejméně dvou cize buzených stejnosměrných trakčních motorů bez kompenzačního vinutí u vozidel nezávislé trakce. Regulace buzení je závislá na otáčkách spalovacího motoru, napětí trakčního generátoru a na složce buzení, úměrně proudu kotev jednotlivých motorů. Doposud se k pohonu vozidel nezávislé trakce, jak kolejových tak i silničních, převážně využívá steinosměrných motorů se sériovým budícím vinutím. Tyto motory však potřebuji pro zvládnutí požadovaného rozsahu otáček stupňovité odbuzování, které je doprovázené náhlou změnou proudu, nepříznivě ovlivňující spolehlivý ohod všech trakčních strojů. Další nevýhodou sériově buzených motorů, použitých např. u lokomotiv s elektrodynamickým brzděním je, že vyžadují složitý mechanismus k přepínání buzení z režimu jízdy do režimu elektrodynamického brzdění. Tyto jejich nevýhody byly jednou z příčin, proč se v poslední době začalo používat pro trakční nohony i motorů s cizím buzením a za pomoci současné rozvinuté polovodičové.regulační techniky, využít jejich výhodných trakčních vlastností. Cize buzený stejnosměrný motor umožňuje plynulou změnu otáček bez náhlých změn, dále umožňuje rychlý přechod z režimu jízdy do režimu elektrodynamického brzdění a snadnou likvidaci skluzu jednotlivýmh náprav trakčního vozidla. ^Tento druh motoru má však tu nevýhodu, že jeho otáčková charakteristika v závislosti na proudu v kotvě je od uričté hodnoty poměru kotevního a budícího proudu nestabilní. Tato nestabilnost se řeší kompenzačním vinutím, které však komplikuje konstrukci stroje, zvvšuie jeho pracnost a pokud ho není využito (ještě ji jiným účelům, je jeho použití ne214185 hospodárné. Další nevýhodou cize buzeného stejnosměrného motoru i s kompenzačním vinutím je, že má oproti motoru se sériovým buzením, velmi tvrdou otáčkovou charakteristiku, která ještž se svými přičtenými tolerancemi dle platných norem, způsobuje při běžném zapojení cize buzených motorů v trakčním vozidle nerovnoměrné dělení proudu v paralelně zapojených kotvových obvodech ke zdroji stejnosměrného hap^tí. Tento nepříznivý jev lze sice odstranit samostatnou regulací proudu každého kotevního obvodu, což je známé, ale takovéto řečení.je však u vozidel nezávislé trakce nevhodné a , vedlo by k potřebě složité a nákladné elektrické výzbroje.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The invention relates to a circuit for continuously controlling the excitation of at least two non-compensated direct current traction motors without compensating windings in independent traction vehicles. The excitation control depends on the speed of the internal combustion engine, the voltage of the traction generator and the excitation component, in proportion to the anchor current of the individual engines. Until now, stein-directional motors with serial excitation winding have been used to drive independent traction vehicles, both rail and road. However, these motors need a gradual field weakening, which is accompanied by a sudden change in current, adversely affecting the reliability of all traction machines in order to cope with the desired speed range. Another disadvantage of series-excited engines, used eg in locomotives with electrodynamic braking, is that they require a complex mechanism to switch the excitation from driving mode to electrodynamic braking mode. These disadvantages were one of the reasons why they recently started to use their advantageous traction properties for traction legs and motors with foreign excitation and with the help of current developed semiconductor control technology. The non-excited DC motor enables a smooth change of speed without sudden changes, furthermore it enables a quick transition from driving mode to electrodynamic braking mode and easy slip removal of individual traction vehicle axles. ^T his kind of motor, however, has the disadvantage that its Speed characteristics depending on the current anchor is the anchor Uric value ratio and excitation current unstable. This instability is solved by a compensating winding, which complicates the machine design, increasing its laboriousness and if not used (its use is not yet another use, it is economical to use.) Another disadvantage of a non-excited DC motor with compensating winding is By means of excitation, a very hard speed characteristic, which, with its added tolerances according to current standards, causes uneven current distribution in parallel connected anchor circuits to the DC power source in normal connection of excited motors in the traction vehicle. However, this is unsuitable for independent traction vehicles and would lead to the need for complex and expensive electrical equipment.

Uvedené nedostatky odstraňuje zapojení obvodu pro plynulou regulaci buzení nejméně dvou cize buzených stejnosměrných trakčních motorů bez kompenzačního vinutí u vozidel nezávislé trakce nodle vynálezu, sestávající z trakčního generátoru se stejnosměrným výstupním napětím, k němuž je paralelně nřinojeno čidlo napětí a obvody kotev trakčních motorů, kde v každém z těchto obvodů je sériově zapojena blokovací dioda, kotva motoru a čidlo proudu kotvy, dále ze samostatných obvodů buzení kotev, kde každý tento obvod je tvořen budícím vinutím se sériově zapojeným čidlem budícího proudu a je připojen k budící jednotce, dále z čidla otáček trakčního generátoru, z prvního a druhého funkčního měniče, regulátoru napětí, prvního a druhého .čitacího členu, zesilovače, jakož i regulátorů buzení a sčítacíbh členů pro jednotlivé obvody buzení. Podstatou vynálezu je, že výstup čidla otáček je zapojen ke vstupu prvního funkčního měniče, jehož výstup je zapojen do jednoho vstupu prvního sčítacího členu, který je svým výstupem přes zesilovač zapojen do prvního vstupu každého sčítacího členu pro jednotlivý obvod buzení. Do druhého vstupu každého tohoto sčítacího členu je připojen výstup čidla budícího proudu a do třetího vstupu výstup čidla proudu kotvy příslušného motoru. Výstup z každého tohoto sčítacího členu je přes samostatný regulátor buzení zapojen do vstupu příslušné budící jednotky. Výstup čidla otáček trakčního generátoru je ještě připojen na vstup druhého funkčního měniče, jehož výstup, jakož i výstup čidla napětí jsou samostatně zapojeny do dvou vstupů druhého sčítacího členu, jehož výstup je spojen přes regulátor napětí s druhým vstupem prvního 'Sčítacího členu.The above-mentioned drawbacks are eliminated by a circuit for continuous regulation of excitation of at least two non-compensated direct current traction motors without compensating winding in vehicles of independent traction according to the invention, consisting of a traction generator with DC output voltage. each of these circuits is connected in series with the blocking diode, motor armature and armature current sensor, as well as from separate armature excitation circuits, each circuit consisting of an excitation winding with a series connected excitation current sensor and connected to the excitation unit; a generator, a first and a second functional converter, a voltage regulator, a first and a second counting member, an amplifier, as well as field regulators and additive members for each of the excitation circuits. It is an object of the invention that the output of the speed sensor is connected to the input of a first functional inverter, the output of which is connected to one input of the first addition member, which is output via an amplifier connected to the first input of each addition member for each excitation circuit. The excitation current sensor output is connected to the second input of each addition member and the armature current sensor output of the respective motor is connected to the third input. The output of each of these adders is connected via a separate excitation controller to the input of the respective excitation unit. The output of the traction generator speed sensor is also connected to the input of a second functional inverter whose output as well as the output of the voltage sensor are separately connected to the two inputs of the second adder whose output is connected via a voltage regulator to the second input of the first adder.

Zapojením obvodu pro plynulou regulaci buzení podle vynálezu je docíleno stability Chodu nejméně dvou cize buzených stejnoBměrných trakčních motorů bez kompenzačního vinutí. Složky budícího proudu, úměrné signálům čidel kotev jednotlivých motorových skupin, dávají cize buzeným motorům vhodná otáčkové charakteristiky, které zajišíují vyhovující dělení proudu v paralelně zapojených kotvových obvodech. Je zajištěno plynulé zadáváni velikosti proudu v cizím budícím vinutí v závislosti na otáčkách a napětí trakčního generátoru u vozidel nezávislé trakce.By incorporating the continuous excitation control circuit according to the invention, a run stability of at least two non-excited DC traction motors without compensating winding is achieved. The excitation current components, proportional to the armature sensor signals of the individual motor groups, give suitable excitation characteristics to the excited motors, which ensure a satisfactory current distribution in the anchor circuits connected in parallel. Continuous input of the magnitude of the current in the foreign field winding is provided as a function of the speed and voltage of the traction generator in vehicles of independent traction.

Na připejeném výkresu je znázorněno příkladná schéma zapojení obvodu pro plynulou regulaci buzení dvou cize buzených stejnosměrných trakčních motorů podle wnálezu.The attached drawing shows an exemplary circuit diagram for continuously controlling the excitation of two non-excited DC traction motors according to the invention.

Kotva 2 trakčního generátoru, tvořeného v tomto případě dynamem, Je mechanicky spojena s nezakresleným spalovacím motorem a čidlem 2 otáček, kterým je stejnosměrné tachodynamo, nebo převodník frekvence - stejnosměrné napětí. Ke kotvě 2 trakčního generátoru s vyznačenou polaritou jsou paralelně připojeny dva kotevní obvody cize buzených trakčních motorů tak, že každý z obvodů je tvořen do serie zapojenou blokovací t^odou j5> zii kotvou 2, 21 trakčního motoru a čidlem 2» 91 proudu kotvy £, 21. Budící vinutí 4, 41 každé této kotvy £, 21. zápoje3 né v sérii s čidlem 8, 81 budícího rpoudu je připojeno k výstupům příslušné budící jednotky i· 21· .tvořené stejnosměrným měničem, nebo řízeným usměrňovačem. Do budící jednotky 2, 51 je přes regulátor 17, 171 buzení připojen výstup příslušného sčítacího členu 16. 161 pro jednotlivý obvod buzení. Do prvního a druhého vstupu každého tohoto sčítacího členu 16, 161 je samostatně zapojen výstup jednak čidla £, 91 proudu kotvy a jednak čidla 8, 81 budícího proudu vždy příslušného trakčního motoru. Do třetího vstupu těchto sčítacích členů 16, 161 je ještě připojen výstup zesilovače 12· Na jeho vstup je zapojen výstup prvního sčítacího členu A*. do jehož jednoho vstupu je zapojen výstup prvního funkčního měniče 13 a do druhého výstup regulátoru 11 napětí. Do vstupu tohoto regulátoru 11 je připojen výstup druhého sčítacího členu 12. do jehož dvou vstupů je zapojen jednak Výstup čidla 6 napětí, připojeného paralelně ke kotvě 2 trakčního generátoru a jednak výstup druhého funkčního měniče 10. jehož vstup je společně se vstupem nrvního funkčního měniče 13. připojen k čidlu 7 otáček trakčního generátoru.The armature 2 of the traction generator, which in this case is a dynamo, is mechanically connected to a non-drawn internal combustion engine and a speed sensor 2 which is a DC tachodynamo or a frequency converter - a DC voltage. Two anchor circuits of the excited traction motors are connected in parallel to the traction generator armature 2 with the polarity excited so that each of the circuits is formed in series by a blocking block 5 of the traction motor armature 2, 21 and the armature current sensor 2 91. The excitation windings 4, 41 of each of these anchors 8, 21 connected in series with the excitation current sensor 8, 81 are connected to the outputs of the respective excitation unit 12 formed by a DC converter or a controlled rectifier. The output of the respective addition member 16, 161 for the individual excitation circuit is connected to the excitation unit 2, 51 via the excitation controller 17, 171. The output of the armature current sensor 8, 91 and the drive current sensor 8, 81 respectively of the respective traction motor are separately connected to the first and second inputs of each of these addition members 16, 161. The output of the amplifier 12 is also connected to the third input of these adders 16, 161. The output of the first adder A * is connected to its input. one input of which is connected to the output of the first functional inverter 13 and the other to the output of the voltage regulator 11. The output of the second adder 12 is connected to the input of this controller 11, to which two inputs are connected both the output of the voltage sensor 6 connected in parallel to the armature 2 of the traction generator and the output of the second functional inverter 10. connected to the traction generator speed sensor 7.

Kotva 2 trakčního generátoru se stejnosměrným výstupem, poháněná spalovacím motorem s čidlem 2 otáček, napájí dva paralelně zapojené obvody kotev 2, 21 trakčních motorů s cizím buzením. Budící vinutí 4, 4l obou kotev 2, 21 s čidly 8, 81 budícího proudu je každé samostat ně napájeno řízenou budící jednotkou 5, 21· Signál velikosti otáček kotvy 2 trakčního generátoru z čidla 7 otáček je veden jednak do prvního funkčního měniče 22, v němž je vytvářena funkční závislost mezi těmito otáčkami a žádanou hodnotou budícího proudu kotev 2, 21 traké čních motorů a jednak druhého funkčního měniče 22» ^v němž je upravována funkční závislost mezi nočtem otáček kotvy 2 trakčního generátoru a požadovaným výstupním napětím pro plynulé snižování budícího proudu trakčních motorů při stálém napětí jejich kotev 21. Závislost obou funkčních měničů 10 a 12 je volena dle charakteru vozidla. Signál z druhého funkčního měniče 10 je veden do druhého sčítacího členu 12, v němž se odečítá od hodnoty signálu čidla 6 napětí kotvy 2 trakčního generátoru. Tato regulační odchylka je zavedena do regulátoru 11 napětí. Pokud napětí kotvy 2 trakčního generátoru nedosáhne hranice žádané hodnoty, která je dána výstupním signálem prvního funkčního meniče 22» je výstup regulátoru 11 napětí omezen na nulovou hodnotu a žádaná hodnota budícího proudu je dána výstupním signálem prvního funkčního měniče 22· Bosáhne-li však napětí kotvy 2 trakčního generátoru hranice žádané hodnoty, regulátor¹ 11 napatí svou zesílenou regulační odchylkou, zavedenou do prvního sčítacího členu 14. sníží žádanou hodnotu budícího proudu, danou prvním funkčním měničem 22· Tato výsledná hodnota je složka žádané hodnoty proudu buzení pro oba trakční motory a je zavedena přes zesilovač 15 do obou sčítacích členů 22» 1Ž1 P^ro jednotlivé obvody buzení, kde se v každém z nich k této složce přičítá složka úměrná proudu příslušné kotvy _2> 21 trakčního motoru z čidla 2» 21 proudu kotvy a tento součet se zároveň porovnává se zpětnovazebním signálem z čidla 2» 21 budícího proudu té samé kotvy £, 21 trakčního motoru. Výsledné regulační odchylky sčítacích členů 16. 161 jsou jednotlivě zesíleny v regulátorech 17, 171 buzení a zavedeny do samostatných budících jednotek 2» 21» kterými jsou řízena buzení jednotlivých trakčních motorů.The DC output armature 2, driven by an internal combustion engine with a 2-turn sensor, powers the two parallel circuits of the external armature armature 2, 21 traction motors. The excitation windings 4, 4l of the two anchors 2, 21 with the excitation current sensors 8, 81 are each separately supplied by the controlled excitation unit 5, 21. wherein a functional dependence is formed between these speeds and a traction motor anchor current setpoint 2, 21 and a second functional transducer 22 ^, wherein the functional dependence between the traction generator anchor speed 2 number and the desired output voltage is continuously adjusted to continuously reduce the traction excitation current The dependence of both functional inverters 10 and 12 is chosen according to the vehicle character. The signal from the second functional transducer 10 is applied to the second adder 12, in which the voltage of the anchor 2 of the traction generator is subtracted from the signal value of the sensor 6. This control deviation is introduced into the voltage regulator 11. If the armature voltage 2 of the traction generator does not reach the setpoint limit given by the output signal of the first function converter 22, the output of the voltage regulator 11 is limited to zero and the excitation current setpoint is given by the output signal of the first function converter 22 2 border traction generator setpoint, the controller ¹ 11 its voltage amplification of the regulating deviation, inserted into the first member 14. the adder reduce excitation current setpoint value, the first term of the inverter 22 · This resultant value is the component of the field current setpoint for both the traction motors and introduced through the amplifier 15 to two summing member 22 »1Ž1 P ^ro each field circuit, wherein in each of them to this folder added component proportional to the current corresponding armature _2> 21 of the traction motor from the sensor 2» 21 armature current, and this sum is also compared se z with a five-coupling signal from the current excitation sensor 2, 21 of the same anchor of the traction motor. The resulting control deviations of the summation members 16, 161 are individually amplified in the excitation regulators 17, 171 and introduced into separate excitation units 2, 21 'by which the excitation of the individual traction motors is controlled.

Při použití uvedeného zapojení obvodu pro plynulou regulaci buzení podle vynálezu se k vlivu na výkon a tvar zatěžovací charakteristiky trakčního generátoru u vozidla nezávislé trakce, přidružuje vliv velikosti proudu cizího buzení trakčních motorů. Proto při počáteč214185 ním zrychlování vozidla je velikost proudu buzení jednotlivého motoru dána součtem stálé složky proudu buzení, úměrné počtu otáček spalovacího motoru a složky úměrné proudu kotvy příslušného trakčního motoru, při měnícím se napětí a proudu kotvy 1 trakčního generátoru, dle jeho zatěžovací charakteristiky. Při dosažení žádahého optimálního napětí na výstupu této kotvy _1, se regulátorem 11 napětí sníží buzení trakčních motorů tak, že další zrychlování vozidla již probíhá při stálém napětí i proudu jejich kotev 2, 21. Naopak při snížení otáček trakčního generátoru a tím i napětí v kotvových obvodech pod hranici žádané hodnoty druhým funkčním měničem 10, omezí se výstup regulátoru 11 napětí na nulovou hodnotu a žádaná hodnota budícího proudu je opět dána výstupním signálem prvního funkčního měniče 13. Tento regu* lační pochod je plynulý v celém rozsahu pracovních otáček spalovacího motoru.When using the present invention, the influence on the power and shape of the load characteristics of the traction generator in a vehicle of independent traction is associated with the influence of the foreign excitation current of the traction motors. Therefore, at the start of the vehicle acceleration, the magnitude of the excitation current of an individual engine is given by the sum of the fixed excitation current component, proportional to the engine speed and the proportional anchor current component of the respective traction motor. Upon reaching the desired optimum voltage at the output of this armature 1, the voltage regulator 11 reduces the excitation of the traction motors so that further acceleration of the vehicle already takes place at a constant voltage and current of their anchors 2, 21. the voltage regulator 11 is limited to zero and the excitation current setpoint is again given by the output signal of the first functional inverter 13. This control process is continuous over the operating speed range of the internal combustion engine.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Connection of a continuous excitation control circuit for at least two non-compensating direct current traction motors without compensating windings for independent traction vehicles, consisting of a traction generator with a DC output voltage to which a voltage sensor and anchor circuit for traction motors are connected in each of these circuits blocking diode, motor armature and armature current sensor connected in series, further from separate traction motor excitation circuits, each circuit consisting of an excitation winding with a series connected excitation current sensor and connected to the excitation unit, from the traction generator speed sensor, from the first _x and a second functional converter, voltage regulator, first and second adder members, an amplifier, as well as excitation regulators and additive members for each of the excitation circuits, characterized in that the output of the speed sensor (7) is connected to the input of the first functional converter (13), the output of which is connected to one input of the first adder (14), which via its amplifier (15) is connected to one input of the adder (16, 161, ...) for a single circuit-excitation and whose other two inputs are separately connected both the output of the excitation current sensor (8, 81, ...) and the output of the anchor current sensor (9, 91, ...) of the respective traction motor, the output of this adder (16, 161, ...) is connected via the excitation controller (17 * 171, ...) to the excitation unit (5, 51, ...) »while the output of the speed sensor (7) is still connected to the input of the second functional converter (10), the output of which as well as the output of the voltage sensor (6) are separately connected to the two inputs of the second adder (12), the output of which is connected via a voltage regulator (11) to the second input of the first adder ( 14).