CS215280B1

CS215280B1 - Connection for traction drive control with independent electric brake

Info

Publication number: CS215280B1
Application number: CS588079A
Authority: CS
Inventors: Frantisek Raba; Ladislav Kyr
Original assignee: Frantisek Raba; Ladislav Kyr
Priority date: 1979-08-29
Filing date: 1979-08-29
Publication date: 1982-08-27

Abstract

Účelem vynálezu je jednoduché zapojeni trakčního pohonu vozidla elektrickou brzdou nezávislou na trolejovém napájecím napětí. Největší výhodou tohoto zapojení pohonu je, že průběh momentové charakteristiky elektrické brzdy dosahuje v oblasti malých rychlostí relativně velmi vysokých momentů. Toho se dosahuje vhodným rozdělením brzdového odporníku na dvě části, z nichž jedna část je zařazena v režimu brzdy v obvodu buzení, druhá v obvodu kotvy. Z rozboru uvedeného v popisu vynálezu vyplývá, že jedna složka brzdného momentu na jedné části brzdového odporníku je přímo úměrná rychlosti a na druhé části je jí nepřímo úměrná. Tím lze dosáhnout momentové charakteristiky elektrické brzdy téměř nezávislé na rychlosti vozidla. Zapojení umožňuje i částečnou rekuperaci bez dalších přídavných zařízení. Vynález lze s výhodou použít u vozidel městské hromadné dopravy.The purpose of the invention is to simply connect the traction drive of a vehicle with an electric brake independent of the trolley supply voltage. The greatest advantage of this drive connection is that the torque characteristic of the electric brake reaches relatively very high torques in the low speed range. This is achieved by appropriately dividing the brake resistor into two parts, one part of which is included in the brake mode in the excitation circuit, the other in the armature circuit. From the analysis given in the description of the invention it follows that one component of the braking torque on one part of the brake resistor is directly proportional to the speed and on the other part it is inversely proportional to it. This allows the torque characteristic of the electric brake to be achieved almost independent of the vehicle speed. The connection also allows partial recuperation without additional devices. The invention can be advantageously used in public transport vehicles.

Description

Vynález se týká zapojení pro regulaci trakčnihů pohanu s nezávislou elektrickou brzdou se sériovým motorem a tyrlstorovým impulsním regulátorem s použitím zejména ve stejnosměrné trakci.The invention relates to a circuit for regulating traction drives with an independent electric brake with a serial motor and a thyristor pulse controller, in particular for use in DC traction.

Dosud jsou známy systémy pro rozběh a brzdění trakčního vozidla, vzájemně se lišící zapojením a vlastnostmi. Jednoduché systémy užívají převážně elektrickou brzdu závislou na napájecím zdroji. Vedle nevýhody spočívající v závislostí funkce na zdroji, se tyto systémy vyznačují nevýhodným průběhem brzdových charakteristik. Systémy s nezávislou brzdou se vyznačují větší složitostí. Pokud mají v režimu brzdy v obvodu kůtvy zapojen konstantní odpor, mají tyto systémy nepříznivý průběh brzdových charakteristik, vyznačujících se lineárním poklesem momentu až do nuly, většinou od poloviny pracovní rychlosti směrem k rychlosti nulové. Dále jsou známy systémy, které tento nepříznivý průběh brzdové charakteristiky zlepšují pomocí pulsního měniče zapojeného paralelně k brzdovému odpornlku. Tyto systémy se vyznačuji značnou složitostí a komplikovaným přechodem z režimu jízdy do režimu brzdy jí jiaopak.To date, systems for starting and braking a traction vehicle, differing in wiring and characteristics, are known. Simple systems mainly use an electric brake depending on the power supply. In addition to the disadvantage of the function dependence on the source, these systems are characterized by an unfavorable course of braking characteristics. Systems with independent brakes are more complex. If they have a constant resistance in the oscillation circuit braking mode, these systems have an unfavorable course of braking characteristics characterized by a linear torque drop down to zero, mostly from half the working speed to zero. Furthermore, systems are known which improve this unfavorable course of the braking characteristic by means of a pulse converter connected in parallel to the braking resistor. These systems are characterized by considerable complexity and a complicated transition from driving to braking mode.

Podle vynálezu zapojení pro regulaci trakčního pohonu s nezávislou brzdou, spočívá v tom, že první vstup filtru je.připojen přes paralelní kombinaci stykače napájení pohonu a nabíjecího obvodu na první napájecí svorku, a že druhý vstup filtru je připojen na druhou napájecí svorku, přičemž kladná výstupní svorka filtru je připojena na první vstup pulsního měniče, jehož výstup je přes budicí vinutí trakčního motoru připojen na anodu blokovací diody, jejíž katoda je přes sériovou kombinaci kotvy trakčního motoru a čidla kotevního proudu připojena na zápornou výstupní svorku filtru, na níž je současně připojena anoda nulové diody, jejíž katoda je připojena na výstup pulsního měniče, přičemž na zápornou výstupní svorku filtru je dále připojena přes první brzdový odporník anoda první diody, jejíž katoda je připojena na první vstup pulsního měniče, přičemž anoda první diody je dále přes první brzdový stykač připojena na katodu blokovací diody, jejíž anoda je přes sériovou kombinací druhého brzdového stykače, druhého brzdového odporníku a čidla budicího proudu brzdy připojena na zápornou výstupní svorku filtru, přičemž výstup čidla budicího proudu brzdy je připojen na první vstup řídicího regulátoru, jehož druhý vstup je připojen na výstup čidla kotevního proudu a třetí vstup řídicího regulátoru je připojen na první vstup pulsního měniče, jehož druhý vstup je spojen s druhým výstupem řídícího regulátoru, jehož čtvrtý vstup je spojen se zadávacím členem, a že k budicímu vinutí trakčního motoru jsou připojeny obvody zeslabení magnetického pole trakčního motoru, jejichž vstup je připojen na třetí výstup řídicího regulátoru, a že k paralelní kombinaci budícího vinutí trakčního motoru a obvodů zeslabení magnetického pole trakčního motoru je do série zapojena přídavná indukčnost.According to the invention, a circuit for regulating a traction drive with an independent brake is characterized in that the first filter input is connected via a parallel combination of the drive power contactor and the charging circuit to the first power terminal and the second filter input is connected to the second power terminal. the output terminal of the filter is connected to the first input of the pulse converter, whose output is connected to the anode of the blocking diode through the excitation winding of the traction motor, the cathode of which is connected through the serial combination of the traction motor armature and the anchor current sensor an anode of a zero diode whose cathode is connected to the output of the pulse transducer, wherein the negative output terminal of the filter is further connected via the first brake resistor anode of the first diode whose cathode is connected to the first input of the pulse transducer A contactor connected to a cathode of a blocking diode whose anode is connected to a negative filter output terminal via a serial combination of a second brake contactor, a second brake resistor, and a brake excitation current sensor, the output of the brake excitation current sensor connected to the first input of the control controller. is connected to the output of the anchor current sensor and the third input of the control regulator is connected to the first input of the pulse converter, the second input is connected to the second output of the control regulator, the fourth input is connected to the input member; traction motor magnetic field weakening, the input of which is connected to the third output of the control controller, and that an additional inductor is connected in series to the parallel combination of the traction motor field winding and traction motor magnetic field weakening circuits.

Zapojení podle vynálezu odstraňuje dosavadní nevýhody a nedostatky výše uvedené a má řadu předností oproti dřívějším systémům: Největší výhodou je řešení zapojení pohonu na režim jízdy i nezávislé elektrické brzdy, přičemž průběh momentové charakteristiky elektrické brzdy dosahuje v oblasti malých rychlosti stejných parametrů jako nejsložitější systémy a tím je dosažena maximální jednoduchost přechodu z režimu jízdy do elektrické brzdy a naopak. Přes svoji jednoduchost, zapojení současně umožňuje bez dalších přídavných zařízení a úprav obvodů částečnou rekuperaci energie v režimu elektrické brzdy.The circuit according to the invention eliminates the disadvantages and drawbacks of the above and has a number of advantages over previous systems: The greatest advantage is the solution of the drive to drive mode and independent electric brakes, while the torque characteristic of the electric brake achieves the same parameters as the most complex systems maximum ease of transition from driving to electric brake is achieved and vice versa. Despite its simplicity, the wiring simultaneously allows for partial energy recovery in electric brake mode without any additional equipment and circuit modifications.

Zapojení podle vynálezu je zřejmé z vyobrazení. Na obrázku 1 je základní schéma zapojení stejnosměrného regulovaného pohonu, na obrázku 2 je část schéma regulovaného pohonu znázorňující alternativu s použitím přídavné Indukčnosti a na obrázku 3 je základní schéma pohonu v režimu brzdy. .The circuit according to the invention is apparent from the figures. Figure 1 is a schematic diagram of a DC controlled drive, Figure 2 is a section of a controlled drive diagram showing an alternative using an additional inductance, and Figure 3 is a schematic diagram of a drive in brake mode. .

Zapojeni pro regulaci trakčního motoru s nezávislou elektrickou brzdou sestává ž prvého a druhého brzdového stykače Si S2, které spínají v režimu nezávislé elektrické brzdy, stykače napájeni pohonu Sn, který připíná napájecí napětí v řežlmu jízda, - prvého- a- druhého brzdového odporniku Rt, R2, ve kterých je mařena kinetická energie trakčního vozidla, první diody Di, nulové diody D2, blokovací diody D3, nabíjecího obvodu 1, flitru 2, s prvním vstupem a, druhým vstupem b, s kladnou, výstupní svorkou c a zápornou výstupní svorkou d. Dále sestává z pulsního měniče 3, s prvním vstupem f, druhým vstupem h a výstupem g, budicího vinutí 4 trakčního motoru a kotvy 5 trakčního motoru čidla kotevního proudu 6 s výstupem n a čidla budicího proudu brzdy 7 s výstupem o. Zapojení dále sestává z řídicího regulátpru 8 s prvním vstupem i, druhým vstupem j, třetím vstupem k, čtvrtým vstupem 1, prvým výstupem m, druhým výstupem p a třetím výstupem q. Zadávací čleň 9 je určen k zadáni požadované hodnoty elektrické brzdy. A je první napájecí svorka a B je druhá napájecí svorka pro trakční pohon. Dále může trakční pohon ještě obsahovat obvody zeslabení magnetického pole 10 trakčního motoru, eventuálně přídavnou índukčnost L do série k budicímu vinutí 4 trakčního motoru.The wiring for regulating the traction motor with the independent electric brake consists of the first and second brake contactors Si S2, which switch in the mode of the independent electric brake, the power contactors of the drive Sn, which switches the supply voltage in driving mode. R2, in which the kinetic energy of the traction vehicle, the first diode D1, the zero diode D2, the blocking diode D3, the charging circuit 1, the sequin 2, with the first input a, the second input b, the positive, output terminal c and the negative output terminal d. It further comprises a pulse converter 3, with a first input f, a second input h and an output g, a traction motor excitation winding and an anchor current traction motor anchor 6 with an output to the excitation current brake current sensor 7 with output o. 8 with first input i, second input j, third input k, fourth input 1, first output m, second m output p and q third outlet. The input member 9 is intended to enter the desired value of the electric brake. A is the first power terminal and B is the second power terminal for traction drive. Furthermore, the traction drive may further comprise traction motor magnetic field attenuation circuits 10, possibly an additional inductance L in series to the traction motor excitation winding 4.

Zapojeni podle vynálezu pracuje ve dvou základních provozních režimech. V režimu jízda zajišťuje pohon trakčního vozidla. V režimu elektrická brzda pak jeho. brzdění. V .režimu Jízda je stykač napájeni pohonu Sn sepnut a napájecí napětí z první a druhé napájecí svorky A, B, je přivedeno na první a druhý vstup a, b filtru 2, kde pro filtraci ve filtru 2 je z jeho kladné výstupní svorky c přivedeno napětí na první vstup pulsního měniče 3. Na základě řídicích Impulsů z druhého výstupu p a řídicího regulátoru 8 přivedených na druhý vstup h pulsního měniče 3 reguluje pulsní měnič 3 výstupem g proud trakčním motorem. Proud prochází přes budicí vinuti 4 trakčního motoru blokovací diodou Ds, kotvou trakčního motoru 5 a čidlo kotevního proudu 6 na zápornou výstupní svorku d filtru 2, anebo se uzavírá přes nulovou diodu D2 zpět na budicí vinutí 4 trakčního motoru v závislostí na okamžitém pracovním stavu pulsního měniče 3. Brzdové stykače Si, S2, jsou rozepnuty. Signál z výstupu n čidla kotevníhoThe circuit according to the invention operates in two basic operating modes. In drive mode, it provides traction vehicle drive. In the electric brake mode then its. braking. In the driving mode, the power supply contactor of the drive Sn is closed and the supply voltage from the first and second supply terminals A, B is applied to the first and second inputs a, b of filter 2, where for filtering in filter 2 On the basis of the control pulses from the second output pa of the control controller 8 applied to the second input h of the pulse changer 3, the pulse changer 3 regulates the output g by the traction motor. The current passes through the traction motor excitation coil 4 of the blocking diode Ds, the traction motor armature 5 and the anchor current sensor 6 to the negative output terminal d of filter 2, or closes via the zero diode D2 back to the traction motor excitation winding 4. 3. The brake contactors S1, S2 are open. Signal from anchorage sensor n output

1 5 2 8 0 proudu 6 vstupuje jako druhý vstup j do řídicího regulátorů 8, kde je zpracován spolu se signálem zadávacího členu 9,. který je čtvrtým vstupem 1 zadávacího členu 9. Tyto signály jsou základními signály pro vytváření impulsů pro řízeni pulsního měniče 3 v režimu jízda. V těch aplikacích, kde je třeba rozšířit trakční charakteristiku pohonu k větším momentům při velkých otáčkách se použije obvodů zeslabení magnetického pole trakčního motoru 10 zapojených paralelně k budicímu vinutí 4 trakčního motoru. Obvody zeslabení magnetického pole trakčního motoru 10 jsou řízený třetím výstupem q řídicího regulátoru 8 přivedeným na vstup r těchto obvodů v závislosti na okamžitém funkčním stavu regulov. trakčního pohonu. V režimu na napájecím zdroji nezávislé elektrické brzdy je stykač napájení pohonu Sn rozpojeni první a druhý brzdový stykač Si, S2 jsou sepnuty. Energii pro počáteční nabuzení trakčního motoru v režimu brzdy lze čerpat z kterýchkoliv následujících zdrojů energie. Prvním zdrojem může být energie nahromaděná ve filtru 2. Jako další zdroj energie může posloužit napětí na kotvě trakčního motoru (5) způsobené remanentním magnetismem trakčního motoru. Třetím zdrojem energie pro prvotní nabuzení trakčního motoru v režimu brzdy může být první výstup m řidicího regulátoru 8. Tím, že napájení pulsního měniče 3 pomocí prvního výstupu m řidicího regulátoru 8 je zapojeno na třetí pomocný, vstup e filtru 2, jsou výrazně sníženy nároky na výkon prvního výstupu m. Na základě požadované hodnoty elektrické brzdy ze zadávacího členu 9, řídicí regulátor 8 začne řídit pulsní měnič 3 tak, že tento sepne proud do budicího obvodu tvořeného budicím vinutím 4 trakčního motoru, druhým brzdovým stykačem S2, druhým brzdovým odporníkem R2 a čidlem budicího proudu brzdy 7. Třetí vstup k řidicího regulátoru 8 je určen k informaci o napájecím napětí pulsního měniče 3. Nabuzením trakčního motoru vzniká na jeho kotvě napětí, které vyvolává proud přes první brzdový stykač Si do prvního brzdového odporníku Ri a uzavírá se přes čidlo kotevního proudu 8. -Současně toto napětí přes první diodu Di napájí první vstup £ pulsního měniče 3, čímž je z jeho výstupu g zajištěna energie pro další buzení trakčního motoru. Signál z čidla kotevního proudu 6 a signál z čidla budicího proudu brzdy 7 mají funkci zpětnovazebních signálů. Blokovací dioda D3 odděluje v režimu brzdy obvod kotvy trakčního motoru 5 od jeho budicího vinutí 4 trakčního motoru. Základní brzdový odporník, tzn. první brzdový odporník Ri je Stejně jako u nejjednodušších systémů konstantní a v režimu elektrické brzdy je trvale připojen ke kotvě trakčního motoru 5. Výkon na tomto odpor níků Ri je dán vztahem1 5 2 8 0 of the current 6 enters as the second input j into the controllers 8, where it is processed together with the signal of the input member 9. These signals are the basic signals for generating pulses for controlling the pulse changer 3 in the drive mode. In those applications where it is necessary to extend the traction characteristics of the drive to greater torques at high speeds, the magnetic field attenuation circuits of the traction motor 10 connected in parallel to the drive winding 4 of the traction motor are used. The magnetic field attenuation circuits of the traction motor 10 are controlled by the third output q of the control controller 8 applied to the input r of these circuits depending on the instantaneous operational state of the controllers. traction drive. In the mode on the power supply of the independent electric brake, the power supply contactor Sn of the first and second brake contactors S1, S2 are opened. The energy to initially energize the traction motor in brake mode can be drawn from any of the following energy sources. The first source may be the energy accumulated in the filter 2. The voltage at the armature of the traction motor (5) caused by the remanent magnetism of the traction motor may serve as an additional energy source. The third power source for the initial excitation of the traction motor in brake mode may be the first output m of the control controller 8. By supplying the pulse converter 3 with the first output m of the control controller 8 connected to the third auxiliary input e of filter 2. output of the first output m. Based on the setpoint of the electric brake from the input member 9, the control controller 8 starts to control the pulse converter 3 so that it energizes the excitation circuit formed by the drive motor winding 4, the second brake contactor S2, the second brake resistor R2 and The third input to the control regulator 8 is intended to provide information about the supply voltage of the pulse inverter 3. The traction motor energizes its armature to generate a current through the first brake contactor Si to the first brake resistor Ri and closes via the sensor. anchor current 8. -Sou temporarily, this voltage feeds through the first diode D1 of the pulse converter 3, thereby providing energy from its output g for further excitation of the traction motor. The signal from the anchor current sensor 6 and the signal from the excitation current sensor of the brake 7 have the function of feedback signals. The blocking diode D3 separates the armature circuit of the traction motor 5 from its excitation winding 4 of the traction motor in brake mode. Basic brake resistor, ie. As in the simplest systems, the first brake resistor Ri is constant and in the electric brake mode it is permanently connected to the armature of the traction motor 5. The power at this resistor Ri is given by

Pri =7^kdeU_Kje napětí na kotvě trakčního motoru 5 a π je hodnota prvního brzdového odporníku Ri. Brzdový moment M je dán vztahem M = k · y > kde k je konstantaPri = 7 ^ where U _K is the voltage at the armature of the traction motor 5 and π is the value of the first brake resistor Ri. The brake torque M is given by M = k · y> where k is a constant

P je výkon motoru v režimu elektrické brzdy a v je ryclílost· vozidla. Jelikož výkon P je určen druhou mocninou kotevního napětí Uk, které je úměrné rychlosti v a budicímu proudu Jb trakčního motoru, je brzdový moment M odpovídající výkonu na odporníku zapojeném v obvodu kotvy .trakčního motoru úměrný součinu s = v. J²b. Z tohoto vztahu je zřejmé, že moment v tomto případě lineárně klesá s rychlostí vozidla v.P is the engine power in electric brake mode and v is the vehicle speed. Since the power P is determined by the square of the armature voltage Uk, that is proportional to the velocity va excitation current Jb traction motor, the braking torque M corresponding to the power to the resistor connected in the motor armature circuit .trakčního proportional to the product S = V. J ² b. From this relation it is obvious that the torque in this case decreases linearly with the vehicle speed v.

V zapojení podle vynálezu je kotva trakčního motoru 5 dále zatížena budicím obvodem jak je znázorněno na obr. 3. Celkový výkon odebíraný z kotvy trakčního motoru 5 tedy P_c = Pri + Pb, kde Pb je příkon do budicího obvodu sestávajícího z pulsního měniče 3, budicího vinutí trakčního motoru 4 a druhého brzdového odporníku R2 a jeho velikost je Pb = kl. J²b (R₂ + Rb) kde k^ je konstanta respektující především účinnost pulsního měniče 3 a Rb je ohmický odpor budicího vinutí trakčního motoru 4. Brzdový moment v tomto zapojeníIn the circuit according to the invention, the armature of the traction motor 5 is further loaded by the excitation circuit as shown in Fig. 3. The total power drawn from the armature of the traction motor 5 thus P _c = Pri + Pb, where Pb is input to the excitation circuit consisting of the pulse converter 3. excitation winding of traction motor 4 and second brake resistor R2 and its size is Pb = kl. J ² b (R ₂ + Rb) where k ^ is a constant respecting mainly the efficiency of the pulse converter 3 and Rb is the ohmic resistance of the field winding of the traction motor 4. Brake torque in this circuit

Mc — k · γ lze matematicky rozdělit na dvě složky Mi a M2, kde Mi odpovídá Pri tj. součinu s = v. J²b a M2 odpovídá Pb a platí _{= k2} . _Jg , kde k₂ je konstanta. Z uvedených vztahů je zřejmé, že první složka momentu Mi je přímo úměrná rychlosti, zatímco druhá složka momentu M₂ je rychlosti nepřímo úměrná. Při vhodné volbě poměru hodnot prvního a druhého brzdového odporníku Ri, R2 lze dosáhnout v širokém rozsahu rychlostí momentové charakteristiky elektrické brzdy téměř nezávislé na rychlosti vozidla. Současně se vlivem druhé složky momentu M2 výrazně zvyšuje brzdový moment M_celektrické brzdy v oblasti malých rychlostí.Mc - k · γ can be mathematically divided into two components Mi and M2, where Mi corresponds to Pri ie the product s = v. J ² b and M2 corresponds to Pb and holds _{= k2} . Where k ₂ is a constant. It is apparent from the above relationships that the first torque component M ₁ is proportional to the velocity, while the second torque component M ₂ is inversely proportional to the velocity. By appropriately selecting the ratio of the values of the first and second brake resistors R1, R2, the torque characteristics of the electric brake almost independent of the vehicle speed can be achieved over a wide range of speeds. At the same time, due to the second torque component M2, the braking torque M _{c of the} electric brake increases significantly in the low speed range.

Výše popsané zapojení pro regulaci trakč. pohonu motoru s nezávislou elektrickou brzdou lze použít pro pohon trolejbusů, tramvaji, elektrických a dieselelektrlckých lokomotiv a akumulátorových vozidel.The above described connection for traction control. The motor drive with an independent electric brake can be used to drive trolleybuses, trams, electric and diesel-electric locomotives and battery vehicles.

Claims

Circuit for traction drive control with independent electric brake with serial motor and thyristor pulse controller, characterized in that the first input (a) of the filter (2) is connected via a parallel combination of the drive power contactor (Sn) and the charging circuit (1) to the first the power terminal (A) and that the second input (b) of the filter (2) is connected to the second supply terminal (B), the positive output terminal (c) of the filter (2) being connected to the first input (f) of the pulse changer ( 3), whose output (g) is connected to the anode of the blocking diode (Dj) via the traction motor excitation coil (4), the cathode of which is connected to the negative output of the traction motor anchor (5J and anchor current sensor (6)) (d) a filter (2) to which a zero diode anode (Dzj) is also connected, the cathode of which is connected to the output (g) of the pulse transducer (3), and further connected to the negative output terminal (dj of filter (2)) an anode of the first diode (Di) whose cathode is connected to the first input (f) of the pulse transducer (3) via the first brake resistor (Ri), the anode of the first diode (Di) being further connected via the first brake contactor the blocking diode (Dj) of which the anode is connected to the negative output terminal (d) of the filter (2) through a series combination of the second brake contactor (S2), the second brake resistor (R ₂ ) and the brake excitation current sensor (7), the excitation current sensor output (o) of the brake (7) is connected to the first input (i) of the control controller (8), the second input (j) of which is connected to the output (n) of the anchor current sensor (6); ) of the control controller (8) is connected to the first input (f) of the pulse converter (3), the second input (h) of which is connected to the second output (p) of the control controller (8) of which the fourth input (1) member (9).

Wiring according to claim 1, characterized in that the magnetic field attenuation circuits (10) of the traction motor are connected in parallel to the drive winding of the traction motor (4), the input (r) of which is connected to the third output (q) of the control controller (8).

Connection according to Claim 1, characterized in that an additional inductor (L) is connected in series with the excitation winding (4) of the traction motor.

Connection according to Claim 2, characterized in that an additional inductor (L) is connected in series to the parallel combination of the traction motor excitation winding (4) and the traction motor magnetic field attenuation circuit (10).

Connection according to Claims 1 to 4, characterized in that the first output (m) of the control regulator (8) is connected to the third auxiliary filter input (e), (2).