DD282579A7

DD282579A7 - Verfahren zum antrieb eines fahrweggebundenen fahrzeuges und schaltungsanordnung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DD282579A7
Application number: DD88314272A
Authority: DD
Inventors: Rainer Kolb
Original assignee: Elektroprojekt Anlagenbau Veb
Priority date: 1988-03-31
Filing date: 1988-03-31
Publication date: 1990-09-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Antrieb eines fahrweggebundenen Fahrzeuges, insbesondere eines zur Erprobung von Schiffsmodellen vorgesehenen Schleppwagens mit einem, ueber einem Direktumrichter gesteuerten asynchronen Linearmotor, dessen Staenderfrequenz-Sollwert aus dem Geschwindigkeits-Istwert und einer vom Ausgangssignal eines Geschwindigkeitsreglers abhaengigen Groesze gebildet wird, wobei ein statisch vorwaehlbarer Staenderstrom-Sollwert in Abhaengigkeit von der Geschwindigkeits-Sollwertvorgabe, der Polaritaet des Geschwindigkeits-Istwertes, der Betriebsart des Antriebes und der Geschwindigkeit beeinfluszt wird und eine Schaltungsanordnung zur Durchfuehrung des Verfahrens. Figur{Verfahren; Schaltungsanordung; Antrieb; Fahrzeug, fahrweggebunden; Schleppwagen; Schiffsmodell; Linearmotor, asynchron; Direktumrichter; Sollwert; Staenderfrequenz; Staenderstrom; Geschwindigkeitsregler}

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Antrieb eines fahrweggebundenen Fahrzeuges, insbesondere eines zur Erprobung von Schiffsmodellen vorgesehenen Schleppwagens, unter Verwendung eines Linearmotors sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Zum Anfahren eines fahrweggebundenen elektrischen Triebfahrzeuges mit einem synchronen Linearmotor, dessen Stator eine entlang der Trasse verlegte Wanderfeldwicklung und dessen Erreger ein auf dem Triebfahrzeug angeordneter Translator ist, wobei die Wanderfeldwicklung jeweils von einem ortsfesten steuerbaren statischen Umrichter gespeist werden kann, dessen Spannung oder Strom in Frequenz und Amplitude nach Maßgabe einer Regeleinrichtung veränderlich ist, ist es bekannt, die Regeleinrichtung derart auszubilden, daß ein Stromregelkreis mit zwei Stromreglern und einer Transformationsschaltung die Stellgröße für die Ansteuerung des statischen steuerbaren Umrichters liefert, wobei den Reglern Sollwerte und Istwerte des Motorstromes vorgegeben sind, daß ein Istwertrechner mittels eines Motormodells aus Ist- und Sollwerten der Motorspannung, Istwerte des Stromes, dem Fahrzeuglagewinkel-Signal und/oder dessen Kreisfrequenz sowie Parametern für Widerstand und Induktivität der Statorwicklung ein die Hauptfeldlage bezüglich der Fahrzeuglage bestimmendes Hauptfeldlagewinkel-Signal ermittelt. Hierbei wird u.a. das Frequenzsteuersignal von einem Hochlaufgeber als Sollwert für die Anlauffrequenz oder die Anlauf-Kreisbeschleunigung geliefert, dem ein der gemessenen Schubkraft des Fahrzeuges proportionaler Wert dämpfend aufgeschaltet ist und der Sollwertbildner liefert die aem Stromregelkreis einzugebenden Sollwerte entsprechend einem Beschleunigungsmoment, d-is durch den vom Hochlaufgebe: gelieferten Sollwert für die Anlauf-Kreisbeschleunigung gegeben ist. Bei einem derartigem Triebfahrzeug mit einem synchronen Linearmotor bestimmt also die Stromstärke ind er Wanderfeldwicklung die Größe der Vortriebskraft. Die Frequenz des Stromes bestimmt die Geschwindigkeit. Eine entsprechend ausgebildete Regeleinrichtung sorgt dafür, daß der synchrone Linearmotor möglichst im optimalen Arbeitspunkt betrieben wird. Die Regeleinrichtung erzeugt als Stellsignale die Steuerspannungen für den Steuersatz des Umrichters. Für eine derartige Regelung ist die Kenntnis des Betriebszustandes des Linearmotors und insbesondere seiner Polstellung erforderlich. Als

Polstellung oder Fahrzeuglagewinkel wird die relative Lage des Erregers bezüglich der Wanderfeldwicklung bezeichnet. Der Fahrzeuglagewinkel kann aus elektrischen Meßwerten ermittelt werden, die am Einspeisepunkt des Umrichters in die Wanderfeldwicklung abgegriffen werden. Insbesondere kann aus der Frequenz der Hauptfeldspannung die Fahrzeuggeschwindigkeit und aus ihrem Phasenwinkel die Polstellung ermittelt werden. Dieses Meßverfahren ist im Stillstand eines Triebfahrzeuges nicht funktionsfähig, da der stillstehende Erreger keine Hauptfeldspannung in der Wanderwicklung induziert. (DE-PS 2813253, B60L, 13/00). Nachteilig an der bekannten Anordnung ist der durch das Prinzip der Synchronmaschine bedingte erhebliche maschinentechnische Aufwand sowie die umfangreiche Schaltung im Hinblick auf die Realisierung von Erregerwicklung, Induktionsspule und Erfassung des Polradwinkels. Außerdem sind beim Anfahren mehrere Teilfunktionen der Synchronmaschine elektronisch nachzubilden und es ist die zusätzliche Erfassung von Meßwerten z. B., die Istwerterfassung mittels Kraftmeßdosen sowie die Schlupferfassung mit einer speziellen Einrichtung und aufwendiger zusätzlicher Elektronik erforderlich.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung bezweckt die Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik im Hinblick auf die Verringerung des technischen Aufwandes und eine Erhöhung des Gebrauchswertes.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Antrieb eines fahrweggebundenen Fahrzeuges unter Vermeidung der Anwendung eines synchronen Linearmotors sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in der Weise gelöst, daß als Linearmotor ein über einen Direktumrichter gesteuerter asynchroner Linearmotor verwendet wird, daß der Sollwert für die Ständerfrequenz des asynchronen Linearmotors aus dem Geschwindigkeitsistwert und einer vom Ausgangssignal eines Geschwindigkeitsreglers abhängigen Größe gebildet wird und daß ein statisch vorwählbarer Sollwert für den Statorstrom in Abhängigkeit von der Geschwindigkeits-Sollwertvorgabe, der Polarität des Geschwindigkeits-Istwertes, der Betriebsart des Antriebes (Motor- oder Generatorbetrieb! und der Geschwindigkeit beeinflußt wird. Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung wird der Sollwert für die Ständerfrequenz des asynchronen Linearmotors im linearen Bereich der Regelung aus dem Geschwindigkeits-Istwert und einer vom Ausgangssignal des Geschwindigkeitsreglers abhängigen veränderbaren Größe bzw. der Sollwert für die Ständarfrequenz im nichtlinearen Bereich aus dem Geschwindigkeits-Istwert und einer vom Ausgangssignal des Geuchwindigkeitsreglers abhängigen konstanten C öße gebildet.

Zur Bildung des statischen Anteils des Begrenzungssollwertes sind im Eingangskreis eines Differenzverstärkers insbesondere zwei Spannungsteiler angeordnet und am Ausgang einer Begrenzerschaltung ein programmierbarer Spannungsteiler, der zur Beeinflussung der Ständerstromvorgabe im linearen und nichtlinearen Bereich dient, vorgesehen. Zur Steuerung des einen Spannungsteiler ist der polaritätsabhängige Anteil des Geschwindigkeitsistwertes über einen Verstärker, eine Diode und einen Schalter aufgeschaltet.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird an Hand eines Blockschaltbildes am Beispiel der Adaption der Geschwindigkeitsregelung mit der gesteuerten Stromsollwertvorgabe näher erläutert.

Ausgehend von der Tatsache, daß die Ständerfrequenz aus dem Geschwindigkeitsistwert V:_st und einer vom Ausgangssignal des Geschwindigkeitsreglers 3 abhängigen Größe gebildet wird und daß synchron mit dem statisch vorwählbaren Maximalwert für den Statorstrom die Verstärkung des amplitudenabhängigen Teiles der Geschwindigkeitsregelung beeinflußt wird sowie der im Signalverlauf davor liegende Begrenzungssollwert für den Statorstrom in Abhängigkeit von der Geschwindigkeitssollwertvorgabe, der Polarität des Geschwindigkeitsistwertes, dor Betriebsart des Antriebes (Motor- oder Generatorbetrieb) und der Größe des Geschwindigkeitsistwertes beeinflußt wird, wird über die Prozeßsollwertvorgabe 1 in Abhängigkeit von den Prozeßsignalen 2 der Geschwindigkeitssollwert v_5oM am Eingang des Geschwindigkeitsreglers 3 vorgegeben. Der Geschwindigkeitsistwert v_i5t ist zu diesem Zeitpunkt Null. Am Ausgang des Geschwindigkeitsreglers 3 erscheint das maximale Ausgangssignal.

Dieser Wert wird über den Spannungsteiler 4 auf einen Betrag festgelegt, der dem optimalen Schlupf des Linearmotors entspricht. Zu diesem konstanten Wert wird während des Beschleunigungsvorganges der über den Spannungsteiler 5 bewertete Geschwindigkeitsistwert v,„ im Summierverstärker 6 addiert. Das Ausgangssignal des Summieiverstärkers 6 bildet das Ständerfrequenzsollwertsignal ν,,₀,; am Eingang der Drehstromsollwertquelle 7, wobei die Polarität des Ständerfrequenzsollwertsignales v,,_on die Richtung des Drehteldes am Ausgang der Drehstromsollwertquelle 7 bestimmt. Über den programmierbaren Spannungsteiler 8 wird in Abhängigkeit von der Höhe des Geschwindigkeitssollwertes v,₀|. über die Prozeßsollwertvorgabe 1 der am Ausgang der Begrenzungsschaltung 10 anliegende maximale Wert stufenweise reduziert. Die Umbewertung des Ausgangssignales wirkt sowohl im nichtiinearen als auch im linearen Arbeitsbereich der Geschwindigkeitsregelung. Der Einfluß von geschwindigkeitsabhängigen Störgrößen auf die Geschwindigkeitsregelung wird damit im linearen Arbeitsbereich wirksam ausgeglichen. Das Ausgangssignal des programmierbaren Spannungsteilers 8 stellt ein Eingangssignal für den Summierverstärker 15 dar, Zu diesem Signal wird ein, dem Leerlaufstrom des Linearmotors entsprechendes konstantes Signal I₁₁ addiert. Das Ausgangssignal des Summiervarstärkers 15 ist das zweite Eingangssignal der Drehst.romsollwertquelle 7. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 9 wirkt als Sollwert für die Begrenzungsschaltung 10.

Beim Beschleunigen in Richtung vorwärts wird der Geschwindigkeitssollwert v_Ion mit positiver Polarität vorgegeben. Das Ausgangssignal des Geschwindigkeitsreglers 3 und damit des Triggers 11 ist negativ, so daß der eine Eingang des Oder-Gliedes 12 Low-Potential besitzt. Gleichzeitig erfolgt über das Ausgangssignal des Tiiggers 11 die Steuerung des Betragsbildners 22. Synchron zum Startsignal (Prozeßsteuersignal 2) wird über den zweiten Eingang des Oder-Gliedes 12 die Zeitstufe 13 gestartet. Das Η-Signal am Ausgang der Zeitstufe 13 bewirkt über den Schalter 14 ein Eingangssignal am Differenzverstärker 9 in der Art, daß das Ausgangssignal am Differenzverstärker 9 und der Begrenzungsschaltung 10 zeitlich begrenzt reduziert wird und über den programmierbaren Spannungsteiler 8 und den Summierverstärker 15 als Stromsollwertquelle 7 wirksam wird. Nach Ablauf der durch das Zeitglied 13 bestimmten Zeit wirkt bei der Fahrtrichtung vorwärts am Eingang des Difforenzverstärkers 9 die Summe der über den Spannungsteiler 16a; 16 eingestellten statischen Begrenzungssollwerte. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 9 bestimmt während des Beschleunigungsvorganges die konstante Größe des Ausgangssignales der Begrenzungsschaltung 10. In dieser Phase wirkt der djrch den programmiei baren Spannungsteiler 8 reduzierte vorgewählte statische und konstante Sollwert für den Ständerstror 11₉₀₁₁ des Unearmotors am Eingang der Drehstromsollwertquelle 7. Hat der Geschwindigkeitsistwert Vj,i einen mit dem Spannungsteiler 17 einstellbaren Wert erreicht, so bewirkt der über den Betragsbildner 18 bewertete Geschwindigkeitsistwert v„ am Ausgang des Verstärkers 19 ein Eingangssignal für den Differenzverstärker 9 in der Art, daß das Ausgangssignal des Sumr werverstärkers 15 über die Begrenzungsschaltung 10 und den programmierbaren Spannungsteiler 8 kontinuierlich mit st igendem Geschwindigkeitsistwert v_itt reduziert wird. Während der Vorwärtsbewegung ist der Geschwind igkeitsistwert v_ist negativ, so daß der über den Verstärker 20 bewertete Geschwindigkeitsistwort v;,_t durch die Diode 21 keinen Einfluß an dem über den Spannungsteiler 16a eingestellten Wert hervorrufen kann. Wird durch die Abschaltung oder Reduzierung des Geschwindigkeitssollwertes ν,_οΠ der Bremsvorgang ausgelöst, so wird, bedingt durch das positive Signa! am Ausgang des Geschwindigkeitsreglers 3 und des Triggers 11, das Zeitglied 13 gestartet. Analog zum Beschleunigungsvorgarig wird das Ausgangssignal des Surrmierverstärkers 15 zeitlich begrenzt reduziert. Liegt der Geschwindigkeitsistwert v_isl zu Beginn des Bremsvorganges unterhalb der durch den Spannungsteiler 17 einstellbaren Schwelle, so wirkt nach Ablauf der durch das Zeitglied 13 festgelegter. Zeit der durch diis Ausgangssignal des Differenzverstärkers 9 fixierte und durch den programmierbaren Spannungsteiler 8 reduzierte Maximalwert am Ausgang des Summierverstärkers 15. Befindet sich der Geschwindigkeitsistwert v,-,_t oberhalb der durch den Spannungsteiler 17 eingestellten Schwelle, so erreicht das Ausgangssignal des Differenzverstf rkers .9 nicht den durch die Summe der mit den beiden Spannungsteilern 16a, 16 vorgegebenen statischen Maximalwerte. Während des Bremsvorganges wird der Einfluß des Signales am Ausgang des Differenzverstärkers 19 durch den sinkenden Geschwindigkeitsistwert v_it, reduziert, bis der durch die Summe der beiden Spannungsteiler 16a, 16 festgelegte statische Wert wirksam wird. Unabhängig von der vorgewählten Beschleunigungsstufe mittels des programmierbaren Spannungsteilers 8 bewirkt die Polarität des Geschwindigkeitsistwerts ν₍,, über den Verstärker 20und die Diode 21 während der Rückwärtsfahrt automatisch die Reduzierung des Maximalwertes des Stromsollwertsignales l,_oll. Der Wert der Reduzierung läßt sich unabhängig von der zeitlich begrenzt wirkenden Verringerung über den Schalter 14 durch die Einstellung der Spannungsteiler 16a; 16 nach technologischen Gesichtspunkten einstellen. Ist die Begrenzungsschaltung 10 aktiv, so wird synchron zu diesem Zustand zur Erreichung eines überschwingfreien Hoi hlaufes der Kondensator C des Geschwindigkeitsreglers 3 mittels des Triggers 23 kurzgeschlossen. Gleic.-zeitig wird das Ausgangssignal des Triggers 23 zur Anzeige des Zustandes über die LED sowie den Relaiskontakt 24 benutzt.

Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere in einer Erhöhung der maximal erreichbaren Mefjgeschwindigkeit, einer Reduzierung der mechanisch-dynamischen Belastung des gesamten Antriebes, insbesondere der vorgespannten Reaktionsschiene, der Ermöglichung eines von Bedienfehlern unabhängigen automatischen Betriebes durch die selbständige Umschaltung der maximalen Stromsollwerte in Abhängigkeit von der Größe und Polarität des Geschwindigkeitsistwertes, einer Adaption der Geschwindigkeitsregelung als Funktion der Beschleunigungsstufen sowie in der Erhöhung der Arbeitsproduktivität und des Arbeitsschutzes zu sehen. Weiterhin ist es vorteilhaft, daß eine hohe Konstanz des Geschwindigkeitsistwertes erreicht, bleibende Regelabweichungen vermieden und eine ökonomische N-jtzung der Speiseleistung bei gleichzeitiger Realisierung einer optimalen Antriebsleistung gewährleistet ist.

Claims

1. Verfahren zum Antrieb eines fahrweggebundenen Fahrzeuges, insbesondere eines zur Erprobung von Schiffsmodellen vorgesehenen Schleppwagens, unter Verwendung eines Linearmotors, Summierverstärkers, Geschwindigkeitsreglers, Sollwertgebers sowie eines Begrenzungsgliedes, dadurch gekennzeichnet, daß als Linearmotor ein über einen Direktumrichter gesteuerten, ansich bekannten asynchroner Linearmotor verwendet wird, daß der Sollwert für die Ständerfrequenz (vi son) des asynchronen Linearmotors aus dem Geschwindigkeits-Istwert (Vj_St) und einer vom Ausgangssignal des Geschwindigkeitsreglers (2) abhängigen Größe gebildet wird und daß ein statisch ν orwählbarer Sollwert für den Statorstrom (l_son) des Linearmotors von der Geschvvmdigkeits-Sollwertvorgabe (v_soM), der Polarität des Geschwindigkeits-Istwertes (v_ist), der Betriebsai t des Antriebes (Motor- oder Generatorbetrieb) und der Geschwindigkeit beeinflußt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert für die Ständerfrequenz (vi son) des asynchronen Linearmotors im linearen Bereich der Regelung aus dem Geschwindigkeits-Istwert (v_ist) und der vom Ausgangssignal des Geschwindigkeitsreglers (2) abhängigen veränderbaren Größe gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert für die Ständerfrequenz (vi _son) des asynchronen Linearmotors im nichtlinearen Bereich der Regelung aus dem Geschwindigkeits-Istwert (v_ist) und der vom Ausgangssignal des Geschwindigkeitsreglers (2) abhängigen konstanten Größe gebildet wird.

4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2 zur gesteuerten Stromsollwertvorgabe mit Adaption der Geschwindigkeitsregelung zum Betrieb des über einen Steuerumrichter gespeisten asynchronen Linearmotors, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des statischen Anteils des Begrenzungssolwertes im Eingangskreis des Differenzverstärkers (9) insbesondere zwei Spannungsteiler (16a; 16) angeordnet sind und daß am Ausgang der Begrenzerschaltung (10) der programmierbare Spannungsteiler (8), der zur Beeinflussung der Ständerstromsollwertvorgabe (!_son) im linearen und nichtlinearen Bereich dient, vorgesehen ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des einen Spannungsteilers (16a) der polaritätsabhängige Anteil des Geschwindigkeitsistwertes (v_ist) über den Verstärker (20), die Diode (21) und den Schalter (25) aufgeschaltet ist.