DE102007037181A1 - Mechatronischer overdrive - Google Patents

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Abstract

Mechatronischer Overdrive für elektrisch angetriebene Schienen- und Straßenfahrzeuge bestehend aus einer stromrichtergespeisten Drehfeldmaschine geeignet für Feldschwächbetrieb innerhalb eines M – n – Diagrammes nach 1a, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Klemmen wirksame Windungszahl n verringert wird.

Description

  • Die Leistungsfähigkeit eines elektrischen Fahrzeugantriebes ist durch das Drehmoment – Drehzahldiagramm M(n) festgelegt (definiert), innerhalb dessen er betrieben werden kann. (VDE 00535).
  • Nach 1a wird im sogenannten Feldschwächbereich zwischen Eckdrehzahl ➀ und Höchstdrehzahl n ➂ die Grenze für das Drehmoment (M) entsprechend P = M × n = konstant durch die mechanische Leistung P gebildet.
  • Die Höhe dieser Leistung ist i. A. für ein optimales dynamisches Verhalten des Fahrzeuges (Beschleunigung) bemessen.
  • Die Feldschwächung bei konstantem Wirkstrom hat – insbesondere bei Drehzahlen nahe dem Maximalwert (n ➂) – wegen Leistungsfaktor- und Wirkungsgradreduzierung – einen deutlichen Anstieg des Energieverbrauches (bei gleichem Fahrspiel) zur Folge; dieser Einfluss wirkt sich besonders stark bei dauermagneterregten Synchronmaschinen mit Oberflächenmagneten aus.
  • Nach 1b sind die Stromwärmeverluste (Pcu) bei gleichbleibender Stromstärke (Stromrichterstrom) im gesamten Feldschwächbereich konstant. Für einen begrenzten Teil des Geschwindigkeitsbereiches nahe der Höchstgeschwindigkeit bzw. der Fahrmotorenhöchstdrehzahl (n ➁ bis n ➂) kann der Wirkungsgrad – insbesondere bei Teillast – deutlich erhöht werden, wenn erfindungsgemäß die, bezogen auf die Schnittstelle Stromrichter/Maschinenwicklung wirksame Windungszahl durch Umschalten oder Umgruppierungen entsprechend reduziert wird:
    Auf sehr einfache Art und Weise kann die wirksame Windungszahl bezogen auf die Stromrichterausgangsklemmen um den Faktor √3 reduziert werden, wenn die Dreiphasenwicklung eines Maschinenständers von „Stern" in „Dreieck" umgeschaltet wird, wodurch sich die Stromwärmeverluste im Bereich n ➁ bis n ➂ 1c gegenüber 1b auf ein Drittel verringern.
  • Eine (weitere) Möglichkeit der Windungszahlreduzierung (Halbierung) besteht z. B. darin, die beiden Fahrmotoren eines Triebdrehgestelles für Betrieb zwischen n ➁ und n ➂ von „Serie" auf „parallel" umzuschalten und damit die Stromwärmeverluste PCu um 75% zu reduzieren.
  • Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung kann die wirksame Windungszahl durch Wegschalten (Stillegen) eines Teiles der Wicklung verringert werden.

Claims (6)

  1. Mechatronischer Overdrive für elektrisch angetriebene Schienen- und Straßenfahrzeuge bestehend aus einer stromrichtergespeisten Drehfeldmaschine geeignet für Feldschwächbetrieb innerhalb eines M – n – Diagrammes nach 1a, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Klemmen wirksame Windungszahl n verringert wird.
  2. Mechatronischer Overdrive nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Asynchronmaschine mit Kurzschlussläufer handelt.
  3. Mechatronischer Overdrive nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine dauermagneterregte Maschine handelt.
  4. Mechatronischer Overdrive nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Windungszahlreduzierung durch eine Sterndreieckschaltung erfolgt.
  5. Mechatronischer Overdrive nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Windungszahlreduzierung durch eine Serienparallelschaltung zweier gleicher Fahrmotoren erfolgt.
  6. Mechatronischer Overdrive nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Reduzierung der wirksamen Windungszahl über Wegschalten (Stilllegung) eines Teiles der Wirkung erfolgt.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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