DE102008052663B4

DE102008052663B4 - Verfahren zum Schutz von Folgeschäden defekter Fahrmotoren elektrischer Triebfahrzeuge mittels vergleichender Fahrmotorstromüberwachung

Info

Publication number: DE102008052663B4
Application number: DE102008052663A
Authority: DE
Inventors: Jörg Diestel; Sven Beygang
Original assignee: DB Schenker Rail Deutschland AG
Current assignee: DB Cargo AG
Priority date: 2008-10-22
Filing date: 2008-10-22
Publication date: 2013-01-24
Anticipated expiration: 2028-10-23
Also published as: DE102008052663A1

Abstract

Verfahren zum Schutz vor Folgeschäden defekter Fahrmotoren elektrischer Triebfahrzeuge mit mindestens 4 Fahrmotoren bei gleicher Fahrmotorspannung aller Motoren mittels vergleichender Fahrmotorstromüberwachung, wobei eine Plausibilitätsprüfung des aktuellen Fahrmotorstromes (IMx ) eines Reihenschlussmotors des Triebfahrzeuges durchgeführt wird und die Plausibilitätsprüfung nach folgenden Prämissen erfolgt: • der Strom eines Fahrmotors ist höher als der höchste Strom der anderen aktiven Fahrmotore zzgl. einer prozentualen und/oder absoluten Toleranz IM1 max.(IM2; IM3; ...; IMz) + Toleranz IM2 > max.(IM1; IM3; ...; IMz) + Toleranz . . IMZ > max.(IM1; IM2; ...; IMZ-1) + Toleranz IM1.2 = Fahrmotorströme der Fahrmotoren 1..z und • eine Auswertung erfolgt nur, wenn der höchste Strom der jeweils anderen aktiven Fahrmotore einen Schwellwert übersteigt, sodass bei Auftreten einer der o. g. Bedingungen nach einer zeitlichen Toleranz und einem unveränderten Zustand eine Leistungsabschaltung des betreffenden Fahrmotors erfolgt.

Description

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Schutz vor Folgeschäden defekter Fahrmotoren elektrischer Triebfahrzeuge mittels vergleichender Fahrmotorstromüberwachung.
Bei den bekannten Verfahren zur aktuellen Überstromauslösung erfolgt eine Leistungsabschaltung der Fahrmotore von Triebfahrzeugen des Eisenbahnverkehrs erst nach Überschreitung eines fest vorgegebenen Strommaximalwertes.
Bei Überströmen infolge von Teilschädigungen (Windungsschluss, Kollektorüberschlag etc.) wird über die Zugkraftregelung der Lok die Fahrmotorspannung reduziert und damit eine Überstromauslösung verhindert.
Die damit einhergehende Lichtbogenentstehung bewirkt lokale thermische Belastungen und Schädigungen am Fahrmotor, bis hin zu Folgeschäden (Tfz-Brand, Stromschienenschäden) am Fahrzeug.
Bekannt ist ein elektronischer Schutzschalter zur Unterbrechung der Energieversorgung für eine Benutzerschaltung, wobei ein Mikroprozessor der mit einem Begrenzungsblock verbunden ist, welcher so programmiert ist, dass er die Energieversorgung zur Last nach einer Zeitverzögerung unterbricht, die auf die partielle Untersagung des wenigstens einen Schalters folgt, welche durch den Begrenzungsblock im Falle des Überstromes verursacht wird ( DE 601 19 102 T2 ).
Weiterhin bekannt ist eine Antriebseinheit, die aus zwei im Nennbetrieb gleich belasteten Drehstrommotoren für ein aus zwei gleichartigen Arbeitseinrichtungen bestehendes Aggregat bestehen, wobei zur Überwachung der Funktionsfähigkeit jedes einzelnen Drehstrommotors einer der beiden Motoren mit einer Phase und der andere Motor mit den beiden anderen Phasen über Anschlüsse einer gemeinsamen Stromsummierschaltung an das Drehstromnetz angeschlossen sind ( DE 29 20 055 C2 ).
Aus der DE 36 42 136 C2 ist ein Auslöser für kurzschlußstrombegrenzende Schalter zur raschen Erkennung von Überströmen, vorzugsweise Kurzschlussströmen, in Wechselstrom- und Drehstromnetzen bekannt, wobei in jeder Hauptstrombahn ein Sensor zur Messung der Stromsteilheit vorgesehen ist, über A/D-Wandler die Messwerte digitalisiert werden, aus den digitalisierten Messwerten in nachgeschalteten Mikro- und Signalprozessoren der Augenblickswert des Stromes jeder Hauptstrombahn durch Summation der Produkte aus Stromsteilheit und konstantem Zeitintervall errechnet wird und ein aus den Augenblickswerten von Strom und Stromsteilheit gebildetes Wertepaar mit einer vorgebbaren, Strom und Stromsteilheit miteinander verknüpfenden Schwellenwertfunktion verglichen wird sowie bei Überschreitung des von der Schwellenwertfunktion vorgegebenen, zulässigen Bereiches durch das ermittelte Wertepaar eine unverzögerte Auslösung des Schalters erfolgt.
Alle vorgenannten Lösungen weisen entweder eine Überwachung von im Bahnnetz nicht vorhandenen Drehstromnetzen, eine Detektion von Kurzschlüssen oder die Verwendung eines Schutzschalters auf, die eine Leistungsabschaltung erst nach Überschreitung eines fest vorgegebenen Strommaximalwertes durchführen, wobei keine Lösung eine für den Bahnbetrieb wirksame Überstromüberwachung in Triebfahrzeugen anbietet.
Aus der DE 2 324 457 A1 ist eine Differenzstrombewertung zum Erkennen „schleudernder” Antriebe, deren Fahrmotorstrom sich mit steigender Drehzahl gegenüber den nicht schleudernden Antrieben verringert bekannt, wobei Gegenmaßnahmen einzuleiten (Bremse anlegen, Motorspannung reduzieren) sind.
Das setzt voraus, dass alle Fahrmotore nicht defekt und damit in ihren Eigenschaften annährend identisch sind. Ein defekter Fahrmotor, der zu einer erhöhten Stromaufnahme führt, kann mit diesem Verfahren nicht gezielt einzeln von der Energieversorgung abgetrennt werden.
In der DE 2 920 055 C2 wird ein Verfahren für gleichbelastete Drehstrommotore beschrieben (Patentanspruch 1). Dabei wird ausgenutzt, dass die Summe der Ströme der drei verschiedenen Phasen, die zu unterschiedlichen gleichbelasteten Motoren gleichen Typs gehören, im Normalfall zu jedem Zeitpunkt nahe Null ist. Das lässt sich so nur für eine gerade Anzahl von Gleichstrom- bzw. Einphasenwechselstrom-Reihenschlussmotoren realisieren.
Die beschriebene Schutzschaltung führt im Fehlerfall zu einer Abschaltung aller Antriebsmotore, was im dort beschriebenen Anwendungsfall zur Schadensbegrenzung zwingend erforderlich ist.
Ein defekter Motor, der zu einer erhöhten Stromaufnahme führt, kann mit diesem Verfahren nicht gezielt von der Energieversorgung abgetrennt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fahrmotorstromüberwachung in Triebfahrzeugen zu entwickeln, die Folgeschäden defekter Fahrmotoren verhindert.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass
eine Plausibilitätsprüfung des aktuellen Fahrmotorstromes (I_Mx) eines Reihenschlussmotors des Triebfahrzeuges durchgeführt wird und die Plausibilitätsprüfung nach folgenden Prämissen erfolgt:

• der Strom eines Fahrmotors ist höher als der höchste Strom der anderen aktiven Fahrmotore zzgl. einer prozentualen und/oder absoluten Toleranz I_M1 > max.(I_M2; I_M3; ...; I_Mz) + Toleranz I_M2 > max.(I_M1; I_M3; ...; I_Mz) + Toleranz . . I_Mz > max.(I_M1; I_M2; ...; I_Mz-1) + Toleranz I_M1...z = Fahrmotorströme der Fahrmotoren 1..z und
• eine Auswertung erfolgt nur, wenn der höchste Strom der jeweils anderen aktiven Fahrmotore einen Schwellwert übersteigt,

Die Fahrmotorströme werden bei gleicher Fahrmotorspannung und gleicher Motordrehzahl bewertet.
Die Leistungsabschaltung eines Fahrmotors wird ab einem Wert von 50 bis 200 A und nach einer zeitlichen Toleranz von 2 bis 10 Sekunden durchgeführt.
Die Leistungsabschaltung kann zur Unterdrückung von Fehlauslösungen bei Bedarf zeitlich verzögert erfolgen.
Wenn sich bei gleichen Drehzahlen und gleichen Klemmenspannungen, wobei sich beide Parameter über die Zeit durchaus (auch unabhängig von einander, aber für alle Fahrmotoren gleich) ändern können, ein Fahrmotorstrom für längere Zeit erhöht, wird von einem elektrisch defekten (z. B. Windungsschluss oder Lichtbogen) Fahrmotor ausgegangen und, um Folgeschaden zu vermeiden, der entsprechende Fahrmotor von der Energieversorgung abgetrennt. Durch das gezielte Ausschalten des defekten Fahrmotors, ist ein weiterer Betrieb des Triebfahrzeuges mit den noch intakten Fahrmotoren mit reduzierter Gesamtleitung möglich.
Anhand eines Ausführungsbeispieles soll nachstehend die Erfindung näher erläutert werden.
Dabei zeigt:
1 – den Logikplan einer Auswertebaugruppe Aus der ständigen Überwachung des aktuellen Fahrmotorstromes des Triebfahrzeuges in Abhängigkeit des Fahrmotorstromes (I_M) von der Fahrmotorspannung (U_M) und der Fahrmotordrehzahl (n_M) eines Reihenschlussmotors werden verschiedene Daten erfasst.
Beschreibung am Beispiel der Überwachung des Fahrmotors 1:
Die Ströme aller Fahrmotore werden über Stromwandler erfasst und als (galvanisch getrennte) Spannungsabbilder U_IM1, U_IM2, U_IM3 und U_IM4 der elektronischen Auswertebaugruppe zur Verfügung gestellt. Die Spannungsabbilder der Fahrmotorströme 2, 3 und 4 werden einer Maximalwertbildung übergeben. Dieser Maximalwert U_IMmax234 dient als Vergleichswert für das Signal U_IM1.
Aus den Signalen U_IM1 und U_IMmax234 wird das Differenzsignal ΔU_IM1 gebildet und dem Trigger 1a übergeben. Dieser schaltet, wenn ΔU_IM1 über den Triggerpunkt liegt, seinen Ausgang auf HIGH.
Wenn das Signal U_IMmax234 größer Null ist (ein Indiz dafür, dass mindestens ein weiterer Fahrmotor zum Vergleich in Betrieb ist) schaltet der Ausgang vom Trigger 1b auf HIGH. Diese Verklüpfung ermöglicht den Betrieb einzelner Fahrmotore (z. B. bei Prüfungen).
Optional kann ein negiertes Signal einer drehzahlabhängigen Achsschleudererfassung in die folgende UND-Verknüpfung eingebunden werden. Dadurch kann für den speziellen Fall, dass die Fahrmotore 2, 3 und 4 mit einer höheren Drehzahl als Fahrmotor 1 in Folge eines dreiachsigen Schleuderns laufen und dadurch geringere Ströme fließen als im Fahrmotor 1, eine Fehlabschaltung des Fahrmotors 1 unterdrückt werden. Wird diese Option nicht verwendet, ist der Eingang „Schleudern” der elektronischen Auswertebaugruppe auf LOW zu legen.
Wenn die UND-Verknüpfung erfüllt ist, schaltet dessen Ausgang auf High. Die nachgeschaltete Zeitstufe verzögert den Signalwechsel, um Fehlabschaltungen durch kurzzeitige Überströme zu unterdrücken. Nach Ablauf der Zeitstufe und unveränderten Zustand wird der Speicher 1 gesetzt. Das Ausgangssignal des Speichers 1 wird einer vorhandenen Trennschützensteuerung übergeben und veranlasst ein sofortiges Abschalten des Trennschützes 1 und damit die Energiezufuhr zum Fahrmotor 1. Ein erneutes Einschalten des Trennschützes 1 ist nicht möglich, solange der Speicher 1 gesetzt ist. Ein Rücksetzen des Speicher 1 ist nur über das Signal „Rücksetzen”, welches eine bedienende Handlung (z. B. die Betätigung eines Tasters) voraussetzt, möglich.
Bezugszeichenliste

1: Fahrmotor1
2: Richtungswender
3: Richtungswender
4: Fahrmotorschütz
5: Motorstromwandler
6: Spannungsabbild Motorstrom 1
7: Fahrmotor 4
8: Richtungswender
9: Richtungswender
10: Motorstromwandler
11: Spannungsabbild Motorstrom 4
12: Auswertebaugruppe
13: Trigger
14: Trigger
15: Speicher
16: Trigger
17: Trigger
18: Speicher
19: Signal „Ausschalten” Fahrmotor 1
20: Signal „Ausschalten” Fahrmotor 4
21: Motortrennschützensteuerung

Claims

Verfahren zum Schutz vor Folgeschäden defekter Fahrmotoren elektrischer Triebfahrzeuge mit mindestens 4 Fahrmotoren bei gleicher Fahrmotorspannung aller Motoren mittels vergleichender Fahrmotorstromüberwachung, wobei eine Plausibilitätsprüfung des aktuellen Fahrmotorstromes (I_Mx ₎ eines Reihenschlussmotors des Triebfahrzeuges durchgeführt wird und die Plausibilitätsprüfung nach folgenden Prämissen erfolgt: • der Strom eines Fahrmotors ist höher als der höchste Strom der anderen aktiven Fahrmotore zzgl. einer prozentualen und/oder absoluten Toleranz I_M1 max.(I_M2; I_M3; ...; I_Mz) + Toleranz I_M2 > max.(I_M1; I_M3; ...; I_Mz) + Toleranz . . I_MZ > max.(I_M1; I_M2; ...; I_MZ-1) + Toleranz I_M1.2 = Fahrmotorströme der Fahrmotoren 1..z und • eine Auswertung erfolgt nur, wenn der höchste Strom der jeweils anderen aktiven Fahrmotore einen Schwellwert übersteigt, sodass bei Auftreten einer der o. g. Bedingungen nach einer zeitlichen Toleranz und einem unveränderten Zustand eine Leistungsabschaltung des betreffenden Fahrmotors erfolgt.