DE10206960A1 - Drehstromantrieb - Google Patents

Drehstromantrieb

Info

Publication number
DE10206960A1
DE10206960A1 DE10206960A DE10206960A DE10206960A1 DE 10206960 A1 DE10206960 A1 DE 10206960A1 DE 10206960 A DE10206960 A DE 10206960A DE 10206960 A DE10206960 A DE 10206960A DE 10206960 A1 DE10206960 A1 DE 10206960A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
generator
drive
speed
regulated
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE10206960A
Other languages
English (en)
Inventor
Torsten Leifert
Martin Hinkelmann
Jan Wenske
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
STILL GmbH
Original Assignee
STILL GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by STILL GmbH filed Critical STILL GmbH
Priority to DE10206960A priority Critical patent/DE10206960A1/de
Publication of DE10206960A1 publication Critical patent/DE10206960A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/10Control effected upon generator excitation circuit to reduce harmful effects of overloads or transients, e.g. sudden application of load, sudden removal of load, sudden change of load
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/10Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines
    • B60L50/13Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines using AC generators and AC motors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64Electric machine technologies in electromobility
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Drehstromantrieb eines Kraftfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor, der einen Generator treibt, und ein oder mehreren elektrischen Fahrmotoren, die die Antriebsräder antreiben. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der Generator fremderregt ist, und seine Ausgangsspannung über die Erregung geregelt wird und dass der Generator und der Fahrmotor elektrisch miteinander verbunden sind. Dies macht den Antrieb preiswerter, da kein Umrichter benötigt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Drehstromantrieb eines Kraftfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor, der einen Generator treibt, und ein oder mehreren elektrischen Fahrmotoren, die die Antriebsräder antreiben.
  • Unter Kraftfahrzeug kann jedes beliebige, selbstangetriebene Fahrzeug verstanden werden, insbesondere bezieht sich die Erfindung jedoch auf mobile Arbeitsmaschinen wie Flurförderzeuge oder Gabelstapler. Der Einsatz in PKW ist jedoch ebenso möglich. Ob zum Antrieb ein oder mehrere Elektromotoren verwendet werden, spielt bei der Erfindung keine Rolle. Ebenso wenig, ob die Motoren die Räder direkt treiben oder über ein Getriebe oder über eine gemeinsame Antriebsachse.
  • In Gabelstaplern sind seit vielen Jahren dieselelektrische Antriebe in Gleichstromtechnik am Markt. In den letzten Jahren wurden auch Antriebe in Drehstromtechnik angeboten, die einen Drehstromgenerator umfassen, der von einem Dieselmotor angetrieben wird. Der von diesem Drehstromgenerator, der in der Regel permanent erregt ist, erzeugte Drehstrom wird in einem Gleichrichter gleichgerichtet. Dieser Gleichstrom wird von einem Umrichter wieder in einen Drehstrom umgewandelt, der nun jedoch die Frequenz hat, mit der man den Fahrmotor (Asynchronmotor) ansteuern will. Diese Anlagen sind äußerst robust, haben jedoch den Nachteil, dass ein verlustbehafteter und relativ teurer Umrichter verwendet werden muss. Da die zu schaltenden Ströme relativ hoch sind, sind die Bauteile des Umrichters relativ teuer. Neben den Verlusten, die im Betrieb auftreten und die die Energieeffizienz beeinträchtigen, ist häufig auch noch eine eigene Kühlung für die Leistungselektronik notwendig, die wiederum einen zusätzlichen Aufwand darstellt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen preisgünstigeren und technisch nahezu gleichwertigen Drehstromantrieb vorzuschlagen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst von einem Antrieb mit dem Merkmal des Anspruchs 1. Ausführungen der Erfindung sind Gegenstände von Unteransprüchen.
  • Erfindungsgemäß wird also ein fremderregter Generator verwendet, dessen Ausgangsspannung über die Erregerwicklung gesteuert wird. Als wesentliches Merkmal sind der Generator und der Fahrmotor elektrisch direkt miteinander verbunden. Bei der Erfindung wird der vom Generator erzeugte Strom also nicht gleichgerichtet und dann in einem Umrichter wieder zu Drehstrom umgewandelt, sondern der Fahrmotor erhält durch die direkte Ansteuerung einen Drehstrom, dessen Frequenz vom Generator, und damit von der Drehzahl des Verbrennungsmotors, abhängig ist. Dies ist gerade im Rangierbetrieb eines Gabelstaplers jedoch nicht immer günstig. Zur unabhängigen Steuerung des Fahrmotors ist deshalb vorgesehen, dass die Erregung des fremderregten Synchrongenerators ebenfalls gesteuert wird. Durch diese Steuerung gelingt es, die Spannung, die der Synchrongenerator zum Fahrmotor liefert, in einem weiten Bereich, nämlich von 0 bis zur maximal erzeugten Spannung zu regeln. Zusammen mit der Drehzahl des Verbrennungsmotors vom Leerlauf bis zu seiner Maximaldrehzahl kann somit die Drehzahl des Fahrmotors entkoppelt ebenfalls zwischen 0 und der Maximaldrehzahl geregelt werden. Die Erfindung erlaubt zwar keine so dynamische Regelung, wie sie beim Stand der Technik möglich ist, der von einem Umrichter mit Drehstrom ausgeht, hat aber die großen Vorteile der Verringerung der Schalt- und Durchlassverluste der Leitungshalbleiter sowie die Erhöhung der Systemsicherheit durch die Bauteilreduzierung. Der Fahrmotor ist vektorgeregelt. Sein Drehspannungssystem ist zu jeder Zeit bekannt und regelbar.
  • In einer Ausführung der Erfindung sind zwei Umschalter vorgesehen, die in zwei der durchgehenden Phasen zwischen Generator und Fahrmotor angeordnet sind und die den Strom durchleiten, unterbrechen oder auf die andere Phase geben können. Dadurch wird eine Drehrichtungsumkehr des Fahrmotors gegenüber der Drehrichtung des Generators erreicht. Dies ist gerade für Gabelstapler, die häufig rangieren, sehr wichtig. Die Umschalter können einfache mechanische Wendeschalter sein, Thyristoren, Triacs oder Phasenwender. Da das Umschalten relativ selten (in Hertz gemessen) erfolgt, sind hier einfache, preisgünstige Schaltelemente einsetzbar.
  • In einer Ausführung der Erfindung sind zwei Stromsensoren vorgesehen, die den zum Fahrmotor laufenden Strom überwachen. Werden diese beispielsweise in die Phasen U und V eingesetzt, um deren Stromfluss zu überwachen, so ist der Gesamtstromfluss durch die drei Phasen U, V, W eindeutig zu jeder Zeit bestimmbar und über die Fahrzeugsteuerung regelbar.
  • In einer Ausführung der Erfindung sind zwei Drehgeber vorgesehen, wobei der erste Drehgeber die Drehzahl des Verbrennungsmotors und des damit gekoppelten Synchrongenerators misst und an die Fahrzeugssteuerung weitergibt und der zweite Drehgeber die Drehzahl des Fahrmotors misst und der Fahrzeugsteuerung rückmeldet. So ist eine Vektorregelung des Antriebs möglich. Die Drehzahlregelung des Fahrmotors erfolgt nun also nicht nur über die Frequenz, sondern auch über die Reduktion der Spannung. Mit dem erfindungsgemäßen Antrieb ist sowohl ein Zweiquadrantenbetrieb als auch ein Vierquadrantenbetrieb möglich. Als Quadranten sind, wie für den Drehstromantrieb allgemein bekannt, die Felder eines Graphen gemeint, bei denen die Geschwindigkeit über dem Drehmoment aufgetragen ist. Positive Geschwindigkeit und positives Drehmoment bezeichnet ein Fahren nach vorne (erster Quadrant), negatives Drehmoment und positive Geschwindigkeit beim Bremsen (zweiter Quadrant), der dritte Quadrant umfasst das Rückwärtsfahren mit negativem Drehmoment und negativer Geschwindigkeit, während der vierte Quadrant mit positivem Drehmoment und negativer Geschwindigkeit das Bremsen beim Rückwärtsfahren beschreibt. Mit der Erfindung können alle vier Quadranten bedient werden.
  • In einer Ausführung der Erfindung ist ein Retarder vorgesehen, der bevorzugt parallel zum Verbrennungsmotor angeordnet ist. Beim Bremsen liefert der Fahrmotor Energie, die über die direkte elektrische Kopplung zum Synchrongenerator übertragen wird und diesen zum Hochdrehen veranlasst. Dadurch würde auch der Verbrennungsmotor hochgedreht. Ein Retarder kann dies verhindern.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand einer Figur näher erläutert. Die Figur zeigt prinzipiell den Antriebsstrang eines Flurförderzeugs mit dem Verbrennungsmotor V, an den ein fremderregter Synchrongenerator G direkt gekoppelt ist. Zur Überwachung der Drehzahl ist ein Drehzahlgeber REV auf der Generatorwelle vorgesehen. Als Fahrmotor M ist ein Asynchronmotor vorgesehen, der über die Antriebsachse DR (und eventuell ein Reduktionsgetriebe) die Räder antreibt. Ein zweiter Drehzahlgeber REV sitzt auf der Motorwelle. Erfindungsgemäß sind nun der Generator G und der Fahrmotor M direkt elektrisch miteinander verbunden. D. h., dass die von dem Generator G ausgehenden Phasen L1, L2 und L3 direkt zum Motor M geführt werden, wo sie als Phasen UVW bezeichnet sind. Eingezeichnet sind in die beiden Phasen V und W jeweils zwei Umschalter US, die den Strom direkt weiterleiten, vollständig unterbrechen oder auf die jeweils andere Phase leiten können. Weiterhin sind die zwei Stromsensoren IU und IV eingezeichnet, die die Ströme dieser beiden Phasen messen. Die Fahrzeugsteuerung FS, die mit einem CAN-Bus CAN zusammenarbeitet, erhält die Informationen von den beiden Drehzahlgebern REV und von den beiden Stromsensoren IU, IV und steuert ihrerseits den Erregerstrom IE im Generator G.
  • Zur Funktion der Erfindung
  • Beim Anlassen des Verbrennungsmotors V läuft dieser mit der Leerlaufdrehzahl, z. B. 800 Umdrehungen pro Minute. Mit dieser Drehzahl läuft auch der Generator G. Durch die direkte Durchschaltung der drei Phasen L1, L2 und L3 liegt nun auch eine der Polzahl des Generators entsprechende Frequenz am Asynchronmotor M an und würde diesen zu einer entsprechenden Drehzahl veranlassen, wenn die Spannung ausreichend hoch wäre. Die Höhe dieser Spannung, die vom Generator G zum Motor M geleitet wird, kann erfindungsgemäß jedoch über die Fahrzeugsteuerung zwischen 0 und Maximal gesteuert werden, in dem die Erregerwicklung IE mit entsprechender Spannung versorgt wird oder nicht. Soll das Fahrzeug stehen bleiben, kann der Strom in der Erregerwicklung auf 0 geschaltet werden, oder die beiden Umschalter US können geöffnet werden. Der vom Generator erzeugte Strom hat dann zwar eine seiner Polzahl entsprechende Frequenz, seine Spannung ist aber 0, so dass der Motor M stehen bleibt. Zum Anfahren kann nun die Erregerwicklungsspannung leicht erhöht werden, so dass nun ein Strom zum Fahrmotor M fließt. Seine Frequenz ist nach wie vor proportional der des Verbrennungsmotors V, seine Spannung und die damit übertragene Leistung ist jedoch so niedrig, dass der Motor M nur ein geringes Drehmoment liefert. Ein langsames Anfahren ist damit möglich. Wird der Erregerstrom IE maximal geschaltet (z. B. mit 24 V Bordspannung), erzeugt der Generator G ausreichenden Strom um den Fahrmotor M mit einer der Drehzahl des Verbrennungsmotors V proportionalen Drehzahl laufen zu lassen. Will der Fahrer schneller fahren, muss die Fahrzeugsteuerung den Verbrennungsmotor V höher drehen. Dadurch wird vom Generator G ein Drehstrom mit höherer Frequenz erzeugt, der den Fahrmotor M zu einer schnelleren Drehzahl veranlasst. Zum langsamen Fahren oder zum Bremsen kann nun sowohl die Drehzahl des Verbrennungsmotors V reduziert werden, als auch der Erregerstrom IE in der Erregerwicklung verringert werden. Der Fahrmotor M erzeugt dann ein Bremsmoment. Zum Umschalten der Fahrtrichtung werden die beiden Umschalter US, die in den Phasen L2 und L3 des Generators G gezeigt sind, umgeschaltet. Der Motor M dreht sich dann in die andere Richtung. Dadurch wird ein Rückwärtsfahren ermöglicht.
  • Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines fremderregten Synchrongenerators G statt des bisher verwendeten permanent erregten Generators ist also eine Abkoppelung der Motordrehzahl von der Generatordrehzahl möglich. Als Fahrmotor M kann ein Asynchronmotor verwendet werden, der jedoch bevorzugt eine relativ weiche Kennlinie haben sollten, um ein weiches Anfahrverhalten zu erzeugen. Die Drehrichtungsumschaltung sollte bevorzugt im Strom Null-Durchgang erfolgen.

Claims (5)

1. Drehstromantrieb eines Kraftfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor (V), der einen Generator (G) treibt, und ein oder mehreren elektrischen Fahrmotoren (M), die die Antriebsräder antreiben, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (G) fremderregt ist, seine Ausgangsspannung über die Erregung geregelt wird und dass der Generator (G) und der Fahrmotor (M) elektrisch direkt miteinander verbunden sind.
2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Umschalter (US) zur Fahrtrichtungsumkehr vorgesehen sind.
3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch zwei Stromsensoren (IU, IV).
4. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei Drehgeber (REV).
5. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Retarder.
DE10206960A 2002-02-19 2002-02-19 Drehstromantrieb Withdrawn DE10206960A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10206960A DE10206960A1 (de) 2002-02-19 2002-02-19 Drehstromantrieb

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10206960A DE10206960A1 (de) 2002-02-19 2002-02-19 Drehstromantrieb

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10206960A1 true DE10206960A1 (de) 2003-08-21

Family

ID=27618781

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10206960A Withdrawn DE10206960A1 (de) 2002-02-19 2002-02-19 Drehstromantrieb

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10206960A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT516418A1 (de) * 2014-11-10 2016-05-15 Tech Universität Graz Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Energieversorgung eines elektrischen Verbrauchers in einem Inselbetrieb

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT516418A1 (de) * 2014-11-10 2016-05-15 Tech Universität Graz Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Energieversorgung eines elektrischen Verbrauchers in einem Inselbetrieb
AT516418B1 (de) * 2014-11-10 2016-07-15 Technische Universität Graz Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Energieversorgung eines elektrischen Verbrauchers in einem Inselbetrieb

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69733866T2 (de) Regler für den Antrieb eines Permanentmagnet-Synchronmotors
EP2049356B1 (de) Dieselelektrisches antriebssystem
DE102009015318B4 (de) Leistungssystem für ein Hybridelektrokraftfahrzeug (HEV)
DE10354604B4 (de) Stufenlos schaltbares, magnetodynamisches Getriebe
EP2277259B1 (de) Dieselelektrisches antriebssystem
DE102013103017A1 (de) Steuervorrichtung für eine drehende elektrische Maschine
DE112009000190T5 (de) Steuersystem für eine drehende elektrische Maschine und Fahrzeugantriebssystem
DE2802635A1 (de) Duo-bus
DE102006021156A1 (de) Hybridantriebstopologie für Fahrzeuge
DE3833306C2 (de)
DE1563971A1 (de) Elektrisch betriebene Antriebseinrichtung
EP2399769A2 (de) Transportfahrzeug mit einer Mehrzahl elektrischer Maschinen
DE2928770A1 (de) Elektrischer drehmomentwandler, insbesondere fuer kraftfahrzeuge
DE2751074A1 (de) Antriebssystem fuer traktionsfahrzeuge
DE10206960A1 (de) Drehstromantrieb
DE4027706C2 (de) Berührungsloser Elektroantrieb für radgebundene Fahrzeuge
DE19711701A1 (de) Drehstromantrieb für Flurförderzeuge mit Verbrennungsmotor
DE1802198B2 (de) Erregungssystem fuer in parallelen stromzweigen liegende fahrmotoren
DE3822264C2 (de)
DE1513601C (de) Anordnung zur Widerstandsbremsung eines dieselelektrisch angetriebenen Trieb fahrzeuges
AT400698B (de) Antrieb für ein elektrofahrzeug
DE3050572C2 (de) Elektrohybrid-Antriebsanordnung für Kraftfahrzeuge
DE102009034509B4 (de) Achsgetriebe für Fahrzeuge
DE19930793A1 (de) Hybridantrieb
DE386044C (de) Selbsttaetige Regelungs- und Bremseinrichtung durch Stromrueckgewinnung von Bahnmotoren

Legal Events

Date Code Title Description
8139 Disposal/non-payment of the annual fee