DE2101981A1

DE2101981A1 - Drive for vehicles with asynchronous motors

Info

Publication number: DE2101981A1
Application number: DE19712101981
Authority: DE
Inventors: Max Dipl. Ing. 8520 Erlangen Eisele
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-01-16
Filing date: 1971-01-16
Publication date: 1972-08-03

Description

Antrieb für Fahrzeuge mit Asynehronmotoren Die Erfindung bezieht sich auf einen Antrieb für Fahrzeuge, bei dem zwei oder mehr Asynchronmotoren bei unterschiedlichen Drehzahlen mit etwa gleichem Moment betrieben werden.Drive for vehicles with asynchronous motors The invention relates on a drive for vehicles in which two or more asynchronous motors are different Speeds are operated with approximately the same torque.

Wird ein Fahrzeug durch zwei oder mehrere mit gleicher Frequenz gespeisten Wechselspannungsmotoren angetrieben, so haben diese bei Geradeausfahrt die gleiche Drehzahl. Fährt das Fahrzeug eine Kurve oder sind die Raddurchmesser durch unterschiedliche Abnutzung ungleich, so stellen sich die Räder auf unterschiedliche Drehzahlen ein. Bei der Kurvenfahrt hängt dabei die Differenz der Raddrehzahlen vom Kurvenradius ab. Die verschiedenen Raddrehzahlen bedeuten auch für die Antriebsmotoren unterschiedliche Drehzahlen. Die Drehzahl von Wechselspannungsmotoren ist prsktisch durch die Frequenz der Speisespannung vorgegeben. Bei Asynehronmotoren vermindert sich die Drehzahl gegenüber Synchronmotoren nur um den Schlupf. Bei einem Fahrzeugantrieb wird gefordert, daß alle angetriebenen Räder bei Geradeaus- und bei Kurvenfahrt dasselbe Moment abgeben. Die Forderung nach konstantem Moment bei unterschiedlichen Motordrehzahlen kann, wie Fig. 1 zeigt,nicht erfüllt werden. Aus der Figur geht hervor, daß sich auch bei kleie unterschiedlichen Motordrehzahlen, d.h. verschiedenem Schlupf s große Unterschiede AM im Drehmoment M ergeben können.If a vehicle is fed by two or more with the same frequency AC motors are driven, so they have the same when driving straight ahead Rotational speed. Does the vehicle drive a curve or are the wheel diameters different Wear unevenly, so the wheels adjust to different speeds. When cornering, the difference in wheel speeds depends on the curve radius away. The different wheel speeds also mean different for the drive motors Speeds. The speed of AC motors is practically determined by the frequency specified by the supply voltage. With asynchronous motors, the speed is reduced compared to synchronous motors only about the slip. In the case of a vehicle drive, it is required that all driven wheels have the same torque when driving straight ahead and when cornering hand over. The requirement for constant torque at different engine speeds can, as Fig. 1 shows, not be met. From the figure it can be seen that even with slightly different engine speeds, i.e. different slip s large Differences AM in the torque M can result.

Es ist bekannt,bei Fahrzeugen jedem Drehstrommotor einen eigenen Umrichter zuzuordnen, urn die unterschiedlichen Drehzahlen bei Kurvenfahrt zu erreichen. Diese Ausführung erfordert jedoch einen großen Aufwand an Mitteln.It is known that each three-phase motor has its own converter in vehicles to be assigned in order to achieve the different speeds when cornering. These However, execution requires a great deal of resources.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei unterschiedlichen Drehzahlen der Antriebsmotoren zumindest annähernd gleiche Momente zu erzielen, ohne daß jedem Asynchronmotor ein besonderer Umrichter zugeordnet werden muß. Die Lösung besteht bei einem Antrieb der eingangs genannten Art darin, daß eine Steuereinrichtung zum Betrieb der Asynchronmotoren in der Nähe des Kippschlupfes vorgesehen ist und die Asynchronmotoren mit gleicher Standerfrequenz gespeist sind. Auf diese Weise werden die Motoren in dem eil ihrer Drehmomentkennlinie betrieben, in dem sich bei unterschiedlichen Schlüpfungen keine wesentlichen Momentenun-terschiede ergeben. Es ist nicht erforderlich, zur Dinstellung unterschiedlicher Drehzahlen der Asynchronmotoren jedem Asynchronmotor einen eigenen Umrichter oder ein besonderes Stellglied zuzuordnen, sondern es genügt ein einziger Umrichter für alle Fahrmotoren. Damit wird der Umfang des Beistungs- und Steuerungsteiles wesentlich vermindert. Ein Antrieb mit einem Umrichter hat noch den Vorteil, daß alle Antriebsmotoren von der Schaltung her gleiche Frequenz haben, während bei dem bekannten Antrieb für Geradeausfahr-t die Umrichter auf gleiche Frequenz geregelt werden müssen.The object of the invention is at different speeds of the Drive motors to achieve at least approximately the same torque without any A special converter must be assigned to the induction motor. The solution is there in a drive of the type mentioned in that a control device for Operation of the asynchronous motors in the vicinity of the breakdown slip is provided and the Asynchronous motors are fed with the same stander frequency. Be that way the motors are operated in the part of their torque characteristic curve in which different Hatches do not result in any significant differences in moment. It is not necessary, for setting different speeds of the asynchronous motors for each asynchronous motor to assign its own converter or a special actuator, it is sufficient a single converter for all traction motors. This increases the scope of the donation and control part significantly reduced. A drive with a converter has still the advantage that all drive motors have the same frequency in terms of circuitry have, while in the case of the known drive for straight-ahead driving, the converters work in the same way Frequency must be regulated.

Um einen stabilen Betrieb zu gewährleisten (z.B. bei konstantem Gegenmomen-t), wird der Schlupf etwsskleiner als der Kippschlupf gewählt.To ensure stable operation (e.g. with constant counter-torque t), if the slip is chosen to be somewhat smaller than the tilt slip.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figuren 2 bis 4 näher erläutert.An embodiment of the invention is based on Figures 2 to 4 explained in more detail.

Wie Fig. 2 zeigt, werden zum Antrieb des Fatirzeuges F dienende Asynchronmotoren 1 bis 4 von einem Generator 5 gespeist. Dieser Generator 5 wird durch einen Dieselmotor/angetrieben. Bei Geradeausfahrt und gleichen Raddurchmessern drehen alle Antriebsmotoren 1 bis 4 mit derselben Drehzahl. Der Drehmomentellverlauf der AsyncEronmotoren bei Nennspannttng ist in B1g. 3 durch die Kurve Ml = f(s) dargestellt. Alle-Asynchronnlotoren 1 bis 4 arbeiten bei GeradcausfMlrt und gleichen Raddurchmessern im Punkt Mn. Zur Drehzahländerung der Asynchronmotoren bei Geradeausfahrt werden Höhe und Frequenz der Speisespannung verändert.As FIG. 2 shows, asynchronous motors are used to drive the Fatirzeuges F 1 to 4 fed by a generator 5. This generator 5 is driven by a diesel engine /. When driving straight ahead and with the same wheel diameter, all drive motors 1 to turn 4 at the same speed. The torque curve of the AsyncEron motors at nominal voltage is in B1g. 3 represented by the curve Ml = f (s). All asynchronous motors 1 to 4 work with GeradcausfMlrt and the same wheel diameters in Point Mn. To change the speed of the asynchronous motors when driving straight ahead, height and Frequency of the supply voltage changed.

Die Spannungshöhe für die Asynchronmotoren 1 bis 4 wird dadurch Änderung der Brr?gung des Generators 5 eingestellt und die Frequenz durch Aussteuerung des Umrichters 7. Bei Kurvenfahrt oder unterschiedlichen Raddurchmessern (durch Radabnutzungen) stellt sich jedes von einem Asynchronmotor angetriebene Rad la bis 4a auf eine unterschiedliche Drehzahl ein. Würde die Momen--';vnlennlinie Ml = f(s) beibehalten, so würden sich größere Momentenunterschiede zwischen den Rädern Ia bis 4a ergeben (siehe Fig. 1). Um zu erreichen, daß jedes Rad Ia bis 4a zumindest annähernd dasselbe Moment abgibt, ist beim erfindungsgemäßen Antrieb eine Steuereinrichtung 8 zum Betrieb der Asynchronmotoren 1 bis 4 in der Nähe des Kippschlupfes vorgesehen. Dabei haben die Asynchronmotoren über den gemeinsamen Umrichter 7 gleiche Ständerfrequenz.This changes the voltage level for asynchronous motors 1 to 4 the Brr? g of the generator 5 is set and the frequency by modulating the Converter 7. When cornering or with different wheel diameters (due to wheel wear) each wheel driven by an asynchronous motor la to 4a is on a different one Speed on. If the moment - '; vnlennlinie Ml = f (s) were retained, then larger torque differences between the wheels Ia to 4a result (see Fig. 1). In order to ensure that each wheel Ia to 4a delivers at least approximately the same torque, is a control device 8 for operating the asynchronous motors in the drive according to the invention 1 to 4 provided in the vicinity of the tilt slip. The asynchronous motors have The same stator frequency via the common converter 7.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Steuereinrichtung 8 vorgesehen, die die Erregung des Generators 5 und die Thyristoren des Umrichters 7 ansteuert. Die leistung der Antriebsmotoren wird durch das Fahrpedal 9 vorgegeben. Diesem Fahrpedal 9 ist ein Funktionsgeber 10 nachgeschaltet, in dem(zwei)Signale für das Moment M und die Drehzahl n gebildet werden. Der Funktionsgeber 10 ist so ausgebildet, daß -wie in Fig. 4- einer bestimmten Leistung P = konstant feste Drehzahl/Drehmomentverhältnisse, z.B. MI/nI, MII/nII usw. zugeordnet sind. According to one embodiment of the invention, there is a control device 8 provided that the excitation of the generator 5 and the thyristors of the converter 7 controls. The power of the drive motors is specified by the accelerator pedal 9. This accelerator pedal 9 is followed by a function generator 10 in which (two) signals for the moment M and the speed n are formed. The function generator 10 is like this designed that -as in Fig. 4- a certain power P = constant fixed speed / torque ratios, e.g. MI / nI, MII / nII etc. are assigned.

Mit den Signalen für die Drehzahl n und das Drehmoment M werden im Steuerungsteil 11 Steuerimpulse zur Ansteuerung des Umrichters 7 gebildet. In dem Steuerungsteil 11 wird durch den Funktionsgeber 12 die synchrone Frequenz f als Funktion der Drehzahl n und durch den Funktionsgeber 13 die Schlupffrequenz fs in Abhängigkeit vom Drehmoment M gebildet. Die Signale f und fs werden im Addierer 14 summiert und in den Impulsgeber 15 eingegeben. Das Signal für das Drehmoment 14 und das Ausgangssignal des Addierers 14 werden dem Steuerungsteil 16 zugeführt, der die Erregung des Generators 5 verändert. Der Steuerungsteil 16 enthält einen Radizierer 17, der auf einen Eingang eines Multipliziergliedes 18 geschaltet ist. Der zweite Eingang diese Multipliziergliedes 18 ist an einen Funktionsgeber 19 angeschlossen. Durch den Funktionsgeber 19 wird die Höhe der Spannung U in Abhängigkeit von der am Ausgang des Addierers 14 gebildeten Summationsfrequenz £1 vorgegeben. Das Ausgangssignal des Multipliziergliedes 18 wird über den Verstärker 20 der Generatorerregereinrichtung 21 zugeführt.The signals for the speed n and the torque M are used in the Control part 11 control pulses for controlling the converter 7 are formed. By doing Control part 11 is by the function generator 12, the synchronous frequency f as Function of the rotational speed n and, through the function generator 13, the slip frequency fs in Dependence on the torque M is formed. The signals f and fs are in the adder 14 totaled and entered into the pulse generator 15. The signal for the torque 14 and the output signal of the adder 14 become the control part 16, which changes the excitation of the generator 5. The control part 16 contains a root extractor 17, which is fed to an input of a multiplier 18 is switched. The second input of this multiplier 18 is to a function generator 19 connected. The level of the voltage U is dependent on the function generator 19 given by the summation frequency £ 1 formed at the output of the adder 14. The output signal of the multiplier 18 is via the amplifier 20 of the generator excitation device 21 supplied.

Beim Übergang von Geradeausfahrt auf Kurvenfahrt stellen sich bei den Antriebsmotoren 1 bis 4 abhängig vom Kurvenradius unterschiedliche Drehzahlen ein. Sind von einem Vierradfahrzeug -wie im Ausführungsbeispiel gezeigt - alle Räder 1a bis 4a einzeln angetrieben und fährt das Fahrzeug eine Kurve, dann wird sich das kurvenäußerste Rad 1a am schnelllsten, das kurveninnerste Rad 4a am langsamsten drehen. Zur Erzielung eines Betriebes der Asynchronmotoren 1 bis 4 in der Nähe des Kippschlupfes wird die Speisespannung in ihrer Höhe so eingestellt (M2 = f(s)), daß das Kippmoment der Asynchronmotoren etwa dem abzugebenden Drehmoment Mn entspricht. Dabei arbeitet der Asynchronmotor 1 bei dem gezeichneten Lenkeinschlag in dem Betriebspunkt B1, der Asynchronmotor 2 in dem Betriebspulikt B2 usw.When moving from straight ahead to cornering, they are at the drive motors 1 to 4 have different speeds depending on the curve radius a. Are from a four-wheel vehicle - as shown in the embodiment - all wheels 1a to 4a are driven individually and the vehicle drives a curve, then it will the outermost wheel 1a fastest, the innermost wheel 4a the slowest turn. To achieve an operation of the asynchronous motors 1 to 4 in the vicinity of the With tilt slip, the level of the supply voltage is set in such a way (M2 = f (s)), that the breakdown torque of the asynchronous motors corresponds approximately to the torque Mn to be delivered. In this case, the asynchronous motor 1 works with the drawn steering angle in the operating point B1, the asynchronous motor 2 in the company B2 etc.

(vergleiche Fig. 3).(compare Fig. 3).

Es ist ohne weiteres möglich, daß ein oder mehrere Motoren (B2, B4) mit einem Schlupf größer als der Kippschlupf betrieben werden, Dabei muß nur die Stabilitätsbedingung erfüllt sein. Das heißt: die Summe der Momente der Motoren 1 und 3, die mit einem Schlupf kleiner als der Kippschlupfsk betrieben werden, nimmt bei einer kleinen Drehzahlreduzierung stärker zu, als die Summe der Momente der Motoren 2 und 4, die mit einem Schlupf größer als der Kippschlupf betrieben werden, bei dieser Drehzahlreduzierung abnimmt.It is easily possible for one or more motors (B2, B4) to be operated with a slip greater than the breakdown slip. Only the stability condition has to be met be fulfilled. That means: the sum of the torques of the motors 1 and 3, which are operated with a slip smaller than the tilt slip, increases more with a small speed reduction than the sum of the torques of the motors 2 and 4, which are operated with a slip greater than the Tilting slip are operated, decreases with this speed reduction.

In der Gleichung bedeuten: Symbol für partielle Ableitung ML iastmoment des Fahrzeuges n Drehzahl der Motoren MM Moment eines Asynchronmotors. In the equation: Symbol for partial derivative ML iastmoment of the vehicle n speed of the motors MM torque of an asynchronous motor.

Als Asynchronmotoren können Käfigläufermotoren verwendet werden. Squirrel cage motors can be used as asynchronous motors.

Besonders günstig sind Stromverdrängungsläufer, da bei diesen Xippmomente nich so ausgeprägt sind wie beim Käfigläuf er mit Rundstäben. Current displacement rotors are particularly favorable, since they have Xippmomente are not as pronounced as in the cage barrel with round bars.

Bei der bisherigen Darstellung ist angenommen worden, daß bei Geradeausahrt der Radizierer 17 nicht wirksam ist. In vorteilhafterweise ist der Radizierer 17 mit einem Schalter 22 versehen, der bei Kurvenfahrt geöffnet sein muß und bei Geradeausfahrt geschlossen werden kann. Durch das Schließen des Schalters 22 für Geradeausfahrt ergibt sich eine Verbesserung des Wirkungsgrades des gesamten Antriebes. In the previous representation it has been assumed that when driving straight ahead the root eraser 17 is not effective. Advantageously, the root eraser is 17 provided with a switch 22 which must be open when cornering and when driving straight ahead can be closed. By closing the switch 22 for driving straight ahead there is an improvement in the efficiency of the entire drive.

Der Steuerungsteil 16 kann - wie in der Fig. 2 gestrichelt angedeutet ist - statt auf den Generator 5 auch auf den Umrichter 7 zur Einwirkung gebracht werden, falls mit dem Umrichter 7 zusätzlich zur Frequenz auch die Spannung gesteuert wird. The control part 16 can - as indicated by dashed lines in FIG. 2 - instead of the generator 5, the converter 7 is also brought into action If the converter 7 is used to control the voltage in addition to the frequency will.

Claims

1. Drive for vehicles in which two or more asynchronous motors operated at different speeds with approximately the same torque, thereby characterized in that a control device (8) for operating the asynchronous motors (1 to 4) is provided near the tilt slip and the asynchronous motors are fed with the same stator frequency.

2. Drive according to claim 1, characterized in that the control device (8) has a control part 06) of a speed-dependent and of a torque-dependent signal is fed, the torque-dependent signal via a square root (17) to the first input of a multiplier (18) is performed, the second input via a function generator (19) from the speed-dependent Signal is fed, and that the output of the multiplier (18) with the excitation of the generator (5) or via pulse generator (23) is connected to the «xm converter (7).

3. Drive according to claim 2, characterized in that the square root eraser (17) by switch (22) while driving straight ahead or when the diameters are the same Wheels can be switched off.

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