DE2110362B2

DE2110362B2 - Schlupfgeregelte antriebsanordnung fuer elektrische triebfahrzeuge

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Publication number: DE2110362B2
Application number: DE19712110362
Authority: DE
Priority date: 1970-03-06
Filing date: 1971-03-04
Publication date: 1973-04-05
Also published as: DE2110362A1; RO61613A; AT305442B; CA961955A; US3728596A; SE342587B; CH529648A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine schlupfgeregelte Antriebsanordnung für elektrische liiebfahrzeuge mit mehreren an verschiedenen Radachsen angeschiossrnen Gleichstrommotoren, die zusammen mit je einem gesteuerten Stromrichter zu je einem geschlossenen Regelsystem zur direkten oder indirekten Regelung des Rotorstroms gehören.

Bei Antriebsanordnungen, z.B. für Lokomotiven, bei denen der Antrieb durch mehrere an verschiedenen Radachsen angeschlossene Motoren erfolgt, soll die Last auf die Motoren gleichmäßig verteilt werden, um ihre Leistung optimal ausnutzen zu können. In der deutschen Offenlegungsschrift 1814504 bzw. in der schweizerischen Patentschrift 477 306 ist eine Antriebsanordnung mit mehreren fremderregten parallelgeschalteten Gleichstrommotoren beschrieben, bei dem mit einem Regelsystem.

das innerhalb gewisser Grenzen das Feld derjenigen Motoren reduziert, lie Tendenz zu einer zu kleinen Last zeigen, eine gleichmäßige Lastverteilung erreicht wird. Mit der bekannten Anordnung will man besonders den Nachteilen begegnen, die durch verschieden groCe Raddurchmesser und/oder unterschiedliche magnetische Kreise der Motoren verursacht werden. Bei der praktischen Anwendung einer solchen Antriebsanordnung ist jedoch die Tatsache zu berücksichtigen, daß bei den verschiedenen Rädern bedeutende Unterschiede in den Adhäsionsverhältnissen auftreten können, die zu einem Durchrutschen der Räder mit niedrigerem Adhäsionswert führ,:n können. In diesem Fall reagiert das Regelsystem der bekannten Anordnung mit einer Erhöhung der Dreh·-

<j zahl des betreffenden Motors, was genauer gesag: durch eine Reduzierung des Maenetisierungsstrom;, dieses Motors geschieht.

Fig. 1 der Zeichnung zeigt ein Beispiel für Adhäsionskurven zweier Räder, z.B. einer Lokomotive.

Kurve A entspricht einem Rad mit relativ guten und Kurve S einein Rad mit schlechteren Adhäsionsverhältnissen. Jede Kurve zeigt ein übertragbares Moment M als Funktion der Überdrehung An. Unfr Überdrthung An wird der Unterst hied zwischen der tatsächlichen Drehzahl eines Rades und der Drehzahl verstanden, die das Rad bei gleicher Lokomotivengeschwindigkeit und einer Schleuderung gleich Null haben würde.

Bei der bekannten Anordnung geschieht die Regelung auf solche Weise, daß zusammengehörende Belastungspunkte auf einer horizontalen Linie liegen. Das bedeutet, daß die maximale Adhäsion des mit schlechtester Adhäsion arbeitenden Radpaares gleichzeitig die oberste Grenze der ausnutzbaren Adhäsion für Radpaare mit besseren Adhäsionsverhältnissen ist. Eine Reduzierung des Drehmomentes des mit schlechter Adhäsion arbeitenden Motors erfolgt im bekannten Fall durch Begrenzung der Feldschwächung, d.h. praktisch erst bei Werten der Überdrehung An, die im abfallenden Bereich der Kurve B in der Fig. 1 liegen.

Eine andere bekannte Anordnung zur Schlupfregelung der eingangs genannten ArI (ETZ-A, Bd. 88,

1 967. S. 395) versucht zwar durch Überlagerung einer Spannungsregelung über die Motorsiromregelung die Werte der Überdrehung Δη in Grenzen zu halten. ■^ies geschieht aber durch gleichzeitige Spannungsreduzierung an den Motoren, so daß auch hier der Nachleil besteht, daß der Motor mil der schlechtesten Adhäsion die Grenze der ausnutzbaren Adhäsion bestimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine sehlupfg:,-egelte Antriebsanordnung zu entw'ckeln. durch die unterschiedliche Adhäsionsverhältnisse an den verschiedenen Rädern optimal im Sinne einer rnaximalen Zugkraftübertragung ausgenutzt werden.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer schlupfgeregelten Antriebsanordnung der eingangs genannten Art, erfindungsgemäß gelöst durch den Gleichstrommotoren einzeln zugeordnete Tachometergeneratoren. einen Minimalwertgeber, der entweder die Drehzahl des am langsamsten laufenden Motors oder die Fahrzeuggeschwindigksit abbildet, einen Bezugswertgeber zur Einstellung einer zugelassenen Differenz zwischen einer Mo.ordrehzahl und einer dem Ausgangswert des Minimalwertgebers entsprechenden Motordrehzahl, ein Summierungsgerät zum Bilden der Summe von genanntem Minimalwert und genannter Differenz, an die Tachometergeneratoren angeschlossene Vergleichsgeräte, von denen jedes die Differenz zwischen dem Ausgangswert des zugehorigen Tachometergenerators und der genannten Summe bildet, nd den Gleichstrommotoren zugeordnete Drehzahlregler, welche positive Differenzen dem jeweiligen Regelsystem mit reduzierender Wirkung auf den Rotorstrom zuführen.

Die Schlupfwerterfassung unter Anwendung von Tachometergeneratoren :nd eines Minimalwertwählers ist an sich bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 136215). Bei dieser bekannten Anordnung wird aber, ähnlich wie bei der bekannten Anordnung gemäß ETZ-A. Eid. 88, 1967, S. 395 die ermittelte Steuerspannung sämtlichen Motoren zugeführt.

In Weiterentwicklung der Erfindung wird zur Erzielung einer schleuderschützenden Funktion neben der lastverteilenden Funktion nach der Erfindung vorgeschlagen, daß die Gleichstrommotoren im wesentlichen getrennt fremd es regt sind und daß die Stromrichter Magnetisierungsstrom an die Feldwicklung der betreffenden Gleichstrommotoren liefern, wobei die Anordnung einen Feldstromgcber und cinen Rotorstromgeber für jeden Motor und einen an die Rotorstromgeber angeschlossenen Maximalwertwähler enthalt, der den faßten Stromgeberwert wählt und diesen einem Vergleichsgerät zuführt, das eine Steuergröße bildet, die der Differenz zwischen dem größten Stromgeberwert und einer mittels eines BejEugswertgebers einstellbaren Bezugsdifferenz für den Zugeiassenen Unterschied zwischen größtem und kleinstem Roiorstrom entspricht, und daß diese Steuergrößedcm Regelsystem mit reduzierender Wirkung auf den Feld.strom nur dann zuführbar ist, wenn Jer Rotorstrom kleiner ist als ein Strom, der der genannten Steuergröße entspricht, während die genannte, von dem tachometerangeschlossencn Vergleichsgerät abgegebene positive Differenz dem Regelsystem mit verstärkender Wirkung auf den Feldstrom zuführbar ist, und zwar mit einer solchen Verstärkung, daß-- bei gleich/eilig auftretender reduzierender und verstärkender Wirkung - die letztere über die erst ere don'-niert. Dabei kann das Steuersignal für die genannte reduzierende Wirkung auf den Feldstrom dem Regelsystem eines Motors hauptsäehiioh über einen als Proportional-Glied ausgeführten Verstärker zugeführt sein, während das Steuersignal für die genannte verstärkende Wirkung demselben Regelsystem über einen hauptsachlich als Integral-Glied ausgeführten Verstärker zugeführt isi.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend an Hand schematischer Zeichnungen näher beschrieben. In diesen zeigt

Fig- 1 die bereits erwähnten Ad.häsionskurven,
Fig. 2 und 3 zwei verschiedene Antriebsregehingen gemäß der Erfindung und
Fig. 4 einen Minimalwertwähler.

Die in Fi g. 2 gezeigte Antriebsanordnung hat eine individuelle Regelung in den Rotorkreisen der Motoren, die in Fig. 3 gezeigte eine individuelle Regelung in den Feldkreisen der Motoren.

in Fig. 2 bezeichnet 1 zwei Gleichstrommotoren mit jeweils in Reihe gef kälteter Feldwicklung Xj. Jeder Motor bekommt von j> einem an einem Netz angeschlossenen gesteuerten Stromrichter 10 seinen Ankerstrom, wobei der Stromrichter 10, ein Verstärker 12, ein Vergleichsgerät 13 und ein Rotor- -Ntromgeber 3 je ein geschlossenes Regelsystem zur Regelung des Motorstroms bilden. Jeder Motor 1 trc'bt einen Tachometergenerator 4 an. Diese sind an einen Minimalwertgeber 5 angeschlossen, der das Signai von dem am langsamsten laufenden Motor auswählt und es an ein Summierungsgerät 7 und ein Vergleichsgerät 14 gibt, denen auch die Ausgangswerte zweier Bezugswertgeber 6 bzw. 2 zugeführt werden. 15,16 und 17 bezeichnen Verstärker zur Verstärkung der Ausgangsvverte von den Vergleichsgeräten 7, 8 und 14.

Bei normalem Betrieb, wenn kein nennenswerter Schlupf der Radachsen vorliegt, erhält man den Bezugswert zum Gerät 13 nur über den Verstärker 17, was bedeutet, daß die Motoren die Last zu gleichen Teilen tragen. Nähert man sich dann der Grenze der übertragbaren Momente, dann ha:ben Motoren mit verschiedenen Adhäsionsverhältiiissen die Tendenz, hinsichtlich der Drehzahl voneinander abzuweichen. Mit dem Bezu?swertgeber 6 hat man die größte Differenz eingestellt, die man zwischen der Drehzahl eines der Motoren und der des am langsamsten laufenden Motors zulassen will. Solange die Summe des Ausgangswertes vom Minimalwertgeber 5 und des Ausgangswertes vom Bezugswertgeber 6 unter Berücksichtigung der Verstärkung mittels des Verstärkers 15 giößer ist als irgendein dem Vergleichsgerät 8 von irgendeinem Motor zugeführten Tachometersignal, ist die Ausgangsgröße vom Verstärker 16 gleich Null. Wenn aber einer der Motoren infolge eines Schlcudervorganges so schnell läuft, daß sein Tachometersignal die genannte Summe übersteigt, gibt der zugehörige Ver.;türker 16 einen Ausgangswert an das Vergleichsgerät 13, wo er dem vom Verstärker 17 abgegebenen Bezugswert entgegenwirkt. Das hat eine Reduzierung des Soll vertes für den Rotorstrom des entsprechenden Motors zur Folge und damit eine so große Reduzierung des Schleudern:; des mit niedrigster Adhäsioi. arbeitenden Radpaares, daß der Unterschied zwischen höchster und niedrigster Motordreh-⁶S zahl im wesentlichen unter dem durch den Bezugswertgeber 6 bestimmten zugelassenen Wert liegt.

Betrachtet man in Fig. 1 die mit einem Pfeil versehene Linie S als die obengenannte zugelassene Diffe-

reu/, und A und B als die Adhäsionskurven für die beiden Motoren in Fig. 2, so sieht man, daß man eine gleichmäßige Lastverteilung erhält, solange das Motormomentunter /W₁ liegt. Wenn man unter Beibehaltung des Wertes S einen höheren Momentwert einstellt (mit Hilfe des Bezugsweitgebers 2 bei der in Fig. 2 gezeigten Ausfiihrungsform oder mit Hilfe des Bezugswertgebers 6 bei der in Fig. 3 gezeigten Ausfiihrungsform), nimmt das insgesamt übertragene Moment auf solche Weise zu, daß die hierzu erforderliche Schlupfzunahme verhältnismäßig gleichmäßig auf die beiden Motoren verteilt wird, das hinsichtlich des Rutschens vorteilhaft ist und auch das Schlcuderrisiko vermindert.

Während die für einen gewissen Betriebszustand des Fahrzeugs charakteristischen Punkte auf den Kurven A und B bei der eingangs genannten bekannten Antriebsanordnung auf einer horizontalen Linie liegen, erreicht man bei einer Antriebsanordnung gemäß der Erfindung, daß diese Punkte beinahe in vertikaler Linie liegen (z.B. die Punkte P_A, P_n in Fig. 1). Mit einer Anordnung gemäß der Erfindung kann man also auch bei unterschiedlichen Adhäsionsverhältnissen für die verschiedenen Radpaare erreichen, daß die übertragbaren Momente für das ganze Fahrzeug in der Praxis gleich der Summe der von den verschiedenen Radpaaren maximal übertragbaren Momente sind.

Fällt die Kurve B insgesamt plötzlich ab, z. B. über den von den Punkten P_A und P_n charakterisierten Bereich, bedeutet dies, daß die Drchzahldiffcrcnz plötzlich größer als .91 wird, weshalb der Stromsollwcrt für den schnellstlaufenden Motor reduziert wird. Die Automatik des Antriebss.ystems gibt also auch einen wirksamen Schutz gegen Schleudern.

Die in Fig. 2 gezeigte Antriebsanordnung kann auch mit fremderregten Motoren ausgeführt werden.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Anordnung bekommen die Motoren ihre Leistungszufuhr von einem gemeinsamen Gleichrichter, z. B. von einem gesteuerten Gleichrichter 20. Die Bezeichnungen 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 15 haben dieselbe Bedeutung wie in Fig. 2. Jeder Motor 1 hat eine separat gespeiste Feldwicklung Ij. Die Feldwicklung wird von einem am Netz angeschlossenen gesteuerten Stromrichter 10a gespeist, der von einem Regler mit einem Verstärker 21 gesteuert wird. Der Verstärker 21 ist mit seiner Eingangsseite an einem Vergleichsgerät 22 angeschlossen, dem ein Istwert von einem Feldstromgeber 11 zugeführt wird. Der Bezugswert des Feldstroms besteht aus dem Ausgangswert eines Bezugswertgebers 9 und dem Ausgangswert des Verstärkers 23. Dessen Eingangsseite wird die Differenz zwischen einem Istwert vom Rotorstromgeber 3 und einem Wert zugeführt, der dem Unterschied zwischen dem größten Rotorstrom und der maximal zugelassenen Rotorstromdifferenz entspricht. Diese Rotorstromdifferenz wird mii einem Differenzbezugswertgeiät 29 eingestellt. Der größte Rotorstrom, d.h. der Rotorstrom des am stärksten belasteten Motors, wird von einem Maximalwertwähler 25 ausgewählt und einem am Verstärker 26 angeschlossenen Vergleichsgerät 27 zugeführt. Der Ausgangswert vom Verstärker 26 wird im Verglciehsgerät 24 mit einem Wert verglichen, dei dem Rotorstrom des betreffenden Motors entspricht. Wenn der Rotorstroin des Motors niedriger ills zugebissen is;, wird der Verstärker 23 dahingehend beeinflußt, daß die am Vergleichsgerät 22 gegebene Ausgangsgröße dem vom Bezugswertgebei 9 gegebenen Bezugswert entgegenwirkt, was zur Folge hat, daß du Magnetisieruiigsstrom in der Feldwicklung l.v reduziert wird, bis die gewünschte Lastverteilung erreicht ist. Der Verstärker 23 ist (wie aus der in den graphischen Symbolen eingezeichneten statischen Charakteristik hervorgeht) normalerweise so begrenzt ausgeführt, daß er keine Erhöhung des Feldstroms ver-

¹S anlassen kann.

Während der bisher beschriebene Teil der Fig. 3 einen Lastverteilungsregler angibt, bildet das Vcrgleichsgei ät 8 in Verbindung mit einem Verstii rker 28 einen Schlupfregler. Wenn die mit dem Vcrglcichsgerät 8 ausgedrückte Differenz zwischen einer Motordreh/ahl und der mittels Minimalwertgeber 5 ausgewählten Motordrehzahl (ausgedrückt im Tachometersignal) kleiner ist als ein mittels des Bczugswetlgebers 6 eingestellter Wert, ist die Ausgangsgröße des Verstäikers28gleich Null. Im entgegengesetzten Fall, d.h. wem die fragliche Drehzahl eines der Motoren die Drehzahl der am langsamsten laufenden Maschine um den vom Bezugswertgeber 6 zugelassenen Wert übersteigt, gibt das Vergleichsgcrät 8 über den Verstärker 28 ein Ausgangssignai, das über das Vcigieichsgeräi 24 den Verstarker 23 steuert, so daß der Feldstrom des zu schnell rotierenden Motors zunimmt. Gleichzeitig wird die Begrenzung des Verstärkers 23 dahin geändert (gestrichelte Kurve anstatt der durchgezogenen), daß eine solche Feldstromzunahme zugelassen wird. Die von dem Verstärker 28 des Schlupfreglers ausgehende Steuergröße dominiert hierbei stark über die von dem Verstärker 26 ausgehende, da der Verstärker 28 mit verhältnismäßig

großer Verstärkung ausgeführt ist.

In der Fig. 4 ist der Minimalwertgeber 5 gezeigt, der den absolut kleinsten von zwei negativen Spannungen aussvählen soll und zu diesem Zweck Dioden f/, und i/₂ sowie einen Widerstand R enthält. Wenn die Spannungen C/, und U₂, die an die Anoden der beiden Dioden rf, bzw. d₂ angeschlossen werden, verschieden groß sind, wird das Ausgangssignal U_n ungefähr gleich groß sein wie die wertmäßig kleins.; der Spannungen U₁ und U₂.

In Fig. 2 und 3 ist die Anzahl parallelgeschalteter Antriebsmotoren zwei. Ein Fachmann kann ohne Schwierigkeiten die gezeigten Zeichnungen so verändern, daß sie einer größeren Anzahl parallelgeschalteter Motoren genügen.

An Stelle des in den obigen Ausführungsbeispielen von einem Minimalwertgeber in Form eines Minimalwertwählers gelieferten Minimalwertes kann auch ein Wert verwendet werden, der die absolute Geschwindigkeit des von der Antriebsanordnung getriebenen

Fahrzeuges abbildet. Einen solchen Wert erhält man z.B. von einer geschwindigkeitsmessenden Radaranordnung, die den Doppler-Effekt ausnutzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Sch lupf geregelte Antriebsanordnung für elektrische Triebfahrzeuge mit mehreren an verschiedenen Radachsen angeschlossenen Gleichstrommotoren, die zusammen mit je einem gesteuerten Stromrichter zu je einem geschlossenen Regelsystem zur direkten oder indirekten Regelung des Rotorstroms gehören, gekennzeichnet durch den Gleichstrommotoren (1) einzeln zugeordnete Tachometergeneratoren (4), einen Minimalwertgeber (5), der entweder die Drehzahl des am langsamsten laufenden Motors oder die Fahrzeuggeschwindigkeit abbildet, einen Bezugswertgeber (6) zur Einstellung einer zugelassenen Differenz zwischen einer Motordrehzahl und einer dem Ausgangswert des Minimalwertgebers (5) entsprechenden Motordrehzahl, ein Summierungsgerät (V) zum Bilden der Summe von genanntem Minimalwert und genannter Differenz, an die Tachometergeneratoren angeschlossene Vergleichsgeräte (8), von denen jedes die Differenz zwischen dem Ausgangswert des zugehörigen Tachometergenerators und der genannten Summe bildet, und den Gleichstrommotoren (1) zugeordnete Drehzahlregler, welche positive Differenzen dem jeweiligen Regelsystem mit reduzierender Wirkung auf den Äotorstrom zuführen.

2. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstrommotoren (1) im wesentlichen getiennt fremd erregt sind und daß die Stromrichter (10a) Magnetisierungsstrom an die Feldwicklung uer betreffenden Gleichstrommotoren liefern, wobei die Anordnung einen Feldstromgeber (11) und einen Rotorstromgeber(3)für jeden Motor(l)und einen an die Rotorstromgeber angeschlossenen Maximalwertwähler (25) enthält, der den größten Stromgeberwerf wählt und diesen einem Vergleichsgerät (27) zuführt, das eine Steuergröße bildet, die der Differenz zwischen dem größten Stromgeberwert und einer mittels eines Bezugswertgebers (29) einstellbaren Bezugsdifferenz für den zugelassenen Unterschied zwischen größtem und kleinstem Rotorstrom entspricht, und daß diese Steuergröße dem Regelsystem mit reduzierender Wirkung auf den Feldstrom nur dann zuführbar ist, wenn der Rotorstrom kleiner ist als ein Strom, der der genannten Steuergröße entspricht, während die genannte, von dem tachometerangeschlossenen Vergleichsgerät (8) abgegebene positive Differenz dem Regelsystem mit verstärkender Wirkung auf den Feldstrom zuführbar ist, und zwar mit einer solchen Verstärkung, daC - bei gleichzeitig auftretender reduzierender und verstärkender Wirkung - die letztere über die erstere dominiert.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal für die genannte reduzierende Wirkung auf den Feldstrom dem Regelsystem eines Motors hauptsächlich über einen als Proportional-Glied ausgeführten Verstärker (26) zugeführt ist, während das Steuersignal für die genannte verstärkende Wirkung demselben Regelsystem über einen hauptsächlich als Integral-Glied ausgeführten Verstärker (28) zugeführt ist.

4. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte MinimaUvertacber ein Minimalwertgeber ist. der die Auseangswerte sämtlicher Tachometergeneratoren (4) vereleicht und den niedrigsten auswählt.