DE2127961C2

DE2127961C2 - Regeleinrichtung für den elektromotorischen Antrieb von Schienenfahrzeugen

Info

Publication number: DE2127961C2
Application number: DE2127961A
Authority: DE
Inventors: Robert Wettingen Zwahlen
Original assignee: Bbc AG Brown Boveri & Cie 5401 Baden Aargau; BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1971-05-06
Filing date: 1971-06-05
Publication date: 1983-10-27
Also published as: AT333387B; CA950559A; DE2127961A1; NO131972C; NO131972B; SE388570B; FR2135648A1; ATA334372A; FR2135648B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für den elektromotorischen Antrieb von Schienenfahrzeugen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Für Bahnantriebe sind Regeleinrichtungen der vorgenannten Art mit einem Stromregler, und zwar einem Zweipunktregler, in Gestalt der üblichen Fahrschalter mit elektromotorischem Stellglied und Strombegrenzung bekannt. Mit solchen Schaltungen

läßt sich der Anfahrvorgang insoweit beherrschen, als der Fahrschalter nach Einstellen eines vorgegebenen Stromwertes mit einer durch den Stellmotor bedingten Schaltgeschwindigkeit hochgefahren und nach Erreichen des Stromwertes stillgesetzt wird. Die Hochlaufge-

schwindigkeit wird hierbei so eingestellt, daß die Anfangsbeschleunigung ein gewisses, zuträgliches Maß nicht überschreitet. Im übrigen läuft der Anfahrvorgang mit dem durch die vorgenannte Bedingung begrenzten, maximalen Drehmoment bzw. mit entsprechender

Zugkraft ab.

Stromgeregelte Bahnantriebe haben jedoch im allgemeinen Nachteile hinsichtlich der Schleuderneigung der Antriebssätze. Unter »Schleudern« wird hierbei das Durchdrehen von Antriebsrädern mit

so entsprechendem Gleiten zwischen Radumfang und Schiene verstanden. Tatsächlich führt nicht bereits jede Überschreitung der Haftreibung, zwischen Schiene und Rad zu einem solchen Schleudern, weil erfahrungsgemäß die übertragbare Radumfangskraft bis zu einem gewissen Schlupfwert noch über die Haftreibung hinaus zunimmt. Jenseits dieses Maximalwertes fällt die übertragbare Radumfangskraft mit weiter zunehmendem Schlupf jedoch rasch ab, so daß die Überschreitung dieses Schlupfwertes dann zum Schleudern mit entsprechendem Drehzahlanstieg und Stromabfall am Antriebsmotor führt. Der letztgenannte Stromabfall würde infolge der zugehörigen Drehmomentverminderung entsprechend der Motorkennlinie die Wiedereinstellung eines stabilen Arbeitspunktes mit Haftreibung oder begrenztem Schlupf zwischen Schiene und Rad erleichtern, wird jedoch durch die Stromregelung — nur gemildert durch die Zeitverzögerung infolge des integralen Verhaltens des Stellmotors — mehr oder

weniger rasch durch eine zusätzliche Erhöhung der Motorspannung ausgeglichen. Die Stromregelung läuft also mit einer gewissen Zeitverzögerung auf die Einprägung eines annähernd konstanten Stromes und damit einer ebensolchen Zugkraft ähnlich einem extrem steilen Hauptschlußverhalten der Antriebsmotoren hinaus, wodurch das selbsttätige Abfangen des schleudernden Antriebssatzes zunichte gemacht, die Schleuderneigung also wesentlich verstärkt wird.

Als Abhilfe gegen die Schleuderneigung kommt der Einsatz der bekannten Schleuderdetektoren in Betracht, die beispielsweise mit Hilfe eines zusätzlichen Meßrades oder mit Hilfe von induktiven Sensoren und in das Rad sowie in die Schiene eingeprägten Magnetisierungsmarken arbeiten oder auf unterschiedliche Drehzahlen der verschiedenen Triebachsen ansprechen und daraufhin einen Bremsvorgang oder eine Stromherabsetzung auslösen. Derartige Einrichtungen sind jedoch mit unerwünscht hohem Bauaufwand sowie oft mit einer vergleichsweise hohen Störanfälligkeit verbunden.

Andererseits sind Bahnantriebe mit Spannungsregelung bekannt, wobei die Spannungsregelung allerdings hauptsächlich den Übergang zwischen den verschiedenen Schalterstufen günstig beeinflussen soll. Eine Spannungsregelung führt grundsätzlich nicht zu einer optimalen Ausnutzung der Zugkraft des Antriebssatzes, die eine entsprechende Regelung des Antriebsstromes verlangt.

Aus der US-PS 35 51 775 ist eine Motor-Kontrolleinrichtung mit einem Motorstromregelkreis bekannt, welcher ein den Motorstrom als Regelgröße erfasseüdes Meßglied und einen Sollwert-Istwertvergleich des Motorstroms durchführenden Stromregler aufweist. Auf dem Stromregelkreis ist auch ein Motor-Spannungsregelkreis vorgesehen mit einem die Motorspannung als Regelgröße erfassenden Meßglied und mit einem den Sollwert-Istwertvergleich der Motorspannung durchführenden Spannungsregler. Dieser Spannungsregelkreis steht mit dem Antriebsstromkreis über ein Stellglied in Wirkverbindung. Ein Spannungssollwert-Regler, dem ein gemäß eingegebenen Fahrbefehlen steuerbarer Sollwert an einer seiner Eingangsklemmen zugeführt ist, bildet zusammen mit dem Stromregler und einem Spannungssollwert-Inverter einen Spannungssollwertbildner für den Spannungsregelkreis. Der Spannungssollwertbildner weist über die entsprechende Eigenschaft des Stromreglers ein integrales Übertragungsverhalten auf.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Regeleinrichtung für elektromotorisch angetriebene Schienenfahrzeuge, welche die Vorteile der Stromrege-Jung beizubehalten gestattet, andererseits jedoch die mit einer solchen Regelung bisher verbundene Verstärkung der Schleuderneigung vermeidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale in Anspruch 1.

Mit der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung wird erreicht, daß ständig ein Spannungsregelkreis am Stellglied des Antriebssatzes wirksam ist, der somit ein beginnendes Schleudern rechtzeitig abfangen kann, während andererseits im Normalfall das Hochlaufen des Antriebsstromes entsprechend einem vorgegebenen Integralverhalten des Sollwertbildners in Zusammenwirkung mit dem Stromregelkreis erfolgt, wobei für den Anfahrvorgang eine weitgehend optimale Anpassung verwirklicht werden kann.

Das Zusammenspiel der beiden Regelkreise ist abhängig vom Regelzustand des Stromregelkreises.

Wenn der Stromregelkreis vom Sollwert nocht weit entfernt ist, also nicht mit hohem Strom fährt, was ein entsprechend hohes Drehmoment und hohe Schleudergefahr bedingen würde, ist der Stromregelkreis bestimmend Geht in weiterer Folge die Regelabweichung im Stromregelkreis zurück, dann schaltet die Kuppeleinrichtung ab und das Kommando wird an den Spannungsregelkreis mit seinem Sollwertgeber alleine abgegeben. Der Spannungsregelkreis ist weich, d h, er prägt kein Drehmoment ein, sondern bestimmt praktisch eine Drehzahl.

Es wird also in Abhängigkeit zwischen dem verstärkt ziehenden Stromregelkreis auf den elastisch nachgiebigen Spannungsregelkreis umgeschaltet

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand von Zeichnungen. Hierin zeigt

F i g. 1 das Prinzipschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung für eine elektromotorisch angetriebene Lok,

Fi^. 2a den Verlauf einer zum Istwert ü_st des Antr.tbsstromes proportionalen Signalspannung über der Zeit t für drei verschiedene Belastungsfälle I, II und III der Regeleinrichtung nach Fig. 1 beim Hochlaufen des Lokantriebes zusammen mit einer zum Sollwert i_son des Antriebsstromes proportionalen Signalspannung,

F i g. 2b den Verlauf der Ausgangsspannungen des Stromreglers und des Sollwertreglers über der Zeit t für die Belastungsfälle I. II und III und

F i g. 2c den Verlauf einer zum Istwert u,« der Motorspannung proportionalen Signalspannung über der Zeit t, wiederum für die Belastungsfälle I, II und III, zusammen mit einer zum Sollwert u_soii der Motorspannung proportionalen Signalspannung. Ferner zeigen die

Fig.3a, 3b und 3c nochmals den Verlauf der Signalgrößen gemäß F i g. 2a, 2b und 2c über der Zeit für den Belastungsfall II, jedoch mit überlagerten Regelvorgängen entsprechend dem Auftreten von Schleudervorgängen und

F i g. 4 miteinander gekoppelte Regeleinrichtungen in der Ausführung gemäß Fig.2 zur Darstellung der Verhältnisse bei Doppeltraktion mit einer führenden und einer geführten Lok.

F i g. 1 zeigt zwei miteinander gekoppelte Regelkreise, nämlich einen Stromregelkreis 100 und einen Spannungsregelkreis 200. Über ein Stellglied 8 stehen beide Regelkreise mit einem Antriebsstromkreis 11 in Wirkverbindung, welcher eine Mehrzahl von zueinander parallelgeschalteten Antriebsgruppen 9 versorgt, von denen in F i g. 1 nur eine angedeutet ist. Jede Antriebsgruppe umfaßt mindestens einen Motor 10 (in der Darstellung nur einer angedeutet), und zwar beispielsweise einen mit wellenförmig gleichgerichtetem Wechselstrom gespeisten Gleichstrommotor, einen sogenannten »Wellenstrommotor«, sowie ein Strommeßglied 3, beispielsweise in Form eines stark gegengekoppelten Spannungsverstärkers mit entsprechend genau definierter Verstärkung, der seine Eingangsspannung an einem Meßwiderstand 3b mit Glättungskondensator 3a abgreift. Es können unter Umständen mehrere Motoren, die eine Antriebsgruppe bilden, an einem Strommeßglied zusammengefaßt sein. Für das gesamte Antriebssystem ist ein gemeinsames Spanrungsmeßglied 4 vorgesehen, ebenfalls beispielsweise in Form eines stark gegengekoppelten Spannungsverstärkers, der über ein Glättungsglied mit Vorwiderstand 4b und Glättungskondensator 4a an den Antriebsstromkreis 11 parallel zu den Antriebsgruppen

angeschlossen ist.

Das Stellglied umfaßt einen Phasenschieber 86 und einen Thyristor-Gleichrichter 8c, die parallel von einem Wechselstromnetz 13 gespeist werden. Der Phasenschieber liefert an seinen mit α und oc + π bezeichneten komplementären Ausgängen bei positiv ansteigendem Stellsignal e von Wert π abnehmende Phasenwinkel für eine Anschnittsteuerung des Gleichrichters 8c.

Für die vorgenannten Meßglieder wie auch für die im folgenden zu besprechenden Regler sind als Spannungsverstärker übliche Operationsverstärker mit hohem Eingangswiderstand sowie mit einem invertierenden und einem nichtinvertierenden Eingang (Kennzeichnung der Eingänge durch »—« bzw.» + «) angenommen. Die entsprechende Polarität des Antriebsstromkreises 11 ist durch die Vorzeichen an den Ausgängen des Stellgliedes 8 angedeutet. Demgemäß liefert der Ausgang 3c des Strommeßgliedes ein positives und der Ausgang 4c des Spannungsmeßgliedes ein negatives Istwertsignal.

Der Ausgang 3c des Strommeßgliedes ist ebenso wie die Ausgänge 3'c der Strommeßglieder der nicht dargestellten weiteren Antriebsgruppen an je einen Eingang einer Größtwert-Durchschalteinrichtung 12 angeschlossen, die aus einer entsprechenden Anzahl von bezüglich der Signalpolarität in Durchlaßrichtung gepolten und mit ihren Kathoden parallel an den Ausgang der Durchschalteinrichtung angeschlossenen Dioden 12a besteht. Diese Schalteinrichtung wirkt nach Art einer ODER-Schaltung, wobei jeweils das dem Betrage nach größte Eingangssignal die zugehörige Diode öffnet und alle übrigen Dioden sperrt. Weiter ist hier ein zusätzlicher Motorstrom-Istwertausgang A mit vorgeschaltetem Invertierverstärker 126 vorgesehen. Dieser Ausgang dient in noch zu erläuternder Weise der Kopplung mit der Regeleinrichtung einer anderen Lok in Doppeltraktion.

Ein Sollwertgeber 17 ist gemeinsam für den Stromregelkreis 100 und den Spannungsregelkreis 200 vorgesehen. Ersterer umfaßt einen Stromregler 15 mit Sollwerteingang 15a, Istwerteingang 156 und Verstärker 51, letzterer einen Spannungsregler 16 mit Sollwerteingang 16a und Istwerteingang 166.

Der Spannungsregelkreis 200 greift mit dem Stellsignal e am Ausgang seines Reglers, nämlich des Spannungsreglers 16, unmittelbar am Eingang 8a des Stellgliedes 8 an. An den Ausgang des Spannungsmeßgliedes ist der Istwerteingang 166 des Spannungsreglers angeschlossen.

Gegebenenfalls kann für den Stromregler 15 auch ein eigener Sollwertgeber 27 (in F i g. 1 strichliert angedeutet) vorgesehen werden. Zweckmäßig werden dann die Abgriffe der zugehörigen Potentiometer miteinander gekoppelt, so daß die entsprechenden Signalspannungen im Gleichlauf verändert, jedoch auf unterschiedliche Absolutwerte eingestellt werden können. Der Stromregler umfaßt einen Verstärker 51, dessen Ausgang 51Λ über eine Koppeleinrichtung 14 an den Steuereingang 1706 eines Sollwertbildners 170 angeschlossen ist. Ein weiterer Steuereingang 170a des Sollwertbildners ist mit dem Sollwertgeber 17 verbunden, und zwar gemeinsam mit dem Sollwerteingang 15a des Stromreglers. Der Ausgang des Sollwertbildners stellt den Sollwerteingang des Spannungsreglers 16 dar. Dem gleichen Zweck wie der Ausgang A der Durchschalteinrichtung 12 dient ein Fremd-Sollwerteingang B, an den der Sollwerteingang 15a bzw. 170a des Stromreglers 15 bzw. des Sollwertbildners 170 über einen Umschalter im Austausch gegen den Ausgang des Sollwertgebers 17 angeschlossen werden kann.

Die Wirkungsweise der Einrichtung und in Verbindung damit der Aufbau des Sollwertbildners 170 und der Koppeleinrichtung 14 ergeben sich anhand der Belastungsfälle I, II und III gemäß den Diagrammen in Fig. 2a—c wie folgt:

Zur Einleitung des Anfahrvorganges wird das Potentiometer des Sollwertgebers 17 auf eine dem gewünschten Fahrbefehl entsprechende Ausgangsspannung eingestellt, welche den Signalspannungen u\5a und u 170a gemäß F i g. 2a und 2c entspricht. Allgemein ist zu den Zeitdiagrammen zu brachten, daß es sich um eine Darstellung der Beträge von Signalspannungen handelt, während die Vorzeichen aus dem Stromlauf gemäß F i g. 1 zu bestimmen sind. Demgemäß entsprechen die Spannungen u 15a und u 170a mit einem hier nicht interessierenden Maßfaktor den Sollwerten u_son und Usoii. Auch die genannten Signalspannungen können bei Verwendung eines besonderen Sollwertgebers 27 für den Stromregler 15 in ihrem Betrag unterschiedlich sein.

Was die verschiedenen Belastungsfälle angeht, so entspricht der Fall I dem Kurzschlußbetrieb mit Hochlauf der Regeleinrichtung bei festgebremster Lok, während der Fall II eine mittlere und der Fall III eine leichte Belastung der Lok beim Anfahrvorgang darstellt. Die eingestellte, dem Spannungssollwert entsprechende Signalspannung t/170a gelangt über einen Sollwerteingangskreis 171a an den Summiereingang 171e eines Spannungsverstärkers 171. Über den Istwert-Eingangskreis 1716 gelangt die Signalspannung vom Ausgang des Sollwertbildners 170. d. h. von dem hiermit verbundenen Sollwerteingang 16a des Spannungsreglers 16, mit negativem Vorzeichen an den Summiereingang 171 e. Die entsprechende Vorzeichenumkehr erfolgt im Spannungsverstärker eines Integrators 172 mit differentiellem Gegenkopplungsglied, bestehend aus Eingangswiderstand 172a und Differenzierkondensator 1726. Infolge dieser differentiellen Gegenkopplung ergibt sich ein Verzögerungsglied, dessen Eingang an den Steuereingang 1706 des Sollwertbildners 170 und über einen Entkopplungswiderstand 171c an den Ausgang 171 d des Verstärkers 171 angeschlossen ist. Letzterer bildet bei dieser Anordnung den Regler eines eigenen Regelkreises, des Sollwertregelkreises 170c, und wird im folgenden kurz als Sollwertregler bezeichnet Durch das Zusammenwirken dieses Regelkreises mit dem Stromregelkreis 100 und dem Spannungsregelkreis 200 bestimmt sich die Funktion der Regeleinrichtung,

Die nach oben durch den Sättigungszustand begrenzten, eingangsseitigen Aussteuerbereiche des Sollwertreglers 171 und des Stromreglers 15 bzw. seines Verstärkers 51 sind im Beispielsfall entsprechend einem Bruchteil der bei niedrigster Fahrbefehlstufe vom Sollwertgeber 17 gelieferten Signalspannungen u 170a bzw. u 15a bemessen, so daß die betreffenden Verstärker beim Beginn des Regelvorganges, d. h. bei zunächst noch den Wert Null aufweisenden Strom- und Spannungs-Istwerten, in jedem Falle übersteuert sind. In F i g. 2b ist dies durch die Soannungswerte u 171 d_m2K und u5\b_max angedeutet Diese beiden Sättigungswerte stehen zueinander in dem in Fig. 2b angedeuteten Verhältnis, so daß die zwischen dem Steuereingang 1706 des Sollwertbildners 170 und dem Ausgang 516 des Stromreglers 15 befindliche Diode 141 der Koppeleinrichtung 14 im Durchlaßbereich arbeitet und die beiden

verbundenen Schaltungspunkte somit auf praktisch gleiches Potential legt. Der Ausgang 171t/ des Sollwertreglers ist bei diesem Schaltzustand durch den Entkopplungswiderstand 171c, der entsprechend hochohmig bemessen ist, vom Eingang des Integrators 172 entkoppelt.

In allen drei Belastungsfällen läuft die Ausgangsspannung des Integrators 172, d.h. die Sollwert-Eingangsspannung u 16a des Spannungsreglers, zunächst entsprechend der Beaufschlagung des Steuereingangs 1706 des Sollwertbildners 170 mit der Sättigungs-Ausgangsspannung des Stromreglers 15 mit einer durch die Integrationszeitkonstante bestimmten Geschwindigkeit hoch, wie dies in Fig.5c angedeutet ist. Im folgenden wird zunächst angenommen, daß sich der Spannungsregelkreis 200 infolge entsprechend rascher Wirkung des Spannungsreglers 16 und des diesem nachgeordneten Stellgliedes immer im abgeglichenen Zustand befindet, was Übereinstimmung von Sollwert und Istwert am Spannungsregler bedeutet, d. h. u_soii = u ist. Dann läuft auch die Motorspannung und damit im Kurzschlußfall I der Motorstrom in der aus F i g. 2a ersichtlichen Weise linear hoch, bis die Grenze des in Fig.2a mit u51a₅ bezeichneten, eingangsseitigen Sättigungs-Aussteuerbereiches des Stromreglers erreicht ist. Von hier an sinkt die Ausgangsspannung u 51 b des Stromreglers mit weiter abnehmender Spannung am Summiereingang 51a des Verstärkers 51 in der aus F i g. 2b ersichtlichen Weise auf Null ab, während sich die Spannung u 16a, d. h. ms,, auf den in Fig. 2c angedeuteten Endwert stabilisiert. Die Spannung ul70ö am Steuereingang 1706 des Sollwertbüdners 170 folgt im Fall I vollständig der Spannung u5ib, so daß der Sollwertregler 171 während des gesamten Kurzschluß-Hochlaufes nicht zur Wirkung auf den Spannungsregelkreis 200 kommt.

Im Fall II steigt die Spannung u 16a wieder linear an, während u t5b bzw. i_is, nun infolge der zunehmenden Motordrehzahl und der entsprechenden gegenelektromotorischen Spannung vom linearen Kurzschlußverlauf abweicht und langsamer bis zur Grenze des Sättigungs-Aussteuerbereiches USIa₁ ansteigt. Ab hier folgt das Absinken der Spannungen u5\b\ina u 1706sowie u 16a dem Verlauf von u_isl. Entsprechendes gilt für den Fall III zum Zeitpunkt fi. Von hier an sei der Regelvorgang anhand der Kurven des Falles III näher betrachtet

Zum Zeitpunkt fi verläßt der Stromregler die Sättigung, so daß nun eine wirksame Stromregelung für den weiteren Beschleunigungsvorgang einsetzt Dies ist mit einer Verlangsamung des Strom- und Spannungshochlaufes gemäß F i g. 2a und 2c verbunden, weil dem so Eingang des Integrators 172 nun ein abnehmendes Signa! zugeführt wird. Mit weiteren Hochlauf gelangt nun auch die Motorspannung, d. h. u 16a, an die Grenze des eingangsseitigen Sättigungs-Aussteuerbereiches u 171e₅(siehe F i g. 2c) des Sollwertreglers 171, und zwar zum Zeitpunkt ?2- Von hier an sinkt die Ausgangsspannung u 171c/des Sollwertreglers bis zum Schnitt mit der Ausgangsspannung u5ib des Stromreglers zum Zeitpunkt h ab. Gleichzeitig sperrt nun die Diode 141 der Koppeleinrichtung 14, so daß der Eingang des Integrators 172 nun auf den Ausgang des Sollwertreglers 171 umgeschaltet wird. Von i₃ an folgt demgemäß die Spannung ui70b der Spannung ui7td, wie dies in F i g. 2b angedeutet ist Es schließt sich nun eine Phase mit Spannungsregelung an, wobei der Spannungssollwert gemäß u 16a und im abgeglichenen Zustand auch Uisi jedoch nur noch wenig bis zum Erreichen von u 170a o// ansteigen. Entsprechend der nun im wesentlichen konstant gehaltenen Motorspannung sinkt der Strom mit weiter zunehmender Motordrehzahl ab, wie es in Fi g. 2a vom Zeitpunkt h an dargestellt ist. Gleichzeitig steigt die Spannung am Summiereingang 51a des Verstärkers 51 wieder an (siehe Fig.2b), bis zum Zeitpunkt U wieder die Grenze der eingangsseitigen Sättigungsaussteuerung des Stromreglers erreicht ist. Dies bleibt aber ohne Einfluß auf den weiteren Regelvorgang, weil die Koppeleinrichtung 14 mit ihrer Diode 141 weiterhin sperrt (Ausgangsspannung des Stromreglers größer als Ausgangsspannung des Sollwertreglers).

Nun sei noch anhand der F i g. 3a bis 3c das Verhalten der Regeleinrichtung im Schleuderfalle betrachtet, und zwar anhand der Kurven des Belastungsfalles II.

Zunächst wird in der Anfangsphase des Hochlaufens, und zwar unter der Herrschaft des Stromregelkreises mit noch gesättigtem Stromregler, der Beginn eines Schleudervorganges zum Zeitpunkt fs angenommen. Dies ist infolge der plötzlich zunehmenden Motordrehzahl des betreffenden Antriebssatzes mit einem Abfall des Stromes bis zum Wert i\ in Fig.3a (bzw. einer entsprechenden Signalspannung u \5b) und mit einem Anstieg der Motorspannung auf den Wert u\ gemäß F i g. 3c verbunden. Hierbei ist nun im Gegensatz zu der bisherigen Beschreibung des Regelvorganges nicht mehr angenommen, daß sich der Spannungsregelkreis 200 jederzeit im abgeglichenen Zustand befindet. Vielmehr wird nun gerade der Verlauf der Regelabweichungen auch des Spannungsregelkreises betrachtet.

Während sich nun bei einer Stromregelung an den Stromabfall auf den Wert i\ ein erzwungener Anstieg des Stromes gemäß Kurvenabschnitt a in F i g. 3a und eine entsprechende, nochmalige Spannungserhöhung gemäß Kurvenabschnitt 6 in F i g. 3c anschließen würde, führt die Wirkung des Spannungsregelkreises umgekehrt zu einer Wiederabsenkung der Spannung gemäß Kurvenabschnitt c in F i g. 3c und einem weiteren Absinken des Stromes bis auf den Wert h gemäß F i g. 3a. Ab hier kann ein weiteres Hochlaufen der Spannung entsprechend dem ursprünglichen Verlauf sowie — auf niedrigerem Niveau gemäß Kurvenabschnitt d in Fi g. 3a — auch ein erneutes Hochlaufen des Stromes eintreten bis, etwa zum Zeitpunkt fe wieder eine verstärkte Kraftübertragung zwischen Abtriebsrad und Schiene mit Abbremsung des Antriebssatzes eintritt. Die entsprechende Spannungsabsenkungen gemäß Kurvenabschnitt c in F i g. 3c wird vom Spannungsregler kompensiert, wobei sich Strom und Spannung wieder dem ursprünglichen Verlauf nähern. Das Schleudern wird also insgesamt selbsttätig abgefangen und zwar auch in der Wirkungsphasc des Stromrege'.kreises. Entsprechendes gilt, wie nicht näher zu erläutern ist, auch für die Wirkungsphase des Stromregelkreises ohne Sättigung des Stromreglers. Ein solcher Vorgang ist ab Zeitpunkt f₇ in den F i g. 3a bis 3c angedeutet Während die in zwei Phasen erfolgende Absenkung des Stromes auch hier eintritt (siehe F i g. 3a) und die zugehörigen Spannungsabweichungen ausgeregelt werden (siehe F i g. 3c), gelangt der Stromregler durch die Stromabsenkung wieder in die Sättigung (siehe Kurvenabschnitt /in F i g. 3b). Dies hat jedoch wegen der andauernden Wirksamkeit des Spannungsregelkreises lediglich zur Folge, daß der Stromanstieg im Kurvenabschnitt g entsprechend parallel zu einer Fortsetzung des ursprünglichen Stromanstieges in der Anfangsphase des Regelvorganges und nicht parallel zu dem flacheren Kurvenverlauf der Regelphase nach dem Zeitpunkt fe verläuft Auch

hier erfolgt jedoch grundsätzlich ein selbsttätiges Abfangen des Schleudervorganges. Nach Umschalten auf alleinige Spannungsregelung in der weiteren Phase des Anfahrvorganges gestaltet sich das selbsttätige Abfangen eines Schleudervorganges noch unkritischer, weil ein Stromanstieg infolge weiteren Hochlaufes des Integrators nicht mehr eintritt, sondern nur noch eine Wiederannäherung an den ursprünglichen, hier ohnehin absinkenden Stromverlauf eintreten kann. Insgesamt ergibt sich also in sämtlichen Phasen des Anfahr- und Regelvorganges ein sicherers Abfangen von Schleudervorgängen. Gleichzeitig werden die Vorteile einer Stromregelung in der ersten Phase des Anfahrvorganges mit selbsttätigem Übergang zu anschließender Spannungsregelung verwirklicht.

Infolge der Mehrfach-Stromei fassung über die Durchschalteinrichtung 12 wird gleichzeitig erreicht, daß jeweils die Antriebsgruppe mit den kritischsten Kraftübertragungsverhältnissen erfaßt und somit die jeweils stärkste Schleuderneigung ausgeglichen wird.

Die Koppeleinrichtung 14 weist ferner zusätzliche Steuereingänge 14a und 14i mit zugehörigen Dioden auf, welche entsprechend wie die Diode 141 bei in bezug auf den Steuereingang t70b niedrigerem Potential eine Sperrung der übrigen, mit relativ höheren Potentialen beaufschlagten Dioden und damit die Abschaltung des Sollwertreglers 171 sowie des Stromreglers 15 bewirken. Diese zusätzlichen Steuereingänge der Koppeleinrichtung können für die Aufschaltung der Ausgangssignale von nicht dargestellten Meßgebern dienen, die ebenfalls den Beginn eines Schleudervorganges anzeigen, beispielsweise in Abhängigkeit von einer unmittelbaren Schlupfmessung zwischen Schiene und Rad. Bei entsprechend gewählten Steuerpotentialen kann hierdurch eine besonders rasche Absenkung des Antriebsstromes und damit ein sicheres Abfangen des Schleudervorganges erreicht werden.

Für eine Doppeltraktion gemäß F i g. 4 sind für beide gekoppelten Lokomotiven Regeleinrichtungen gemäß F i g. 1 vorgesehen, nämlich die Regeleinrichtung F einer führenden und die Regeleinrichtung G einer geführten Lokomotive. Die hauptsächlichen, bereits anhand von Fig. 1 erläuterten Schaltungsgruppen sind in Fig.4 vereinfacht schematisch angedeutet und für die Regeleinrichtung F mit den gleichen, für die Regeleinrichtung C mit entsprechenden, jedoch apostrophierten Bezugszeichen versehen. Bei dem dargestellten Schaltzustand für die Doppeltraktion ist der Sollwerteingang 15a des Stromreglers der führenden Regeleinrichtung F wie im Einzelbetrieb über den zugehörigen Umschalter an den Ausgang des Sollwertgebers 17 angeschlossen, während der Sollwerteingang 15'a des Stromreglers der geführten Regeleinrichtung C auf den Fremd-Sollwerteingang B' umgeschaltet ist. Letzterer ist mit dem Motorstrom-Istwertausgang A der führenden Regeleinrichtung F verbunden, so daß der geführten Regeleinrichtung als Sollwert für ihren Strom- und Spannungsregelkreis ein Motorstrom-Istwert der führenden Regeleinrichtung eingegeben wird. Während also die führende Regeleinrichtung gemäß den eingegebenen Fahrbefehlen willkürlich gesteuert wird, folgt die geführte Regeleinrichtung beim Anfahren wie auch bei den sonstigen Übergängen zwischen den verschiedenen eingesteuerten Fahrzuständen dem Istzustand des führenden Systems. Dagegen arbeitet die geführte Regeleinrichtung hinsichtlich der Reaktion auf

Regelabweichungen, insbesondere auf einsetzendes Schleudern, im wesentlichen unabhängig von der Kopplung wie im Einzelbetrieb, so daß also beginnendes Schleudern in der vorstehend erläuterten Weise abgefangen wird. Damit lassen sich die angestrebten Vorteile auch bei Mehrfachtraktion verwirklichen.

Im dargestellten Beispielsfall führt der zusätzliche Motorstrom-Istwertausgang A gemäß der Schaltung nach Fig. 1 jeweils das ausgewählte Größt-Istwertsignal der Antriebsgruppen. Gegebenenfalls kann jedoch

der Ausgang A auch über eine andersartige Schaltung von den Ausgängen der Strommeßglieder abgeleitet werden, nämlich insbesondere über eine mittelwertbildende Schaltung, so daß die geführte Regeleinrichtung nicht dem Größtwert, sondern einem Durchschnittswert der verschiedenen Motorströme des führenden Systems folgt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Regeleinrichtung für den elektromotorischen Antrieb von Schienenfahrzeugen mit einem Motor-Stromregelkreis (100), der ein den Motorstrom als Regelgröße erfassendes Meßglied (3) und einen den Sollwert-Istwertvergleich des Motorstroms durchführenden Stromregler (15) aufweist, mit einem in Abhängigkeit von eingebbaren Fahrbefehlen steuerbaren Sollwertgeber (17), der über einen Spannungs-Sollwertbildner (170) mit wenigstens integrierendem Übertragungsverhalten mit einem Motor-Spannungsregelkreis (200) in Wirkverbindung steht, welcher ein die Motorspannung als Regelgröße erfassendes Meßglied (4) und einen den Sollwert-Istwertvergleich der Motorspannung durchführenden Spannungsregler (16) aufweist und mit dein Antritbsstromkreis über ein Stellglied (8) in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungs-Sollwertbildner (170) einen Sollwert-Regelkreis (170c) mit einem Sollwertregler (17!) aufweist, dessen Sollwert-Eingangskreis (171a,> mit dem Sollwertgeber (17), dessen Ist-Wert-Eingangskreis (171 Z^ mit dem Ausgang des Spannungs-Soll wertbildners (170) in Wirkverbindung steht und daß der Spannungs-Sollwertbildner (170 ferner ein Verzögerungsglied (172) aufweist, das ausgangsseitig mit dem Sollwerteingang (16a,)dcs Spannungsreglers (16) in Wirkverbindung steht und dessen Eingang in Abhängigkeit von einer bestimmten Größe der Motorstrom-Regelabweichung von einer Koppeleinrichtung (14) zwischen dem Sollwertgeber (17) und dem Stromregler (15) umschaltbar ist.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang (\7\d) des Spannungs-Sollwertreglers (171) und dem Eingang (1706; des Verzögerungsgliedes (172) ein von der Koppeleinrichtung (14) steuerbares Entkoppelglied (Eingeschaltet ist.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Spannungs-Sollwertregler (171) der nach oben durch einen Sättigungszustand begrenzte Aussteuerbereich entsprechend einem Bruchteil der vorgebbaren Spannung des Sollwertgebers (17) festgelegt ist.

4. Regeleinrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungs-Sollwertbildner (170) einen zusätzlichen, auf wenigstens ein Schleuder-Überwachungssignal umschaltbaren Steuereingang (1706,) aufweist.

5. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Koppeleinrichtung (14), die wenigstens einen zusätzlichen Steuereingang (14a,) für ein Schleuder-Überwachungssignal aufweist, bei dessen Auftreten über das Verzögerungsglied (172) der Spannungs-Sollwertbildner (170) auf ein den Antriebsstrom herabsetzendes Eingangssignal schaltbar ist.

6. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert-Eingangskreis des Stromreglers (15) ein Integrierglied aufweist.

7. Regeleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsregler (16) zwischen dessen Sollwerteingang und dem Reglerausgang ein Integralglied aufweist.

8. Regeleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromregler (15) zwischen seinem Istwerteingang und dem Ausgang ein

Integralglied aufweist, dessen Zeitkonstante größer ist als die Zeitkonstante des Integralgliedes zwischen dem Sollwerteingang und dem Stromregler-Ausgang.

9. Regeleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsregler (16) zwischen seinem Istwerteingang und dem Ausgang ein Integralglied aufweist, dessen Zeitkonstante größer ist als die Zeitkonstante des Integralgliedes zwischen dem Sollwerteingang und dem Spannungsreglerausgang.

10. Regeleinrichtung für den Antrieb von zwei in Doppeltraktion miteinander gekuppelten Schienenfahrzeugen, deren eines als führendes und deren anderes als geführtes Fahrzeug vorgesehen ist, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Sollwerteingang des Stromreglers (15') des geführten Fahrzeuges ein Signalausgang (A) der Regeleinrichtung (F) des führenden Fahrzeuges angeschlossen ist, an weichem Signaiausgang (A) der Motorstrom-Istwert des führenden Fahrzeuges vorliegt.