DE2248122C2

DE2248122C2 - Schleuderschutzeinrichtung für ein elektrisches Triebfahrzeug

Info

Publication number: DE2248122C2
Application number: DE2248122A
Authority: DE
Inventors: Lothar Ing.(grad.) 1000 Berlin Höfer
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1972-09-28
Filing date: 1972-09-28
Publication date: 1981-12-10
Also published as: DE2248122A1

Description

Das aus der Kippstufe 21, dem Verzögerungsglied 23, dem Speicherglied 22 und der Kleinstwert-Auswahlstufe 24 aufgebaute Sollwert-Begrenzungsglied 2 ist zur Verdeutlichung strichpunktiert umrahmt worden. Die Funktionsweise der gesamten Anordnung und insbesondere des erfindungsgemäßen Sollwert-Begrenzungsgliedes 2 ist folgende:

Im Fahrbetrieb wird der steuerbare Stromrichter 9 nach Maßgabe der Ausgangsspannung des Ankerstromreglers 3 Ober den Impulsgeber 7 ausgesteuert Die Ober die Gleichstromwandler 14 bis 17 erfaßten und in proportionale Werte umgeformten Ankerströme der vier Gleichstrommotoren 10 bis 13 werden von der Einrichtung zur Motorstrom-Istwerterfassung 4, das im allgemeinen aus einem Diodengatter besteht, erfaßt und dem Ankerstromregler 3 als Ankerstrom-Istwert zugeführt, wobei immer der größte der in diesem Falle vier Werte auf den Stromregler 3 als Istwert einwirkt Der Ausgang des Schlupfdetektors 6 beträgt im Normalbetrieb, d. h. wenn kein Schlüpfen oder Schleudem auftritt 0 V, so daß er den Stromregler 3 nicht beeinflußt Beim Eintreten des Schleuderns, d. h. wenn sich die Haftreibung zwischen den Antriebsrädern und den Schienen verringert läßt die Belastung des Motors nach. Der schlüpfende oder schleudernde Motor führt dann einen geringeren Ankerstrom als im Normalbetriebsfall. Der Schlupfdetektor 6 ist so ausgebildet daß er von den eingegebenen Ankerströmen die Differenz zwischen dem größten und dem kleinsten Ankerstrom bildet Überschreitet diese Differenz einen bestimmten einstellbaren Betrag, der beispielsweise durch eine Vorstromung des Detektors eingestellt werden kann, so wird der Schlupfdetektor 6 durchgesteuert und seine Ausgangsspannung der Soll-Istwert-Vergleichsstelle 5 des Ankerstromreglers 3 zugeführt Die Aussteuerung des Stromreglers wird daraufhin so lange zurückgenommen, bis die Differenz zwischen dem größten und dem kleinsten Ankerstrom wieder unter den zulässigen Betrag zurückgegangen ist

Alternativ zur Ankerstromerfassung ist auch eine Erfassung de; Drehzahlen der Antriebsmotoren möglich, wobei zu den Drehzahlen proportionale Spannungen gebildet werden und die Differenz zwischen der größten und der kleinsten Spannung gebildet wird

Als Sollwert wird der Soll-Istwert-Vergleichsstelle 5 erfindungsgemäß ein Wert zugeführt, der nach Abzug der Ausgan&swerte der Einrichtung zur Motorstrom-Istwerterfassung 4 und des Schlupfdetektors 6 eine solche Aussteuerung des Ankerstromreglers 3 bewirkt, daß die Ankerströme der Gleichstrommotoren 10 bis 13 auf einen Wert begrenzt werden, bei dem das Schleudern noch nicht einsetzt. Um diesen Grenzwert zu finden, n.uß es mindestens einmal zum Schleudern kommen. Die Höhe der Ankerströme kurze Zeit vor dem Auftreten des Schleudervorganges soll ein Maß dafür darstellen, mit welchem Ankerstrom die Gleichstrommotoren 10 bis 13 über den steuerbaren Stromrichter 9 in der folgenden Zeit beaufschlagt werden können, ohne daß der Schicudervorgang wiederholt auftritt Da in der folgenden Zeit eine βο Verbesserung des Reibungsfaktors eintreten kann, soll der Grenzwert der Ankerströme langsam erhöht werden, damit nach einer gewissen Zeit wieder das gewünschte oder maximale Motordrehmoment zur Verfügung steht. Zu diesem Zweck wird beim Schleudern das Ausgangssignal des Schlupfdetektors 6 nicht nur der SolMstwert-Vergleichsstelle 5 des Ankerstromreglers 3, sondern zusätzlich einer Kippstufe 21 zugeführt, die oberhalb eines bestimmten Betrages des Ausgangssignals des Schlupfdetektors 6 einen Impuls an den einen Eingang des nachgeschalteten Speichergliedes 22 abgibt Dieser Impuls bewirkt, dnö das Speicherglied 22den zu diesem Zeitpunkt an seinem zweiten Eingang anstehenden Ankerstrom-Istwert aus dem Verzögerungsglied 23, dessen Eingang mit der Einrichtung zur Motorstrom-Istwerterfassung 4 verbunden ist und somit den jeweils größten Ankerstrom-Istwert der Gleichstrommotoren 10 bis 13 erhält, speichert Auf diese Weise wird der größte Ankerstrom-Istwert im Speicherglied 22 gespeichert, der kurz vor dem Auftreten des Schleuderns von der Einrichtung zur Motorstrom-Istwerterfassung 4 erfaßt wurde. Dieser gespeicherte Wert wird als Grenzwert der dem Speicherglied 22 nachgeschalteten Kleinstwert-Auswahlstufe 24 zugeführt Die Kleinstwert-Auswahlstufe 24 erhält außerdem einen vom Sollwertgeber 1 abgegebenen Sollwert und gibt den jeweils niedrigeren Wert an die Soll-Istwert-Vergleichsstelle 5 des Ankerstromreglers 3 ab. Der Aufbau der Kleinstwert-Auswahlstufe 24 kann in gleicher Weise wie der Schlupfdetektor 6 oder die Einrichtung zur Motorstrom-Istwerterfassung 4 mit Hilfe eines Diodengatters und nachgeschaltetem Steilheitsbegrenzer erfolgen.

Da einerseits bei einem Eingriff des Sollwert-Begrenzungsgiicdes 2 der vom Speicherglied 22 an die Kleinstwert-Auswahlstufe 24 abgegebene Grenzwert stets kleiner sein wird als der vom Sollwertgeber 1 abgegebene Sollwert und somit nur der Grenzwert an der Soll-Istwert-Vergleichsstelle 5 ansteht, andererseits aber sowohl eine Verbesserung des Reibungsfaktors möglich ist als auch der am Sollwertgeber 1 eingestellte Sollwert erwünscht wird, muß der Grenzwert langsam erhöht werden, um den Sollwert über die Kleinstwert-Auswahlstufe 24 wirksam werden zu lassen.

In F i g. 2 ist anhand des Aufbaues des Speichergliedes 22 eine Möglichkeit aufgezeigt das Vorgenannte zu realisieren. Die Schaltung des Speichergliedes 22 besteht aus der Reihenschaltung eines Thyristors 37, einer Diode 36, eines ersten Verstärkers 30 und eines zweiten Verstärkers 31, dem außerdem eine an einem Potentiometer 32 von einer Spannung Ui abgegriffene Abgleichspannung zugeführt wird. An den Eingang des ersten Verstärkers 30 sind außerdem über einen Widerstand 34 eine Spannung U\ und ein Kondensator 33, dem eine Zenerdiode 35 parallel geschaltet ist, angeschlossen. Die Zündung des Thyristors 37 erfolgt über einen Übertrager 38, der primärseitig an die Kippstufe 21 angeschlossen ist Der Kondensator 33 ist im Ausgangszustand infolge der über den Widerstand 34 angeschlossenen Spannung - U₁ auf einen durch die Zenerspannung der Zenerdiode 35 festgelegten Wert aufgeladen. Spricht nun oberhalb eines festlegbaren Wertes der Ausgangsspannung des Schlupfdetektors 6 die Kippstufe 21 an und gibt einen Impuls über den Übertrager 38 an den Steueranschluß des Thyristors 37 ab, so wird der Thyristor 37 leitend und bewirkt eine Angleichung der Spannung des Kondensators 33 an die am Ausgang des Verzögerungsgliedes 23 anstehende Spannung, die dem maximalen Ankerstrom-Istwert proportional ist. Nach dem Ausgangsvorgang wird der Thyristor 37 wieder nichtleitend, so daß tine dauernde Beeinflussung durch das Verzögerungsglied 23 ausgeschlossen wird. Der der Ladung des Kondensators 33 entsprechende Spamningswert wird von dem ersten Verstärker 30 verstärkt und einem ersten Eingang des zweiten Verstärkers 31 zugeführt an dessen zweiten

Eingang die Abgleichspannung ansteht. Durch die Abgleichspannung werden Fehler, die durch die Schwellspannungen des Thyristors 37 und der Diode 36 in der Spannung des Kondensators entstehen, ausgeglichen.

Die berichtigte Kondensatorspannung wird vom zweiten Verstärker 31 in der Polarität umgedreht und an die Kleinstwert-Auswahlstufe 24 abgegeben.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Sollwert-Begren

zungsgliedes 2 wird somit nach einmaligem Schleudern, welches durch das Ausgangssignal des Schlupfdetektors 6 beendet wurde, dem Ankerstromregler 3 ein verringerter Sollwert vorgegeben, der ein Schleudern der Antriebsräder innerhalb einer festlegbaren Zeit verhindert

Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung ergibt sich eine Erhöhung der mittleren zu übertragenden Zugkraft des elektrischen Triebfahrzeugs.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch;

Schleuderschutzeinrichtung für ein elektrisches Triebfahrzeug mit mehreren in Parallelschaltung betriebenen und stromgeregelten Antriebsmotoren;

— ein Schlupfdetektor steuert die Herabsetzung des Motorstromsollwertes und bewirkt dadurch eine Beendigung des Schleuderns;

— nach Beendigung des Schleuderns ist der Motorstromsollwert begrenzt auf einen von einem Speicherglied abgegebenen Wert, der von einer Einrichtung zur Motorstromistwert-Erfassung im Augenblick des Einsetzens des Schleuderns abgeleitet ist und erst allmählich wieder auf den gegebenenfalls höheren ursprünglichen Sollwert gesteigert wird;

gekennzeichnet durch ein

— zwischen der Einrichtung zur Motorstrom-!stwerterfassung (4) und dem Speicherglied (22) angeordnetes Verzögerungsglied (23).

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schleuderschutzeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Schleuderschutzeinrichtung ist durch die GB-PS 11 82 855 bekannt

Bei elektrischen Triebfahrzeugen mit parallelgeschalteten Antriebsmotoren, bei denen die angetriebenen Achsen über Rad und Schiene miteinander gekuppelt sind, können unter bestimmten Betriebsbedingungen Achsen durchdrehen, was eine ungleichmäßige Strombzw. Lastverteilung in den einzelnen Antriebsmotoren, Herabsetzung des Fahrkomforts und erhöhe Abnutzung von Antriebsrädern und Schiene zur Folge hat. Deshalb werden Schleuderschutzschaltungen eingesetzt, die einen Regelkreis umfassen, der unter Berücksichtigung der Haftreibungsgrenze selbsttätig das Leistungsgleichgewicht zwischen den einzelnen Antriebsmotoren herstellt, indem beim Schleudern der Antriebsräder der Ankerstrom und damit das Motor-Drehmoment verringert wird. Es sind Schleuderschutzanordnungen bekannt (»Elektrische Bahnen«, 38. Jahrgang, 1967, Heft 10, Seite 231), die den Schleuderzustand durch Erfassen der unterschiedlichen Ankerströme der Antriebsmotoren bzw. Messen der Drehzahlunterschiede der Achsen feststellen und durch Einwirken auf den Ankerstromregler beseitigen. Es können jedoch Betriebszustände auftreten, bei denen trotz des Einwirkens der Schleuderschutzanordnung der Schleuderzustand in kurzen Zeitabständen immer wieder auftritt. Das ist zum Beispiel immer dann der Fall, wenn die verlangte Zugkraft größer ist als jene, die durch die Haftreibungsgrenze vorgegeben ist.

Eine Lehre zur Ermittlung und Bemessung eines niedrigeren Sollwertes als demjenigen, der beim Einsetzen des Schleuderns vorgegeben war, gibt die OB-PS11 82 855. Danach wird der Motorstrom-Istwert, bei dem das Schleudern auftritt, erfaßt und auf etwa 90 bis 95% vermindert, worauf dieser Wert dann als Sollwert zunächst für den weiteren Betrieb verwendet und allmählich dem ursprunglichen Sollwert wieder angepaßt wird. Eine derartige Reduzierung beseitigt mit Sicherheit die Gefahr des sofortigen mehrmaligen Schleuderns,

Jedoch ist in der Mehrzahl der Fälle eine derartige

Herabsetzung des Sollwertes z» stark und damit

s unnötig, so daß es relativ lange dauert bis die

Motorströme wieder auf ihren für die Traktion

optimalen Wert geregelt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sollwertbegrenzung nur so weit zu bewirken, wie sie

ίο unbedingt zur Vermeidung des Schleuderns notwendig ist

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung für eine Schleuderschutzeinrichtung der eingangs angegebenen Art durch das kennzeichnende Merkmal des Patentan-

Spruchs 1 gelöst.

Es wird also nicht derjenige Strom als Bemessungs-Ausgangsgröße verwendet, bei dem bereits das Schleudern erfolgt, sondern derjenige Strom, bei dem kurz vorher noch kein Schleudern aufgetreten ist. Damit ist auch in den meisten Fällen eine (weitere) Herabsetzung dieses Wertes zur Sollwertvorgabe überflüssig. Der verwendete reduzierte Sollwert stellt den optimalen Wert für die Führungsgröße unmittelbar nach Beendigung des Schleuderns dar.

Anhand der F i g. 1 und 2 soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden.

F i g. 1 zeigt eine erfindungsgemäß ergänzte Schaltung eines stromge.-egelten Fahrzeugantriebes in Blockdarstellung und

Fig.2 eine detaillierte Darstellung eines dieser Blöcke.

Über einen Stromrichtertransfonnator 8 und einen steuerbaren Stromrichter 9 werden die parallelgeschalteten Gleichstrommotoren 10 bis 13 des elektrischen Triebfahrzeuges aus einem Wechselstromnetz gespeist Der steuerbare Stromrichter besteht im vorliegenden Falle aus einem halbgesteuerten Stromrichter. Prinzipiell sind auch andere Stromrichterschaltungen einsetzbar. Die Gleichstrommotoren 10 bis 13 werden über Feldwicklungen erregt, wobei auf du: nähere Darstellung der Erregerkreise verzichtet wurde. Der Ankerstrom jedes Gleichstrommotors 10 bis 13 wird über je einen Gleichstromwandler 14 bis 17 erfaßt und in einen dem jeweiligen Ankerstrom proportionalen Wert umgeformt. Die Ausgänge der Gleichstromwandler 14 bis 17 sind mit den Eingängen sowohl einer Einrichtung zur Motorstrom-Istwerterfassung 4 als auch eines Schlupfdetektors 6 verbunden. Der Ausgang des Schlupfdetektors 6 ist mit dem Eingang einer Kippstufe

so 21 verbunden, deren Ausgangssignal einem Eingang eines Speichergliedes 22 zugeführt wird. Zusätzlich ist der Ausgang des Schlupfdetektors 6 mit einer Soü-Istwert-Vergleichsstelle 5 verbunden. Der Ausgang der Einrichtung zur Motorstrom-Istwerterfassung 4 wird sowohl einem Verzögerungsglied 23 als auch der Soll-Istwert-Vergleichsstelle 5 zugeführt. Das Ausgangssignal des Verzögerungsgliedes 23 wird an einen zweiten Eingang des Speichergliedes 22, und dessen Ausgangssignal wiederum an einen Eingang eines Kleinstwert-Auswahlgliedes 24 weilergeleitet. Ein zweiter Eingang des Kleinstwert-Auswahlgliedes 24 ist mit dem Ausgang eines Sollwertgebers 1 verbunden. Der Ausgang des Kleinstwert-Auswahlgliedes 24 ist an die Soll-Istwert-Vergleichssteile 5 angeschlossen, die auch mit einem Ankerstromregler 3 verbunden ist. Die Ausgangsspannung des Ankerstromreglers 3 wird einem Impulserzeuger und -verstärker 7, der die steuerbaren Stromrichterventile ansteuert, zugeführt.