DE2629830C2 - Verfahren zur Erzeugung von Fortschaltimpulsen eines Stufenschaltwerkes für die Fahrmotoren von Gleichstrombahnen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Fortschaltimpulsen eines Stufenschaltwerkes für die Fahrmotoren von Gleichstrombahnen gemäß dem Oberbegriff des vorliegenden Patentanspruches 1.

Bei Gleichstrombahnen, also insbesondere bei U- und Straßenbahnen, erfolgt die Anfahrt des Fahrzeuges durch Anlassen von Fahrmotoren mittels stufenweiser Abschaltung von Widerständen. Um im Interesse eines möglichst hohen Fahrkomforts ruck- und stoßfreies Anfahren zu erreichen, ist u.a. eine feinstufigere Abschaltung dieser Widerstände erforderlich. Das Abschalten der Widerstandsstufen erfolgt durch ein motorisch angetriebenes und vom Anfahrstrom überwachtes Schaltwerk derart, daß eine Nockenwalze Norkenkontakte betätigt

In der Zeitschrift »Der Stadtverkehr« 18 (1973), Heft 1, Seiten 31 —34, ist ein Schaltwerk mit Motorantrieb und einer elektronischen Steuerung dieses Motorantriebes beschrieben. Danach ist jedem Schaltwerk ein elektronisches Kontrollgerät zugeordnet, welches sämtliche Steuerungs-, Regelungs- und Überwachungsfunktionen übernimmt, die für den Betrieb der Fahrmotoren bei Fahren und Bremsen erforderlich sind. Mit der Abb. 3 auf Seite 33 der angegebenen Literaturstelle ist das Funktionsschema des Kontrollgerätes dargestellt. Der Fahrmotorstrom wird gemessen und in Funktionsgruppen Stromregler Fahren oder Stromregler Bremsen mit aufbereiteten Fahrmotorstromsollwerten verglichen. In Abhängigkeit vom Vergleich wird ein Weiterschalten oder Anhalten der Nockenwalze des Schaltwerkes veranlaßt Aus der genannten Literaturstelle ist es im Prinzip bekannt zur Ruckbegrenzung bei Anfahrbeginn eine Übergangsfunktion für den Stromanstieg zu erzeugen und im weiteren Verlauf der Anfahrt den Strom auf den gewünschten Wert konstant zu halten.

Bei Anfahrbeginn oder bei Vorgabe einer neuen Sollgeschwindigkeit tritt ein mehr oder weniger großer Sollwertsprung auf. Das Fahrzeug wird dann mit maximaler Zugkraft beschleunigt. In Abhängigkeit vom Besetztzustand des Fahrzeuges, vom Streckenprofil und vom Zustand der Strecke treten dabei unterschiedliche Beschleunigungen auf. Soll das Fahrzeug sich mit konstanter Beschleunigung bewegen, so wird — wie es aus der genannten Literaturstelle im Prinzip bekannt ist — zur Ruckbegrenzung eine Übergangsfunktion für den Stromanstieg erzeugt und im weiteren Verlauf der Fahrt der Strom auf den gewünschten Wert konstant gehalten.

Durch die im Starkstromkreis vorhandenen Totzeiten und durch die Schaltwerkslaufzeiten folgt der Istwert des Ankerstromes jedoch nur verzögert dem als Übergangsfunktion vorgegebenen Sollwert.

Es ist aus der »Siemens-Zeitschrift« 45 (1971), Beiheft »Bahntechnik«, Seiten 125 bis 128, ein Aufsatz »Elektronische Steuerung der Nockenschaltwerke in U-Bahn-Fahrzeugen« von ]. Czerny, W. Lang und L Löbermann bekanntgeworden, in dem dargelegt wird,

daß zur Ruckbegrenzung die Änderung des Fahrmotorstroms gemessen und bewertet wird, um den Ruck zu Beginn des Anfahrvorganges zu erfassen (Seite 127).

Es ist ferner aus der Zeitschrift »Elektrische Bahnen« 39 (1968), Seiten 10 bis 14, ein \ufsatz »Bahnmotoren für den Nahverkehr« von J. Kuhlow bekanntgeworden, in dem ebenfalls dargelegt ist (S. 11), daß zur Ruckbegrenzung ein zusätzliches Meßglied benötigt wird, das auf den Anstieg des Motorstroms anspricht und den Schaltwerksverlauf so lange regelt, bis der Ansprechstrom des Stromwächters erreicht ist und dieser die weitere Regelung übernimmt.

Aus dem Buch von Tietze/Schenk »Halbleiter-Schaltungstechnik«, 3. Auflage, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York 1974, Seiten 238 bis 243, ist ein Integrationsverstärker bekannt, der in seiner Rückführung einen Kondensator und parallel dazu die Reihenschaltung eines Schalters mit einem Widerstand besitzt, wobei der Eingang des Integrationsverstärkers

abschaltbar ist

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erzeugung von Fortschaltimpulsen eines Schaltwerkes für die Fahrmotoren von Gleichstrombahnen anzugeben, bei dem eine gewählte Differenz zwischen Ist- und Sollwert eingehalten wird, wenn der Istwert durch äußere Gegebenheiten dem durch die Einlauffunktion vorgegebenen Sollwert zu langsam folgt

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1 wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 2 aufgeführten Merkmale gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben.

F i g. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispieies der Anordnung zur Durchführung des Verfahrens;

F i g. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf des als Sprungfunktion vorgegebenen Ankerstromsollwertes (a) und des Ankerstromistwertes (by,

Fig.3 zeigt den zeitlichen Verlauf der Funktion höheren Grades (a) (Spannung am Meßpunkt d), des Ankerstromistwertes (b) und die daraus abgeleiteten Fortschaltimpulse (c).

In der F1 g. 1 liegt zwischen einer Klemme a und dem invertierenden Eingang eines Verstärkers 3 die Reihenschaltung zweier Widerstände 1 und 2. Zwischen den Widerständen 1 und 2 ist der eine Pol eines Schalters 4 geschaltet, dessen anderer Pol auf Bezugspotential liegt Der Ausgang des Verstärkers 3 ist. über ein Netzwerk 5 auf den Eingang des Verstärkers 3 zurückgekoppelt. Im Ausführungsbeispiel besteht das Netzwerk 5 aus einem Kondensator 6 und einer dazu parallel geschalteten Reihenschaltung eines Widerstandes 7 mit einem Schalter 8. Der Ausgang des Verstärkers 3 ist über einen Widerstand 9 mit dem invertierenden Eingang eines Triggers 11 verbunden. Zwischen einer Klemme b und dem invertierenden Eingang des Triggers 11 ist ein Widerstand 10 geschaltet. Der Ausgang des Triggers 11 führt zu einer Klemme c und zu einem Steuereingang der Schalter 8 und 4. Diese arbeiten antivalent, und zwar derart, daß in Ruhestellung Schalter 4 geöffnet und Schalter 8 geschlossen ist.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Der Klemme a wird ein Spannungssprung zugeführt, dessen μ Höhe einem vorgewählten Sollwert proportional ist.

Dieser wird zunächst durch den mit dem Netzwerk 5 beschalteten Verstärker 3 integriert. Entsprechend der das Netzwerk 5 bildenden Schaltung ist die Ausgangsspannung des Verstärkers 3 eine zeitliche Funktion höheren Grades, die bei geschlossenem Schalter 8 stetig in den vorgewählten Sollwert einläuft Die durch die Fahrmotoren fließenden Ströme werden gemessen, in eine diesen proportionale Gleichspannung umgeformt und der Klemme b als Istwert zugeführt

Der Eingang des Triggers 11 wird also mit der Differenz zwischen Istwert und Sollwert beaufschlagt. Hat die Differenz eine solche Größe, die einem einstellbaren Schwellwert des Triggers 11 entspricht, gibt dieser an die Klemme c ein Ausgangssignal ab. Dieses wird weiteren, nicht erfindungswesentlichen und daher nicht dargestellten Baustufen als Fortschaltimpuls für das Schaltwerk zugeführt Das Ausgangssignal des Triggers 11 steuert gleichzeitig auch die Schalter 4 und 8 derart an, daß Schalter 8 öffnet und der Schalter 4 schließt Damit wird die Integration des an der Klemme a anliegenden Sollspannungswertes unterbrochen, da der Schalter 4 den Eingang des Verstärkers 3 über den Widerstand 2 auf Bezugspotential legt. Der integrierte Sollspannungswert am Kondensator 6 bleibt konstant, da sich der Kondensator 6 nicht über den Widerstand 7 entladen kann.

Mit einer zeitlichen Verzögerung, die durch die Zeitkonstanten des Starkstromkreises und durch die Schaltwerkslaufzeiten bedingt ist, erscheint an Klemme b der Istwert, dessen Einschaltstromspitze den gespeicherten Sollwert überschreitet. Damit wird der Trigger 11 zurückgesetzt, der Schalter 8 schließt und Schalter 4 öffnet. Die Integration der an Klemme a anliegenden Sollspannung wird fortgesetzt, bis die Differenz zwischen Soll- und Istspannung den einstellbaren Schwellwert des Triggers 11 erreicht und dieser wieder ein Ausgangssignal liefert, wodurch — wie bereits beschrieben — Schalter 4 schließt und Schalter 8 öffnet und damit der Integrationsvorgang erneut unterbrochen und die Sollspannung erneut gespeichert wird. Dieser Vorgang wiederholt sich so oft, bis die integrierte Spannung am Ausgang des Verstärkers 3 die Höhe des Sollwertsprunges an Klemme a erreicht hat. Die Schalter 4 und 8 werden also in Abhängigkeit vom Istwert so betätigt, daß der momentane Funktionswert immer dann konstant gehalten wird, wenn der Istwert durch große Zeitkonstanten dem Sollwert nicht folgen kann. Damit wird erreicht, daß der Istwert zwangsläufig der vorgegebenen Sollwertfunkt'.on nachlaufen muß, weil in Abhängigkeit vom Istwert dieser den zeitlichen Verlauf der Sollwertfunktion bestimmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung von Fortschaltimpulsen eines Stufenschaltwerkes für die Fahrmotoren von Gleichstrombahnen in Abhängigkeit vom Vergleich eines als Sprungfunktion vorgegebenen Ankerstromsollwertes mit einem gemessenen Ankerstromistwert, bei dem aus der Sprungfunktion als Sollwert eine Funktion hergeleitet wird, die mit der Zeit erst schnell, dann langsamer ansteigend, die Sprungfunktion erreicht (Einlauffunktion), dadurch gekennzeichnet,

daß die Funktionsbildung der Einlauffunktion unterbrechen wird, ein Fortschaltimpuls beginnt und der jeweilige Wert der Einlauffunktion gespeichert wird, wenn der Ankerstromistwert den jeweiligen Wert der Einlauffunktion um eine bestimmte Größe unterschreitet,

daß der Wert der Einlauffunktion so lange gespeichert wird, bis der Istwert aufgrund der Stufenfortschaltung den Wert der Einstellfunktion wieder erreicht hat,

daß mit Beendigung dieser Speicherung der Fortschaltimpuls beendet wird,

und daß dieser aus Einlauffunktionsbildung und -speicherung bestehende Vorgang so oft wiederholt wird, bis die Einlauffunktion den als Sprungfunktion vorgegebenen Sollwert erreicht hat.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch !,dadurchgekennzeichnet,
daß die Sprungfunktion einem Integrationsverstärker (3) zugeführt wird, der im Rückkopplungszweig in an sich bekannter Weise einem Kondensator (6) und parallel dazu die Reihenschaltung eines ersten Schalters (8) und eines Widerstandes (7) aufweist,
daß dem Integrationsverstärker (3) ein Trigger (11) nachgeschaltet ist, der ein Ausgangssignal abgibt, wenn der Ankerstromistwert (Klemme b), der dem Ausgang des Integrationsverstärkers (3) zugeführt wird, den jeweiligen Wen der Einlauifunktion um eine bestimmte Größe unterschreitet,

daß dieses Ausgangssignal als beginnender Fortschaltimpuls für das Stufenschaltwerk dient, den ersten Schalter (8) schließt und einen zweiten Schalter (4), der zwischen der Zuleitung (a) der Sprungfunktion und Bezugspotential liegt, öffnet,
und daß, wenn der Ankerstromistwert wieder den am Ausgang des Integrationsverstärkers (3) liegenden Einlauffunktionswert erreicht, der Trigger (11) zurückgesetzt wird, wodurch neben der Beendigung des Fortschaltimpulses das Öffnen des ersten Schalters (8) und das Schließen des zweiten Schalters (4) bewirkt wird.