DE2812491A1

DE2812491A1 - Verfahren zum steuern einer fremderregten gleichstrommaschine

Info

Publication number: DE2812491A1
Application number: DE19782812491
Authority: DE
Inventors: Hans Dr Ing Kahlen
Original assignee: Brown Boveri und Cie AG Germany; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1978-03-22
Filing date: 1978-03-22
Publication date: 1979-09-27
Also published as: DE2812491C2

Description

Verfahren zum Steuern einer fremderregten Gleichstrommaschine.
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
In der Zeitschrift "BBC-Nachrichten" 1976, Heft 10/11 ist in dem Aufsatz "Antriebe für Elektrospeicherfahrzeuge im Stadtverkehr" der auf diesem technischen Fachgebiet erreichte Stand ausführlich beschrieben. Danach sind die wichtigsten Kriterien für einen geeigneten Antrieb die Kosten des Antriebs, die Reichweite des Fahrzeuges mit einer Batterieladung, die Handhabung und die Zuverlässigkeit. Bei der in dieser Zeitschrift beschriebenen Lösung treibt eine fremderregte Gleichstrommaschine über ein umschaltbares Wechselgetriebe das Fahrzeug an. Dadurch kann bei geeigneter Wahl der Getriebeübersetzungen das Verhältnis von Ankerstellbereich zu Gesantstellbereich geringer und damit der Motor kleiner werden. Im Anfahrbereich setzt eine höhere Getriebeübersetzung das größte Motormoment und damit den höchsten Motorstrom herab. Dadurch fällt der Ankerstromsteller kleiner aus. Generatorisch gebremst wird nur im Feldstellbereich. Der Strom fließt dabei über einen Kontakt, der den Ankersteller überbrückt, zur Batterie.
Dadurch erfordert der Bremsbetrieb keine zusätzlichen Einrichtungen. Im verbleibenden Ankerstellbereich wirkt eine hydraulische Fahrzeugbremse. Da sich nach diesem bekannten Konzept der Ankerstellbereich und der Ankerstrom klein halten lassen, ergeben sich im Anfahrbereich geringe Batterieverluste.
In derselben Zeitschrift ist auch eine Schaltung beschrieben, die einen Nutzbremsbetrieb auch im Ankerstellbereich ermöglicht. Bei dieser lösung wird der Ankersteller nicht überbrückt.Man schließt vielmehr die Ankerklemmen des Motors periodisch kurz, so daß die Spannung an den Ankerklemmen über die Batteriespannung hinaus ansteigt und einen periodischen Strom in die Batterie zurückschickt. Mit dieser Einrichtung kann das Fahrzeug praktisch bis zum Stillstand elektrisch gebremst werden.
Im weiten Feldstellbereich kann mit oder ohne Getriebeumschaltung eine konstante maximale Motorleistung gefahren werden. In Bremsbetrieb wird dagegen ein möglichst konstantes Bremsmoment über den gesamten Geschwindigkeitsbereich gefordert. Aus der Beziehung für das Motordrehmoment M = k 9 + 1 (M= Drehmoment, k = konstanter Faktor, = Luftspaltfluß, 1 = Ankerstrom) ist der für eine Bremsregelung vorzugebende Stromsollwert abzuleiten zu Der Sollwert des Momentes M,,11 wird von der Stellung des Bremspedals vorgegeben. Die Division MSoll/k . kann jedoch nur durchgeführt werden, wenn das Produkt k . als elektrisches Signal vorliegt. Faktoren, die durch das schaltbare Wechselgetriebe oder durch den Drehmomentwandler zu berücksichtigen wären, können nicht mit einfachen Mitteln nachgebildet werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Steuerverfahren dahingehend zu verbessern, daß sowohl im weiten Feldstellbereich als auch im schmalen Ankerstellbereich eines Antriebsmotors mit einfachen Mitteln ein konstantes Bremsmoment über einen weiten Geschwindigkeitsbereich erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Feldstellbereich der Maschine eine der Geschwindigkeit des Fahrzeuges proportionale Spannung, im Ankerstellbereich eine konstante Spannung als Sollwert eines Ankerstromreglers verwendet wird.
Vorzugsweise wird dem Ankerstromregler im Ankerstellbereich eine konstante Sollwertspannung zugeführt, die einer der Fahrzeuggeschwindigkeit proportionalen Spannung im Nennpunkt der Gleichstrommaschine entspricht. Durch diese Maßnahme ist ein nahtloser Übergang vom Feldstellbereich zum Ankerstellbereich während des Bremsvorgangs möglich.
Vorteilhaft wird die dem Ankersteller zugeführte Sollwertspannung am Abgriff eines Sollwertpotentiometers abgenommen, das über eine Spannungsgrößtwertauswahlschaltung entweder von einem Tachogenerator oder von einer Konstantspannungsquelle gespeist wird. Durch diese Maßnahme wird dem Ankerstromregler immer eine Sollwertspannung zugeführt, die dem momentanen Zustand des Antriebsmotors entspricht.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt folgende theoretische Überlegung zugrunde: Der von der Stellung des Bremspedals abhängige Potentiometerabgriff liefert den Sollwert für den Ankerstromregler. Mit einem der Potentiometerstellung entsprechenden Faktor C und einem der Winkelgerchwindigkeit 2 proportionalen Wert wird 1soll = c Im Feldstellbereich der Drehstrommaschine gilt beim Bremsen Das Moment wird zu M=k Bei einer Ankerstromregelung wird I = 1soll = . . Damit wird M = (UB + I . R) C c.
Das Drehmoment des Motors ist damit im gesamten Feldstellbereich unabhängig von der Drehzahl oder einer wechselnden Getriebeübersetzung und nur von der Stellung des Bremspedals bzw. des Potentiometers abhängig.
Im Ankerstellbereich wird bei konstanter Erregung und fester Getriebeübersetzung das Potentiometer von einer festen Spannung gespeist, die gleich der Tachospannung im Nennbetriebspunkt der Gleichstrommaschine, d.h. am Übergangspunkt zwischen Ankerstellbereich und Feldstellbereich ist. Dadurch wird auch im Ankerstellbereich ein konstantes Bremsmoment erzielt. Es hat sich gezeigt, daß eine Anpassung der festen Spannung im praktischen Betrieb nur bei der ersten Getriebestufe nötig ist, denn beim Fahren in höheren Getriebestufen wird der Ankerstellbereich praktisch bedeutungslos, da er nur einen sehr kleinen Drehzahlbereich überstreicht. Auch könnte in den höheren Getriebestufen der Ankerstrom beim Bremsen mit maximalem,konstantem Bremsmoment unzulässig hohe Werte annehmen.
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Zu den Hauptkomponenten des elektrischen Antriebs gehören ein Antriebsmotor 9, ein Gleichstromsteller für den Ankerstrom, bestehend aus Ankersteller 4 und Stellerregelung 5 und eine Fahrzeugbatterie 1. Zu diesen Komponenten sind ein Feldsteller 6, Regelelektronik 7, Fahrzeugsteuerung 8, Stromversorgung 18 für die Elektronik, Bedienungs- und Anzeigeelemente 19 und ein Hauptschütz 3 funktionell zugeordnet. Darüberhinaus gehört zur elektrischen Ausrüstung des Fahrzeugs ein Lüfter 20 zur Kwfllung des Motors 9 und des Stellers 4, eine Einrichtung 2 zum Laden der Fahrzeugbatterie 1 und ein Ladewandler 21 zur Ladung einer Bordbatterie 17.
Hauptschütz 3, Ankersteller 4 und Feldsteller 6, Ladewandler 21 und die elektronische Steuer- und Regeleinrichtungen 5, 7, 8 bestehen jexfeils aus einzelnen Bausteinen, die zu einen Gerät zusanrengefaßt werden. Durch einen solchen modularen Aufbau lassen sie sich den unterschiedlichsten Anforderungen anpassen.
Zur Steuerung des Fahrzeugs sind Potentiometer jeweils mit dem Fahr- und Bremspedal verbunden. Die Zeichnung zeigt das mit dem Bremspedal verbundene Potentiometer 14. Das Potentiometer 14 erhält seine Spannung von einer Spannungsgrößttfertauswahlschaltung 16. Diese Auswahlschaltung 16 erhält Eingangsspannungen sowohl von einer Konstantspannungsquelle 15 als auch von einem Tachometergenerator 12, welcher am abtriebsseitigen Ende des Getriebes 11 angeordnet ist und somit eine Spannung abgibt, die der Umdrehungsgeschwindigkeit der Fahrzeugräder 13 und damit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs selbst proportional ist. Die Konstantspannungsquelle 15 ist aus den weiter oben schon genannten Gründen nur an die Spannungs- und Drehzahlverhältnisse im 1. Gang des Getriebes 11 angepaßt und deshalb nicht veränderbar.
Der Feldregelkreis ist dem Ankerregelkreis unterlagert. Beim Bremsen regelt daher der Feldsteller 6 im Feldstellbereich den Erregerstrom,so, daß der Ankerstrom den vorgegebenen Wert erreicht.
Bezüglich der sonstigen Einzelheiten, insbesondere des Aufbaus und der Funktion der einzelnen Funktionsblöcke der in der Zeichnung dargestellten Steuerschaltung wird auf die eingangs erwähnte Zeitschrift 1,BBC-Nachrichten" verwiesen.
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Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum Steuern einer fremderregten Gleichstrommaschine mit Gleichstromsteller, die als Antrieb für ein Fahrzeug mit oder ohne Wechselgetriebe dient, auf konstantes Moment im Nutzbremsbetrieb, dadurch Rekennzeichnet, daß im Feldstellbereich der Maschine eine der Geschwindigkeit des Fahrzeuges proportionale Spannung, im Ankerstellbereich eine konstante Spannung als Sollwert eines Ankerstromreglers (4,5) verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ankerstromregler (4, 5) im Ankerstellbereich eine konstante Sollwertspannung zugeführt wird, die einer der Fahrzeuggeschwindigkeit proportionalen Spannung im Nennpunkt der Gleichstrommaschine (9) entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konstante Sollwertspannung auf die Drehzahl- und Spannungsverhältnisse bei der kleinsten Getriebestufe des Wechselsgetriebes (11) abgestimmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwertspannung am Abgriff eines Sollwertpotentiometers (14), das über eine Spannungsgrößtwertauswahlschaltung (16) entweder von einem Tachometergenerator (12) oder von einer Konstantspannungsquelle (15) gespeist wird, abgenommen wird.