DE3008279C2

DE3008279C2 - Steueranordnung für elektrisch betriebene Fahrzeuge

Info

Publication number: DE3008279C2
Application number: DE3008279A
Authority: DE
Inventors: Mashiko Ibamoto; Eiji Mito Kozu; Hiroshi Katsuta Narita; Shigetoschi Okamatsu; Takashi Tsuboi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-03-05
Filing date: 1980-03-04
Publication date: 1983-12-08
Also published as: FR2451126B1; DE3008279A1; JPS6117202B2; US4327313A; FR2451126A1; JPS55117403A

Description

4. Steueranordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (400), der der Strombefehl (I_p), das Istgeschwindigkeitssignal (W) und der Frequenzbefehl (f_p) zugeführt werden und die eine Spannung vorausbestimmt, die dem Induktionsmotor (60—64) während des Haftzustandes zugeführt wird, und eine Einrichtung (17) zur Steuerung der Ausgangsspannung des Umrichters (5) entsprechend der vorausbestimmten Spannung.

5. Steueranordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (16) zur Erfassung der Ausgangsspannung des Umrichters (5), eine Einrichtung (101, 200) zum Empfang des Ausgangsspannungssignals, des Frequenzbefehls (f_p) und des Istgeschwindigkeitssignals (If') zur Vorausbestimmung eines beim Haftzustand durch den Induktionsmotor (61—64) fließenden Stromes, eine Einrichtung (200) zur Bildung eines Strombefehls (I₉) für den Induktionsmotor (60—64), und eine Einrichtung (17) zur Steuerung der Ausgangsspannung des Umrichters (5) entsprechend der Differenz zwischen dem Strombefehl (Sollstrom l_p) und dem vorausbestimmten Strom.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steueranordnung für elektrisch betriebene Fahrzeuge mit einem Umrichter zur Umwandlung der von einem Fahrdraht erhaltenen elektrischen Energie in mehrphasige Wechselspannungsenergie variabler Frequenz, mit einem von der mehrphasigen Spannung gespeisten Induktionsmotor zum Antrieb eines Antriebsrades, mit einer Geschwindigkeitsmeßeinrichtung, mit einer Einrichtung zur Erzeugung einer Schlupffrequenz des Induktionsmotors, mit einer Frequenzbefehlseinrichtung zur Addition oder Subtraktion der Schlupffrequenz zu bzw. von einem durch die Geschwindigkeitsmeßeinrichtung erzeugten Geschwindigkeitsmeßsignals und mit einer Einrichtung zur Steuerung der Ausgangsfrequenz des Umrichters entsprechend einem Frequenzbefehl der Frequenzbefehlseinrichtung.

Die Verwendung eines Induktionsmotors zum Antrieb eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs verbessert nicht nur die Zuverlässigkeit, da eine Gleichrichtung des Motorstromes nicht erforderlich ist, sondern verbessert auch die Haftungseigenschaften des elektrischen Fahrzeugs, da der Induktionsmotor eine Kennlinie mit konstanter Drehzahl aufweist, so daß bei im wesentlichen konstanter Frequenz der zugeführten Wechselspannung die Motordrehzahl ebenfalls im wesentlichen konstant bleibt. Die Realisierung eines mittels eines Induktionrmotors angetriebenen Fahrzeugs ist daher in höchstem Maße erwünscht.

Schwierig ist hierbei jedoch, daß ein Umrichter als mehrphasige Spannungsquelle notwendig ist, der eine breite Steuerung von Frequenz und Spannung zuläßt, beispielsweise ein Wechselrichter oder Zyklokonverter.

Mit der Entwicklung von Halbleiter-Bauelementen,

wie Thyristoren, und mittels einer Steuerelektrode einschaltbarer Thyristoren wurden Umrichter zur Verfügung gestellt, die die obigen Steuererfordernisse erfüllen. Es konnten daher elektrisch betriebene Fahrzeuge mit Induktionsmotor in Benutzung genommen werden.

Zur Speisung einer mehrphasigen Spannung variabler Frequenz und variabler Amplitude an einen Induktionsmotor ist bei einer Gleichstrombahn auf dem Fahrzeug ein Wechselrichter oder, im Falle einer Wechselstrombahn, ein Wechselspannungs-Wechselspannungs-Umrichter (Zyklokonverter) oder Gleich- und Wechselrichter angebracht.

Die Umrichter werden zum Beschleunigen oder Abbremsen des elektrisch betriebenen Fahrzeugs nach einem der folgenden Regelverfahren bei Konstant-Drehmoment-Betrieb im Fahr- oder Nutzfahrbetrieb betrieben:

1. Regelanordnung, bei der das Verhältnis (v/f) aus Spannung ν und Frequenz /"konstant gemacht und die Schlupffrequenz /j konstant gehalten wird, so daß der Strom /im wesentlichen konstant ist und

2. Regelanordnung, bei der die Schlupffrequenz /j und der Strom / konstant gehalten werden, so daß das Verhältnis v/f\m wesentlichen konstant ist.

Bei beiden Anordnungen muß zur Steuerung der Schlupffrequenz f_s auf einen konstanten Wert eine der Drehzahl des Induktionsmotor entsprechende Geschwindigkeitsfrequenz erlaßt werden.
Mit anderen Worten, im Fahrbetrieb wird die Ausgangsfrequenz des Umrichters durch die Schlupffrequenz f_s gegenüber dem Drehzahlsignal ff des Induktionsmotors erhöht, wodurch ein beschleunigendes

Drehmoment erzeugt wird. Daher ergibt sich das dem Umrichter zuzuführende Frequenzbefehlssignal f_p aus der Gleichung

WH-/, (1)

Im Nutzbremsbetrieb nimmt die Ausgangsfrequenz des Umrichters um die Schlupffrequenz f_s gegenüber der Drehzahl ff des Induktionsmotors ab, so daß ein Bremsmoment erzeugt wird. Daher ergibt sich das dem Umrichter zuzuführende Frequenzbefehlssignal f_p aus ι ο

fp-fi-f. (2)

Zur Erfassung dieser Drehzahlfrequenz f_{ werden bisher Tachogeneratoren, Impulsgeneratoren oder dergleichen verwendet die mit dem Induktionsmotor is gekuppelt sind.

So ist eine gattungsgemäße Steueranordnung aus der AT-PS 3 38 940 bekannt die eine erste Steuerkette für die Bildung einer Steuergröße für die Steuerung des Umrichters auf eine bestimmte Ausgangsfrequenz mit einem Schlupffrequenzfunktionsgeber, einem ersten Korrekturmultiplizierer und einem Drehfrequenzaddierer enthält In einer zweiten Steuerkette wird eine dem Strom proportionale Steuergröße in Abhängigkeit vom Drehmomentsollwert gebildet. Diese Steuergröße wird in einem Motorstromregler mit dem Istwert des Stromes verglichen, wobei ein Differenzwert gebildet wird, der über einen Korrekturmultiplizierer mit einer der in der ersten Steuerkette gebildeten Steuergröße, nämlich der Frequenz, zur Steuerung der Ausgangsspannung einem Umrichter zugeführt wird.

Eine ähnliche Grundschaltung zur Betätigung eines Umrichters ist ferner auch aus der Druckschrift »Technische Mitteilungen AEG-Telefunken«, 67 (1977), S. 35 bis 43, bekannt, wobei das dem Umrichter zuzuführende Frequenzbefehlssignal im Bremsbetrieb sich aus der Differenz des Drehsignals des Induktionsmotors und der Schlupffrequenz zusammensetzt

Wird jedoch die Ausgangsfrequenz /des Umrichters durch eine Frequenzregelanordnung der oben beschriebenen Art gemäß den Gleichungen (1) und (2) gleich dem Frequenzbefehlssignal fp, so läßt sich ein einmal eingetretenes Durchdrehen oder Gleiten der Räder nicht mehr unterdrücken.

Es sei nun das Durchdrehen im Fahrbetrieb betrachtet. Dreht das Antriebsrad durch, so daß sich die Drehzahl ff des Motors erhöht, so steigt entsprechend Gleichung (1) das Frequenzbefehlssignal fp. Daher wird die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie des Induktionsmotors parallel in den höheren Drehzahlbereich verschoben, wodurch das Antriebsmoment erhöht und das Durchdrehen noch verstärkt wird.

Ähnlich läßt sich das Gleiten bzw. Durchdrehen im Nutzbremsbetrieb nicht unterdrücken.

Bei herkömmlichen Frequenzregelanordnungen geht daher das vorteilhafte Verhalten des Induktionsmotors durch die Regelanordnung verloren.

Elektrisch betriebene Fahrzeuge weisen mehrere Induktionsmotoren und mehrere mit diesen gekuppelten Antriebsräder auf. Daher wird ähnlich wie bei Regelanordnungen für gleichstrombetriebene Fahrzeuge (im Fahrbetrieb) die minimale oder (im Nutzbremsbetrieb) maximale Drehzahl zur Bestimmung der Drehzahl //in Gleichung (1) oder (2) benutzt. Auf diese Weise kann auch das Durchdrehen oder Rutschen mehrerer Antriebsräder vermieden werden.

Drehen jedoch sämtliche Antriebsräder durch oder gleiten sie, so wird diese Erscheinung nicht unterdrückt, sondern noch verstärkt

Die Unterdrückung kann durch eine zusätzliche Regelanordnung erreicht werden, wodurch die Anordnung jedoch nicht nur komplizierter und konstspieliger, sondern auch weniger zuverlässig wird.

Sc ist eine Steueranordnung zum Nachregeln des Drehmoments beim Schleudern oder Gleiten eines mittels Asynchronmotoren ausgerüsteten Fahrzeuges aus der Druckschrift »Brown, Boveri Mitteilungen«, 1973, S. 581 bis 588, bekannt Bei dieser Steueranordnung wird ein Schleuderschutz dadurch gewährleistet, daß zunächst das Auftreten des Schleuderns mittels eines Frequenzvergleiches zwischen den Taktgebern bzw. durch die Beschleunigung eines Antriebsrades erfaßt wird. Solange ein derartiges Schleudersignal ansteht wird die Starterfrequenz, also die AusgangsfrequerLä des Umrichters der Rotordrehzahl nachgeführt, wobei gleichzeitig der Stromsollwert mit einer gewissen Zeitkonstante reduziert wird. Sobald die Achse nicht mehr schleudert, wird mit reduzierter Zugkraft angetrieben. Die Zugkraft wird mit einer gewissen Verzögerung wieder auf den vorgegebenen Wert erhöht sofern der Schienenzustand nicht erneut zum Schleudern führt. Diese Steueranordnung weist aber vor allem den Nachteil auf, daß neben dem Erfassen eines Schleuderzustandes zusätzlich noch als zweiter Schritt die Reduzierung des Motordrehmoments vorgesehen ist. Zudem ist es mit dieser Steueranordnung auch rchwierig, das Auftreten eines Schleuderzustandes zu minimieren. Dies folgt daraus, daß die Beschleunigung des Antriebsrades beim Auftritt eines Schleuderzustandes entsprechend dem Zustand der Schienen stark differiert. In diesem Falle ist es schwierig, sicherzustellen, daß die Frequenz des Umrichters immer der Rotationsdrehzahl des Asynchronmotors folgt, wobei vor allem auch die Drehmomenterniedrigungsrate des Motors variieren kann. In den genannten Fällen ist es deshalb schwierig, die Antriebsdrehzahl des Motors beizubehalten.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, die gattungsgemäße Steueranordnung so weiterzubilden, daß bei einem Durchdrehen der Antriebsräder eine plötzliche Änderung der Frequenz des Umrichters unterbleibt und ein einmal eingetretenes Durchdrehen der Antriebsräder unterdrückt und der Haftzustand auf einfache Weise schnell wieder hergestellt werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend der im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in weiteren Ansprüchen angegeben.

Ferner ist aus der Druckschrift »Glasers Annalen«, 92 (1968), S. 216 bis 218, an sich bekannt, daß zur Unterdrückung von Gleit- und Schleudervorgängen an Triebfahrzeugen ein der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit entsprechendes Signal mittels eines frei mitlaufenden Rades ermittelt wird. Bei dieser Steueranordnung handelt es sich jedoch um eine Thyristor-Lokomotive, die durch einen Gleichstrommotor mit einem Thyristorumrichter angetrieben wird. Die Erfassung eines Schlupfzustandes erfolgt dabei aufgrund einer Differenzbildung zwischen der Geschwindigkeit der Achsen und der Translationsgeschwindigkeit, die durch das frei mitlaufende Rad erfolgt.

Mit Hilfe der Erfindung ist es somit möglich, eine Steueranordnung für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug zu schaffen, bei der ausgezeichnete Hafteigenschaften dadurch erzielt werden, daß dem Umrichter ein Sollfrequenzbefehl f_p zugeführt wird, obwohl das

Antriebsrad durchdreht oder gleitet. Die ausgezeichneten Hafteigenschaften werden ferner dadurch sichergestellt, daß der Induktionsmotor eine konstante Drehzahlkennlinie aufweist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer Steueranordnung für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug,

Fig.2 ein Diagramm mit Drehzahl(Frequenz)-Stromkenniinien eines Induktionsmotors,

F i g. 3 eine Drehzahl(Frequenz)-Drehmoment-Kennlinie eines Induktionsmotors,

F i g. 4 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der Steueranordnung für elektrisch betriebene !5 Fahrzeuge,

F i g. 5A und 5B Funktionsdiagramme zur Darstellung der Funktionen einer Konstantstrom-Steueranordnung gemäß F i g. 1 bzw. einer abgewandelten Spannungs-Steueranordnung.

Gemäß F i g. 1 enthält das elektrisch betriebene Fahrzeug einen Stromabnehmer 2, mit dem die Fahrleitungsspannung von der Fahrleitung 1 abgegriffen wird. Die Spannung wird über einen aus einer Drossel 3 und einem Kondensator 4 bestehenden Filter einem Umrichter 5 zugeführt. Wie erwähnt, dient der Umrichter 5 zur Zufuhr einer mehrphasigen Wechselspannung variabler Frequenz und Amplitude; er besteht bei einer Gleichstrombahn aus einem Gleichstrom/ Wechselstrom-Wechselrichter und bei einer Wechselstrombahn aus einem Wechselstrom/Wechselstromumrichter.

Der Ausgang des Umrichters 5 ist mit mehreren Induktionsmotoren 61, 62, 63, 64 verbunden, mit denen Antriebsräder 71,72,73 bzw. 74 gekuppelt sind. Mit den Antriebsrädern 71 bis 74 sind Drehzahldetektoren 81, 82, 83, 84 verbunden, die Drehzahlsignale fn bis fa, der Induktionsmotoren 61 bis 64 erzeugen. Ein freilaufendes, nicht mit einem Induktionsmotor verbundenes Rad 70 ist erfindungsgemäß mit einem Geschwindigkeitsdetektor 80 verbunden. Nimmt man an, daß kein Drehmoment auf das freilaufende Rad 70 wirkt, so zeigt das Ausgangssignal //' des Geschwindigkeitsdetektors 80 die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit des elektrisch betriebenen Fahrzeugs an, und zwar unabhängig, ob die Antriebsräder 71 bis 74 haften oder nicht

Der Fahrer in der Fahrerkabine des Fahrzeugs kann mit Hilfe des Fahrschalters einer Klemme 9 (F i g. 1) ein Ziel-Geschwindigkeitssignal f_pp zuführen. Ein Funktionsgenerator 10 vergleicht das Ziel-Geschwindigkeitssignal f_pp mit der Istgeschwindigkeit //des elektrischen Fahrzeugs und erzeugt ein Ausgangssignal, wenn die Differenz zwischen beiden Geschwindigkeiten auf einem bestimmten Wert oder darunter liegt; ist sie höher als der vorbestimmte Wert, so wird kein Ausgangssignal erzeugt Im Block 10 ist schematisch die Abhängigkeit des Ausgangssignals (Ordinate) von der Geschwindigkeitsdifferenz (Abszisse) gezeigt

Die Polarität des Eingangssignals wird zwischen Fahr- und Nutzbremsbetrieb umgeschaltet In den Figuren ist die Polarität des Eingangssignals bei Nutzbremsbetrieb in Klammern dargestellt

Ein Schlupffrequenzbefehl f_sp für den Induktionsmotor wird zuvor gebildet und einer Klemme 11 zugeführt. Eine Subtraktionsstufe 12 subtrahiert das Ausgangssignal des Funktionsgenerators 10 vom Schlupffrequenzbefehl f_sp. Wird das Fahrzeug beschleunigt oder abgebremst, so ist die Differenz zwischen dem Ziel-Geschwindigkeitsbefehl /_ppund der Istgeschwindigkeit ff' groß genug und das Ausgangssignal des Funktionsgenerators 10 ist gleich Null. Daher ist das Ausgangssignal f_s der Subtraktionsstufe 12 gleich dem Befehl f_sp. Wenn die Ist-Fahrgeschwindigkeit ff' die Zielgeschwindigkeit f_pp erreicht, so wird die Schlupffrequenz f_s klein. Die Schlupf frequenz f, wird dem Eingang einer Addier- und Subtrahierstufe 13 zugeführt; dem anderen Eingang der Addier- und Subtrahierstufe 13 wird das Ist-Geschwindigkeitssignal //■' des Fahrzeugs zugeführt. Somit ergibt sich die vom Umrichter 5 erzeugte Frequenz, d. h. das Frequenz-Befehlssignal f_p aus folgenden Gleichungen:
Bei Fahrbetrieb:

Bei Nutzbremsbetrieb:

Der so durch die obigen Gleichungen bestimmte Frequenzbefehl f_p wird einer Frequenzsteuereinrichtung 14 zugeführt, deren Ausgangssignal die Ausgangsfrequenz des Umrichters 5 steuert.

Bei Verwendung einer solchen Frequenzsteueranordnung läßt sich eine Regelanordnung für elektrisch betriebene Fahrzeuge schaffen, die es ermöglicht, die konstante Drehzahikenniinie der Induktionsmotoren 6i bis 64 wirksam zu nutzen und bei einem Durchdrehen oder Gleiten der Räder die Haftung wieder herbeizuführen.

Wenn bei Fahr- oder Nutzbremsbetrieb die Antriebsräder 71 bis 74 durchdrehen oder gleiten, wird die Drehzahl der Induktionsmotoren 61 bis 64 stark erhöht oder verringert. Jedoch wird der der Frequenzsteuereinrichtung 14 zugeführte Frequenzbefehl f_p durch die obigen Gleichungen (3) und (4) bestimmt und das Signal ff der Istgeschwindigkeit des elektrischen Fahrzeugs gemäß den Gleichungen (3) und (4) ist unabhängig von der Haftung oder Nichthaftung der Antriebsräder. Daher erzeugt der Umrichter 5 weiter eine Wechselspannung, deren Frequenz gegenüber der unmittelbar vor dem Durchdrehen oder Gleiten fast unverändert ist Infolgedessen werden die Ir.duktiorssmotoren 61 bis 64 konstant gespeist so daß die Konstantgeschwindigkeitseigenschaft der Motoren, d. h. die Eigenschaften, daß bei plötzlichem Anstieg der Drehzahl im Fahrbetrieb (plötzlicher Abfall im Nutzbremsbetrieb) das Antriebs- bzw. Bremsmoment abnimmt und damit eine plötzliche Änderung der Geschwindigkeit unterdrückt wird, wirksam ausgenutzt werden, wodurch sich eine ixegciäüöruniing lür ciciitnSCuc räufZcügc cfgiut, ΓΠίί der hervorragende Haftungseigenschaften erzielt werden.

Im folgenden wird eine Strom- oder Regelanordnung beschrieben. Bei elektrischen Fahrzeugen wird eine Konstantdrehmoment- oder Konstantstrom-Regelanordnung vorgesehen, um eine Regelgeschwindigkeit zu halten, die durch die Fahreigenschaften im Fahr- oder Nutzbremsbetrieb bestimmt wird. Über eine Klemme 15 und einen Analog-/Digitalwandler 201 wird einer Eingabe/Ausgabe-Einrichtung 101 ein Strombefehl I_p zugeführt Das Signal // der Istgeschwindigkeit des elektrischen Fahrzeugs als Ausgangssignal des Geschwindigkeitsdetektors öü wird über einen Analog-/Digitalwandler 301 ebenfalls der Eingabe/Ausgabe-Einrichtung 101 zugeführt, der ferner das Ausgangssignal der Addier- und Subtrahierstufe 13 oder der Frequenzbefehl f_p über einen Analog-/Digital-Wandler 303

zugeführt wird. Ferner erfaßt ein Spannungsdetektor 16 das Ausgangssignal vy des Umrichters 5 und führt es über einen Analog/Digital-Wandler 304 der Eingabe/ Ausgabe-Einrichtung 101 zu. Die Eingabe/Ausgabe-Einrichtung 101 verarbeitet die drei Signale, nämlich das Istgeschwindigkeitssignal //, das Frequenzbefehlssignal fp und das Ausgangsspannungssignal vy und bestimmt eine einzige Adresse. Darauf wird der Inhalt eines Speichers 200 auf dieser Adresse ausgelesen und ein Stromwert //vorausbestimmt, der durch die Induktionsmotoren 61 bis 64 fließen wird. Andererseits wurde der Strombefehlswert Ip, der den vorausbestimmten Stromwert Ir bestimmt, eingeführt, so daß die Differenz der beiden Signale

berechnet wird. Demnach wird ein Spannungsbefehl v_p über einen Digital/Analog-Wandler 305 einer Spannungssteuereinrichtung 17 zugeführt, deren Ausgangssignal die Spannung des Umrichters 5 steuert.

Die Beziehung zwischen der den Induktionsmotoren 61 bis 64 zugeführten Wechselspannung vy-, ihrer Frequenz fp, der Drehzahl ff und dem Strom If wird durch Versuche oder dergleichen im voraus bestimmt. Der Speicher 200 speichert aufgrund dieser Beziehungen dem Strom //■ entsprechend Signale, der bestimmt wird durch die Werte der Spannung Vf, der Frequenz f_p und der Drehzahl ff auf den entsprechend der Kombination der Spannung v/·, der Frequenz f_p und der Drehzahl //bestimmten Adressen.

F i g. 2 zeigt die Drehzahl(Frequenz)-Stromkennlinien des Induktionsmotors, wobei die Spannung als Parameter verwendet wird. Wie im folgenden beschrieben wird, kann der Strom in den Induktionsmotor unter Verwendung der F i g. 2 vorausbestimmt werden.

Wird die den Induktionsmotoren 61 bis 64 vom Umrichter 5 zugeführte Wechselspannung der Frequenz fp von Vfi auf v/₅ geändert, so fließt in den Motoren 61 bis 64 der sich aus F i g. 2 ergebende Strom. Wird die Drehzahl ff des Motors bestimmt, so läßt sich der Motorstrom zu In bis If5 vorausbestimmen.

Haften die Antriebsräder 71 bis 74, so kann der Motorstrom //■ direkt durch den Stromdetektor erfaßt werden. Drehen jedoch die Antriehsräder 71 bis 74 durch oder gleiten sie, so nimmt der Motorstrom schnell ab. Wenn zu dieser Zeit zur Regelung des Motorstroms auf einen konstanten Wert die herkömmliche Konstantstrom-Regelanordnung verwendet wird, läßt sich keine ausreichende Haftung erzielen.

Dies wird anhand der F i g. 3 näher erläutert, die die Drehzahl(Frequenz)-Drehmomentkennlinie des Induktionsmotors zeigt

Es sei angenommen, daß der Arbeitspunkt des Induktionsmotors auf dem Punkt A liegt Bei einem Durchdrehen oder Gleiten der Räder verschiebt sich der Arbeitspunkt längs der Drehmomentkennlinie Γι des Induktionsmotors in Richtung des Pfeils B, solange sich Spannung und Frequenz am Motor nicht ändern. Entsprechend nimmt das Antriebsmoment ab, so daß es wieder zum Haften des Rades kommt, mit dem Ergebnis, daß der Arbeitspunkt auf A zurückkehrt Besteht jedoch die Neigung, daß sich der Arbeitspunkt in Richtung des Pfeils B verschiebt, so nimmt der Motorstrom Ir ab, so daß die Ausgangsspannung vom Umrichter 5 steigt und der dem Moment T_p entsprechende Strombefehl /_p durch die Wirkung der Konstantstromanordnung gehalten wird. Infolgedessen wird die Ausgangsspannung erhöht, so daß sich der Arbeitspunkt parallel von A nach C verschieben kann. Somit wird der Arbeitspunkt in Richtung des Pfeils D längs einer Momentkennlinie T₂ zur maximalen Ausgangsspannung verschoben, so daß wieder Haftung eintritt.

Mit anderen Worten, die Wiedererlangung der Haftung wird um die Zeit verzögert, während der sich der Arbeitspunkt von A nach Cverschiebt.
Wird andererseits der Induktionsmotorstrom unter der Annahme vorausbestimmt, daß die Antriebsräder haften, obwohl die Antriebsräder 71 bis 74 durchdrehen oder gleiten, und wird eine Konstantstrom-Regelanordnung zur Konstanthaltung des Motorstromes verwendet, so kann sich der Arbeitspunkt gemäß F i g. 3 direkt vom Punkt A in Richtung B verschieben, so daß die Haftungseigenschaften verbessert werden.

Die Antriebsräder 71 bis 74 oder das mitlaufende Rad 70 ändern mit der Zeit ihren Durchmesser. Somit wird das Ausgangssignal ff des Geschwindigkeitsdetektors 80 ungleich dem Ausgangssignal //der Drehzahldetektoren 81 bis 84, selbst wenn die Antriebsräder 71 bis 74 haften. Es ist daher wünschenswert, den Raddurchmesser während des Leerlaufs des Fahrzeugs zu korrigieren, bei dem die Antriebsräder 71 bis 74 mit Sicherheit haftend abrollen.

Bei freilaufendem Fahrzeug werden die Ausgangssignale ff\ bis fr4 von den Drehzahldetektoren 81 bis 84 über einen Analog/Digital-Wandler 300 einer Eingabe/ Ausgabe-Einrichtung 100 zugeführt, wo sie in einen Mittelwert fr gemittelt werden. Der Mittelwert wird dann durch das Ausgangssignal ff dividiert, das gleichzeitig vom Geschwindigkeitsdetektor 80 zugeführt wird, d. h„ es wird K= ff/ff' berechnet. Das Ergebnis K wird über einen Digital/Analog-Wandler 306 einer Multiplizierstufe 18 zugeführt. Das Ausgangssignal der Multiplizierstufe 18 gleicht somit dem Mittelwert //der Ausgangssignale der Drehzahldetektoren 81 bis 84 während des Freilaufs des Fahrzeugs. Wird das Ergebnis K der vorstehenden Operation gehalten, bis das Fahrzeug wiederum freiläuft, so kann der Durchmesser der Treibräder bei Fahr- oder Nutzbremsbetrieb zwischen den Freilaufbetrieben korrigiert werden, so daß das Signal ff der Istgeschwindigkeit des Fahrzeugs bereitgestellt wird.

Fig.4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steueranordnung. In Fig.4 sind gleiche oder ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie in F i g. 1. Der Hauptunterschied besteht darin, daß der Strom der Induktionsmotoren 61 bis 64 unter der Annahme, daß die Antriebsräder 71 bis 74 haften, unter Verwendung eines Induktionsmotors 60 geringer Leistung vorausbestimmt werden kann.

Das freilaufende Rad 70 ist mit dem zweiten Induktionsmotor 60 gekuppelt, dessen Leistung wesentlich geringer ist als die der Haupt-Induktionsmotoren 61 bis 64 und dessen Drehmomentkennlinie ähnlich der der Haupt-Induktionsmotoren 61 bis 64 ist Der zweite Induktionsmotor 60 wird ebenfalls aus dem Umrichter 5

eo gespeist Da jedoch die Leistung des Induktionsmotors 60 klein ist, haftet das mitlaufende Rad 70 selbst dann, wenn sämtliche Antriebsräder 71 bis 74 durchdrehen oder haften. Der durch den Motor 60 fließende Strom ist proportional dem der Hauptmotoren 61 bis 64. Der Strom des Motors 60 wird durch einen Stromdetektor 19 erfaßt, dessen Ausgangssignal einer Koeffizienteneinrichtung 21 zugeführt wird. Deren Stromsignal // simuliert den Strom in den Hauptmotoren 61 bis 64. Das

Stromsignal // wird mit dem Strombefehl I_p in einem Komparator 22 verglichen, dessen Differenzausgangssignal der Spannungsregeleinrichtung 17 zugeführt wird, deren Ausgangssignal wiederum die Ausgangsspannung des Umrichters 5 steuert.

Wenn auf diese Weise zur Konstanthaltung des Stromes im zweiten Motor 60 eine Konstantstromregelanordnung verwendet wird, wobei der Strom den haftenden Zustand der Hauptmotoren 61 bis 64 simuliert, kann die Stromregelanordnung ausgezeichnete Haftungsbedingungen gewährleisten.

Drehen nun die Antriebsräder 71 bis 74 durch oder gleiten sie, so sind, weil das mitlaufende Rad 70 haftet, Drehzahl-Rückkopplungswert // der Drehzahl des mitlaufenden Rades 70 und der Strom-Rückkopplungswert If' gleich wie bei abrollenden Antriebsrädern. Somit wird ähnlich wie beim vorigen Ausführungsbeispiel der Frequenzbefehl f_p durch den Einfluß des Durchdrehens oder Gleitens der Antriebsräder nicht geändert und das Durchdrehen oder Gleiten nicht noch verstärkt. Zusätzlich wird der Spannungsbefehl v_p durch die Änderung des Stroms der Induktionsmotoren 61 bis 64 nicht so beeinflußt, daß der Wiedereintritt der Haftung verzögert wird. Daher ist es möglich, durch Ausnutzung der Konstant-Drehzahleigenschaft des Induktionsmotors eine gute Haftung zu erzielen.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist die Konstantstrom-Regelanordnung so aufgebaut, daß sie den Strom //■ aus der Beziehung zwischen Frequenz fp, Spannung vr, Fahrgeschwindigkeit // und Strom U vorausbestimmt. Eine Spannungsregelanordnung kann so aufgebaut sein, daß sie den den Motoren zuzuführenden Spannungsbefehl v_p bestimmt, und zwar durch die Eingangssignale der Frequenz fp, der Fahrgeschwindigkeit ff'und des Stromes I_p anstelle der Spannung Vf, und ihn mit der Rückkopplungsspannung Vf vergleicht. Auch bei dieser Spannungsregelanordnung kann der Motorstrom // im wesentlichen konstant gehalten und die Haftungseigenschaften können verbessert werden. Fig.5A zeigt ein Funktionsschaltbild zur Darstellung der Funktion der Konstantstrom-Regelanordnung der F i g. 1; F i g. 5B zeigt ein Funktionsdiagramm zur Darstellung der Funktion der Spannungsregelanordnung nach dieser Abwandlung. Der Block 400 bezeichnet die Vorausbestimmungsoperation durch die Eingabe/Ausgabe-Einrichtung 101 und die Speichereinrichtung 200. Zur Steuerung der Ausgangsspannung des Umrichters 5 wird der Spannungsregelanordnung 17 ein Steuerbefehl Δ ^zugeführt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Steueranordnung für elektrisch betriebene Fahrzeuge mit einem Umrichter zur Umwandlung der von einem Fahrdraht erhaltenen elektrischen Energie in mehrphasige Wechselspannungsenergie variabler Frequenz, mit einem von der mehrphasigen Spannung gespeisten Induktionsmotor zum Antrieb eines Antriebsrades, mit einer Geschwindigkeitsmeßeinrichtung, mit einer Einrichtung zur Erzeugung einer Schlupffrequenz des Induktionsmotors, mit einer Frequenzbefehlseinrichtung zur Addition oder Subtraktion der Schlupffrequenz zu bzw. von einem durch die Geschwindigkeitsmeßeinrichtung erzeugten Geschwindigkeitsmeßsignals und mit einer Einrichtung zur Steuerung der Ausgangsfrequenz des Umrichters entsprechend einem Frequenzbefehl der Frequenzbefehlseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeitsmeßeinrichtung einen Detektor (80) zur Erfassung der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit des elektrisch betriebenen Fahrzeuges unabhängig vom Haftzustand des Antriebsrades (7t—74) aufweist

2. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeitsmeßeinrichtung (80) einen Drehzahlmesser für ein frei mitlaufendes, unangetriebenes Rad (70) enthält

3. Steueranordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen zweiten Induktionsmotor (60), der an die mehrphasige Wechselspannung angeschlossen und mit einem anderen Rad (70) als dem Antriebsrad (71—74) verbunden ist und eine wesentlich kleinere Leistung aufweist als der Haupt-Induktionsmotor (61—64), eine Einrichtung zur Bildung eines Strombefehls (I_p) für den zweiten Induktionsmotor (60), eine Einrichtung (Stromdetektor 19) zur Erfassung des Istslroms (If) des zweiten Induktionsmotors (60), und eine Einrichtung (21, 22, 17) zur Steuerung der Ausgangsspannung des Umrichters (5) entsprechend der Differenz zwischen dem Strombefehl (Sollstrom I_p) und dem Iststrom