DE3428032A1 - Nutzbremse fuer einen gleichstrom-fahrmotor - Google Patents

Nutzbremse fuer einen gleichstrom-fahrmotor

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L7/00Electrodynamic brake systems for vehicles in general
    • B60L7/10Dynamic electric regenerative braking
    • B60L7/12Dynamic electric regenerative braking for vehicles propelled by dc motors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Description

  • Nutzbremse für einen Gleichstrom-Fahrmotor
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Nutzbremse für einen Gleichstrom-Fahrmotor, bei der der Anker, eine Drossel und eine Sperrdiode in Serie an das Netz anschaltbar sind und die aus Anker und Drossel gebildete Reihenschaltung durch einen Anker-Thyristorsteller derart überbrückbar ist, daß bei durchlässigem Anker-Thyristorsteller der Ankerkreis kurzgeschlossen und die Drossel magnetisch aufgeladen und bei gesperrtem Anker-Thyristorsteller der Ankerkreis über die Sperrdiode an das Netz angeschlossen und die in der Drossel gespeicherte Energie ins Netz abgegeben wird, wobei eine Regeleinrichtung für den Anker-Thyristorsteller zur Führung des Bremsmomentes abhängig von Ankerstrom und eine die Motorspannung über die Erregung steuernde Regeleinrichtung vorgesehen sind, der an Führungssignal und ein weiteres Signal zugeführt werden, wodurch der Magnetfluß des Gleichstrom-Fahrmotors bei unter den Führungswert sinkender Motorspannung durch Einwirken auf die Erregung im oberen Drehzahlbereich in der Weise beeinflußt wird, daß bei abnehmender Fahrzeuggeschwindigkeit durch Verstärken der Erregung die Motorspannung bei einem über den Anker-Thyristorsteller vorgebbaren Stromverlauf kleiner als die Netzspannung und die Motorspannung von der maximalen Drehzahl bis zur Nenndrehzahl konstant bleibt.
  • Aus der DE-OS 27 32 399 ist eine Nutzbremse dieser Art bekannt, bei der der Gleichstrom-Fahrmotor als Gleichstromreihenschluß-Fahrmotor ausgebildet ist und der Reihenschluß-Feldwicklung ein veränderbarer Shunt parallel geschaltet ist, um im oberen Drehzahlbereich die Motorspannung durch Feldregelung so beeinflussen zu können, daß sie unter der Netzspannung bleibt. Dabei kommt man ohne den üblichen Bremswiderstand im Motorstromkreis aus, es ist jedoch schwierig, mit Shunts die erforderliche annähernd kontinuierliche Erregerstromanpassung zur Motorspannungsregelung zu erzielen. Die Shuntwiderstände verändern nämlich die Zeitkonstante des Feldverhaltens, beeinflussen die Kommutierung und stellen unter Umständen die Stabilität der Maschine in Frage. Diese Schwierigkeiten werden zum Teil dadurch umgangen, daß zusätzlich zur geshunteten Reihenschluß-Feldwicklung eine weitere Feldwicklung vorgesehen ist und die Motorspannungsregeleinrichtung auf ein Stellglied im Strompfad der weiteren Feldwicklung in der Weise zur Einwirkung gebracht ist, daß auch bei über den Sollwert ansteigender Motorspannung die Erregung zurückgenommen wird. Dadurch kann man über den gesamten Drehzahlbereich annähernd verlustfrei in das Netz zurückspeisen, allerdings nur mit begrenztem Bremsmoment. Ferner erfordert die bekannte Ausführung eine Sonderkonstruktion des Fahrmotors und man kann nicht vermeiden, daß die Kompensation des Anker-Querfeldes des Reihenschluß-Fahrmotors nachteilig beeinflußt wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Nutzbremse anzugeben, bei der die Nachteile der bekannten Ausführungen vermieden werden und die volle kinetischeEnergie bei gleichzeitiger Einhaltung einer gewünschten Bremsverzögerung ins Netz zurückgespeist werden kann.
  • Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß der Sollwert der Regeleinrichtung für den Ankerstrom-Thyristorsteller durch einen einstellbaren konstanten Signalwert und einen von der Drehzahl des Fahrmotors abhängigen Signalwert gebildet ist, daß die Feldwicklung über einen Erreger-Thyristorsteller ohne Kopplung mit einer zusätzlichen Feldwicklung und ohne Shunt fremderregt ist und daß die die Motorspannung steuernde Regeleinrichtung als Erregerstromregeleinrichtung ausgebildet ist und zwar derart, daß der Sollwert durch einen einstellbaren konstanten Signalwert und einen von der Drehzahl des Fahrmotors abhängigen Signalwert über ein Anpassungsglied gebildet ist.
  • Auf diese Weise kann bei Verwendung eines handelsüblichen Gleichstrom-Fahrmotors mit nur einer Erregerwicklung ohne die bisher notwendigen Widerstände im Anker-und Feldkreis die gesamte kinetische Energie des Fahrzeuges weitgehend verlustfrei in das aufnahmefähige Netz zurückgespeist werden. Dabei wird ein stabiles elektrisches Verhalten des Fahrmotors gewährleistet und der Bremsmomentenverlauf kann entsprechend den Betriebsforderungen geführt werden.
  • Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles -näher erläutert.
  • Die Figur zeigt eine Nutzbremsschaltung eines Gleichstrom-Fahrmotors mit einem Anker 1, dem eine fremderregte Feldwicklung 2 zugeordnet ist. Der Anker 1 ist in Serie mit einer Drossel 3 über eine Sperrdiode 5 an mit + und - bezeichnete Leitungspole eines Netzes N angeschlossen. Die Aus Anker 1 und Drossel 3 gebildete Reihenschaltung ist durch einen Ankerstrom-Thyristorsteller 4 überbrückbar. Dieser Ankerstrom-Thyristorsteller 4 wird über den Ankerstromregler 6 und den zugeordneten Steuersatz 7 geführt. Der Eingang des Reglers 6 erhält sein Steuersignal von dem Soll-Istwert-Vergleicher 8, dem als Sollwert Jasoll ein Signal zugeführt wird, das im Additionsglied 14 aus einem mit einem Steuerhebel 15b einstellbaren, am Spannungsteiler 15a abgreifbaren konstanten Signalwert Ub und von einem von der Drehzahl n des Fahrmotors 1, 2 abhängigen Signalwert k n über eine an den Anker 1 des Fahrmotors angekuppelte Tachomaschine 9 und einem Funktionsgenerator 10 abgeleitet wird. Dabei wird die mit abnehmender Drehzahl n sinkende Tachospannung in dem Funktionsgenerator 10 so umgeformt, daß von der Nenndrehzahl nnenn bis zur Drehzahl O am Ausgang des Funktionsgenerators 10 das Signal Null ansteht und im Drehzahlbereich nmax bis nnenn entsprechend der Maschinencharakteristik ein beliebiger gewünschter Signalverlauf, weitgehend proportional, zum Drehzahlverlauf gebildet wird. Dem Additionsglied 14 wird das aus dem Funktionsgenerator 10 kommende Signal und der am Spannungsteiler 15a abgegriffene Konstantwert Ub zugeführt, so daß an dem Ausgang ein Sollwert-Signal JaSOll mit dem eingezeichneten Verlauf für den Vergleicher ansteht. Wie man ersehen kann, nimmt von der maximalen Drehzahl nmax bis zur Nenndrehzahl nnenn das Signal von einem Höchstwert auf einen vorgegebenen Betrag ab und bleibt von der Nenndrehzahl nnenn bis zur Drehzahl 0 konstant. Der Istwert Ja. wird vom Ankerstromkreis mittels eines Strommeßgliedes 16 abgeleitet.
  • Durch Zünden des Ankerstrom-Thyristorstellers 4 wird der als Generator wirkende Gleichstrom-Fahrmotor 1, 2 im Ankerkurzschluß betrieben, wobei sich die Drossel 3 magnetisch auflädt. Beim Bremsen wird der Gleichstrom-Fahrmotor 1, 2 über einen Erregerstromsteller 11 aus einer Spannungsquelle Uv fremderregt. Der Motorstrom Ja steigt während eines Taktintervalls des Thyristorstellers 4 an, während der Erregerstrom Je entsprechend dem Regelkonzept geändert wird, so daß das Bremsmoment auf einem gewünschten Wert gehalten wird. Ist eine vorgegebene Ankerstrom- höhe erreicht, so wird der Ankerstrom-Thyristorsteller 4 gesperrt, so daß der Motorstrom Ja kommutiert und ins Netz N weiterfließt.
  • Der Erregerstrom-Thyristorsteller 11 wird über den Erregerstromregler 12 und den Steuersatz 13 geführt. Dem Erregerstromregler 12 wird ein Eingangssignal von dem Soll-Istwert-Vergleicher 17 zugeführt, dem als Istwert von einem Strommeßglied 20 im Erregerkreis ein Istwert-Signal Je. aufgeschaltet wird. Der Sollwert wird aus der Spannung der Tachomaschine und dem Grundwert der Spannung Ub abgeleitet. Dabei wird das aus dem Funktionsgenerator 10 kommende Signal in einem Subtraktionsglied 18 von dem einstellbaren Konstantwert Ub abgezogen, so daß sich die eingezeichnete Charaktersitik ergibt. Das auf diese Weise gebildete Differenzsignal wird über ein Anpassungsglied 19 9 dem Soll-Istwert-Vergleicher 17 zugeführt. Bei diesem bis hierher beschriebenen Vorgang handelt es sich um die Strommittelwertführung des Anker-und Erregerstromes während des Bremsvorganges.
  • Zu Beginn der Bremsung ist bei maximaler Drehzahl ein kleiner Erregerstrom Je eingestellt, wobei ein über dem Nennstrom liegender Ankerstrom Ja fließt, der durch den Ankerstromregler 6 etwa der Drehzahl proportional entsprechend der Beziehung M = Ja . Je = (Ub + k . n) (Ub - k n) geregelt wird. Dabei wird mit abnehmender Drehzahl der Mittelwert des Ankerstromes Ja etwa proportional mit der Drehzahl kleiner, so daß zum Konstanthalten des mittleren Bremsmomentes M der Erregerstrom entsprechend erhöht werden muß. Hierzu wird der Erregerstrom durch die Motorspannungsregeleinrichtung so geführt, daß die Motorspannung von der maximalen Fahrzeuggeschwindigkeit nmax bis zur Nenngeschwindigkeit nnenn konstant gehalten wirdç Beim Erreichen der Nenndrehzahl nnenn hat die Erregung den Maximalwert erreicht und wird auf diesem Wert bei weiter sinkender Drehzahl n gehalten. In diesem Drehzahlbereich bleibt der Mittelwert des Ankerstromes und dami is Bremsmoment ebenfalls konstant.
  • den Ankerstromsteller 4 wird infolge der Auf- und ladung der Drossel 3 eine durch das Taktintervall ,4gebbare Stromschwankung um den geführten Mittelwert ervorgerufen. Invers zugeordnet ist der Verlauf des Erregerstromes, um ein tatsächlich konstantes Bremsmoment während der Taktung im Bremsvorgang zu erreichen.
  • 1 Patentanspruch 1 Figur Bezugszeichenliste 1 Anker 2 Feldwicklung 3 Drossel 4 Ankerstrom-Thyristorsteller 5 Sperrdiode 6 Ankerstromregler 7 Steuersatz 8 Soll-Istwert-Vergleicher 9 Tachomaschine 10 Funktionsgenerator 11 Erregerstromsteller 12 Erregerstromregler 13 Steuersatz 14 Additionsglied 15a Spannungsteiler 15b Steuerhebel 16 Strommeßglied 1 7 Soll-Istwert-Vergleicher 18 Subtraktionsglied 19 Anpassungsglied 20 Strommeßglied Ja Ankerstrom Je Erreger strom Jasoll Ankerstrom-Sollwert Ja. Ankerstrom-Istwert Jesoll Erregerstrom-Sollwert-Signal Je. Erregerstrom-Istwert-Signal Ub Signalwert Uv Spannungsquelle n Drehzahl nnenn Nenndrehzahl nmax maximale Fahrzeuggeschwindigkeit N Netz M Bremsmoment - Leer'site -

Claims (1)

  1. Patentanspruch Nutzbremse für einen Gleichstrom-Fahrmotor, bei der der Anker, eine Drossel und eine Sperrdiode in Serie an das Netz anschaltbar sind und die aus Anker und Drossel gebildete Reihenschaltung durch einen Anker-Thyristorsteller derart überbrückbar ist, daß bei durchlässigem Anker-Thyristorsteller der Ankerkreis kurzgeschlossen und die Drossel magnetisch aufgeladen und bei gesperrtem Anker-Thyristorsteller der Ankerkreis über die Sperrdiode an das Netz angeschlossen und die in der Drossel gespeicherte Energie ins Netz abgegeben wird, wobei eine Regeleinrichtung für den Anker-Thyristorsteller zur Führung des Bremsmomentes abhängig von Ankerstrom und eine die Motorspannung über die Erregung steuernde Regeleinrichtung vorgesehen sind, dr ein Führungssignal und ein weiteres Signal zugeführt werden, wodurch der Magnetfluß des Gleichstrom-Fahrmotors bei unter den Führungswert sinkender Motorspannung durch Einwirken auf die Erregung im oberen Drehzahlbereich in der Weise beeinflußt wird, daß bei abnehmender Fahrzeuggeschwindigkeit durch Verstärken der Erregung die Motorspannung bei einem über den Anker-Thyristorsteller vorgebbaren Stromverlauf kleiner als die Netzspannung und die Motorspannung von der maximalen Drehzahl bis zur Nenndrehzahl konstant bleibt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Sollwert (Ja5011) der Regeleinrichtung für den Ankerstrom-Thyristorsteller (4) durch einen einstellbaren konstanten Signalwert (Ub) und einen von der Drehzahl (n) des Fahrmotors (1, 2) abhängigen Signalwert (k n) gebildet ist, daß die Feldwicklung (2) über einen Erreger-Thyristorsteller (11) ohne Kopplung mit einer zusätzlichen Feldwicklung und ohne Shunt fremderregt ist, und daß die die Motorspannung steuernde Regeleinrichtung als Erregerstromregeleinrichtung ausgebildet ist und zwar derart, daß der Sollwert (Jesoll) durch einen einstellbaren konstanten Signalwert (Ub) und einen von der Drehzahl (n) des Fahrmotors (1, 2) abhängigen Signalwert (k n) über ein Anpassungsglied (19) gebildet ist.
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