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Nutzbremse für einen Gleichstrom-Fahrmotor
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten
Ausführungsbeispieles -näher erläutert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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