DE3428032C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Nutzbremse für einen Gleichstrom-Fahrmotor gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1; eine derartige Nutzbremse ist durch die DE-OS 27 32 399 bekannt.

Bei der durch die DE-OS 27 32 399 bekannten Nutzbremse ist der Gleichstrom-Fahrmotor als Gleichstromreihenschluß-Fahrmotor ausgebildet und der Reihenschluß-Feldwicklung ist ein veränder­ barer Shunt-Widerstand parallel geschaltet, um im oberen Dreh­ zahlbereich die Motorspannung durch Feldregelung so beeinflus­ sen zu können, daß sie unter der Netzspannung bleibt. Dabei kommt man ohne den üblichen Bremswiderstand im Motorstromkreis aus, es ist jedoch schwierig, mit Shunt-Widerständen die erfor­ derliche annähernd kontinuierliche Erregerstromanpassung zur Motorspannungsregelung zu erzielen. Die Shunt-Widerstände ver­ ändern nämlich die Zeitkonstante des Feldverhaltens, beein­ flussen die Kommutierung und stellen unter Umständen die Stabi­ lität der Maschine in Frage. Diese Schwierigkeiten werden zum Teil durch eine zusätzlich zur geshunteten Reihenschluß-Feld­ wicklung vorgesehene Fremderregerwicklung umgangen, wobei die Motorspannungsregeleinrichtung auf ein Stellglied im Strompfad der Fremderregerwicklung 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 annähern verlustfrei in das Netz zurückspeisen, allerdings nur mit unstabilem Bremsmoment. Ferner erfordert die bekannte Ausführung eine Sonderkonstruk­ tion des Fahrmotors und man kann aufgrund der Fremderreger­ wicklung nicht vermeiden, daß die Kompensation des Anker-Quer­ feldes des Reihenschluß-Fahrmotors nachteilig beeinflußt wird.

Durch die DE-PS 28 12 491 ist eine Vorrichtung zum Steuern einer ein Elektrofahrzeug antreibenden Gleichstrommaschine im Nutzbremsbetrieb bekannt, bei der eine Spannungsgrößtwert-Aus­ wahlschaltung sowohl ein geschwindigkeitsproportionales Signal von einem Tachometer-Generator als auch ein konstantes Signal von einer Konstant-Spannungsquelle enthält. Die Spannungsgrößt­ wert-Auswahlschaltung speist mit der jeweils größeren der beiden Spannungen ein mit dem Bremspedal verbundenes Sollwert­ potentiometer, dessen Abhängigkeit von der Stellung des Brems­ pedals über eine Regelelektronik den Ankerstrom-Sollwert liefert. Dieser Sollwert ist der Winkelgeschwindigkeit der angetriebenen Achse und damit der Fahrmotor-Drehzahl proportio­ nal. Die Regelung des Erregerstromes erfolgt durch einen dem Ankerregelkreis unterlagerten Feldregalkreis, also in unmittel­ barer Abhängigkeit vom Ankerstrom. Das Bremsmoment kann nur in einem relativ kleinen Bremsbereich durch Erhöhung des Erreger­ stromes bei Abnahme des Ankerstromes konstant gehalten werden, da einerseits eine Erhöhung des Erregerstromes nur bis zum Erreichen der Sättigung zu einem Anstieg des magnetischen Flusses führt und andererseits die zur Konstanthaltung des Bremsmomentes erforderliche Zunahme des Erregerstromes die Leistungselektronik überfordern würde. Darüber hinaus ist auch das Konstanthalten des Bremsmomentes nicht möglich, da die Speicherung der Energie ausschließlich in der Ankerinduktivität erfolgt, so daß aufgrund der fehlenden zusätzlichen Drossel im Ankerkreis eine ausreichende Erhöhung des Ankerstromes nur unter Gefährdung der Gleichstrommaschine möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Nutzbremse der eingangs genannten Art anzugeben, mit der eine konstante Bremsung mit einstellbarem Bremsmoment während des gesamten Bremsvorgangs bei gleichzeitiger Rückspeisemöglichkeit möglichst der gesamten kinetischen Energie des Fahrzeugs ins Netz gewährleistet werden kann.

Die Lösung der Aufgabe ist bei einer Nutzbremse der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Lehre des Anspruchs möglich.

Durch die erfindungsgemäße Nutzbremse, bei der sowohl der Ankerstrom- als auch der Erregerstrom-Sollwert unmittelbar und unabhängig voneinander aus einem einstellbaren konstanten Signalwert und einem drehzahlabhängigen Signalwert gebildet werden, kann unter Verwendung eines aufwandsarmen, handels­ üblichen Gleichstrom-Fahrmotors ein stabiles elektrisches Verhalten des Gleichstrom-Fahrmotors und damit ein konstantes, entsprechend den Betriebsforderungen einstellbares Bremsmoment während des gesamten Bremsvorganges gewährleistet werden, wo­ bei gleichzeitig die Rückspeisemöglichkeit der kinetischen Energie des Fahrzeugs in das aufnahmefähige Netz verbessert wird, so daß die gesamte kinetische Energie weitgehend verlust­ frei zurückgespeist werden kann.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Figur zeigt eine Nutzbremsschaltung eines Gleichstrom-Fahr­ motors mit einem Anker 1, dem eine Fremderregerwicklung 2 zugeordnet ist. Der Anker 1 ist in Serie mit einer Drossel 3 über eine Sperrdiode 5 an mit Plus und Minus bezeichneten Leitungspole eines Netzes N angeschlossen. Die aus Anker 1 und Drossel 3 gebildete Reihenschaltung ist durch einen Anker­ strom-Thyristorsteller 4 überbrückbar. Dieser Ankerstrom- Thyristorsteller 4 wird über den Ankerstromregler 6 und den zugeordneten Steuersatz 7 geführt. Der Eingang des Ankerstrom­ reglers 6 erhält sein Steuersignal von dem Soll-Istwert-Ver­ gleicher 8, dem als Ankerstrom-Sollwert Ja _soll ein Signal zugeführt wird, das im Additionsglied 14 aus einem mit einem Steuerhebel 15 b einstellbaren, am Spannungsteiler 15 a abgreifbaren konstanten Signalwert Ub von einem von der Drehzahl n des Gleichstrom-Fahrmotors 1, 2 abhängigen Signal­ wert k · n über eine an den Anker 1 des Gleichstrom-Fahrmotors 1, 2 angekuppelte Tachomaschine 9 und einem Funktionsgenerator 10 abgeleitet wird. Dabei wird die mit abnehmender Drehzahl n sinkende Tachospannung in dem Funktionsgenerator 10 so umge­ formt, daß von der Nenndrehzahl n _nenn bis zur Drehzah 0 am Ausgang des Funktionsgenerators 10 das Signal Null ansteht und im Drehzahlbereich n _max bis n _nenn entsprechend der Maschinen­ charakteristik ein beliebiger gewünschter Signalverlauf, weitgehend proportional zum Drehzahlverlauf, gebildet wird. Dem Additionsglied 14 wird das aus dem Funktionsgenerator 10 kommen­ de Signal und der am Spannungsteiler 15 a abgegriffene konstante Signalwert Ub zugeführt, so daß an dem Ausgang des Additions­ gliedes 14 ein Sollwert-Signal Ja _soll mit dem eingezeichneten Verlauf für den Soll-Istwert-Vergleicher 8 ansteht. Wie man ersehen kann, nimmt von der maximalen Drehzahl n _max bis zur Nenndrehzahl n _nenn das Signal von einem Höchstwert auf einen vorgegebenen Betrag ab und bleibt von der Nenndrehzahl n _nenn bis zur Drehzahl 0 konstant. Der Ankerstrom-Istwert Ja _ist wird vom Ankerkreis mittels eines Strommeßgliedes 16 abgeleitet.

Durch Zünden des Ankerstrom-Thyristorstellers 4 wird der als Generator wirkende Gleichstrom-Fahrmotor 1, 2 im Ankerkurz­ schluß betrieben, wobei sich die Drossel 3 magnetisch auflädt. Beim Bremsen wird der Gleichstrom-Fahrmotor 1, 2 über einen Erregerstrom-Thyristorsteller 11 aus einer Spannungsquelle U _V fremderregt. Der Ankerstrom Ja steigt während eines Taktinter­ valls des Ankerstrom-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 Ankerstromhöhe erreicht, so wird der Ankerstrom-Thyristorsteller 4 gesperrt, so daß der Ankerstrom Ja kommutiert und ins Netz N weiterfließt.

Der Erregerstrom-Thyristorsteller 11 wird über den Erregerstrom­ regler 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 Erreger­ kreis ein Erregerstrom-Istwert-Signal Je _ist aufgeschaltet wird. Der Erregerstrom-Sollwert Je _soll wird aus der Spannung der Tachomaschine 9 und dem Grundwert des Signalwertes Ub abgeleitet. Dabei wird das aus dem Funktionsgenerator 10 kommende Signal in einem Subtraktionsglied 18 von dem einstellbaren konstanten Signalwert Ub abgezogen, so daß sich die eingezeichnete Charakteristik ergibt. Das auf diese Weise gebildete Differenz­ signal wird über ein Anpassungsglied 19 dem Soll-Istwert-Ver­ gleicher 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 n _max 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 n der Mittelwert des Ankerstromes Ja etwa proportional mit der Dreh­ zahl n kleiner, so daß zum Konstanthalten des mittleren Brems­ momentes M der Erregerstrom Je entsprechend erhöht werden muß. Hierzu wird der Erregerstrom Je durch die Motorspannungsregel­ einrichtung so geführt, daß die Motorspannung von der maximalen Drehzahl n _max bis zur Nenndrehzahl n _nenn konstant gehalten wird. Beim Erreichen der Nenndrehzahl n _nenn hat der Erregerstrom Je den Maximalwert erreicht und wird auf diesem Maximalwert, der proportional zu Ub ist und damit dem konstanten maximalen Fluß entspricht, bei weiter sinkender Drehzahl n gehalten. In diesem Drehzahlbereich (von der Nenndrehzahl n _nenn bis zur Drehzahl 0) bleibt der Mittelwert des Ankerstromes Ja und damit das Brems­ moment M ebenfalls konstant, so daß nahezu die gesamte kinetische Energie als elektrische Energie in das aufnahmefähige Netz zurückgespeist werden kann.

Durch den Ankerstrom-Thyristorsteller 4 wird infolge der Auf- und Entladung der Drossel 3 eine durch das Taktintervall vor­ gebbare Stromschwankung um den geführten Mittelwert hervorge­ rufen. Invers zugeordnet ist der Verlauf des Erregerstromes Je, um ein tatsächlich konstantes Bremsmoment M während der Taktung im Bremsvorgang zu erreichen.

Claims (1)

1. Nutzbremse für einen Gleichstrom-Fahrmotor, bei der der Anker, eine Drossel und eine Sperrdiode in Serie an das Netz an­ schaltbar sind und die aus Anker und Drossel gebildete Reihen­ schaltung durch einen Ankerstrom-Thyristorsteller derart über­ brückbar ist, daß bei durchlässigem Ankerstrom-Thyristorsteller der Ankerkreis kurzgeschlossen und die Drossel magnetisch auf­ geladen und bei gesperrtem Ankerstrom-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 Ankerstrom-Thyristor­ steller zur Führung des Bremsmoments abhängig vom Ankerstrom und eine als Erregerstromregeleinrichtung ausgebildete Motor­ spannungs-Regeleinrichtung vorgesehen sind, der ein Führungssignal und ein weiteres Signal zugeführt werden, wo­ durch 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 Ver­ stärken der Erregung die Motorspannung bei einem über den Ankerstrom-Thyristorsteller vorgebbaren Stromverlauf kleiner als die Netzspannung und die Motorspannung von der maximalen Drehzahl bis zur Nenndrehzahl konstant bleibt, dadurch gekennzeichnet,
   daß der Ankerstrom-Sollwert (Ja _soll ) unmittelbar durch eine Addition eines einstellbaren konstanten Signalwertes (Ub) mit einem von der Drehzahl (n) des Gleichstrom-Fahrmotors (1, 2) abhängigen Signalwert (k ·n) gebildet und der Regeleinrichtung (6, 7, 8) für den Ankerstrom-Thyristorsteller (4) zuführbar ist,
   daß die Fremderregerwicklung (2) über einen Erregerstrom- Thyristorsteller (11) ohne Kopplung mit einer zusätzlichen Fremderregerwicklung und ohne Shunt-Widerstand fremderregt ist und daß der Erregerstrom-Sollwert (Je _soll ) unmittelbar durch eine Differenz aus dem einstellbaren konstanten Signalwert (Ub) und dem von der Drehzahl (n) des Fahrmotors (1, 2) abhängigen Signalwert (k· n) gebildet und über ein Anpassungsglied (19) der Motorspannungs-Regeleinrichtung (12, 13, 17) zuführbar ist.