DE741230C - Arrangement for regenerative braking of electric AC vehicles - Google Patents

Arrangement for regenerative braking of electric AC vehicles

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DE741230C
DE741230C DEB187155D DEB0187155D DE741230C DE 741230 C DE741230 C DE 741230C DE B187155 D DEB187155 D DE B187155D DE B0187155 D DEB0187155 D DE B0187155D DE 741230 C DE741230 C DE 741230C
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DE
Germany
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regenerative braking
arrangement
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armature
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DEB187155D
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Dipl-Ing Erich Manteuffel
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BBC Brown Boveri France SA
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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
    • B60L7/003Dynamic electric braking by short circuiting the motor
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    • B60L7/00Electrodynamic brake systems for vehicles in general
    • B60L7/10Dynamic electric regenerative braking
    • B60L7/14Dynamic electric regenerative braking for vehicles propelled by ac 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

Anordnung zur Nutzbremsung elektrischer Wechselstromfahrzeuge Es sind Nutzbremsschaltungen für Wechselstromfahrzeuge bekannt, bei welchen zur Erzielung einer günstigen Phasenlage zwischen Nutzbremsstrom und Nutzspannung Kondensatoren in Reihe mit den Feldern der Fahrmotoren geschaltet sind. Solche Schaltungen arbeiten in der Nähe der Resonanz zwischen Feld und Kondensator, und es ist daher klar, daß die für die Erzeugung des Feldstromes notwendige Spannung außerordentlich klein ist, -denn sie hat nur den durch die Verluste hervorgerufenen Spannungsabfall zu überwinden. Da nun der Fahrzeugtransformator keine solch niedrigen Spannungsstufen besitzt, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Feldkreis durch einen besonderen Erregertransformator zu speisen. Dieser ist hochspannungsseitig an eine Anzapfung des Haupttransformators angeschlossen und hat auf der Unterspannungsseite einige Anzapfungen, damit man bei Inbetriebnahme des Fahrzeuges eine gewisse Freiheit in -der Wahl der dem Feldkreis aufgedrückten Spannung hat.Arrangement for regenerative braking of electric alternating current vehicles There are Regenerative braking circuits for AC vehicles known in which to achieve a favorable phase position between regenerative braking current and useful voltage capacitors are connected in series with the fields of the traction motors. Such circuits work close to the resonance between field and capacitor, and it is therefore clear that the voltage required to generate the field current is extremely small is because it only has the voltage drop caused by the losses overcome. Since now the vehicle transformer does not have such low voltage levels possesses, it has proven to be advantageous to structure the field circle with a special To feed the excitation transformer. This is on the high voltage side to a tap of the main transformer and has some on the low voltage side Taps, so that you have a certain freedom in starting up the vehicle -the choice of voltage applied to the field circuit.

Eine solche Schaltung hat Nebenschlußcharakter, d. h. es ergeben sich starke Strom-und Drehmomentänderungen bei nur geringer Änderung der Geschwindigkeit. Soll die Bremsung jedoch elastisch sein, so ist eine Kompoundierung notwendig, bei der mit wachsendem Ankerstrom das Feld geschwächt wird. Diese Wirkung erreicht man durch einen sowohl im Anker- als auch im Feldkreis liegenden Verbundwiderstand. Nimmt der Ankerstrom zu, so vergrößert er den Spannungsabfall im Feldkreis und bewirkt ein Sinken des Erregerstromes. Will man einen bestimmten Kompoundierungsgrad erzielen, so ist bei bekanntem Feldwiderstand die Größe des Verbundwiderstandes und damit die in Verlustleistung umgesetzte Bremsenergie festgelegt.Such a circuit is bypassed, i. E. H. it surrender strong current and torque changes with only a small change in speed. However, if the braking is to be elastic, compounding is necessary which the field is weakened with increasing armature current. This effect is achieved due to a composite resistance in both the armature and the field circuit. If the armature current increases, it increases the voltage drop in the field circuit and causes it a decrease in the excitation current. If you want to achieve a certain degree of compounding, so, if the field resistance is known, is the magnitude of the composite resistance and thus the braking energy converted into power loss is specified.

Der Feldwiderstand ist nun aber nicht gleichbleibend, sondern stark abhängig von der Drehzahl und dem Ankerstrom, infolge der Kurzschlußströme, welche in den durch die Bürsten kurzgeschlossenen Windungen des Ankers unter Einfluß des Erregerfeldes auftreten. Im Leerlauf ist der Feldwiderstand bei aufliegenden Bürsten ein Vielfaches desjenigen Wertes, welcher sich bei abgehobenen Bürsten ergibt. Bei Belastung werden nun diese Kurzschluflströnie dadurch ganz oder teilweise unterdrückt, daß unter dein Einfluß des Wendefeldes in den kurzgeschlossenen Windungen durch die Umdrehung des Ankers eine EMIL induziert wird, «-elche der transformatorisch induzierten EMK eiltgegengerichtet ist. Die Größe dieser E.NIK der Drehung ist abhängig von der Geschwindigkeit des Ankers und von der Größe des Ankerstromes. 'Man erreicht diese Wirkung in bekannter Weise im hreinsbetrieb dadurch. daß man in Reihe mit den Wendepolen einen Ohnischen Widerstand und parallel zu dieser Reihenschaltung eine Drosselspule schaltet, Dadurch erhält der Wendepolstrom eine Voreilung gegenüber dem Ankerstrom, und das Wendefeld hat zwei zeitlich um qo' verschobene Komponenten, von denen die eine die sogenannte Gleichstromkommutierung bewirkt und die andere die EMK der Transformation teilweise oder ganz aufhebt. Die Folge davon ist natürlich eine beträchtliche Veränderung des äquivalenten Feldwiderstandes, und zwar nimmt dieser mit steigendem Ankerstrom und steigender Drehzahl ab. Das ergibt den großen Nachteil, dali die Wirkung des Verbundwiderstandes ganz oder teilweise durch diese Erscheinung wiederaufgehoben wird. Es kann sogar der Fall eintreten, daß trotz des Verbundwiderstandes der Feldstrom bei wachsendem Ankerstrom zunimmt. Man muß also, um noch genügende Verbundwirkung zu erzielen, den Verbundwiderstand um ein Vielfaches größer bemessen, als wenn der Feldwiderstand gleichbleibend wäre. Die während der Bremsung unausgenutzte Bremsenergie steigt somit beträchtlich an, und der Wirkungsgrad der Bremsung wird schlecht. Außerdem ist die Korrimutierung bei kleinem Brernsstrorn oder im Leerlauf, ,d.li. kurz. vor dein Parallelschalten mit dem Netz, außerordentlich schlecht.The field resistance is now not constant, but strong depending on the speed and the armature current, as a result of the short-circuit currents, which under influence in the turns of the armature short-circuited by the brushes of the excitation field occur. When idling, the field resistance is when the Brushes a multiple of the value that results when the brushes are lifted. Under load, these short-circuit currents are completely or partially suppressed, that under your influence of the turning field in the short-circuited windings through the rotation of the armature induces an EMIL, «-which the transformer induced EMF is quickly counter-directed. The size of this E.NIK depends on the twist the speed of the armature and the magnitude of the armature current. 'One reaches this effect in a known way in the in-house operation. that one in series with the reversing poles have an Ohnic resistance and parallel to this series connection a choke coil switches, so that the reversing pole current has a lead over it the armature current, and the turning field has two components shifted in time by qo ', one of which causes the so-called direct current commutation and the other partially or completely cancels the EMF of the transformation. The consequence of this is natural a considerable change in the equivalent field resistance, namely takes this decreases with increasing armature current and increasing speed. That makes the big one Disadvantage, because the effect of the composite resistance is wholly or partially due to this Appearance is canceled. It can even happen that in spite of the Composite resistance, the field current increases with increasing armature current. So you have to in order to still achieve a sufficient composite effect, the composite resistance many times over dimensioned larger than if the field resistance were constant. The during the Braking unused braking energy increases considerably, and the efficiency the braking will be bad. In addition, the corruption is with a small Brerns current or idle, i.e. short. before your parallel connection with the network, extraordinary bad.

Durch die Erfindung werden diese Nachteile beseitigt und darüber hinaus besondere Vorteile erzielt. Erfindungsgemäß werden bei Nutzbremsung elektrischer Wechselstromfahrzeuge mit im Anker- und Feldkreis des Fahrmotors liegendem Verbundwiderstand und im Feldkreis des Fahrmotors liegendem Kondensator die Wendepole des als Bremsgenerator arbeitenden Fahrmotors unter Einschaltung einer Induktivität vom Netz aus fremderregt. Diese zusätzliche Erregung der Wendepole bewirkt, <1a1.1 schon im Leerlauf die Ströme in den kurzgeschlossenen Windungen mindestens teilweise unterdrückt werden und somit der äquivalente Widerstand des Feldes schon im Leerlauf und bei kleinem Ankerstrom verhältnismäßig niedrig ist. Es kann also mit wachsendem Ankcrstroin keine so starke Al)-nahme des Feldwiderstandes mehr eiiitretei:.The invention eliminates these disadvantages and more achieved particular advantages. According to the invention are electrical during regenerative braking AC vehicles with composite resistance in the armature and field circuit of the traction motor and in the field circuit of the traction motor capacitor, the reversing poles of the brake generator working traction motor with the activation of an inductance from the network from externally excited. This additional excitation of the reversing poles causes <1a1.1 even when idling Currents in the short-circuited windings are at least partially suppressed and thus the equivalent resistance of the field even when idling and at a low level Armature current is relatively low. So it can with increasing anchorage there is no longer such a strong decrease in field resistance.

Man hat schon für den Generatorbetriel) von Einphasenwechselstromkollektormotüren eine Wendepolschaltung vorgeschlagen, bui welcher zum Zwecke guter Konnnutierung die Wendepole unter Vorschaltttng einer Drosselspule vorn Netz aus fremderregt werden. Man hat aber bis heute noch nicht die aulerordentlichen Vorteile erkannt. 11-elclie :ich mit dieser zusätzlichen t\'endepo@erregung bei Wechselstrornnutzbreinsschaltungen mit Kompoundierungswiderstand und Kondensator im Feldkreis ergeben. L`berraschenderweise zeigt sich nämlich hier die Tatsache, dali jetzt der Verbundwiderstand bei gleichem Kompoundierungsgrad wesentlich kleiner «-erden kann als hei allen liisliur bekannten Nutzbrenisschaltungen. Damit ergibt sich aber ein wesentlicher G#jwinn an zurückgewonnener Energie. Ferner kann div für die Erzeugung eines bestimmten Fcldstroines nötige Spannung beträchtlich geringer gewählt werden, was wiederum einer @-erkleinerung der Erregerleistung und damit des Erregertransformators gleichkommt. Auch fallen die Verluste fort, welche in dein Widerstand entstellen, der den Wendepolen in den bisher bekannten \utzbremssclialtungen vorgeschaltet war. Diese Verluste sind bekanntlich ziemlich groß, da ein cei-liältnisinälaig hoher Widerstand nötig ist, um eine Voreilung des Wendepolstromes gegenüber dein Ankerstrom zu erzielen.One already has single-phase AC collector doors for the generator operation a reversing pole circuit proposed, but which for the purpose of good connection the reversing poles are externally excited by a choke coil in front of the mains. But the extraordinary advantages have not yet been recognized. 11-elclie : I with this additional t \ 'endepo @ excitation in AC utility circuits with compounding resistor and capacitor in the field circuit. L` surprisingly The fact is shown here that the composite resistance is now the same Degree of compounding can be much smaller than is known from all liisliur Useful circuits. However, this results in a significant gain in terms of recovered Energy. In addition, div can be used to generate a certain flowstroine Voltage can be chosen to be considerably lower, which in turn leads to a @ -reduction the excitation power and thus the excitation transformer. Also fall the losses, which distort in your resistance, which the turning poles in the previously known \ utzbremssclialtungen was connected upstream. These losses are well known quite large, since a cei-liältnisinälaig high resistance is necessary in order to advance of the reversing pole current compared to your armature current.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Verwendung einer Drosselspule im Erregerkreis der Wendepole. Es bedeuten a. den Haupttransformator des Fahrzeuges, b den Anker und c- das Feld des Triebmotors. Letzteres wird durch den kleinen Erregertransformator d fremderregt und ist mit dem Kondensator e und dein @'erl)ruirlwiderstand f in Reihe geschaltet. Der Erregertransforintor d ist primärseitig an die Spannung L'" des Haupttransformators angeschlossen. Der Ankerkreis wird gebildet aus deni Anker b, der Wendepolwicklung g und dein Verbundwiderstand fand liegt an der Spannung L` des Haupttransformators. Der Verlauf vors Anker- und Feldstrom J" und Jf ist durch Pfeile in der Zeichnung kenntlich -emacht. Der Erregertransformator d hat eine dritte Wicklung h, welche die Wendepole g unter Vorschaltung einer Drosselspule 7,: unabhängig vom Ankerstrom erregt. Die Drosselspule k hat den Zweck, eine gegenseitige Beeinflussung der vom Ankerstrom und durch die zusätzliche Erregung erzeugten Wendepolfelder zu verhindern. Zweckmäßigerweise kann man der für die Erregung der Wendepole bestimmten Wicklung des Erregertransformators eine erhöhte Streuung geben, um die vorgeschaltete Drosselspule in ihren Abtnessungen möglichst klein zu halten oder eine Drosselspule überhaupt zu ersparen.The drawing shows an embodiment of the invention in use a choke coil in the excitation circuit of the reversing poles. It means a. the main transformer of the vehicle, b the anchor and c- the field of the traction motor. The latter is going through the small excitation transformer d separately excited and is with the capacitor e and your @ 'erl) ruirl resistance f connected in series. The exciter transformer d is connected on the primary side to the voltage L '"of the main transformer. The armature circuit is formed from the armature b, the reversible pole winding g and the composite resistor found is due to the voltage L` of the main transformer. The course in front of the anchor and Field current J "and Jf are indicated by arrows in the drawing. The excitation transformer d has a third winding h, which connects the reversing poles g with a choke coil 7 ,: independent excited by the armature current. The choke coil k has the Purpose, a mutual influence of the armature current and by the additional To prevent excitation generated turning pole fields. Appropriately, one can use the a winding of the excitation transformer intended for the excitation of the reversing poles give increased scatter to the upstream choke coil in its departments to keep it as small as possible or to save a choke coil at all.

Die Anordnung nach der Erfindung hat nicht nur den Vorteil, daß die Kommutierung auch bei kleinen Ankerströmen, wie sie z. B. bei Talfahrt auftreten können, und sogar im Leerlauf sehr gut wird. Darüber hinaus wird durch- die jetzt wesentliche Verkleinerung des Kompoundierungswiderstandes und den Fortfall der bisher üblichen Vorschaltwiderstände vor dem Wendepol ein Gesamtwirkungsgrad erreicht, der bei allen bisherigen Nutzbremsschaltungen auch nicht annähernd erzielt werden konnte.The arrangement according to the invention not only has the advantage that the Commutation even with small armature currents, such as B. occur when going downhill can, and will do very well even when idling. In addition, through- the now substantial reduction of the compounding resistance and the elimination of the previously common series resistors before the reversing pole, a total efficiency is achieved, which are not even remotely achieved in all previous regenerative braking circuits could.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur Nutzbremsung elektrischer Wechselstromfahrzeuge mit im Anker- und Feldkreis des Fahrmotors liegendem Verbundwiderstand und im Feldkreis des Fahrmotors liegendem Kondensator, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendepole des als Bremsgenerator arbeitenden Fahrmotors unter Einschaltung einer Induktivität vom Netz aus fremderregt «-erden. PATENT CLAIMS: i. Arrangement for regenerative braking of electric AC vehicles with composite resistance in the armature and field circuit of the traction motor and in the field circuit of the drive motor lying capacitor, characterized in that the reversing poles of the traction motor working as a brake generator with the activation of an inductance externally excited from the network. 2. Anordnung zur Nutzbremsung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung der Wendepole von einer zusätzlichen Wicklung des zur Speisung des Feldkreises dienenden Erregertransformators aus erfolgt. 2. Arrangement for regenerative braking according to claim i, characterized in that the excitation of the reversing poles from an additional winding of the excitation transformer serving to supply the field circuit takes place. 3. Anordnung zur Nutzbremsung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Erregung der Wendepole bestimmte Wicklung des Erregertransformators erhöhte Streuung hat. Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: schweizerische Patentschrift . . Nr. 82 326; deutsche Patentschrift Nr. 292 656, 295 424, 65 602; ETZ 1938, S. 85, r. Spalte, zweiter Absatz; Elektrische Kraftbetriebe und Bahnen (1919), S. 213.3. Arrangement for regenerative braking according to claims i and 2, characterized in that the for the excitation of the reversing poles certain winding of the excitation transformer increased Has spread. To distinguish the subject of the application from the state of the art are The following publications were considered in the granting procedure: Swiss Patent specification. . No. 82,326; German Patent No. 292 656, 295 424, 65 602; ETZ 1938, p. 85, r. Column, second paragraph; Electric power plants and railways (1919), p. 213.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE295424C (en) *
DE292656C (en) *
CH82326A (en) * 1918-11-27 1920-01-16 Bbc Brown Boveri & Cie Device for the operation of single-phase machines that work alternately as a motor with series connection characteristic and as a generator
DE654602C (en) * 1937-12-24 Siemens Schuckertwerke Akt Ges Regenerative braking circuit for alternating current collector machines

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