SE455035B - Forfarande och anordning for drift av en shuntlikstromsmotor samt anvendning av forfarandet - Google Patents

Description

455 0255 För seriemotorn, där det kan skrivas q» = kIA (5) erhålls för varvtal/vridmoment-beroendet uttrycket U -ï (sin n = --- - CRVTT CR med CR =\]8¶pwk Av jämförelsen mellan (3a) och (3b) framgår att vid shuntmotorn tilltar varvtalet linjärt med avtagande vridmoment M under det att vid seriemotorn_ det tilltar hyperboliskt med l/VNÖ Den sistnämnda så kallade "mjuka" varvtal/ vridmoment-karakteristikan medför ett gynnsamt driftförhâllande vid stationär drift, särskilt vid användning av en dylik motor för drivning av ett fordon.

Med den så kallade "hårda" shuntkarakteristikan enligt (3a) ernås däremot ett gott Startförhâllande genom motsvarande val av karakteristikans branthet.

Genom en artikel "Schwere Industrie-Lokomotive mit thyristorstromrich- tern" ur ELEKTRISCHE BAHNEN, 1967, häfte lO, är det känt att styra en kompound- motor med i och för sig lika hård karakteristika som shuntmotorn pâ sådant sätt att den uppvisar en mot seriemotorn svarande "mjuk" varvtal/vridmoment- karakteristika. Detta uppnås därigenom, att fältet regleras så att det följer rotorströmmens förlopp. Har källspänningen över rotorn nått ett minimivärde, så följer fältet denna rotorspänning och därefter inträder genom fältförsvag- ning en reglering av rotorklämspänningen på detta konstant hållna minimivärde pâ källspänningen. därigenom drivs kompoundmotorn med det för kördrift gynn- samma förhållandet motsvarande den ”mjuka” varvtal/vridmomentkarakteristikan, men därmed bortfaller dess egentligen gynnsamma startförhâllande svarande mot den "hårda"karakteristikan enligt (3a).

I DE-AS l926980 föreslås att styra en shuntkopplad likströmsmotor med serieförhållande. Detta ernås därigenom att inom ett nedre varvtalsområde reg- leras rotorströmmen på en given styrstorhet och därvid magnetiseringen föränd- ras med rotorströmmen. Om rotorströmmen vid uppnåendet av ett bestämt varvtal ej längre kan följa styrstorheten, så sätter en fältförsvagning in.

Vid dessa nämnda, kända förfaranden blir därigenom en shuntmotor i karak- teristikaavseende förvandlad till en seriemotor, men under avstående från det 455 035 vid vissa driftvillkor, såsom start, önskade shuntförhâllandet. Genom DE-OS 2934316 har ett förfarande blivit känt genom vilket en shuntmotor selektivt kan drivas med shuntkarakteristika eller seriekarakteristika allteftersom vilken karakteristika som är optimal i det ena eller andra drifttillstândet. särskilt drivs därvid en drivmotor så att den under ett förutbestämt varvtal styrs med shuntkarakteristika och däröver med seriekarakteristika.

Dä genom det sistnämnda förfarandet ett optimalt start-, drift- och broms- förhållande uppnås för motorn, arbetas det här liksom vid de tidigare littera- turställena med Y0t0rStYömYíkfifiderespektive tyristorstyrda likströmspulsom- vandlare. På grund av rotorströmmens storlek är därvid kostnaden för dylika strömriktare med tillordnade elektroniska styrorgan stor. Om det uppträder fel i dylika anläggningar, så måste den motsvarande reparationen praktiskt taget utföras på ort och ställe genom högkvalificerad personal under det att i annat fall skrymmande delar måste tas ut och sändas till en därför inrättad fabrik, men detta är vid användning av dylika drivanordningar för gruvlokomo- tiv synnerligen besvärligt.Särskilt mäste man där sträva efter att kunna ut- föra reparationer på drivanordningar genom mindre kvalificerad personal på platsen, exempelvis genom modulartat utbyte av skadade funktionsblock.

Den föreliggande uppfinningen avser att driva en shuntmotor på sådant sätt, att praktiskt taget vid varje stationär belastning erhålls serietill- stånd, att vidare vid starten shuntförhållandet kan unyttjas utan att därvid rotorströmriktare eller generellt elektroniska ställorgan erfordras för rotor- strömmen. Därigenom bortfaller den invecklade och jämförelsevis skrymmande elektroniska rotorströmställaren och serie- och shuntkarakteristikorna för- blir möjliga att utnyttja i beroende av drifttillståndet.

Detta uppnås med ett förfarande av det inledningsvis angivna slaget där- igenom att för åtminstone tvâ av motståndsstegen föranges var sitt rotorström- minimivärde, och att vid uppnåendet av det för varje fall föreliggande minimi- värdet för rotorströmmen denna hålls konstant genom påverkan av fältet.

Härigenom erhålls, såsom kommer att beskrivas i det följande, ett fält av varvtal/vridmomentkarakteristikor, som var och en inom det nedre varvtals- området i motsvarighet till förhållandet hos en shuntmotor med till- och frân- kopplingsbara rotormotständ stiger linjärt med avtagande vridmoment och vid ett i varje särskilt fall bestämt moment - svarande mot det på förhand angivna rotorströmminimivärdet - övergår i ett hyperboliskt förlopp. Genom att varje karakteristika i fältet i motsvarighet till de tillkopplade motstânden uppvisar detta principiella förlopp, erhålls möjligheten att vid praktiskt taget varje belastning utnyttja den mjuka seriekarakteristikan. 455 035 För att vid avtagande belastning undvika den vid seriemotorer kända faran med övervarvning föreslås vidare att på förhand fastlägga åtminstone ett mag- netiseringsminimivärde och vid uppnåendet av detta minimivärde vid ytterligare stigande varvtal hålla fältet konstant. Härigenom går motorn inom de övre varv- talsområdena åter tillbaka till shuntförhållandet, dock nu med försvagat fält.

En styranordning för utförande av sättet kännetecknas av, att det anord- nats en strömmätanordning i rotorkretsen och har sin utgång förd till en jäm- förelsekoppling, som är tillkopplingsbar till åtminstone tvâ referenssignal- källor kopplade med motståndsstegomkopplare, och att jämförelsekopplingens ut- gång styr försättandet i och ur drift av en rotorström/magnetiseringsreglering varvid däri företrädesvis i varje särskilt fall en referenssignalkälla till- kopplas som rotorströmstyrkälla. u I en vidareutbildning av styranordningen anordnas en begränsningsenhet i magnetiseringsstyrkretsen som inte låter magnetiseringen sjunka under åtmin- stone ett förutbestämt minimivärde.

Det föreslagna förfarandet lämpar sig särskilt för användning vid batte- ridrivna fordon, särskilt gruvlokomotiv.

Närmare kännetecken på uppfinningen kommer att framgå av den följande detaljerade beskrivningen i vilken kommer att hänvisas till bifogade ritningar.

Figur l visar ett funktionsblockschema för styranordningen enligt uppfinningen och figur 2 visar' kvalitativt det därigenom uppnådda varvtallvridmomentkarak- teristikafältet.

Enligt figur l uppvisar en likströmsmotor l en rotor AB och en separat- matad shuntlindning IK. Rotorn AB är via parvis kopplade rotorströmriktkopp- lare S11 /S12 och S21/S22 förbundna med rotormatningen 3. Rotorströmkretsen sluts medelst en "motor"-driftströmställare SM via matningen 3. Genom en "generator"-driftströmställare SG kommer den vid bromsdrift under samtidigt öppnande av strömställaren SM att slutas via sig själv och bortkopplas från matningen 3. Vid motordrift liksom vid bromsande generatordrift finns i rotor- strömkretsen exempelvis fyra motstånd, R] - R4, och dessa är till- respektive frånkopplingsbara medelst stegomkopplare SIA - 54A. Rotorströmmen IA mäts me- delst en strömomvandlare 5, som tillför en mot rotorströmmen svarande signal U (IA) till den första ingången 7a på en jämförelsekoppling 7.

Den andra ingången 7b på jämförelsekopplingen 7 kan kopplas till ett an- tal referenssignalkällor med signaler U(IAm¿n)0 till U(IAm¿n)4. Dessa källor 9 kopplas via strömställarna S0 till S4 selektivt till ingången 7b pâ jämförel- sekopplingen. Såsom anges genom streckade linjer kopplar strömställaren S0 sig- nalen U(IAm¿n)0 till ingången 7b, när det största motståndssteget R50 bland 455 055 startmotstånden är inkopplat i rotorkretsen, dvs då nämligen RSO = R] + R2 + + R3 + R4, varvid det sistnämnda âstadkommes genom påverkan av "motor"- driftströmställaren SM eller en separat strömställare SOA. Analogt tillkopplas de följande referenssignalerna U(IAm¿n)1 - U(IAm¿n)4 till ingången 7b där i motsvarighet härtill det första, andra, tredje eller fjärde motståndssteget RSI. RS2, RS3, RS4 är tillkopplat, varvid dessa uppgår till Rsi = R2 * Ra * R4 RS2 = R3 + R4 _ Rss = Ra RS4 = O (respektive = rotorns motstånd) I varje särskilt fall är endast den källa 9 kopplad till 7b vars mot- svarande motståndssteg är verksamt. dämförelsekopplingens 7 utgång 7c respektive den där uppträdande signa- len styr, så snart den mot rotorströmmens ärvärde svarande signalen U(IA) vid ingången 7a uppnått den i varje särskilt fall verksamma referenssignalen U(IAm¿n), två strömställare SX och Sw. Regleringsstorhetsströmställaren SX förbinder därefter strömomvandlarens 5 utgång med en ingång på en jämförelse- enhet ll under det att styrstorhetsströmställaren Sw då kopplar ingången 7b på jämföraren 7 och därigenom den just tillkopplade källan 9 till den andra ingången på jämförelseenheten ll. Densammas utgång är förbunden med en regula- tor l3, som företrädesvis är uppbyggd som en PI- eller PID-regulator, och densammas utgång är i sin tur kopplad till en spännings/strömomvandlare l5.

Omvandlaren l5 är, såsom den kvalitativa karakteristikan därunder anger, upp- byggd på sådant sätt att utgångsströmmen, utgående från maximiutgângsströmmen IE0 vid ingångsspänningen noll, avtar vid tilltagande ingângsspänningsvärde.

Omvandlarens l5 utgång avger magnetiseringsströmmen IE till magnetiserings- lindningen IK.

Det resulterande uppträdandet av den nu beskrivna styranordningen ska anges i anslutning till det i figur 2 visade karakteristikafältet.

För start inkopplas det största motståndssteget RS0 i motorns rotorkrets.

Samtidigt sluts strömställaren SO och kopplar referenssignalen U(IAm¿n)0 ur jämförelsekopplingens 7 ingång 7b. Motorn går enligt karakteristikagrenen I i motsvarighet till det tillkopplade motståndssteget RS0 under ett shuntförhâl- lande. Därvid avtar rotorströmmen IA på grund av den med varvtalet stigande källspänningen och därmed, (2), momentet M. ' 455 055 Så länge som IA :> I är SX och Sw kopplade på noll: Magnetise- Amin l ringsströmmen är konstant IEO. Uppnâr rotorströmmen enligt figur 2, exempelvis i punkten Po, det genom referenssignalen U(IAm¿n)0 fastlagda värdet IA min 0. så sluter jämföraren 7 magnetiseringsregleringen genom att sluta styr- och regleringsstorhetsströmställarna SX och Sw. Därigenom kopplas rotorströmär- värdet och rotorströmbörvärdet till jämförelseenheten ll. Via regulatorn l3 och spännings/strömomvandlaren IS inställs magnetiseringsströmmen IE på sådant sätt att rotorströmmen inte sjunker under värdet IA min 0.

Löser man Il) enligt magnetiseringen 9 sä erhålls _ _1 u RAIA Û-'ñ m' och det framgår härav hur magnetiseringen inställs för att hålla den för steget specifika minimirotorströmmen IAmin konstant. Insättning av detta uttryck liksom rotorströmminimivärdet i (2) anger det därigenom resulterande vridmoment/varvtal-beroendet _2 _ _ -¿.1 ”irl” RA ïAmiälAmin "ñ (8) Till skillnad mot det vanliga serieförhållandet går motorn efter PÛ mot högre varvtal längs en karakteristikagren II som är proportionell mot I/M. Om icke belastningsmomentet, som exempelvis införts som ML i figur 2, sörjer för Stabilisering av motorn, så övervarvar denna enligt karakteristikagrenen IIIa.

I figur 2 har även angivits de mot ytterligare tillkopplade motstånds- steg RS svarande karakteristikorna med punkterna P] - P5, på vilka den i figur I visade kopplingen medelst fältförsvagning åstadkommer konstanthållande av den i varje särskilt fall avsedda minimirotorströmmen.

I figur 2 har vidare angivits ett förlopp i karakteristikafältet vid exempelvis start mot ett belastningsmoment ML. Pâ grenen I beslutar sig den betjänande personen att vid punkten Ql koppla in det närmast mindre mostånds- steget RSI, dvs innan i RSO rotorström/magnetiseringsregleringen har satt in.

Vid uppnâendet av punkten P1, svarande mot rotorströmmen IA min 1 i figur I, insätter regleringen och styr motorn i den stabila arbetspunkten vid RS] på belastningskarakteristikan ML. Om den betjänande personen beslutar sig för en ytterligare acceleration, så kopplar han in det närmast mindre motstånds- steget RS2. Det framgår att därvid kan det ske en direkt omkoppling till den nästa karakteristikans hyperboliska gren, dvs regleringen upphör vid det 455 035 visade sprânget frân RS] till RS2 inte utan växlar endast rotorströmstyrstor- heten från U(IAm1n)] till U(IAm¿n)2.

För bromsning öppnas motordriftströmställaren SM och därefter inkopplas generatorströmställaren SG och därefter tillkopplas successivt motstândstegen RS4 till RSO återigen. Företrädesvis ökas genom öppnande av regleringsström- ställarna SX och Sw magnetiseringen åter till sitt mot IE0 svarande maximi- värde och hålls i varje fall konstant.

För att nu hindra att motorn enligt kurvgrenen IIIa kan övervarva, in- kopplas enligt figur l en begränsningsenhet l7 i magnetiseringskretsen och denna låter, såsom antyds genom den införda karakteristikan för densammas utgångsström IE som funktion av ingângsströmmen IE, strömmen IE sjunka endast till ett förutbestämt minimivärde Ièmin, förutbestämt antingen enhetligt för alla motståndssteg RS eller specifikt för stegen.

Såsom framgår av figur 2 går då motorn vid driftpunkterna T återigen över till shuntkarakteristikan svarande mot (3a) med det i varje särskilt fall tillkopplade rotormotstândssteget RS och i förhållande till den icke un- derskridna i varje särskilt fall föreliggande magnetiseringsströmmen Ièmin.

I figur 2 har visats det karakteristikafält som kvalitativt uppkommer när för alla steg RS anordnats ett gemensamt magnetiseringsminimivärde Iâmin, eftersom endast då de uppkommande shuntkarakteristikagrenarna Illb vid M=0 skär varandra i en punkt på n-axeln.

Spännings/strömomvandlaren kan på grund av den jämföreslevis ringa mag- netiseringsströmstorleken utan vidare byggas som en transistoriserad enhet, dvs som transistorströmkälla, och likaså uppbyggs begränsningsenheten l7 som ett känt funktionsnätverk med halvledarelement, särskilt begränsningsdioder.

För erhållande av den fallande spännings/strömomvandlingskarakteris kan exempelvis en referensspänning UE0 liksom utgângsspänningen från regula- torn l3 kopplas till en differentialförstärkare, vars utgângsspänning Ua = = k (UE0 - U13) - där k är dess förstärkning och UI3 är regulatorns utgångs- spänning - styr en transistorströmkälla. Om vid bromsdrift fältets polaritet inte omkastas, vilket är fallet vid den beskrivna anordningen, kan ström- källan konstrueras för en strömpolaritet.

Det ska ytterligare hänvisas till att den beskrivna rotorström/magneti- seringsregleringen i jämförelse med det vanliga serieförhållandet medför en ytterligare fördel. Den exempelvis i figur 2 visade seriekarakteristikan med l/Jm förlöper avsevärt flackare än den genom den nu angivna regleringen uppnåd- da karakteristikan enligt l/M. Detta möjliggör att täcka driftfältet med få 455 035 stegspecifika karakteristikor, eftersom i varje särskilt fall varvtalet stiger relativt kraftigt med avtagande moment. Av det förhållandet att för det före- slagna förfarandet respektive för styranordningen för utförandet av förfaran- det inte behöver anordnas några rotorströmställare, erhålls möjligheten att ut: bilda hela styrelektroniken, som inskränker sig till att få tag i rotorströmmen liksom till inställandet av magnetiseringen, utbytbar i modulform. Härigenom kan, särskilt då det är fråga om pâ detta sätt drivna gruvlokomotiv med batteridrift, hos förbrukaren ett flertal reservstyrningar hållas redo, sä att vid skada på den insatta styrningen denna ersätts och utan driftförlust kan sändas för reparation. f;

Claims (6)

1. 455 035 E'a t e n t k r a v l. Förfarande för drift av en shuntlikströmsmotor, i vars rotorkrets är anordnade ett flertal i steg (RS0 - RS4) till- och fränkopplingsbara motstånd (R1 - R¿). k ä n n e t e c k n a t av att man för åtminstone _ två av motståndsstegen (RS0 - RS4) förutbestämmer var sitt rotorströmminimi- värde (IAm¿n0 - IAmin4) och vid uppnåendet av minimivärdet för varje sär- skilt fall håller rotorströmmen konstant genom fältpâverkan (ll. 13. l5. 17).

2. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att åtminstone ett magnetiseringsminimivärde (I'Emin) förutbestäms och att vid uppnåendet av detta värde fältet hålls konstant vid ytterligare stigande varvtal.

3. Förfarande för drift av en shuntlikströmsmotor. i vars rotorkrets är anordnade ett flertal i steg (RS0 - RS4) till- och frånkopplingsbara motstånd (RI - R4) enligt krav ett. k ä n n e t e c k n a t av att en strönmätanordning (5) är anordnad i rotorkretsen och har sin utgång ansluten till en jämförelsekoppling (7) och att till den sistnämnda (7) är ytter- ligare åtminstone två referenssignalkällor (9). kopplade med motståndssteg- omkopplare (SOA/SO; 51A /S1....). tillkopplingsbara. och att utgången (7c) på jämförelsekopplingen styr drifttillkopplingen respektive drift- frånkopplingen aven rotorström/magnetiseringsregulator (SX. Sw. ll. l3. l5. 7). varvid däri företrädesvis i varje särskilt fall en referenssignalkälla (9) är tillkopplad som rotorströmstyrkälla.

4. Styranordning enligt krav 3. k ä n n e t e c k n a d av att i magnetiseringsstyrkretsen är anordnad en begränsningsenhet (17). som inte låter magnetiseringen sjmka under åtminstone ett förutbestämt minimivärde.

5. Styranordning enligt krav 3. k ä n n e t e c k n a d av att den utbildad modulartad och utbytbar.

6. Användning av förfarandet enligt krav l för batteridrivna driv- motorer särskilt för drift av gruvlokomotiv.