DRIVE AND/OR BRAKE CONTROL SYSTEM FOR VEHICLES WITH DC SERIES WOUND COMMUTATOR MOTORS

Abstract: 1. A drive and/or brake control system for electrically driven vehicles, in particular trams or trolley busses, wherein a series-wound d.c. motor (5) has series connected impedances (4) which can be switched in stages for starting and/or braking, and wherein a.d.c. - chopper regulator (17) is arranged in parallel with the series-wound field winding (6) and a regulating device (18) is arranged in such manner that during operation at any of the individual impedance stages and during switching between the stages, the excitation current flowing in the series field winding (6) changes in opposite manner to the armature current, the drive and/or brake momentum being maintained so as to be constant in accordance with a required theoretical value, characterized in that the d.c. - chopper regulator (17) and associated resistors (15, 16) are connected in parallel to the series field winding (6) and during switching to a lower impedance stage, the d.c. - chopper regulator (17) is switched so as to be fully conductive before switching the step contactor, in order to reduce the magnetic flux, with an advance that approximately corresponds to the switching time of the contactor in such manner that the residual transient peaks are virtually symmetrical (Fig. 1, 3).

Description: Fahr- und/oder Bremssteuerung für Fahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf eine Fahr- und/oder Bremssteuerung für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, insbesondere Strassenbabzien oder Trolley-Busse, mit einem Gleichstromreihenschlussmotor und stufenweise schaltbaren Widerständen für das Anfahren und/oder Bremsen und einem Gleichstromsteller, der zusammen mit ohmschen W4derstWnden parallel zur Reihenschlussfeldwicklung geschaltet ist. Eine Fahr- und Bremssteuerung dieser Art ist durch die CH-PS 401 232 bekannt. Beim Anfahren wird an die Motorklemmen eine verRnderbare Spannung gelegt. Hierzu dienen in bekannter Weise stufenweise schaltbare Wider stände. Zur Erweiterung der bekannten Spannungssteuerung ist der Reihenschlusswicklung ein taktweise zu schaltender Haibleiterwiderstand zugeordnet. Mit dieser Ausführung kann zwar eine kontinuierliche Feldschwächung nach dem Anfahren, also dann vorgenommen werden, wenn die Fahrwiderstände vollständig abgeschaltet sind, während des Anfahrens treten 3edoch durch das stufenweise Schalten der Widerstände starke Momentensprünge auf. Beim Bremsen wird der Reihenschlussmotor ohne Änderung der Feldkreise auf einen unveränderbaren Bremswiderstand geschaltet und durch periodischesSchalten des Halbleiterwiderstandes der Feldstrom derart beeinflusst, dass eine gewünschte Bremscharakteristik erreicht wird, ohne dass der Bremswiderstand während des Schaltvorganges verkleinert werden muss. Mit einer derartigen Schaltung kann eine Widerstandsbremsung nur in einem verhältnismässig kleinen Drehzahlbereich vorgenommen werden. -Um die Bremsung Uber einen möglichst grossen Drehzahlbereich vornehmen zu können, könnte man einen an sich bekannten Bremswiderstand mit stufenweise kurzschliessbaren Teilwiderständen verwenden. Beim stufenweisen Schalten treten jedoch Nomentensprünge auf, die ruckartige Xnderungen der Verzögerung des Fahrzeuges ergeben, was sich fUr die Passagiere als Komfortbeeinträchtigung auswirkt. Darüber hinaus können die Momenten sprünge bei Fahrzeugen ohne zwangsweise Spurführung, wie z.B. bei Trolleybussen, auf verschmutzten oder vereiaten'Strassen zurEinlei- tung von Gleitvorgängen führen, womit eine erhebliche Unfallgefahr verbunden ist. Eine Verkleinerung der Stufensprünge ist zwar durch eine feinstuSigere Widerstandsauslegung zu erreichen, diese erfordert jedoch einen entsprechenden Mehraufwand an Schaltmitteln, Leitungen und für die Steuerung. Verwendet man einen Gleichstromsteller im Ankerkreis, so werden die Stufensprünge zwar völlig vermieden, der Aufwand für den Steller und die dazu erforderlichen Glättungsmittel sind jedoch sehr hoch. Aufgabe der Erfindung ist es, unter Beibehaltung der kostengünstigen Ausrüstung mit den stufenweise schaltbaren Widerständen im Ankerkreis die Momentensprünge so weit zu reduzieren, dass der Komfort und die Fahrsicherheit nicht mehr beeinträchtigt werden. Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei einer Fahr- und/ oder Bremssteuerung der eingangs genannten Art erfindungsgemäss darin, dass der Gleichstromsteller von einer Regeleinrichtung derart gesteuert wird, dass während des Betriebs auf den einzelnen Widerstandsstufen und beim Schalten zwischen den Widerstandsstufen sich der in der Feldwicklung fliessende Erregerstrom gegenläufig zum Ankerstrom verändert, wobei das Fahr- und/oder Bremsmoment entsprechend einem geforderten Sollwert konstant gehalten wird. Auf diese Weise ist es möglich, Momentensprünge im Schaltzeitpunkt bis auf eine geringe Restabweichung vom idealen Momentenverlauf ohne Verwendung eines Gleichstromstellers im Ankerkreis zu glätten. Gegenüber den bekannten Widerstandsbremsschaltungen ist es möglich, die Bremswiderstände grobstufiger auszubilden, ohne die Restabweichung wesentlich zu erhöhen. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine Fahr- und Bremssteuerung für einen Trolley Bus, Fig. 2 ein Drehzahl-Momenten-Diagramm für das Bremsen Fig. 3 den zeitlichen Verlauf des Drehmomentes für das Bremsen und Fig. 4 ein Momenten-Drehzahl-Diagramm ftlr die in Fig.1 gezeigte Schaltung für einen Fahrbetrieb. In Fig. 1 sind mit 1 Fahrleitungen bezeichnet, die über einen Stromabnehmer 2, einen Fahrschalter 3 und einem stufenweise schaltbaren Widerstand 4 einen Reihenschlussfahrmotor 5 mit einer Reihenschlussfeldwicklung 6 speisen. Zum Fahren werden die Schütze 7, 8, 9, iO geschlossen. Nit zunehmender Fahrgeschwindigkeit werden die Stufenschalt-SchUtze 11a bis Ile eingeschaltet und damit: der Widerstand 4 stufenweise überbrückt. Zum Übergang vom Fahren auf Bremsen werden die Schütze 7 bis 10 und die Stufenschalt-Schütze 11a bis ile geöffnet und die Ankerwende-Schütze 12, 13 sowie das Brems-Schütz 14 geschlossen. Parallel zur Reihenschlussfeldwicklung 6 liegen in Reihe geschaltete ohmsche Widerstände 15 und 16, wobei dem Widerstand 16 ein Gleichstromsteller 17 parallel geschaltet ist. Der Gleichstromsteller 17 wird von einer Regeleinrichtung 18 gesteuert. Hierbei wird von einem,Messfühler 19 der Erregerstrom erfasst und über einen Funktionsgenerator 20 dem ersten Eingang Ei eines Multiplikators 21 zugeführt. Im Funktionsgenerator 20 wird abhangig von einem dem Erregerstrom proportionalen Signal ein dem Maschinenfluss proportionales Ausgangssignal gebildet. Am zweiten Eingang E2 des Multiplikators 21 wird der in einem weiteren MeB- fühler 22 erfasste Ankerstrom zugeführt. Das am Ausgang des Multiplikators 21 abgenommene Signal, das dem Produkt aus dem Naschinenfluss und dem Ankerstrom proportional ist, wird als Nomenten-Istwert an den Vergleicher 23 gegeben. Als Momenten-Sollwert wird ein vom Fahrpedal oder Bremspedal über das Potentiometer 24 bzw. 25 vorgegebener Signalwert über eine Steuer einrichtung eingegeben. In der Steuereinrichtung 28 werden die Sollwerte unter Beachtung des Vorranges für den Brems-Sollwert entsprechend aufbereitet. Die Soll-Istwertabweichung wird im Regelverstärker 26 verstärkt. Dessen Ausgangssignal steuert einen Steuersatz 27, der die ZUnd- und Löschimpulse für den Gleichstromsteller 17 bildet. Von der Steuereinrichtung 28 wird ferner über SchUtze iia bis 11e die stufenweise Zu- und Abschaltung von Teilwiderständen des Widerstandes 4 und auch das Schalten aller für die Herstellung der Fahr- und Bremsschaltung erforderlichen Schütze 7 bis 14 gesteuert. Die Wirkungsweise der gezeigten Schaltungsanordnung wird anhand des in Fig. 2 gezeigten Bremsdiagramms im folgenden näher erläutert. Auf der Ordinate ist das Bremsmoment M und auf der Abszisse die Drehzahl n aufgetragen. Mit Ro und Ra bis Re sind die Bremskennlinien der einzelnen Widerstands stufen bei grösster Erregung bezeichnet. Zu der Bremskennlinie Ro ist der Zusammenhang zwischen Bremsmoment und Drehzahl in Abhängigkeit von Ankerstrom JA und dem Erregergrad Y als Kennlinien- feld dargestellt. Für die Bremskennlinien der übrigen Widerstandsstufen ergibt sich ein geometrisch ähnlicher Verlauf (Verkürzung in Abszissenrichtung). Für den Brems-Betriebspunkt A sind die Werte für JA und 8 ablesbar. Soll bei sinkender Drehzahl, die sich infolge des Bremsens einstellt, das Moment konstant.gehalten werden, muss zur Erfüllung der Bedingung M = k1 +.JA konstant bei sinkendem Ankerstrom der Erregergrad erhöht werden. Ausgehend vom Betriebspunkt A wurde sich mit sinkender Drehzahl bei gleichbleibendem Erregergrad die Motor-EME und damit der im Bremskreis fliessende Ankerstrom stark verringern (Strecke A-B), was zu einer Verringerung des Bremsmomentes führen würde (Punkt B). Die erfindungsgemässe Regeleinrichtung verändert den Erregerstrom JE gegenläufig zum Ankerstrom JA dadurch, dass die Aussteuerung des Gleichstromstellers 17 kontinuierlich verändert wird. Dies bewirkt, dass der über Feldwicklung 6 fliessende Anteil des Ankerstromes derart vergrössert wird, dass das Bremsmoment konstant bleibt (Punkt C). Dabei verringert sich der Ankerstrom beim Durchfahren der gleichen Drehzahlspanne nur um den kleineren Betrag AD. Mit weiterer Verringerung der Drehzahl wird in der beschriebenen Weise durch gegen läufiges Xndern des Erregerstromes zum Ankerstrom der Betriebspunkt E erreicht, von dem ab eine weitere Steigerung der Erregung und damit die Einhaltung eines konstanten Momentes nicht mehr möglich ist. Der Gleichstromsteller 17 hat dabei die Aussteuerung Null erreicht (Sperrzustand) und taktet nicht mehr. Davon abhängig wird die Zuschaltung der nächsten kleineren Widerstandsstufe (Schliessen des SchUtzes 1usa) von der Steuereinrichtung 28 eingeleitet. Durch das Abschalten des Teilwiderstandes würden der Ankerstrom JA und der Erregerstrom JE und damit das Bremsmoment M sprungartig auf einen wesentlich höheren neuen Wert ansteigen. Um dies zu vermeiden, wird etwa gleichzeitig mit dem Schaltbefehl fCir das Schütz iia der Gleichstromsteller 17 auf volle Aussteuerung (voll-leitender Zustand) geschaltet, so dass schon wahrend der Schaltzeit des SchUtzes iia der Erregerstrom abklingen kann und der für den Betriebspunkt E im Kennlinienfeld zu Ra erforderliche niedrige Erregergrad erreicht wird. Damit kann bewirkt werden, dass die noch auftretenden geringen Momentenspitzen einen annähernd symmetrischen Verlauf haben (Fig. 3). Im Vergleich dazu ist gestrichelt der Momentenverlauf dargestellt, der sich ohne Verwendung der erfindungsgemässen Regeleinrichtung ergeben würde. Während des Betriebes auf der neuen Bremsstufe (Fig. 2) und allen folgenden Bremsstufen wird das Bremsmoment in der beschriebenen Weise konstant gehalten. Der Verlauf des Anker- und Erregerstromes ist am Übergang zwischen den Stufen Rb, Rc und Rd eingezeichnet. Fig. 4 zeigt ein Momentendrehzahldiagramm für das Fahren, aus dem weitere Betriebsmöglichkeiten der er findungsgemässen Steuereinrichtung hervorgehen, Im Betriebsbereich I wird durch kontinuierliche Feldschwächung über mehrere Widerstands stufen hinweg ein zusammenhängender kontinuierlich steuerbarer Fahrbetrieb erzielt. Der Bereich II gibt den Feldschwächbereich nach Abschalten der Widerstände an, der ebenfalls kontinuierlich befahren werden kann. 4 Figuren 5 PatentansprUche 1 Fahrleitungen 2 Stromabnehmer 3 Fahrschalter 4 stufenweise schaltbarer Widerstand 5 Reihenschlussàhrmotor 6 Reihenschlussfeldwicklung 7 Schütz 8 Schütz 9 Schütz 10 Schütz 11a bis Ile Stufenschalt-Schütze 12 Ankerwende-Schütz 13 Ankerwende-Schütz 14 Bremsschutz 15 Widerstand 16 Widerstand 17 Gleichstromsteller 18 Regeleinrichtung 19 Messfühler für Erregerstrom 20 Funktionsgenerator 21 Multiplikator 22 Messfühler für Ankerstrom 23 Soll-Ist-Vergleich 24 Sollwertgeber 25 Sollwertgeber 26 Regelwerstärker 27 Steuersatz für den Gleichstromsteller 28 Steuereinrichtung El Eingang des Multiplikators E2 Eingang des Multiplikators

Claims: Patentansprüche 1. Fahr- und/oder Bremssteuerung für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, insbesondere Strassenbahnen oder Trolleybusse, mit einem Gleichstromreihenschlussmotor, stufenweise schaltbaren Widerständen für das Anfahren und/oder Bremsen und einem Gleichstromsteller, der zusammen mit ohmschen Widerständen parallel zur Reihenschlussfeldwicklung geschaltet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Gleichstromsteller (17) von einer Regeleinrichtung (18) derart gesteuert wird, dass während des Betriebs auf den einzelnen Widerstandsstufen und beim Schalten zwischen den Widerstandsstufen der in der Reihenschlusswicklung (6) fliessende Erregerstrom sich gegenläufig zum Ankerstrom verändert, wobei das Fahr- und/oder Bremsmoment entsprechend einem geforderten Sollwert konstant gehalten wird. 2. Steuerung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Gleichstromsteller (17) bei kontinuierlicher Veränderung seiner Aussteuerung zwischen Null und eins den Widerstandwert der zur Reihenschlussfeldwicklung (6) parallel geschalteten ohmschen Widerstände kontinuierlich zwischen den Grenzen ändert, die dem maximalen und dem minimalen betriebsmässig vorgesehenen Erregergrad des Fahrmotors entspre chen. 3. Steuerung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Regeleinrichtung (18), die vorzugsweise als PI-Regler ausgeführt ist, der Momenten-Istwert aus einem Multiplikator (21) zugeführt wird, der den Ankerstrom-Istwert und den über einen Funktionsgenerator (20) aus dem Erregerstrom-Istwert gebildeten Wert für den magnetischen Fluss (+ ) mitein- ander multipliziert. 4. Steuerung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass durch das Erreichen eines Grenzwertes der Feldschwächung der Schaltvor- gang für eine benachbarte Widerstands stufe eingeleitet wird. 5. Steuerung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t , dass beim Schalten auf eine niedrigere Widerstands stufe der Gleichstromsteller (17) zur Abschwächung des magnetischen Flusses zeitlich vor dem Schalten des StufenschUtz- kontaktes öffnet und dass diese Voreilung etwa der Schützschaltzeit entspricht.

Inventors: URSTOGER, RUPERT, Urstöger, Rupert
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1979
Main classification: H02P7
IPC codes: B60L15, H02P7