DE702813C - Arrangement for regenerative braking of electric AC vehicles with automatic regulation of the phase shift - Google Patents

Description

Anordnung zur Nutzbrernsung elektrischer Wechselstromfahrzeuge mit selbsttätiger Regelun 9 der Phasenverschiebung Es sind Schaltungen für die Nutzbremsung von elektrischen Wechselstromfahrzeugen bekannt, bei denen in Reihe mit der Feldwicklung des Fahrmotors ein über einen Transformator angekoppelter Kondensator gieschaltet ist.Nutzbrernsung arrangement for AC electric vehicles with automatic regula 9 of the phase shift are known for the regenerative braking of alternating current electric vehicles circuits in which in series with the field winding of the traction motor, a transformer coupled via a capacitor gieschaltet.

Der praktischen Verwirklichung solcher Schaltungen haben sich jedoch große Schwierigkeiten entgegengestellt, welche hauptsächlich darauf zurückzuführen sind, daß es sich um Resonanzschaltungen handelt, wo kleinste Veränderungen im induktiven Widerstand des Feldes große Veränderungen in der Phasenlage und Größe des Feld- und Ankerstromes hervorrufen. Solche Schwankungen des induktiven Widerstandes des Feldkreises werden sowohl verursacht durch Frequenz- und Spannungsschwankungen als auch durch Änderungen in der Einstellung der neutralenZone, wie sie sich hauptsächlich durch das Kippen der Bürsten bei Umkehr der Fahrtrichtung ergeben. Genauere Untersuchungen zeigen außerdem, daß sich die Phasenlage von Anker- und Feldstrom auch mit der Größe des abgegebenen Bremsstromes und der Drehzahl ändert.The practical implementation of such circuits have however great difficulties opposed, which are mainly due to it are that there are resonance circuits, where the smallest changes in the inductive Resistance of the field large changes in the phase position and size of the field and cause armature current. Such fluctuations in the inductive resistance of the Field circles are caused by both frequency and voltage fluctuations also by changes in the setting of the neutral zone as they are mainly by tilting the brushes when reversing the direction of travel. More detailed investigations also show that the phase position of the armature and field currents also changes with the size of the braking current output and the speed changes.

Da. aber nur bei gleicher Phasenlage von Ankers trom und Feldstrom das maximale Brems mo ment bei g geringster Motorerwärmung erzielt werden kann, sind die obengenannten Veränderungen von großem Nachteil. Außerdem ist die Bremskraft starken Schwankungen unterworfen, was einen geordneten Bremsbetrieb praktisch unmöglich macht. Ebenso ist der Leistungsfaktor des rückgelieferten Stromes scl)lecht.There. but only with the same phase position of armature current and field current the maximum braking torque can be achieved with the lowest motor heating, the above changes are a major disadvantage. Also is the braking force subject to strong fluctuations, which makes an orderly braking operation practically impossible power. Likewise, the power factor of the returned electricity is real.

Man hat nur) versucht, die obengenannten schädlichen Einflüsse dadurch zu mildern, daß man größere Widerstände sowohl vor den Anker als auch in den Feldkreis geschaltet hat. Dies ist jedoch nachteilig, da dann der der Nutzbrenisung wesentlich verschlechier# wird und sich der ganze Aufwand nicht lohnt.One has only tried to avoid the above-mentioned harmful influences to mitigate the fact that there is greater resistance both in front of the anchor and in the field circle switched Has. However, this is disadvantageous because of the useful fuel consumption is significantly obfuscated and the whole effort is not worth it.

GegensLand vorliegender Erlindung vermeidet obige Nachteile dadurch, daß der im Feldkreis des Falirmotors liegende Kondensator in zUhängigkeit von der Pliasenverschiebung 7wischen Ankerstrom und Feldstrom bzw. Ankerstrom und Netzspannung Z ZD mit Hilfe eines Zweiphascnasynchronmotors selbsttät-*- -eregelt wird, so daß sämtliche 16 S l# etwa vorkommende Änderungen des induktiven Widerstandes durch entsprechende Änderun-en des Kondensators aus-e-lichen werden. C 13 ZD Hierbei wird die Verwendung eines Zweiphasenasynchronmotors als Regelorgan an sich als bekannt vorausgesetzt.GegensLand of the present invention avoids the above disadvantages by the fact that the capacitor located in the field circuit of the Falirmotor is automatically regulated in dependence on the plias displacement between armature current and field current or armature current and mains voltage Z ZD with the help of a two-phase synchronous motor, so that all 16 S l # Any changes in the inductive resistance that occur can be compensated for by making appropriate changes to the capacitor. C 13 ZD The use of a two-phase asynchronous motor as a control element is assumed to be known per se.

Ein solcher Motor besitzt bei Phasengleich' heit der die beiden Statorwicklungen durchfließenden Strörne ],-,ein Drehmoment; bei Pliasenverschiebung übt er jedoch ein solches im positiven oder negativen Sinne aus, je nachdem, -welcher von beiden Strömen vor-oder nacheilt. Der Motor ist also ÜberwachunIgs- rät und Steuermotor zugleich. Da-, _le mit er nach Einregelun- der PhaseniVbereinstimmung wieder zum Stillstand kommt, muß die Rotorwicklung des Motors mit erhöhtem Widerstand ausgeführt bzw. ein zusätzlicher Widerstand vorgeschaltet werden. Andernfalls würde der Motor nach Einregelung der C ZJ Phasen-leichheit als normaler Einphaseninotor weiterlaufen, und es würden Cberregulierun,-en zustande kommen.When the currents flowing through the two stator windings are in phase, such a motor has a torque; in the case of a shift in the plias, however, it does so in a positive or negative sense, depending on which of the two currents is leading or trailing. The engine is therefore a monitoring device and control engine at the same time. So that it comes to a standstill again after phase matching, the rotor winding of the motor must have an increased resistance or an additional resistance must be connected upstream. Otherwise, the engine according to regulation of the C ZJ would phase facilitated comprehensive continue as normal Einphaseninotor and it would Cberregulierun -en, come about.

Die'se Erkenntnis folgt aus folgender Überlegung: Führt man einem normalen Drehstrommotor, dessen Läufer festgebreinst ist, im Ständer #,#leichbleibend&n Strom zu, so steigt bei Vergrößerung des Läuferwiderstandes das -Motordrehnionierit zunächst an, erreicht einen Höchstwert und nimmt bei weiterer Vergrößerung des Widerstandes wieder ab. Dieser Drehmornentverlauf gilt auch für den laufenden jedoch muß man sich dann den Läuferwidersumd durch einen fiktiven Widerstand ersetzt denken, der mit abnehmendem Schlupf gi-öl#-',er wird. Bei vorstehendem Zweiphasenmotor sei -, um klare Verhältnisse züi schaf.`en, angenommen, daß der Läuferwiderstand so groß gewählt ist, daß man sich im abfallenden Teil der Drehmomentkennlinie befindet. Es sei weiter vorausgesetzt, daß die beiden Wicklungen des Zweiphasenmotorsvon ',leichpliasigen Strömen durchflosseil sind, so daß diese ein reines Wechseifeld erzeugen. Ein solches kann man sich in nvei entgegen-Z, gesetzt umlaufende Drehfelder zerlegt denken. Besitzt der Läufer schon ;eine Drehzahl -, dann wird für das -leichsinni0" umlaufende der b Schlupf ge 'genüber dem Stillstand verkleinert und für das entgegengesetzt umlaufende ver-"rößert sein. Dem ersteren Falle entspricht ein größerer und dem zweiten Falle ein kleinererfiktiver Läufenviderstand. Das heißt aber, daß für das gleichsinnig umlaufende Drehfeld das Drehmoment kleiner, für das entgegengesetzt umlaufende jedoch größer ge-C C worden -ist. Der Motor wird also abgebrümst, was bcabsichti-t war.This knowledge follows from the following consideration: If a normal three-phase motor, whose rotor is locked, is supplied with #, # steady & n current in the stator, then when the rotor resistance increases, the motor rotation ratio initially increases, reaches a maximum value and increases with further increase in the Resistance again. This torque curve also applies to the current one, however, one must then think of the rotor reversal as being replaced by a fictitious resistance that becomes gi-oil # - ', as the slip decreases. In the case of the above two-phase motor, in order to establish clear relationships, it is assumed that the rotor resistance is selected to be so large that one is in the descending part of the torque characteristic. It is further assumed that the two windings of the two-phase motor are traversed by 'slightly double currents, so that they generate a pure alternating field. Such a thing can be thought of as decomposed in nvei opposing-Z, set rotating fields of rotation. The runner has been; a speed - then "ge 'reduced genüber standstill surrounding the shelter and b for the opposite circulating comparable" is for the -leichsinni0 be Rössert. The first case corresponds to a larger and the second case to a smaller fictitious running resistance. But this means that smaller for the same-rotating rotary field, the torque of the opposite circumferential but greater ge-C C -is been. So the engine is braked, which was intentional.

Es sei erwähnt, daß obige Gesichtspunkte für die Beinessung des Lläuferwiderstandes allgemein Anwendung finden können, also nicht auf den Vorgang der Nutzbremsung beschränkt sind.It should be mentioned that the above aspects for the leg measurement of the rotor resistance can find general application, so not limited to the process of regenerative braking are.

Die Abbildung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es bedeutet a den Anker und b das Feld des Trielbmotors, c den Kopplungstransforniator und e den regelbaren Kondensator. Der Anker des Triebmotors liegt mit der Spannung U an dem Transf ormator/, während der Feldstromkreis an der SpannungU0 liegt. Um stets mit günstiger Bremswirkung züi fahren, wird erlindungsgemäß der Kondensatore selbsttätig mittels des zweiphasiggen Asynchronmotors (r geregelt, beispielsweise indem er einige Anzapfungen erhält, die ab- und zugeschaltet werden können. Die eine Statorwic klungli des Zweiphasenasynchronmotors wird vom Ankerstrom des Triebmotors, die andere Statorwicklungi vom Feldstrom desselben durchflossen.The figure shows an embodiment of the invention. It means a the armature and b the field of the Trielbmotor, c the coupling transformer and e the adjustable capacitor. The armature of the traction motor is connected to the transformer / with the voltage U , while the field circuit is connected to the voltage U0. In order to always drive with a favorable braking effect, according to the invention, the capacitor is automatically regulated by means of the two-phase asynchronous motor (r, for example by receiving some taps that can be switched on and off The field current flows through the stator winding.

Selbstverständlich ist es auch niöglich, daß die eine Wicklung vom Ankerstrom durchflossen wird, die andere Wicklung dagegen an der Transformatorspannung liegt, wobei, damit der hindurchfließ#ende Strom praktisch keine Phasenverschiebung gegen die Span-C, ZD Z, nun- erhält, zweckmäßi-erweise ein Widerstand vorgeschaltet ist. In diesem Falle regelt der Asynchronmotor auf Phasenverschiebung Null zwischen Transforinatorspannung und Bremsstrom, also auf cos y = i. Man kann jedoch auch einen anderen cos,2 einstellen,-jedoch muß dann der im Spannungskreis vorgeschaltete Widerstand etwas kapazitive bzw. induktive Kennform haben.Of course, it is also niöglich that one winding is traversed by the armature current, the other winding, however, is due to the transformer voltage, so that the through flow # forming current virtually no phase shift against the tension-C, ZD Z, N & N receives more convenient locations it turns out that a resistor is connected upstream. In this case the asynchronous motor regulates to zero phase shift between transformer voltage and braking current, i.e. to cos y = i. However, you can also set a different cos, 2, but the resistor connected upstream in the voltage circuit must then have a somewhat capacitive or inductive characteristic.

Als Vorteile vorliegender Anordnung gegenüber den bekannten Nutzbrenisschaltungen mit Kondensator im Feldkreis ergeben sich im wesentlichen folgende: Durch die erfindungs-emäße Schaltung I el werden die im Ankerkreis erforderlichen Widerstände in so starkem Maße vermindert, daß der Wirkungsgrad der Nutzbrernsung weitaus besser als bei den bekannten Schaltungen wird.The advantages of the present arrangement over the known useful fuel circuits With a capacitor in the field circuit, the following essentially result: Through the inventive Circuit I el, the resistances required in the armature circuit are so strong Dimensions, that the efficiency of the Nutzbrernsung far better than with the known circuits will.

Die Brenisung ist vermöge der selbsttätigen Re-elun- des Kondensators unabhängig von Frequenz- und Spannungsschwankungen sowie von Un-enaiii-lleiten in der Einstellung der C ZD neutralen Zone, wie sie sich in besonders starkein Maße bei Umkehr der Drehrichtung ergeben.Due to the automatic re-winding of the capacitor, the burning is independent of frequency and voltage fluctuations as well as of inefficiencies in the setting of the C ZD neutral zone, which are particularly strong when the direction of rotation is reversed.

Die zur Erzeugung eines bestimmten Feldstromes nötige Spannung wird bedeutend vermindert, weil im Feldkreis keine großen zusätzlichen Widerstände mehr nötig sind, um den Einfluß der Schwankungen des induktiven und Ohmschen Widerstandes des Feldkreises auf die Größe und Phasenläge des Feldstromes wirkungslos zu machen. Dies bedeutet aber eine wesentliche Verringerung der erforderlichen Erregerleistung.The voltage required to generate a certain field current is significantly reduced, because there are no longer any large additional resistances in the field circle are necessary to the influence of the fluctuations of the inductive and ohmic resistance of the field circle on the size and phase of the field current ineffective. However, this means a significant reduction in the required excitation power.

Die Gleichhaltung der Phasenlage von Feld- und Ankerstrom der Triebmotoren wirkt sich günstig auf die Kommutierung aus, da auf diese Weise die in den kurzgeschlossenen Windungen des Ankers induzierte Transformatorspannung stets in Gegenphase zu der von der #uerkomponente des Wendefeldes erzeugten Rotationsspannung liegt.Maintaining the phase position of the field and armature currents of the traction motors has a beneficial effect on the commutation, since in this way the transformer voltage induced in the short-circuited windings of the armature is always in phase opposition to the rotational voltage generated by the turning field.

Die Phasenverschiebung zwischen Ankerstrom und Erregerfluß ist praktisch gleich Null, so daß in allen Betriebszuständen maximales Bremsmoment bei bester Ausnutzung des Motors erzielt -wird.The phase shift between armature current and exciter flow is practical equal to zero, so that in all operating states maximum braking torque with best Utilization of the engine is achieved.

Außer den genannten, durch die Regelung des Kondensators bedingten Vorteilen, gegenüber anderen Nutzbremsschaltungen, bringt auch die Verwendung des Zweiphasenasynchronmotors in der Nutzbremsschaltung besondere Vorteile.Except those mentioned, due to the regulation of the capacitor The use of the Two-phase asynchronous motor in the regenerative braking circuit have particular advantages.

Der Motor besitzt nämlich die Eigenschaft, daß er bei großer Phasenverschiebung zwischen Anker- und Feldstrom mit kräftigem Moment, also schnell nachregelt, während er bei kleiner Phasenverschiebung, wo eine Nachregelung weniger von Bedeutung ist, nur iz ZD ein geringes Moment entwickelt. Außerdem bremst er sich mit zunehmender Phasenübereinstimmung selbst ab. Seine Eigenschaften sind also gerade für Bremsvorgänge, welche sich bekanntlich in verhältnismäßig kurzer Zeit abspielen, besonders vorteilhaft, indem etwa vorübergehend vorkommende größere Phasenabweichungen äußerst schnell ausgeregelt lind damit Bremskraftschwankungen vermieden werden, ohne daß überregelungen möglich sind. Außerdem hat ein solcher Motor, im Gegensatz zu Relais, keine empfindlichen Teile, ist also für den rauhen Bahnbetrieb ganz besonders geeignet.This is because the motor has the property that it can with a large phase shift between armature and field current with a strong moment, i.e. readjusted quickly while it with a small phase shift, where readjustment is less important, only developed iz ZD a small moment. In addition, it slows down with increasing Phase match itself. Its properties are especially useful for braking, which are known to take place in a relatively short time, particularly advantageous, by temporarily occurring larger phase deviations extremely quickly adjusted so that braking force fluctuations can be avoided without over-regulation possible are. In addition, unlike relays, such a motor does not have any sensitive ones Parts, so it is particularly suitable for rough railway operations.

Claims (2)

PATENTANTSPRÜCHE: i. Schaltanordnung zur Nutzbremsung elektrischer Wechselstromfahrzeuge, bei welcher ein Kondensator im Feldkreis des Fahrmotors vorhanden ist, der den coscp des Fahrinotors beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator in Ab- hängigkeit von der Phasenverschiebung zwischen Ankerstrom und Feldstrom bzw. Ankerstrom und Netzspannun 'g mit Hilfe eines Zweiphasenasynchronmotors selbsttätig geregelt wird. PATENT CLAIMS: i. Switching arrangement is provided for regenerative braking alternating current electric vehicles, in which a capacitor in the field circuit of the traction motor, of the coscp of Fahrinotors influenced, characterized in that the capacitor in dependence on the phase shift between the armature current and field current or armature current and Netzspannun 'g using a two-phase asynchronous motor is automatically controlled. 2. Scilaltanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichniet, daß die Rotorwicklung des Regelmotors mit erhöhtem Widerstand ausgeführt ist bezw. einen zusätzlich vorgeschalteten Widerstand aufweist, um im ausgeregelten Zustand ein Abbremsen des Regelmotors zu erzielen. 3. Schaltanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Statorphase des Regelmotors vom Ankerstrom und die andere vom Feldstrom des Fahirnotors durchilossen ist. 4. Schaltanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Statorphase des Regelmotors vom Ankerstrom des Fahrmotors durchflossen wird, während die andere an eine Spannung gelegt ist, die dem den Fahrmotor speisenden Transformator entnommen wird.2. Switch arrangement according to claim i, characterized in that the rotor winding of the control motor is designed with increased resistance or. has an additional upstream resistor in order to brake the control motor in the regulated state. 3. Switching arrangement according to claim i, characterized in that one stator phase of the control motor is passed through by the armature current and the other by the field current of the travel motor. 4. Switching arrangement according to claim i, characterized in that one stator phase of the control motor is traversed by the armature current of the traction motor, while the other is connected to a voltage which is taken from the transformer feeding the traction motor.