DE751178C - Regenerative braking circuit for vehicles with single-phase AC series motors - Google Patents

Description

Nutzbremsschaltung für Fahrzeuge mit einphasigen Wechselstrom-Reihenschlußmotoren Es ist bekannt, einphasige Wechselstrom-Reihenschlußmotoren auch zur Nutzbremsung zu verwenden. Dabei sind die Anker der Motoren im allgemeinen an den Regeltransformator bzw. das. Speisenetz angeschlossen, während die Feldwicklungen in Nebenschlußschaltung aus dem gleichen Netz oder einer Fremderregerstromquelle mit Wechselstrom gespeist werden. Die Erfindung beruht nun auf der neuen Erkenntnis, da.ß bei derartigen Nutzbremsschaltungen beim Vorhandensein bestimmter Bremskennlinien außerordentliche Schäden eintreten können, wenn die mit den Motoren gekuppelten Fahrzeugachsen ins Schleudern geraten. Dies ist dann der Fall, wenn die Motoren beim Bremsbetrieb mit Fremderregung solche Charakteristiken besitzen, daß beim Eintreten des Schleuderns die Drehzahl der Motoren sich umkehrt. Hierbei treten einerseits sehr ungünstige Beanspruchungen der Schienen wie der Bandagen auf, andererseits müssen die mit den Motoren gekuppelten Achsen zeitweilig die Drehzahl o annehmen. Dies hat aber bekanntlich zur Folge, daß die Räder der Achsen unrund werden können, was leicht im Betrieb zu den gefürchteten Schienenbrüchen Veranlassung gibt. Diese Gefahr der Drehrichtungsumkehr ist bei N utzbremsschaltungen von Fahrzeugen mit Wechselstrom-Reihenschlußmotoren mit flacher Bremskennlinie besonders groß, wie Fig. i erkennen läßt, in der die Bremskennlinien eines fremderregten Wechselstroin-Reihenschlußmotors dargestellt sind, der so erregt und geschaltet ist, daß die Kennlinien einen flachen Verlauf besitzen, d. h. also, das Drehmoment bei sinkender Drehzahl nur verhältnismäßig wenig abnimmt. Die Bremskennlinien verlaufen von dem Generatorbereich in den Motorbereich, wobei sich die Drehrichtung der Motoren jedoch umkehrt. Ein derartiger Verlauf der Bremskennlinien ist zwar für zahlreiche Fälle günstig, weil nahezu über den ganzen Geschwindigkeitsbereich die Bremskraft sich nur wenig ändert. IIan kann infolgedessen derartige Schaltungen in vorteilhafter Weise zur Haltebremsung der Fahrzeuge verwenden, da hierbei nur wenig oder überhaupt keine Regelvorgänge erforderlich sind. Die dargestellte Ausbildung der Bremskennlinien hat jedoch den Nachteil, daß1 beim Eintreten des Schleuderns die. Motoren ihre Drehrichtung umkehren, da ein ntreiben der Motoren durch die Achsen wegen der stark verringerten Reibung zwischen Schiene und Rad nicht möglich ist. W ist das beine Gleiten der Räder auftretende Reibungsmoment zwischen Schiene und Rad. Arbeiten die Motoren auf einer niedrigeren. Bremskennlinie, so kann es unter Umständen, sogar vorkommen, daß praktisch die mit dem Motor gekuppelte Achse zum Stillstand kommt, wodurch eine schwere Gefährdung der Achse herbeigeführt wird. Dies tritt dann ein, wenn die Kennlinie etwa bei der Drehzahl o zum Schnittpunkt mit der Geraden des Reibungsniomentes kommt, wie dies bei der Kennlinie a der Figur der Fall ist.Regenerative braking circuit for vehicles with single-phase AC series motors It is known that single-phase AC series motors can also be used for regenerative braking to use. The anchors of the motors are generally connected to the regulating transformer or the. Feed network connected, while the field windings in shunt circuit fed with alternating current from the same network or from a separate excitation current source will. The invention is now based on the new knowledge that such regenerative braking circuits extraordinary damage occurs if certain braking characteristics are present if the vehicle axles coupled to the motors start to skid. This is the case if the motors brake with separate excitation Have characteristics that when the spin occurs, the speed of the motors turns around. On the one hand, this results in very unfavorable stresses on the rails like the drums on, on the other hand the axles coupled with the motors must temporarily adopt the speed o. As is well known, this has the consequence that the Wheels of the axles can become out of round, which is easily dreaded in operation Causes broken rails. This risk of reversing the direction of rotation is used for utility brake circuits in vehicles with AC series motors with a flat braking characteristic particularly large, as can be seen in Fig. i, in which the Brake characteristics of a separately excited alternating current series motor shown are, which is excited and switched so that the characteristics have a flat course own, d. H. So, the torque only proportionally with decreasing speed little decreases. The braking characteristics run from the generator area to the engine area, however, the direction of rotation of the motors is reversed. Such a course of the Brake characteristics is favorable for numerous cases, because almost over the whole Speed range the braking force changes only slightly. IIan can as a result use such circuits in an advantageous manner for braking the vehicles, because little or no control processes are required here. The one shown However, the development of the braking characteristics has the disadvantage that when the Fling the. Motors reverse their direction of rotation because the motors are driven through the axles because of the greatly reduced friction between rail and wheel is possible. W is the frictional torque occurring between the legs sliding the wheels Rail and wheel. The engines work on a lower one. Brake characteristic, like that it can happen under certain circumstances, that practically the one coupled with the engine Axis comes to a standstill, resulting in a serious risk to the axis will. This occurs when the characteristic curve reaches the point of intersection approximately at speed o comes with the straight line of the friction torque, as is the case with the characteristic curve a of the figure the case is.

Durch die Erfindung sollen die erläuterten Nachteile bei der an sich günstigen Bremsschaltung mit flacher Brernskennlinie mit Hilfe an sich bekannter Schleuderschutzrelais beseitigt und gleichzeitig ein für den Fahrbetrieb günstiger Schleuderschutz erzielt werden. Erreicht wird dies nach der'Erfindung dadurch, daß von der Differenz der in den Motoren oder :Motorgruppen -fließenden Ströme abhängige Schleuderrelais vorgesehen sind, die über in Gegenschaltung angeordnete Sekundärwicklungen von in* den parallel arbeitenden Motorstromkreisen- geschaltete Stromwandler erregt werden und beim Eintreten des Schleuderns die Schaltung bzw. das Sch'altwerl,z so, heeinflussen, daß die Motoren an eine andere Spannung bzw. Regelstufe angeschlossen werden und damit eine Umkehr der Mötordrehrichtung verhindern. Durch die Anwendung von Stromwandlern für die Steuerung des Schleuderrelais ergibt sich der Vorteil, daß das Schleuderrelais für die von der Differenz der =Motorströme abhängige Erregung nur eine Wicklung benötigt und in seinen Abmessungen klein gehalten werden kann. da das Relais nicht von den starken Motorströmen durchflossen wird, während die bekannten stromabhängigen Schleuderrelais zwei gegeneinandergeschaltete, in den Motorstromkreisen liegende Wicklungen erfordern. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist für den Schleuderschutz beim Fahren das Schleuderrelais zusätzlich mit einer Spannungsspule versehen, die an potentialgleiche Punkte der Motorgruppen angeschlossen ist. Statt der Spannungsspule kann außer dem stromabhängigen Schleuderrelais ein weiteres spannungsabhängiges Schleuderrelais angeordnet werden, dessen Erregerwicklung an unter normalen Betriebsbedingungen potentialgleiche Punkte der Motorgruppen angeschlossen ist und dessen Kontakte in Parallelschaltung zu den Kontakten des stromabhängigen Schleuderrelais liegen.The invention is intended to address the disadvantages in the per se cheap brake circuit with a flat brake characteristic with the help of known ones Anti-skid relay eliminated and at the same time a cheaper one for driving Anti-skid protection can be achieved. This is achieved according to the invention in that depending on the difference between the currents flowing in the motors or motor groups Slingshot relays are provided which have secondary windings arranged in a counter-circuit energized by current transformers connected in * the motor circuits working in parallel and when the skid occurs the circuit or the Sch'altwerl, z so, influence that the motors are connected to a different voltage or control stage and thus prevent a reversal of the direction of rotation. Through the application of current transformers for the control of the spin relay results in the advantage that the sling relay for the excitation dependent on the difference between the = motor currents only one winding is required and its dimensions can be kept small. because the relay is not traversed by the strong motor currents while the known current-dependent sling relay two counter-connected, in the Motor circuits require horizontal windings. According to another feature of the Invention is the anti-skid relay when driving provided with a voltage coil, which is connected to equipotential points of the motor groups connected. Instead of the voltage coil, you can also use the current-dependent sling relay another voltage-dependent sling relay can be arranged, its excitation winding connected to points of the motor groups with the same potential under normal operating conditions and its contacts in parallel to the contacts of the current-dependent Sling relay are.

Aii sich sind Schleuderschutzschaltungen für Fahrzeugmotoren bereits bekannt. Man hat auch bei Wechselstrorn-Reihenschlußinotoren für den Fahrbetrieb bereits stromabhängige Schleuderrelais verwendet, die beim Auftreten des Schleuderns. eines oder mehrerer parallel arbeitender Motoren die Steuerung des Fahrzeuges ändern oder eine Sandstreuvorrichtung betätigen. Bei dieser bekannten Schleuderschaltung für den Fahrbetrieb liegen aber völlig andere Verhältnisse wie beim Bremsbetrieb solcher Motoren vor, die eine flache Charakteristik haben und mit umgekehrter Drehrichtung als Motor weiterarbeiten können. Gerade die Gefahren, auf deren Vermeidung es bei der .Erfindung entscheidend ankommt, daß nämlich ein Durch- g ,y. a Iley, g der Achse durch die Drehzahl o und eine Umkehrung der Drehrichtung der Achse unter dem Einfluh der Netzspeisung heim Bremsbetrieb auftreten. spielen bei der 1>ekannten Schleuderschutzschaltung für Fahrbetrieb überhaupt keine Rolle. Ferner ist auch bereits bekannt, bei Kurzschlußbremsschaltungen von Gleichstromfahrzeugen Schleuderrelais zu verwenden, durch die eine Verringerung des Bremswiderstandes beim Eintreten des Schleuderns einer Achse Unterhunden werden soll. Auch bei derartigen Kurzschlußbremsschaltungen liegen völlig andere Verhältnisse vor als bei der den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildenden Schaltung, da nämlich bei Kurzschlüßbremsschaltungen ein Anschluß der klotoren am Netz nicht vorhanden ist und infolgedessen die durch die Netzspeisung bedingten Gefährdungen, die sich bei den behandelten.- Nutzbremsschaltungen ergeben, überhaupt nicht eintreten können. Hervorzuheben ist, daß das Problem des'.Schleüderschutzes bei eigenerregten Reihenschlußmotoren,- wenn diese in Kurzschlußbremsschaltung arbeiten, nur von: geringer .Bedeutung ist, weil in dem Moment; wo ein Rutschen der Achse eintritt, zwangsläufig das Bremsmoment von selbst stark verringert wird, wodurch sich im allgemeinen; die Achse wieder fängt und in Reibungsschluß mit der Schiene gelangt. Es ist bei derartigen Kurzschlußbremsschaltungen überhaupt ausgeschlossen, daß größere Gefährdungen eintreten können, insbesondere ist eine Drehrichtungsumkehr und ein vollständiger Stillstand der Achse bei Kurzschlußbremsschaltungen ausgeschlossen.Anti-skid circuits for vehicle engines are already known. Current-dependent slip relays have already been used in AC series motors for driving operation, which are activated when the slip occurs. one or more motors working in parallel change the control of the vehicle or operate a sand spreader. In this known spin circuit for driving, however, the conditions are completely different from those in the braking operation of such motors, which have a flat characteristic and can continue to work as a motor with the opposite direction of rotation. Precisely the dangers, the avoidance of which is crucial in the invention, namely that a through g , y. a Iley, g of the axis due to the speed o and a reversal of the direction of rotation of the axis under the influence of the mains supply during braking operation. play no role whatsoever in the 1> e-known anti-skid circuit for driving operation. Furthermore, it is also already known to use skid relays in short-circuit brake circuits of DC vehicles, by means of which a reduction in the braking resistance is to be avoided when an axle is skid. Such short-circuit brake circuits also have completely different conditions than the circuit forming the subject of the present invention, since in short-circuit brake circuits there is no connection of the clotors to the mains and consequently the hazards caused by the mains supply that arise in the regenerative brake circuits discussed surrender, cannot occur at all. It should be emphasized that the problem of anti-slip protection in self-excited series-wound motors - if these work in short-circuit braking circuit - is only of minor importance because at the moment; where the axle slips, the braking torque is inevitably greatly reduced by itself, which generally results in; the axle catches again and comes into frictional engagement with the rail. With short-circuit brake circuits of this type, it is absolutely impossible that major hazards can occur;

Bei fremderregten Wechselstrom-Reihenschlußmotoren liegen die Verhältnisse insofern etwas anders, als beim Auftreten des Schleuderns sich die Phasenlage des die Motoren durchfließenden Stromes stark ändert. Durch die Schleuderrelais wird beim Auftreten des Schleuderns eine derartige Änderung der an die Motoren gelegten Spannung bz-,v. Umschaltung auf eine andere Regelstufe vorgenommen, daß die Motoren auf einer Bremskennlinie arbeiten, welche im positiven Generatorbereich bei positiver Drehzahl zum" Schnittpunkt mit der Kurve des Reibungsmomentes gelangt (Punkt y des Diagramms Fig. i).In the case of separately excited AC series-wound motors, the situation is somewhat different in that the phase position of the current flowing through the motors changes greatly when the spin occurs. The spin relay causes such a change in the voltage applied to the motors or, v. Switchover to another control stage made so that the motors work on a braking characteristic which, in the positive generator range at positive speed , comes to the "intersection point with the curve of the friction torque (point y of the diagram in FIG. I).

Fig. 2 der Zeichnung gibt schematisch die Schleuderschutzschaltung wieder. i und 2 sind die beiden Motorenstro:mkreise. In diese Stromkreise sind Stromwandler 3 und 4 eingeschaltet. Sekundärseitig speisen die Stromwandler in Gegenschaltung die Erregerwicklung 5 des Schleuderrelais 6, das zur Beeinflussung der Schaltwerksteuerung derart dient, daß beim Eintreten des Schleuderns die Motoren an eine andere Spiannungsstufe angelegt bzw. auf eine andere tief genug liegende Kennlinie umgeschaltet werden. Die Arbeitsweise der Schleuderschutzschaltung ist eine derartige, daß beim normalen Fahrbetrieb das Schleuderrelais 6 unwirksam bleibt. Erst beim Schleudern eines Motors oder einer Motorengruppe werden die Sekundärströme der Wandler 3 und 4 ungleich. Der dem Strom der schleudernden Motorgruppe entsprechende Strom ändert sich dabei starke sowohl in bezug auf Größe und Phasenlage. Dies hat zur Folge, daß das Schleuderrelais 6 anspricht. Durch das Schleuderrelais wiederum wird das Schaltwerk im Sinn einer Umschaltung auf eine andere Spannungsstufe beeinflußt.Fig. 2 of the drawing schematically shows the anti-skid circuit again. i and 2 are the two motor currents. There are current transformers in these circuits 3 and 4 switched on. On the secondary side, the current transformers feed in counter-circuit the excitation winding 5 of the sling relay 6, which is used to influence the switchgear control is used in such a way that when the spin occurs, the motors are switched to a different voltage level applied or switched to another characteristic curve that is deep enough. The operation of the anti-skid circuit is such that with normal Driving operation the spin relay 6 remains ineffective. Only when an engine is spinning or a group of motors, the secondary currents of converters 3 and 4 become unequal. The current corresponding to the current of the skidding motor group changes strong both in terms of size and phasing. As a result, the sling relay 6 responds. By the sling relay, in turn, the switching mechanism is in the sense of a Switching to another voltage level affected.

Grundsätzlich kann die Erfindung natürlich auch dann Anwendung finden, wenn nur ein Teil der Brem`skennlinien so verläuft. daß ein' Übeigang von der positiven auf die negative Drehzahl beim- Schleudern möglich ist.In principle, the invention can of course also be used if only part of the brake characteristics is like this. that a 'passing over from the positive to the negative speed when spinning is possible.

Die gleiche Wirkung tritt selbstverständlich auch dann ein, wenn nur ein Motor der beiden Motorengruppen zum Schleudern kämmt.The same effect occurs, of course, if only one motor of the two motor groups combs to spin.

Wie in Fig.3 dargestellt ist, kann die Schaltung auch in der Weise ausgeführt u-erden, daß das Schleuderrelais außer mit der Stromwicklung, die,äbhängig von der Differenz der Motorströme erregt wird, noch mit einer Spannungsspule io versehen ist, welche an die Verbindungspunkte der beiden Motorengruppen angeschlossen ist. Hierdurch wird das Schleuderrelais auch von den Spannungsunsymmetrien der Motoren abhängig gemacht, so: daß es gleichzeitig außer für den Bremsbetrieb auch für den F'ahrbetrieb Anwendung finden kann. Beim Fahrbetrieb liegen nämlich die elektrischen Verhältnisse so. daß sich eine günstigere Arbeitsweise der Schleuderrelais ergibt, wenn diese von Spannungsunsymmetrien abhängig gemacht werden. Eine weitere abgeänderte Schaltung, die sowohl für den Fahrbetrieb, als auch für den Bremsbetrieb geeignet ist, zeigt Fig. 4. Bei dieser Schaltung ist für Fahrbetrieb ein spannungsa!bhängiges Schleuderrelais 2o vorbanden, das zwischen den beiden Motoren 2i der beiden Motorengruppen angeschlossen ist. Außerdem ist bei dieser Schaltung noch ein Stromrelais 22 vorhanden, das in Abhängigkeit von der Differenz der Ströme in den beiden Motorengruppen beeinflußt wird. Die beiden Kontakte dieser Relais sind parallel geschaltet, so daß sie, je nachdem ob Spannungs- oder Stromunsymmetrien auftreten, die Steuerung beeinflussen können.As shown in Fig.3, the circuit can also be in the manner executed u-earth that the sling relay except with the current winding, which depends is excited by the difference in the motor currents, still with a voltage coil io which is connected to the connection points of the two motor groups is. As a result, the sling relay is also protected from the voltage imbalances of the motors made dependent, so: that it is at the same time not only for the braking operation but also for the F'ahrbetrieb can find application. When driving, namely, are the electrical Conditions like that. that the spin relay works more favorably, if these are made dependent on voltage imbalances. Another modified one Circuit that is suitable for both driving and braking is shown in FIG. 4. In this circuit, the driving mode is voltage-dependent Sliding relay 2o, the one between the two motors 2i of the two motor groups connected. In addition, a current relay 22 is also available in this circuit, which influences depending on the difference in the currents in the two motor groups will. The two contacts of these relays are connected in parallel so that they, depending depending on whether voltage or current imbalances occur, affect the control can.

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE: i. Nutzb:remsschaltung für Fahrzeuge mit einphasigen Wechselstro:m-Reihenschlußmotoren, die beim hremsbetrieb fremderregt sind und flache Breniskennlinien aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß von der Differenz der in den Motoren oder Motorengruppen fließenden Ströme abhängige Schleuderrelais vorgesehen sind, die über in Gegenschaltung angeordnete Sekundärwicklungen von in den parallel arbeitenden Motorstromkreisen geschaltete Stromwandler erregt werden und beim Eintreten des Sehlende rns die Schaltung bzw. das Schaltwerk so beeinflussen. daß die Motoren an eine andere Spannung bzw. Regelstufe angeschlossen werden und eine Umkehr der Motordrehrichtung verhindert wird. z. Nutzbremsschaltung nach Anspruch i. dadurch gekennzeichnet. .daß das Schleuderrelais zusätzlich mit einer Spannungsspule versehen ist, die an potentialgleiche Punkte der Motorengruppe angeschlossen ist. 3. Nutzbremsschaltung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß außer dem stromabhängigen Schleuderrelais ein weiteres spannungsabhängiges Schleuderrelais vorhanden ist, dessen. Erregerwicklung an unter normalen Betriebsbedingungen potentialgleiche Punkte der Motorengruppen angeschlossen ist und dessen Kontakte in Parallelschaltung zu den Kontakten des stromabhängigen Schleuderrelais liegen. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschriften Nr. 23168, 366 972, 598 673; Sonderdruck der »Siemens-Zeitschrift« i927, S. 5.PATENT CLAIMS: i. Nutzb: remsschalt for vehicles with single-phase alternating current: m series motors which are externally excited during braking operation and have flat fire characteristics, characterized in that the difference in the currents flowing in the motors or motor groups dependent slip relays are provided, which are arranged via secondary windings of Current transformers connected in the motor circuits working in parallel are excited and influence the circuit or the switching mechanism when the end of the signal occurs. that the motors are connected to a different voltage or control stage and a reversal of the direction of rotation of the motor is prevented. z. Regenerative braking circuit according to claim i. characterized. .that the sling relay is additionally provided with a voltage coil, which is connected to equipotential points of the motor group. 3. Regenerative braking circuit according to claim i, characterized in that, in addition to the current-dependent sling relay, a further voltage-dependent sling relay is present, whose. The excitation winding is connected to points of the motor groups with the same potential under normal operating conditions and its contacts are connected in parallel to the contacts of the current-dependent spin relay. To distinguish the subject matter of the invention from the state of the art, the following publications were taken into account in the grant procedure: German Patent Specifications No. 23168, 366 972, 59 8 673; Reprint of the "Siemens-Zeitschrift" 1927, p. 5.