DE2734467A1

DE2734467A1 - Bremssteueranordnung fuer ein fahrmotorantriebssystem

Info

Publication number: DE2734467A1
Application number: DE19772734467
Authority: DE
Inventors: Allan Barr Plunkett
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1976-08-11
Filing date: 1977-07-30
Publication date: 1978-02-23
Also published as: FR2361239B1; JPS5321727A; ES461371A1; FR2361239A1; CA1089056A; US4093900A

Description

Patentanwälte

Dr,Ing. Williöim Eeichel DipHng. Wolignng Rcichel

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8839

GENERAL ELECTRIC COMPANY, Schenectady, N.Y., VStA Bremssteueranordnung für ein Fahrmotorantriebssystem

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bremssteueranordnung für ein Fahrmotorantriebssystem und befaßt sich Insbesondere mit einer Bremssteueranordnung, die eine Verknüpfung oder Kombination aus Widerstandsbremsung und Nutzbremsung eines wechselrichtergespeisten Wechselstrom-Fahrmotors darstellt. Die erfindungsgemäee Bremssteueranordnung wird daher auch mit Bremsmischanordnung bezeichnet.

Zugfahrzeuge, wie Lokomotiven oder Triebwagen, die von elektrischen Fahrmotoren angetrieben werden, ziehen die elektrische Bremsung durch den Fahrmotor heran, um die mechanische oder Reibungsbremsung beim Anhalten des Fahrzeugs zu unterstützen. Um die elektrische Bremsleistung bereit-

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zustellen, werden die Fahrmotoren elektrisch gesteuert, so daß sie als elektrische Generatoren arbeiten, die von den Rädern des Fahrzeugs angetrieben werden. Beim Betrieb als Generator sind die Fahrmotoren wirksam, um kinetische Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie umzusetzen· Das gewählte Verfahren zur Handhabung dieser elektrischen Energie klassifiziert die Art der benutzten elektrischen Bremsung. Im allgemeinen sind lediglich zwei Arten elektrischer Bremsung üblich: nämlich das dynamische Bremsen oder Widerstandsbremsen, bei dem die elektrische Energie in elektrischen Widerständen in Wärme umgesetzt wird, und das regenerative Bremsen oder Nutzbremsen, bei dem die elektrische Energie zurück in die Energiequelle geführt wird.

Die Nutzbremsung stellt das bevorzugte Verfahren dar, falls die Energiequelle in der Lage ist, die "wiedererzeugte" Energie aufzunehmen. In diesem Falle wird die wiedergewonnene Energie für andere Belastungen benutzt oder gespeichert, um später benutzt zu werden. Es gibt aber zahlreiche Fälle, bei denen die Energiequelle nicht empfangsfähig oder aufnahmefähig ist, d.h. nicht in der Lage ist, Energie aufzunehmen. In diesen Fällen muß die Energie notwendigerweise in reslstiven Verbrauchern durch Widerstandsbremsung vernichtet werden. Die Anwendung von Widerstandsbremsung oder Nutzbremsung wird daher im allgemeinen durch die Verfügbarkeit einer Energiequelle diktiert, die in der Lage ist, die wieder erzeugte Energie aufzunehmen. Wenn diese Verfügbarkeit nicht ein Charakter! stikum des Fahrzeugs ist, sondern eine Variable darstellt, die von gewissen Betriebsbedingungen des Fahrzeugs abhängt, ist es zweckmäßig, in die Steueranordnung des Fahrzeugs sowohl die Möglichkeit der Widerstandsbremsung als auch der Nutzbremsung einzuarbeiten und geeignete Fühleinrichtungen vorzusehen, die bestimmen, wann die Widerstandsbremsung und wann die Nutzbremsung angewendet werden soll.

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Viele Fahrzeugsteueranordnungen sind so ausgelegt, daß sie für Energiequellen verwendet werden können, deren Aufnahmefähigkeit veränderlich ist. Dies trifft beispielsweise zu, wenn es sich bei der Energiequelle um eine außer· halb des Fahrzeugs befindliche Energiequelle handelt, wie es beispielsweise bei elektrischen Lokomotiven oder Triebwagen der Fall ist, die Über eine Stromschiene oder Oberleitung Energie erhalten. In solchen Anlagen ist die Energiequelle im allgemeinen eine Umspann- oder Umformerstation, die eine mit Hilfe von mehreren eindirektional leitenden Bauelementen eine gleichgerichtete Spannung zur Verfügung stellen. Durch die eindirektional leitenden Bauelemente kann wiedererzeugte Energie nicht ohne weiteres der ursprünglichen Energiequelle zugeführt werden. Die wiedererzeugte Energie kann aber dem Energieverteilungsnetz zugeführt werden, das noch weitere Fahrzeuge speist. Die Aufnahmefähigkeit der Energiequelle hängt somit davon ab, ob andere Fahrzeuge der Energiequelle Energie entziehen. Der Grad der Energieaufnahmefähigkeit hängt von der Anzahl der Fahrzeuge ab, die Energie aufnehmen, und von der Anzahl der Fahrzeuge, die gerade eine Nutzbremsung vornehmen. Das Problem der Energieaufnahmefähigkeit der Energiequelle hat daher zu Anordnungen geführt, die eine gemischte Bremsung ermöglichen, d.h. eine Nutzbremsung und eine Widerstandsbremsung. Diese Art der Bremsung wird im allgemeinen mit Mischbremsung bezeichnet.

Eine typische elektrische Bremsmischanordnung ist aus der US-PS 3 657 625 bekannt, bei der ein Gleichstrom-Fahrmotor und ein zugehöriges Energiesystem mit einer Gleichstrom-Energiequelle verbunden sind. Zum elektrischen Bremsen enthält das Energiesystem einen elektrischen Bremswiderstand und einen damit in Reihe geschalteten Thyristor. Diese Reihenschaltung ist der aus dem Motoranker und einem Stabilisierungswiderstand gebildeten Reihenschaltung parallelgeschaltet· Das Motorsystem ist über eine Diode und

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eine damit in Reihe geschaltete Drosselspule mit der Gleichstromquelle verbunden. Ein Kondensator ist zwischen eine Rückleitung der Energiequelle und den Verbindungspunkt zwischen der Diode und der Drosselspule geschaltet. Während der Nutzbremsung steigt die Kondensatorspannung an, falls die Energiequelle nicht aufnahmefähig ist. Infolgedessen ist eine Steueranordnung vorgesehen, die die Stromleitzeit des Widerstandsbremsthyristors als Funktion der Spannung am Kondensator steuert.

Eine Modifikation dieser Steueranordnung ist in der US-PS 3 930 191 erläutert, wobei zwei Bremswiderstände und in Reihe geschaltete Thyristoren dem Motoranker parallelgeschaltet sind. Diese Anordnung gestattet die Verwendung eines kleineren Werts für den in Reihe liegenden Stabilisierungswiderstand, da der effektive Bremswiderstand über einen größeren Bereich eingestellt werden kann. Auf diese Weise wird die Effizienz des Systems während der Nutzbremsung erhöht, da in dem kleineren, in Reihe geschalteten Stabilisierungswiderstand eine kleinere Menge an elektrischer Energie in Wärmeenergie umgesetzt wird.

Bei den beiden erläuterten bekannten Bremsmischanordnungen liegt die Kombination aus Bremswiderstand und Thyristor während des Bremsens der Gleichstromenergiequelle parallel. Bei dem Energiesystem für einen Gleichstrom-Fahrmotor handelt es sich typischerweise um einen Zerhacker. Der Zerhacker 1st im wesentlichen ein gesteuerter Schalter, der durch periodisches öffnen und Schließen den Motorstrom dosiert. Der Mittelwert des Motorstroms wird somit durch Verändern des Verhältnisses der Öffnungszeit zur Schließzeit des Schalters gesteuert. Bei den heutigen Festkörperanordnungen enthält der Zerhacker einen Leistungsthyristor, der im Motorstrompfad liegt, und eine Kommutierungsschaltung, die dem Leistungsthyristor parallelgeschaltet ist, um zum Sperren des Leistungsthyristors eine den Strom in Sperrrichtung treibende Spannung anzulegen. Da der Bremswider-

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Standsthyristor im wesentlichen dem Zerhacker parallel liegt, kann man auch die Kommutierungsschaltung des Zerhackers heranziehen, um das Sperren des Bremswiderstandsthyri stors zu bewirken. Eine solche Anordnung ist aus der US-PS 3 593 089 bekannt. Da Kommutierungsschaltungen, die bei den typischen Motorströmen und Motorspannungen arbeiten können, teuer und aufwendig sind, bringt die duale Verwendung der Zerhackerkommutierungsschaltung eine wirtschaftliche Verwendung des Bremswiderstandsthyristors mit sich.

In der Fahrmotorantriebstechnik besteht heute die Tendenz, die Gleichstrom-Fahrmotoren durch gewichtsmäßig leichtere, drehzahleinstellbare Wechselstrom-Fahrmotoren zu ersetzen, und zwar vorzugsweise durch dreiphasige Induktionsmotoren oder Asynchronmotoren, die wartungsfreier sind. Ein Wechselstrommotor kann von einem Energiesystem gespeist werden, das einen mehrphasigen Wechselrichter oder drei einphasige Wechselrichter enthalten kann. Im letzteren Fall ist jeweils ein Wechselrichter mit einer Phase der Statorwicklung des Motors verbunden, um dem Motor eine frequenzveränderliche dreiphasige Wechselstromerregung zuzuführen. Ein Wechselrichter ist bekanntlich eine Einrichtung zum Umsetzen von Gleichstrom- in Wechselstrom-Energie. Der Wechselrichter enthält im allgemeinen eine Anzahl gesteuerter Schalter, die derart angeordnet und in einer solchen Weise gesteuert werden, daß der Strom in einem Verbraucher periodisch seine Richtung umkehrt. Eine ausführliche Beschreibung einer Vielzahl von Wechselrichtern, die in der Lage sind, einem dreiphasigen Asynchronmotor Wechselstromenergie zuzuführen, sind in der US-PS 3 890 551 erläutert. Danach werden in jeder Phase des Wechselrichters zwei hauptstromführende Schaltelemente verwendet, bei denen es sich vorzugsweise um Thyristoren handelt, die in Reihe zwischen eine positive und negative Wechselstromanschlußklemme geschaltet sind. Zwischen den beiden Thyristoren be-

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findet sich ein Wechselstromverbraucheranschluß. Durch Zünden eines ersten dieser Thyristoren wird einem Verbraucher, der an die WechselStromanschlußklemme angeschlossen ist, eine Spannung zugeführt, die dieselbe Polarität wie eine der Gleichstromanschlüsse hat. Durch Sperren dieses ersten Thyristors und Zünden des zweiten Thyristors wird dann eine Spannung der entgegengesetzten Polarität dem Verbraucher zugeführt. Auf diese Weise ändert der Wechselrichter die Polarität des Potentials am Wechselstromanschluß. Die Gleichspannung wird somit in eine Wechselspannung umgeformt.

Wie es aus der US-PS 3 890 551 hervorgeht, sind den Hauptthyristoren Dioden antiparallelgeschaltet. Die Hauptthyristoren werden periodisch durch die Wirkung einer Kommutierungsschaltung gesperrt, die eine CL-Schwingschaltung enthält, die von einem weiteren Thyristorpaar gesteuert wird. Eine solche Kommutierungsschaltung ist aus der US-PS 3 207 974 bekannt.

Aus der US-PS 3 207 974 geht hervor, daß die Kommutierungsschaltung einen Strom liefern muß, der gleich oder etwas größer als der tatsächliche Verbraucherstrom durch den hauptstromführenden Thyristor ist, damit die Kommutierungsschaltung den Verbraucherstrom vom Hauptthyristor ableiten kann. Da der Kommutierungsstrom von einem Kondensator stammt, ist die Stromhöhe eine Funktion der Anfangsspannung des Kondensators. Wenn nun der Motorstrom bei gleichzeitiger Abnahme der Speisespannung zunimmt, kann es bei einem der Hauptthyristoren zu einem Kommutierungsfehler und folglich zu einem Kurzschluß kommen, bei dem beide Hauptthyristoren gleichzeitig stromleitend sind. Ein solcher Kurzschluß stellt eine außerordentlich hohe, unerwünschte Belastung für die Gleichspannungsquelle dar. Die Möglichkeit eines Kommutierungsfehlers kann man herabsetzen, indem Schutzschaltungen vorgesehen werden, die in dem Wechsel-

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richter vorbestimmte .Strom-Spannungs-Beziehungen aufrecht erhalten. Eine solche Schutzschaltung ist beispielsweise aus der US-PS 3 859 579 bekannt.

Um die Mischung aus Nutzbremsung und Widerstandsbremsung in einem wechselrichtergespeisten dreiphasigen Asynchronmotorantriebssystem zu verwirklichen, könnte man jede Phase der Wechselrichterwechselstromanschlußklemmen mit einer Widerstandsthyristorkombination verbinden. Dadurch würde die während des Widerstandsbremsens erzeugte Stromwelligkeit so klein wie möglich gehalten werden. Als Alternative für die Verwendung von drei Widerstandsthyristorkombinationen auf der Wechselstromseite des Wechselrichters bietet sich eine einzige Widerstandsthyristor-Bremsschaltung an, die zwischen die Gleichstromanschlußklemmen des Wechselrichters geschaltet werden könnte. Für eine solche Anordnung wird ein in Reihe geschalteter Trennwiderstand bevorzugt, der zwischen dem Wechselrichter und der Bremsschaltung liegt, so daß die Spannung an den Gleich spannungsanschlüssen des Wechselrichters auf einen Pegel ansteigen kann, der hinreichend hoch ist, um eine erfolgreiche Kommutierung der relativ hohen Bremsströme in den Hauptthyristoren sicherzustellen. Die Bremsleistung des Motors ist dem erzeugten Strom direkt proportional. Die Verwendung eines solchen Trennwiderstands in einem wechselrichtergespeisten System ist aus der US-PS 3 890 551 bekannt. Dort sind zwischen die Netzanschlußklemmen ein Bremswiderstand und ein Schalter geschaltet. Die Anordnung nach dieser Druckschrift ermöglicht aber nicht ein Gemisch oder eine Überlagerung aus der Widerstandsbremsung und der Nutzbremsung. In Anbetracht des Trennwiderstands kann ein Bremswiderstandsthyrlstör von den Wechselrichterkommutierungsschaltungen nicht wirksam kommutiert werden. Eine kontinuierliche Steuerung der Stromleitzeit erfordert daher die Verwendung einer getrennten Kommutierungsschaltung in der Widerstandsbremsschaltung· Da die

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Wider standsbr ems schal tung an die Gleichstromanschlußklemmen der Energiequelle angeschlossen ist, müßte die getrennte Kommutierungsschaltung für den Bremswiderstandsthyristör eine ausreichende Kapazität haben, um bei der Quellenspannung und bei einem Strompegel arbeiten zu können, der dem maximalen Motornennstrom entspricht. Die Verwendung einer solchen leistungsfähigen Kommutierungsschaltung in einer Bremsschaltung verbietet sich jedoch aus wirtschaftlichen Gründen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen wechselrichtergespeisten Wechselstrom-Fahrmotor eine elektrische Bremssteueranordnung zu schaffen, die eine Überlagerung aus Nutzbremsung und Widerstandsbremsung zuläßt und wirtschaftlich arbeitet.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst. Ein von einem dreiphasigen Wechselrichter gespeister dreiphasiger Asynchronmotorantrieb enthält somit nach der Erfindung eine Vielzahl von parallelgeschalteten Bremswiderständen, wobei jeder Widerstand mit einem zugehörigen Schalter in Reihe geschaltet ist. All diese Reihenschaltungen aus Bremswiderstand und Schalter sind der Gleichstromenergiequelle parallelgeschaltet. Die Schalter, werden von einer Schaltungsanordnung gesteuert, die ein Motorstromdefizit voraussagt und die Zustände der Schalter selektiv ändert, um unter Aufrechterhaltung einer im wesentlichen konstanten Leitungsspannung den Motorstrom um einen vorbestimmten Betrag zu ändern. Das Motorstromdefizit wird dadurch erstellt, daß es einer Schutzschaltung in der Wechselrichteranordnung gestattet ist, die Bremsleistung zu vermindern und damit den Motorstrom, während die Wechselrichterspannung auf einem konstanten Überspannungsgrenzwert gehalten wird. Der durch Betätigung eines oder mehrerer Schalter hinzugefügte Bremswiderstandsschritt ist so gewählt, daß das vorausgesagte Motorstromdefizit korrigiert wird.

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Falls die Leitungsspannung unter einen vorbestimmten Grenzwert abfällt, wodurch angezeigt wird, daß eine größere Strommenge als nötig in den Bremswiderständen vernichtet wird, kehrt die Schaltersteuerschaltung die Schalterbetätigungssequenz um und erhöht durch Abschalten paralleler Widerstände die Resistanz der Widerstandsbremsschaltung.

Bei einem bevorzugten Ausf Uhrungsbeispiel der Erfindung berechnet die Schaltersteuerschaltung aus den überwachten Werten für das Istdrehmoment und Solldrehmoment des Motors, die Motordrehzahl und die Wechselrichterklemmenspannung einen Stromfehlerwert. Der Stromfehlerwert wird mit einem Stromschwellwert verglichen, und wenn der Stromfehlerwert den Schwellwert erreicht oder überschreitet, wird ein Schalterbetätigungssignal erzeugt. Das Betätigungssignal wird zum Weiterschalten eines Digitalzählers verwendet, an dessen Ausgangsanschlüsse Signale zum Steuern der Schalter auftreten. Durch Verwendung binär gewichteter Werte für die Bremswiderstände ergeben drei Widerstände sieben Resistanzschritte. Wenn die Leitungsspannung unter einen vorbestimmten Wert abfällt, veranlaßt die Steuerschaltung, daß der Zähler rückwärts gezählt wird und die Schalterbetätigungssequenz umgekehrt wird.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Bremssteueranordnung nach der Erfindung wird veranlaßt, daß der Zähler sowohl als Funktion des wiedererzeugten LeitungsStroms als auch als Funktion der Leitungsspannung rückwärts gezählt wird, wobei die Admittanz der Energiequelle abgeschätzt und ein Stromfehlersignal erzeugt wird. Das Stromfehlersignal wird derart berechnet, daß ein Strom aufrechterhalten wird, der notwendig ist, um die Leitungsspannung aufgrund der geschätzten Energiequellenadmittanz auf einem Grenzwert zu halten. Diese Maßnahmen gestatten die Verwendung eines kleineren Schwellwerts zur Änderung der Resistanz der Bremsschaltung und führen somit zu einer Erhöhung des Nutzstroms.

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Bei der erfindungsgemäßen Bremssteuerschaltung für einen wechselrichtergespeisten, drehzahleinstellbaren
Wechselstrom-Fahrmotor werden somit die den Bremswiderständen zugeordneten Schalter von einer Steuerschaltung gesteuert, die auf die Motorklemmenspannung, die Motordrehzahl und die Differenz zwischen dem Solldrehmoment und dem Istdrehmoment des Motors anspricht, um den zusätzlichen Strom zu bestimmen, den der Motor wiedererzeugen könnte, ohne Sollparameter zu überschreiten. Wenn der zusätzliche Strom demjenigen Strom entspricht, der durch Zuschaltung einer weiteren Bremswiderstandsstufe absorbiert werden kann, betätigt die Steuerschaltung einen oder mehrere Schalter, um diese Widerstandsstufe in der Widerstandsbremsschaltung hinzuzufügen. Die Steuerschaltung überwacht auch die Quellenspannung und schaltet Bremswiderstandsstufen ab, um die Quellenspannung innerhalb ausgewählter Grenzen zu halten und damit den Strom, der der Energiequelle zurückgeführt wird, auf einem maximalen Wert zu halten. Auf diese Weise wird die Nutzbremsenergie so groß wie möglich gemacht. Bei einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung bestimmt die Steuerschaltung die Admittanz der Energiequelle und verwendet die Admittanz, um die Quellenspannung im wesentlichen auf einem konstanten Wert zu halten, und zwar durch Abschalten von Bremswiderständen, wobei der in die Energiequelle zurückgeführte Nutzstrom erhöht wird.

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Bevorzugte AusfUhrungsbeispiele der Erfindung werden an Hand einer-Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine vereinfachte schematische Darstellung einer Induktionsmotor-Wechselrichter-Anlage mit einem Ausführungsbeispiel einer Bremssteueranordnung nach der Erfindung und

Fig. 2 eine vereinfachte schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des dynamischen Bremsverzögerungsteils der in der Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung.

Ein in der Fig. 1 dargestellter Wechselstrom-Fahrmotor-Antrieb enthält einen dreiphasigen Induktions- oder Asynchronmotor 10, dem von einem Energieumformer 12 über Leitungen A, B und C Wechselstromenergie einstellbarer Frequenz und einstellbarer Spannung zugeführt wird. Bei dem Energieumformer 12 handelt es sich vorzugsweise um einen Dreiphasenwechselrichter von der in der US-PS 3 890 551 beschriebenen Art. Über Leitungen 20 und 22 wird elektrische Energie von einer Energiequelle 18 Eingangsanschlüssen 14 und 16 des Energieumformers 12 zugeführt. Eine Diode 24 und ein dazu parallelgeschalteter Trennwiderstand 26 sind in Reihe mit einer Filterdrosselspule 28 in die Leitung 20 eingeschaltet. Mit den Eingangsanschlüssen 14 und 16 ist ein Filterkondensator 30 verbunden.

Im Falle eines elektrischen Fahrzeugs, beispielsweise einer Lokomotive oder eines Triebwagens, weist die Energiequelle 18 im allgemeinen eine dritte Schiene oder einen oberirdischen Fahrdraht auf, und das Fahrzeug enthält einen Kontaktschuh oder Scherenstromabnehmer, der mit der Schiene oder dem oberirdischen Fahrdraht in gleitendem Kontakt steht. Es wird unterstellt, daß die Energiequelle 18 nicht nur eine feste Energiequelle darstellt,

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die eine gleichgerichtete Spannung liefert, sondern auch die dritte Stromschiene und weitere Fahrzeuge repräsentiert, die von der Energiequelle gespeist werden oder an sie wiedergewonnene elektrische Energie abgeben. Die Gleichspannung an den Leitungen 20 und 22 kann beispielsweise einen Nennbetrag von 600 V haben. Die Gleichspannung kann sich zwischen 450 V und 750 V ändern und bei Übergangsvorgängen sogar einen Spitzenwert bis zu 1600 V erreiche. Die Drosselspule 28 und der Kondensator 30 bilden ein LC-Tiefpaßfilter, das für eine teilweise Trennung zwischen dem Energieumformer 12 und der Energiequelle 18 sorgt und transiente Vorgänge auf der Leitung herabsetzt. Die Diode 24 sieht für den Speisestrom von der Energiequelle 18 einen Nebenschluß bezüglich des Reihenwiderstands 26 vor. Der Widerstand 26 wird während des elektrischen Bremsens des Motors 10 verwendet. Ein in die Leitung 20 in Reihe eingeschalteter Leistungsschalter 32 dient zur Trennung des Fahrzeugantriebs von der Energiequelle 18 im Falle einer Störung. Solche Leistungsschalter und zugehörige Steuerschaltungen sind an sich bekannt und brauchen daher nicht erläutert zu werden.

Der von einem Wechselrichter dargestellte Energieumformer 12 wird von einer Signalverarbeitungs- und Regelschaltung 34 angesteuert, die vorzugsweise von der in der DT-OS 2 709 749 (eigene ältere Anmeldung) beschriebenen Art ist. Danach enthält die Signalverarbeitungs- und Regelschaltung 34 einen Drehmomentregler und eine Geschwindigkeitssteuerschaltung, die sowohl die Frequenz als auch den Betrag der Wechselstromenergie steuern, die während des Motorbetriebs dem Motor 10 über die Leitungen A, B und C zugeführt wird, und die auch den Strom steuern, der während des elektrischen Bremsens vom Motor 10 erzeugt wird. Wie es aus der DT-OS 2 709 749 hervorgeht, leitet die Schaltung 34 aus einer Anzahl von EingangsbefehlsSignalen mehrere Signale ab, und zwar ein erstes Signal, das die Drehrichtung des Motors, also vorwärts oder rückwärts, angibt, ein zweites Signal, das entweder eine Motorbetriebsart oder Bremsbetriebs-

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art darstellt, ein drittes Signal, das die gewünschte Geschwindigkeit oder Drehzahl darstellt, und ein viertes Signal, das das gewünschte Drehmoment darstellt. Weiterhin werden der Schaltung 34 Rückführsignale zugeführt, die die tatsächlichen Werte dieser Parameter darstellen. Dabei werden Fehlersignale erzeugt, die an Leitungen 36 auftretende Signale verändern, die dem Energieumformer 12 zugeführt werden und dazu dienen, die Fehlersignale so klein wie möglich zu halten. Mit dem Motor 12 ist ein Tachogenerator 38 verbunden, der an eine Leitung 40 ein Rückführsignal abgibt, das der Istwinkelgeschwindigkeit des Motorankers proportional ist. Eine nicht dargestellte Flußmeßeinrichtung, die mit dem Motor 10 verbunden ist, gibt an eine Leitung 42 ein Rückführsignal ab, das dem Istfluß im Motorluftspalt proportional ist. Eine mit den Leitungen A, B und C verbundene Strommeßeinrichtung 44 liefert an die Schaltung 34 RückfUhrsignale, die dem Istmotorstrom proportional sind.

Während des elektrischen Bremsbetriebs arbeitet der Motor 10 wie ein Generator, wobei ein gesteuerter Strom erzeugt wird, der über den Energieumformer 12 in die Leitungen 20 und 22 zurückgeführt wird. Falls die Energiequelle 18 diesen wiedererzeugten Strom nicht aufnehmen kann, wird die von diesem Strom repräsentierte Energie im Trennwiderstand 26 und in Widerständen 46, 48 und 50, die zum dynamischen Bremsen dienen, durch Umwandlung in Wärme verbraucht. Dieser dynamische Bremsbetrieb wird durch selektives Schließen von Schaltern 52, 54 und 56 erreicht, wobei die Widerstände 46, 48 und 50 den Leitungen 20 und 22 parallelgeschaltet werden. Wenn die Energiequelle 18 in der Lage ist, Energie aufzunehmen, kann durch Öffnen der Schalter 52, 54 und 56 eine Nutzbremsung vorgenommen werden, wobei der vom Motor 10 erzeugte Stroa zurück in die Energiequelle 18 fließt. Bei der Darstellung nach der Fig. 1 sind die Schalter 52, 54 und 56 in Form elektromechanischer Schaltschütze gezeigt. Es könn3n auch andere

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Schalterarten verwendet werden, beispielsweise ein- und ausschaltbare Thyristoren, deren Nennleistung auf die auftretenden Bremsstrombeträge abgestellt ist. Es können auch mehrere Widerstandsbremsstufen vorgesehen sein.

Die Energiequelle 18 wird in den meisten Fällen weder vollkommen aufnahmefähig noch vollkommen nicht aufnahmefähig gegenüber dem wiedererzeugten Strom sein, sondern wird im allgemeinen in der Lage sein, einen gewissen Prozentsatz des Motorbremsstromes aufzunehmen. Wenn allerdings die Energiequelle 18 in einem hohen Maße aufnahmefähig ist, d.h. wenn ihre Spannung niedrig ist, hat der Wechselrichterstrom die Neigung anzusteigen, während die Wechselrichterspannung eine Tendenz zum Abfallen zeigt. Da die impulskommutierte Fähigkeit des Wechselrichters, Strom zu kommutieren, von der Wechselrichtergleichspannung abhängt, kann eine in einem hohen Maße aufnahmefähige Energiequelle zu einer Beschädigung des Energieumformers 12 führen, es sei denn, daß das befohlene Bremsdrehmoment vermindert wird. Andererseits kann die Spannung der Energiequelle 18 infolge des zurückgepumpten wiedererzeugten Stromes auf einen übermäßig hohen Pegel ansteigen, und es können Schaden in den Halbleiterbauelementen der Energiesteueranordnung auftreten, falls nicht Maßnahmen getroffen werden, um den wiedererzeugten Strom zu steuern. Infolgedessen ist mit der Energieregel schaltung 3¹* eine Schutzschaltung 55 verbunden, die die obere und untere Spannungsgrenze für den Energieumformer 12 festlegt und tätig wird, um die Brems- oder Motordrehmomentbefehle zu modifizieren, damit die Wechselrichterspannung innerhalb der vorgeschriebenen Grenzen bleibt. Eine solche Schutzschaltung ist in Verbindung mit einer Wechselrichterregelschaltung in der US-PS 3 859 579 beschrieben.

Die nach der Erfindung ausgebildete Bremssteuerschaltung arbeitet mit der Regelschaltung "5h und der Schutzschaltung 55 zusammen, um die Nutzbremsung zu erhöhen, während es der Bremsleistung gestattet ist, auf einem verhält-

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nismäßig hohen Dauerpegel zu bleiben. Die erfindungsgemäße Bremssteuerschaltung enthält Schaltungsmittel 57, die auf ausgewählte Betriebsparameter des Antriebssystems ansprechen, um an einem Ausgangsanschluß ein Fehlersignal zu erzeugen, das die Differenz zwischen dem Istwert des vom Motor 10 erzeugten Stroms und dem Maximumwert des Stroms darstellt, der ohne überschreiten des ausgangsseitigen Solldrehmoments des Motors erzeugt werden könnte, falls die Energiequelle 18 vollkommen aufnahmefähig wäre. Bei einem bevorzugten AusfUhrungsbeispiel enthalten die Schaltungsmittel 57 eine Summierstelle 58 mit einem ersten Eingangsanschluß, die zur Zufuhr eines ersten Signals, das das Sollmotordrehmoment darstellt, über eine Leitung 59 mit der Regelschaltung 34 verbunden ist, und mit einem zweiten Eingangsanschluß, der zur Zufuhr eines zweiten Eingangssignals, das das Istmotordrehmoment darstellt, über eine Leitung 61 mit der Regelschaltung 34 verbunden ist. Am Ausgangsanschluß der Summierstelle 58 tritt somit ein Drehmoraentfehlersignal auf, das der Differenz zwischen dem Solldrehmoment und dem Istdrehmoment des Motors entspricht. Der Ausgangsanschluß der Summierstelle 58 ist mit einem ersten Eingangsanschluß einer Multiplizierschaltung 60 verbunden, die mit einem zweiten Eingangsanschluß an die Leitung 40 angeschlossen ist, an der ein Signal anliegt, das der Istwinkelgeschwindigkeit des Rotors des Motors 10 entspricht. Die Multiplizierschaltung 60 gibt somit an ihren Ausgangsanschluß ein Signal ab, das dem Produkt aus dem Drehmomentfehler und der Motordrehzahl entspricht. Der Ausgangsanschluß der Multiplizierschaltung 60 ist mit einem ersten Eingangsanschluß einer Dividierschaltung 62 verbunden, die mit einem zweiten Eingangsanschluß an den Eingangsanschluß 14 des Energieumformers 12 angeschlossen ist, um ein Signal zu empfangen, das der Klemmengleichspannung des Wechselrichters proportional ist. Am Ausgangsanschluß der Dividierschaltung 62 entsteht somit ein Signal, das dem Drehmomentfehler multipliziert mit der Motordrehzahl dividiert

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durch die Wechselrichterspannung entspricht. Der Fachmann erkennt, daß das am Ausgangsanschluß der Dividierschaltung 62 auftretende Signal dem Stromfehler proportional ist. Wenn am Ausgangsanschluß der Dividierschaltung 62 ein Signal mit einem positiven Betrag auftritt, bedeutet dies, daß der Motor 10 zusätzlich Strom erzeugen kann, ohne dabei die Sollbremsleistung des Motors zu überschreiten. Die Schaltungsmittel 57 können auch in anderer Weise verwirklicht werden. Das Rückführsignal, das die Klemmengleichspannung des Wechselrichters darstellt, kann beispielsweise weggelassen werden, da zur Zeit des Auftretens eines Drehmomentfehlers die Klemmenspannung des Wechselrichters auf einem konstanten Wert gehalten wird, der dem von der Schutzschaltung 55 erstellten Überspannungsgrenzwert des Wechselrichters entspricht. Die Dividierschaltung 62 dividiert daher das Fehlersignal im wesentlichen durch eine Konstante, der man durch geeignetes Einstellen eines Potentiometers 66 Rechnung tragen kann. Die Dividierschaltung 62 könnte in diesem Fall weggelassen werden.

Die in der US-PS 3 859 579 beschriebene Schutzschaltung ist wirksam, um einen maximalen Überspannungsgrenzwert für die Spannung zu erstellen, die zwischen den Eingangsanschlüssen 14 und 16 des Wechselrichters 12 auftritt, und zwar dadurch, daß die Höhe des vom Motor 10 erzeugten Stroms auf einen geringeren Wert erzwungen wird. Es ist diese erzwungene Herabsetzung des vom Motor erzeugten Stroms, die in einem Drehmomentfehlersignal resultiert. Wenn der Wechselrichter 12 durch die Schutzschaltung nicht begrenzt wird, ist die Regelschaltung 34 wirksam, den Motorstrom in einer solchen Weise zu steuern, daß die Tendenz besteht, irgend eine Differenz zwischen dem Istdrehmoment und dem Solldrehmoment des Motors im wesentlichen auf Null zu halten.

Das Fehlersignal, das am Ausgangsanschluß der Schaltungsmittel 57 auftritt, stellt den zusätzlichen Strom dar,

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den der Motor 10 erzeugen könnte, ohne bei der gegenwärtigen Drehzahl und der gegenwärtigen Klemmenspannung des Motors den Solldrehmomentpegel zu übersteigen. Wenn dieses Fehlersignal einen Betrag erreicht, der den Strombetrag darstellt, der durch Vornahme eines Widerstandsänderungsschrittes in der Nutzbremsschaltung mit den Widerständen 46, 48 und 50 untergebracht werden kann, wird das Fehlersignal herangezogen, einen ausgewählten der Schalter 52, 54 und 56 zu betätigen, um einen anderen Parallelstrompfad durch einen entsprechenden der Widerstände 46, 48 und 50 für den wiedererzeugten Motorstrom vorzusehen. Zu diesem Zweck ist der Ausgangsanschluß der Dividierschaltung 62 mit einem ersten Eingangsanschluß eines Vergleichers 64 verbunden, dessen zweiter Eingangsanschluß mit einem bewegbaren Abgriff des Potentiometers 66 in Verbindung steht, um einen vorbestimmten Schwellwertspannungs pegel zu erhalten. Ein positiv gerichtetes Signal oder ein logisches Signal 1 erscheint am Ausgangsanschluß des Vergleichers 64, wenn das Fehlersignal den Schwellwertspannungspegel erreicht oder ihn überschreitet. Das Potentiometer 66 ist an eine Spannungsquelle angeschlossen, deren eine Klemme ein Spannungspotential von +V aufweist und deren andere Klemme auf einem Referenzpotential oder Massepotential liegt. Der Ausgangsanschluß des Vergleichers 64 ist mit dem ersten Eingangsanschluß eines logischen ODER-Gliedes 68 verbunden und darüberhinaus an einen Vorwärts/ Rückwärts-Eingangsanschluß eines mehrstufigen Binärzählers 70 angeschlossen. Der Ausgangsanschluß des ODER-Glieds 68 ist mit dem ersten Eingangsanschluß eines UND-Glieds 74 verbunden. Das UND-Glied 74 enthält eine Rückführschleife, die den Ausgangsanschluß des UND-Glieds 74 über eine Zeitverzögerungsschaltung 76 mit dem zweiten Eingangsanschluß des UND-Glieds 74 verbindet. Die Zeitverzögerungsschaltung 76 enthält eine Eingangsverzögerungsschaltung, die eine vorbestimmte Zeitverzögerung beispielsweise von 10/US vorsieht, so daß der Ausgangsimpuls des UND-Glieds 74 eine

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hinreichende Breite hat, um ein Triggern des Zählers 70 sicherzustellen. Die Zeitverzögerungsschaltung 76 enthält auch eine Ausgangszeitverzögerung, um einen Ausgangsimpuls vorbestimmter Zeitdauer zu erzeugen. Die Zeitverzögerungsschaltung 76 kann beispielsweise einen monostabilen Multivibrator mit einer Eingangsschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator enthalten, um bei Empfang eines positiv gerichteten Eingangssignals ein verzögertes negatives oder invertiertes Ausgangssignal für ein vorbestimmtes Zeitintervall zu erzeugen. Der Ausgangsanschluß des UND-Glieds 74 ist mit dem Takteingangsanschluß (CK) des Binärzählers 70 verbunden, um zum Inkrementieren des Zählers 70 Taktimpulse zuzuführen.

Die oben beschriebene Schaltungsanordnung arbeitet derart, daß sie den Zähler 70 veranlaßt, in Abhängigkeit vom Stromfehlersignal vorwärts oder rückwärts zu zählen. Das am Ausgangsanschluß der Schaltungsmittel 57 auftretende Signal entspricht somit dem vorausgesagten Stromfehler, d.h. dem Strom, den der Motor zu erzeugen in der Lage ist, ohne das Solldrehmoment zu überschreiten und ohne die Wechselrichterklemmenspannung am Eingangsanschluß 14 zu erhöhen. Die am Potentiometer 66 als Schwellwertspannungspegel eingestellte Spannung ist derart gewählt, daß sie der Spannung entspricht, die am Ausgangsanschluß der Dividierschaltung 62 auftritt, wenn in der Nutzbremsschaltung ein zusätzlicher Widerstandsschritt hinzugefügt werden kann, ohne daß die Wechselrichterklemmenspannung geändert wird. Durch geeignete Modifizierung des Drehmomentfehlersignals durch das Motordrehzahlsignal in der Multiplizierschaltung 60 ist der Schwellwertpegel unabhängig von der Motordrehzahl gemacht. Der Vergleicher 64 liefert ein Ausgangssignal, wenn es erwünscht ist, den Betrag des Bremsstromes um einen Widerstandsschritt zu erhöhen. Dieses Signal wird dem Vorwärts/Rückwärts-Eingangsanschluß des Binärzählers 70 zugeführt, um die Zählrichtung des Zählers

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zu steuern. Das Signal wird auch über das ODER-Glied 68 und das UND-Glied Ik dem Takteingangsanschluß des Binärzählers 70 zugeführt, um den Zähler 70 zu veranlassen, um einen Zählwert nach vorwärts zu inkrementieren. Die Zeitverzögerungsschaltung 76 erzwingt sehr schnell, daß das Signal am Ausgangsanschluß des UND-Glieds 74 auf einen niedrigen Pegel öder logischen Pegel von Null zurückgebracht wird, so daß dem Zähler 70 lediglich ein einziger verhältnismäßig schmaler Taktimpuls zugeführt wird. Die von der Zeitverzögerungsschaltung 76 bereitgestellte Zeitverzögerung ist so gewählt, daß sie es einem betätigten Schaltschütz gestattet, den Zustand zu ändern, bevor ein zweites Schaltschütz betätigt wird, d.h., die Schaltung verhindert, daß ein zweiter Taktimpuls dem Zähler 70 zugeführt wird, bevor nicht hinreichend Zeit vergangen ist, um zu bestimmen, ob ein einziger Widerstandsänderungsschritt ausreichend ist, um den Stromfehler auf einen unter dem Schwellwertpegel liegenden Wert zu vermindern.

Außer der Zuschaltschaltung ist auch eine Abschaltschaltung vorgesehen, die Resistanz aus der Bremsschaltung entfernt, wenn die Klemmenspannung der Energiequelle 18 unter einen Schwellspannungswert abfällt, der von einem Potentiometer 78 bereitgestellt wird. Diese Abschaltschaltung enthält einen ersten Vergleicher 80, der mit seinem einen Eingangsanschluß an die Leitung 20 und mit seinem zweiten Eingangsanschluß an einen bewegbaren Abgriff des Potentiometers 78 angeschlossen ist. Das Potentiometer 78 ist auf der einen Seite an das Spannungspotential +V und auf der anderen Seite an das Referenzpotential oder Hassepotential angeschlossen. Der Ausgangsanschluß des Vergleichers 80 ist mit dem Eingangsanschluß einer Zeitverzögerungsschaltung 82 verbunden. Ein Ausgangsanschluß der Zeitverzögerungsschaltung 82 ist über eine Leitung 93 mit dem zweiten Eingangsanschluß des ODER-Glieds 68 verbunden. Die Zeitverzögerungsschaltung 82 wirkt wie

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eine für transiente Vorgänge vorgesehene Filterschaltung, um aufgrund von transienten Spannungsänderungen in den Leitungen 20 und 22 eine Stufenänderung in den Bremswiderständen zu vermeiden. Solche transienten Vorgänge treten verhältnismäßig häufig in Energieverteilungsnetzen für elektrische Fahrzeuge auf, und zwar aufgrund des Anfahrens oder Anhaltens von Fahrzeugen, die mit dem Netz in Verbindung stehen.

Die Zeitverzögerungsschaltung 82 kann beispielsweise einen RC-Integrator mit einem Widerstand 83 und einem Kondensator 85 enthalten. Der Widerstand 83 und der Kondensator 85 sind in Reihe zwischen den Ausgangsanschluß des Vergleichers 80 und Masse geschaltet. Ein zweiter Vergleicher 86 ist an einen veränderlichen Abgriff eines Potentiometers 87 angeschlossen, das einen Schwellspannungswert bereitstellt. Am Ausgangsanschluß des Vergleichers 86 tritt ein Ausgangssignal auf, wenn die Spannung am Kondensator 85 den Schwellspannungswert erreicht oder ihn überschreitet. Dem Widerstand 83 ist eine Diode 88 parallelgeschaltet, die für den Kondensator 85 einen Schnellentladungspfad zu einer Herabzieh-Ausgangsstufe des Vergleichers 80 vorsieht. Die Diode 88 wirkt daher wie eine Rückstellung für die Zeitverzögerungsschaltung 82 und ermöglicht es der Schaltung 82, transiente Spannungen zu ignorieren, die an den Leitungen 20 und 22 auftreten. Eine typische Zeitverzögerung für die Schaltung 82 liegt in der Größenordnung von 1 s.

Der von der Zeitverzögerungsschaltung 82 erzeugte Ausgangsimpuls wird von einer Rückführschleife beendet, die eine Zeitverzögerungsschaltung 91 enthält, die zwischen den Ausgangsanschluß des Vergleichers 86 und die Anode der Diode 88 geschaltet ist. Die Zeitverzögerungsschaltung 91 kann beispielsweise in ähnlicher Weise wie die Zeitverzögerungsschaltung 76 aufgebaut sein, und zwar einschließlich einer als Stromsenke dienenden Ausgangsstufe, so daß die

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Ladung am Kondensator 85 schnell abgebaut wird, wenn die Schaltung 91 vom Ausgängsimpuls des Vergleichers 86 getriggert wird. Auf diese Weise wird eine schnelle Rücksetzung der Zeitverzögerungsschaltung 82 erreicht. Die Rücksetzung der Zeitverzögerungsschaltung 82 gestattet die nachfolgende Erzeugung eines Ausgangsimpulses für den Fall, daß die von dem ersten Impuls bewirkte Änderung des Bremswiderstands nicht ausreicht, um den niedrigen Spannungszustand an der Leitung 20 zu korrigieren.

Wenn die Spannung an der Leitung 20 unter den am Potentiometer 78 eingestellten Pegel abfällt, liefert der Vergleicher 80 ein positives Ausgangssignal, das der Zeitverzögerungsschaltung 82 zugeführt wird. Wenn die Leitungsspannung für eine gewisse Zeitspanne, die mindestens ausreicht, um ein Ablaufen der Zeitverzögerungsschaltung 82 zu gestatten, unter dem am Potentiometer 78 eingestellten Pegel bleibt, wird am Ausgangsanschluß der Schaltung 82 ein Signal erzeugt, das über die Leitung 93 zum ODER-Glied 68 gelangt und von dort über das UND-Glied 74 den Takteingangsanschluß des Zählers 70 erreicht. Da bei niedriger Leitungsspannung die Energiequelle 18 zur Aufnahme befähigt ist, ist das Stromfehlersignal am Ausgangsanschluß der Schaltungsmittel 57 minimal, und ein Signal niedrigen Pegels wird vom Ausgangsanschluß des Vergleichers 64 dem Vorwärts/Rückwärts-Eingangsanschluß des Zählers 70 zugeführt, um den Zähler 70 zu veranlassen, bei Empfang eines Taktsignals vom UND-Glied 74 rückwärts zu zählen. Falls das Leitungsspannungssignal am Ausgang des Vergleichers 80 nicht für die Zeitverzögerungsspanne, die durch den Widerstand 83, den Kondensator 84 und das Schwellwertpotentiometer 87 eingestellt ist, auf dem hohen Wert bleibt, setzt die Diode 88 sehr schnell die Zeitverzögerungsschal cung zurück. Die Schaltung 82 arbeitet daher wie ein Digitalfilter, um sicherzustellen, daß momentane Leitungsspannungsabfälle den Zähler 70 nicht betätigen.

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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Widerstände 46, 48 und 50 so gewählt, daß sie binär gewichtet sind. Auf diese Weise kann man mit drei Widerstandsstufen sieben Widerstandsänderungsschritte verwirklichen. Der Zähler 70 gibt binäre Ausgangssignale an Leitungen 90, 92 und 94 ab, die an Treiberverstärker 96, 98 und 100 angeschlossen sind. Die Ausgangsanschlüsse der Verstärker 96, 98 und 100 sind mit Schalterbetätigungsspulen 102, 104 und 106 verbunden, die das Öffnen und Schließen der Schalter 52, 54 und 56 steuern. Es sei bemerkt, daß in einigen Fällen ausgewählte Schalter geschlossen werden, während gleichzeitig andere Schalter geöffnet werden. Die Schalterbetätigungsspulen 102, 104 und 106 enthalten an sich bekannte Schaltungen, die erzwingen, daß die Schalterschließzeit kurzer als die Schalteröffnungszeit ist. Eine solche Anordnung gestattet es, daß zu Zeiten, bei denen einige Schalter öffnen und andere Schalter schließen, ein kontinuierlicher Stromfluß aufrechterhalten wird. Ein Zustand mit geöffnetem Stromkreis wird daher vermieden. Die Zeitverzögerungsschaltung 76 ist so eingestellt, daß das Antriebssystem einschließlich der Steuerungs-, Motor- und Schaltschützverzögerungen Zeit hat, auf einen Befehl vom Vergleicher 64 anzusprechen, bevor der Zähler 70 ein weiteres Zuschalten befiehlt.

In der Fig. 2 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Schaltung zum Steuern des Abschaltens von Bremswiderständen bei abfallender Leitungsspannung dargestellt. Diese Schaltung spricht auf den Istleitungsstrom an und modifiziert den Leitungsspannungsschwellwertpegel, um es Schalt schützen zu gestatten, bei einer höheren Leitungsspannung zu öffnen, wenn der Leitungsstrom abnimmt. Diese Schaltungsanordnung enthält eine erste Summisrstelle 108, deren erster Eingangsanschluß ein Signal erhält, das der an der Leitung 20 auftretenden Leitungsspannung entspricht, und deren zweiter Eingangsanschluß vom Potentiometer 78 ein Signal erhält, das

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einem gewünschten minimalen Schwellwertpegel entspricht, beispielsweise 650 V; Das am Ausgangsanschluß der Summierstelle 108 auftretende Ausgangssignal stellt daher die Differenz zwischen der Istleitungsspannung und dem Schwellwertpegel dar.

Der Ausgangsanschluß der Summierstelle 108 ist über ein geeignetes Filternetzwerk 110 mit einem ersten Eingangsanschluß einer zweiten Summierstelle 112 und über eine Minimumgrenzwert schaltung 115 mit einem ersten Eingangsanschluß einer Dividierschaltung 114 verbunden. Das Filternetzwerk 110 kann irgendeine an sich bekannte Filterschaltung sein, beispielsweise eine Schaltung aus einer LC-Kombination, die dazu dient, transiente Vorgänge zu glätten, die dem Leitungsspannungssignal innewohnen. Die Grenzwertschaltung 115 arbeitet derart, daß das Spannungsdifferenzsignal nicht kleiner als ein Minimumwert wird, beispielsweise 5V, um zu verhindern, daß im Falle einer Division durch Null Schwierigkeiten auftreten.

Die Dividierschaltung 114 dividiert die Differenz vom Ausgangsanschluß der Minimumgrenzwertschaltung 115 durch den Leitungsgleichstrom. Zu diesem Zweck liefert eine Strommeßeinrichtung 116 (Fig. 1) über eine Leitung 118 an einen zweiten Eingangsanschluß der Dividierschaltung 114 ein Signal, das den Leitungsstrom darstellt. Die Dividierschaltung 114 ist von üblicher Bauart, beispielsweise nach Art eines Viertelquadrat-Dividierers, wie er in der Druckschrift "Application Manual for Operational Amplifiers", 1968, Philbrick/Nexus Research, veröffentlicht ist. Das am Ausgangsanschluß der Dividierschaltung 114 auftretende Signal stellt die Differentialadmittanz oder Aufnahmefähigkeit der Energiequelle 18 dar und repräsentiert somit nach geeigneter Anplitudeneinsteilung durch einen Verstärker ein Stromkorrektursignal, das zum Modifizieren des Spannungsdifferenzsignals vom Filternetzwerk 110 dient, um die

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Anordnung sowohl auf eine Spannungsdifferenz als auch große Ströme ansprechen zulassen. Das Stromkorrektursignal gelangt zu einem zweiten Eingangsanschluß der Summierstelle 112 und wird dort mit dem Spannungsdifferenzsignal vom Filternetzwerk 110 vereinigt, um ein Fehlersignal zu erzeugen, das herangezogen wird, um die Entfernung von Bremswiderständen zu steuern. Dieses Fehlersignal wird in einem Vergleicher 124 mit einem Nullschwertspannungssignal verglichen, um das Taktsignal zu erzeugen, das über die Leitung 93 dem Zähler 70 zugeführt wird, um ihn zu veranlassen, um einen Zählwert rückwärts zu zählen.

Da die Anordnung nach der Fig. 2 die Leitungsspannungsdifferenz mit der scheinbaren Aufnahmefähigkeit der Energiequelle 18 vergleicht, kann man das Fehlersignal kleiner machen, das zum Ausführen eines Widerstandsänderungsschrittes verwendet wird. Bei einem für eine Widerstandsänderung kleineren Fehlersignal kann man den Betrag des der Energiequelle 18 wieder zugeführten Nutzstroms näher beim Optimum halten. Die Schaltung hat die Tendenz, den Schwellwert für die Abschaltdetektion zu modifizieren, wenn der wiedererzeugte Leitungsstrom zunimmt, das bedeutet, daß die Schwellwertspannung bei einem höheren wieder erzeugten Leitungsstrom in äquivalenter Weise zunimmt. Der Strom wird durch den Spannungsfehler geteilt, da eine niedrigere Leitungsspannung und ein höherer Leitungsstrom eine aufnahmefähigere Leitung bzw. Energiequelle anzeigen. Ein einziger Widerstandsschritt stellt daher eine kleinere LeitungsSpannungsänderung als eine geöffnete Leitung dar, und zwar aufgrund der Parallelwirkung der Leitungsimpedanz, die eine kleinere äquivalente Belastungsänderung am Energieumformer verursacht.

Die nach der Erfindung ausgebildete Bremssteuerschaltung ist im wesentlichen nicht aktiv, solange das Drehmoment oder die Bremsleistung des Motors 10 von der Regelschal·

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tung 34 gesteuert werden kann. Wenn aber die Spannung zwischen den Wechselrichteranschlüssen 14 und 16 auf einen vorbestimmten Überspannungsgrenzwert ansteigt, so daß die Schutzschaltung 55 aufgerufen wird, den wiedererzeugten Strom oder Nutzbremsstrom zu vermindern, um die Wechselrichterklemmenspannung innerhalb der erstellten Grenze zu halten, beginnt das Istdrehmoment oder die Bremsleistung des Motors 10 vom Solldrehmoment abzuweichen. Diese Abweichung wird von den Schaltungsmitteln 57 erfaßt und darin in ein Stromfehlersignal umgesetzt. Wenn das am Ausgangsanschluß der Schaltungsmittel 57 erzeugte Stromfehlersignal den vom Potentiometer 66 eingestellten Betrag erreicht, ändert der Vergleicher 64 den Zustand seines Ausgangssignals und erzeugt ein positives Spannungspegelsignal, das über das ODER-Glied 68 und das UND-Glied 74 dem Takteingangsanschluß des Zählers 70 zugeführt wird. Gleichzeitig gelangt dieser positive Spannungspegel an den Vorwärts/Rückwärts-Eingangsanschluß des Zählers 70 und befähigt den Zähler, beim Empfang des Signals am Takteingangsanschluß einen Schritt vorwärts zu zählen. Das Signal am Ausgang des UND-Glieds 74 triggert die Zeitverzögerungsschaltung 76, die danach ein niedriges Spannungssignal dem UND-Glied 74 zuführt, so daß das Ausgangssignal des UND-Glieds 74 auf einen niedrigen Spannungspegel abfällt, und zwar wenigstens für eine Zeitspanne, die der Zeitverzögerungsperiode der Schaltung 76 äquivalent ist.

Unter der Annahme, daß ein einziger Widerstandsschritt ausreicht, um das Drehmomentdifferenzsignal und damit das Stromfehlersignal unter den vom Potentiometer 66 eingestellten Schwellwertpegel abzusenken, hat das Signal vom Vergleicher 64 einen niedrigen Spannungspegel angenommen, wenn die Schaltung 76 zeitlich abgelaufen ist, so daß dem Zähler 70 keine weiteren Taktsignale zugeführt werden. Wenn das Fehlersignal erneut zunimmt, wird allerdings ein weiteres Taktsignal angelegt, und der Zähler 70 wird erneut inkrementiert.

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Der Zähler 70 enthält einen Hauptrücksetzeingangsanschluß, an den über eine Leitung 124 von der Regelschaltung 34 ein Signal gelegt wird, das anzeigt, ob die Anlage im Motorbetrieb oder Bremsbetrieb arbeitet. Während des Motorbetriebs hält dieses Signal alle Ausgangssignale des Zählers 70 auf einem logischen Pegel von 0, so daß alle Schalter 52, 54 und 56 geöffnet bleiben. Während des Bremsbetriebs gestattet es dieses Signal, daß der Zähler aufgrund von Taktsignalen inkrementiert werden kann. Es ist ersichlich, daß bei einem ersten Taktsignal der Zähler 70 die Schaltschützbetätigungsspule 102 erregt, so daß der Schalter oder das Schaltschütz 52 geschlossen wird. Bei einem zweiten Taktsignal erregt der Zähler 70 die Schaltschützbetätigungsspule 104, um den Schalter oder das Schaltschütz 54 zu schließen, wobei allerdings die Erregung von der Schaltschützbetätigungsspule 102 abgeschaltet wird, so daß der Schalter oder das Schaltschütz 52 geöffnet wird. Wie bereits erwähnt, ist die Öffnungszeit größer als die Schließzeit, so daß kein offener Stromkreis entsteht. Auf diese Weise wird der Zähler 70 sequentiell nach vorwärts gezählt, um an Schaltschützbetätigungsspulen die Erregung ein- und abzuschalten, wobei die verfügbaren Widerstandsstufen selektiv zur Wirkung gebracht werden.

Wenn die Quellenspannung an der Leitung 20 abzufallen beginnt, liefert der Vergleicher 80 über die Zeitverzögerungsfilterschaltung 82, das ODER-Glied 68 und das UND-Glied 74 ein Ausgangssignal an den Takteingangsanschluß des Zählers 70. In dieser Situation befindet sich das Signal vom Vergleicher 64 auf einem niedrigen Spannungspegel, und da dieses Signal die Zählrichtung des Zählers 70 steuert, wird der Zähler in diesem Fall in Rückwärtsrichtung inkrementiert. Die Folge davon ist, daß jetzt die Schalter 52, 54 und 56 so angesteuert werden, daß sie ihre Schaltfolge in Rückwärtsrichtung ausführen. Die Schaltungsanordnung nach der Fig. 2 veranlaßt ebenfalls, daß die Schalter oder Schalt-

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schütze in der umgekehrten Folge schalten. Diese Schaltung spricht allerdings auf den Leitungsstrom und die Leitungsspannung mit einem kleineren Differential an und gestattet daher einen erhöhten Betrag des Nutzstromes·

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Claims

Patentansprüche

1.J Bremssteueranordnung für ein Fahrmotorantriebssystem t einem drehzahleinstellbaren Wechselstrommotor, einer Gleichstromquelle, einem Wechselrichter, dessen Gleichstromanschlußklemmen mit der Gleichstromquelle und dessen Wechselstromanschlußklemmen mit dem Motor verbunden sind, und einer mit dem Wechselrichter verbundenen Steuerschaltung, die auf ein Solldrehmomentsignal und Motorrückführsignale anspricht, um einen Parameter der Wechselspannung an den Wechselspannungsanschlueklemmen des Wechselrichters zwecks Regelung des Ausgangsdrehmomentes des Wechselstrommotors zu ändern, und die Mittel enthält, die verhindern, daß der Betrag der Wechselrichterklemmenspannung während des elektrischen Bremsens einen vorbestimmten Maximumgrenzwert überschreitet, gekennzeichnet durch

a. eine Vielzahl von Bremswiderständen (46, 48, 50) und eine entsprechende Vielzahl von Schaltern (52, 54, 56), die jeweils einen leitenden und nicht leitenden Zustand annehmen können, wobei jeder der Widerstände in Reihe mit einem zugeordneten der Schalter verbunden ist, um eine Vielzahl von Bremsstufen zu bilden,

b. Mittel (20, 22) zum parallelen Verbinden von jeder der Bremsstufen mit der Gleichstromquelle (18),

c. Mittel (57), die auf ausgewählte Betriebsparameter des Antriebssystems ansprechen, um ein Fehlersignal zu erzeugen, das die Differenz zwischen dem Istbetrag des vom Motor während des elektrischen Bremsens erzeugten Stroms und dem Maximumbetrag des Stroms darstellt, der erzeugt werden könnte, ohne daß das Sollausgangsmoment des Motors überschritten wird, und

d. Schaltersteuermittel (68, 70; 80, 82; 108, 112, 114, 124), die auf das Fehlersignal ansprechen, wenn dieses einen vorbestimmten Wert erreicht, um die Zustände von ausgewählten der Schalter (52, 54, 56) zu ändern und damit die Kombination der stromleitenden Bremsstufen zu ändern, und zwar zwecks Erhöhung des vom Motor (10) erzeugten Stroms.

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2. Brems steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltersteuermittel Mittel (78, 80; 78, 108) enthalten, die auf den Spannungsbetrag an den Bremsstufen ansprechen, wenn dieser Betrag kleiner als ein vorbestimmter Wert wird, um die Kombination der stromleitenden Bremsstufen selektiv zu ändern, und zwar zwecks Erhöhung des rückgeführten Motorstroms oder Nutzbremsmotorstroms.

3. Bremssteueranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltersteuermittel enthalten:

a. eine erste Einrichtung (108) zum Erzeugen eines ersten Signals, das die Differenz zwischen dem Spannungsbetrag der Gleichstromquelle (18) und einem Referenzspannungsbetrag darstellt,

b. eine zweite Einrichtung (116) zum Liefern eines zweiten Signals, das den Betrag des wiedererzeugten Bremsstroms darstellt,

c. eine dritte Einrichtung (114), die das zweite Signal durch das erste Signal teilt, um ein drittes Signal zu erzeugen, das die differentielle Aufnahmefähigkeit der Gleichstromquelle (18) darstellt,

d. eine vierte Einrichtung (112) zum Summieren des ersten Signals mit dem dritten Signal, um ein viertes Signal zu erzeugen, wenn die Summe des ersten Signals und des dritten Signals einen vorbestimmten Wert überschreitet, und

e. eine fünfte Einrichtung (70, 74, 76, 96, 98, 100, 102, 104, 106) zum Anlegen des vierten Signals zwecks Änderung der Kombination der stromleitenden Bremsstufen·

4. Bremssteueranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (52, 54, 56) elektromechanische Schaltschütze sind.

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5. Bremssteueranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltersteuermittel enthalten:

a. eine Einrichtung (64) zum Liefern eines fünften Signals, wenn das Fehlersignal einen vorbestimmten Wert überschreitet,

b. eine Einrichtung (74, 76), die auf das fünfte Signal anspricht, um ein Taktsignal zu liefern, und

c. einen Binärzähler (70) mit einem Takteingangsanschluß zum Empfang des Taktsignals, mit einem Eingangsanschluß zur Steuerung der Zählrichtung zum Empfang des fünften Signals und mit einer Vielzahl von Ausgangsanschlüssen (90, 92, 94) zur Abgabe binärer Ausgangssignale, wobei die Ausgangsanschlüsse so verbunden sind, daß sie einen entsprechenden der Schalter (52, 54, 56) steuern, und wobei das fünfte Signal den Binärzähler (70) befähigt, in einer Vorwärtsrichtung zu zählen, und das Taktsignal den Binärzähler (70) veranlaßt, um einen Zählschritt weiterzuzählen, wodurch die Kombination der stromleitenden Bremsstufen selektiv geändert wird.

6. Bremssteueranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (57) zum Erzeugen des Fehlersignals enthalten:

a. eine Summiereinrichtung (58), der ein sechstes Signal, das das Solldrehmoment des Motors darstellt, und ein siebtes Signal, das das Istdrehmoment des Motors darstellt, zugeführt wird, wobei die Summiereinrichtung ein Drehmomentfehlersignal erzeugt, das die Differenz zwischen dem fünften und dem sechsten Signal darstellt, und

b. eine Multipliziereinrichtung (60), die das Drehmomentfehlersignal mit einem Signal multipliziert, das die Motordrehzahl darstellt, um ein achtes Signal zu erhalten, das das genannte Fehlersignal ist.

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7. Bremssteueranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (57) zum Erzeugen des Fehlersignals eine Dividiereinrichtung (62) aufweisen, die das achte Signal durch ein neuntes Signal dividiert, das die Wechselrichterklemmenspannung darstellt, um das genannte Fehlersignal zu erzeugen.

8. Bremssteueranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltersteueranordnung enthält:

a. eine Einrichtung (80), die anspricht, wenn der Spannungsbetrag an den Bremsstufen kleiner als ein vorbestimmter Betrag 1st, um ein zehntes Signal zu erzeugen,

b. eine Einrichtung (82), die auf das zehnte Signal anspricht, um nach einer vorbestimmten Zeitspanne ein verzögertes Signal zu erzeugen, und

c. eine Einrichtung (68, 74, 76), die auf das verzögerte Signal anspricht, um den Binärzähler (70) in Rückwärtsrichtung zu inkrementieren und dabei die Kombination der stromführenden Bremsstufen selektiv zu ändern.

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