DE2101981A1 - Antrieb für Fahrzeuge mit Asynchronmotoren - Google Patents

Description

• Antrieb für Fahrzeuge mit Asynehronmotoren Die Erfindung bezieht sich auf einen Antrieb für Fahrzeuge, bei dem zwei oder mehr Asynchronmotoren bei unterschiedlichen Drehzahlen mit etwa gleichem Moment betrieben werden.
• Wird ein Fahrzeug durch zwei oder mehrere mit gleicher Frequenz gespeisten Wechselspannungsmotoren angetrieben, so haben diese bei Geradeausfahrt die gleiche Drehzahl. Fährt das Fahrzeug eine Kurve oder sind die Raddurchmesser durch unterschiedliche Abnutzung ungleich, so stellen sich die Räder auf unterschiedliche Drehzahlen ein. Bei der Kurvenfahrt hängt dabei die Differenz der Raddrehzahlen vom Kurvenradius ab. Die verschiedenen Raddrehzahlen bedeuten auch für die Antriebsmotoren unterschiedliche Drehzahlen. Die Drehzahl von Wechselspannungsmotoren ist prsktisch durch die Frequenz der Speisespannung vorgegeben. Bei Asynehronmotoren vermindert sich die Drehzahl gegenüber Synchronmotoren nur um den Schlupf. Bei einem Fahrzeugantrieb wird gefordert, daß alle angetriebenen Räder bei Geradeaus- und bei Kurvenfahrt dasselbe Moment abgeben. Die Forderung nach konstantem Moment bei unterschiedlichen Motordrehzahlen kann, wie Fig. 1 zeigt,nicht erfüllt werden. Aus der Figur geht hervor, daß sich auch bei kleie unterschiedlichen Motordrehzahlen, d.h. verschiedenem Schlupf s große Unterschiede AM im Drehmoment M ergeben können.
• Es ist bekannt,bei Fahrzeugen jedem Drehstrommotor einen eigenen Umrichter zuzuordnen, urn die unterschiedlichen Drehzahlen bei Kurvenfahrt zu erreichen. Diese Ausführung erfordert jedoch einen großen Aufwand an Mitteln.
• Aufgabe der Erfindung ist es, bei unterschiedlichen Drehzahlen der Antriebsmotoren zumindest annähernd gleiche Momente zu erzielen, ohne daß jedem Asynchronmotor ein besonderer Umrichter zugeordnet werden muß. Die Lösung besteht bei einem Antrieb der eingangs genannten Art darin, daß eine Steuereinrichtung zum Betrieb der Asynchronmotoren in der Nähe des Kippschlupfes vorgesehen ist und die Asynchronmotoren mit gleicher Standerfrequenz gespeist sind. Auf diese Weise werden die Motoren in dem eil ihrer Drehmomentkennlinie betrieben, in dem sich bei unterschiedlichen Schlüpfungen keine wesentlichen Momentenun-terschiede ergeben. Es ist nicht erforderlich, zur Dinstellung unterschiedlicher Drehzahlen der Asynchronmotoren jedem Asynchronmotor einen eigenen Umrichter oder ein besonderes Stellglied zuzuordnen, sondern es genügt ein einziger Umrichter für alle Fahrmotoren. Damit wird der Umfang des Beistungs- und Steuerungsteiles wesentlich vermindert. Ein Antrieb mit einem Umrichter hat noch den Vorteil, daß alle Antriebsmotoren von der Schaltung her gleiche Frequenz haben, während bei dem bekannten Antrieb für Geradeausfahr-t die Umrichter auf gleiche Frequenz geregelt werden müssen.
• Um einen stabilen Betrieb zu gewährleisten (z.B. bei konstantem Gegenmomen-t), wird der Schlupf etwsskleiner als der Kippschlupf gewählt.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figuren 2 bis 4 näher erläutert.
• Wie Fig. 2 zeigt, werden zum Antrieb des Fatirzeuges F dienende Asynchronmotoren 1 bis 4 von einem Generator 5 gespeist. Dieser Generator 5 wird durch einen Dieselmotor/angetrieben. Bei Geradeausfahrt und gleichen Raddurchmessern drehen alle Antriebsmotoren 1 bis 4 mit derselben Drehzahl. Der Drehmomentellverlauf der AsyncEronmotoren bei Nennspannttng ist in B1g. 3 durch die Kurve Ml = f(s) dargestellt. Alle-Asynchronnlotoren 1 bis 4 arbeiten bei GeradcausfMlrt und gleichen Raddurchmessern im Punkt Mn. Zur Drehzahländerung der Asynchronmotoren bei Geradeausfahrt werden Höhe und Frequenz der Speisespannung verändert.
• Die Spannungshöhe für die Asynchronmotoren 1 bis 4 wird dadurch Änderung der Brr?gung des Generators 5 eingestellt und die Frequenz durch Aussteuerung des Umrichters 7. Bei Kurvenfahrt oder unterschiedlichen Raddurchmessern (durch Radabnutzungen) stellt sich jedes von einem Asynchronmotor angetriebene Rad la bis 4a auf eine unterschiedliche Drehzahl ein. Würde die Momen--';vnlennlinie Ml = f(s) beibehalten, so würden sich größere Momentenunterschiede zwischen den Rädern Ia bis 4a ergeben (siehe Fig. 1). Um zu erreichen, daß jedes Rad Ia bis 4a zumindest annähernd dasselbe Moment abgibt, ist beim erfindungsgemäßen Antrieb eine Steuereinrichtung 8 zum Betrieb der Asynchronmotoren 1 bis 4 in der Nähe des Kippschlupfes vorgesehen. Dabei haben die Asynchronmotoren über den gemeinsamen Umrichter 7 gleiche Ständerfrequenz.
• Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Steuereinrichtung 8 vorgesehen, die die Erregung des Generators 5 und die Thyristoren des Umrichters 7 ansteuert. Die leistung der Antriebsmotoren wird durch das Fahrpedal 9 vorgegeben. Diesem Fahrpedal 9 ist ein Funktionsgeber 10 nachgeschaltet, in dem(zwei)Signale für das Moment M und die Drehzahl n gebildet werden. Der Funktionsgeber 10 ist so ausgebildet, daß -wie in Fig. 4- einer bestimmten Leistung P = konstant feste Drehzahl/Drehmomentverhältnisse, z.B. MI/nI, MII/nII usw. zugeordnet sind.
• Mit den Signalen für die Drehzahl n und das Drehmoment M werden im Steuerungsteil 11 Steuerimpulse zur Ansteuerung des Umrichters 7 gebildet. In dem Steuerungsteil 11 wird durch den Funktionsgeber 12 die synchrone Frequenz f als Funktion der Drehzahl n und durch den Funktionsgeber 13 die Schlupffrequenz fs in Abhängigkeit vom Drehmoment M gebildet. Die Signale f und fs werden im Addierer 14 summiert und in den Impulsgeber 15 eingegeben. Das Signal für das Drehmoment 14 und das Ausgangssignal des Addierers 14 werden dem Steuerungsteil 16 zugeführt, der die Erregung des Generators 5 verändert. Der Steuerungsteil 16 enthält einen Radizierer 17, der auf einen Eingang eines Multipliziergliedes 18 geschaltet ist. Der zweite Eingang diese Multipliziergliedes 18 ist an einen Funktionsgeber 19 angeschlossen. Durch den Funktionsgeber 19 wird die Höhe der Spannung U in Abhängigkeit von der am Ausgang des Addierers 14 gebildeten Summationsfrequenz £1 vorgegeben. Das Ausgangssignal des Multipliziergliedes 18 wird über den Verstärker 20 der Generatorerregereinrichtung 21 zugeführt.
• Beim Übergang von Geradeausfahrt auf Kurvenfahrt stellen sich bei den Antriebsmotoren 1 bis 4 abhängig vom Kurvenradius unterschiedliche Drehzahlen ein. Sind von einem Vierradfahrzeug -wie im Ausführungsbeispiel gezeigt - alle Räder 1a bis 4a einzeln angetrieben und fährt das Fahrzeug eine Kurve, dann wird sich das kurvenäußerste Rad 1a am schnelllsten, das kurveninnerste Rad 4a am langsamsten drehen. Zur Erzielung eines Betriebes der Asynchronmotoren 1 bis 4 in der Nähe des Kippschlupfes wird die Speisespannung in ihrer Höhe so eingestellt (M2 = f(s)), daß das Kippmoment der Asynchronmotoren etwa dem abzugebenden Drehmoment Mn entspricht. Dabei arbeitet der Asynchronmotor 1 bei dem gezeichneten Lenkeinschlag in dem Betriebspunkt B1, der Asynchronmotor 2 in dem Betriebspulikt B2 usw.
• (vergleiche Fig. 3).
• Es ist ohne weiteres möglich, daß ein oder mehrere Motoren (B2, B4) mit einem Schlupf größer als der Kippschlupf betrieben werden, Dabei muß nur die Stabilitätsbedingung erfüllt sein. Das heißt: die Summe der Momente der Motoren 1 und 3, die mit einem Schlupf kleiner als der Kippschlupfsk betrieben werden, nimmt bei einer kleinen Drehzahlreduzierung stärker zu, als die Summe der Momente der Motoren 2 und 4, die mit einem Schlupf größer als der Kippschlupf betrieben werden, bei dieser Drehzahlreduzierung abnimmt.
• In der Gleichung bedeuten: Symbol für partielle Ableitung ML iastmoment des Fahrzeuges n Drehzahl der Motoren MM Moment eines Asynchronmotors.
• Als Asynchronmotoren können Käfigläufermotoren verwendet werden.
• Besonders günstig sind Stromverdrängungsläufer, da bei diesen Xippmomente nich so ausgeprägt sind wie beim Käfigläuf er mit Rundstäben.
• Bei der bisherigen Darstellung ist angenommen worden, daß bei Geradeausahrt der Radizierer 17 nicht wirksam ist. In vorteilhafterweise ist der Radizierer 17 mit einem Schalter 22 versehen, der bei Kurvenfahrt geöffnet sein muß und bei Geradeausfahrt geschlossen werden kann. Durch das Schließen des Schalters 22 für Geradeausfahrt ergibt sich eine Verbesserung des Wirkungsgrades des gesamten Antriebes.
• Der Steuerungsteil 16 kann - wie in der Fig. 2 gestrichelt angedeutet ist - statt auf den Generator 5 auch auf den Umrichter 7 zur Einwirkung gebracht werden, falls mit dem Umrichter 7 zusätzlich zur Frequenz auch die Spannung gesteuert wird.

Claims (3)

Patentansprüche

1. Antrieb für Fahrzeuge, bei dem zwei oder mehr Asynchronmotoren bei unterschiedlichen Drehzahlen mit etwa gleichem Moment betrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (8) zum Betrieb der Asynchronmotoren (1 bis 4) in der Nähe des Kippschlupfes vorgesehen ist und die Asynchron motoren mit gleicher Ständerfrequenz gespeist sind.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (8) einen Steuerungsteil 06) besitzt, der von einem drehzahlabhängigen und von einem drehmomentabhängigen Signal gespeist wird, wobei das drehmomentabhängige Signal über einen Radizierer (17) an den ersten Eingang eines Multipliziergliedes (18) geführt ist, dessen zweiter Eingang über einen Funktionsgeber (19) vom drehzahlabhängigen Signal gespeist ist, und daß der Ausgang des Multipliziergliedes (18) mit der Erregung des Generators (5) oder über Impulsgeber (23) mit «xm Umrichter (7) verbunden ist.

3. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Radizierer (17) durch Schalter (22) während Geradeausfahrt oder bei gleichen Durchmessern der Räder abschaltbar ist.

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