DE719705C

DE719705C - Regenerative braking device for electric single-phase alternating current traction vehicles

Info

Publication number: DE719705C
Application number: DEM146762D
Authority: DE
Inventors: Carl Bodmer; Arnold Furrer; Pierre Leyvraz
Original assignee: Werkzeugmaschinenfabrik Oerlikon Buhrle AG
Current assignee: Rheinmetall Air Defence AG
Priority date: 1939-11-17
Filing date: 1939-12-23
Publication date: 1942-04-15

Description

Nutzbremseinrichtung für elektrische Einphasenwechselstrom-Triebfahrzeuge Die wichtigsten der bisher bekannten Einphasenwechselstromnutzbremsschaltungen mit verbessertem Leistungsfaktor lassen sich in zwei Gruppen unterteilen. Bei der einen Gruppe wird die Verbesserung des Leistungsfaktors mittels Kondensatoren im Erregerstromkreis erreicht, und bei der anderen wird eine Erregermaschine, gewöhnlich einer der vorhandener. Triebmotoren, zu diesem Zweck verwendet. Die letztere Lösung kommt natürlich nur bei Fahrzeugen mit mehreren Triebmotoren in Frage; sie ist infolge Wegfalls der Kondensatoren in der Anschaffung billiger.Regenerative braking device for electric single-phase alternating current traction vehicles The most important of the previously known single-phase alternating current regenerative braking circuits with improved power factor can be divided into two groups. With the one Group is the improvement of the power factor by means of capacitors in the excitation circuit reached, and the other gets an exciter, usually one of the existing ones. Traction engines, used for this purpose. The latter solution only comes of course in question for vehicles with several traction engines; it is due to the omission of Capacitors cheaper to buy.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Nutzbremseinrichtung für elektrische Einphasenwechselstromtriebfahrzeuge, bei der der Anker eines Triebmotors (Motor A) über die Felder der übrigen Triebmotoren (Motoren B) an eine Spannung des Regeltransformators und die Anker der Motoren B über Drosselspulen ebenfalls an eine Spannung dieses Transformators angeschlossen sind.The present invention relates to a regenerative braking device for electric single-phase alternating current traction vehicles in which the armature of a traction motor (Motor A) to a voltage via the fields of the other drive motors (Motors B) the regulating transformer and the armature of the motors B via inductors as well are connected to a voltage of this transformer.

Es ist bekannt, auch das Feld des Motors A an eine Spannung des Regeltransformators anzuschließen. Diese bekannte Schaltung hat aber den Nachteil, daß die Ankerspannung der Motoren B bei zunehmender Fahrgeschwindigkeit bedeutend mehr als proportional zunimmt, weil auch das Feld dieser Motoren durch das Ansteigen der Ankerspannung des Motors ,4 zunimmt.It is known also the field of the motor A to a voltage of the regulating transformer to connect. This known circuit has the disadvantage that the armature voltage of the motors B significantly more than proportionally with increasing driving speed increases because the field of these motors also increases due to the increase in armature voltage of the engine, 4 increases.

Ein zweiter Nachteil der vorgenannten bekannten Schaltung besteht darin, daß dieselbe nicht selbsterregungsfrei ist, wenn die Bürsten des Motors ,4 etwas aus der neutralen Zone entgegen der Drehrichtung verschoben sind. Solche kleinen Abweichungen von der neutralen Lage sind im Betrieb in der Regel nicht zu vermeiden, weil sie z. B. schon durch das Kippen der Bürsten beim Fahrtrichtungswechsel entstehen. Die Schaltungen mit Erregermotor sind aber deshalb- besonders selbsterregungsempfindlich, weil ein in diesem entstehender Selbsterregungsstrom sich in verstärktem Maße auf die übrigen Motoren überträgt.There is a second disadvantage of the aforementioned known circuit in that it is not free of self-excitation when the brushes of the motor, 4 are shifted slightly out of the neutral zone against the direction of rotation. Such little ones There are usually deviations from the neutral position during operation not to avoid because they z. B. by tilting the brushes when changing direction develop. The circuits with excitation motor are therefore particularly sensitive to self-excitation, because a self-excitation current arising in this occurs to a greater extent the remaining motors transmits.

Der erste Nachteil wird erfindungsgemäß dadurch behoben, daß zum Feld des Motors A ein Ohmscher Widerstand parallel geschaltet wird und dieses Feld samt Nebenschlußwiderstand von einer Spannung des Regeltransformators in Reihe über eine Drosselspule gespeist wird. Damit soll der im Vektordia.gramm des Erregerstromkreises der Motoren B durch die Ankerspannung des Motors A und die Spannung des Regeltransformators eingeschlossene Winkel a auf unter 9o° verkleinert werden.The first disadvantage is eliminated according to the invention in that to the field of the motor A an ohmic resistor is connected in parallel and this field together Shunt resistance from a voltage of the regulating transformer in series via a Choke coil is fed. This should be the in the vector diagram of the excitation circuit of motors B by the armature voltage of motor A and the voltage of the regulating transformer included angles a can be reduced to less than 9o °.

Der zweite Nachteil kann durch die Unterdrückung der vom Ankerfeld herrührenden Komponente, die bei entgegen der Drehrichtung aus der neutralen Lage verschobenen Bürsten selbsterregungsfördernd auf - das Hauptfeld wirkt, beseitigt werden.The second disadvantage can be caused by the suppression of the anchor field originating component, which in the opposite direction of rotation from the neutral position displaced brushes stimulate self-excitation - the main field acts, eliminated will.

Fig. i der Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes für ein viermotoriges Fahrzeug, dessen Motoren im Fahrbetrieb in Reihenparallelschaltung arbeiten.Fig. I of the drawing shows an embodiment of the subject of the invention for a four-engine vehicle whose engines are connected in series in parallel while driving work.

Fig.2 zeigt ein solches Beispiel für ein viermotoriges Fahrzeug, dessen Motoren im Fahrbetrieb parallel geschaltet sind. Fig.3 zeigt das Vektordiagramm des Erregerstromkreises der Motoren B für den Fall, wo der Winkel v. auf unter 9o° vermindert ist. Fig. 4 zeigt das Vektordiagramm für den Fall, wo das Feld des Motor s A auf bekannte Art von einer Spannung des Regeltransformators erregt wird.Fig.2 shows such an example for a four-engine vehicle Motors are connected in parallel while driving. Fig. 3 shows the vector diagram of the excitation circuit of motors B for the case where the angle v. to below 9o ° is decreased. Fig. 4 shows the vector diagram for the case where the field of the motor s A is excited in a known manner by a voltage of the regulating transformer.

In Fig. i und 2 ,bedeuten i 'die Niederspannungswicklung des Regeltransformators, ? und 3 die Anker, 4 und 5 tdie Feldwicklungen des Triebmotors A bzw. der Triebmotoren B. 6 sind die in den Ankerstromkreisen der Motoren B eingeschalteten Drosselspulen. 7 ist ein Hilfstransformator für die Erregung des Motors A. 8 und 9 sind Ohmsche Widerstände. t o ist eine Hilfsdrosselspule und i i (in Fig. 2) ein Kondensator. In den Vektordiagrammen Fig.3 und 4 bedeuten 12 bzw. 12' die Ankerspannung des Motors A, 13 bzw. 13' die gesamte Feldspannung der Motoren B und 14 bzw. 14' die .Spannung des Regeltransformators, an die der Erregerstromkreis der Motoren B angeschlossen ist. a bzw. u' ist der Phasenverschiebungswinkel zwischen der Spannung des Regeltransformators und der Ankerspannung des Motors A. In beiden Figuren ist punktiert angedeutet, wie sich das Vektordiagramm bei Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit verändert. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß bei der bisher bekannten Schaltung (Fig.4) die Feldspannung 13' bei zunehmender Fahrgeschwindigkeit beträchtlich zunimmt, während die Feldspannung 13 bei der neuen Schaltung (Fig.3) fast unverändert bleibt bzw. in einem gewissen Bereich mit zunehmender Geschwindigkeit sogar abnimmt.In Fig. I and 2, i 'denotes the low-voltage winding of the regulating transformer, ? and 3 the armatures, 4 and 5 t the field windings of the traction motor A and the traction motors, respectively B. 6 are the switched on in the armature circuits of the motors B reactors. 7 is an auxiliary transformer for the excitation of motor A. 8 and 9 are ohmic Resistances. t o is an auxiliary choke coil and i i (in Fig. 2) is a capacitor. In the vector diagrams of FIGS. 3 and 4, 12 and 12 'represent the armature voltage of the motor A, 13 or 13 'the total field voltage of the motors B and 14 or 14' die .Sspannung of the regulating transformer to which the excitation circuit of motors B is connected is. a or u 'is the phase shift angle between the voltage of the regulating transformer and the armature voltage of motor A. In both figures it is indicated by dotted lines, how the vector diagram changes when the driving speed is increased. It is It is readily apparent that in the previously known circuit (FIG. 4) the field voltage 13 'increases considerably with increasing driving speed, while the field voltage 13 in the new circuit (Fig. 3) remains almost unchanged or to a certain extent Range even decreases with increasing speed.

Ein weiterer Vorteil der neuen Schaltun besteht darin, daß der Leistungsfaktor des MotorsA bei Normalgeschwindigkeit bedeutend besser ist und somit dieser Motor bri gleichem Anker- und Feldstrom eine wesentlich größere Bremsleistung erzeugt als bei der bekannten Schaltung.Another advantage of the new circuit is that the power factor of the motorA is significantly better at normal speed and thus this motor bri generates a significantly greater braking power with the same armature and field current than with the known circuit.

Im Vektordiagramm Fig. 3 ist der Ohmsche Spannungsabfall des Gegenkompoundwiderstandes 9 der Einfachheit halber nicht eingetragen. Da dieser Spannungsabfall in der Phase ungefähr mit der Ankerspannung 1 2 zusammenfällt, so muß diese Ankerspannung in Wirklichkeit um diesen Betrag höher sein. Im übrigen wird dadurch am Diagramm Fig.3 .nichts Wesentliches geändert.In the vector diagram of FIG. 3, the ohmic voltage drop of the counter compound resistor is 9 not entered for the sake of simplicity. Because this voltage drop in the phase coincides approximately with the armature voltage 1 2, this armature voltage must be in Reality will be higher by that amount. Otherwise it is shown in the diagram in Fig.3 .nothing substantial changed.

Um die Erregerspannung des Motors.1 proportional mit der Stufenspannung des Transformators i zu verändern, ist der Hilfstransformator 7 vorgesehen. Zur Verminderung des Winkels a (s. Fig. 3 und 4j auf unter 9o' dienen der Ohmsche Widerstand 8 und die Drosselspule i o. Diese zwei Apparate können gemäß Fig. i auf der Sekundärseite oder gemäß Fig.2 auf der Primärseite des Transformators 7 angeordnet sein. Zur Verkleinerung des Winkels a kann gemäß Fig. 2 auch noch ein Kondensator i i parrallel zum Widerstand $ und somit mittelbar über den Transformator 7 parallel zum Feld des Motors A geschaltet werden. Dadurch werden der Widerstand 8 und die Drosselspule i o kleiner sowie auch die Blind- und Wirkleistung für die Erregung des vorgenannten Motors vermindert. Der hierfür benötigte Kondensator ist nur sehr klein; seine Leistung beträgt höchstens einige Prozent derjenigen der bisher bekannten Kondensatornutzbremsschaltung. Der Gegenkompoundwiderstand 9 dient zur eingangs erwähnten Unterdrückung der Selbsterregung, herrührend von den entgegen der Drehrichtung aus der neutralen Lage verschobenen Bürsten. Er ist im Ankerstromkreis des Motors A eingeschaltet und so mit dem Hauptfeld dieses Motors verbunden, daß die durch einen im Entstehen begriffenen Selbsterregungsstrom in diesem Widerstand erzeugte Spannung in feldschwächendem Sinne auf das genannte Hauptfeld einwirkt und so das Aufkommen der Selbsterregung verhindert. . Ein weiteres Mittel zur Unterdrückung dieser Selbsterregung besteht in der Verminderung der Wendepolamperewindungszahl des Motors A. Dies kann auf einfache Art erreicht werden durch übernormale Shuntung der Wendepolwicklung und des allenfalls vorhandenen zugehörigen Reihenwiderstandes mittels eines induktiven Shunts, da ein zu schwaches Wendefeld selbsterregungshemmend, ein zu starkes Wendefeld dagegen selbsterrungsfördernd -wirkt. Diese abnormale Schwächung des Wendefeldes ist für den Motor A möglich, ohne den Bereich zulässiger Kommutationsverhältnisse zu verlassen, weil sowohl dessen Feld- als auch- dessen Ankerstrom in der Regel wesentlich kleiner ist als bei den Motoren B. - Die vorgenannten beiden Mittel sind sowohl einzeln als auch vereinigt anwendbar.To the excitation voltage of the motor. 1 proportional to the step voltage To change the transformer i, the auxiliary transformer 7 is provided. To the The ohmic resistance is used by reducing the angle α (see FIGS. 3 and 4j to less than 9o ') 8 and the choke coil i o. These two apparatuses can, as shown in FIG or be arranged on the primary side of the transformer 7 according to FIG. To reduce the size of the angle a can, according to FIG. 2, also have a capacitor i i parallel to the resistor $ and thus connected indirectly via the transformer 7 in parallel to the field of the motor A. will. This makes the resistor 8 and the choke coil i o smaller as well the reactive and active power for the excitation of the aforementioned motor is reduced. The capacitor required for this is only very small; his performance is at most a few percent of those of the previously known capacitor regenerative braking circuit. Of the Countercompound resistor 9 serves to suppress the self-excitation mentioned at the beginning, originating from the shifted against the direction of rotation from the neutral position To brush. It is switched on in the armature circuit of motor A and so with the main field this motor connected to that by a nascent self-excitation current voltage generated in this resistance in a field-weakening sense on the aforementioned Main field acts and thus prevents the occurrence of self-excitement. . A Another means of suppressing this self-excitement is to reduce it the number of reversing pole ampere turns of motor A. This can be achieved in a simple manner are caused by abnormal shunting of the reversible pole winding and any existing associated series resistance by means of an inductive shunt, since it is too weak Turning field inhibits self-excitation, a too strong turning field, on the other hand, promotes self-development - works. This abnormal weakening of the turning field is possible for motor A, without leaving the range of permissible commutation ratios, because both of these The field as well as the armature current is usually much smaller than with the Motoren B. - The aforementioned two means are both individually and combined applicable.

In den Fig. i und z sind die Kompensations- und Wendepohvicklungen der Motoren A und B sowie auch die Einrichtung zur Erzeugung des phasenverschobenen Wendefeldes der Einfachheit halber weggelassen und als bekannt vorausgesetzt.In Figs. I and z are the compensation and reversing pole windings of motors A and B as well as the device for generating the phase-shifted Turning field is omitted for the sake of simplicity and assumed to be known.

Claims

PATENTED SPRINGS: i. Regenerative braking device for electric single-phase alternating current traction vehicles, in which the armature of a traction motor over the fields of the other traction motors a voltage of the regulating transformer and the armature of the latter motors via inductors are also connected to a voltage of this transformer, characterized in that that an ohmic resistor is connected in parallel to the field of the motor (A) and this field together with 1 * shunt resistance from a voltage of the regulating transformer is fed in series via a choke coil. a. Regenerative braking device according to claim r, characterized in that the field of the motor (A) besides the ohmic resistance another capacitor in parallel and thus the inductor in series with the field, resistance and capacitor is connected and fed by a voltage of the regulating transformer -will. 3. Regenerative braking device according to claim i, characterized in that a Resistance connected to the armature circuit of the motor (A) also from the field current this motor is traversed in the same direction. 4- Regenerative braking device according to claim i, characterized in that a sub-commutation by reducing the reversing pole ampere turns of the motor (A) is generated.