DE759669C

DE759669C - Arrangement for regenerative braking of electric AC vehicles

Info

Publication number: DE759669C
Application number: DEB190898D
Authority: DE
Inventors: Theodor Dr-Ing Buchhold
Original assignee: BROWN
Current assignee: BROWN
Priority date: 1940-06-09
Filing date: 1940-06-09
Publication date: 1951-08-02

Description

Anordnung zur Nutzbremsung elektrischer Wechselstromfahrzeuge Bei den neuerdings vorgeschlagenen Schaltungen für die elektrische Nutzbremsung von Wechselstromfahrzeugen wird das Feld der Kollektormotoren im Nebenschluß geschaltet und die richtige Phasenlage des Feldes durch in Reihe mit diesem geschaltete Kapazitäten erzwungen. Kapazität und Induktivität des Feldkreises sollen annähernd auf Resonanz abgestimmt sein. Es hat sich nun betrieblich gezeigt, daß die Induktivität des Feldes eines Einphasenmotors keine Konstante ist, sondern stark vom Einlaufzustand der Bürsten abhängig ist. Hierdurch können unangenehme Verstimmungen des Feldkreises eintreten, falls man hiergegen den Feldkreis nicht durch Einschalten von öhmsch.en Widerständen unempfindlich macht. Letzteres bedingt jedoch zusätzliche Verluste, die den Wirkungsgrad der Nutzbremse stark herabsetzen.Arrangement for regenerative braking of electric AC vehicles the recently proposed circuits for the electrical regenerative braking of AC vehicles, the field of collector motors is shunted and the correct phase position of the field by means of capacitors connected in series with it forced. The capacitance and inductance of the field circuit should be approximately at resonance be coordinated. It has now been shown operationally that the inductance of the field of a single-phase motor is not a constant, but rather depends on the running-in condition of the Brushing is dependent. This can cause unpleasant upsets in the field circle occur if the field circuit is not switched on by switching on ohmsch.en Makes resistance insensitive. The latter, however, causes additional losses, which greatly reduce the efficiency of the regenerative brake.

Um die durch die Veränderung der Induktivität und der Netzfrequenz bedingten Reaktanzänderungen auszugleichen, wurde die Kapazität bereits mit einer Reihe von Anzapfungen versehen, wodurch sie jeweils an die bestehenden Betriebsverhältnisse angepaßt werden könnte. Außer der Veränderung der Kapazität in Resonanzkreisen ist es auch schon bekannt, den Induktionswert zu beeinflussen. Zu diesem Zweck kann eine zusätzliche Drosselspule von verhältnismäßig geringer Reaktanz dienen, die ähnlich wie der soeben erwähnte Kondensator mit Anzapfungen versehen ist, so daß auch hierdurch eine Abstimmung möglich wird. Anzapfungen am Kondensator oder an einer zusätzlichen Drosselspule haben jedoch den Nachteil, daß jede dieser Anzapfungen an einen besonderen Schaltkontakt herangeführt werden muß, wozu ein erheblicher Aufwand an Leitungen erforderlich ist.To that by changing the inductance and the mains frequency to compensate for changes in reactance, the capacity was already with a Series of taps provided, whereby each one to the existing operating conditions could be customized. Besides the change in capacity in resonance circles is it is already known to influence the induction value. To this end can an additional reactor of relatively low reactance to serve, which, like the capacitor just mentioned, is provided with taps, see above that this also enables a vote. Taps on the capacitor or on an additional choke coil, however, have the disadvantage that each of these taps must be brought up to a special switching contact, including a significant one Effort on lines is required.

Für die Betätigung der Schaltkontakte ist weiterhin eine Schaltwalze erforderlich, die durch einen besonderen Verstellmotor betätigt wird. Bei der Kondensatorregelung tritt hierzu noch der Nachteil, daß die Teilkapazitäten nicht ohne weiteres zu- und abgeschaltet werden können. Es ist daher erforderlich, in jeden Anschluß einen besonderen Widerstand zu legen, durch den vermieden wird, daß die Teilkapazitäten beim Schalten unmittelbar kurzgeschlossen werden.There is also a drum switch to operate the switch contacts required, which is operated by a special adjusting motor. With capacitor control there is also the disadvantage that the partial capacities are not readily available. and can be switched off. It is therefore necessary to have one in each port to lay special resistance, through which it is avoided that the partial capacities are immediately short-circuited when switching.

Außer allen diesen Nachteilen hat die Regelung mit Anzapfungen noch den Nachteil, daß man mit der Stufenzahl nicht über ein bestimmtes Maß hinausgehen kann, da der Aufwand mit der Feinstufigkeit ganz erheblich wächst. Die stufenweise Regelung kann daher nur begrenzten Ansprüchen an die Genauigkeit der Regelung genügen, und es bestand daher schon lange der Wunsch, eine Möglichkeit zu finden, durch die die Regelung, ähnlich wie z. B. bei einem Wasserwiderstand, stetig und stufenlos erfolgen kann.In addition to all these disadvantages, the system with taps still has the disadvantage that you do not go beyond a certain level with the number of stages can, since the effort increases considerably with the level of precision. Gradually Regulation can therefore only meet limited demands on the accuracy of the regulation, and therefore there has long been a desire to find a way through which the scheme, similar to z. B. with a water resistance, steadily and steplessly can be done.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine mit Gleichstrom vormagnetisierte Drosselspule zur Anwendung kommt, deren Vormagnetisierung in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung selbsttätig geregelt wird. Bei dem für die Vormagnetisierung erforderlichen Gleichstrom kommt man mit verhältnismäßig sehr kleinen Leistungen aus, so daß für dessen Steuerung ohne weiteres die aus der Beleuchtungstechnik usw. bekannten feinstufigen oder sogar stufenlosen Regler verwendbar sind.According to the invention this object is achieved in that one with direct current premagnetized choke coil is used, its premagnetization as a function is automatically regulated by the phase shift. The one for the premagnetization required direct current comes with relatively very small powers off, so that the lighting technology etc. known fine or even stepless controllers can be used.

Nun ist es an und für sich schon bekannt, die Induktivität von Drosselspulen durch Vormagetisierung mit Gleichstrom zu beeinflussen. Man hat sogar schon Leistungstransformatoren gebaut, die von diesem Prinzip Gebrauch machen. Man hat jedoch bisher noch nicht erkannt, welche Vorteile gerade mit gleichstromvormagnetisierten Drosselspulen bei der Regelung von Wechselstromnutzbremsungen mit Kondensator im Feldkreis möglich sind.Now it is already known in and of itself, the inductance of choke coils influenced by pre-magnetization with direct current. You even have power transformers who make use of this principle. However, one has not yet recognized the advantages of having direct current biased choke coils the regulation of alternating current regenerative braking with a capacitor in the field circuit is possible are.

Bild i zeigt ein Beispiel für die Schaltung. Es bedeuten a den Transformator und b den Motoranker. Der Motoranker erhält von der Transformatoranzapfung c Spannung, und der Strom fließt über die Spule d eines auf 'Phasenverschiebung ansprechenden Meßorgans in den Anker b und von hier, gegebenenfalls über einen kleinen Kompoundierungswiderstand e, zur Erde f. Das Feld g des :Motors erhält von der Anzapfung i des Transformators Spannung, und der Feldstrom fließt von i über eine an dem Meßwerk befindliche Spule j über das Feld g, über den Kondensator h und über zwei Spulen 11a1 und 1112 einer Drossel I zum Punkt a. Die beiden Spulen d und j, die vom Anker- und vom Feldstrom durchflossen werden, arbeiten auf einen Relaisanker o, der z. B. als Ferraristrommel ausgebildet ist. Sind Ankerstrom und Feldstrom gleichphasig, so wird auf den Meßanker o kein Drehmoment ausgeübt.Figure i shows an example of the circuit. It means a the transformer and b the motor armature. The motor armature receives voltage from the transformer tap c, and the current flows through the coil d of a measuring element responsive to phase shift into the armature b and from here, possibly through a small compounding resistor e, to earth f. The field g of the motor receives from the tap i of the transformer voltage, and the field current flows from i via a coil j located on the measuring mechanism via the field g, via the capacitor h and via two coils 11a1 and 1112 of a choke I to point a. The two coils d and j, which are traversed by the armature and the field current, work on a relay armature o, the z. B. is designed as a Ferrari drum. If the armature current and the field current are in phase, no torque is exerted on the measuring armature o.

In Abb. i arbeitet der Meßanker o auf eine Kohlensäule p, die aus dem Gleichstromnetz P-1' gespeist wird, wobei in diesen Gleichstromkreis noch eine Spule q auf der Drossel I eingeschaltet ist. In der gezeigten Lage des Meßankers o sei die Phasenlage gerade richtig. Verändert sich infolge einer Frequenzschwankung oder infolge Unregelmäßigkeiten an den Bürsten des Motors die Induktivität seines Feldes, dann wird die Phasenlage zwischen Feld- und Ankerstrom nicht mehr genau stimmen, und das Meßorgan o wird sich in einem solchen Sinne bewegen, daß durch die Kohlensäule p der Widerstand im Gleichstromkreis geändert wird, bis ein Gleichstrom durch die Spule q fließt, bei dem die durch die Spulen rnl und 7r12 gebildete Wechselstrominduktiv ität gerade wieder den richtigen U'ert hat. Um ein rasches Regeln ohne Pendelung zu erzielen, ist mit dem Meßanker o eine Dämpfung r verbunden, wobei die Kupplung zweckmäßig über eine Feder s erfolgt.In Fig. I, the measuring armature o operates on a column of coal p, which is fed from the direct current network P-1 ', a coil q being connected to the choke I in this direct current circuit. In the position of the measuring armature o shown, the phase position is just correct. If the inductance of its field changes as a result of a frequency fluctuation or as a result of irregularities in the brushes of the motor, then the phase position between the field and armature current will no longer be correct, and the measuring element o will move in such a way that the carbon column p of Resistance in the direct current circuit is changed until a direct current flows through the coil q, at which the alternating current inductance formed by the coils rnl and 7r12 has just returned to the correct value. In order to achieve rapid regulation without oscillation, a damping r is connected to the measuring armature o, and the coupling is expediently effected via a spring s.

An den Spulen 11a1 und 111z ist durch ausgezogene Pfeile die augenblickliche Stromrichtung des Wechselstromes angegeben, während durch gestrichelte Pfeile die Richtung der Vormagnetisierung gekennzeichnet ist, welche die beiden gleichsinnig geschalteten Spulen in entgegengesetzter Richtung durchfließt. Mit dieser Schaltung wird erreicht, daß die Spannungsverzerrungen, die durch eine solche gesättigte Drosselspule entstehen, in kleinen Grenzen gehalten werden.On the coils 11a1 and 111z, the current is indicated by solid arrows Current direction of the alternating current indicated, while dashed arrows indicate the Direction of the bias is marked, which the two in the same direction switched coils flows through in the opposite direction. With this circuit it is achieved that the voltage distortions caused by such a saturated inductor arise, are kept within small limits.

Es läßt sich nicht ganz vermeiden, daß, abgesehen von der ersten Spannungsharmonischen, in einer solchen Drossel auch noch Oberwellen vorhanden sind. Bei vorliegender Schaltung verschwinden jedoch die geradzahligen Oberwellen vollständig, und nur die ungeradzahligen können verbleiben. Diese sind aber praktisch unschädlich, da der Feldkreis auf Resonanz mit der Grundharmonischen abgestimmt ist. In außergewöhnlichen Fällen könnte man durch Parallelschaltung einer Kapazität zur Drossel bzw. an anderer geeigneter Stelle, die an und für sich schon sehr kleine Auswirkung der höheren Harmonischen noch mehr verkleinern, ein Fall, der jedoch im allgemeinen nicht notwendig sein dürfte.It cannot be entirely avoided that, apart from the first voltage harmonic, harmonics are also present in such a choke. With the present circuit however, the even harmonics completely disappear, and only the odd ones can remain. However, these are practically harmless because the field circle is on resonance is coordinated with the fundamental harmonic. In exceptional cases, you could by connecting a capacitance in parallel to the choke or at another suitable point, which in and of itself already very little impact of the higher harmonics downsize even more, a case which, however, will generally not be necessary should.

Durch die besondere Art der Schaltung wird weiter erreicht, daß die Grundharmonische des Wechselstromes, welche durch die Spulen m, und m2 fließt, nicht auf die Spule q, d. h. auf den Gleichstromkreis zurückwirkt. Grundsätzlich kann man auch die Rückwirkung der geradzahligen Harmonischen durch Einschalten einer Drossel im Gleichstromkreis beliebig klein halten.The special type of circuit also ensures that the fundamental harmonic of the alternating current, which flows through the coils m and m2, does not affect the coil q, ie the direct current circuit. In principle, the reaction of the even harmonics can also be kept as small as desired by switching on a choke in the direct current circuit.

Statt einer einzigen Spule kann man die Drossel beispielsweise auch nach Abb. 2 mit zwei Spulen q1 und q2 versehen, wobei die Wirkung im Prinzip identisch ist. Das gleiche gilt auch für die Ausführungen nach Abb. 3 und q.. Ebenso ist die Verwendung einer quer magnetisierten Drossel möglich, ohne daß sich am Wesen der Erfindung etwas ändert.Instead of a single coil, you can also use the choke, for example provided with two coils q1 and q2 according to Fig. 2, the effect being identical in principle is. The same also applies to the versions according to Fig. 3 and q .. The same is true Use of a transversely magnetized choke possible without affecting the essence of the Invention changes something.

Man hat in der oben geschilderten Anordnung also eine Bremsschaltung, bei der es ohne Anwendung von Kontakten möglich ist, die Phasenverschiebung zwischen Bremsstrom und Feld auf Null zu halten. Es ist auch ohne weiteres möglich, durch geeignete Schaltung für die Phasenverschiebung zwischen dem Bremsstrom und der Fahrleitungsspannung das gleiche zu erreichen. An Stelle der gezeichneten Kohlensäule kann man auch einen Wätzsektorregler verwenden oder einen konstanten Widerstand vorsehen, der ähnlich wie bei einem Tirrillregler dauernd kurzgeschlossen und geöffnet wird. Die Gleichstroms.teuerleitung ist, verglichen mit der Blindleistung der Drossel, außerordentlich klein und kann dem vorhandenen Lichtnetz des Fahrzeuges entnommen werden.In the arrangement described above, you have a braking circuit, where it is possible without the use of contacts to change the phase shift between Keep braking current and field at zero. It is also easily possible through suitable circuit for the phase shift between the braking current and the contact line voltage to achieve the same. Instead of the drawn coal column, you can also use one Use a wafer sector regulator or provide a constant resistance similar to this like with a Tirrill regulator it is continuously short-circuited and opened. The DC control line is, compared to the reactive power of the choke, extremely small and can can be taken from the existing lighting network of the vehicle.

Claims

P ATENT CLAIMS: i. Arrangement for regenerative braking of electric AC vehicles with shunted AC collector motor, in which in series with the field winding a capacitor and a variable in its inductance value Choke coils are connected, characterized in that a pre-magnetized with direct current Choke coil is used, the premagnetization of which depends on the Phase shift is regulated automatically.

2. Arrangement according to claim i, characterized characterized in that for the adjustment of the direct current generating the bias a coal pressure or rolling sector regulator is used.

3. Arrangement according to claims i and 2, characterized in that the drive system of the controller responds either to the phase shift between armature current and field current or to the phase shift between armature current and mains voltage. To distinguish the subject matter of the invention from the state of the art, the following publications were considered in the granting procedure: "Elektrotechnische Zeitschrift", 1938 , p. 85; German patents No. 679 263, 562 toi, 148 79 1 .