DE2447577C3

DE2447577C3 - Schaltung zur Verhinderung des Schlüpfens der Achsen von mehrmotorigen elektrischen Triebfahrzeugen

Info

Publication number: DE2447577C3
Application number: DE19742447577
Authority: DE
Inventors: Paul Dipl.-Ing. 6800 Mannheim Wegener
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1974-10-05
Filing date: 1974-10-05
Publication date: 1981-04-09
Also published as: DE2447577B2; FR2286722A1; AT343232B; FR2286722B1; DE2447577A1; CH591969A5; ATA758175A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Verhinderung des Schlüpfens der Achsen von mehrmotorigen elektrischen Triebfahrzeugen durch Vergleich der jeweils an den Ankern von in Reihe geschalteten Antriebsmotoren anliegenden Spannungen mittels eines Meßgliedes, wobei bei einer Abweichung der Spannungen voneinander ein Ausgangssignal auf eine Steuereinrichtung eines Schaltwerkes zur Steuerung des Drehmomentes der Antriebsmotoren in der Weise einwirkt, e>o daß einerseits der Schaltwerkantrieb stillgcset/i wird und andererseits ein das Motormoment bestimmendes Sollwertsignal für die Steuereinrichtung kontinuierlich verkleinert wird und nach Abklingen des Schlupfvorganges wieder auf den eingestellten Wert angehoben &'· wird. Eine solche Schaltung ist aus der Zeitschrift »Elektrische Bahnen« 1965, Seite 67 bis 69 bekannt. Ein Schlüpfen der Achsen tritt entweder als Schleudern beim Anfahren oder als Gleiten beim Bremsen auf, wenn die Antriebs- bzw. Bremskraft den Haftwert zwischen Rad und Schiene überschreitet

Die bekannte, dem Oberbegriff des Anspruches 1 zugrundeliegende Anordnung ist eine Gleitschutzeinrichtung. Bei dieser werden die Spannungen der beiden in Reihe geschalteten Motoren eines Drehgestelles über einen Gleichstromwandler verglichen. Der Sekundärteil des Gleichstromwandlers ist mit einer Gleitschutzeinrichtung verbunden. Im Falle eines Gleitvorganges geht die EMK des betreffenden Motors aufgrund des Drehzahlabfalles zurück, und über den Gleichstromwandler fließt ein Strom, welcher an dessen Ausgang ein Signal erzeugt, welches eine Erhöhung des Ankerstromistwertes vortäuscht, was gleichwertig mit einer Verminderung des Sollwertsignales für den Ankerstrom ist Gleichzeitig erfolgt auch eine Einwirkung auf die Einrichtung für den Fortlauf des Bremsschaltwerkes, womit ein Weiterlaufen des Bremsschaltwerkes verhindert wird. Für die Einstellung der Bremskraft ist ein stufenlos einstellbarer Sollwertgeber vorgesehen. Beim Gleiten einer Achse wird über den erwähnten Gleichstromwandler der Einfluß des Ankerstromistwertes verstärkt, so daß die Regelung zurückgestellt wird. Bei der bekannten Anordnung ist das auf die Gleitschutzeinrichtung wirkende Signal also abhängig von der Größe der Drehzahldifferenz.

In der DE-OS 20 55 921 ist beschrieben, daß eine auf einem Drehzahlvergleich beruhende Gleitschutzeinrichtung den Nachteil hat, daß der von Radpaar zu Radpaar der verschiedenen Achsen unterschiedliche Durchmesser berücksichtigt werden muß. Die Gleitschutzvorrichtung muß daher jedesmal dann neu eingestellt werden, wenn sich zu Folge der ungleichmäßigen Abnutzung der Radpaare der Durchmesser eines Radpaares in bezug auf den Durchmesser des anderen Radpaares geändert hat. Dieser Nachteil wird dort dadurch vermieden, daß nicht die Drehzahldifferenz selbst, sondern deren Differentialquotient als Gleitsignal verwendet wird. Hiermit ist zwar ein gutes Kriterium für den Beginn des Gleitvorgangs gegeben. Dauer und Beendigung des Gleitvorganges sind damit aber nicht exakt erfaßbar, weshalb ein Zeitglied vorgesehen ist, durch das die Erregung eines Gleitschutzrelais für eine vorbestimmte Verzögerungszeit aufrechterhalten wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Vorteil der aus der DE-OS 20 55 921 bekannten Einrichtung zur Bildung des Differentialquotienten der Drehzahldifferenz bei der eingangs erwähnten Anordnung anzuwenden, ohne jedoch auf die Vorteile der eingangs erwähnten Anordnung (Elektrische Bahnen 1965) zu verzichten, die in der Auswertung der Drehzahldifferenz selbst liegen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß an die Ankeranschlüsse der Antriebsmotoren über Widerstände zwei mit umgekehrtem Wickelsinn geschaltete Eingangswicklungen eines Differenziertransformators angeschlossen sind und daß an einer Ausgangswicklung des Differenziertransformators ein Schwellwert- und Betragsbildner und an diesen eine Integrierstufe angeschlossen ist, an deren Ausgang das Ausgangssignal zur Beeinflussung der Steuereinrichtung abgenommen ist, das im Ruhezustand als eine definierte maximale Spannung ansteht, welche bei einem am Eingang der Integrierstufe anstehenden Signal in Abhängigkeit von dessen Größe bis auf den Wert Null verkleinert wird, wobei die Steilheit der

Änderung des Ausgangssignals von der Amplitude und die Größe des Ausgangssignals von dem Produkt aus Amplitude und Dauer des Eingangssignales abhängig ist

Durch die Differentiation der Differenz der den <-, Motordrehzahlen proportionalen Spannungen mit anschließender Integration wird ein abgeleiteter Spannungsdifferenzwert erhalten, der für rasch veränderliche Vorgänge nach wie vor den auftretenden Drehzahldifferenzen entspricht der aber auf die durch unterschiedlich« Raddurchmesser bedingten Drehzahldifferenzen nicht reagiert Durch den erwähnten Schwellwertbildner bleiben langsame Änderungen der Drehzahldifferenz unberücksichtigt

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß an die Integrierstufe ein Komparator angeschlossen ist durch welchen sowohl beim Fahrbetrieb als auch beim Bremsbetrieb im Falle eines Schleudervorganges bzw. eines Gleitvorganges die Stillsetzung der Steuereinrichtung des Schaltwerkes erfolgt

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß zur Schwellwertbildung, Betragsbildung und Integration ein einziger Operationsverstärker vorgesehen ist

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ergibt sich aus der folgenden Beschreibung. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Gleitschutzeinrichtung nach der Erfindung und

F i g. 2 ein Schaltbild der an die dritte Wicklung eines in der Fig. 1 enthaltenen Differenziertransformators w angeschlossenen Einrichtung.

Im Blockschaltbild Fig. 1 sind mit 11 und 12 zwei in Reihe geschaltete Gleichstrommotoren und mit 21 und 22 zwei mit den Ankeranschlüssen der Motoren über Vorwiderstände 111 bzw. 121 verbundene Eingangs- J5 wicklungen eines Differenziertransformators 2 bezeichnet. An eine Ausgangswicklung 23 des Differenziertransformators ist ein als Filter und Verstärker dienendes Bauelement 3 angeschlossen. Ein an dieses Bauelement angeschlossener Schwellwert- und Betragsbildner ist mit 4 bezeichnet. An den Ausgang des Schwellwert- und Betragsbildners 4 ist eine Integrierstufe 5 angeschlossen, deren Ausgang mit einem Komparator 6 und mit dem einen Eingang einer Bremswertreduzierstufe 9 verbunden ist Am zweiten Eingang der Bremswertreduzierstufe 9 ist ein Bremssollwertgeber 8 angeschlossen. Am Ausgang der Bremswertreduzierstufe 9 ist eine Bremsstsuereinrichtung 10 angeschlossen. An dieser steht normalerweise der vom Sollwertgeber 8 vorgegebene Bremssollwert so an. Er wird im Falle des Gleitens je nach der Intensität des Gleitvorganges mehr oder weniger stark herabgesetzt und der Bremssteuereinrichtung zugeführt. Die Bremssteuereinrichtung wirkt nach Maßgabe des Bremssollwertes auf ein nicht gezeigtes Schaltwerk einer elektro-dynamischen Bremse für die Fahrmotoren ein.

Am Komparator 6 ist eine Stillsetzeinrichtung 7 für das Schaltwerk angeschlossen. Diese unterbricht bei einem Absinken der Ausganssspannung der Integrier- bo stufe 5 durch ein Sign: i ^e Weiterschaltung des Schaltwefkantri^bes.

Bei Auftreten eines Gleitvorganges wirkt die Schaltung nach der Erfindung in folgender Weise:

Die Ankerspannungen der beiden in Reihe geschalteten Gleichstrommotoren 11 und 12 eines Drehgestelles werden über die Vorwiderstände 111 und 121 den gegeneinandergeschalteten Eingangswicklungen 21, 22 des Differenziertransformators 2 zugeführt Da beide Ankerspannungen normalerweise gleich sind, wird in der Ausgangswicklung 23 des Differenziertransformators nur dann eine Spannung induziert, wenn im zeitlichen Anstieg oder Absinken der beiden Ankerspannungen eine Differenz auftritt Es wird also der

Wert -5J— als Kriterium für ein Gleiten erfaßt Die di

Ausgangsspannung des Differenziertransformators wird in der folgenden Schaltungsanordnung nach Amplitude und Zeitdauer ausgewertet

Das bei einem Gleitvorgang vom Transformator kommende Signal wird zunächst im Filterglied 3 gefiltert und verstärkt Die Verstärkung ist dabei so eingestellt daß erst nach Überschreiten einer bestimmten Ansprechschwelle im Schwellwertbildner 4 eine Auswertung wirksam wird. Im Schwellwertbildner 4 ist weiter eine Betragsbildung eingebaut, so daß die Auswertung unabhängig vom Vorzeichen des erfaßten Signals ist Der Beginn eines Gleitvorganges an jedem der beiden Motoren ergibt somit das gleiche Signal.

Als nächste Stufe ist die Integrierstufe 5 vorgesehen, welche im Ruhezustand eine definierte maximale Spannung abgibt Durch das auszuwertende Signal wird im Falle eines Gleitvorganges diese Spannung kontinuierlich gegen Null geführt wobei die Steilheit von der Amplitude und die Höhe der verbleibenden Spannung sowohl von der Amplitude als auch von der Dauer dieses Signals abhängt Ist kein Signal vom Differenziertransformator mehr vorhanden, steigt die Ausgangsspannung der Integrierstufe wieder kontinuierlich auf ihren Maximalwert. Die Anstiegszeit ist einstellbar.

Die Ausgangsspannung der Integrierstufe 5 wirkt in der Bremswertreduzierstufe 9, an deren zweiten Eingang der Bremssollwertgeber 8 angeschlossen ist, auf den Bremssollwert im Sinne einer Herabsetzung dieses Wertes ein. Der Sollwert für die elektrische Bremse wird dabei kontinuierlich zurückgenommen und nach Verschwinden des Signals vom Differenziertransformator mit der eingestellten Anstiegszeit der Integrierstufe wieder hochgeführt.

Die Ausgangsspannung der Integrierstufe 5 wirkt weiterhin auf dem Komparator 6, welcher bei Unterschreiten des vorherigen Maximalwertes ein Signal abgibt. Dadurch wird der Befehl für die Weiterschaltung der Steuereinrichtung des Schaltwerkes für die elektrodynamische Bremse der Fahrmotoren unterbrochen. Bei Wiedererreichen des Maximalwertes der Spannung der Integrierstufe 5 kippt der Komparator unmittelbar in seine Ausgangslage zurück, das Signal verschwindet, so daß eine Weiterschaltung des Schaltwerkes bei Anstehen eines entsprechenden Signales erfolgt.

Die gleiche Einrichtung läßt sich auch bei einer Fahrsteuerung anwenden, wobei die Ausgänge der Schaltungsanordnung auf die entsprechenden Steuerungselemente der Fahrsteuerung wirken.

In F i g. 2 ist ein Beispiel eines Prinzipschaltbildes entsprechend dem Blockschaltbild F i g. 1 dargestellt. Der Ausgangswicklung 23 des Differenziertransformators 2 ist ein Siebglied 31, welches in üblicher Weise aus Widerständen und Kondensatoren aufgebaut ist, nachgeschaltet, womit eine Ausfilterung von Störsignalen erfolgt. An das Siebglied 31 ist ein Verstärker 32 angeschlossen, dessen Verstärkungsfaktor durch Beschaltungswiderstände 33 und 34 einstellbar ist. Ein weiterer Verstärker 51 ist so geschaltet, daß er die Schwellwertbildung, die Betragsbildung und die Integra-

tion der Stufen 4 und 5 in sich vereinigt. Die Ansprechschwelle ist durch die Schwellenspannung der Dioden 42 und 43 und die am Potentiometer 41 eingestellte Vorspannung gegeben. Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 32 ist mit Rücksicht darauf zu wählen.

Die Dioden 42 und 43 dienen dadurch, daß die eine dem invertierenden und die andere dem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 51 zugeordnet ist, gleichzeitig zur Betragsbildung. Die Zeitkonstante der Integrierstufe 5 ist durch einen Kondensator 52 in der Gegenkopplung und Widerstände 53,54,55 am Eingang des Verstärkers 51 bestimmt. Durch die am Trimm-Potentiometer 41 eingestellte negative Vorspannung weist die Ausgangsspannung des Verstärkers 51 im Ruhezustand einen durch eine Zenerdiode 56 begrenzten Maximalwert auf. Kommt nun vom Verstärker 32 eine ausreichend hohe Spannung, so wird diese von der eingestellten Vorspannung subtrahiert und bewirkt,

wenn sie betragsmäßig größer ist als die Vorspannung, ein Absinken der Ausgangsspannung des Verstärkers 51. Dies geht um so schneller, je höher die auszuwertende Spannung ist. Ist kein Signal vom Differenziertransformator mehr vorhanden, ist die Ausgangsspannung des Verstärkers 32 wieder Null und die Ausgangsspannung des Verstärkers 51 steigt wieder an, wobei die Anstiegsgeschwindigkeit durch das Potentiometer 41 bestimmt ist.

An dem Verstärker 51 ist der Komparator 6 für die Erzeugung des Signals zum Festhalten des Schaltwerkes angeschlossen.

An den Verstärker 51 ist weiter über eine weitere Diode 92 ein Verstärker 91 angeschlossen. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 51 wirkt dann begrenzend auf die den Bremssoiiwert darstellende Eingangsspannung Ue ein, womit diese auf den für die elektrische Bremse wirksamen Sollwert reduziert wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltung zur Verhinderung des Schlüpfens der Achsen von mehrmotorigen elektrischen Triebfahrzeugen durch Vergleich der jeweils an den Ankern von in Reihe geschalteten Antriebsmotoren anliegenden Spannungen mittels eines Meßgliedes, wobei bei einer Abweichung der Spannungen voneinander ein Ausgangssignal auf eine Steuereinrichtung eines Schaltwerkes zur Steuerung des Drehmomentes der Antriebsmotoren in der Weise einwirkt, daß einerseits der Schaltwerkantrieb stillgesetzt wird und andererseits ein das Motormoment bestimmendes Sollwertsignal für die Steuereinrichtung kontinuierlich verkleinert wird und nach Abklingen des Schlupfvorganges wieder auf den eingestellten Wert angehoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß an die Ankeranschlüsse der Antriebsmotoren (11,12) über Widerstände (111, 121) zwei mit umgekehrtem Wickelsinn geschaltete Eingangswicklungen (21,22) eines Differenziertransformators (2) angeschlossen sind und daß an einer Ausgangswicklung (23) des Differenziertransformators (2) ein Schwellwert- und Betragsbildner (4) und an diesen eine Integrierstufe (5) angeschlossen ist, an deren Ausgang das Ausgangssignal zur Beeinflussung der Steuereinrichtung abgenommen wird, das im Ruhezustand als eine definierte maximale Spannung ansteht, welche bei einem am Eingang der Integrierstufe (5) anstehenden Signal in Abhängigkeit von dessen Größe bis auf den Wert Null verkleinert wird, wobei die Steilheit der Änderung des Ausgangssignals von der Amplitude und die Größe des Ausgangssignals von dem Produkt aus Amplitude und Dauer des Eingangssignales abhängig ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Integrierstufe (5) ein Komparator (6) angeschlossen ist, durch welchen sowohl beim Fahrbetrieb als auch beim Bremsbetrieb im Falle eines Schleudervorganges bzw. eines Gleitvorganges die Stillsetzung der Steuereinrichtung (7) des Schaltwerkes erfolgt.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schwellwertbildung, Betragsbildung und Integration ein einziger Operationsverstärker vorgesehen ist.

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