DE2908270A1

DE2908270A1 - Heavy rail vehicle drive - uses rotating electrical motors supplied from single converter together with motor regulation circuits for maintaining torque

Info

Publication number: DE2908270A1
Application number: DE19792908270
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-03-02
Filing date: 1979-03-02
Publication date: 1980-09-11

Abstract

The drive has the electric motors (MI, MII) coupled via a single converter circuit to a trackside or overhead supply line, or to an onboard diesel generator (G). The converter has 3-phase bridge (I, I', II, II') supplying the base frequencies (fI, fII) for each of the motors. (MI, MII). Theree-phase bridges (III, III') supply additional circuits (ZI, ZII) associated with each of the motors (MI, MII) to modify its voltage or current. The motor (MI, MII) then operates with allowable losses to maintain full magnetic flux and therefore the full motor torque. Pref. the additional circuits (ZI, ZII) are supplied with a compound frequency dependant on that supplied to the different motors (MI, MII). Each may employ triacs or anti-parallel thyristors together with a choke and/or capacitor.

Description

Fahrzeugantrieb mit mehreren elektrischen DrehfeldmaschinenVehicle drive with several electrical induction machines

Die Erfindung betrifft Fahrzeugantriebe mit mehreren elektrischen Drehfeldmaschinen (z. B. bei Achs-, Ketten- oder Einzelradantrieb, insbesondere für Schwer- und Schwerstfahrzeuge), die ihre Energie von einer bordeigenen Energiequelle (z B. durch Brennkraftmaschinen angetriebener Generator und/oder einem bordeigenem Energiespeicher) und/oder von einer außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Stromquelle bei Speisung über Fahrdraht Schleifleitungen, Schleppkabel o. A. beziehen.The invention relates to vehicle drives with several electrical ones Rotary field machines (e.g. with axle, chain or single wheel drive, in particular for heavy and very heavy vehicles) that get their energy from an on-board energy source (e.g. generator driven by internal combustion engines and / or an on-board Energy storage) and / or from a power source located outside the vehicle when supplied via contact wire, obtain conductor rails, trailing cables or similar.

Es ist bekannt, daß der elektrische Antrieb von schienengebundenen oder nicht schienengebundenen Fahrzeugen mit mehreren (d. h. dezentralisierten), vorzugsweise bürstenlosen und daher wartungsarmen Drehfeldmaschinen beträchtliche technische Vorteile bieten kann gegenüber dem herkömmlichen Zentralantrieb (z. B. durch Dieselmotor, Gasturbine etc.) mit mechanischen Kraftübertragungsgliedern wie Kardanwellen, Differentialen etc. An letzteren treten mit wachsenden Antriebsleistungen und -drehmomenten insbesondere bei Schwerfahrzeugen die mechanischen Probleme (Torsion, Verschleiß usw.) immer mehr in den Vordergrund. Bei Überschreiten gewisser Längen- und/ oder Leistungsgrenzen stellt der dezentralisierte Elektroantrieb die praktikabelste und oft auch einzige Antriebsmöglichkeit dar.It is known that the electric drive of rail-bound or non-rail vehicles with multiple (i.e. decentralized), preferably brushless and therefore low-maintenance induction machines considerable can offer technical advantages compared to the conventional central drive (e.g. by diesel engine, gas turbine etc.) with mechanical power transmission elements such as Cardan shafts, differentials, etc. The latter occur with increasing drive power and torques, especially in heavy vehicles, the mechanical problems (torsion, Wear and tear etc.) more and more in the foreground. When exceeding a certain length and / or performance limits, the decentralized electric drive is the most practical and often the only possible drive.

Der Einsatz von Drehfeldmaschinen erfordert für einen verlustarmen Betrieb eine Speisung mit elektrischer Energie, deren Grundfrequenz der jeweils gewünschten Drehzahl und dem gewünschten Drehmoment kontinuierlich angepaßt werden muß. Diese Frequenzeinstellung erfolgt in der Regel über einen Zwischenkreis- oder Direktumrichter. Bei unterschiedlich großen Raddurchmessern (z. B. bei ungleichem Verschleiß oder unterschiedlicher Achslast bei luftbereiften Schwerfahrzeugen) sowie bei Kurvenfahrten (z. B. bei Einzelradantrieb) treten antriebsseitig unvermeidbare Drehzahldifferenzen auf. Diese bedingen für einen verlustarmen Betrieb mehrerer Drehfeldmaschinen bis zum vollem Drehmoment eine getrennte Speisung der einzelnen Maschinen mit unterschiedlichen Frequenzen durch mehrere Zwischenkreis-oder Direktumrichter. Dadurch erhöht sich der Aufwand an Gewicht, Volumen und vor allem der Kosten beträchtlich. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufwand insbesondere für die kostenintensiven Umrichter zur verlustarmen Speisung der Drehfeldmaschinen mit in der Regel unterschiedlichen Frequenzen zu verringern.The use of induction machines requires low-loss Operation of a supply of electrical energy, the basic frequency of which is the respective desired speed and torque can be continuously adapted got to. This frequency setting is usually done via an intermediate circuit or Direct converter. If the wheel diameters differ (e.g. if the wheel diameter is not the same) Wear or different axle loads for heavy vehicles with pneumatic tires) as well as when cornering (e.g. with single-wheel drive), unavoidable bumps occur on the drive side Speed differences. These require several for low-loss operation Rotary field machines up to full torque a separate supply of the individual Machines with different frequencies through several intermediate circuit or direct converters. This increases the effort in terms of weight, volume and, above all, costs considerably. The invention is based on the task of reducing the effort in particular for the cost-intensive Converters for low-loss powering of the induction machines with usually different Decrease frequencies.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sämtliche Drehfeldmotoren im wesentlichen aus nur einem Umrichter derart gespeist werden daß ihre Spannungs- bzw. Strornversorgung durch aufwandsarme Zusatzglieder so modifiziert wird, daß die erforderlichen Frequenz- und Drehzahlunterschiede der einzelnen Fahrmotoren möglichst verlustarm für die volle Magnefluß-und damit die volle Drehmomentenerzeugung eingestellt werden können.This object is achieved according to the invention in that all rotating field motors are essentially fed from just one converter in such a way that their voltage or power supply is modified by low-cost additional links that the required frequency and speed differences of the individual traction motors With as little loss as possible for the full magnetic flux and thus the full torque generation can be adjusted.

Der Aufwand an Halbleiterelementen kann nochmals bis auf zwei Drittel des ursprünglichen Aufwandes verringert werden, wenn anstelle des üblichen dreiphasigen Drehstromsystems die Bordnetzanlage als Zweiphasensystem ausgeführt wird.The cost of semiconductor elements can again be up to two thirds the original effort can be reduced if instead of the usual three-phase Three-phase system, the on-board power supply system is designed as a two-phase system.

Die erfindungsgemäß erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß statt einer Vielzahl von aufwendigen Umrichtern, die kostenmäßig ein Mehrfaches des Maschinenpreises betragen können, nur ein Umrichter verwendet wird. Hieraus ergibt sich neben einer beträchtlichen Kostenersparnis gleichzeitig eine in der Fahrzeugtechnik besonders wichtige Gewichts- und Volumenersparnis. Der Aufwand für die erwähnten Zusatzglieder ist demgegenüber gering. Einen weiteren erheblichen Vorteil bietet die Möglichkeit der Erzeugung des vollen Motormomentes, die Verlustarmut und die Möglichkeit zur Nutzbremsung d. h. teilweiser Energierückgewinnung z. B. für Zwischenspeicherung der Bremsenergie oder - soweit vorhanden - Rücklieferung der Energie ins Netz. In Figur 1 und 2 ist die Erfindung beispielsweise dargestellt: Figur 1 zeigt erfindungsgemäß die Speisung beider Fahrmotoren MI und MII über nur einen Umrichter (hier z. B. ein Direktumrichter), der seine elektrische Energie beispielsweise aus einem (lastabhängig in der Drehzahl und damit in der Frequenz fyvariierenden) Generator G erhält, der an Bord des Fahrzeugs z. B. von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird. Hierbei können beispielsweise die Drehstrombrücken I und I t die Grundfrequenzftfür den Fahrmotor MI erzeugen, die Drehstrombrücken II und II' desselben einzigen Direktumrichters die Grundfrequenz ft für den Fahrmotor MII. Die verbleibende dritte Drehstrombrücke III und III t desselben Direktumrichters erzeugen ein Frequenzgemisch (z. B. als Summe zweier Kurven der beiden Grundfrequenzen t und i!, aus dem die Zusatzglieder Z1 und Z11 (Zt B. Triacs oder gegenparallele Thyristoren, ggfs in Verbindung mit einem geeigneten Energie speichern wie Drossel und/oder Kondensator) in je einer Zuleitung die für den betreffenden Motor MI erforderliche Frequenz fI bzw. für MII die Frequenz fII heraussieben. Als "Siebglied" undXoder ggfs. Energiespeicher kann auch der Motor selbst beispielsweise durch entsprechende Bewicklung herangezogen werden5 so daß im günstigsten Fall auf die Zusatzglieder ZIß ZII verzichtet werden könnte.The advantages achieved according to the invention are in particular: that instead of a large number of expensive converters, the cost is a multiple of the machine price, only one converter is used. From this In addition to considerable cost savings, there is also one in the Vehicle technology particularly important weight and volume savings. The effort for the additional links mentioned are low in comparison. Another significant one The advantage offers the possibility of generating the full engine torque, the low loss and the possibility of regenerative braking d. H. partial energy recovery z. B. for intermediate storage of braking energy or - if available - return delivery the energy into the network. In Figures 1 and 2, the invention is shown, for example: According to the invention, FIG. 1 shows the feeding of both traction motors MI and MII via only a converter (here e.g. a direct converter) that uses its electrical energy for example from a (load-dependent in the speed and thus in the frequency fyvariierenden) generator G receives on board the vehicle z. B. from an internal combustion engine is driven. Here, for example, the three-phase bridges I and I t can die Generate base frequency ft for the traction motor MI, the three-phase bridges II and II 'of the same single direct converter the basic frequency ft for the traction motor MII. The remaining third three-phase bridge III and III t of the same direct converter generate a frequency mixture (e.g. as the sum of two curves of the two basic frequencies t and i !, from which the Additional links Z1 and Z11 (e.g. triacs or counter-parallel thyristors, possibly in connection with a suitable energy store such as choke and / or capacitor) the frequency fI required for the relevant motor MI in each of a supply line or filter out the frequency fII for MII. As a "sieve element" and X or, if necessary, energy storage the motor itself can also be used, for example by means of appropriate winding are5 so that in the best case, the additional links ZIß ZII are dispensed with could.

Figur 2 zeigt erfindungsgemäß die Speisung der in diesem Beispiel zweiEhasig bewickelten Fahrmotoren aus einem Zweiphasengenerator G, wobei die Wechselstrombrücken I und I' beispielsweise den Fahrmotor MI mit der Grundfrequenz f1 und die Brücken II und II' den Fahrmotor MII mit der Grundfrequenz fII versorgen Als Zusatzglied ZIII erzeugen in diesem Fall die beiden Wechselstrombrücken III und III? beispielsweise wiederum ein Frequenzgemisch, aus dem in der wie bei Fig; 1 beschriebenen Weise die von den Fahrmotoren MI bzw, MII benötigten Frequenzen fI bzw. f11 selektiert werden.According to the invention, FIG. 2 shows the feeding of the in this example two phase-wound traction motors from a two-phase generator G, the AC bridges I and I ', for example, the traction motor MI with the basic frequency f1 and the bridges II and II 'supply the traction motor MII with the basic frequency fII As an additional element ZIII in this case produce the two AC bridges III and III? for example again a frequency mixture, from which in the as in Fig; 1 described way the frequencies fI and f11 required by the traction motors MI and MII are selected will.

Figur 3 zeigt erfindungsgemäß die Speisung zweiphasig bewickelter Fahrmotoren aus einem Zweiphasengenerator G, wobei wiederum die Wechselstrombrücken I und I' den Fahrmotor MI mit der Grundfrequenz f1 und die Brücken II und II' den Fahrmotor MII mit der Grundfrequenz fII versorgen. Zusätzliche Wechselstrombrücken (vgl. III und III') können in diesem Fall erfindungsgemäß dadurch eingespart werden und entfallen, daß die (Neben-)Wicklungen beispielsweise nach der bekannten Art der Hilfswicklung von Einphasenmotoren über zusätzliche ohmsche/induktive/kapazitive Widerstände an die von der jeweiligen Grundfrequenz fI bzw. fII gespeiste (Haupt-) Wicklung angeschlossen werden. Die zur Drehfelderzeugung über den gesamten Drehzahl- und damit Frequenzbereich erforderliche laufende Anpassung dieser Widerstände an den Jeweiligen Betriebszustand der Fahrmotoren kann durch Taktung der Widerstände mittels Triacs bzw. antiparalleler Thyristoren o. A. erfolgen.According to the invention, FIG. 3 shows the feeding of two-phase wound Traction motors from a two-phase generator G, in turn the AC bridges I and I 'the traction motor MI with the basic frequency f1 and the bridges II and II' den Supply the travel motor MII with the basic frequency fII. Additional AC bridges (cf. III and III ') can be saved in this case according to the invention and omitted that the (secondary) windings, for example, according to the known art the auxiliary winding of single-phase motors via additional ohmic / inductive / capacitive Resistances to the (main) supplied by the respective fundamental frequency fI or fII Winding can be connected. The generation of rotating fields over the entire speed and thus the frequency range required ongoing adaptation of these resistances the respective operating status of the traction motors can be determined by clocking the resistors by means of triacs or anti-parallel thyristors or similar.

Eine weitere - hier im einzelnen nicht dargestellte - erfindungsgefäße Variante stellt der Anschluß der HilSswicklung, die wiederum mit den vorstehend beschriebenen getakteten Widerständen verbunden ist, unmittelbar an den Bordgenerator statt an die (Haupt-)Wicklung dar, Die Taktung der Widerstände muß in diesen Fall so erfolgen, daß die in den (Neben-) Wicklungen fließenden Wechselströme mit der betreffenden Grundfrequenz f1 bzw. fII moduliert werden.Another - not shown here in detail - inventive vessels Variant is the connection of the HilSswicklung, which in turn with the above clocked resistors described is connected directly to the on-board generator instead of the (main) winding, the timing of the resistors must in this case take place so that the alternating currents flowing in the (secondary) windings with the relevant fundamental frequency f1 or fII are modulated.

Schließlich können die Wicklungen der Fahrmotoren so gestaltet und bemessen werden daß die vorstehend genannten ohmschen und/ oder induktiven Widerstände ganz oder teilweise entfallen können und/oder die (Neben- bzw. Hilfs) Wicklungen ggfs. wieder über Triacs oder antiparallele Thyristoren an die betreffende Umrichterbrücke oder an den Bordgenerator o. A. angeschlossen werdenFinally, the windings of the traction motors can be designed as well be dimensioned that the aforementioned ohmic and / or inductive resistances can be wholly or partially omitted and / or the (secondary or auxiliary) windings if necessary again via triacs or anti-parallel thyristors to the relevant converter bridge or connected to the on-board generator or similar

Claims

Claims are vehicle drive by several electrical induction machines characterized in that these electric travel drives (e.g. axle, chain or single wheel drive machines) via only one direct or intermediate circuit converter from an on-board or contact wire feeding power supply through an or several low-cost additional devices are fed in a modified manner5 so that the im Driving operation unavoidable speed or frequency differences of the individual traction motors Can be set with as little loss as possible, so that each motor largely with full magnetic flux (rotating field) and thus operated with full torque can.

2. Vehicle propulsion by several electric induction machines Claim 1 characterized5 that to further reduce the semiconductor costs the induction machines and the associated converters as a two-phase system instead the otherwise common three-phase three-phase system.

3. Vehicle propulsion by several electric induction machines Claim 1 and 2, characterized in that a semiconductor bridge of the converter the one (main) winding of the first drive motor adapted to its speed The base frequency feeds, the second converter bridge feeds the (main) winding of the second Drive motor with the other basic frequency adapted to its own speed while a suitable additional device feeds the remaining (secondary) windings feeds both engines with a mixture of both basic lubricants, from which means suitable additional elements, the fundamental frequency component belonging to each motor is filtered out can be.

4. Vehicle propulsion by several electric induction machines Claim 1 to 3, characterized in that the (secondary) windings of the traction motors (z £ B. on the type of auxiliary windings) via an ohmic resistor and / or capacitor and / or choke to the associated main winding of each with its matched Frequency-fed traction motor can be connected, with ongoing adjustment of the resistances mentioned to the base frequencies which are variable with the speed Clocking by means of triacs or anti-parallel thyristors or the like. success can, by this the generation of a rotating field via the entire speed range and thus ensures low-loss operation of all traction motors. According to this claim As a further saving, the additional device (s) for generating the mixture are omitted the different drive motor frequencies.

5. Vehicle propulsion by several electric induction machines Claim 1 to 4, characterized in that the (secondary or auxiliary) windings possibly again with additional elements such as ohmic and / or inductive or capacitive Resistances via triacs or anti-parallel thyristors or similar

d i r e c t to the power source (e.g. on-board generator) instead of the relevant semiconductor bridge are connected5 with the triacs etc. correspondingly the respective basic frequency of the relevant traction motor are to be clocked in a modulated manner; the motor windings can also be designed so that the above-mentioned additional links can be partially or completely omitted.

6. Fahr2eugantrieb by several electrical induction machines Claim 1 to 5, characterized in that when braking the vehicle in the Usually different (but in exceptional cases also the same) basic frequencies of the Driving machines are lowered in such a way5 that regenerative braking is carried out as required Braking torque, if necessary, takes place in a suitable on-board energy storage device.