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Gleichstrommotorsteuerung mit elektrischem Schalter Steuerbare Gleichstrommotoren werden vor allem benötigt für Gleichstrom-Traktionsfahrzeuge. Gewöhnlich erfolgt die Steuerung eines Gleichstrommotors durch Einschalten von Vorwiderständen in dessen Ankerstromkreis oder durch Verändern des Erregerfeldes.
Für Traktionszwecke werden vorwiegend Hauptschlussmotoren verwendet. Nebenschlussmotoren wurden bisher wegen ihrer schlechten Anpassungsfähigkeit an Verhältnisse, wie sie bei elektrischer Traktion vorliegen, kaum eingesetzt, obschon Motoren mit Nebensc'hlussverhalten zum Beispiel beim Erfordernis konstanter Drehzahl des Motors oder konstanter Geschwindigkeit des Fahrzeuges vorteilhaft wären. Nachteilig bei der Steuerung von Gleichstrommotoren mit Vorwiderständen sind vor allem die in den Vorwiderständen entstehenden Verluste.
Es ist bekannt, die mittlere an einer Belastung wirkende Gleichspannung dadurch zu verändern, dass diese periodisch an die Belastung angeschaltet wird, zum Beispiel mit Hilfe eines elektronischen Schalters. Das Verhältnis der Einschaltdauer dieses Schalters zu dessen Ausschaltdauer bestimmt die mittlere Gleichspannung an der Belastung. Die Steuerung von Gleichstrommotoren kann demnach auch auf diese Art vorgenommen werden. Sehr geeignet für solche elektronische Schalter sind Halbleiter, die gewöhnlich steuerbare Dioden genannt werden, da diese Elemente grosse Ströme leiten und hohe Sperrspannungen aufnehmen können.
Diese steuerbaren Dioden werden durch einen Zündimpuls an einer Steuerelektrode vom sperrenden in den leitenden Zustand gebracht. Zum Wiederherstellen des sperrenden Zustandes benötigen diese Halbleiter eine Löschschaltung, die eine kurzzeitige Umkehr der Polarität der Spannung am Halbleiter bewirkt. Eine solche Löschschaltung besteht beispielsweise aus einer der steuerbaren Diode parallel ge- schalteten Reihenschaltung eines Kondensators und einer zweiten steuerbaren Diode. Das Zünden der einen steuerbaren Diode bewirkt das Löschen der anderen.
Zur Aufladung benötigt der Kondensator an seinen beiden Anschlüssen je eine Stromzuführung. Die eine Stromzuführung ist gewöhnlich der Belastungskreis des elektronischen Schalters. Damit der Kondensator genügend geladen wird und der Löschvorgang gewährleistet ist, muss die Spannung an der sperrenden steuerbaren Diode einen genügend grossen Wert erreichen. Wenn nun als Belastung eines mit steuerbaren Dioden ausgerüsteten elektronischen Schalters der erwähnten Art ein Gleichstrommotor, insbesondere ein Nebenschluss- oder fremderregter Motor wirkt, so hat die am rotierenden Motoranker auftretende Spannung einen störenden Einfluss auf das richtige Arbeiten des Schalters.
Indem diese Ankerspannung der speisenden Gleichspannung entgegenwirkt, verhindert sie eine genügende Aufladung des Löschkondensators und beeinträchtigt so den Löschvorgang.
Dieser Nachteil wird durch die erfindungsgemässe Gleichstrommotorsteuerung vermieden, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Diode mit dem Motor in Reihe liegt, und dass ein zweiter Strompfad auf die Verbindung des Kondensators mit der ersten steuerbaren Diode führt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Schaltbild einer Gleichstrommotorsteuerung mit dem Halbleiterschalter.
Gemäss dem Schaltbild Fig. 1 besteht eine Gleich- strommotorsteuerung aus einer ersten (H1) und einer zweiten (H2) steuerbaren Diode, deren eine Elektrode an den gleichen Pol (E2) einer Speisespannungsquelle Q angeschlossen ist, während die andere Elektrode der ersten steuerbaren Diode über einen Kondensator
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C mit der gleichartigen Elektrode der zweiten verbunden ist.
Beide Belege des Kondensators sind über je einen Widerstand (R1, R2) mit einem Pol einer Ladespannungsquelle verbunden, während der andere Pol dieser Quelle an die direkt miteinander verbundenen Elektroden der steuerbaren Dioden angeschlossen ist. Als Ladespannungsquelle wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Speisespannungsquelle Q benützt. Die Reihenschaltung von Motor M und Diode Dl ist einerseits an der Verbindung der steuerbaren Diode Hl mit dem Kondensator C, anderseits am anderen Pol (El) der Speisespannungsquelle Q angeschlossen.
Der Motorstrompfad M besteht aus dem Motoranker A und einer Induktivität L, in der die Anker- induktivität und die Induktivitäten von eventuell vorhandenen Wendepol- und Hauptschlusswicklungen zusammengefasst sind. Die Feldwicklungen F können im Nebenschluss an den Motor M oder direkt an die Spannungsquelle Q angeschlossen oder auch fremd erregt sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind sie direkt an die Quelle Q angeschlossen. Zur Zündung der steuerbaren Dioden ist ein Impulsgeber IG vorhanden.
Die Wirkungsweise dieser Schaltung wird im folgenden erläutert. An die Steuerelektroden 1 und 2 werden abwechslungsweise durch Impulsgeber Zünd- impulse gegeben. Dadurch werden die Dioden Hl und H2 abwechslungsweise gezündet. Wenn die Diode Hl gezündet ist und H2 sperrt, so fliesst der Motorstrom durch die Diode Dl und die steuerbare Diode Hl. Diese beiden Dioden haben einen vernachlässig- baren Spannungsabfall. Der Kondensator C ist über den Widerstand R2 aufgeladen. Wenn der Steuerimpuls an der Elektrode 2 erscheint, wird die steuerbare Diode H2 gezündet.
Die Spannung des Kondensators C liegt nun über Hz an der steuerbaren Diode Hl, jedoch wirkt sie an Hl in Sperrichtung, so dass Hl gelöscht wird. Der Motorstrom fliesst nun zunächst durch den Kondensator C und die Diode H2, und C und wird umgeladen. Bei grosser gespeicherter Energie in der Induktivität L kann der Kondensator C auf einen sehr grossen Spannungswert aufgeladen werden, der für die Diode Hl schädlich sein kann. Um dies zu verhindern, kann es zweckmässig sein, dem Motor M eine Diode D2 parallelzuschalten.
Diese Diode bewirkt, dass der Motorstrom, nachdem der Kondensator C auf die Quellenspannung U aufgeladen ist, sich über Dz im Motorstromkreis ausgleicht. Die Diode D2 bewirkt eine Spannungsbegrenzung an der steuerbaren Diode Hl, indem die Spannung an C und damit auch an Hl nicht über die Speisespannung U hinaus anwachsen kann. Dazu ergibt sich aus dem Stromausgleich über D2 der weitere Vorteil, dass die in der Motorinduktivi- tät L magnetisch gespeicherte Energie über den Motor als nutzbare mechanische Antriebsenergie abgegeben wird.
Nach Rückgang des Motorstroms auf Null würde sich ohne Vorhandensein der Diode Dl die Spannung am Kondensator auf die Differenz von Speisespannung U und Ankerspannung U9 einstellen, und der Kondensator wäre für den Löschvorgang ungenügend geladen. Dies wird verhindert durch die Diode Dl und den Strompfad, in welchem der Widerstand R1 liegt. über diesen Strompfad wird bei sperrender Diode Hl der Kondensator C voll aufgeladen. Die Diode Dl wird bei geladenem Kondensator in Sperrichtung vorgespannt und verhindert dadurch die unerwünschte Einwirkung der Ankerspannung auf den Ladekondensator.