Anordnung zur Nutzbremsung eines Reihenschlussmotors Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Nutzbremsung eines Reihenschlussmotors in einer Tastschaltung unter Verwendung steuerbarer, durch eine Löschschaltung sperrbarer Halbleiterelemente.
Es gehören dem Stand der Technik bereits Anord nungen an, die eine Regelung bezüglich des Drehmo mentes und der Drehzahl eines Gleichstrommotors vorschlagen, bei der dieser Arbeitsmaschine die Energie in Form von Impulsen zugeführt wird. Dies kann auf die Art geschehen, dass ein Schalter den Verbraucher stromkreis schliesst und öffnet. Die Summe der dem Gleichstrommotor zugeführten Energie in einer be stimmten Zeiteinheit ist dann abhängig von dem Ver hältnis der Zeit, da der Schalter geschlossen ist, zu der Zeit, da der Schalter geöffnet ist. Derartige Anordnun gen boten jedoch insbesondere in der mechanischen Ausführung des Schalters Schwierigkeiten, so dass sie sich in der Prakis nicht durchsetzen konnten.
Durch die Entwicklung steuerbarer Halbleiter elemente ergab sich nun die Möglichkeit, diese neuen Bauelemente für die Regelung eines Gleichstrommotors in der bereits bekannten Weise einzusetzen. Es sind demzufolge bereits Schaltungen vorgeschlagen wor den, bei denen ein Gleichstrommotor intermittierend mit Energie gespeist wird, wobei die Schaltfunktion von steuerbaren Halbleiterelementen übernommen wird. Als weiterhin vorteilhaft bei einer derartigen Anord nung erwies sich die Verwendung einer Freilaufdiode parallel zur Gleichstrommaschine, die den Strom übernimmt und abklingen lässt, wenn der Verbraucher stromkreis mit Hilfe des steuerbaren Halbleiterelemen tes unterbrochen wird.
In ebenfalls bereits vorgeschla gener Weise erfolgt die Löschung des steuerbaren Halbleiterelementes mit einer an sich bekannten Kondensatorlöschschaltung. Der abklingende Strom- fluss bei unterbrochenem Verbraucherstromkreis lässt sich weiterhin durch eine zusätzlich zur Ankerinduk- tivität der Gleichstrommaschine vorgesehene Induk- tivität beeinflussen.
Derartige, häufig mit dem Namen Tastschaltungen bezeichnete Anordnungen wurden nun nicht nur für den Antrieb eines elektrischen Motors entwickelt, sondern in die Gleichstromquelle, z.B. eine Akkumu- latorbatterie, dann vorzunehmen, wenn die Gleich strommaschine als Generator arbeitet.
Eines der Einsatzgebiete einer Gleichstrommaschi- ne, insbesondere einer Reihenschlussmaschine, ist der Antrieb eines elektrischen Fahrzeuges. Demzufolge sind die erwähnten Schaltungen auf diesem Gebiet als Fahr- und Bremsschaltungen bereits verwirklicht wor den. Bei Verwendung eines Reihenschlussmotors er geben sich aber beim Bremsen und einer Rückspeisung von Energie in den Energiespeicher Schwierigkeiten nnbezug auf Stabilität und Höhe des Bremsmomentes.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, auch bei einem Reihenschlussmotor mit grösstmög lichem Bremsmoment und bei Verwendung von mög lichst wenig Stromrichterventilen eine stabile Rück arbeit in den Energiespeicher, z.B. eine Batterie, zu gewährleisten.
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Nutz bremsung eines Reihenschlussmotors durch Selbster regung in einer Schaltung, bei der der Anker- und der Feldstrom verschiedene Werte annehmen können, mit Hilfe einer Tatschaltung und unter Verwendung steuerbarer, durch eine Kondensatorlöschschaltung sperrbarer Halbleiterelemente.
Sie ist gekennzeichnet durch eine Regelung des Ankerstromes der Reihenschlussmaschine durch den Feldstrom.
An Hand einer Zeichnung seien die vorstehend beschriebenen Anordnungen dargestellt und sei ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung be schrieben.
In der Fig. 1 ist eine bereits vorgeschlagene Tast- schaltung für den Betriebszustand Beschleunigen oder Fahren angegeben. Die Reihenschlussmaschine mit dem Anker 1 und einer Hauptstromwicklung 2 wird aus einem Energiespeicher 3 über das steuerbare Halbleiter element 4 gespeist. Letzteres kann z.B. dann gelöscht werden, wenn der Ankerstrom IA einen bestimmten Sollwert erreicht hat. Derselbe lässt sich beispielsweise mit Hilfe eines Wandlers 5 erfassen. Der abklingende Strom im Verbraucherstromkreis wird dann auf eine Freilaufdiode 6 kommutiert.
Sobald IA unter einen be stimmten Wert abgeklungen ist, wird das steuerbare Halbleiterelement 4 wieder gezündet. Hat die Gleich strommaschine bzw. das Fahrzeug seine volle Ge schwindigkeit erreicht, ist auch der Ankerstrom auf einen entsprechenden Wert abgeklungen, d.h., die Maschine läuft mit geschwächtem Feld In der Fig. 2 ist eine Schaltung wiedergegeben, die bei einer entsprechenden Arbeitsweise eine Nutz bremsung und Rückgewinnung von Energie ermöglicht.
Es ist hier die Lage des steuerbaren Halbleiterelemen tes 4 mit der der Freilaufdiode 6 vertauscht. Ausser- dem muss die Hauptstromwicklung 2 umgepolt wer den, wenn die Gleichstrommaschine unter Ausnutzung der Remanenz des Feldes generatorisch betrieben wer den soll. Das steuerbare Halbleiterelement 4 schliesst den Anker 1 in Reihe mit der Hauptstromwicklung 2 kurz.
Hat der Ankerstrom, wiederum mit dem Wandler 5 erfasst, einen bestimmten Wert erreicht, so wird das steuerbare Halbleiterelement 4 gelöscht und der Strom über das Halbleiterelement 6a auf den Energiespeicher kommutiert.
Für die Stabilität eines Bremsvorganges ist es erforderlich, dass der Bremsstrom abhängig von der Geschwindigkeit bzw. der EMK der Gleichstromma schine gehalten wird. Es ist ein stabiler Bremsbetrieb nur solange gewährleistet, als die Anker-EMK kleiner bleibt als die Batteriespannung U. Überschreitet die EMK die Batteriespannung U, so ist eine Verminde rung des Bremsstromes durch Einschalten des steuer baren Halbleiterelementes 4, d.h. allgemein eine Re gelung des Stromes, nicht mehr möglich.
Die Kennlinie der EMK der Gleichstrommaschine ist je nach erreich tem Sättigungsgrad des Feldes ansteigend, so dass der Strom einen kurzschlussartigen Verlauf annehmen kann. Abgesehen von dieser Gefahr der Instabilität ist noch nachteilig, dass der Bremsstrom und damit auch das Bremsmoment solange niedrig gehalten wer den müssen, bis die Geschwindigkeit des Fahrzeuges auf einen entsprechenden Wert abgeklungen ist.
Um diesen Nachteil auszuschalten, kann in an sich -bekannter Weise parallel zu der Feldwicklung ein Nebenwiderstand geschaltet werden. Damit fahlen aber zusätzliche Verluste an. Ausserdem lässt sich das Bremsmoment auch nur dann stetig verändern, wenn eine Vielzahl von Kontakten parallel zu diesem Ne benwiderstand vorgesehen sind, also ein erheblicher Aufwand in Kauf genommen wird.
Diese Nachteile lassen sich dann vermeiden, wenn eine Schaltung entsprechend der Fig. 3 benutzt wird. Es handelt sich dabei um zwei Stromkreise A und B, die einen gemeinsamen Leitungsabschnitt haben, in dem der Anker 1 und die Feldwicklung 2 der Rei- henschlussmaschine vorgesehen sind.
Diese in Fig. 3 dargestellte Bremsschaltung arbeitet auf folgende Weise: Entsprechend der Schaltung der Fig. 2 erfolgt über das steuerbare Halbleiterelement 4 in dem Strom kreis B ein Kurzschluss zur Aufladung der Feld- und Ankerindukt:vität. Im Gegensatz zu der Schaltung der Fig. 2 kann jedoch der Ankerbremsstrom auch bei voller Geschwindigkeit des Fahrzeuges über das Halbleiterelement 8 in den Energiespeicher 3 zurück gespeist werden.
Es erfolgt eine Regelung des Anker stromes nach Massgabe der Sperr- und der Durch- lasszeiten des steuerbaren Halbleiterelementes 4, d.h. also durch den Feldstrom. Während also in dem Stromkreis B ein Kurzschliessen vollzogen wird, dient der Stromkreis A der Rückspeisung von Energie der generatorisch arbeitenden Gleichstrommaschine in den Energiespeicher. In dem beiden Stromkreisen gemein samen Leitungsabschnitt ist die Feldwicklung 2 auf der der Plusklemme des Energiespeichers zugewandten Seite des Ankers 1 angeordnet.
Die vor und hinter der Feldwicklung 2 angeschlossenen Halbleiterelemen te 7 und 8 werden von dem Bremsstrom in der Weise durchflossen, dass mit kleiner werdender Geschwindig keit des Fahrzeuges der Strom von dem Halbleiterele ment 8 auf das Halbleiterelement 7 überwechselt. Gleichzeitig mit diesem Vorgang erhöht sich der Strom in der Feldwicklung 2. Eine Erfassung des Ankerstro mes und seine Auswertung für eine Steuerung des Halbleiterelementes 4 lässt sich in an sich bekannter Weise z.B. durch einen Wandler 5 vornehmen.
Eine Auferregung der Feldwicklung kann ebenfalls unter Ausnutzung der Remanenz erfolgen, wobei es lediglich erforderlich ist, beim Übergang von einer Fahrschaltung auf die Bremsschaltung die Feldwick lung 2 umzupolen.
Durch die beschriebene Bremsschaltung ergibt sich somit der Vorteil, für eine Reihenschlussmaschine einen stabilen Bremsbetrieb durchführen zu können.
Eine weitere Möglichkeit des Bremsbetriebes unter Ausnutzung der Remanenzspannung des Ankers 1 zeigt die Fig. 4. Es wird der Ankerstrom, erfasst durch den Wandler 5, in Abhängigkeit der Erregung der Feldwicklung 2 durch das steuerbare Halbleiterelement 4 gesteuert. Bei durchlässigem Halbleiterelement 4 sind Anker- und Feldstrom identisch und gleich dem Brems strom 1B.
Eine Überlastung des steuerbaren Halbleiterelemen tes 4 kann auf diese Weise vermieden werden. Eine Freilaufdiode ist mit 7 gekennzeichnet. Über eine Diode 6 speist der Anker 1 bei gesperrtem Halbleiterelement 4 Energie in die Gleichstromquelle zurück.