CH428903A

CH428903A - Verfahren zum Betrieb eines Hauptstrommotors

Info

Publication number: CH428903A
Application number: CH1326263A
Authority: CH
Inventors: Foerster Johannes Ing Dr
Original assignee: Licentia Gmbh
Priority date: 1962-11-02
Filing date: 1963-10-29
Publication date: 1967-01-31
Also published as: SE327460B

Description

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Verfahren zum Betrieb eines Hauptstrommotors Bekanntlich werden für elektrisch betriebene Fahrzeuge vorwiegend Hauptstrommotoren verwendet, weil bei diesem Prinzip eine optimale thermische Ausnutzung des Gleichstrommotors erreichbar ist, was gleichbedeutend mit einem geringen Leistungsgewicht und -volumen ist.

Für den Betrieb des Hauptstrommotors über den gesamten Geschwindigkeitsbereich ist jedoch erwünscht, dass zwischen dem Erregerfluss und der Drehzahl eine ähnliche Abhängigkeit besteht, wie das beim Neben- schlussmotor der Fall ist, um über den gesamten Geschwindigkeitsbereich mit dem grösstmöglichen Luftspaltmoment zu fahren.

Aufgabe der folgenden Erfindung ist es, Vorschläge für Steuerungs- und Regelungsverfahren für den Betrieb eines Hauptstrommotors zu machen, wenn dieser über steuerbare Stromrichterventile mit einer bereits vorgeschlagenen Tastschaltung aus einer Batterie oder einer anderen Gleichstromquelle gespeist wird.

Es soll erreicht werden, dass zwischen dem Erreger- fluss 0, der Ankerspannung UA und der Drehzahl n eine Abhängigkeit besteht, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Von der Drehzahl 0 bis zur der Drehzahl n, (Grunddrehzahl) soll möglichst der volle Fluss Oma, vorhanden sein. Erst wenn sich die Ankerspannung dem Maximalwert nähert, soll eine Feldschwächung einsetzen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Hauptstrommotors mit Hilfe einer Tastschaltung, in welcher steuerbare Starkstromhalbleiterelemente durch eine Kondensatorlöschschaltung gesperrt werden. Erfindungsgemäss wird der Fluss in der Feldwicklung der Maschine in Abhängigkeit von der Ankerspannung des Hauptstrommotors gesteuert oder geregelt.

Die Feldbeeinflussung erfolgt nach einer Weiterausbildung der Erfindung durch eine noch näher zu beschreibende Shuntung der Feldwicklung. Dabei soll angestrebt werden, dass zwecks optimaler Ausnutzung des Motors der in Fig. 1 angegebene Wert für Q UA nur in der Grösse von 10 bis 2 ' /o gehalten wird.

Zunächst ist in Fig. 2 eine bekannte Grundschaltung für den Betrieb eines Hauptstrommotors mit dem Anker 1 und dem Feld 2 dargestellt, der aus der Gleichstromquelle 3 mit konstanter Spannung gespeist wird. Eine stetige Veränderung der an den Hauptstrommotor gelegten Gleichspannung ist möglich, wenn ein steuerbares Stromrichterventil 4 vorzugsweise auf der Halbleiterbasis verwendet und im sogenannten Impuls- bzw. Tastverfahren betrieben wird. Das steuerbare Halbleiterelement wird in an sich bekannter Weise nach der Zündung durch Aufschaltung eines Stromstosses in der Gegenstromrichtung, z.

B. aus einer Kondensatorladung, wieder zum Verlöschen gebracht, wenn der Strom JA, erfasst mit dem Wandler 5, einen vorgegebenen Wert
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erreicht hat. Der Strom wird dann auf die Freilaufdiode 6 kommutiert. Die lediglich schematisch durch ein Kästchen angedeutete Einrichtung 7 (dieselbe ist nicht Gegenstand der Anmeldung) enthält die Zünd- und Löscheinrichtung (Löschkondensator und -ventil usw.), die Schwellwertbildung für den Ankerstrom und eventuell einen Regelverstärker. Ein Betrieb des Motors zum Zwecke der Beschleunigung und des Fahrens ist durch Vorgabe des Ankerstromwertes
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möglich.

Je nach Belastung stellt sich eine Geschwindigkeit nach der natürlichen Kennlinie des Hauptstrommotors ein, wenn nicht laufend die Vorgabe des Ankerstromes
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von Hand oder von einem weiteren Regler vorgenommen wird, der zweckmässigerweise als überlagerter Drehzahlregler arbeitet, indem die Drehzahl n des Motors mit einer Tachometermaschine 8 erfasst,

mit der vorgegebenen Geschwindigkeit n+ verglichen und in dem Drehzahlregelverstärker 9 zur Umwandlung des Stromsollwertes
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benutzt wird. Bei einer solchen Anordnung handelt es sich um die Übertragung des bekannten Leitstromver- fahrens auf den Betrieb eines Hauptstrommotors. Eine Überlastung des Motors ist dadurch sicher vermeidbar, dass
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einen bestimmten Maximalwert nicht überschreiten kann.

Soll nun eine Geschwindigkeit erreicht und erhalten werden, die nach Fig. 1 über no liegt, so ist dies beim Hauptstrommotor nur dadurch zu erreichen, dass eine

Shuntung der Feldwicklung vorgenommen wird.

Das kann nach Fig. 3 bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung am einfachsten so erfolgen, dass ein zur Feldwicklung 2 der Maschine parallel liegender Shunt-Wider- stand 10 in Abhängigkeit von der Differenz der Spannung der Gleichstromquelle 3 und der Spannung des Ankers 1 des Hauptstrommotors zu- und abgeschaltet wird.

Nähert sich die Ankerspannung der Spannung der Gleichstromquelle 3, so schliessen sich die Kontakte dieses Schützes. Je nach Grösse des Shunt-Widerstandes 10 klingt die Ankerspannung etwas ab, so dass das Schütz wieder anzieht, d. h. also periodisch ein- und ausschaltet. Um den Kontaktabbrand so niedrig wie möglich zu halten, ist es zweckmässig, anstelle von nur einer Freilaufdiode zwei solche 6a und 6b für die getrennte Parallelschaltung von Anker und Feld zu verwenden.

Bei einer solchen Anordnung, die auch mit mehreren Shunt-Widerständen und Shunt-Schützen ausgeführt werden kann, ist es möglich, die Kennlinie eines Hauptstrommotors der Kennlinie der Fig. 1 weitestgehend zu nähern. Es ist ausserdem möglich, dass dem übergeordneten Regler 9 anstelle der Geschwindigkeit als f(n) auch der geglättete Mittelwert der Ankerspan- nung UA zugeführt wird und entsprechend die Vorgabe der Geschwindigkeit über
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erfolgt.

Eine noch unter gewissen Umständen bessere Annäherung der Kennlinie eines Hauptstrommotors an die Kennlinie in Fig. 1 ist möglich, wenn die Shuntung über verschleissfreie Ventile in der Tastschaltung erfolgt, wie es in Fig. 4, als weiteres Beispiel der Erfindung, angegeben ist. Hier wird nach einem weiteren Erfindungsgedanken das steuerbare Halbleiterelement 12 mit seiner Zünd- und Löschvorrichtung 13 parallel zur Haupttriode und der Feldwicklung geschaltet.

Die Anordnung der Freilaufdioden getrennt für Anker und Feld ist hier unerlässlich, um das Halbleiterelement 12 überhaupt löschen zu können. Die Regelung des Nebenschluss- stromes JN erfolgt so, dass dieser Nebenschlussstrom 1N über einen weiteren Wandler 14 erfasst und mit einem Sollwert
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verglichen wird.

Letzterer hat eine bestimmte Schwellwertabhängigkeit von der Ankerspannung UA. Nach dem Ausführungsbeispiel Fig. 4 ist dies in der Weise zu erreichen, dass die Ankerspannung mit einem Teil der Spannung der Gleichstromquelle 3, abgegriffen am Potentiometer 15, verglichen wird. Überschreitet die Ankerspannung den hier abgegriffenen Wert, fliesst über die Hilfsdiode 16 ein Strom, der an dem Widerstand 17 einen Spannungsabfall hervorruft. Dieser Spannungsabfall am Widerstand 17 kann als Sollwert für den Nebenschlussstrom
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verwendet werden.

Es ist nun möglich, den Gesamtaufwand an steuerbaren Halbleiterelementen für einen solchen Betrieb nicht grösser zu halten, als sowieso für den vollen An- kerstrom bzw. die volle Leistung benötigt wird, wenn nämlich nach Fig.5 eine entsprechende Umschaltung dieser Halbleiterelemente erfolgt. In dieser Figur ist nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Umschaltvorrichtung 18 vorhanden, die in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und/oder Ankerspannung die steuerbaren Halbleiterelemente, z. B.

Trio- den 4a, 4b, 4c je nach Bedarf als Shunt-Trioden mit deren Steuer- und Löschvorrichtungen umschaltet.

Claims

PATENTANSPRUCH Verfahren zum Betrieb eines Hauptstrommotors mit Hilfe einer Tastschaltung, in welcher steuerbare Stark- stromhalbleiterelemente durch eine Kondensatorlösch- schaltung gesperrt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluss in der Feldwicklung der Maschine in Abhängigkeit von der Ankerspannung des Hauptstrommotors gesteuert oder geregelt wird. UNTERANSPRÜCHE 1.

Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluss in der Feldwicklung der Maschine zusätzlich in Abhängigkeit von der Drehzahl des Hauptstrommotors geregelt oder gesteuert wird. 2. Verfahren nach Patentanspruch und Unter- anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zur Feldwicklung der Maschine parallel liegender Shunt-Wider- stand in Abhängigkeit von der Differenz der Spannung der Gleichstromquelle und der Spannung des Ankers des Hauptstrommotors zu- und abgeschaltet wird. 3.

Verfahren nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl für die Feldwicklung als auch für den Anker des Hauptstrommotors je ein Freilaufkreis mit einer Freilaufdiode vorgesehen ist. 4.

Verfahren nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Feldwicklung der Maschine ein steuerbares Hallbleiterelement geschaltet wird. 5. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der über das steuerbare Halbleiterelement fliessende Nebenschluss- strom in Abhängigkeit von der Ankerspannung des Hauptstrommotors geregelt wird. 6.

Verfahren nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenschlussstrom mit einem Sollwert verglichen wird, der eine Schwellabhängigkeit von der Ankerspannung des Hauptstrommotors aufweist. 7. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwell- wertbildung durch Vergleich der Ankerspannung des Hauptstrommotors mit einem Teil der Spannung der Gleichspannungsquelle über eine Diode in der Verbindungsleitung beider Spannungspotentiale erfolgt. B.

Verfahren nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbaren Halbleiterelemente, die zum Betrieb des Hauptstrommotors mit voller Leistung vorgesehen werden müssen, mit Umschaltvorrichtungen versehen sind, zum Zwecke, dass sie auch andere Funktionen übernehmen können. 9. Verfahren nach Patentanspruch und den Unter- ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbaren Halbleiterelemente, die zum Betrieb des Hauptstrommotors mit voller Leistung vorgesehen sind, in Abhängigkeit vom Ankerstrom geregelt werden.