CH661160A5

CH661160A5 - Verfahren zum betrieb eines fremderregten oder nebenschlussgeschalteten gleichstrommotors, anordnung zur ausfuehrung des verfahrens sowie anwendung des verfahrens.

Info

Publication number: CH661160A5
Application number: CH7540/79A
Authority: CH
Inventors: Walter Daetwyler; Leo Meister
Original assignee: Sig Schweiz Industrieges
Priority date: 1979-08-17
Filing date: 1979-08-17
Publication date: 1987-06-30
Also published as: GB2056796B; AU6152680A; SE8005767L; AU542477B2; SE456707B; GB2056796A; DE2934316A1; DE2934316C2; US4506200A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines fremderregten oder nebenschlussgeschalteten Gleichstrommotors, der als Fahrmotor in Reihenschlusscharakteristik durch entsprechende Steuerung des Erregerstromes betrieben wird sowie eine Anordnung zur Ausführung des Verfahrens und eine Anwendung des Verfahrens.

Üblicherweise werden Gleichstrommotoren mit Anlasswiderständen angefahren, welche mit Hilfe mechanischer Schützen sukzessive ausgeschaltet resp. wieder eingeschaltet werden. Abgesehen davon, dass solche Schaltorgane, wie beispielsweise die erwähnten Schützen, verschleissanfällig sind, ergibt sich grundsätzlich durch die Schalt Vorgänge bedingt, kein weiches und kontinuierliches Anfahren.

Es ist nun aus dem Artikel «Elektrische Bahnen» 38. Jahrgang (1967), Heft 10, bekannt, an einem Doppelschlussmotor den Ankerstrom auf einen SOLL-Wert zu regeln, und nach Erreichen einer bestimmten Drehzahl eine Weiterbeschleunigung durch Feldschwächung vorzunehmen. Schon aus der Doppelschlussschaltung ist ersichtlich, dass der Motor auch im unteren Drehzahlbereich mit Reihenschlusscharakteristik betrieben ist, da dabei die Erregung mit dem Ankerstrom geführt wird.

Aus der DE-AS 19 26 980 anderseits ist es bekannt, einen Nebenschlussmotor so zu betreiben, dass im unteren Drehzahlbereich der Ankerstrom einer vorgegebenen Führungsgrösse nachgeregelt wird und dabei die Erregung mit dem Ankerstrom-IST-Wert verändert wird, so dass dadurch ein Betrieb des Motors mit Reihenschlusscharakteristik realisiert wird. Kann der Ankerstrom bei Erreichen einer bestimmten Drehzahl nicht mehr der Führungsgrösse folgen, so wird die Erregung geschwächt.

Dadurch kann der Ankerstrom-IST-Wert wiederum auf den Wert der Führungsgrösse angehoben werden.

Es ist nun bekannt, dass sich Reihenschlussmotoren für die Nutzbremsung wegen der ankerstromabhängigen Erregung schlecht eignen und dass der hierzu zu betreibende Aufwand auch bei Doppelschlussmotoren wegen der auch hier vorliegenden Ankerstrom-Erregungsabhängigkeit relativ gross ist. Werden reine Reihenschlussgeneratoren — im Nutzbremsungsbetrieb arbeitet der Gleichstrommotor als Generator — aus obge-nannten Gründen praktisch nicht eingesetzt, wohl jedoch Doppelschlussgeneratoren, so muss trotzdem berücksichtigt werden, dass der Quadrantenwechsel vom Motor in den Generatorbetrieb auch bei der Doppelschlussanordnung wesentlich aufwendiger ist als bei der reinen Nébenschlussanordnung.

Die vorliegende Erfindung stellt sich nun die Aufgabe, einen Gleichstrommotor gezielt so zu betreiben, dass die Vorteile des Reihenschluss- und des Nebenschlussmotors ausgenützt werden können.

Zu diesem Zweck wird ein Verfahren eingangs genannter Art vorgeschlagen, welches sich dadurch auszeichnet, dass der Gleichstrommotor in einem unteren Drehzahlbereich mit Nebenschlusscharakteristik geführt ist.

Erfordern die Betriebsverhältnisse eine sog. weiche Drehmoment/Drehzahlkennlinie, um Drehmomentstösse zu dämpfen, so wird der Motor mit Reihenschlussverhalten geführt. Ist anderseits eine Nutzbremsung bis zu tiefsten Drehzahlen zu realisieren, so wird er mit Nebenschlusscharakter geführt. Somit wird weiter vorgeschlagen, den Motor unterhalb einer vorgegebenen Drehzahl-/Drehmomentkennlinie mit Nebenschlusscharakteristik, darüber mit Reihenschlusscharakteristik zu führen. Durch das Ausnützen dieser beiden charakteristischen Verhalten des Gleichstrommotors wird es möglich, mit relativ geringem Schaltungsaufwand und insbesondere unter der Benutzung von Halbleiterschaltelementen den Motor optimal zu betreiben. Ein solcher Betrieb eignet sich insbesondere vorzüglich für den Betrieb von Antriebsmotoren batteriegespiesener Grubenlokomotiven. Hier ist es von besonderer Bedeutung, keine mechanischen Schaltorgane vorsehen zu müssen, da die überaus stark verschmutzte Umgebung, in welchen solche Lokomotiven betrieben werden, die Lebensdauer und Betriebssicherheit mechanischer Schaltorgane drastisch beeinträchtigt.

Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 den Drehzahl-Quellspannungs- und den Drehzahl-Ankerspannungsverlauf bei einer Regelung eines Gleichstrommotors mit dem Ankerstrom als Regelgrösse und der Ankerspan5

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nung als Führungsgrösse für verschiedene Ankerstrom-Füh-rungsgrössen, für die Führung eines Gleichstrommotors mit Nebenschlusscharakteristik,

Fig. 2 die daraus resultierenden Drehmoment/Drehzahl-Kennlinien,

Fig. 3 ein prinzipielles Blockdiagramm der Ankerstrom/Ankerspannungsregelung,

Fig. 4 ein Funktionsblockdiagramm der Regelung nach Fig.

3,

Fig. 5 eine Schaltungsanordnung, teilweise mit Funktionsblöcken der Anordnung gemäss Fig. 4,

Fig. 6 eine Schaltungsanordnung, teilweise mit Funktionsblöcken der Anordnung gemäss Fig. 4, mit Ausbau für Nutzbremsung und Drehrichtungsumkehr,

Fig. 7 eine Drehzahl/Drehmomenten-Charakteristik eines geregelten Gleichstrommotors mit dem Ankerstrom als Regelgrösse und dem Feld als Stellgrösse,

Fig. 8 ein grundsätzliches Blockdiagramm des Regelkreises für diese Ankerstrom/Erregungsregelung,

Fig. 9 ein Funktionsblockdiagramm für die Ankerstrom/Erregungsregelung,

Fig. 10a ein Funktionsblockdiagramm gemäss Fig. 9, mit teilweiser Angabe einer möglichen Beschaltung,

Fig. 10b eine schaltungsmässige Realisation der in Fig. 9 und 10a als Funktionsblock dargestellten Differenzeinheit zur Bildung einer Regeldifferenz,

Fig. 11 eine mögliche Ausbildung einer Strommessanordnung, wie sie als Funktionsblock in den Figuren 4, 5, 6, 9 und 10a, weiter in den Fig. 13, 14 dargestellt ist,

Fig. 12 eine Drehzahl/Drehmomenten-Charakteristik eines geregelten Gleichstrommotors, mit dem Ankerstrom als Regelgrösse und, alternativ, der Ankerspannung als Stellgrösse oder der Erregung als Stellgrösse,

Fig. 13 ein Funktionsblockdiagramm einer Anordnung zur Ausführung der kombinierten Regelung,

Fig. 14 eine Schaltungsanordnung mit teilweise als Funktionsblöcken dargestellten Einheiten, gemäss dem Funktionsblockdiagramm von Fig. 13,

Fig. 15a den zeitlichen Verlauf zweier Impulszüge zur An-steuerung von Gleichstrompulswandlern zweier Verbraucher, welche von derselben Speisequelle gespiesen werden, mit bezüglich Belastungspulsation besagter Quelle optimierter gegenseitiger Phasenlage bei gleichem Betrieb der beiden Verbraucher,

Fig. 15b eine Darstellung gemäss Fig. 15a bei unterschiedlichem Betrieb der Verbraucher,

Fig. 16 ein Funktionsblockdiagramm zur Einstellung einer bezüglich Quellenbelastung optimierten Phasenlage von Impulszügen für zwei mittels Gleichstrompulswandlern betriebene, von einer Speisequelle gespiesene Verbraucher.

Bei der Regelung einer Gleichstrommaschine mit dem Ankerstrom Ia als Regelgrösse und einer Ankerstrom-Führungs-grösse IAo wird die Maschine gemäss

2

M = pw-()>-Ia (o)

7t ein konstantes Moment M abgeben. Dabei bezeichnen p : Polpaarzahl w : Windungszahl zwischen zwei Bürsten <t> : Erregungsfluss Ia : Ankerstrom

Es muss weiter gelten:

81a

= o, (1)

6 n woraus sich mit

U - 4pwn<|>

Ia = (2)

Ra

• i 81a dU 4pw(J)

= - = o

9 n RAdn Ra mit Ra als Ankerwiderstand der Verlauf der Ankerspannung U in Funktion der Drehzahl und der Führungsgrösse Ia0 zu

U = 4pw(j)n + IaoRa (3)

ergibt.

Dieser Verlauf ist qualitativ in Fig. 1 dargestellt. Über der Drehzahl n ist die Quellenspannung Uq abgetragen, welche mit einer Steigung von 4pw<j) mit der Drehzahl linear ansteigt. Die Ankerspannung U folgt der Quellenspannung Uq parallel, wobei der Ordinatenabstand dem entsprechenden Spannungsabfall IaoRa entspricht. Erreicht die Ankerspannung U die Nennspannung Un, so kann sie nicht weiter ansteigen, die Stellgrösse ist voll ausgesteuert.

Daraus ergibt sich eine Drehzahl/Momenten-Kennlinie gemäss Fig. 2. Bei unterbrochenem Ankerkreis stellt sich eine Maximaldrehzahl nmax ein, für welche gilt

UN

rïmax = (4)

4pW((>

Entsprechend den vorgegebenen Führungsgrössen Iaox fährt die Maschine mit entsprechendem, konstantem Moment

2

Mx = — pw(j)IAox (5)

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an. Bei einer Lastkennlinie Ml, welche lediglich beispielsweise eingetragen ist, wird der stationäre Lauf beim vorgegebenen Moment Mi in Punkt Pi, entsprechend beim Moment M2 im Punkt P2 erreicht, während bei der vorgegebenen Führungsgrösse Iao3 die Ankerspannung bis auf den Nennwert Un steigt, zur Konstanthaltung des Ankerstromes, dann jedoch der Ankerstrom gemäss (2) und damit das Moment M3 reduziert wird, bis im stationären Lauf der Arbeitspunkt P3 erreicht ist.

In Fig. 3 ist das Blockschaltbild des Regelkreises zur Regelung des Ankerstromes als Regelgrösse mit der Ankerspannung als Stellgrösse dargestellt. Die Regelabweichung ergibt sich zu:

W-X = Iao-Ia (6)

Entsprechend ergibt sich die Stellgrösse Y zu:

Y = Ar (IAo - Ia), (7)

wobei Ar die Verstärkung des Reglers R bezeichnet.

Mit der Störgrösse

Z = - 4pw(])n (8)

ergibt sich die Regelgrösse zu

AsAR AS

X = IA = Ia» + ( - 4pw([>n) (9)

1 + AsAr 1 + ASAR

Dabei bezeichnet As die Verstärkung der Strecke S, welche 1

sich zu — ergibt.

Ra

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Mit dieser Regelung kann die Gleichstrommaschine ohne das Vorsehen von mechanisch umzuschaltenden Anfahrwiderständen in Betrieb genommen werden. Da keine Umschaltvorgänge stattfinden, wie dies bei Vorsehen umzuschaltender Anfahrwiderstände der Fall ist, ergibt sich ein ruhiges, kontinuierliches Anfahren. Diese Regelung eignet sich vorzüglich für den Betrieb von batteriegespeisten Fahrzeugen, insbesondere für Grubenlokomotiven.

In Fig. 4 ist der grundsätzliche Aufbau der Regelung für die Gleichstrommaschine GM dargestellt. Der Nebenschlussmotor GM mit einer Erregerwicklung E, welche aus einer Gleichspannungsquelle Ue resp. Gleichstromquelle für IE gespiesen wird, ist mit ihren Ankeranschlüssen auf eine steuerbare Gleichspannungsquelle, z.B. einem steuerbaren Gleichspannungs/Gleich-spannungswandler 1, geführt. Die Gleichspannungsquelle 1 wird durch eine Speisequelle mit der Spannung Us gespiesen und gibt ausgangsseitig auf den Ankerkreis eine Spannung U ab. Das Übersetzungsverhältnis zwischen der Speisespannung Us und der Ankerspannung U wird durch ein elektrisches Signal am Steuereingang 3 der Quelle gesteuert. Der Strom Ia im Ankerkreis der Gleichstrommaschine GM wird mittels einer Strommessanordnung 5 gemessen, welche vorzugsweise und aus Gründen, die noch zu beschreiben sein werden, an ihrem Ausgang 7 ein ankerstrom-proportionales Signal abgibt, mit gemäss Stromrichtung vorgesehenem Vorzeichen. Das Ausgangssignal am Ausgang 7 der Strommessanordnung 5 wird einer Differenzeinheit 9 zugeführt, deren zweitem Eingang ein von einer einstellbaren Signalquelle 11 abgegebenes SOLL-Wertsignal als Führungsgrösse zugeschaltet ist. Das mit der Signalquelle 11 eingestellte Signal entspricht als Führungsgrösse dem SOLL-Ankerstrom, während das am Ausgang 7 der Messanordnung 5 erscheinende Signal dem IST-Ankerstrom entspricht. Entsprechend der in der Differenzeinheit 9 gebildeten Regeldifferenz, wird die Quelle 1 an ihrem Steuereingang 3 so angesteuert, dass die Regeldifferenz wenigstens nahezu Null wird.

Es versteht sich von selbst, dass die Speisequellen für Us und Ue durch eine und dieselbe, z.B. eine Batterie, gebildet sein können.

In Fig. 5 ist der grundsätzlich in Fig. 4 dargestellte Regelkreis-Aufbau mit einem Thyristor-Gleichstrompulswandler als Spannungsquelle 1 dargestellt. Die Speisequelle für Us liegt an den Ankerklemmen der Gleichstrommaschine GM, welche durch eine Freilaufdiode Di überbrückt ist. Ein Hauptthyristor Th im Ankerkreis wirkt auf bekannte Art und Weise als Schalter, schliesst resp. unterbricht den Ankerstromkreis. Über den Hauptthyristor Th ist eine Löschschaltung 13 geschaltet, mit an und für sich bekanntem Aufbau und einem Löschthyristor Tl. Ein Impulsgenerator 15 liefert an seinen Ausgang einen Impulszug, wobei jeder Impuls, beispielsweise mit seiner aufsteigenden Schaltflanke, beispielsweise an einem monostabilen Multi-vibrator 17 einen Impuls erzeugt, welcher über einen Treiber 19 verstärkt, den Hauptthyristor Th zündet. Der Ausgang des Generators 15 ist weiter einem Zeitgeber 21 bekannter Bauweise, beispielsweise einem Zeitgeber MC 15 55 von Motorola zugeschaltet, welch letzterer einen Steuereingang 23 aufweist. Beispielsweise bei aufsteigender Schaltflanke des vom Generator 15 abgegebenen Impulszuges, wird der Zeitgeber 21 ausgelöst und erzeugt jeweils einen Impuls steuerbarer Impulslänge x, welche durch ein am Steuereingang 23 anliegendes Signal gesteuert wird. Der Ausgang des Zeitgebers 21 ist wiederum auf einen monostabilen Multivibrator 25 geschaltet, welcher bei abfallender Impulsflanke am Ausgang des Zeitgebers 21 einen Impuls abgibt, der über einen Treiber 27 den Löschthyristor Tl zündet. Der Ausgang der Strommessanordnung 5 ist mit einem Tiefpassfilter 29 verbunden und anschliessend auf einen Eingang der Differenzeinheit 9 geführt, welche auf übliche Art und Weise, beispielsweise mittels eines Operationsverstärkers, realisiert ist. Die Signalquelle 11, deren Ausgang dem zweiten Eingang der Differenzeinheit 9 zugeschaltet ist, kann beispielsweise durch ein Potentiometer realisiert sein. Der Ausgang der Differenzeinheit 9 ist auf einen Regler R' geführt, der in ebenfalls bekannter Art und Weise mit gewünschter Verstärkung und gewünschtem Frequenzgang ausgebildet ist. Der Ausgang des Reglers R' steuert die Pulslänge x am Zeitgeber 21 an.

Die Strommessung an der Strommessanordnung 5 kann beispielsweise mit einen Isolationsverstärker realisiert sein.

An der Signalquelle 11 wird als Führungsgrösse der Anker-strom-SOLL-Wert vorgegeben, welcher in der Differenzeinheit 9 mit dem IST-Wert verglichen wird. Ist diese Regeldifferenz positiv, d.h. SOLL-Wert grösser als IST-Wert, so wird am Zeitgeber 21 die Pulslänge x verlängert, wodurch sich ein höherer Ankerspannungs-Mittelwert U ergibt. Umgekehrt wird die Pulslänge x reduziert, wenn die Regeldifferenz am Ausgang der Differenzeinheit 9 negativ wird.

Wie aus Fig. 4 sofort ersichtlich ist, eignet sich diese Regelung vorzüglich für eine Nutzbremsung. Wird nämlich an der Signalquelle 11 der SOLL-Stromwert als Führungsgrösse einge-polt, z.B. mit der Quelle 11 ein negatives Signal eingestellt, so wird, da bei negativer Regeldifferenz die Ankerspannung reduziert wird, die Gleichstrommaschine GM eine grössere Quellenspannung Uq als die angelegte Ankerspannung U erzeugen. Der Ankerstrom Ia wechselt seine Richtung, so dass die Strommessanordnung 5 ein nun negatives Ausgangssignal am Ausgang 7 erzeugt. Am Ausgang der Differenzeinheit 9 erscheint somit die Regeldifferenz (IA - IAo)-

Bei Überwiegen des IST-Wertes Ia und damit positiver Regeldifferenz wird die Ankerspannung U erhöht, wie dies bei einem positiven Signal am Steuereingang 3 der Spannungsquelle 1 auch im Antriebsbetrieb der Fall ist. Damit verringert sich die Differenz zwischen Quellenspannung Uq und angelegter Ankerspannung U und der Ladestrom für die Speisequelle Us wird in diesem Fall auf den vorgegebenen SOLL-Wert reduziert. Ist die Regeldifferenz negativ, so wird die Ankerspannung reduziert, bis wiederum der geforderte Ladestrom erreicht ist. Im Bremsbetrieb bewirkt eine Reduktion der Ankerspannung eine Erhöhung des Lade- resp. Ankerstromes, umgekehrt im Antriebsbetrieb.

Die Weiterausbildung der Anordnung gemäss Fig. 5 für Bremsbetrieb ist in Fig. 6 dargestellt. Wegen des Ventil-Charakters der eingesetzten Thyristoren muss für den Bremsbetrieb ein zweiter Gleichstrom-Pulswandler vorgesehen sein, wobei selbstverständlich auch ein einziger Triac vorgesehen werden kann. Generell muss die gesteuerte Spannungsquelle bei Stromrichtungsumkehr in ihrem Ausgangskreis auch eine Stromrichtungsumkehr an ihrem Eingangskreis, d.h. einen Wechsel von Speisestrom auf Lade- resp. Rekuperationsstrom erwirken.

Der Ankerkreis der Gleichstrommaschine GM ist über den, dem Hauptthyristor Th von Fig. 5 entsprechenden Antriebs-Hauptthyristor Th2 geführt, mit der entsprechenden Löschschaltung 13a. Letztere weist wiederum einen Löschthyristor Tia auf. Über der Speisequelle für Us liegt, im Sinne mit Di eine weitere Freilaufdiode D2, worüber ein Bremshauptthyristor THb mit entsprechender Löschschaltung 13b, darin der Löschthyristor TLb, angeordnet ist. Der Ausgang der wiederum schematisch dargestellten Differenzeinheit 9, welche, wie in Fig. 5 dargestellt, ausgebildet sein kann, führt auf den Zeitgeber 21, derart, dass eine positive Regeldifferenz eine Vergrösserung der Pulslänge x bewirkt und umgekehrt. Die schematisch dargestellte Signalquelle 11 mit beispielsweise positivem Ausgangssignal für Antriebsbetrieb ist über einen Antriebs/Bremsschalter Sab im Antriebsbetrieb auf den einen Eingang der Differenzeinheit 9 geführt. Bei diesem Betrieb sind zwei Umschalter Si und S2 am Ausgang der Treiberschaltungen 19 resp. 27 auf den An-triebs-Hauptthyristor THa resp. den Antriebs-Löschthyristor Tia geschaltet.

Durch Umschalten des Antriebs/Bremsschalters Sab in

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Bremsposition wird der Differenzeinheit 9 ein negativer SOLL-Ladestrom -I0b als Führungsgrösse zugeführt. Die nun erfolgende Ankerstromumkehr bewirkt ein negatives Ausgangssignal an der Messanordnung 5. Ist die Regeldifferenz am Ausgang der Differenzeinheit 9 somit positiv, entsprechend einem zu grossen Ladestrom -Ia, so wird die Pulslänge t am Zeitgeber 21, wie bereits beschrieben, verlängert und umgekehrt.

Mit dem Umschalten des Antriebs/Bremsschalters Sab in Bremsposition sind die beiden Schalter Si und S2 in ihre zweite, gestrichelt dargestellte Schaltposition geschaltet worden. Je länger nun in diesem Fall die Impulsbreiten t werden, entsprechend einem zu grossen Ladestrom -Ia, desto höher muss, wie erwähnt, die Ankerspannung U gesteuert werden. Da aber der Hauptthyristor Tm des Brems-Pulswandlers die Spannung über dem Ankerkreis kurzschliesst und der entsprechende Löschthyristor TLb wieder öffnet, wird mit den Schaltern Si und S2 das im Antriebsbetrieb dem Hauptthyristor THa zugeführte Zündsignal nun dem Löschthyristor Tlò zugeführt und entsprechend das im Antriebsbetrieb dem Löschthyristor TLa zugeführte Signal im Bremsbetrieb dem Hauptthyristor TW

Im Bremsbetrieb kann selbstverständlich, wie dies gestrichelt dargestellt ist, auch eine verstellbare Signalquelle Ila vorgesehen sein, zur Vorgabe des jeweils einzuhaltenden Ladestromes und damit Bremsmomentes, wobei sichergestellt werden muss, dass der maximal zulässige Ladestrom für die Quelle Us mit —IoBmax nicht überschritten werden kann.

Um eine Richtungsumkehr des Antriebes vorzunehmen,

wird vorzugsweise die Erregungsspannung Ue resp. der Erregerstrom Ie durch die Erregerwicklung E mit Hilfe eines Richtungsschalters Sr umgepolt.

Da mit zunehmender Bremsung die Quellspannung Uq mit der Drehzahl n abnimmt, wird auch die nach dem SOLL-Lade-strom geführte Ankerspannung abnehmen und im Stillstand praktisch den Wert Null erreichen. LTm nun sicherzustellen,

dass der Richtungsumkehrschalter Sr nicht im Betrieb umgeschaltet werden kann, wird beispielsweise die Ankerspannung U einem Tiefpassfilter 31 zugeführt, dort geglättet und einer Schwellwerteinheit 33 zugeleitet, welche bei Unterschreiten eines vorgegebenen Wertes durch die Ankerspannung ein Ausgangssignal Uy abgibt. Erst wenn die Ankerspannung diesen Wert unterschritten hat, kann mit dem manuell betätigten Richtungsumkehrschalter Sr, die Richtungsumkehr vorgenommen werden.

Mit dieser Regelung, welche sich, wie bereits erwähnt, und insbesondere mit der Möglichkeit der Nutzbremsung für batteriebetriebene Fahrzeuge, insbesondere Grubenlokomotiven eignet, wird ein optimales Anfahr- und Bremsverhalten bis zu tiefsten Drehzahlen erreicht. Allerdings werden Drehmomentstösse gemäss der «harten» Kennlinie des Nebenschlussmotors umgedämpft an die Speisequelle für Us übertragen.

Mit der als Nebenschlussmaschine geschalteten Gleichstrommaschine lässt sich nun aber eine «weiche» Kennlinie in Analogie zur Hauptschlussmaschine dadurch erzeugen, dass der Ankerstrom als Regelgrösse verwendet wird und die Erregung als Stellgrösse. Mit der Bedingung (1) und nun konstantgehaltener Ankerspannung U in (2) ergibt die partielle Ableitung des Ankestromes nach der Drehzahl und deren Nullsetzen den Ausdruck c

n = (10)

<fo - A(j)

mit C als Integrationskonstanten und dem Ansatz 4> = (j>o — A4>.

Die Randbedingung, dass bei der Nennerregung <t>0 die Nenndrehzahl n„ erreicht sein soll, ergibt sich für die Drehzahl der Ausdruck

Un <!>o n = (11)

<t>o - A0

und für das Moment, bei vorgegebenem Ankerstrom Iao

2 (|>o Un

M = — pwIAo (12)

n n

Die resultierende Drehzahl-Drehmomenten-Kennlinie ist für verschiedene Ankerstrom-Führungsgrössen resp. SOLL-Werte Iaox in Fig. 7 qualitativ dargestellt. Bei Nenndrehzahl nn ergibt sich, abhängig von der Führungsgrösse das Moment

2

Mx = pwlAox(j)o (13)

7t

Aus diesem Verlauf ist ersichtlich, dass in der Tat mit der beschriebenen Regelung eines Nebenschlussmotores eine Hauptschlusscharakteristik realisiert wird.

In Fig. 8 ist das Blockschaltbild des entsprechenden Regelkreises dargestellt. Mit der Führungsgrösse

W = Iao,

der Regeldifferenz

W-X = (Iao-Ia),

der Störgrösse

L = <t>o und der Störgrösse U

Z = — ,

Ra ergibt sich für den Ankerstrom

U 4pw [([i0 - k(IAo - Ia)]

Ia = — - (14)

Ra Ra

Mit der Verstärkung des Reglers R

Ar = k und derjenigen der Strecke

4pwn

As =

R

ergibt sich die bekannte Darstellung der Regelgrösse Ia zu:

ArAs As U 1

IA = Ioa - $0 1 (15)

1 + ArAs 1 + ArAs R 1 + ArAs

In Fig. 9 ist die grundsätzliche Realisierung dieses Regelkreises dargestellt. Der Ankerkreis der Gleichstrommaschine GM ist an die starre Ankerspannung U, beispielsweise an eine Batterie, geschaltet. Der Ankerstrom wird mit einer Strommessanordnung 40 abgegriffen und einer Differenzeinheit 42 zuge5

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führt. Dieser Differenzeinheit 42 wird als Führungsgrösse ein an einer Signalquelle 44 einstellbares Signal zugeschaltet und die in der Einheit 42 gebildete Signaldifferenz steuert über einen Steuereingang 46 eine Gleichstromquelle 48 an, welche die Erregerwicklung E der Maschine speist.

Der gesteuerten Gleichstromquelle 48 ist die Speisespannung Ue von einer Quelle, beispielsweise von einer Batterie, zugeführt.

Ist die erfasste Regelgrösse grösser als die Führungsgrösse, so wird z.B. das Ausgangssignal der Differenzeinheit 42 negativ, der Strom im Erregerkreis wird vergrössert. Ist, umgekehrt, die erfasste Regelgrösse kleiner als die Führungsgrösse, so wird der Erregerfluss verkleinert.

Obwohl die so geregelte Gleichstrommaschine grundsätzlich eine der Hauptschlussmaschine entsprechende Drehzahl-Drehmoment-Charakteristik aufweist, kann mit ihr trotzdem ohne weiteres eine Nutzbremsung ausgeführt werden, da Erregung-und Ankerstrom dank der eigentlichen Nebenschlussbeschal-tung nicht wie bei der Hauptschlussmaschine notwendigerweise gleich sind. Eine Nutzbremsung ist insbesondere bei höheren Drehzahlen ohne weiteres zu realisieren.

Wird in Fig. 9 beispielsweise bei einer angenommenen Antriebsrichtung ein positiver Ankerstrom als Regelgrösse abgegriffen, und mit der Signalquelle 44 dann eine positive Führungsgrösse eingegeben, so bewirkt eine Polaritätsumkehr der Führungsgrösse, dass unmittelbar eine negative Regeldifferenz am Ausgang der Differenzeinheit 42 erscheint. Dadurch wird die Erregung, beispielsweise gemäss (14) erhöht, so dass die Quellspannung Uq = 4pwn<J> grösser als die Ankerspannung U wird.

Dadurch erfolgt im Ankerkreis eine Stromumkehr und der abgegriffene Ankerstrom wird negativ. Solange er betragsmäs-sig kleiner ist als die vorgegebene Führungsgrösse, wird die Erregung weiter erhöht, bis der Ankerstrom gleich der Führungsgrösse ist, welche somit den Ladestrom für die Batterie resp. Rekuperationsstrom für die Quelle generell der Ankerspannung U festlegt. Bei abnehmender Drehzahl wird mit der Abhängigkeit zwischen Erregung und Drehzahl (11) die Quellspannung weitgehend konstant gehalten, was jedoch selbstverständlich nur bis zu einem vorgegebenen Maximalwert der Erregung möglich ist.

In Fig. 10a und 10b ist eine mögliche Ausbildung der Gleichstromquelle 48 gemäss Fig. 9 dargestellt. Die Differenzeinheit 42 gemäss Fig. 10b ist als Differenzverstärker aufgebaut, welchem eine entsprechend gepolte Offsetspannung -U((|)0) zur Vorgabe der Nennerregung t|>0 zugeschaltet ist.

In Fig. 11 ist der grundsätzliche Aufbau der Strommessanordnung 5 gemäss den Fig. 4, 5, 6 resp. 40 gemäss den Fig. 9 und 10 dargestellt. Im Ankerkreis liegt ein Messwiderstand Rm. Die, entsprechend dem Ankerstrom Ia abgegriffene Messspannung Um wird erst einem Tiefpassfilter 52 und dann einem Isolationsverstärker 54 zugeführt, derart, dass an seinem Ausgang eine ankerstrom-proportionale Spannung U(Ia) auftritt, welche mit der Richtung des Ankerstromes ihr Vorzeichen wechselt.

Wie festgestellt worden ist, ergibt die Ankerstromregelung mit der Ankerspannung als Stellgrösse wohl ein ausserordentlich günstiges Anfahr- und Nutzbrems-Verhalten in unteren Drehzahlbereichen, anderseits kann eine weitere Drehzahlerhöhung damit nicht realisiert werden. Zudem wäre für das Fahrverhalten nicht eine «harte» Drehzahl/Drehmoment-Kennlinie erwünscht, sondern eine «weiche» gemäss der Charakteristik eines Hauptschlussmotors.

Auf der anderen Seite wurde die Möglichkeit aufgezeigt, mit einem Nebenschlussmotor eine Hauptschluss-Drehzahl/Mo-menten-Charakteristik zu realisieren, indem der Ankerstrom mit der Erregung als Stellgrösse geregelt wird. Diese Möglichkeit ist weniger für Betrieb und die Nutzbremsung bei tieferen Drehzahlen geeignet, lässt jedoch einen Betrieb und eine Nutzbremsung in oberen Drehzahlbereichen zu und weist den für den Betrieb erwünschten «weichen» Charakteristikverlauf des Hauptschlussmotors auf.

Optimale Verhältnisse werden somit beispielsweise für den Antrieb von batteriegespeisten Fahrzeugen, wie Grubenlokomotiven, dadurch erreicht, dass beide Regelungen im Alternativbetrieb kombiniert eingesetzt werden. Die dadurch erlangten Drehzahl/Drehmomenten-Kennlinien sind quantitativ in Fig. 12 beispielsweise aufgezeichnet. Zum Anfahren wird die Ankerspannung so nachgeführt, dass der Ankerstrom der vorgegebenen Führungsgrösse Iao entspricht. Dies ergibt ein Anfahren mit konstantem Drehmoment M, so lange, bis der Nennwert Un der Ankerspannung U erreicht ist, d.h. die Stellgrösse voll ausgesteuert ist. Bei beispielsweise eingezeichneter Lastkennlinie Ml würde nun bei konstanter voll ausgesteuerter Ankerspannung Un die Drehzahl n und das Drehmoment M sich so verändern, dass die Charakteristik von Punkt P| nach Punkt P2 durchlaufen wird. Mit der immer noch konstanten Erregung gemäss den Ausführungen von Fig. 1 bis 6 reduziert sich dabei der Ankerstrom, welcher, wie bereits erwähnt, nicht mehr durch eine weitere Erhöhung der Ankerspannung auf seinen eingegebenen SOLL-Wert IAo gehalten werden kann. Setzt nun im Moment, in welchem die Ankerspannung U voll ausgesteuert ist, die zweite Regelung ein, indem von nun an der Ankerstrom durch Stellen der Erregung konstant gehalten wird, so wird eine Kennlinie gemäss Fig. 7 für den entsprechend vorgegebenen SOLL-Ankerstrom Iao durchlaufen, d.h. der Antrieb läuft in den Arbeitspunkt P3. Es kann gezeigt werden, dass dabei die Tangenten im Einsetzpunkt der Ankerstrom/Erreger-Regelung desto steiler sind, je grösser der vorgegebene Anker-strom-SOLL-Wert IAo gewählt wird. Für den Nutzbremsbetrieb ab P3, bei reduzierter Erregung 4>0 — A<J> wird vorerst die Erregung, wie anhand von Fig. 9 erläutert worden ist, erhöht, bis, beispielsweise im Punkt Pi, Nennerregung (j>0 erreicht ist. Von diesem Moment an wird, wie beispielsweise anhand von Fig. 6 erläutert worden ist, die Ankerspannung U zur Konstanthaltung des vorgegebenen Ladestromes, entsprechend dem dann vorgegebenen Ankerstrom als Führungsgrösse gestellt.

In Fig. 13 ist die Anordnung zur Ausführung der kombinierten Regelung, wie sie anhand von Fig. 12 erläutert worden ist, dargestellt. Dabei sind für die Ankerstrom/Ankerspannungsregelung die Positionszeichen von Fig. 4 übernommen und für die Ankerstrom/Erregungsregelung diejenigen von Fig. 9. Funktionseinheiten, die in der kombinierten Regelung nur einmal vorzusehen sind und je für die vorgängig beschriebenen Regelungen in den entsprechenden Figuren 4 und 9 dargestellt sind, weisen beide Positionszeichen auf. Der Erregerstrom Ie wird mittels einer weiteren Strommessanordnung 56, beispielsweise gemäss der in Fig. 11 dargestellten ausgebildet, erfasst und einer Schwellwerteinheit 58 zugeführt. Die Schwellwerteinheit 58 ergibt ein Ausgangssignal Ai ab, sobald der Erregerstrom Ie und damit die Erregung 4> den Nennwert IEo resp. <j>0 erreicht. Die Ankerspannung U wird ebenfalls einer Schwellwerteinheit 60 zugeführt, welche ein Ausgangssignal A2 abgibt, wenn die Ankerspannung U ihren Nennwert Un erreicht hat. Mit dem Signal A2 wird ein bistabiler Multivibrator 62 gesetzt, mit dem Signal Ai rückgesetzt. Bei gesetztem bistabilem Multivibrator 62 wird ein Regelungsumschalter Sw geschlossen und ist bei Rücksetzung wieder geöffnet.

Zum Anfahren der Maschine wird, wie dies bereits anhand von Fig. 4 beschrieben worden ist, mit der Signalquelle 11 die Führungsgrösse für den Ankerstrom vorgegeben und die gesteuerte Gleichspannungsquelle 1 so angesteuert, dass der Ankerstrom gleich der Führungsgrösse wird. Erreicht die Ankerspannung U ihren Nennwert Un, so wird der bistabile Multivibrator 62 über die Schwellwerteinheit 60 gesetzt und der Schalter Sw geschlossen. Von diesem Moment an auftretende Regeldifferenzen am Ausgang der nun der Differenzeinheit 42

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von Fig. 9 entsprechenden Einheit, wird diese über den geschlossenen Schalter Sw auf den Steuereingang 46 der gesteuerten Gleichstromquelle 48 geführt. Die an der Signalquelle 11, 44 vorgegebene Führungsgrösse wird nun ohne weitere Um-schaltung für die Ankerstrom/Erregungsregelung verwendet. Die Erregung wird so gestellt, dass der Ankerstrom Ia seiner Führungsgrösse Ia0 folgt, womit gemäss Fig. 12 einer der hyperbolischen Kennlinienäste durchlaufen wird.

Zur Einleitung einer Bremsung wird, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist, die Führungsgrösse, welche der Differenzeinheit 9, 42 zugeführt wird, umgepolt, und es ergibt sich gemäss Erläuterungen zu Fig. 9 beispielsweise eine negative Regeldifferenz, welche eine Wiedererhöhung der Erregung bewirkt. Bei Einhaltung des dann mit der Signalquelle 11, 44 vorgegebenen SOLL-Ladestromes sinkt die Drehzahl der Antriebsgruppe ab, solange, bis die Erregung (j> ihren Nennwert (j>0 erreicht hat. In diesem Moment wird von der Ankerstrom/Erregungsregelung zurück auf die Ankerstrom/Ankerspannungsregelung geschaltet, indem die Schwellwerteinheit 58 den bistabilen Multivibrator 62 rücksetzt und der Schalter Sw geöffnet wird. Gemäss immer noch vorgegebenem SOLL-Wert für den Ladestrom, d.h. den rückfliessenden Ankerstrom, wird, wie dies anhand von Fig. 4 oder 6 erläutert worden ist, die Ankerspannung U mit abnehmender Drehzahl reduziert, bis die Antriebsgruppe zum Stillstand kommt.

Mit dieser kombinierten Regelung, welche sich, wie bereits erwähnt worden ist, ausgezeichnet für den Betrieb von batteriegespeisten Antriebsgruppen, insbesondere für Fahrzeuge, wie Grubenlokomotiven, eignet, wird somit im stationären Betrieb auf einem der hyperbolisch verlaufenden Drehzahl-Drehmo-menten-Kennlinienäste ein Fahrverhalten wie mit einem Hauptschlussmotor erreicht, wogegen Anfahren und Nutzbremsung bis zu tiefsten Drehzahlen trotzdem vorgenommen werden können. Die kombinierte Regelung ermöglicht ein Umschalten von Hauptschlusscharakteristik auf Nebenschlusscharakteristik und umgekehrt, so dass beide Charakteristiken optimal für das gewünschte Betriebsverhalten ausgenützt werden können. Durch entsprechende Wahl und Auslegung der Erregerwicklung ist es ohne weiteres möglich, den Erregerstrom mit einer Transistorschaltung zu stellen.

In Fig. 14 ist ein detailliertes Schaltschema der Anordnung mit der kombinierten Regelung dargestellt. Die Funktionseinheiten, welche denjenigen von Fig. 6 für die Ankerstrom/Ankerspannungsregelung entsprechen, sind mit denselben Positionszeichen versehen und analog diejenigen, welche der Anordnung gemäss Fig. 9 resp. 10 mit der Ankerstrom/Erregerregelung entsprechen.

Die Ankerstrom/Ankerspannungsregelung ist in Analogie zu Fig. 6 aufgebaut und braucht nicht nochmals erläutert zu werden. Als Kriterium, ob die Ankerspannung ihren Nennwert Un erreicht, werden das Signal des Impulsgenerators 15 und das Ausgangssignal des Zeitgebers 21 in einer ODER-Schaltung 64 miteinander verknüpft. Mit steigender Pulslänge x des Zeitgebers 21 steigt auch der Mittelwert des Ausgangssignals am ODER-Tor 64 an, bis dann, wenn die Pulslänge x = T ist, der Maximalwert entsprechend der Nennankerspannung Un erreicht ist. Dabei entspricht T der Pulsrepetitionsperiode am Ausgang des Generators 15. An einem Tiefpass 66 wird eine, dem Mittelwert der Ausgangsspannung des ODER-Tores 64 entsprechende Spannung U' (U) in Funktion der Ankerspannung U erzeugt, welche einem als Schwellwerteinheit wirkenden Komparator 60a zugeführt wird. Eine Vergleichsspannung Uc(Un) wird dem Vergleichseingang des Komparators zugeschaltet, so dass dann, wenn die Ankerspannung U ihren Nennwert Un erreicht, ein Ausgangssignal erzeugt wird, welches, wie bereits anhand von Fig. 13 erläutert worden ist, den bistabilen Multivibrator 62 setzt, und dieser, zum Wechsel der Regelung, den Schalter Sw schliesst. Die Differenzeinheit 9, 42 ist mit einem Differenzverstärker aufgebaut. Der Antriebs/Bremsschalter Sab schaltet zum Antrieb, als Signalquelle zur Vorgabe der Führungsgrösse das Potentiometer Pa mit positivem Signal auf die Differenzeinheiten 9, 42. Am Ausgang dieser Einheit liegt die Regeldifferenz, entsprechend Iao — Ia an.

Nach Schliessung des Schalters Sw wird diese Regeldifferenz einem weiteren Differenzverstärker 68 zugeführt, über einen entsprechend dimensionierten Regler R' ', welcher, gemäss eingetragenen Vorzeichen, keine Signalinversion bewirken möge. Dem Differenzverstärker 68 ist die Ausgangsspannung der Speisequelle für Ue zugeführt, welche z.B. gerade der Nennerregung $0 entspricht. Am Ausgang des Verstärkers 68 erscheint somit das Signal entsprechend ui cj)o — k (iao — Ia)

mit k als Verstärkung des Reglers R" .

Die Ausgangsspannung des Verstärkers 68 wird einer auf bekannte Art und Weise aufgebauten bipolaren Stromquelle, z.B. FET-Stromquelle, zugeführt. Entsprechend der Übertragungskennlinie der Stromquelle

U,

ie = -

2R

fliesst ein Erregerstrom Ie in eingezeichneter Richtung, solange das Signal am Ausgang des Verstärkers 68 positiv ist. Ist der Ankerstrom Ia grösser als Iao, so nimmt das Ausgangssignal des Verstärkers 68 zu, wodurch der Erregerstrom ie vergrössert wird und gemäss (2) oder (14) der Ankerstrom rückgestellt wird. Ist anderseits der Ankerstrom IA kleiner IAo, so wird das Ausgangssignal des Verstärkers 68 kleiner und die Erregung nimmt ab.

Wird, zur Drehrichtungsumkehr, im Stillstand mit dem Schalter Sr, gekoppelt mit den Schaltern Si und S2, wie bereits anhand von Fig. 6 erläutert wurde, die Erregung umgepolt, so wird damit auch die der Nennerregung entsprechende Spannung U(<j>0), welche dem Verstärker 68 zugeführt wird, umgepolt. Dabei bleiben Stromrichtung im Ankerkreis und Vorzeichen der Führungsgrösse unverändert. Somit ergibt sich

U, = — cj)o k (iAo Ia)

Ist jetzt die Regelgrösse ia mit Bezug auf die Führungsgrösse IAo zu gross, so wird die negative Ausgangsspannung des Verstärkers 68 betragsmässig kleiner, wodurch auch die Erregung abnimmt. Dies ergibt wiederum eine Zunahme des Ankerstromes, was dem geforderten Regelverhalten entspricht.

Es versteht sich von selbst, dass die dargestellten Funktionseinheiten in einer Vielzahl von Realisationsmöglichkeiten, die dem Fachmann geläufig sind, konkretisiert werden können. Als Regler R' ' wird vorzugsweise ein PI-Regler verwendet.

Zur Detektion, ob Stillstand erreicht ist, was bei minimaler Pulslänge am Ausgang des Zeitgebers 21 erreicht ist, wird dessen Ausgangssignal über einen Tiefpass 72 einem Nullkompara-tor 74 zugeführt, welcher über das bereits anhand von Fig. 6 erläuterte UND-Tor 76 die Richtungsumkehrschaltung mit Hilfe des Schalters Sr, freigibt.

Eine Gleichspannungsquelle, welche einem Verbraucher über eine Gleichstrompulswandlerschaltung Leistung zuführt, wird pulsierend beansprucht. Dies gilt z.B. für die Ankerspeisungsquelle Us gemäss Fig. 6 und Fig. 14, sowohl im Antriebs-wie auch im Bremsbetrieb. Des öftern werden nun an eine und dieselbe Gleichspannungsquelle zwei oder mehr Verbraucher geschaltet, welche je an einem Gleichstrompulswandler arbeiten. Um in einem solchen Fall die Speisequelle gleichmässig zu belasten, werden die den Verbrauchern zugeordneten Pulswandler zeitlich gestaffelt betrieben.

s

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In Fig. 15a ist der Impulszug Zu welcher einen Gleichstrompulswandler ansteuert, mit einer Pulslänge x bei einer Puls-repetitionsperiode T dargestellt. Der Impulszug Z2 stellt nun die optimale Staffelung für die Ansteuerung eines zweiten Gleichstrompulswandlers aus derselben Quelle dar, wobei in diesem Fall beide Verbraucher mit der gleichen Pulslänge x betrieben werden.

Die Darstellung B(t) zeigt den Verlauf der Quellenbelastung, welche zwischen den Belastungswerten für einen Verbraucher und zwei Verbraucher schwankt. Die Quelle wird wesentlich gleichmässiger belastet, wenn dazu im Vergleich die gestrichelt eingezeichnete Belastung betrachtet wird, welche eintritt, wenn beide Verbraucher zeitlich synchron betrieben werden.

In Fig. 15b ist die gleiche Darstellung aufgezeigt, wobei jedoch die beiden Verbraucher entsprechend den Impulszügen Zi und Z2 unterschiedlich betrieben werden und entsprechend Pulslängen Xi und x2 vorliegen. Bei zeit-synchroner Ansteuerung gemäss der gestrichelten Darstellung ergäbe sich wiederum eine wesentlich höhere Belastungsschwankung B(t).

Die optimale Phasenverschiebung zwischen den Impulszügen für zwei Verbraucher ergibt sich zu:

nx xi T x2 xi - x2 T

A(P|2 = I — = I-

2 2 2 2 2

Sie ist dann erreicht, wenn unabhängig von den Pulslängen die Zeitpunkte, an welchen die Impulse ihre Halbzeit x/2

T

durchlaufen haben, sich in gleichen Abständen von -^-folgen.

Dies führt, unter Berücksichtigung der veränderlichen Impulslängen, auf den obigen Ausdruck für die Phasenverschiebung.

Sind nun drei Verbraucher vorgesehen, so ergibt sich aus Analogieschlüssen für die optimale Phasenverschiebung zwischen einem Impulszug Zi für den ersten Verbraucher und einem Impulszug Z2 für einen zweiten:

m xi T x2 xi - x2 T

A(pI2 = — + —• - — = + —

2 3 2 2 3

Entsprechend ergibt sich für die Phasenverschiebung zwischen dem ersten und dritten Impulszug Zj resp. Z3:

m ti 2T x3 xi - x3 2T

A(P,3W = — + — = + —

2 3 2 2 3

Für mehr als drei Verbraucher lässt sich für die jeweils optimale Phasenverschiebung zwischen einem Bezugsimpulszug eines ersten Verbrauchers Zi und einem Impulszug Zx eines weiteren Verbrauchers die Relation x, x xx xi - xx x (16)

A <pix = + •— T- = + T(x = 2...n-1)

2 n 2 2 n angegeben, wobei n die Gesamtzahl vorgesehener Verbraucher bezeichnet.

In Fig. 16 ist das Blockschaltbild einer Anordnung zur Einstellung der optimalen Phasenverschiebung zwischen zwei Impulszügen für die Ansteuerung zweier an derselben Gleichspannungsquelle Us mit Pulswandlern betriebener Verbraucher.

Die Verbraucher 81 und 83 können beispielsweise, wie bereits vorgängig beschrieben wurde, Gleichstrommaschinen mit Thyristor-Gleichstrompulswandlern sein, d.h. je mit einem Hauptthyristor TH und einem Löschthyristor Tl sowie entsprechend zugehörigen Schaltelementen. Selbstverständlich können auch Gleichstrommaschinen als Verbraucher 81 resp. 83 je mit Antriebs- und Bremsgleichstrompulswandlern und entsprechenden Thyristoren die Verbraucher bilden.

Der Gleichstrompulswandler des Verbrauchers 81 wird über einen Impulsgenerator 85 angesteuert, wobei beispielsweise ein monostabiler Multivibrator bei jeder aufsteigenden Impulsflanke einen Zündimpuls an den Hauptthyristor Th abgibt.

Bei dieser Schaltflanke des Impulszuges mit der Frequenz fo wird ein Zeitgeber 87 ausgelöst und gibt einen Impuls einstellbarer Impulslänge xi ab. Auf die abfallende Schaltflanke des vom Zeitgeber 87 abgegebenen Impulses wird beispielsweise über einen weiteren monostabilen Multivibrator 88 ein Zündimpuls an den Löschthyristor Tl des Gleichstrompulswandlers am Verbraucher 81 geleitet.

Die Pulslänge ti wird vorzugsweise mit Hilfe einer Steuerspannung Usi am Steuereingang 89 des Zeitgebers 87 festgelegt. Zu diesem Zweck ist dieser Anschluss auf eine einstellbare Signalquelle 91 geführt.

Der Ausgang des Generators 85 ist weiter auf einen Band-pass 93 geführt, mit einer Mittenfrequenz fo, also gleich der Pulsrepetitionsfrequenz des vom Generator 85 abgegebenen Impulszuges. Das Ausgangssignal des Bandpassfilters 93 wird einem Phasenschieber 95 zugeführt, welcher vorzugsweise als Allpassfilter ausgebildet ist und, mit einem Steuereingang 97 versehen, vorzugsweise mit einer Steuerspannung angesteuert werden kann. Mit der Steuerspannung Us3 am Steuereingang 97 kann die Phasenverschiebung (p zwischen Eingang und Ausgang des Phasenschiebers 95 eingestellt werden. Das derart phasenverschobene Ausgangssignal des Phasenschiebers 95 wird, zur Rückgewinnung eines Pulszuges, beispielsweise einem Schmit-trigger 98 zugeführt, dessen Ausgang über einen monostabilen Multivibrator 100 bei aufsteigender Impulsflanke einen Zündimpuls an den Hauptthyristor Th des Verbrauchers 83 leitet und den diesem Verbraucher zugeordneten Zeitgeber 99 ansteuert. Mit der Signalquelle 101 wird eine weitere Steuerspannung Us2 eingestellt, welche dem Steuereingang 103 des Zeitgebers 99 zugeführt wird und dessen Ausgangsimpulslänge x2 festlegt. Auf die abfallende Flanke des vom Zeitgeber 99 abgegebenen Impulses wird über einen monostabilen Multivibrator 102 ein Zündimpuls an den Löschthyristor TL des Verbrauchers 83 abgegeben.

Gilt für die Steuerspannungen Usi und Us2

Usi = k • x,

US2 = k • x2

und für eine konstante Offsetspannung Ut

1

UT = kT = k • — ,

fo so ist ersichtlich, dass am Ausgang einer Differenzeinheit 105, welcher die beiden Steuerspannungen Usi und Us: zugeführt sind, ein Signal entsprechend den Pulslängenunterschieden Xi — x2 erscheint, welche an einer Überlagerungseinheit 107 um einen konstanten Wert entsprechend der Impulsrepetitionspe-riode des Generators 85 vergrössert wird. Der Ausgang der Überlagerungseinheit 107 wird an einem Verstärker 109 gewichtet, dessen Ausgangssignal als Steuerspannung dem Steuereingang 97 des Phasenschiebers 95 zugeführt wird.

Damit wird erreicht, dass unabhängig von den eingestellten

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10

15

20

25

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10

Pulslängen Ti und t2 eine für die Speisequelle Us optimale Belastung erreicht wird. Sind ti und %2 gleich und damit für die Ansteuerung der beiden Zeitgeber 89 und 99 nur eine Steuersignalquelle notwendig, so wird an den Steuereingang 97 des Phasenschiebers 95 eine feste Spannung entsprechend der Pulsrepeti-tionsperiode des vom Generator 85 abgegebenen Impulszuges angelegt. Bei extern spannungsgesteuerter Frequenz fo am Generator 85 versteht es sich von selbst, dass man vorzugsweise die Frequenzsteuerspannung als Ux verwendet.

Diese Steuerung kann auch für mehr als zwei Verbraucher erweitert werden, wobei gemäss (16) Gewichtungen für die Ansteuerung der vorzusehenden Phasenschieber einzuführen sind.

Die anhand der Fig. 15 und 16 beschriebene Betriebsweise für von der gleichen Gleichspannungsquelle betriebene Ver-s braucher mit Pulswandlern, eignet sich insbesondere für den Betrieb von Gleichstrommaschinen, wie an batteriebetriebenen Fahrzeugen, z.B. an Grubenlokomotiven, welche vorzugsweise zudem eine Ankerstrom/Ankerspannung- oder, kombiniert, eine Ankerstrom/Ankerspannung- und Ankerstrom/Erregungs-lo Regelung, wie sie beschrieben worden sind, aufweisen.

v

10 Blätter Zeichnungen

Claims

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1. Verfahren zum Betrieb eines fremderregten oder neben-schlussgeschalteten Gleichstrommotors, der als Fahrmotor in Reihenschlusscharakteristik durch entsprechende Steuerung des Erregerstromes betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass er in einem unteren Drehzahlbereich mit Nebenschlusscharakteristik geführt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man ihn unterhalb einer vorgegebenen Drehzahl-/Drehmo-mentkennlinie mit Nebenschlusscharakteristik, darüber mit Reihenschlusscharakteristik führt.

2

PATENTANSPRÜCHE

3

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man bei Führung mit Nebenschlusscharakteristik den Ankerstrom als Regelgrösse verwendet und die Ankerspannung als Stellgrösse.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man für den Antriebsbetrieb eine Führungsgrösse diesseits eines Festwertes vorgibt und für Bremsbetrieb jenseits, und vorzugsweise als Festwert den Nullwert wählt.

5

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man bei Führung mit Reihenschlusscharakteristik den Ankerstrom als Regelgrösse verwendet und die Erregung als Stellgrösse.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man die Erregung im Antriebsbetrieb, ausgehend von einem vorgegebenen Wert (cj)0) hei einem mit zunehmender Drehzahl (n) tendenziell abnehmendem Ankerstrom (Ia) verringert und umgekehrt, zur Stellung der Regelgrösse auf eine vorgegebene Führungsgrösse.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man für den Antriebsbetrieb eine Führungsgrösse diesseits eines Festwertes, vorzugsweise des Nullwertes, für den Bremsbetrieb jenseits davon vorgibt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man unterhalb einer vorgegebenen Ankerspannung bei konstanter Erregung den Ankerstrom als Regelgrösse und die Ankerspannung als Stellgrösse verwendet und bei Aussteuerung dieser Stellgrösse auf den vorgegebenen Wert den Ankerstrom als Regelgrösse und dann die Erregung als Stellgrösse verwendet.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass man den Bremsbetrieb mit einer Führungsgrösse steuert.

10

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass man für den Antriebsbetrieb eine Führungsgrösse diesseits eines Festwertes, vorzugsweise des Nullwertes, vorgibt und für den Bremsbetrieb jenseits.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass man beim Anfahren das Erreichen des vorgegebenen Wertes (Un) der Stellgrösse detektiert, dann die Regeldifferenz zur Stellung der Erregung umschaltet und im Bremsbetrieb das Erreichen eines vorgegebenen Erregungswertes detektiert und dann die Regeldifferenz wieder zur Stellung der Ankerspannung umschaltet.

12. Anordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Stellorgane für die Erregung vorgesehen sind, die, umschaltbar, die Erregung entweder zum Nebenschlussbetrieb konstant halten oder gemäss der Reihenschlusscharakteristik stellen.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Ankerstromkreis eine Strommessanordnung (5, 52, 54) vorgesehen ist, deren Ausgang auf den einen Eingang einer Differenzeinheit (9) geführt ist, deren zweitem Eingang eine einstellbare Signalquelle (11, lla) zugeschaltet ist, und dass im Ankerkreis eine steuerbare Gleichspannungsquelle (1) mit einem Steuereingang (3, 3a, 3b) angeordnet ist, wobei der Ausgang der Differenzeinheit (9) mit dem Steuereingang (3, 3a, 3b) der Gleichspannungsquelle (1) verbunden ist.

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungsquelle (1) ein Gleichstrompulswandler (Th, Tl) ist, und dass eine Impulslängen-Steuerschaltung (15, 17, 21, 25) vorgesehen ist mit einem Impulslängen-Steuereingang (23), wobei der Ausgang der Differenzeinheit (9) mit diesem Eingang (23) verbunden ist.

15

15. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungsquelle (1) eingangsseitig an eine Speiseeinheit (Us) angeschlossen ist, und dass die Quelle (1) so ausgebildet ist, dass eine Stromrichtungsumkehr in ihrem Ausgangskreis (Ia) eine Stromrichtungsumkehr an ihrem Eingang bewirkt.

16. Anordnung nach den Ansprüchen 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungsquelle (1) für beide Stromrichtungen im Ankerkreis einen Gleichstrompulswandler (THa, TLa; THb, Tu,) umfasst.

17. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalquelle (11) zur Abgabe von Signalen beidseits eines ersten Festwertes, vorzugsweise des Nullwertes, ausgebildet ist und die Quelle (11) mindestens für die Signale auf einer Seite dieses Festwertes verstellbar ist, und dass die Strommessanordnung (5, 52, 54) für Ströme unterschiedlicher Richtung ein Ausgangssignal diesseits resp. jenseits eines zweiten Festwertes, vorzugsweise des Nullwertes, abgibt.

18. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Erregerkreis eine in ihrer Polarität umschaltbare Quelle (Ue) für den Erregerstrom (Ie) vorgesehen ist.

19. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Ankerkreis eine Strommessanordnung (40, 52, 54) vorgesehen ist, welche mit dem einen Eingang einer Differenzeinheit (42) verbunden ist, während deren anderer Eingang auf eine einstellbare Signalquelle (44) geführt ist, und dass der Ausgang der Differenzeinheit (42) auf einen Steuereingang einer Gleichstromquelle (48, 50) geführt ist, deren Ausgangsstromkreis der Erregerkreis ist.

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20. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromquelle eine Transistor- oder FET-Strom-quelle (50, 48) ist.

21. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalquelle (44) zur Abgabe von Signalen beidseits eines ersten Festwertes, vorzugsweise des Nullwertes, ausgebildet ist und die Quelle (44) mindestens für die Signale auf einer Seite des Festwertes verstellbar ist, und dass die Strommessanordnung (40) für Ströme unterschiedlicher Richtung ein Ausgangssignal diesseits resp. jenseits eines zweiten Festwertes, vorzugsweise des Nullwertes, abgibt.

22. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromquelle (48) umschaltbar für beide Ausgangsstromrichtungen ausgebildet ist.

23. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ausgang der Differenzeinheit (42) mittels einer Überlagerungseinheit (68) ein Offsetsignal [U((j)0)] überlagert ist.

24. Anordnung nach den Ansprüchen 22 und 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarität des Offsetsignals von Umschaltorganen (Sr) für die Richtung des Stromquellen-Aus-gangsstromes gesteuert ist.

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25. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Ankerstromkreis eine Strommessanordnung (5, 52, 54) vorgesehen ist, deren Ausgang auf den einen Eingang einer Differenzeinheit (9, 42) geführt ist, deren zweitem Eingang eine einstellbare Signalquelle (11, 44) zugeschaltet ist, und dass im Ankerkreis eine steuerbare Gleichspannungsquelle (1; Th:i, Tu; THb, TLb) mit einem Steuereingang (3, 3a, 3b) angeordnet ist, dass weiter eine steuerbare Gleichstromquelle (48) vorgesehen ist, deren Ausgangsstromkreis der Erregerkreis ist, wobei der Ausgang der Differenzeinheit (9, 42) mit dem Steuereingang der steuerbaren Gleichspannungsquelle und/oder mit dem Steuereingang der steuerbaren Gleichstromquelle verbindbar ist.

26. Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungsquelle ein Gleichstrompulswandler ist, und dass eine Impulslängen-Steuerschaltung (15, 17, 21, 25) vorgesehen ist, mit einem Impulslängen-Steuereingang (23), wobei der Ausgang der Differenzeinheit (9, 42) mit diesem Eingang (23) verbunden ist.

27. Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungsquelle eingangsseitig an eine Speiseeinheit (Us) angeschlossen ist, und dass die Quelle so ausgebildet ist, dass eine Stromrichtungsumkehr in ihrem Ausgangskreis (Ia) eine Stromrichtungsumkehr an ihrem Eingang bewirkt.

28. Anordnung nach den Ansprüchen 26 und 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungsquelle (1) für beide Stromrichtungen im Ankerkreis einen Gleichstrompulswandler (Th., TLa; Thi>. TLb) umfasst.

29. Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalquelle (11, 44) zur Abgabe von Signalen beidseits eines ersten Festwertes, vorzugsweise des Nullwertes, ausgebildet ist und die Quelle (11, 44) mindestens für die Signale auf einer Seite dieses Festwertes der einen Polarität verstellbar ist, und dass die Strommessanordnung (15) für Ströme unterschiedlicher Richtung ein Ausgangssignal diesseits resp. jenseits eines zweiten Festwertes, vorzugsweise des Nullwertes abgibt.

30. Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass im Erregerstromkreis eine Strommessanordnung (56) vorgesehen ist und im Ankerkreis eine Spannungsmessanordnung (64, 66), und dass der Ausgang der Spannungsmessanordnung auf erste schwellwertsensitive Mittel (60, 60a) geführt ist, der Ausgang der Strommessanordnung auf zweite (58, 58a), und dass der Ausgang der Differenzeinheit (9, 42) über steuerbare Schaltorgane (Sw) auf den Steuereingang der Gleichspannungsquelle (1; Th, Tl) und/oder den Steuereingang der Gleichstromquelle (48) schaltbar ist, wobei die Schaltorgane (Sw) durch die Ausgänge der beiden schwellwertsensitiven Mittel (60, 60a; 58, 58a) angesteuert sind.

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31. Anordnung nach Anspruch 25,, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromquelle eine Transistor- oder FET-Strom-quelle ist.

32. Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromquelle umschaltbar für beide Ausgangsstromrichtungen ausgebildet ist.

33. Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass dem Steuereingang der Stromquelle (48) eine Überlagerungseinheit (68) vorgeschaltet ist, welcher ein Offsetsignal IU(c()0)] und der Ausgang der Differenzeinheit (19, 42) zuführbar ist.

34. Anordnung nach den Ansprüchen 32 und 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarität des Offsetsignals von Umschaltorganen (Sr) für die Richtung des Stromquellen-Ausgangsstromes gesteuert ist.

35. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 bei batteriegetriebenen Fahrzeugen.

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36. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 35 bei batteriebetriebenen Grubenlokomotiven.