DE1438009B2

DE1438009B2 - ARRANGEMENT FOR SWITCHING A DC MOTOR FROM MOTORI SCHEN INTO GENERATORIAL OPERATION AND VICEVICE

Info

Publication number: DE1438009B2
Application number: DE19621438009
Authority: DE
Inventors: Günter 1000 Berlin Cießow
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1962-09-13
Filing date: 1962-09-13
Publication date: 1971-10-21
Also published as: DE1438009A1; AT245691B; CH413977A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Umschaltung eines Gleichstrommotors, dessen Ankerwicklung über einen im Schaltbetrieb arbeitenden steuerbaren Halbleiter und eine Drosselspule mit einer Gleichstromquelle verbunden ist, vom motorischen in den generatorischen Betrieb und umgekehrt. Es ist bekannt, zur Steuerung eines Gleichstrommotors, insbesondere zur Steuerung seiner Drehzahl, eine Tastschaltung zu verwenden (»The Engineer« vom 22.9. 1961, S. 480 bis 481). Deren wesentliches Kennzeichen besteht darin, daß der Gleichstrommotor aus einer Gleichstromquelle, ζ. Β. einer Batterie, mit Hilfe eines steuerbaren, durch Kondensatorstromstoß löschbaren Halbleiterelementes intermittierend mit Energieimpulsen versorgt wird. Die Drehzahl bzw. das Drehmoment des Gleichstrommotors ist dann abhängig von dem Tastverhältnis, d. h. von dem Verhältnis der gesamten Periodendauer zur Impulsdauer (DIN 5488, Februar 1964, S. 7). Wesentliche Bestandteile entsprechender Tastschaltungen mit im Schaltbetrieb arbeitenden steuerbaren Halbleitern sind ferner eine Freilaufdiode und gegebenenfalls eine Zusatzinduktivität. Durch den vom Gleichstrommotor der Freilaufdiode und der Zusatzinduktivität gebildeten Stromkreis fließt während der Zeit, in der eine Energiezufuhr aus der Gleichstromquelle gesperrt ist, abhängig von der Größe der Gesamtinduktivität ein abklingender Strom (deutsche Auslegeschrift 1026 850.) Die Größe der Zusatzinduktivität kann in einer Tastschaltung um so kleiner gewählt werden, je höher die Tastfrequenz ist. Es ist deshalb bei entsprechend hoher Frequenz auch möglich, lediglich mit der Ankerstromzweiginduktivität des Gleichstrommotors auszukommen, und es erübrigt sich dann der Einbau eines zusätzlichen induktiven Bauelementes. The invention relates to an arrangement for switching a direct current motor, the armature winding of which is connected to a direct current source via a controllable semiconductor operating in switching mode and a choke coil, from motor to generator operation and vice versa. It is known to use a pushbutton circuit to control a DC motor, in particular to control its speed ("The Engineer" of September 22, 1961, p. 480 to 481). Their main characteristic is that the direct current motor comes from a direct current source, ζ. Β. a battery is supplied intermittently with energy pulses with the aid of a controllable semiconductor element which can be erased by a capacitor surge. The speed or the torque of the direct current motor is then dependent on the pulse duty factor, ie on the ratio of the total period duration to the pulse duration (DIN 5488, February 1964, p. 7). Essential components of corresponding key circuits with controllable semiconductors operating in switching mode are also a freewheeling diode and, if necessary, an additional inductance. Through the circuit formed by the DC motor of the freewheeling diode and the additional inductance, a decaying current flows during the time in which an energy supply from the DC source is blocked, depending on the size of the total inductance (German Auslegeschrift 1 026 850.) The size of the additional inductance can be in one Keying circuit can be selected to be smaller, the higher the keying frequency. With a correspondingly high frequency, it is therefore also possible to manage only with the armature branch inductance of the direct current motor, and there is then no need to install an additional inductive component.

Es ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 026 850 weiterhin bekannt, einen Gleichstrommotor, dessen Ankerwicklung in Reihe mit einer Drosselspule über einen im Schaltbetrieb arbeitenden steuerbaren Halbleiter mit einer Gleichstromquelle verbunden ist, sowohl motorisch als auch generatorisch zu betreiben. Es versteht sich dabei ohne weiteres von selbst, in herkömmlicher Weise mittels mehrerer kontaktstückbehafteter Schalter im Anker- oder im Erreger- Stromkreis die erforderliche Umschaltung vorzunehmen.It is also known from German Auslegeschrift 1 026 850, a DC motor, its Armature winding is connected in series with a choke coil via a controllable semiconductor operating in switching mode with a direct current source, to be operated both as a motor and as a generator. It goes without saying, in a conventional manner by means of several switches with contact pieces in the armature or in the exciter Make the necessary switching.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, für die Umschaltung eines durch eine Tastschaltung gesteuerten Gleichstrommotors vom motorischen in den generatorischen Betrieb und umgekehrt eine Lösung mit geringerem Aufwand und mit erhöhter Betriebssicherheit anzugeben. Insbesondere soll die Anzahl der Schaltelemente verringert werden, wodurch sich gleichzeitig der hierfür erforderliche Steuerungsaufwand und die mit der Zahl der Schaltelemente wachsenden Fehlermöglichkeit vermeiden oder verringern läßt.The object of the invention is to switch a DC motor controlled by a pushbutton circuit from the motor to the the generator operation and vice versa a solution with less effort and with increased Indicate operational safety. In particular, the number of switching elements is to be reduced, which at the same time increases the number required for this Avoid control effort and the possibility of errors that grow with the number of switching elements or reduce it.

Die Erfindung besteht bei einer Anordnung der eingangs genannten Art darin, daß in der einen Verbindungsleitung zwischen der Gleichstromquelle und der Reihenschaltung von Ankerwicklung und Drosselspule ein durch eine Kondensatorlöschvorrichtung löschbarer Thyristor als im Schaltbetrieb arbeitender steuerbarer Halbleiter und in der anderen Verbindungsleitung ein einpoliges Schaltelement mit Durchlaßrichtung für den motorischen Strom angeordnet ist, daß parallel zur Reihenschaltung von Ankerwicklung, Drosselspule und einpoligem Schalt element eine Freilaufdiode mit Durchlaßrichtung fü den Ankerstrom bei gesperrtem Thyristor und par alle! zur Reihenschaltung von Ankerwicklung Drosselspule und Thyristor eine Diode mit Sperrich tuiig zum Pluspol der Gleichstromquelle liegt und daT eine bei jeder Umschaltung betätigte Umpolvorrichtung für die Erregerwicklung vorgesehen ist. The invention consists in an arrangement of the type mentioned in that in one connection line between the direct current source and the series connection of armature winding and choke coil a thyristor erasable by a capacitor quenching device as a controllable semiconductor operating in switching mode and in the other connection line a single-pole switching element with forward direction for the motor current is arranged that parallel to the series connection of armature winding, choke coil and single-pole switching element a freewheeling diode with forward direction for the armature current with the thyristor blocked and par all! for the series connection of the armature winding, the choke coil and the thyristor, a diode with a blocking function is connected to the positive pole of the direct current source and that a polarity reversal device is provided for the excitation winding, which is actuated with each switchover.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß füi den Einsatz von Gleichstrommotoren im Zusammenhang mit modernen Steuerungsverfahren Anwendungsbereiche erschlossen werden, die hohe Betriebssicherheit bei möglichst geringer Wartung voraussetzen. So kann der Gleichstrommotor beispielsweise als Fahrmotor in einem elektrischen Triebfahrzeug eingebaut werden, ohne daß für das Fahrzeug aul Grund der unkonventionellen Antriebs- und Steuerungstechnik erhöhte, durch Reparatur bedingte Ausfallzeiten in Kauf genommen werden müssen.The advantage of the invention is that for the use of direct current motors in connection Areas of application can be opened up with modern control methods, the high operational reliability with as little maintenance as possible. For example, the DC motor can be installed as a traction motor in an electric traction vehicle without aul for the vehicle Due to the unconventional drive and control technology, increased downtimes due to repairs must be accepted.

Es ist nach der Erfindung möglich, bei einem Gleichstromnebenschlußmotor den Ankerstromkreis mit seiner gegenüber dem Erregerstrom großen Stromstärke mit Hilfe nur eines leistungsstarken, nahezu verzögerungsfrei arbeitenden Schaltelementes umzuschalten. Auf Grund dieses nur einen Schaltclementes im Ankerstromkreis ist die Fehlermöglichkeit verringert und darüber hinaus eine besondere Wartung überflüssig.According to the invention, it is possible to use the armature circuit in a direct current shunt motor with its high current strength compared to the excitation current with the help of only one powerful, to switch almost instantly working switching element. Because of this only one switching element In the armature circuit, the possibility of errors is reduced and, moreover, a special one Maintenance unnecessary.

Auch für die Umschaltung eines Gleichstromrcihenschlußmotors bildet die Erfindung — die im Aufwand gleichbleibenden Maßnahmen zur Umschaltung der Erregerwicklung außer Betracht lassend — eine vorteilhafte Lösung, da lediglich ein zwangkommutiertes Ventil erforderlich ist, dessen Durchlaßrichtung und Schaltverbindungen nicht ver ändert zu werden brauchen. Also for the switching of a Gleichstromrcihenschlußmotors the invention forms - the constant in effort measures for switching the field winding not considered leaving - an advantageous solution, since only a zwangkommutiertes valve is required, no need to change its forward and interconnections ver.

An Hand der Zeichnungen seien nun schematische Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.Schematic exemplary embodiments of the invention will now be described with reference to the drawings.

Die Fig. 1 zeigt eine Anordnung zur Umschaltung eines Gleichstromnebenschlußmotors vom motorischen auf den generatorischen Betrieb und umgekehrt.Fig. 1 shows an arrangement for switching a direct current shunt motor from motor to generator operation and vice versa.

Die Schaltungsanordnung sei zunächst für den motorischen Betrieb erläutert. Sie kann z. B. die Fahrschaltung eines elektrischen Triebfahrzeuges darstellen. Aus einer Gleichstromquelle 1 fließt ein Strom durch ein in dieser Betriebsart geschlossenes einpoliges Schaltelement 2 während der Durchlaßzeit eines Thyristors durch die Ankerwicklung 3 eines Gleichstromnebenschlußmotors und durch eine Drosselspule 4. Der Strom wird mit Hilfe einer durch einen zweiten Strich an dem Thyristor 5 schematisch angedeuteten, an sich bekannten Kondensatorlöschschaltung unterbrochen. Ein abklingender Strom fließt dann in einem Stromkreis, der durch die Bauelemente 2, 3, 4 und eine Freilaufdiode 6 gebildet wird. Zur Umschaltung auf den generatorischen Betrieb (Bremsbetrieb) ist es lediglich erforderlich, bei gleichbleibendem Drehsinn des Gleichstrommotors das Schaltelement 2 zu öffnen und die Erregerwicklung 8 mittels einer Umpolvorrichtung 11 umzupolen.The circuit arrangement will first be explained for the motorized operation. You can z. B. the Represent driving circuit of an electric traction vehicle. A current flows from a direct current source 1 by a single-pole switching element 2, which is closed in this operating mode, during the passage time a thyristor through the armature winding 3 of a direct current shunt motor and through a choke coil 4. The current is by means of a a second line on the thyristor 5, indicated schematically and known per se, interrupted the capacitor quenching circuit. A decaying current flows then in a circuit which is formed by the components 2, 3, 4 and a freewheeling diode 6. To the Switching to the generator mode (braking mode), it is only necessary to open the switching element 2 with the direction of rotation of the direct current motor remaining the same and to reverse the polarity of the field winding 8 by means of a polarity reversal device 11.

Infolge der Feldumkehr wechselt bei gleichbleibender Drehrichtung bekanntlich auch die Ankerspannung ihre Polarität und treibt bei durchlässig gesteuertem Thyristor5 einen Strom durch den Anker 3 des Gleichstrommotors, die Drosselspule 4, den Thyristor 5 und eine Diode 7. Sobald der Thyristor 5 diesen Strom unterbricht, speist der GleichstrommotorAs a result of the field reversal, the armature voltage also changes polarity when the direction of rotation remains the same, and drives a current through the armature 3 when the thyristor5 is controlled to be permeable of the DC motor, the choke coil 4, the thyristor 5 and a diode 7. As soon as the thyristor 5 interrupts this current, feeds the DC motor

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über die Freilaufdiode 6 Energie in die Gleichstromquelle 1 zurück.Energy is returned to the direct current source 1 via the freewheeling diode 6.

Die Fig. 2 zeigt eine entsprechende Anordnung, bei der jedoch statt des mechanisch arbeitenden Schaltelementes 2 der F i g. 1 ein elektronisch arbeitendes Schaltelement 9, beispielsweise ein einfach steuerbares Halbleiterelement, vorgesehen ist. Vor Besinn des generatorischen Betriebes, d. h. z. B. des Bremsbetriebes bei einem elektrischen Triebfahrzeug muß aber in diesem Fall sichergestellt sein, daß nach dem motorischen Betrieb der Strom im Freilaufkreis abgeklungen ist. Das kann z. B. mit Hilfe einer Spannungsüberwachung an dem elektronisch arbeitenden Schaltelement 9 oder an der Freilaufdiode 6 erfolgen. Eine derartige Anordnung ist dann geeignet für voll elektronische Antriebe, bei denen im Leistungskreis auf alle beweglichen Kontakte verzichtet wird. An Stelle des Schaltelementes 2 der Fig. 1 kann statt eines einfach steuerbaren Halbleiterelementes auch ein mit Kondensatorstromstoß löschbares Halbleiterelement verwendet werden.Fig. 2 shows a corresponding arrangement, in which, however, instead of the mechanically operating switching element 2 of FIG. 1 an electronically working one Switching element 9, for example an easily controllable semiconductor element, is provided. before Reflection on generator operation, d. H. z. B. the braking operation in an electric traction vehicle In this case, however, it must be ensured that after motor operation the current is in the free-wheeling circuit has subsided. This can e.g. B. with the help of a voltage monitor on the electronically working Switching element 9 or on the freewheeling diode 6 take place. Such an arrangement is then suitable for fully electronic drives in which all moving contacts are dispensed with in the power circuit will. Instead of the switching element 2 of FIG. 1, instead of a simply controllable semiconductor element a semiconductor element that can be erased with a capacitor surge can also be used.

Die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem Gleichstromreihenschlußmotor.Fig. 3 shows an embodiment with a direct current series motor.

Bei Bremsschaltungen von Gleichstromreihenschlußmotoren ist eine zusätzliche Erregung notwendig. Da beim Schließen des Bremsstromkreises noch kein Erregerstrom fließt, wird in der Ankerwicklung 3 nur eine Spannung von wenigen Volt induziert, die von der Remanenz herrührt. Bei dieser kleinen Spannung fließt in den steuerbaren Halbleiterelementen noch kein Strom, obwohl sie gezündet sind. Es läßt sich nun entweder auf den Gleichstromreihenschlußmotor eine zusätzliche Nebenschlußwicklung aufbringen oder dieser über einen zusätzlichen Widerstand vorerregen. In Fig. 3 ist gezeigt, in welcher Weise ein derartiger Widerstand 10 parallel zum Schaltelement 9 anzuschließen ist. Er ist im motorischen Betrieb kurzgeschlossen und ergibt dabei keine Verluste. Additional excitation is required for braking circuits of DC series motors. Since no excitation current flows when the braking circuit is closed, armature winding 3 induces only a voltage of a few volts, which results from the remanence. With this little tension No current flows in the controllable semiconductor elements even though they are ignited. It leaves Now either apply an additional shunt winding to the direct current series motor or pre-excite it via an additional resistor. In Fig. 3 it is shown in what way Such a resistor 10 is to be connected in parallel to the switching element 9. He is in the motor Operation short-circuited and there are no losses.

Claims

Patent claims:

1. Arrangement for switching a DC motor whose armature winding has a controllable semiconductor operating in switching mode and a choke coil with a direct current source is connected, from the motor to the generator operation and vice versa, characterized in that in the one Connection line between the direct current source (1) and the series connection of the armature winding (3) and choke coil (4) a thyristor which can be erased by a capacitor quenching device (5) as a controllable semiconductor operating in switching mode and with a single-pole switching element (2; 9) in the other connecting line Forward direction for the motor current is arranged that parallel to the series connection of armature winding (3), choke coil (4) and single-pole switching element (2; 9) a free-wheeling diode (6) with forward direction for the armature current with blocked thyristor (5) and parallel to the series connection from armature winding (3), choke coil (4) and thyristor (5) a diode (7) with reverse direction to the positive pole of the direct current source (1) and that a polarity reversal device actuated with each changeover (11) is provided for the excitation winding (8).

2. Arrangement according to claim 1 with a direct current series motor, characterized in that that parallel to the single-pole switching element (2; 9) an additional resistor (10) lies.

1 sheet of drawings