DE1438016A1

DE1438016A1 - Verfahren zum Betrieb eines Hauptstrommotors

Info

Publication number: DE1438016A1
Application number: DE19621438016
Authority: DE
Inventors: Foerster Dr-Ing Johannes
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1962-11-02
Filing date: 1962-11-02
Publication date: 1969-12-18
Also published as: DE1438016B2

Description

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 Nebenschlußmotor der fall ist, um über den gesamten Geschwindig -keitsbereich 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 Tast #-schaltung aus einer Batterie oder einer anderen Gleichstromquelle gespeiät wird. Es soll erreicht werden, daß zwischen dem-Erregerfluss der Ankerspannung UA und der Drehzahl n eine Abh*xngigkeit besteht, wie sie in Fig.'I dargestellt ist. Von der Dreh -zahl 0 bis zu der Drehzahl n0 (Grunddrehzahl) soll möglichst der volle Fluss Omax vorhanden sein. Erst wenn sich die Ankerspannung dem Maximalwert nähert, soll eine Feldschwä -chung einsetzen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Hauptstrommotors mit Hilfe einer Tastschaltung, in .Selcher steuerbare Starkstromhalbleiterelemente durch eine Konden -satorlöschschaltung gesperrt werden. Erfindungsgemäß wird der Fluss in der Feldwicklung der Maschine in Abhängigkeit von der Ankerspannung des Hauptstrommotors gesteuert bzw. geregelt. -Die Feldbeeinflussung erfolgt nach weiteren Erfindungsge -danken durch eine noch näher zu beschreibende Shutung der Hauptstromwicklung. Dabei soll angestrebt werden, daß zwecks optimaler Ausnutzung des Motors der in Fig.'t angegebene Wert fürA UA nur in der Größe von 10 bis 2 % gehalten wird. Zunächst ist in Fig.2 eine bekannte Grundschaltung für den Betrieb eines Hauptstrommotors mit dem Anker 'I 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 Halb -leiterbasis verwendet und im sogenannten Impuls= bzw. Tast -verfahren betrieben wird. Das steuerbare Halbleiterelement wird in an sich bekannter Weise nach der Zündung durch Auf -schalteng 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 J+ erreicht hat. Der Strom wird dann auf die Freilaufdiode 6 kommutiert. Die lediglich schematisch durch ein Kästchen angedeutete Einrichtung ? (dieselbe ist nicht Gegenstand der Anmeldung) enthält die Zünd-und Löscheinrichtung (Löschkondensator und -Ventil etc.), die Schwellwertbildung für den Ankerstrom und eventuell einen Regelverstärker. Ein Betrieb des Motors zum Zwecke der Beschleunigung und des Fahrens ist durch Vorgabe des Ankerstrossollwertes J± möglich. Je nach Belastung stellt sich eine Geschwindigkeit nach der natürlichen Kennlinie des Hauptstrommotors ein, wenn nicht laufend die Vorgabe des Ankerstromes J+ von Hand oder von einem weiteren Regler vor- genommen wird, der zweckmässigerweise als überlagerter Drehzahlregler arbeitet, indem die Drehzahl n des Motors bzw. die Geschwindigkeit-des Fahrzeuges mit einer Tachometer -maschine 8 erfasst, mit der vorgegebenen Geschwindigkeit n+ verglichen und in dem Drehzahlregelverstärker 9 zur Umwandlung des Stromsollwertes JA benutzt wird. Bei einer solchen Anordnung handelt es sich um die Übertragung des bekannten Leitstromverfahrens auf den Betrieb eines Hauptstrommotors. Eine Überlastung des Motors ist dadurch sicher vermeidbar, daß J+ 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 Hauptstrom -motor nur dadurch zu erreichen,-daß eine Shuntung der Hauptstromwicklung vorgenommen wird. Das kann nach Fig. 3 in Weiterbildung der Erfindung am einfachsten so erfolgen, daß der Shunt-Widerstand 10 über ein Relais oder Schütz 11 ein-und ausgeschaltet wird, dessen Spule an der Differenzspannung des Ankers 1 und der Stromquelle 3 liegt. 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 Frei -laufdiode zwei solche 6a und 6b für die getrenhte Parallel -schaltung 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 Kenn -linie 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 Ankerspannung UA zugeführt wird und entsprechend die Vorgabe der Geschwindigkeit über UÄ erfolgt. Eine noch unter gewissen Umständen bessere Annäherung der Kennlinie eines Hauptstrommotors an die Kennlinie in Fig.1 ist möglich, wenn die Shutung über verschleißfreie Ventile in der Tastschaltung erfolgt, wie es in Fig.4 angegeben ist. Hier wird nach einem weiteren Erfindungsgedanken das steuerbare Halbleiterelement 12 mit seiner Zünd- und höschvor -richtung 13 parallel zur Haupttriode und der Feldwicklung geschaltet. Die Anordnung der Freilaufdioden getrennt für Anker und Feld ist hier unerläßlich, um das Hglbleiter -element 12 überhaupt löschen zu können. Die Regelung des Nebenschlußstromes JN erfolgt so, daß dieser Nebenschluß -

strom,_J :.über. einen weiteren Wandler 14 erfaßt und. mit

einem.Sollwert verglichen wird..Letzterer hat eine be

stimmte Schwellwertabhängigkeit von der Ankerspannung VA.

Nach dem Ausführungsbeispiel Fig. 4 ist dies in der Weise

zu erreichen.,- daß die Ank.erspaunung mit einem Teil der

Spannung ;der.::Gl.eichstramqueile ,3, abgegriffen am Potentio-

meter..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.Neb,enschlußstrom verwendet werden.

Es .ist nun möglich, den Gesamtaufwand an steuerbaren Halb -

leiterelement.en.für .einen .solchen Betrieb nicht größer zu

haltenf.als sowieso für, den vollen Ankerstrom-bzw. die volle

Leistung benötigt wird, wenn nämlich nach Fig.5 eine ent -

spreeh$nde Ugschaltung dieser Halbleiterelemente erfolgt.

In dieser-Figur-ist.nach einem weiteren Erfindungsgedanken

eine Umschaltvorrichtung 18 vorhanden, die in Abhängigkeit

von der Geschwindigkeit und/oder Ankerspannung die Steuer

baren Halbleiterelemente, z.B. Trioden 4a, 4b, 4c je nach

Bedarf als Shunt-Trioden mit deren Steuer- und Löschvor -

richtungen umschaltet.

Claims

P a,t e n t a n_s p r ü c .h e 1. Verfahren zum Betrieb eines Hauptstrommotors mit Hilfe einer Tastschaltung, in welcher steuerbare Starkstrom -halbleiterelemente.durch eine Kondensatorlöschschaltung gesperrt werden,-dadurch gekennzeichnet, daß,der=Fluß in der Feldwicklung der Maschine in Abhängigkeit von der Ankerspannung des Hauptstrommotors gesteuert bzw. geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch '!, dadurch gekennzeichnet, daß-der Fluß in der Feldwicklung der Maschine in Abhängigkeit von der Drehzahl des Hauptstrommotors oder der Geschwindigkeit eines durch diesen Hauptstrommotor angetriebenen Fahrzeuges geregelt bzw. gesteuert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daB ein zur Feldwicklung der Maschine parallel liegender Shunt-Widerstand in Abhängigkeit von der Differenz der Spannung der Gleichstromquelle und der Spannung des Ankers des Hauptstrommotors zu- und abgeschaltet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis " dadurch gekennzeichnet, daß sowohl für die Feldwicklung als auch für den Anker des Hauptstrommotors je ein Freilaufkreis mit einer Frei -laufdiode vorgesehen ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Feldwicklung der Maschine ein steuer -bares Halbleiterelement geschaltet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der über das steuerbare Halbleiterelement fliessende Nebenschlußstrom in Abhängigkeit von der Ankerspannung des Hauptstrommotors geregelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenschlußstrom mit einem Sollwert verglichen wird, der eine Schwellabhängigkeit von der Ankerspannung des Haupt -strommotors aufweist. B.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertbildung durch Vergleich der Ankerspannung des Hauptstrommotors mit einem Teil der Spannung der Gleich -spannungsquelle über eine Diode in der Verbindungsleitung beider Spannungspotentiale erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren Halbleiterelemente, die zum Betrieb des Hauptstrommotors mit voller Leistung vorgesehen werden müssen, in Abhängigkeit von der Ankerspannung und/oder der Drehzahl der Maschine mit Umschaltvorrichtungen versehen sind, so daß sie auch andere Funktionen übernehmen können.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren Halbleiterelemente, die zum Betrieb . des Hauptstrommotors mit voller Leistung vorgesehen werden müssen, in Abhängigkeit vom Ankerstrom geregelt werden..