DE1463654B2

DE1463654B2 - Impulsgesteuerter umschaltbarer gleichstrommotor

Info

Publication number: DE1463654B2
Application number: DE19641463654
Authority: DE
Inventors: David Gateshead Durham Gurwicz (Großbritannien)
Original assignee: Sevcon Engineering Ltd. Of Queensway, Team Valley, Durham (Grossbritannien)
Priority date: 1963-11-22
Filing date: 1964-11-20
Publication date: 1972-06-29
Also published as: FR1414263A; US3297931A; DE1463654A1; GB1015006A

Description

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einem Siliziumgleichrichter versehene Steuervorrich- ausreichendes Restfeld für eine kleine zu erzeugende tung fließende Strom der Summe der Batteriespan- EMK vorhanden ist. Obwohl dieses Verfahren durchnung und der erzeugten elektromotorischen Kraft ge- führbar ist, führt es nicht in allen Anlagen zum Erteilt durch die" Summe des Motorwiderstandes und folg, weil es auf einem Restmagnetfeld beruht, weider Batterieausgangsimpedanz. Dieser Strom ist na- 5 ches nicht im voraus genau festgelegt werden kann, türlich größer als der Motorbremsstrom, und sofern von Motor zu Motor verschieden ist und auch von die Steuervorrichtung nicht besonders reichlich be- dem Verwendungszweck des Fahrzeuges abhängt,
messen ist, steuert sie nicht mehr. In der Zeichnung sind zwei verschiedene Ausfüh-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei rungsbeispiele der Erfindung in Form von Schaltskiz-

einem Gleichstrommotor der eingangs beschriebenen io zen dargestellt.

Art die beim Zurückschalten des Motors auftreten- In F i g. 1 ist dem Motoranker A eine Diode D₂

den Schwierigkeiten zu beheben, die insbesondere parallel geschaltet. Der Ankert besitzt einen Um-

auftreten, wenn der Motor durch Umschalten ge- schalter X-X. Die Diode D, greift nicht in den norma-

bremst wird, so daß er dazu neigt, in umgekehrter len Arbeitsgang der Steuervorrichtung ein, verhindert

Richtung zu laufen. 15 jedoch die vorerwähnte Wirkungsweise des Haupt-

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- strommotors. Werden die Verbindungsleitungen des

löst, daß bei der Bremsung ein von dem durch die Motorankers mittels des Umschalters um- oder zu-

Bremsdiode fließenden Strom abhängiges Signal, wie rückgeschaltet, so fließt der erzeugte Ankerstrom

der an der Bremsdiode auftretende Spannungsabfall, über die Diode D₂ und das Hauptstromfeld und nicht

zur Begrenzung des Tastverhätnisses des Impulsgene- 20 über die Diode D₁, welche den Stromdurchgang

rators dient. durch das Feld F während der Impulspausen auf-

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung rechterhalten soll. Daraus ergibt sich, daß das Steuerbesteht darin, daß die Impulsgenerator-Steuereinrich- system nicht mehr unstabil ist und daß der Motor tung einen Transistor enthält, dessen Emitterbasis- sich nicht selbst erregt. In diesem Falle kann der Mokreis zur Abtastung der über der Bremsdiode wäh- 25 toranker aber beim Zurückschalten als effektiv kurzrend des Bremsens auftretenden Spannung über einen geschlossen angesehen werden. Bei effektiv kurzge-Spannungsteiler parallel zu der Bremsdiode geschal- schlossenem Motoranker ist der Hauptfaktor fjir die tet und dessen Kollektor mit der Steuerelektrode des Begrenzung der durch den impulsgesteuerten Silizi-Impulsgenerators verbunden ist. umgleichrichter CG fließenden maximalen Impuls-

Die Möglichkeit einer Unstabilität des Motors wird 30 ströme die Motorinduktivität. Da bei hoher Impulsdadurch verhindert, daß dem Motoranker eine Diode geschwindigkeit so viel Strom durch das Hauptstromparallel geschaltet wird. Da die Strombegrenzung feld fließt, daß es gesättigt und dadurch seine effekdann ganz von der Induktivität des Hauptstromfeldes tive Induktivität verringert wird, darf die Steuervorabhängt, ist eine hohe Impulsgeschwindigkeit unzu- richtung beim Zurückschalten des Fahrzeuges nicht lässig, und um zu vermeiden, daß die Impulsge- 35 schnelle Impulse geben. Abgesehen von den im Steuschwindigkeit einen kritischen Wert überschreitet, ersystem auftretenden hohen maximalen Strömen erwird vorteilhaft eine Glättungsschaltung benutzt, zeugt nämlich eine hohe Impulsgeschwindigkeit ein durch welche die Basis eines Transistors gespeist derart starkes Magnetfeld, daß durch den Anker über wird, dessen Ausgangsleistung die normale Wirkung die Diode D₂ außerordentlich hohe Ströme erzeugt des Verzögerungskreisstroms unmöglich macht. In- 40 werden und das Fahrzeug auf diese Weise äußerst folgedessen schaltet die Steuervorrichtung während schnell zum Halten gebracht wird,
des Rückschaltvorganges bei einer vorbestimmten Eine Vorrichtung zur Verhinderung einer hohen »Schleich«-Geschwindigkeit zurück. Wenn der Rück- Impulsgeschwindigkeit während des Zurückschaltens schaltvorgang beendet und das Fahrzeug zum Halten ist in F i g. 2 dargestellt. Hieraus ist ersichtlich, daß gebracht ist, fährt das Fahrzeug in normaler Weise in 45 der Motoranker, wenn er über die Diode D₂ arbeitet, umgekehrter Richtung. einen kleinen Spannungsabfall aufweist. Der Abfall

Außerdem kann Wiederbetätigung des eingeschal- am Anker ist auf zwei Ursachen zurückzuführen,

teten, gesteuerten Siliziumgleichrichters verhindert nämlich auf das Knie der Diodenkennlinie (durchweg

werden, wenn ein Elektrokarren oder ein anderes 0,6 bis 0,7 Volt bei Siliziumdioden) und darauf, daß

motorangetriebenes Fahrzeug nicht mehr in der mit- 50 an der Diode D₂ beim Durchgang hoher Ströme der

tels der Umschaltung gewählten Richtung, sondern in normale ohmsche Spannungsfall auftritt,

der Gegenrichtung fährt. Bei Doppelschlußmotoren Die Geräte R₁, R₂ und C₁ sollen diese Spannung

beispielsweise, welche mit einer Nebenschluß wick- abfühlen und einen "ihr proportionalen, geglätteten

lung versehen sind, so daß der Motoranker auch bei bzw. ausgeglichenen Gleichstromausgang ergeben,

geöffneter Diode bzw. geöffnetem, gesteuertem Silizi- 55 Die Ausgangsspannung der Glättungsschaltung wird

umgleichrichter eine EMK erzeugen kann, hängt die dann in die Basis des Transistors TR₁ gegeben. Der

Richtung dieser elektromotorischen Kraft sowohl von Kollektor dieses Transistors speist den Verzögerungs-

der tatsächlichen Fahrtrichtung des Fahrzeuges als Stromkreis der Steuervorrichtung. Jeder über Null lie-

auch von der gewählten Richtung ab. Dabei ist es gende Transistorstrom ist in der Lage, eine Erhöhung

möglich, die erzeugte EMK zur Betätigung eines Re- 60 der Impulsgeschwindigkeit durch den Verzögerungs-

lais zu benutzen, welches seinerseits die Betätigung Stromkreis zu vermeiden. Daher arbeitet die Steuer-

des gesteuerten Gleichrichters verhindert. vorrichtung während des Zurückschaltens immer bei

Es kann auch ein Reihenschlußmotor verwendet der vorbestimmten »Schleiche-Geschwindigkeit.

werden, bei welchem die erzeugte EMK des Motor- Diese »SchleichÄ-Geschwindigkeit wird so gewählt,

ankers für die Betätigung eines Verstärkers benutzt 65 daß das Fahrzeug gesteuert und sanft zum Halten

wird, der seinerseits ein Relais betätigt. Im Falle des kommt. Der Fahrer kann das anteilige, durch den

Reihenschlußmotors, bei welchem kein Nebenschluß- Motor erzeugte Bremsmoment nicht beeinflussen und

feld zur Verfügung steht, wird angenommen, daß ein das vom Konstrukteur vorgeschriebene Sicherheits-

bremsmoment nicht überschreiten. Bei einigen Ausführungsformen kann es zweckmäßig sein, daß der Fahrer die Möglichkeit hat, das Bremsmoment während des Zurückschaltens zu beeinflussen. Zu diesem Zweck kann ein Potentiometer angeordnet werden, welches an den Bremshebel anzuschließen ist. Wenn das Zurückschalten beendigt ist, d. h. wenn das Fahrzeug zum Halten gekommen ist, fährt es bei einer durch den Verzögenmgsstromkreis der Vorrichtung eingestellten Geschwindigkeit in der Gegenrichtung, sofern die Ankerverbindungsleitung nicht wieder umgeschaltet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 steuerten Siliziumgleichrichters, benutzt werden, Patentansprüche: weiche ihrerseits den Stromdurchgang zum Motor bzw. zu den Motoren steuert.

1. Impulsgesteuerter umschaltbarer Gleich- Die Strombelastbarkeit eines Steuersystems der bestrommotor, zu dessen Anker und der in Reihe 5 schriebenen Art wird durch zwei Faktoren bedingt, geschalteten Feldwicklung eine Freilaufdiode und nämlich durch die mittlere und die maximale Nennaußerdem zu dessen Anker eine Bremsdiode mit Stromstärke der Dioden bzw. der gesteuerten Silizider gleichen Durchlaßrichtung wie die der Frei- umgleichrichter, welche hauptsächlich von der Größe laufdiode parallel geschaltet ist, dadurch ge- und der Temperaturabsinkf ähigkeit der Geräte abhänkennzeichnet, daß bei der Bremsung ein io gen, sowie durch die größte Abschaltleistung, die von von dem durch die Bremsdiode (D₂) fließenden der Ladung der Umschaltkondensatoren abhängt. Strom abhängiges Signal, wie der an der Brems- Diese Ladung begrenzt den maximalen Strom, der bei diode (D₂) auftretende Spannungsabfall, zur Be- jedem Impuls geschaltet werden kann.

grenzung des Tastverhältnisses des Impulsgenera- In normalem Betrieb wird der erreichbare höchste

tors (CG) dient. 15 maximale Strom von der Motorinduktivität, dem Mo-

2. Impulsgesteuerter umschaltbarer Gleich- torwiderstand und der Batterieausgangsimpedanz bestrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekenn- grenzt. Diese Begrenzungen gelten, wenn der Motor zeichnet, daß die Impulsgenerator-Steuereinrich- zum Stillstand gebracht wird. Eine weitere Begrentung einen Transistor (TR₁) enthält, dessen zung kommt hinzu, wenn der Motor läuft, nämlich Emitterbasiskreis zur Abtastung der über der 20 die vom Motoranker erzeugte Gegen-EMK, die ein Bremsdiode (D₂) während des Bremsens auftre- bedeutender Faktor für die Begrenzung der maximatenden Spannung über einen Spannungsteiler (A₁, len Ströme ist, welche die Steuereinrichtung leiten <■ R₂) parallel zu der Bremsdiode (D₂) geschaltet muß. Wird der Motor stillgesetzt, so wird der maxi- und dessen Kollektor mit der Steuerelektrode des male Strom bei verhältnismäßig niedrigen Impulsge-Impulsgenerators (CG) verbunden ist. 25 schwindigkeiten durch die Motorinduktivität und bei

sehr hohen Impulsgeschwindigkeiten durch den Motorwiderstand und durch die Batterieausgangsimpedanz begrenzt. Infolge der Magnetfeldsättigung be-

steht die vorher durch die Motorinduktivität bedingte

30 Strombegrenzung nicht mehr. Ist der maximale Stromfluß zu irgendeinem Zeitpunkt größer als die Schaltleistung der Einrichtung, so steuert die Steuervorrichtung nicht mehr.

Die Erfindung bezieht sich auf einen impulsgesteu- In normalem Betrieb erzeugt der Motoranker, wie

erten umschaltbaren Gleichstrommotor, zu dessen 35 bereits erwähnt, eine Gegen-EMK, welche proportio-Anker und der in Reihe geschalteten Feldwicklung nal dem Produkt aus der Geschwindigkeit und der eine Freilaufdiode und außerdem zu dessen Anker Felddichte ist. In der Impulspause wirkt diese Geeine Bremsdiode mit der gleichen Durchlaßrichtung gen-EMK dem Stromfluß entgegen, welcher über eine wie die der Freilaufdiode parallel geschaltet ist. Der- an den Hauptstrommotor angeschlossene Diode artig gesteuerte Motoren eignen sich insbesondere für 40 durch die Selbstinduktivität des Hauptstromfeldes den Antrieb batteriegespeister Fahrzeuge, wie z. B. und gegebenenfalls durch die Wendepole aufrechter-Elektrokarren und Hubstapler. halten wird. Daraus ergibt sich in der Impulspause

Ein Gleichstrommotor, der über ein impulsweise ein Stromabfall von einem Höchstwert auf einen gesteuertes Halbleiterelement gesteuert wird, und auf durch die Impulspausengeschwindigkeit und -rlänge dessen Anker ein Gleichrichter mit solcher Durchlaß- 45 bestimmten Wert.

richtung geschaltet ist, daß dieser Gleichrichter den Dreht sich der Motoranker nicht, so halten die inStrom bei laufendem Motor nicht leitet, ist bereits duktiven Stromkreise im Motor den Stromfluß aufaus der Zeitschrift Electromechanical Design, Okto- recht, wobei keine Gegenwirkung der Gegen-EMK ber 1962, S. 52 und 53 bekanntgeworden. des Motorankers auftritt. Dadurch entsteht in der Im-

Es sind Steuersysteme für Gleichstrommotoren be- 50 pulspause ein kleinerer Stromabbau, und infolgedeskannt, welche eine mit einem gesteuerten Gleichrich- sen werden höhere maximale Ströme möglich,
ter und einem Kondensator versehen, zwischen einer Wenn der Motor jedoch zurückgeschaltet wird, beBatterie mit Gleichstromquelle und dem zu steuern- wirkt die Umsteuerung des Motorankers oder der den Motor angeordnete Impulsgeneratorschaltung so- Hauptstromfeld-Verbindungsleitungen, daß der Mowie eine Einrichtung zur Regelung der Impulsfre- 55 toranker eine EMK erzeugt, durch welche die bequenz und der mittleren Motorleistung besitzen. In nutzte Spannung unterstützt wird. Nach der Beendieinigen Fällen ist in der Schaltung ein Gerät zur Auf- gung eines Impulses arbeitet der Motoranker über die rechterhaltung des Stromflusses während der Impuls- vorerwähnte Diode und das Hauptstromfeld weiter, pausen angeordnet. Auch kann in der Schaltung eine wobei er die Felddichte und mithin die EMK erhöht. Einrichtung zur Aufhebung der »Induktionswirkung« 60 Das Steuersystem ist nunmehr also unstabil, und der der Batterie vorgesehen werden, durch welche die Strom steigt im Motor auf einen Wert an, welcher der Kondensatorladung verringert und infolgedessen das erzeugten Ankerspannung geteilt durch den Motor-Abschalten des gesteuerten Gleichrichters verhindert widerstand entspricht. Die Ankerspannung ergibt sich wird. aus dem Produkt der Geschwindigkeit und der Sätti-

Die Impulsgeneratorschaltung enthält zweckmäßig 65 gungsflußdichte des Motorfeldes. Abgesehen davon, einen mit einem Transistor versehenen Impulsgene- daß das Fahrzeug außerordentlich schnell zum HaI-rator veränderlicher Impulsfrequenz, dessen Impulse ten gebracht wird, entspricht der beim Beginn des zum Auslösen einer Diode, beispielsweise eines ge- nächsten Impulses durch die mit einer Diode bzw.