DE1513169A1

DE1513169A1 - Steuerschaltung fuer einen Gleichstrommotor

Info

Publication number: DE1513169A1
Application number: DE19651513169
Authority: DE
Inventors: Weiser Earnest Franklin
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1964-11-20
Filing date: 1965-11-16
Publication date: 1969-08-28
Also published as: JPS4837766B1; GB1121941A; ES319640A1; US3378746A

Description

4424-65

Convention date; November 20_β 1964
Inventors E. F. Weiser ■ '., ..^■^«-^:-

Pat ent anmeIdling

Anmelder: General Electric Company

Schenectady, New York, Y. St. A.

Steuerschaltung für einen Gleichstrommotor

Die Erfindung "bezieht sich allgemein auf eine Steuerschaltung für einen Gleichstrommotor und insbesondere auf eine Steuerschaltung für einen "batteriegespeisten Fahrzeugmotor.

Bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen ist, wie bei jedem Fahrzeug, eine Motorsteuerung erwünscht, die gutes Beschlennigungsverhalten, eine genaue Steuerung der Fahrgeschwindigkeit und ein gutes Bremsvermögen gewährleistet. Diese Eigenschaften sollen hier mittels statischer Steuereinrichtungen erzielt werden, da diese verhältnismäßig klein, stoßunempfindlich und

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wirtschaftlich sind. Diese Ziele werden durch die Festkörper-Steuer schaltung gemäß der Erfindung erreicht. Gemäß einer Ausführungsform verwendet die Erfindung eine elektronische Schaltung zur Steuerung des Motors eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges. Der fiaotor, bei dem es sich um einen üblichen Gleichstrommotor mit !fremderregung handeln kann, wird von einer festen Yersorgungsquelle, z. B. einer Batterie, gespeist. Das Motordrehmoment wird variiert, indem man den Ausgang der festen Yer sorgungsquelle in eine solche Form umwandelt, in der er zur Einstellung äem mitt0leren Speisestromes für den Ankerkreis des Motors gesteuert werden kann. Dies wird mit einer Umwandlungseinrichtung, z. B. mit einem aus gesteuerten Silizium-Gleichrichtern (SCS) bestehenden Zerhackerkreis, erreicht, der in Reihe mit der Ankerwicklung geschaltet ist. Die an die Ankerwicklung gelieferte Stromleistung wird mittels eines Drehmoment-Steuerkreises verändert, z. B. mittels eines Oszillatorkreises mit Einschicht-Transistor, welcher an den Zerhacker— kreis angeschlossen ist, um die Folgefrequenz der vom Zerhakkerkreis erzeugten Impulse festzulegen. Die Steuerung des Drehmoment-Steuerkreises wird mittels einer Drehmoment-Einstellvorrichtung erzielt, die unter der unmittelbaren Aufsicht der Bedienungsperson steht.

Beim Betrieb sind ein großes Drehmoment während der Beschleunigung und ein kleineres Drehmoment bei einer Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit erwünscht. Dies wird durch eine an die

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Nebenschlußfeldwicklung des Motores angeschlossene Steuereinrichtung erreicht, die einen Zerhackerkreis mit gesteuerten Siliziumgleichrichtern und einen Oszillatorkreis mit Einschicht-GJransistor umfaßt. Die Einstellung der Steuereinrichtung wird von einer Stromfühleinrichtung durchgeführt, die einen transistorisierten Differentialverstärker enthält.

Eine Nutzbremsung wird ebenfalls von der Stromfühleinrichtung und den Steuereinrichtungen erreicht, indem der Ausgang der Stromfühleinrichtung mit einer Bremseinrichtung unter Aufsicht der Bedienungsperson gesteuert wird. Eine Umkehr der Motordrehrichtung wird mit Hilfe eines Verriegelungssystemes durchgeführt , das eine Umkehr solange verhindert, bis der Motor stillsteht oder mit sehr niedriger Drehzahl läuft. Die Aufladung der Batterie wird erreicht, indem diese an eine übliche Wechselstromquelle angeschlossen wird, wobei die Umwandlungseinrichtung und die Drehzahlsteuereinrichtung zur Regelung der Aufladung verwendet werden. Ferner sind Vorkehrungen dafür getroffen, daß die Batterie gegen einen zu hohen Ladestrom und eine zu hohe Iiadespannung geschützt ist.

Die Erfindung v/ird. im folgenden in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert, in der zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der HotorSteuerschaltung in Fahrbetrieb-Stellung und

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Fig. 2 ein vollständiges Schaltbild der Steuerschaltung nach Fig. 1.

Wie aus dem" Blockschaltbild nach Fig. 1 zu ersehen ist, wird die Ankerwicklung 2 eines Gleichstrommotors M von einer festen Gleichstromquelle aus über einen Keihenschluß-Gleichstromzerhackerkreis mit einer gesteuerten Energie gespeist. Ähnlich wird die Feldwicklung 3 von der festen Gleichstromquelle aus über einen gesonderten Gleichstromzerhackerkreis mit gesteuer» ter Energie versorgt. Die "Zerhack-" oder Folgefrequenz der jeweiligen Zerhackerkreise bestimmt die mittlere Leistung, die an den Inker- und Feldkreis jeweils geliefert wird, und steuert somit die Arbeit des Motores. Jedem Gleichstromzerhackerkreis ist ein Steuerkreis zugeordnet, der dessen Folgefrequenz bestimmt. Diese Steuerkreise sind als "Drehmoment-Steuerkreis¹-' und ^MFeld-Steuerkreis" bezeichnet.

Die 3?olgefrequenz des den Ankerkreis versorgenden Gleichstromkreises wird in Abhängigkeit von der Stellung einer Drehmoment-Einstellvorrichtung, z. B. eines von der Bedienungsperson beta·*" tigten Fußpedales, durch den Drehmoment-Steuerkreis gesteuert, der in einfachster Weise ein Kippgenerator sein kann, dessen Periode durch die Stellung der Drehmoment-Einstellvorrichtung bestimmt wird. Hierdurch werden der mittlere Speisestrom für den Ankerkreis und durch diesen das Motordrehmoment in gewünschter Weise gesteuert.

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Da'während der Beschleunigung ein größeres Drehmoment gefordert wird als bei konstanter Lauf drehzahl, weisiräie Steuerschaltung ferner eine Steuereinrichtung für die Felderregung auf, so daß das Arbeitsverhalten (Betriebsdaten) des Motors gesteuert werden kann. Zu diesem Zweck ist eine Stromffülleinrichtung zur Erfassung des Ankerstromes vorgesehen. Ein Ausgang der Stromfühleinrichtung wird zur Steuerung des Feld-Steuerkreises verwendet, der wiederum die Folgefrequenz des die Feldwicklung 5 versorgenden Gleichstromzerhackerkreises steuert, um den Feldstrqm zu regeln. Ein weiterer Ausgang der Stromfühleinrichtung wird an den Drehmoment-Steuerkreis geliefert und bewirkt dort, daß der Ankerstrom auf einen vorbestimmten maximalen Wert begrenzt wird.

Fig. 2 zeigt den Motor M mit dem Ankerkreis 2 und einer Hebenschlußfeldwicklung3. Der Motor wird von einer festen Versorgungsquelle wie der Batterie4· mit Energie versorgt. Bei einer festen Versorgungsquelle müssen einige Einrichtungen vorgesehen werden, um den Motorspeisestrom variieren zu können. Zu diesem Zweck wird der Feldstrom mittels einer Umwandlungseinrichtung in einem pulsierenden Strom umgewandelt^ die in Fig.2 als Gleichstromzerhackerkreis 5 dargestellt ist. Der Gleichstromzerhaokerkreis 5 enthält eine Mehrzahl von gesteuerten Gleichrichtern 6, die als gesteuerte Silizium-Gleichrichter (SCH) dargestellt sind und die jeweils eine Anode 7, eine Kathode 8 und eine Steuer-oder Gitterelektrode 9 aufweisen.

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Die !noden 7 der Gleichrichter 6 sind über eine den Strom

glättende Induktivität 10 an die positive Seite der Batterie angeschlossen, und die Kathoden 8 der Gleichrichter 6 sind mit einer Leitung 11 verbunden. Der Zerhackerkreis enthält ferner einen Kommutatorkreis mit gesteuertem Silizium-Gleichrichter der eine Anode 13, eine Kathode 14 und ein Gitter 15 "besitzt. Die Zündimpulse für die Gleichrichter 6 werden über- Glättungswiderstände 16 an die Gitter 9 geliefert. Über die Leitung 11 wird der Strom an den Kommutatorkreis geleitet.

Glättungsinduktivitäten sind in ihrem Aufbau bekannt und können in einfacher Weise derart ausgebildet werden, daß die erforderliche Stromglättung durch eine geeignete Kombination von Reaktanzen und Widerständen erzielt wird» Die Glättungsinduktivität 10 umfaßt, wie gezeigt, drei Wicklungen 17» die um ein Paar gemeinsamer Magnetkerne 18 gewickelt sind.

Die Leitung 11 ist an einen Punkt eines Transformators 19 angeschlossen, der ein Paar von Wicklungsabschnitten 20 und 21 und einen sätt±gbaren Kern 22 besitzt. Zwischen den Wicklungsabschnitten 20 und 21 liegt eine Diode 23, und in Reihe mit den Wicklungsabschnitten 20 und 21 und der Diode 23 liegt ein Kondensator 24, der die Sperrspannung für die Gleichrichter 6 liefert, wie nachfolgend noch beschrieben wird.

Eine Anschlußklemme des Kondensators 24- ist an die negative

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Seite der Batterie 4 angeschlossen, während die andere Klemme des Kondensators 24 mit einem Ende des Wiclcliingsabschnittes 21 und mit der Anoöe 13 des gesteuerten Silizium-Gleichriehters verbunden ist. Die Kathode^ 14 des Gleichrichters 12 ist mit dem zwischen dem Wiekliingsabschnitt 20 und der Diode 23 liegend efc Punkt -verbunden, an dem auch die Leitung 11 an den Transformator angeschlossen ist. Das Steuersignal für den Gleichrichter 12 wird über einen Widerstand 25erhalten, der zwischen das Gitter 15 des Gleichrichters 12 und die Verbindungsstelle der Diode 23 mit dem Wicklungsabschnitt 21 angeordnet ist.

Da der an den Ankerkreis 2 des Motors gelieferte Strom von der Frequenz abhängt, mit der die Gleichrichter 6 gezündet, d. h. auf Leitfähigkeit geschaltet werden, ist eine Einrichtung zur Bestimmung der Zündfrequenz erforderlich, die von der Bedienungsperson betätigt werden kann. Diese Steuereinrichtung ist insgesamt bei 26 in lig. 2 gezeigt und besteht im wesentlichen aus einem Kippgenerator, dessen Hauptelement ein Einschicht-

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Transistor (UJT - unijunction transistor) ist, der einen Emitter 28, eine erste Basis 29 und eine zweite Basis 30 besitzt. Die Basis 30 des Transistors 27 ist über einen Widerstand 31 mit der positiven Seite der Stromquelle verbunden, während die Basis 2°/ über einen Widerstand" 32 mit der negativen Seite der Stromquelle verbunden ist« Der Emitter 28 ist an den Mittelpunkt eines durch einen Kondensator 33 und einen Wideband 34 gebildeten Teilers angeschlossen. Ferner ist der Emitter 28

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mit einer Seite eines Kondensators 35 verbunden, während die andere Seite des Kondensators 35 sja. die negative Seite der Batterie 4 angeschlossen ist. Der Kondensator 35 liegt in Reihe mit einem Transistor 36, der einen Emitter 37» einen Kollektor 38 und eine Basis 39 besitzt. Der Emitter 37 des Transistors 36 ist über einen Widerstand 40 an die positive Seite der Batterie angeschlossen. Die Basis 39 des Transistors 36 erhält von einem verstellbaren Spannungsgeber 41 eine Vorspannung, welcher Spannungsgeber zusammen mit den Widerständen 42 und 43 einen Spannungsteiler bildet. Die Einstellung des Spannungsgebers 41 wird über eine Strom- (Drehmoment-) Einstellvorrichtung 44 gesteuert, welche als ein einfaches Fußpedal dargestellt ist, aber auch ebenso gut irgendein Ferngeber sein kann. Der Ausgang des Kippgenerators wird zwischen der Basis 29 des Einschicht-Transistors 27 und dem Widerstand 32 abgenommen und in geeigneter Weise durch Anlegen an die Basis 45 eines Transistors 46 verstärkt, der ferner einen Emitter 47 und einen Kollektor 48 besitzt. Dieser Transistor 46 liegt in Reihe mit einem Widerstand 49 und der Wicklung 50 eines Transformators 51· Die andere Seite des Transformators 51 besitzt eine Wicklung 52, die an die Widerstände 16 in den Gitterzweigen der Gleichrichter 6 angeschlossen ist.

Der Ausgang des Zerhackerkreises 5 wird an den Anker 2 des Motors über eine Induktivität 53 geliefert, die den Strom auf einen mittleren Wert bringt, indem sie den Stromfluß während

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der Sperrzeit en über eine Diode 54 &n£recht erhält, die parallel zu einem■ Widerstand 55liegt.

Während der Zerhackerkreis das Motordrehmoment durch Änderung des Speisestromes für die Ankerwicklung steuert, kann der an die Nebenschlußfeldwicklung 3 gelieferte Strom geändert werden, um die Arbeitskennlinien des Motors zu ändern. Der Speisestrom für die !Feldwicklung 3 wird durch eine Steuereinrichtung 56 bestimmt, die einen Zerhackerkreis und Eins^cht-ÜJransistor-Oszillatorkreise enthält, die ähnlich den im Zusammenhang mit der Stromversorgung des Ankers beschriebenenKreise sind. Der Zerhackerkreis der Steuereinrichtung 56 enthält einen gesteuerten Silizium-Gleichrichter 57» einen Transformator 58 mit sättigbarem Kern und einen Kondensator 59° Der Gleichrichter 57."besitzt, eine Anode 60, eine Kathode 61 und ein Gitter 62. Die Kathode 61 ist an die negative Seite der Batterie 4 und die Anode 60 an die Yficklung des Transformators 58 angeschlossen, wobei die Wicklung in zwei Abschnitte 63 und 64 unterteilt wird. ....■"

An einer Seite ist der Wicklungsabschnitt 64- des Transformators 58 an den Kondensator 59 angeschlossen, zu dem im Nebenschluß die Reihenschaltung aus einer Diode 65 und einem Widerstand 66 liegt. Die andere Seite des Kondensators 59 ist mit der positiven Seite der. Batterie 4- verbunden. An einem Ende ist der Wicklungsabschnitt 6j des Transformators 58 über die Nebenschlußfeldwicklung 3 mit dem Kondensator 59 verbunden. Die anderen Enden

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der Wicklungsabsehnitte 63 und 64 sind an der Anschlußstelle der Anode 60 des Gleichrichters 57 miteinander verbunden. Parallel zur Feldwicklung 3 sind Jeweils eine Diode 67 und ein Widerstand 68 geschaltet. Ein Widerstand 69 ist unmittelbar parallel an die Feldwicklung 3 angeschaltet.

Die Steuerung der iOlgefrequenz des Zerhackerkreises-wird durch Steuerung der an das Gitter 62 des Gleichrichters 57 gelieferten Zündimpülse erreicht. Hierzu wird ein Kippgenerator mit Einschicht-Transistor 70 (ÜJÖ? - unijunction transistor) verwendet, der eine erste Basis 71* eine zweite Basis 72 und einen Emitter 73 besitzt. Der Versorgungsstrom für den Kippgenerator oder Oszillator wird you dem Yerbindungspunkt der Wicklungsabschnitte 63 und 64 des iDransformators 58 über einen Widerstand 74 erhalten und durch eine Dörchferaeh-Diode 75 konstant gehalten. Die Basis 72 des Einschicht—Htansistors 70 ist über einen Widerstand an die über den Widerstand 74 erhaltene Stromversorgung angeschlossen. Ihnlich ist die Basis 71 des Transistors 70 über einen Widerstand 77 mit der negativen Seite der Batterie verbunden. Der Emitter 73 des Transistors 70 ist an eine Teilerschaltung angeschlossen, die einerseits einen Kondensator 78 und einen hierzu parallelgesGhalteten Widerstand 79 und andrerseits einen Widerstand 80 aufweist. Der Emitter 73 ist ferner mit einer Klemme eines Kondensators 81 verbunden, der über einen !Transistor 82 geladen wird· 23er O?ransistor 82 besitzt einen Emitter 831 einen Kollektor 84 und eine Basis 85, deren Basis-

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spannung von einer Spannungsteilerschaltung mit den Widerständen 86 und 8? geliefert wird. Eine zusätzliche tJberwaehungder Basisspannung des Transistors 82 und des Ladestromes des Kondensators 81 wird über einen weiteren Zweig 88 "bewirkt, der an den Emitter 83 des Transistors 82 angeschlossen ist. Der Emitter 83 ist ferner über einen Widerstand 89 an die geregelte Versorgung angeschlossen.

Die Bestimmung der Kippfrequenz des Kippgenerators und damit der Stromfliißmenge in der Feldwicklung 3 ist ein wichtiger Faktor für die Erzielung des gewünschten Arbeitsverhaltens des Motors und für das Bremsen des Fahrzeuges. Die Kippfrequenz kann für diese beiden Aufgaben mit Hilfe des insgesamt bei 90 gezeigten Stromfühlerkreises eingestellt werden. Der Stromfühlerkreis 90 ist im wesentlichen ein Differentialverstärker, der aus den Transistoren

91 und 92 gebildet wird. Der Transistor 91 besitzt einen Emitter 93» einen Kollektor 94- und eine Basis 95» während der Transistor

92 einen Emitter 96, einen Kollektor 97 und eine Basis 98 aufweist. Ein Paar von Dioden 99 und 100 sind in Gegentaktschaltung zwischen die Kollektoren 94- und 97 geschaltet. Die Kollektoren 9A- und 97 sind jeweils über Widerstände 102 und 103 an eine Leitung 101 angeschlossen*, deren Spannung auf einem konstanten Wert gehalten wird mittels einer Durchbruch-Diode 104-, welche über einen Widerstand 105 an die positive Seite der Batterie 4- angeschlossen ist.

Die Emitter 93 und 96 der Transistoren 91 und 92 sind miteinander und überWiderstände 106, 107 und 108 mit der negativen Seite

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der Batterie 4 verbunden. Die Basis 95 des Transistors 91 wird von einem aus den Widerständen 109 und 110 bestehenden Spannungsteiler mit einer Vorspannung versorgt. Die Basis 98 des Transistors 92 erhält ihre Spannung von einem Spannungsteiler, der einen variablen SpannungsgeberΊ11 und Festwiderstände 112 und 113 umfaßt.

Die Schwingfrequenz des Kippgenerators wird durch das vom Kollektor 94 des Transistors 91 genommene Ausgangssignal bestimmt, welches über eine spannungsempfindliehe Einrichtung an den Kippgenerator in der Steuereinrichtung 56 geliefert wird. Die spannungsempfindliche Einrichtung ist im vorliegenden Fall ein Transistor 114 mit Emitter 115, Kollektor 116 und Basis 117. Der Emitter 115 ist über einen Widerstand 118 -und den Widerstand 108 andie negative Seite der Batterie 4 angeschlossen. Der Kollektor 116 des Transistors 114 ist über die Leitung 88 mit der Steuereinrichtung 56 verbunden. Der Ausgang des Kollektors 94 des Transistors 91 wird entweder durch die Größe des Ankerstromes, der einen Spannungsabfall am Widerstand 108 hervorruft, oder durch die Bremseinrichtung 119 bestimmt» Wie der Beschleuniger 44 ist auch die Bremseinrichtung 119 als Fußpedal dargestellt, aber diese kann auch aus einer fernbetätigten Bremse bestehen.

Ein weiterer Ausgang des Differentialverstärkers kann von einem Punkt zwischen den Dioden ,99 und 100 genommen und an eine Durchbruch-Diode 120 geliefert werden. Damit die Diode 120 bei

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großem Ankerstrom durchbricht, erreicht und überschreitet der Ausgang des Differentialverstärkers die Durchbruchspannung der Diode 120. Die Durchbruch-Diode 120 ist an die Basis 121 eines Transistors 122 angeschlossen, der einen Emitter 123 und einen Kollektor 124- "besitzt. Der Kollektor 124 ist mit dem Emitter 37 des Transistors 36 verbunden, während der Emitter 123 an die negative Seite der Batterie 4- angeschlossen ist. Die an die Basis 121 des Transistors 122 nach Durchbruch der Diode 120 gelieferte Vorspannung ist derart, daß die Ladezeit des Kondensators 35 auf eine Mindestdauer eingestellt ist, so daß der Motorstrom auf einen maximalen Wert "begrenzt ist. ■-.-■■■

Da die Batterie 4 von Zeit zu Zeit erneut geladen werden muß, sind Vorkehrungen dafür getroffen, daß die ■Umwandlungseinrichtung 5 und der Steuerkreis 26 zur Einstellung des Ladestromes verwendet werden können. Dies Y/ird mittels der Schalter 125, und 127 erreicht. Nach Umschalten der Schalter 125 und 126 liegt die Batterie 4 dort im Schaltkreis, wo ursprünglich der Motor angeordnet war. lolglich ist die Batterie.4 nicht mehr die Stromquelle sondern die Belastung im Kreis* Mit dem Schalter kann eine Leitung 128 unterbrochen werden, die zusammen mit einem Gleichrichter 129 beim Abbremsen des laufenden Motores · eine regenerative Bremsleitung bildet, d. h« eine Leitung, "über die beim Bremsen Energie zurückgewonnen wird. Der Ladestrom für die Batterie wird von einer üblichen Wechselstromquelle 130 erhalten, deren Ausgang durch den Vollweg-Gleichrichter 129

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gleichgerichtet und an die Batterieleitung-131 geliefert wird. Der Gleichrichter 129 enthält Dioden 132 bis 135» die in einer Zweiweg-Gleiehrichterbrücke angeordnet sind. Ein Kondensator 136 und ein Widerstand 137 sind zwischen die Eingangspole der Brücke geschaltet, und Widerstände 138 und 139 liegen jeweils in den die Dioden 134 und 135 enthaltenden Brückenzweigen. Die Widerstände 138 und 139 "bewirken eine Stromglättung beim Bremsen.

Der Ladestrom für die Batterie 4 wird in der gleichen Weise gesteuert wie der Inkerstrom bei laufendem Motor, allerdings mit dem Unterschied, daß ein kleinerer Maximalwert für den Strom eingestellt wird, in dem der Widerstand 107 durch den Schalter 127 in den Kreis eingeschaltet wird« Eine maximale Lade spannung ist ebenfalls erforderlich und deren Maximalwert wird durch einen Widerstand 140 und eine Diode 141 eingestellt, die beim Auftreten einer zu. hohen Ladespannung die Durchbruch-Diode 120 durchbrechen läßt, und zwar in derselben Weise, in deräe Durchbruch-Diode 120 bei Auftreten eines zu hohen Ankerstromes oder Ladestromes zum Durchbruch gebracht wird» Schwankungen im Ladestrom werden durch einen parallel zur Batterie 4 geschalteten Kondensator 142 Terringert.

Da das Fahrzeug sowohl vorwärts als auch rückwärts angetrieben werden soll, muß die Drehrichtung des Motores umkehrbar sein. Hierzu dient ein Schalter 143. Je nachdem, ob der Schalter 143 in eine der Stellungen 144 odär 145 geschaltet wird, werden

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eine Relaisspule 146 oder eine Relaisspule 147 erregt. Die Relaisspule 146 wird über eine Diode 148 und einen Widerstand 149 erregt, während die Relaisspule 147 über eine Diode 150 und einen Widerstand 151 erregt wird. Eine Diode 152 sperrt bei laufendem Motor die über die Diode 148 oder 150 gelieferten Signale, stellt jedoch eine Leitung für einen'Durchbruch der Diode 104 beim Aufladen dar. Die Relaisspule 146 betätigt die Relaiskontakte 153 "und 154, während die Relaisspule 147 die Relaiskontakte 155 und 156 betätigt. Eine Diode 157 ist zwischen dem Motoranker und den Kontakten 153 und 154 geschaltet, um mit für eine Yerriegelung zu sorgen, durch die eine Umkehr der Motor- " drehrichtung verhindert wird, sofern der Motor nicht stillsteht oder mit niedriger Drehzahl läuft.

Im folgenden wird-die Wirkungsweise der Steuerschaltung beschrieben.

Bei laufendem Motor

Wenn sich die Schalter 125, 126 und 127 in der gezeigten Stellung befeinden, ist die Steuerschaltung in Motorlaufstellung. Bei dieser Schalterstellung ist die positive Seite der Batterie A über den Schalter 125 mit' den Anoden 7 der Gleichrichter 6 verbunden. Die Zündung der Gleichrichter 6 wird durch den Steuer» kreis 26 gesteuert. Die Stromversorgung für diesen Kreis wird von der Leitung 101 erhalten, die durch die Durchbruch-Diode 104 auf einem konstanten Spannungswert gehalten wird. Die Kippfre-

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quenz des Kippgenerators im Steuerkreis 26 hängt von der Aufladungsgeschwindigkeit des Kondensators 35 ab. Die Aufladungsgeschwindigkeit des Kondensators 35 wird durch den Transistor 36 bestimmt, der durch den verstellbaren Spannungsgeber 41 gesteuert wird. Wenn beispielsweise die Drehmoment-Einstellvorrichtung 44 derart betätigt wird, daß der Spannungsgeber 41 im Sinne einer Erhöhung der Basisspannung 39 des Transistors 36 verstellt wird, dann wächst die -leitfähigkeit des Transistors 36 und der Ladestrom für den Kondensator 35 wird erhöht. Wenn der Kondensator 35 eine ausreichend hohe Aufladung erreicht, dann reicht die Spannung am Emitter 28 des Einschicht-Transistors aus, um einen Durchbruch des Einschicht-Transistors zu bewirken und Strom über den Widerstand 32 fließen zu lassen. Hierdurch wird wiederum an der Basis 45 des Transistors 46 ein Signal hervorgerufen, durch das dieser Transistor.leitend wird und über den Transformator 51 eine Zündspannung an die gesteuerten Silizium-Gleichrichter 6 liefert.

Wenn die Silizium-GleitShrichter 6 gezündet sind, liegt der positive Ausgang der Batterie 4 an dem Verbindungspunkt von Wicklungs.abschnitt 20 und Diode 23. Dieses Potential bewirkt einen Strom über den Wicklungsabschnitt 20 und den Ankerkreis 2 und einen zweiten Strom über die Diode 23 und den Wicklungsabschnitt 2I7 der den Kondensator 24 auflädt. Der durch den Wicklungsabschnitt 21 fließende Strom, bewirkt schnell eine negative Sättigung des Kernes 22, und der Kondensator 24 wird auf Versorgungs-

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spannung aufgeladen. Zu dieser Zeit "beginnt der durch den Wicklungsabschnitt 20 fließende Strom anzusteigen, und der Kern wird in Richtung auf eine positive Sättigung angetrieben. Während dieser Periode erfolgt eine Transformatorwirkung zwischen den Wicklungsabschnitten 20 und 21, und der Kondensator wird auf eine höhere Spannung aufgeladen als durch die Versorgungsspannung. Wenn der Spannungsabfall am Widerstand 25 infolge der Transformatorwirkung einen vorbestimmten Wert übersteigt, wird eine ausreichend große Spannung an das-Gitter 15 des Gleichrichters 12 geliefert, um diesen zu zünden und den Kondensator 24 zu entladen, wodurch die Gleichrichter 6 "umgekehrt" oder gesperrt werden, da an diese eine umgekehrte Vorspannung geliefert wird. Da die auf diese Weise erzeugten und an den Anker 2 gelieferten Impulse gleiche Dauer aufweisen, hängt der mittlere Speisestrom des Ankers von der Folgefrequenz der Impulse ab» Folglich steuern der Drehmoment-Steuerkreis 26 und der Zerhakkerkreis 5 die mittlere Versorgungsenergie für den Ankerkreis des Motors in direkter.Anhängigkeit von der an der Drehmoment-Einstellvorrichtung 4-4 vorgenommenen Einstellung.

Wie bereits erwähnt, hält die Induktivität 53 den Strom während der ImpulszwischenzeitEnaufrecht, so daß die dem Anker zugeführt e Energie zeitlich verteilt wird*

Steuerung bei Beschleunigung Der durch den Motor fließende Ankerstrom wird vom Stromfühler—

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kreis 90 erfaßt und als Steuergröße für den durch die Bebens ehluß* feldwicklung 3 fließenden Strom verwendet. Per Differentialverstärker mit den Transistoren 91 imd 92 und dem Widerstand 108 erfährt die Ankerstromgröße und erzeugt ein Steuersignal. Wenn der Ankerstrom zunimmt, wächst der Spannungsabfall am Widerstand 108, und, da die Spannung an der Leitung 101 wegen der Durehbruch-Diode 104 auf einem konstanten Wert gehalten wird, steigt die Spannung an dem Punkt zwischen den Widerständen 109 und 110 ebenfalls. Dieser Spannungsanstieg an dem Punkt zwischen den Widerständen 109 und 110 vergrößert die Yorwärtsspannung am Transistor 91 raid steigert dessen Leitfähigkeit. Der hierdurch vergrößerte Strom erhöht ebenfalls den Gesamtstrom durch die Widerstände 106 und 10? und erhöht somit das Potential an den Emittern 93 und 96, was zu einer Abnahme des Stromes durch die Transistoren 91 und 92 führt. Durch die Abnahme des Stromes wird dann die Spannung an den Emittern und 96 erniedrigt, was wiederum einen erneuten Stromanstieg hervorruft. Nach einer kurzen Zeitspanne wird jedoch ein Gleichgewicht erreicht, bei dem durch den Transistor 91 ein größerer Strom fließt als durch den Transistor 92, wobei am Widerstand 102 ein größerer Spannungsabfall vorliegt als am Widerstand 103, so daß das Potential am Kollektor 94 niedriger ist als das lotential am Kollektor 97·

Das Potential am Kollektor 94- des Transistors 91 wird an die Basis 117 des Transistors 114 geliefert, der als ein spannungsabhängiges Element arbeitet und auf Änderungen im Ausgang des

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Differentialverstärker anspricht. Eine Potentialabnahme an der Basis des Transistors 114 erniedrigt dessen Vorwärtsspannung und bewirkt eine Verringerung des durch den Transistor fließenden Stromes oder einen Anstieg des Widerstandes des Transistors 114. Dieser verringerte Stromfluß oder vergrößerte Widerstand wird zur Steuerung des Kippgenerators der Steuereinrichtung 56 verwendet. Dieser Kippgenerator ist im wesentlichen gleich dem im Drehzahl-Steuerkreis 26.

Bei dem Kippgenerator der Steuereinrichtung 56 entspricht der Kondensator 81 dem Kondensator 55 in der Drehmoment-Steuerein- . richtung 26 und der Transistor 82 entspricht dem Transistor 56. Der Transistor 114 ist jedoch parallel zum Transistor 82 und Kondensator 81 geschaltet. Wenn- der durch den Tranj^sjstor 114 fließende Strom abnimmt und der Widerstand des Transistors 114 ansteigt, wächst der Strom durch den Transistor 82« Dies ist deshalb der Fall, weil die Spannung auf der leitung 88 unverändert bleibt, wenn der widerstand des 2ransistors 114 wächst; eine Verringerung des durch den Transistor 114 fließenden Stromes hat jedoch zur Folge, daß der Strom durch den Transistor 82 ansteigen muß, um den gleichen Spaonungsabf all am Widerstand 89 aufrechtzuerhalten. Der vergrößerte Strom durch den Transistor 82 bewirkt eine Aufladung des Kondensators 81 mit einer größeren Geschwindigkeit, so daß der Einqjj.cht-Transistor 70 häufiger gezündet und die Kipp- oder Schwingfrequenz erhöht wird. Der Ausgang des Kipp generator s wird an einen Zerhackerkreis ähnlich dem

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Zerhackerkreis 5 geliefert, um die Folgefrequenz der Stromimpulse zu erhöhen. Die Erhöhung der Folgefrequenz der Stromimpulse vergrößert den mittleren durch die Feldwicklung 3 fließenden Strom und damit den magnetischen Fluß im Motor.

Es sollte beachtet werden, daß bei abnehmendem Ankerstrom ebenfalls der Strom in der Feldwicklung 3 abnimmt, so daß bei einer konstanten Laufdrehzahl nur der jeweils erforderliche Feldstrom vorliegt.

Die Arbeitsweise des Zerhackerkreises in der Steuereinrichtung 56 ist etwas verschieden von der des Zerhackerkreises 5« ^ach Zündung des gesteuerten Siliziumgleichrichters 5? durch den an dessen Gitter 62 gelieferten Ausgang des Kippgenerators fließt durch die Wicklungsabschnitte 63 und 64 des. Transformators 58 mit sättigbarem Kern ein Strom. Der durch den Abschnitt 63 fließende Strom kommt von der rechten Seite der Stromquelle über den Schalter 154- oder 156, je nachdem, ob der Motor in Vorwärtsoder Rückwärtslauf betrieben wird, über die Feldwicklung 3, den

57 ?/icklungs ab schnitt 63 und den Gleichrichter zur negativen Seite der Stromquelle ρ Ähnlich fließt der Strom durch den Wicklungsabschnitt 64 vom Kondensator 59 zur negativen Seite der Stromquelle. Da die Amperewindungen des Abschnittes 54 während dieser Ladeperiode groß sind, wird der Kern auf negative Sättigung gebracht,und der Kondensator jwird nach Sättigung des Kerns des Transformators 58 auf den vollen Wert der Stromquelle aufgeladene

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Nach dieser negativen Sättigung des Kernes wächst der Strom durch die Last und den Wicklungsabsehhitt 63 an und "beginnt, den Kern in positiver Richtung zu sättigen, während unterdessen die Spannung am Kondensator 59 durch die Transformatorwirkung auf einen Wert oberhalb des Potentiales der Stromquelle anwächst. Der vergrößerte. Strom im Abschnitt 65 "bewirkt eine Sättigung des Kerns in Vorwärtsrichtung, ^ach Sättigung des Kerns in Vorwärtsrichtung entlädt sich der Kondensator 59 und schaltet den Gleichrichter 57 ab, bzw. stellt diesen zurück. Wegen des hohen ,am Kondensator 59entstehenden Potentiales ist die Entladung .über, die Wicklungsabschnitte 65 und 64· und die Feldwicklung 5 sehr staik und würde normalerweise eine hohe positive Spannung an der Seite des Kondensators 59 verursachen, die mit dem Wicklungsabschnitt 64 verbunden ist. Die hiEugefügte Diode 65 und der Widerstand 66 verhindern eine derartige Erscheinung, so daß nach Rückstellung des Kreises dann, wenn die Spannung an diesem Punkt die Spannung der Stromquelle übersteigt, eine Verbindung über die Diode 65 vorliegt, die ein Überschlagen der Kondensatorspannung und die sich daraus ergebende zu starke Rückstellung des Transformators 58 verhindert.

Bremsen .

Die zuvor im Zusammenhang mit dem Beschleunigungsverhalten beschriebene Arbeitsweise liegt ebenfalls während einer kontinuierlichen, variablen regenerativen Bremsung vor, da£ja ein Anwachsen des ieIdstromes den Sluß im Motor erhöht, wodurch die Gegen-EMK

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über die Batteriespannung hinauswächst und eine Nutzaufladring der Batterie 4 erbringt. Der einzige Unterschied im Arbeitsverhalten besteht darin, daß der Translator 92 des Differentialverstärkers derjenige ist, der den ersten Schritt bei der Erzeugung des Ausgangssignales ausführt. Beispielsweise wird, falls gebremst werden soll, der variable Spannungsgeber 11 durch die Bremseinrichtung 119 auf einen niedrigeren Potentialwert eingestellt. Hierdurch wird die Yorspannung an der Basis 98 des Transistors 92 verringert, so daß der Stromfluß durch den Transistor 92 abnimmt und sich der Spannungsabfall am Widerstand 103 verringert, während der Spannungsabfall am Widerstand 102 ansteigt, um den gleichen Instieg bei der Signalgröße hervorzurufen, der nach Erzeugung eines großen Ankerstromes hervorgerufen wirde Dieser Torgang bewirkt eine kontinuierliche Nutzbremsung anstelle einer schrittweisen Bremsung, die mit den bekannten Bremseinrichtungen erhalten wird.

Aufladung

Während der Aufladung werden die Schalter 125, 126 und 127 in die der gezeigten Stellung entgegengesetzten Stellung geschaltet. Bei dieser Schaltstellung bildet die Batterie anstelle des Motors die Belastung des Ereises. Der Strom wird nun von einem Gleichrichter 129 über die leitung 131 dem Kreis geliefert. Die Arbeitsweise des Zerhackerkreises 5 und des Drehzahlsteuerkreises 26 ist gleich der zuvor für den laufenden Motor beschriebenen. Der Schalter 127 trennt die regenerative Bremsleitung ab und fügt

den Widerstand 107 zum Widerstand 108 im Stromrücklauf weg hinzu. Dieser zusätzliche Widerstand hat zur Folge, daß der Drehmoment- , Steuerkreis 26 eine niedrigere Maximalfrequenz besitzt.

Die Strombegrenzung ergibt sich sowohl bei dieser Phase als auch bei laufendem Motor durch den Differentialverstärker mit den Transistoren 91 und 92» dessen Arbeitsweise bereits zuvor beschrieben wurde· Wenn ein großer Strom die vorbesißhriebene Tätigkeit des Differentialverstärkers derart auslöst, daß beispielsweise der Spannungsabfall am Widerstand 102 größer als der am Widerstand 103 ist, dann bildet die Differenz der Spannungen eine Ausgangsspannung am Punkt zwischen den Dioden 99 "und 100. Diese Spannung ist diejenige, die in dem Kreis mit dem kleineren Stromfluß erzeugt ist; in diesem Falle würde es die Spannung am Kolle&tor 97 sein, da an der Diode 99 eine Gegenspannung anliegt. Diese Spannung wird dann der Durchbruch-Diode zugeführt, und bei ausreichendem Anker- oder Ladestrom ist der Spannungsabfall am Widerstand 103 so gering, daß die Diode 120 durchbricht. Der Durchbruch der Diode 120 erbringt eine Vorspannung am Transistor 122 bis an einem Punkt, bei dem der Stromfluß übenden Transistor 36 begrenzt ist, wodurch der Ladestrom des Kondensators 35 ebenfalls begrenzt ist.

Beim Aufladevorgang wird ferner eine Spannungsbegrenzung durch den parallel zur Batterie geschalteten Widerstand 140 erhalten. Die am Widerstand 140 erhaltene Spannung ist über die Diode

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an die Durehbruch-Diode 120 angelegt, und wenn die an der Batterie anliegende Spannung einen spezifischen Wert überschreitet, bricht die Diode 120 durch, und wird eine maximale Frequenz des Kippgenerators eingestellt, wie zuvor bei der Strombegrenzungsphase beschrieben·

Umkehr der Motordrehriohtung

Die Motordrehrichtung kann durch den Schalter 143 umgeschaltet werden. Wenn der Schalter 143 in die Stellung 144 geschaltet ist, wird die Relaisspule 146 über den Widerstand 149 erregt, so daß sich die Relaiskontakte 153 und 154 schließen» Wenn der Schalter 143 in die Stellung 145 geführt wird,·-wird die Relaisspule 147 erregt und v/erden deren Eontakte 155 und 156 geschlossen, sofern der Motor stillsteht oder mit niedriger Drehzahl läuft.

Da eine Umkehr der Motordrehrichtung bei hoher Motordrehzahl •verhindert werden soll, ist eine Diode 157 ^¹¹ Sichtung Motoranker zu Kontakt 153 geschaltet. Jena die Motordrehzahl ausreichend hoch ist, um eine beträchtliche Gegen-iSlüK zu erzeugen, wird die Relaisspule 146 doch noch erregt, auch ivenn der Behälter 143 in die Stellung 145 geschaltet -ist. 3ine mechanische Verriegelung oder eine Tor^pannungseinrichtung (nicht gezeigt)

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ist zwischen den Kontakten 153 und- 155 derart vorgesehen,
daß das Komtakt element 155 solange nicht geschlossen werden kann, wie der Kontakt 153 in seiner geschlossenen Stellung gehalten wirdο Dasselbe trifft für das Eontaktelement 156 ztu Infolgedessen ist eine Umkehr der Motordrehrichtung ausgeschlossen, sofern der Motor nicht stillsteht oder mit sehr niedriger Drehzahl läuft.

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Claims

Pat ent ansprücJie

Steuerschaltung für einen Gleichstrommotor, der von einer festen Gleichstromquelle gespeist wird, gekennzeichnet durch einen Zerliackerkreis (5) mit. gesteuerten Gleichrichtern (6), der den Ausgang der festen Stromquelle in einsinnig gerichtete Impulse umwandelt, durch einen Xippgeneratorkreis (26), der die IPolgefrequenz der einsinnig gerichteten Impulse bestimmt, und durch eine Drehmoment-Sinsteileinrichtung (44,4-1), die das Arbeiten des Kippgeneratorkreises, derart steuert, daß mit dieser der mittlere ztm. Motoranker (2) gelieferte Strom unter Einstellung des Hotordrehmomentes variiert werden kann·

Steuerschaltung nach. Anspruch 1, gekennzeichnet durch ,eine ITebenschlußfeldisicüiing (3) für den Motor, durch einen Sjeld-Steuerkreis (56), der einen Zerhackerkreis (5?»58j59) mit gesteuerten Gleichrichtern aufweist, welcher an die Feldwicklung angeschlossen ist und dieser einsinnig gerichtete Impiilse liefert, durch einen Kipp— generatorkreis (bei 70) zur Bestimmung der Folgefrequenz der einsinnig gerichteten Impulse unter Hegelung der

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Stromzufuhr z"ur Peldwicklung, durch einen Differentialverstärker (90 j 9^»92) zur Erf assung der Größe des Ankerstromes und durch eine spannungsabhängige iSinriclitung (114), die zwiscnen den Eeld-Steuerkreis (56) und den Differenzialverstärker (90) derart.geschaltet ist, daß in Abhängigkeit vom erfaßten Ankerstrom während der Beschleunigung ein großer leldstrom und ein hohes Drehmoment und "bei normalem Motorlauf ein kleinerer FeIdstrom und ein kleineres Drehmoment hervorgerufen werden·

Steuerschaltung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet, durch eine Bremseinrichtung, die einen Steuereingang für den Diff erentialveräarker (9Ö; 91,92) "bildet, um eine kontinuierliche variable Nutzbremsung zu erzielen·

Steuerschaltung nach irgendeinem der vorerwähnten Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum wahlweisen Anlegen der einsinaxg gerichteten Impulse an den iiotor öder die Batterie und durch eine Einrichtung _t um wahlweise einsinnig gerichtete Signale entweder von der Batterie zum Antrieb des üotors (M) oder von einer äußeren Quelle zum Aufladen der Batterie zu erhalten.

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5. Steuerschaltung nach." irgendeinem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Umkehr der Motordiehrichtung , die Stromrelais mit mechanischer Verriegelung enthält, deren Heiaisspulen (146,147) über ein nur in einer Richtung leitendes Element (157) niit der Ankerwicklung (2) verbunden sindι so daß eine Umkehr der Motordrehrichtung nur bei Motorstillstand oder niedriger Drehzahl durchführbar ist»

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