DE1513181A1 - Betriebsschaltung fuer einen Gleichstrommotor mit umsteuerbarer Drehrichtung - Google Patents

Description

• Betriebssehaltung für einen Gleichstrommotor mit umsteuerbarer Drehrichtung Die Erfindung betrifft eine Betriebssehaltung für einen Gleichstrommotor mit umsteuerbarer Drehrichtung., der in den Diagonalzweig einer aus vier elektronischen Schaltern gebildeten und mit ihren Eckpunkten an eine Gleichstromquelle angeschlossenen Brückenschaltung eingeschaltet ist. Aufgabe der Erfindung ist es, die beim Umsteuern oder Anhalten des Motors in dessen Rotor gespeicherte kinetische Energie in möglichst geringem Umfange, vorzugsweise gar nicht, in Wärme umzusetzen und so weit wie möglich als-elektrische Energie in die Gleichstromquelle zurückzuspeisen. Die Erfindung ist von besonderer Bedeutung für batteriegespeiste Antriebe auf oder an Fahrzeugen und bei räumlich gedrängtem und deshalb zu kühlendem Aufbau des Antriebs. Dabei soll der Motorstrom beim Anlaufen, Bremsen und bei der Drehrichtungsumkehr auf vorgegebene Werte begrenzt werden und die Drehzahl der Einstellung eines Drehzahlgebers proportional sein. Diese Aufgaben werden gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jedem der elektrischen Schalter eine Diode mit der Spannung der Gleichstromquelle entgegengerichteter Durchlaßrichtung parallelgeschaltet ist, Über die zum Abbremsen des Motors durch Sperren sämtlicher elektronischer Schalter ein von dem als Generator arbeitenden Motor gelieferter Rückladestrom zur Gleichstromquelle fließt. Den Wirkungsgrad dieser Energierücklieferung kann man beträchtlich steigern, wenn in Weiterbildung der Erfindung in Reihe mit der Motorwicklung eine zusätzliehe Drosselspule in den Diagonalzweig der Brüi,kenanordnung eingeschaltet wird. Die Drehzahl des Motors läßt sich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dadurch regeln, daß dem je nach Drehrichtung gerade den Motor steuernden elektronischen Schalter Öffnungsimpulse zugeführt werden, deren Länge und/oder Frequenz der Abweichung der Motordrehzahl von der mittels eines Gebers eingestellten Soll-Drehzahl proportional ist. Hierdurch erreicht man, daß die Impulsamplitude konstant gehalten, der elektronische Schalter also auch bei kleinen Drehzahlunterschieden völlig durchgeschaltet, andererseits aber bei großem Strombedarf nicht übersteuert und beschädigt wird. Nicht die Amplitude, sondern die Dauer oder die Folgefrequenz der Stromimpulse bestimmt den Grad der Energiezufuhr. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung erfährt die Erfindung dadurch, daß alle vier elektronischen Schalter getrennt steuerbar sind und eine vom Motorstrom beeinflußte Steuerschaltung die elektronischen Schalter derart steuert, daß beim Überschreiten eines vorgegebenen Wertes des Motorstromes jeweils nur einer der beiden hintereinander im Stromweg liegenden elektronischen Schalter gesperrt wird. Zweckmäßig erfolgt die Unterbrechung des Motorstromes jeweils durch denjenigen elektronischen Schalter, der nicht durch die zuvor erwähnten Öffnungsimpulse gesteuert wird. Beim Anlegen des Signals "Verringerte Drehzahl", "Anhalten" oder "Drehrichtungsumkehr" an die Steuerschaltung sperrt diese zunächst die beiden bisher durchgeschalteten elektronischen Schalter und schafft über die beiden anderen elektronischen Schalter einen Stromweg für einen den Motor nunmehr in entgegengesetzter Richtung durchfließenden Bremsstrom. Als treibende Spannung für diesen Bremsstrom wirkt die Summe aus Batteriespannung und Gegen-EMK des Motors. Der Strom versucht die im Diagonalzweig der Brückenschaltung liegenden Induktivitäten, also in erster Linie die Drosselspule umzumagnetisieren. Übersteigt er einen ersten vorgegebenen Wert, so wird der nicht impulsmäßig gesteuerte elektronische Schalter gesperrt. Der Strom fließt dann über die dem anderen impulsmäßig durchschaltbaren elektronischen Schalter parallelgeschaltete Diode und steigt weiter zeitproportional an. Treibende Spannung ist jetzt die Gegen-EMK des Motors. Überschreitet dieser Strom einen zweiten, höheren Grenzwert, so wird auch der bis dahin noch durchgeschal-.tete elektronische Schalter,gesperrt. Damit sind alle elektronischen Schalter gesperrt, und der Rückladevorgang über die Dioden beginnt. Die in der Drosselspule und der Ankerinduktivität gespeicherte magnetische Feldenergie wird über die sich diagonal gegenüberliegenden Dioden in die Batterie zurückgeführt. Sinkt der Motor- bzw. Rückladestrom unter einen vorgegebenen Betrag, so wird der zuletzt gesperrte elektronische Schalter wieder durchgeschaltet. Um die Stromzufuhr zum Motor bzw. den Rückladestrom ohne Überlastung der elektronischen Schalter in Abhängigkeit von der Differenz zwischen vorhandener und mittels eines Gebers eingestellter Soll-Drehzahl zu steuern, enthält die Steuerschaltung in Weiterbildung der Erfindung vier die vier elektronischen Schalter steuernde Weder-Noch-Gatter (NOR-Gatter), deren Eingangssignale einerseits von einem Steuersignalgeber für Rechts- bzw. Linkslauf des Plotors und andererseits von einer Motorstrom-Überwachungsschaltung geliefert werden. Bei einer schnellen Drehrichtungsumschaltung am Signalgeber kann es vorkommen, daß infolge der für das Abwandern der Ladungsträger aus der Sperrzone der Halbleiterschalter benötigten, deren Sperrung verzögernden Zeit kurzzeitig beide in Reihe an der Gleichstromquelle liegenden elektronischen Schalter durchgeschaltet sind und damit überlastet werden könnten. Auch die Relaxationszeit der Dioden kann zu einem kurzzeitigen Kurzschluß der Batterie führen,' wenn der mit der Diode in Reihe liegende elektronische Schalter durchgeschaltet wird. Man hat versucht, dieser Gefahr dadurch zu begegnen, daß man die Öffnungsimpulse für den zuvor gesperrten elektronischen Schalter etwas verzögert. Hierdurch wird jedoch die Schaltung komplizierter und aufwendiger. Gemäß der Erfindung wird der Gefahr der kurzzeitigen Überlastung der elektronischen Schalter dadurch begegnet, daß zwischen dem einen Pol der Gleichspannungsquelle und dem mit diesem Pol in Verbindung stehenden Eckpunkt der Brückenanordnung eine kleine Drosselspule eingeschaltet ist. Hierdurch wird das Anwachsen des über beide hintereinander durchgeschaltete elektronische Schalter fließenden Stroms mit Sicherheit so lange verzögert, bis der zuvor durchgeschaltete elektronische Schalter gesperrt ist. Um zu verhindern., daß diese Drosselspule auch die Rückladung verzögert und einen Teil der zurückfließenden Energie in Form von magnetischer Energie speichert, ist diese Drosselspule durch eine Diode überbrückt, deren Durchlaßrichtung der Spannung der Gleichstromquelle entgegengerichtet ist. Als elektronischer Schalter kommen in erster Linie Transistoren oder gesteuerte Halbleiterschalter in Frage. Die Erfindung und dazugehörige Einzelheiten sollen im folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Hierin zeigt Figur 1 die aus vier elektronischen Schaltern gebildete Brückenschaltung zur Speisung des Gleichstrommotors, Figur 2 das Blockschaltbild der die elektronischen Schalter steuernden Steuerschaltung und Figur 3 das Impulsdiagramm einer die elektronischen Schalter impulsweise durchschaltenden, in ihrer Impulshöhe konstanten aber in ihrer Schaltimpulsfolgefrequenz von der Abweichung der eingestellten Drehzahl von der vorhandene Drehzahl abhängigen Iinpulsfolge. Der zu steuernde Motor M liegt in Reihe mit einem Widerstand R5 und einer Drosselspule DrI im Diagonalzweig der aus vier steuerbaren Halbleiterschaltern, z.B. steuerbaren Gleichrichtern oder Transistoren Ql - Q4, gebildeten Brückenschaltung. Die Fckpunkte A und C der Brückenschaltung sind über eine Drosselspule Dr2 und den Hauptschalter S an die Gleichstromquelle GS angeschlossen. Sowohl die Drosselspule Dr2 als auch der Hauptschalter S sind durch je eine Diode D5 bzw. D6 überbrückt, deren Durchlaßrichtung der Spannung der Gleichstromquelle entgege ngeschaltet ist. In Reihe mit den Kollektorelektroden der Transistoren QI bis Q4 ist je ein Widerstand Rl bis R4 geschaltet. Diese Widerstände kompensieren bzw. Überkompensieren die Restspannung des vorgeschalteten Treibertransistors, dessen Emitter üblicherweise an der Basis des zu schaltenden Transistors liegt, während die Kollektoren beider Transistoren über diesen Kompensationswiderstafid miteinander verbunden sind. Hierdurch wird die Verlustleistung der Schalttransistoren Ql bis Q4 und deren Erwärmung erheblich herabgesetzt. Zwischen dem kollektorferhnen Ende dieses Widerstandes und dem Emitter jedes der vier Transistoren Ql bis Q4-liegt je eine Diode DI bis D4, deren Durchlaßrichtung der Spannung der Gleichstromquelle GS und auch-der Durchlaßrichtung der Emitter-Kollektor-Strecke des zugehörigen Transistors entgegengerichtet ist. Die Steuerung und Durchschaltung der einzelnen Transistoren erfolgt in zweierlei Abhängigkeit, nämlich einerseits von der mittels eines Drehzahlgebers vorgegebenen Soll-Drehzahl und and-ererseits vom Über- oder Unterschreiten des zulässigen Motorstromes. Diese Grenze ist durch die Belastbarkeit der Halbleiterschalter vorgegeben und soll deren Zerstörung verhindern. Zu diesem Zweck ist in Reihe mit dem Motor M der Widerstand R5 zwischen die beiden Diagonalpunkte B und D der Brückenanordnung eingeschaltet. Der Spannungsabfall an diesem Widerstand R5 wird über die Leitungen L einer im einzelnen nicht dargestellten Motorstrom-Überwachungsschaltung zugeführt. Dieseist in Figur 2 durch einen Verstärker V und einen Motorstrom-Detektor MD mit zwei Ausgängen a und b wiedergegeben. Am Ausgang a erscheint ein Signal, sobald der Motorstrom einen Wert von beispielsweise 40 Ampe%re Überschreitet. Dieses Signal verschwindet, wenn der Motorstrom kleiner als 30 Ampe're wird. An dem anderen Ausgang b erscheint das Signal, sobald ein Stromwert von beispielsweise 35 Ampe%re überschritten wird. Sinkt der Strom unter 25 Ampe're, so verschwindet dieses Signal wieder. Der Strom-Detektor hat also für steigenden und sinkenden Strom unterschiedliche Schaltpunkte. Man bezeichnet dieses Verhalten als Hysteresis. Es läßt sich an Hand der genannten Stroinwerte folgendermaßen tabellarisch zusammenfassen:

  Tabelle 1

  Motorstrom I Ausgängssignal des Motorstrom-Detektors

  in Ampe're I ansteigend I absinkend

  Ausgang Ausgang

  a b b

  1 40 A 1 1 1

  40 > I -;» 35 0 1 1

  35 > I > 30 0 0 1

  30 > I >25 0 0 0 1

  25 > 1 0 0 0 0

  1: Ausgangssignal vorhanden

  0: Kein Ausgangssignal vorhanden

  Die angegebenen Stromwerte sind selbstverständlich nur Beispiele und können den durch die Schaltung und die Schaltelemente gegebenen Bedingungen entsprechend angepaßt werden.
• Zur Steuerung der vier Halbleiterschalter QI - Q4 enthält die Steuerschaltung vier sogenannte NOR-Gatter (Weder-Noch-Gatter) auf deren Ausgangsleitung jeweils nur dann ein Signal erscheint,

  wenn auf keiner der Eingangsleitungen ein Signal vorhanden ist.

  NOR1 byw, mit

  Die Transistoren Ql und Q2 werden durch je ein Gatter N R2

  je zwei Eingängen a undb gesteuert. Die Gatter NOR3 und 110R4 für die Steuerung der Transistoren Q3 und Q4 weisen jeweils drei Eingänge a, b, c auf. Die Eingänge b der beiden Gatter NOR1 und NOR2 sind gemeinsam an den Ausgang a des Motorstrom-Detektors MD angeschlossen, während die Eingänge c der beiden anderen Gatter NOR3 und NOR4 am Ausgang b des Motorstrom-Detektors MD liegen. Außerdem ist der Eingang a des Gatters NOR3 an den Ausgang des Gatters NOR2 angeschlossene welches den Transistor Q2 steuert, der mit dem Transistor Q3 in Reihe liegend an die Gleichstromquelle GS angeschlossen ist. In entsprechender Weise ist der Eingang a des Gatters NOR4 an den Ausgang des den Transistor QI steuernden Gatters NORI angeschlossen, desjenigen Gatters also, welches den mit dem Transistor Q4 in Reihe an der Gleichstromquelle liegenden Transistor QI steuert. Im folgenden soll nun die Beeinflussung der Steuerschaltung nach Maßgabe der gewünschten Drehzahl und Drehrichtung erläutert werden. Hierzu wird dem Verstärker-Diskriminator VD ein Wechselspannungssignal zugeleitet, dessen Größe von der Differenz zwischen der am Drehzahlgeber eingestellten Drehzahl und der augenblicklichtvorhandenen Motordrehzahl proportional ist, während die Phasenlage dieser Wechselspannung gegenüber einer Bezugsspannung die gewünschte Drehrichtung wiedergibt. Der Drehzahlgeber kann beispielsweise ein in seiner Ruhelage durch Federkraft gehaltener, nach beiden Seiten hin auslenkbarer Handgriff sein. Je nach Auslenkung erzeugt dieser Geber eine Rechteckspannung, deren Amplitude vom Auslenkwinkel und deren Phasenlage gegenüber einer Bezugsspannung von der Auslenkrichtung, d.h. von der gewünschten Drehrichtung des Motors abhängt. Zur Stabilisierung des Drehzahlreglers ist in an sich bekannter Weise eine Rückführung von einem an den Motor angeschlossenen Tachometerdynamo auf den Reglereingang vorgesehen. Die Tachometerspannung wird ebenfalls in eine Rechteckspannung umgewandelt, deren Größe der vorhandenen Motordrehzahl proportional ist -und deren Phasenlage von der Drehrichtung abhängt. Diese rückgeführte Wechselspannung und die vom Drehzahlgeber gelieferte Wechselspannung werden an einem Summierpunkt derart zusammengeschaltet, daß ein Differenzsignal entsteht, dessen Amplitude vom Drehzahlunterschied und dessen Phasenlage gegenüber einer Bezugsspannung davon abhängt, ob die vorhandene und die gewünschte Drehrichtung übereinstimmen oder nicht. Dieses Signal gelangt, wie erwähnt, an den Verstärker-Diskriminator VD, der entweder an seinem Ausgang r (Rechtslauf erwünscht) oder an .seinem Ausgang 1 (Linkslauf erwünscht) eine Gleichspannung liefert, deren Höhe dem Unterschied Zwischen Drehzahl-Soll-und -Istwert'proportional ist. Der Ausgang r ist an den Pulsbreiten-Modulator PMR für Rechtslauf angeschlossen, der eine Impulsfolge liefert, bei der die Impu lsbreite der einzelnen Impulse der Gleichspannung am Ausgang r des Verstärker-Diskriminators VD umgekehrt proportional ist. Dies läßt sich in einfacher Weise durch eine mit der Eingangsgleichspannung gespeiste Kippschaltung erreichen. Je größer die Eingangsspannung ist, umso schneller wird der für das Umkippen der Schaltung erforderliche Schwellwert erreicht, d.h. umso kürzer sind die erzeugten Impulse. Diese Impulse werden anschließend in einer Impulsformer- und Inverter-Schaltung INR in eine invertierte Rechteckimpulsfolge umgewandelt, wie sie in Figur 3 dargestellt ist. Diese Inversion wird durch die Verwendung von NOR-Gattern erforderlich, die bekanntlich nur dann ein Ausgangssignal liefern können, wenn alle Eingangssignale Null sind. Wie man.,aus Figur 3 erkennt, erscheint das Eingangssignal Null stets für die gleiche Dauer d,aber in-unterschiedlichem Abstand, der umso größer ist, je länger das Signal im Schaltzustand 11111 verharrt, d.h. je kleiner die am Ausgang r stehende Gleichspannung ist.
• Je größer also die Differenz zwischen der am Drehzahlgeber eingestellten und der gerade vorhandenen Drehzahl ist, umso dichter folgen die über das Gatter NOR1 den Transistor Ql durchschaltenden Impulse aufeinander. Die Impulsfolgefrequenz dieser Schaltimpulse ist also dem Drehzahlunterschied proportional. Wenn am Eingang b des Gatters NORI ebenfalls das Signal 11011 steht, d.h. der zulässige Motorstrom nicht Überschritten ist, wird der Transistor 01 im Rhythmus der am Ausgang des Inverters und Impulsformers INR stehenden, beispielsweise in Figur 3 wiedergegebenen Impulsfolge jeweils beim Auftreten des Signalwertes 11011 durchgeschaltet. Di'e impulsmäßige Durchschaltung des Transistors Q2 über das, Gatter NOR2 erfolgt dementsprechend, wenn auf der Ausgangsleitung 1 des Verstärker-Diskriminators VD eine der Drehzahlabweichung proportionale Gleichspannung erscheint. Diese steuert -den Pulsbreiten-Modulator PML und die angeschlossene Inverter- und Impulaformerstufe INL. Die Inversion kann übrigens auch bereits im Pulsbreiten-Modulator vorgenommen werden. Die Schaltung kann derart ausgelegt sein, daß bei bis in seine Endlage ausgelenktem Drehzahlgeber und stehendem oder gar in entgegengesetzter Richtung umlaufenden Motor der Abstand zwischen den einzelnen Schaltimpulsen am Eingang a des Gatters NORI auf Null verringert, dem Gatter also ein Dauersignal ttoff zugeführt wird.

  Die Ausgänge der beiden Inverter- und Impulsformerstufer4NR

  und INL sind nicht nur mit den Eingängen a der zugehörigen Gatter NORI und NOR2, sondern außerdem mit den Eingängen einer bistabilen Kippschaltung FL,verbunden. Diese Kippschaltung ist derart ausgelegt, daß an ihrem Ausgang a ein Signal erscheint, sobald der Inverter INR Impulse liefert. Dieser Schaltzustand der bistabilen Kippschaltung bleibt auch nach Wegfall dieser Signale am Ausgang des Inverters INR so lange erhalten, bis am Ausgang der anderen Inverter- und Impulsformerstufe INL Impulse anfallen. Diese Impulse schalten die Kippschaltung FL um, so daß dann an ihrem Ausgang b ein Signal entsteht und das Signal am Ausgang a verschwindet. Die Stellung der Kippschaltung FL zeigt also an, in welcher Drehrichtung der Motor zuletzt beschleunigt wurde oder noch angetrieben wird. Der Ausgang a der Kippschaltung FL ist an den Eingang b des Gatters NOR3 und der andere Ausgang b der bistabilen Kippschaltung PL an den Eingang b des Gatters NOR4 angeschlossen. Die bistabile Kippschaltung FL sorgt dafür, daß der Transistor Q3 in jedem Falle gesperrt ist, wenn der Motor ini Gegenuhrzeigersinn (Linkalauf) angetrieben werden soll, -und daß andererseits der Transistor Q4 gesperrt ist, wenn der Motor im Uhrzeigersinn (Rechtslauf) läuft bzw. beschleunigt oder bei Linkslauf gebremst wird.
• Die Schaltungsanordnung arbeitet folgendermaßen: Vor oder gleichzeitig mit dem Auslenken des Handgriffes des Drehza.hlgebers wird der Hauptschalter S geschlosaen. Die Brückenschaltung ist derart dimensioniert, daß sämtliche Transistoren Ql - Q4 gesperrt sind. Angenommen, der Drehzahlgeber wird in Richtung "Rechtslauf" ausgelenkt, so erscheint am Ausgang r des Verstärker"Diskriminators VD eine Gleichspannung, deren Höhe der gewünschten Motordrehzahl proportional ist. Im Pulsbreiten-Modulator PMR wird eine Impulsfolge erzeugt und anschließend im Inverter INR invertiert, die über den Eingang a des Gatters NOR1 den Transistor QI impulsmäßig durchschaltet. Da zunächst noch kein Motorstrom fließt, ist auf keinem der beiden Ausgänge a und b des Motorstrom"Detektors MD ein Signal vorhanden. Der Transistor QI kann also tatsächlich im Rhythmus der am Eingang des Gatters NORI auftretenden Impulsfolge durchgeschaltet werden. Gleichzeitig sorgen die an diesem Eingang a. des Gatters NOR1 stehenden Impulse dafür, daß die bistabile Kippschaltung FL in denjenigen Schaltzuatand gebracht wird, daß an ihrem Ausgang b ein Signal vorhanden ist, welches über das Gatter NOR4 den Transistor Q4 sperrt bzw. gesperrt hält. Da der Pulsbreiten-Modulator PML kein Signal liefert, steht am Ausgang des zugeordneten Inverters INL ein Dauersignal, welches über das Gatter NOR2 den Transistor Q2 sperrt. Der Transistor Q3 hingegen wird geöffnet, denn am Ausgang des Gatters NOR2 und damit am Eingang a des Gatters NOR3 steht das Signal "0". Auch vom Ausgang a der bistabilen Kippschaltung FL gelangt kein Signal zum Eingang b des Gatters NOR3. Der Eingang c ist ebenfalls ohne Signal, da der Stromdetektor IM an seinem Ausgang b ebenfalls kein Signal liefert. Der Strom fließt also in der Brückenschaltung gemäßr Figur 1 vom Pluspol der Gleichstromquelle GS ausgehend dem durchgezogenen Pfeil I folgend über den Schalter S, die Drosselspule Dr2 zum Eckpunkt A der. Brückenschaltung, von dort über den Transistor QI, den Widerstand RI zum Diagonalpunkt D, dann über die Drosselspule Drl, den Widerstand R5, den Motor M zum anderen Diagonalpunkt B und von dort über den Transistor Q3 und den Widerstand R3 zum Minuspol der Gleichspannungsquelle S zurück. Bei dieser Stromrichtung im Diagonalzweig DB wird der Motor im Uhrzeigersinn c> angetrieben, was im folgenden als Rechtslauf bezeichnet werden soll. Übersteigt der Motorstrom einen vorgegebenen, im wesentlichen durch die Belastbarkeit der Halbleiterschalter bestimmten Wert von beispielsweise 35A, so entsteht, wie zuvor anhand von Tabelle 1 erläutert, am Ausgang b des Motorstrom-Detektors MD ein Signal, welches über den Eingang c des Gatters NOR3 den Transistor Q3 sperrt. Damit ist die Stromzufuhr zum Motor M unterbrochen. Der Motorstrom fließt dann in einem Kreis vom rechten Anschlußpunkt des Motors M am Diagonalpunkt B über die dem Transistor Q2 parallelgeschaltete Diode D2 dem punktierten Pfeil II folgend zum Eckpunkt A der Brückenschaltung und über den weiterhin impulsweise durchgeschalteten Transistor QI und dessen Kollektorwiderstand RI zum Diagonalpunkt D und von dort über die Drosselspule DrI und den Widerstand R5 zur linken Anschlußklemme des Motors M zurück. Sobald dieser Motorstrom so weit abgeklungen ist, daß er den anderen Grenzwert der für das Vorhandensein eines Signals am Ausgang b des Motorstrom-Detektors PID maßgeblichen Stromstärke, also beispielsweise gemäß Tabelle 1 den Wert von 25A unterschreitet, verschwindet das Signal am Ausgang b des Stromdetektors, und der Transistor Q3 wird über das Gatter NOR3 wieder durchgeschaltet. Es ergibt sich'der zuerst erwähnte Stromkreis, und der Motor wird auf diese Weise weiter beschleunigt. Dieses Arbeitsspiel wiederholt sich so lange, bis der Motor die gewüns chte Drehzahl erreicht hat. Soll die Drehzahl des Motors M verringert, der Motor angehalten oder gar in entgegengesetzter Drehrichtung in Umdrehung versetzt werden, so wird der Drehzahlgeber entsprechend verstellt, d.h. entweder die Auslenkung des Drehzahlgebers gegebenenfalls bis auf Null verringert oder der Handgriff gar in entgegengesetzter Richtung ausgelenkt.-Hierdurch überwiegt die vom Tachometerdynamo zurückgeführte, dem Istwert der Motordrehzahl proportionale Spannung, so daß der Verstärkerdiskriminator VD ein Eingangssignal erhält, dessen Größe der gewünschten Drehzahlverminderung entspricht und dessen Phasenlage derart geändert ist, daß nunmehr am Ausgang 1 des Verstärker-Diskriminators VD ein dem Unterschied zwischen der vorhandenen Drehzahl und dem neu eingestellten Drehzahl-Sollwert proportionale Ausgangssignal steht. Der Pulsbreiten-Modulator PML liefert nunmehr über die Inverter-und Impulsformerschaltung INL eine Schaltimpulsfolge an den Eingang a des NOR-Gatters 2. Gleichzeitig kippt die bistabile Kippschaltung FL in den anderen Schaltzustand über, so daß nunmehr an ihrem Ausgang a ein Ausgangssignal entsteht. Da der Pulsbreiten-Modulator PMR kein Ausgangssignal liefert, gibt die Invärterstufe INR an den Eingang a des NOR-Gatters 1 ein Dauersignal ab und sperrt dieses Gatter. Das Gatter NOR2 hingegen wird im Takt der vom Pulsbreiten-Modulator PML erzeugten Impulse geöffnet, da an seinem Eingang b kein Eingangssignal steht. Das Ausgangssignal vom Ausgang a der bistabilen Kippschaltung FL sperrt über den Eingang b das Gatter NOR3 und damit den Transistor Q3. Mit dem Gatter NOR1 ist auch der Transistor Ql gesperrt, so daß am Eingang a des Gatters NOR4 kein Eingangssignal liegt. Auch die Eingänge b und c des Gatters NOR4 sind ohne Signal, d.h. der Transistor Q4 ist durchgeschaltet. Die Summe aus Batteriespannung und Gegen-EMK treibt also einen zeitproprotional ansteigenden Bremsstrom dem gestrichelten Pfeil III folgend über den Transistor Q2, den MotoV, die Drosselspule Drl und den Transistor Q4 zum Minuspol der Batterie. Hierdurch werden der'Motor M und die Drosselspule Drl ummagnetisiert. Überschreitet dieser die magnetische Energie der Drosselspule zunächst abbauende und dann in entgegengesetzter Polarität aufbauende Bremastrom einen gewissen Wert von beispielsweise 35A, so spricht der Motorstrom--Detektor IM an .--und liefert auf seiner Ausgangsleitung b ein Ausgangssignal, welches über das Gatter NOR4 den bisher durchgeschalteten Transistor Q4 sperrt. Damit wird der zuvor geschilderte Stromkreis und die Entnahme eines Bremsstromes aus der Batterie unterbrochen. Die Gegen-EMK des Motors M treibt einen Strom durch den dem strichpunktierten Pfeil IV folgenden Stromkreis von der linken Anschlußklemme des Motors M über die Drosselspule Drl, die Diode Dl, den Transistor Q2 zurück zur rechten Anschlußklemme des Motors.

  Die kinetische Energie des Motors M wird also in Form magneti-

  scher Energie in der Drosselspuljirgelspeichert.

  Überschreitet der in diesem Stromkreis fließende Strom einen weiteren vorgegebenen, und zwar höheren Grenzwert von beispielsweiäe 40k, so gibt der Stromdetektor MD auch an seinem Ausgang a ein Signal ab, welches über den Eingang d das Gatter NOR2 und damit derf Transistor Q2 sperrt. Somit sind sämtliche Transistoren der Brackenschaltung gesperrt. Da das magnetische Feld der Ankerinduktivität und der Drosselspule DrI bis zum Ab- bau dieser Felder bestrebt ist, einen Strom in der gleichen Richtung fließen zu lassen, bleibt für diesen Strom nur noch der durch den 'gewellten Pfeil V gekennzeichnete Stromweg von der linken Klemme des Motors M aber die Drosselspule Drl, die Diode Dl, die Drosselspule Dr2, die Batterie GS und die Diode D3 zur rechten Anschlußklemme des Motors M. Über diesen Stromkreie wird die kinetische Energie des Motors und die magnet..ische Energie der Drosselspule Del abgebaut und in Forn., von elektrischer Energie in die Batterie GS zurückgespeist. Dies zeigt den wesentlichen Vorteil der Erfindung, der darin besteht, daß gerade bei großen, den Motor durchfließenden Brenisströmen die Bremsenergie zum größten Teil durch Rückladung, in die Batterie verwertet und damit nicht in Wärme umgesetzt, wird. Fällt der Rückladestrom unter einen Wert von beispielsweise 30A, so verschwindet das Ausgangssignal am Ausgang a des Motorstrom-Detektors.MD, so daß der Transistor Q2 wieder durchgeschaltet wird und der Strom in dem durch den strichpunktierten Pfeil IV gekennzeichneten Stromkreis fließt. Sollte dieser Strom erneut Über 40A anwachsen, so würde die Rückladung erneut einsetzen. Dieses Schaltspiel kann sich so lange wiederholen, bis der Strom im Diaconalzweig der Brückene CD schaltung den Grenzwert von 40A nicht mehr erreicht und nach einer gewissen Zeit sogar unter den Wert von 25A fällt, wodurch auch das Ausgangssignal auf der Leitung b des Motorstrom-Detektors MD verschwindet. Damit wird über den Eingang g des Gatters NOR4 die Sperrung des Transistors Q4 aufgehoben und der von der Batterie GS gelieferte Strom fließt wieder über den impulsweise durchgeschalteten Transistor Q2, den Motor M und den Transistor Q4. Hat der Motor die gewünschte, verringerte Drehzahl erreicht, so Überwiegt das vom Tachometerdynamo zurückgeführte Signal nicht länger das am Drehzahlgeber eingestellte Signal, so daß die Ausgangsimpulse am Ausgang des Pulsbreiten-Modulators PML verschwinden. Der Motor läuft dann mit verringerter Drehzahl weiter, wobei der Von der Batterie gelieferte Strom dem ausgezogenen Pfeil I fblgend über den impulsweise durchgeschalteten Transistor Ql, den Motor M und den Transistor Q3 fließt.
• Stellt man den Drehzahlgeber auf Null, so steht an keinem der beiden Pulsbreiten-Modulatoren PMR und PMLein Ausgangssignal, d.h. beide.Gatter NORI und NOR2 sind gesperrt. Der Motor bleibt also stromlos. Soll die Drehrichtung umgekehrt werden, d.h. der Motor, wenn_ er zuvor im Uhrzeigersinn lief, nunmehr im Gegenuhrzeigersinn laufen, so liefert der Pulsbreiten-Modulator PML die steuernden Ausgangaimpulse. Die Kippschaltung FL liefert also weiter-CD hin an ihrem Ausgang a ein Signal, welches Über das Gatter NOR3 den Transistor Q3 sperrt, während der Transistor Q4 durchgeschaltet ist. Der Motorstrom fließt also dem gestrichelten Pfeil III folgend über die Transistoren Q2 und Q4 und treibt dabei den Motor im Linkslauf an. Überschreitet dieser Strom einen vorgegebenen ersten Grenzwert von beispielsweise 35A, so sperrt das Ausgangssignal am Ausgang des Motorstrom-Detektors MD über das Gatter NOR4 den Transistor Q4, so daß der Strom nunmehr in dem durch den strichpunktierten Pfeil IV gekennzeichneten Stromkreis über die Diode Dl und den Transistor Q2 fließt, bis er auf einen Wert von beispielsweise 25A abgesunken ist und der Transistor Q4 wieder durchgeschaltet wird. Dieses Arbeitsspiel widerholt sich so lange, bis der Motor im Linkslauf die gewünschte Drehzahl erreicht hat oder durch Änderung der Einstellung des Drehzahlgebers auf einen anderen Wert gesteuert oder zum Stillstand gebracht wird. Einen Überblick über die Schaltzustände der einzelnen Stufen und logischen Elemente bei den verschiedenen Betrbbszuständen gibt die beigefügte Tabelle 2. Hierin bedeutet: Signal vorhanden bzw. Transistor durchgeschaltet 0 Kein Signal vorhanden bzw. Transistor gesperrt Wie oben erwähnt, werden aim Abbremsen des Motors, sei es zur Verringerung der Drehzahl, zur Stillsetzung oder Drehrichtungsumkehr, die beiden zuvor durchgeschalteten Transistoren gesperrt und stattdessen die zuvor gesperrten Transistoren durchgeschaltet. Wegen der endlichen Abschaltzeit der Transistoren könnte dies zur Folge haben, daß für eine kurze Übergangszieit beide Transistoren in den an die Batterie angeschlossenen Reihenschaltungen QI, Q4 bzw. Q23 Q3 durchgeschaltet sind und damit ein die zulässigen Werte dieser Transistoren überschreitender Strom über sie fließt. Auch die Relaxationszeit der Dioden könnte, wie bereits erwähnt> beim Durchschalten des mit der Diode in Reihe liegenden Tran-' , sistors zu einem kurzzeitigen Kurzschluß der Batterie führen. Um dies zu verhindern, ist in Weiterbildung der Erfindung eine Drosselspule Dr2 zwischen den einen Pol der Gleichspannungs-'quelle und'den mit diesem Pol in Verbindung stehenden Eckpunkt A der Brückenanordnung eingeschaltet, die den Stromanstieg mit Sicherheit so lange verzögert, daß die zuvor durchgeschalteten Transistoren inzwischen gesperrt sind. Um zu verhindern, daß diese Drosselspule auch die Rückladung der Batterie GS aus der kinetischen Energie des Motors M und der magnetischen Energie der Drosselspule Drl verzögert, ist die Drosselspule Dr2 durch eine Diode D5 in Richtung des Rückladestromes überbrückt. Die dem Hauptschalter S parall'elgeschaltete und ebenfalls in Richtung des Rückladestromes durchlässige Diode D6 gewährleistet> daß auch beim öffnen des Hauptschalters der Rückladestrom nicht unterbrochen wird. Dies ist besonders von Bedeutung, wenn der Hauptschalter S bei der Rückführung des Drehzahlgebers in die Null-Stellung selbsttätig geöffnet wird. Eine solche Abschaltung der gesamten Anlage bei der Rückkehr des Drehzahlgebers in die Null-Stellung ist zum Zweck der Stromersparnis ratsam.-In den meisten Fällen wird der Drehzahlgeber beim Loslassen seines Einstellmittels selbsttätig, beispielsweise durch Federkraft, in die Null-Stellung zurückkehren und dabei gleichzeitig die Steuerschaltung über den Hauptschalter S von der Batterie GS trennen.

Claims (2)

1. Patentansprüche 1 'Betriebssehaltung für einen Gleichstrommotor mit umsteuerbarer Drehrichtung, der in den Diagonalzweig einer aus vier elektronischen Schaltern gebildeten und mit ihren Eckpunkten an eine Gleichstromquelle angeschlossenen Brückenschaltung eingeschaltet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t. daß jedem der elektronischen Schalter eine Diode mit der Spannung der Gleichstromquelle entgegengerichteter Durchlaßrichtung parallelgeschaltet ist, Über die zum Abbremsen des Motors durch Sperren sämtlicher elektronischer Schalter ein von dem dann als Generator arbeitenden Motor gelieferter Rückladestrom iur Gleichstromquelle fließt.
2. 2. Schaltüngsanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß in den Diagonalzweig (D-B) der Brückenanordnung in Reihe mit der Motorwicklung (M) eine DrosselspG1e (Drl) eingeschaltet ist. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t. daß dem je nach Drehrichtung gerade den Motor steuernden elektronischen Schalter '(Q1 bzw. Q2) öffnungaimpulse zugeführt werden, deren Länge und/oder Frequenz der Abweichung der Motordrehzahl von der mittels eines Gebers eingestellten Soll-Drehzahl proportional ist. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1., 2 oder,3, d a d u-r o h g e k e n n z e i c h n e t., daß alle vier elektronischen Schalter getrennt steuerbar sind und eine vom Notorstrom beeinflußte-Steuerschaltung die elektronischen Schalter derart steuert, daß beim Überschreiten einen ersten vorgegebenen Wertes des Motorstromes jeweils nur einer der beiden hintereinander im Stromweg liegenden, einerseits zwischen dem einen Eckpunkt (A) und dem einen Diagonalpunkt (B) und andererseits zwischen dem anderen Diagonal punkt (D) und dem anderen Eckpunkt (C) der Brückenanordnung vorgesehenen elektronischen Schalter gesperrt wird. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t. daß zur Strombegrenzung jewelib der nicht durch die Öffnungsimpulse gesteuerte elektronisehe Schalter (Q3 bzw. Q4) gesperrt wird. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t"daß beim Anlegen des Signals-"Bremsen" an die Steuerschaltung diese die beiden zuvor durchge-schalteten elektronischen Schalter (z.B. QI und Q3) sperrt und über die beiden zuvor gesperrten elektronischen Sch alter (z.B. Q2 und Q4) einen Stromweg für einen den Motor in entgegengesetzter Richtung impulsförmig durchfließenden Bremsstrom eröffnet. 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 und 6, d a d u r c h e k e n n z e i c h n e t. daß beim Überschreiten eines ersten vorgegebenen oberen Grenzwertes des Bremsstromes ,der nicht impulemäßig durchschaltbare elektronische Schalter (Q3 bzw. Q4) gesperrt wird. 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e -k e n n,z e i c h n e t. daß beim Überschreiten eines Zweiten vorgegebenen höheren Grenzwertes für den Bremastrom--auch der andere im zuvor impulsweise durchgeschalteten Stromweg liegende elektronische Schalter (QI bzw. Q2) gesperrt wird (Beginn der Rückladung). 9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Steuerschaltung beim Absinken des Motor- bzw. Rückladebtromes unter einen ersten bzw. zweiten vorgegebenen unteren Grenzwert den zuletzt gesperrten elektronischen Schalter (Q3 oder Q4 bzw. QI oder Q2) wieder durchschaltet. 10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t. daß die Steuerschaltung vier die vier elektronischen Schalter-steuernde Wäder-Noch-Gatter (NOR-Gatter) enthält, deren Eingangssignale einerseits von einem Steuersignalgeber für Rechts-bzw. Linkslauf des Motors und andererseits von einer Motorstrom-Überwachungsschaltung geliefert werden. 11. Schaltungsanordnung na- eh Anspruch 103 d a d u r a h g e -k e n n z e i c h n e t, daß der eine Eingang (a) der beiden Gatter (NOR1 und NOR2) für die impulsmäßige Durchschaltung der beiden elektronischen Schalter (QI und Q2) an die Impulsleitungen für Rechtslauf bzw. für Linkslauf und der andere Eingang (b) gemeinsam an den nur beim Überschreiten des zweiten-oberen Motorstrom-Grenzwertes ein Signal führenden Ausgang (a) der Motorstrom-Überwachungs-Schaltung (MD) angeschlossen ist. la. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10 oder 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die beiden Eingänge einer bistabilen Kippschaltung (FL) an die Impulsleitungen für Rechts- bzw. Linkslauf angeschlossen sind. 13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, d ad u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die beiden anderen elektroni-Schen Schalter (Q3s Q4) durch je ein Gatter'(NOR39 NOR4) mit drei folgendermaßen angeschlossenen Eingängen gesteuert werden: a) Der erste Eingang (a) beider Gatter (NOR3 bzw. 4) ist jeweils mit dem Ausgang desjenigen Gatters (NOR2 bzw. NOR1) verbunden, welches den elektronischen Schalter (Q2 bzw. QI) steuert» der mit dem vom erstgenannten Gatter (NOR3 bzw. NOR4) gesteuerten elektronischen Schalter (Q3 bzw. Q4) in Reihe an der Gleichstromquelle (GS) liegt. b) Der zweite Eingang (b) des einen Gatters (NOR3) liegt an dem Ausgang (a) der bistabilen Kippschaltung, der bei Einstellung des Gebers auf Linkslauf ein Signal führt, während der zweite Eingang (b) des anderen Gatters (NOR4) an den anderen Ausgang (b) der Kippschaltung angeschlossen ist, der bei Einstellung des Gebers auf e) Rechtslauf Der dritte Eingang ein Signal (c) führt beider » Gatter (NOR3, NOR4) liegt an dem beim Überschreiten des ersten vorgegebenen Motorstrom-Grenzwertes ein Signal führenden Ausgang(b) der Motorstrom-Überwachungsschaltung (MD). 14. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t. daß als elektronische Schalter Halbleiterbauelemente wie Transistoren, gesteuerte Halbleiterschalter oderdgl. angewandt werden. 15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t. daß bei der Verwendung von Transistoren in ihre Kollektorleitung je ein Widerstand (RI - R4) zur Kompensation der Restspannung des vorgeschalteten, gälvanisch mit dem zu schaltenden Transistor (QI - Q4) gekoppelten Treibertransistors eingeschaltet ist. 16. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen den einen Pol (+) der Gleichspannungsquelle (GS) und den mit diesem Pol in Verbindung stehenden Eckpunkt (A) der Brückenanordnung eine kleine Drosselspule (Dr2) eingeschaltet ist. 17. Schaltungsanordnung nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i o h n e t, daß die Drosseispule (Dr2) durch eine Diode (D5) überbrückt ist, deren Durchlaßrichtung der Spannung der Gleichstromquelle entgegengerichtet ist. 18. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, d a d u e c h g e k e n n z e i c h n e t. daß der zwischen dem einen Pol (+) der Gleichspannungsquelle und dem einen Eckpunkt (A) der Brückenanordnung liegende Hauptschalter (S) durch eine Diode überbrückt ist, deren Durchlaßrichtung der Spannung der Gleichstromquelle entgegengerichtet ist. 19. Schaltungsanordnung - nach einem der Ansprüche 4 bis 183, d a d u r a h g ek e n n Z e i a h n e t$ daß in den Diagonalzweig (D-B) der Brückenanordnung in Reihe mit der Motorwicklung (M) ein Widerstand (R5) eingeschaltet ist, dessen dem Motorstrom proportionaler Spannungsabfall d#e M6torstrom-Überwachungsachaltung (MP) steuert.'