DE1538372B2 - Schaltungsanordnung zur steuerung eines ueber transistoren gespeisten gleichstrommotors - Google Patents

Description

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so zugeordnet ist, daß der von der Motorinduktivität gleichswiderstand 16, 17, 18 angeordnet.. Er liegt je-

bei gesperrten Transistoren hervorgerufene Frei- weils zwischen dem Emitter des zugeordneten Transi-

laüfstrom auch durch die Ausgleichswiderstände fließt, stors und der Reihenschluß-Feldwicklung 11.

daß die Ausgleichswiderstände Widerstandswerte von Der Minuspol der Gleichspannungsquelle 12 ist mit

weniger als 0,1 Ω aufweisen und über Summations- 5 den Kollektoren der drei Transistoren 13 bis 15 und der

widerstände mit einem Ankerstromsoll- und -istwert- Pluspol mit der Ankerwicklung 10 sowie mit den Ka-

vergleicher am Eingang eines Taktgeberverstärkers für thoden von drei Freilaufdioden 21, 22, 23 verbunden,

die Transistoren verbunden sind und daß die Soll-Ist- Die Anode der Freilaufdiode 21 ist mit dem Emitter

Wertdifferenz das Tastverhältnis des Taktgebers be- des Transistors 13 und dem Ausgleichswiderstand 16

stimmt. ίο verbunden. Die Anode der Freilaufdiode 22 ist mit dem

Die Anordnung mit mehreren Freilaufdioden ist be- Emitter des Transistors 14 und dem Ausgleichswider-

sonders günstig, weil jeder einzelne Transistor durch die stand 17 verbunden. Und die Anode der Freilauf diode

ihm zugeordnete Freilaufdiode wirkungsvoll vor Zer- 23 ist mit dem Emitter des Transistors 15 und dem

Störung durch induktive Spannungsspitzen geschützt Ausgleichswiderstand 18 verbunden,

wird. Dies ist besonders deshalb wichtig, weil die ver- 15 Die Basen der Transistoren 13 bis 15 stehen mitein-

schiedenen Transistoren erfahrungsgemäß nicht genau ander und mit dem Ausgang eines Taktgeberverstär-

zur gleichen Zeit ausschalten. kers 24 in Verbindung. Dieser enthält eine Rückfüh-

Durch die Dimensionierung der Ausgleichswider- rung, bestehend aus der Serienschaltung eines Kondenstände mit Widerstandswerten von weniger als 0,1 Ω sators 25 und eines Widerstandes 26, die am Eingang ist die Schaltungsanordnung besonders gut für kleine 20 des Taktgeberverstärkers 24 an einen Ankerstrom-Batteriespannungen von z. B. 24 V geeignet. Diese soll- und -istwertvergleicher 27 angeschlossen ist. Widerstandswerte sind zu klein, als daß die Transisto- Als Ankerstromsollwertgeber ist ein Potentio-J|' ren noch allein durch die Stromgegenkopplung der meter 28 mit einem vorstellbaren Abgriff 29 vorgesehen, Ausgleichswiderstände vor dem Durchbrennen ge- das an einer festen Gleichspannung liegt. Der Abgriff 29 schützt werden könnten. Die Durchbrennsicherung 25 ist über ein Versögerungsglied mit dem Ankerstrombesorgt der Taktgeberverstärker, der außerdem noch soll- und -istwertvergleicher 27 verbunden; dieses Verdie Aufgabe hat, das Tastverhältnis der Stromimpulse zöger ungsglied besteht aus zwei über einen Verbindungsin Abhängigkeit vom Motorstrom zu variieren. punkt 32 miteinander verbundenen Widerständen 33,

Die Ausgleichswiderstände können besonders klein 34 und einem Kondensator 35, der zwischen dem Verbemessen werden, wenn in weiterer Ausgestaltung der 30 bindungspunkt 32 und Masse liegt. Wie aus F i g. 1 Erfindung am Eingang des Taktgeberverstärkers ein ersichtlich, ist auch die Reihenschluß-Feldwicklung 11 Differentialverstärker vorgesehen ist. Dieser ist für mit Masse verbunden.

sehr kleine Eingangsspannungen geeignet und sehr Wird der Abgriff 29 des_ Potentiometers 28 verunempfindlich gegen Temperaturschwankungen. schoben, so wirkt sich diese Änderung nicht sofort am

Bei der Schaltungsanordnung läßt sich außerdem 35 Ankerstromsoll- und -istwertvergleicher 27 aus, son-

eine Sicherung gegen Überdrehzahlen des Gleichstrom- dem erst, nachdem sich der Kondensator 35 auf die

motors erzielen, wenn in weiterer Ausgestaltung der neue Spannung aufgeladen hat.

Erfindung der Gleichstrommotor über ein Siebglied Zur Addition der Spannungsabfälle an den Aus-

sowie über eine Diode mit stark spannungsabhängigem gleichswiderständen 16 bis 18 liegt zwischen dem Emit-

Durchlaßwiderstand mit dem Taktgeberverstärker so 40 ter jedes der Transistoren 13 bis 15 und einem Sum-

verbunden ist, daß dieser bei Überschreiten einer be- menpunkt 36 je ein Summationswiderstand 37, 38, 39.

stimmten Größe dieser Spannung in seinen Sperrzu- Der Summenpunkt 36 isr über zwei Widerstände 42,43,

stand übergeht. Bei Überschreiten einer bestimmten die über einen Verbindungspunkt 44 in Reihe liegen,

φ Drehzahl wird hierdurch — mit Vorrang vor der übri- mit dem Ankerstromsoll- und -istwertvergleicher 27

gen Regelung — die Stromzufuhr zum Gleichstrom- 45 verbunden. Zwischen dem Verbindungspunkt 44 und

motor gesperrt. Bei einem Batteriefahrzeug ergibt sich Masse liegt ein Kondensator 45, der zusammen mit

hierdurch eine äußerst einfache Drehzahlbegrenzung den Widerständen 42, 43 ein Integrierglied bildet,

und ein Schutz gegen das Durchgehen eines Reihen- Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise der

schlußmotors. Schaltungsanordnung nach F i g. 1 soll zunächst

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildun- 5° die Schaltungsanordnung nach F i g. 4 kurz erläutert gen der Erfindung, die Gegenstände der Unteran- werden, die einen Rechenverstärker zeigt. Mit 48 ist Sprüche sind, ergeben sich aus den im folgenden hier ein Verstärker bezeichnet, der eine sehr große Verbeschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Stärkung aufweist, so daß zu seiner Aussteuerung be-Ausführungsbeispielen. Es zeigt reits eine sehr kleine Eingangsgröße, z. B. ein Strom

Fi g. lein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen 55 Ai genügt, der seinem Eingang zugeführt wird. An

Schaltungsanordnung, seinen Ausgang sind mehrere Widerstände R₁, R₂,

F i g. 2 und 3 Schaubilder zum Erläutern der Wir- R₃.. .R_n angeschlossen, an denen Spannungsabfälle

kungsweise der Anordnung nach F i g. 1, U₁, U₂, U₃... U_n entstehen. Diese Spannungsabfälle

F i g. 4 ein Prinzipschaltbild eines Rechenver- werden über eine entsprechende Anzahl von Summa-

stärkers und 60 tionswiderständen mit dem Widerstandswert R an

F i g. 5 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen einem Summenpunkt 49 addiert. Dieser Summen-Anordnung, punkt 49 ist über einen Widerstand Ri mit dem Ein-

F i g. 1 zeigt einen Gleichstrommotor mit einer gang des Verstärkers 48 verbunden. Außerdem ist

Ankerwicklung 10 und einer Reihenschluß-Feldwick- dieser Eingang über einen Widerstand R_e mit einer

lung 11. Der Gleichstrommotor wird von einer 65 Gleichspannungsquelle verbunden, die eine Spannung

Gleichspannungsquelle 12 über drei parallelgeschaltete U_e liefert.

pnp-Transistoren 13,14,15 mit Strom versorgt. In der Diese Schaltungsanordnung hat die Eigenschaft, daß

Emitterzuleitung jedes dieser Transistoren ist ein Aus- sich bei genügend hoher Verstärkung des Verstärkers

48, d. h. wenn Δ i sehr klein ist, stets ein Gleichgewichtszustand einstellt, bei dem gilt

-Ue = const -(U₁+ U₂+ U₃+ ... + U_n),

(1)
wobei

const =

R + η · Rj

Die Spannungen U₁, U₂ usw. werden also addiert und ergeben eine der Spannung U_e proportionale Gleichspannung.

In ähnlicher Weise arbeitet die Schaltungsanordnung nach Fi g. 1, wobei jedoch wegen der anderen Arbeitsweise des Taktgeberverstärkers 24 Modifikationen notwendig sind. Auch hier werden die Spannungen an den Ausgleichswiderständen 16, 17, 18, die den Widerständen R₁ bis R₃ von F i g. 4 entsprechen, addiert. Da diese Spannungen jedoch die Form von Impulsen haben, wird die Summenspannung am Summenpunkt 36 zunächst im Integrierglied 42, 43, 45 integrieit und erst dann dem Eingang des Taktgeberverstärkers 24 zugeführt, an dem über die Widerstände 33 und 34 auch die Spannung U_e liegt. Auch hier stellt sich nun ein Gleichgewicht ein: Ist die Summenspannung am Summenpunkt 36 zu klein, so steuert der Taktgeberverstärker 24 im Zeitpunkt t_x (F i g. 2) die Transistoren 13 bis 15 voll aus, d. h., diese werden voll stromleitend. Wegen der Induktivität der Ankerwicklung 10 des Motors und seiner Feldwicklung 11 steigt jedoch der Strom nicht schlagartig, sondern nach einer Exponentialfunktion an.

Im Zeitpunkt t₂ ist die Summenspannung im Punkt 36 zu groß geworden, und der Taktgeberverstärker 24 schaltet die Transistoren 13 bis 15 schlagartig wieder aus. Es fließt jedoch weiterhin ein durch die Selbstinduktion der Ankerwicklung 10 des Motors und seiner Feldwicklung 11 erzeugter Stiom, und zwar durch die Ankerwicklung 10, die Feldwicklung 11, den jeweiligen Ausgleichswiderstand, z. B. 16, und die zugeordnete Freilaufdiode, ζ. B. 21. Dieser Strom erzeugt in den Ausgleichswiderständen 16 bis 18 entsprechende Spannungsabfälle, die ebenfalls addiert werden. Erst wenn im Zeitpunkt t₃ die Summenspannung wieder genügend gesunken ist, wird der Taktgeberverstärker 24 erneut eingeschaltet, und das Spiel wiederholt sich von neuem.

Bezeichnet man die Zeit, während der die Transistoren eingeschaltet sind, mit U und die Zeit von der einen Einschaltung bis zur nächsten als T (vgl. F i g. 2) so «Mt n-o dasTas^MHnis - A.

Wie man aus F i g. 2 ersieht, benötigt man für einen kleinen Motorstiom im ein kleines Tastverhältnis, für einen großen Motorstrom dagegen ein großes Tastverhältnis. Je nach der Einstellung des Ankerstromsollwerts am Potentiometer 28 stellt sich das Tastverhältnis automatisch so ein, daß man den gewünschten Motorstrom erhält. Der größte Motorstrom ergibt sich durch den größten einstellbaren Sollwert, der in geeigneter Weise begrenzt wird.

Wird bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 z. B. der Transistor 13 zerstört, so daß ein Kurzschluß zwisehen seinem Emitter und seinem Kollektor entsteht, so ist der zugehörige Summationswiderstand 37 direkt mit dem Minuspol der Gleichspannungsquelle 12 verbunden, und man erhält eine sehr große Summenspannung am Summenpunkt 36. Hierdurch wird der Taktgeberverstärker 24 gesperrt, und die beiden übrigen Transistoren 14 und 15 können nicht mehr eingeschaltet werden, sind also vor Überlastung geschützt. Durch den hohen Strom im Transistor 33 brennt gewöhnlich der zugeordnete Ausgleichswiderstand 16 innerhalb sehr kurzer Zeit durch; auch kann man zu diesem Zweck eine Sicherung vorsehen. Ist der betreffende Ausgleichswiderstand unterbrochen, so wird die in Gleichung (2) genannte Konstante größer, denn der

ίο Faktor η in dieser Gleichung wird um 1 reduziert (z. B. vorher η = 3, jetzt η = 2). Dadurch steigt aber die Summenspannung entsprechend an, d. h., wenn z. B. vorher, als drei Transistoren intakt waren, bei einem Motorstrom von 20 A eine Spannung von — 0,1 V auftrat, so tritt jetzt, nach Durchbrennen eines Ausgleichswiderstandes, eine Spannung von etwa — 0,15 V auf. Hierdurch wird verhindert, daß die verbleibenden Transistoren überlastet werden. Dabei wird vorausgesetzt, daß der betreffende Transistor nicht mehr leitend ist, d. h., daß seine Kollektor-Emitter-Strecke nicht verschweißt ist.

F i g. 3 zeigt das Anfahrverhalten eines Gleich- , Strommotors mit der erfindungsgemäßen Anordnung. '* Der Stromanstieg beim Anfahren wird durch das Verzögerungsglied 33, 34, 35 begrenzt, so daß der Motorstrom im erst nach einer gewissen Verzögerung seinen Maximalwert i_max erreicht, der durch die maximale Spannung U₆ des Ankerstromsollwertgebers bestimmt ist. Entsprechend lassen sich auch gewünschte Zwischenwerte einstellen, die durch die gestrichelt gezeichneten Kurven dargestellt sind. Nach Erreichen einer bestimmten Motordrehzahl sinkt der Motorstrom wieder, weil die für die Beschleunigung erforderliche Leistung entfällt.

Die Schaltungsanordnung in F i g. 1 ist für einen Fahrzeugmotor gezeichnet, der deshalb als Reihenschlußmotor dargestellt ist. Die gleiche Anordnung könnte aber ohne weiteres auch für einen Nebenschlußmotor verwendet werden. Statt der dargestellten drei Transistoren kann eine größere Anzahl von Transistoren entsprechend dem gewünschten Maximalstrom und einer eventuellen Sicherheitsreserve verwendet werden.

F i g. 5 zeigt die vollständige Schaltungsanordnung ( einer erfindungsgemäßen Anordnung, die weitere Besonderheiten zur weiteren Ausgestaltung der Erfindung gemäß den Unteransprüchen enthält.

Die Plus- und Minusklemmen der Gleichspannungsquelle 12 sind in F i g. 5 mit B und A bezeichnet. An diese Klemmen ist ein Relais 53 angeschlossen, das

der
Ist

der Gleichspannungsquelle genügend groß, so ist der Schließer 54 geschlossen und Gleichstrom kann eingeschaltet werden. Ist dagegen die Spannung der Gleichspannungsquelle zu niedrig, so öffnet der Schließer 54 und der Motor kann nicht mehr gespeist werden, weil der Ankerstromsollwertgeber 28 keine Spannung mehr erhält. Eine Überlastung der Gleichspannungsquelle 12 wird so vermieden. Außerdem werden die Transistoren 13 bis 15 davor geschützt, daß sie — infolge eines zu kleinen Steuerstroms an ihrer Basis—nicht ausreichend durchgesteuert und deshalb zerstört werden.

Zur Einstellung des maximalen Ankerstromsollwertes dient ein verstellbarer Widerstand 55, der in Serie mit dem Ankerstromsollwertgeber 28 und dem Schließer 54 zwischen einer an eine positive Spannungsquelle von z. B. +8V angeschlossenen Plusleitung 58

und einer an Masse angeschlossenen Nulleitung 57 liegt. Außerdem ist noch eine Minusleitung 56 vorhanden, die z. B, gegenüber der Nulleitung 57 eine Spannung von -- 8 V und gegenüber der Plusleitung 58 eine Spannung von —16 V haben kann.

Der Taktgeberverstärker 24 enthält insgesamt acht pnp-Transistoren, um eine große Verstärkung zu ei> zielen, Die Ausgleichswiderstände 16 bis 18 haben einen Wert von z. B. je 20 Milliohm. Die Summationswiderstände 37 bis 39 haben z, B- jeweils eine Größe von 3 kOhm,

An den Ankerstromsoll- und -istwertvergleicher 27 sind zwei als Differentialverstärker geschaltete pnp-Transistoren 60 und 61 angeschlossen, Dem Differentiaiverstärker 60, 61 schließt sich ein als Emitterfolger geschalteter pnp-Transistor 62 an, der als Impedanzwandler dient. Auf ihn folgen drei als Spannungsver-Stärker wirkende Transistoren 63, 64, 65, denen sich eine in Darlingtonschaltung geschaltete Endstufe mit zwei weiteren pnp-Transistoren 66, 67 anschließt, die den Basisstrom zum Steuern der im Motcrstromkreis liegenden Transistoren 13 bis 15 liefeit, Mit dem gezeigten Verstärker kann bei Bedarf aueh eine wesentT hch größere Anzahl von Transistoren ausgesteuert wenden.

Die Basis des Eingangstransistors 60 ist mit dem Punkt 27 verbunden, der als Ankerstromsoll- und -istwerk· vergleicher dient. Dieser Punkt ist mit den niederohmigen Widerständen 26,33 und 34 sowie über einen hochohmigen Widerstand 68 (z, B, 300 kOhm) mit der Minusleitung 56 verbunden. Der Widerstand 68 dient dazu, den Ta.ktgeberverstärker 24 zu sperren, wenn keine sonstigen Spannungen an seinem Eingang liegen.

Die Emitter der Transistoren 60 und 61 sind mit* einander verbunden und liegen über einen gemeinsamen Widerstand 69 an der Plusleitung 58. Die Kollektoren dieser beiden Transistoren sind über die Serienschal-= tung eines Widerstands 72, eines Potentiometers 73 und eines Widerstands 74 miteinander verbunden. Ein verstellbarer Abgriff 75 des Potentiometers 73 liegt direkt an der Mijiugleitung 56, Er wird so eingestellt, daß bei gleichem Emitterpotential der Transistoren 60 und 61 die Emitterströme I₁ ynd I₂ beider Transistoren gleich groß sind. Wird dann z, B, das Ernitterpotential des Transistors 60 negativer gemacht, so steigt dessen Emitterstrom I₁, und entsprechend, fällt der Emitterstrom I₂, des Transistors 6I₅ wobei die Summe von I₁ und I₂ immer etwa konstant bleibt,

Die Basis des Transistors 61 ist über einen hochohmigen Widerstand 76 (z. B. 300 kOhm) mit der Minusleitung 56 und über einen niederohmigen Widerstand 77 (z. B. 1,5 kOhm) mit der Nulleitung 57 verbunden, außerdem mit der Anode einer Zenerdiode 78, deren Kathode über zwei Widerstände 79, 80, die über einen Knotenpunkt 83 miteinander in Serie liegen, mit den Kathoden der Freilaufdioden 21 bis 23 verbunden ist. Zwischen dem Knotenpunkt 83 und der Nulleitung 57 liegt ein Kondensator 84 von z. B. 10 μ¥. Der Kondensator 45 kann z. B. einen Wert von 5 μΈ haben und der Kondensator 35 einen Wert von z. B. 75 μΈ, um eine ausreichende Verzögerung zusammen mit den Widerständen 33, 34 von z. B. je 3,3 kOhm zu gewährleisten.

Wie aus F i g. 5 ersichtlich, ist der Kondensator 84 über den Widerstand 80 parallel zum Gleichstrommotor 10, 11 geschaltet. Übersteigt die Spannung an ihm die Zenerspannung der Zenerdiode 78, so wird diese leitend und macht die Basis des Transistors 61 positiv, so daß dieser Transistor und mit ihm der Taktgeberverstärker 24 sperrt. Man erhält hierdurch eine Drehzahlbegrenzung des Motors. Falls diese Begrenzung nur für bestimmte Betriebsarten erwünscht ist, kann man dies mit Vorteil dadurch erreichen, daß man parallel zum Kondensator 84 einen Schalter legt, der normalerweise geschlossen ist und nur bei bestimmten Betriebszuständen geöffnet wird, bei einem Hub' stapler z. B. dann, wenn eine Last gehoben wird oder

ίο auf dem Hubbalken liegt.

Die Basis des Transistors 62 ist über einen Widerstand 85 an den Kollektor des Transistors 61 angekoppelt und über einen Widerstand 86 mit der Nullleitung 57 verbunden. Der Emitter des Tiansistois 62 ist üher einen Widerstand 87 mit der Nulleitung 57 sowie direkt mit der Basis des Transistors 63 verbunden.

Ein Kollektorwiderstand 88 verbindet den Kollektor des Transistors 62 mit der Minusleitung 56.

Die Emitter der Transistoren 63, 64 und 65 sind je-

2Q weils direkt an die Nulleitung 57 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 63 ist über einen Kollektorwiderstand 90 mit der Minusleitung 56 und über einen Widerstand 91 mit der Basis des Transistors 64 verbunden, die über einen Kondensator 92 von etwa 5QQQ pF mit dem Kollektor desselben Transistors verbunden ist. Der Kondensator 92 dient als Gegenkopplung und verhindert Schwingungen im Taktgeberverstärker 24.
Der Kollektor des Transistors 64 ist über eine aus der Serienschaltung eines Kondensators 25 und eines Widerstands 25 bestehende Rückführung mit der Basis des Eingangstransistors, 60 verbunden. Diese Rückführung bewirkt das Taktverhalten des Takt' geberverstärkers 24, wie es im folgenden noch näher erläutert wird.

Die Basis, des Transistors 64 ist über einen Widerstand 93 vpn etwa 6 kOhm an die Plusleitung 58 angeschlossen, Der Kollektor des Transistors 64 steht über eine Widerstand 94 von z. B. 600 Ohm mit der Minusleitung 56; u.nd über einen Widerstand 95 von ebenfalls z. B, 6Q0 Ohm mit der Basis des Transistors 65 in Verbindung, dje ihrerseits über einen Widerstand 96 von z,. B, 6 kOhm an die Plusleitung 58 angeschlossen ist.

Der Kollektor des Transistors 65 ist über einen Kollektorwiderstand 97 an die Minusleitung 56 angeschlossen und über die Parallelschaltung eines Widerstands 98 und eines Kondensators 99 mit der Basis des Transistors 66 verbunden. Der Kondensator 99 lädt sich jeweils auf, wenn die Transistoren 13 bis 15 leitend sind; wenn die Transistoren 13 bis 15 wieder gesperrt werden, addiert sich die Spannung am Kondensator 99 zur Sperrspannung für den Transistor 66 und sperrt diesen dadurch völlig. Man erhält dadurch den Vorteil, daß die Transistoren 13 bis 15 nur im Schaltbetrieb, d. h. nur mit kleinen Verlusten, arbeiten.

Der Emitter des Transistors 66 ist über einen sehr

niederohmigen Widerstand 102 mit seiner Basis, und diese ist über einen Widerstand 103 von beispielsweise 2 kOhm mit der Plusleitung 58 verbunden. Außerdem ist der Emitter des Transistors 66 direkt mit der Basis des Transistors 67 verbunden, dessen Emitter seinerseits mit den Basen der Transistoren 13 bis 15 und gegebenenfalls weiterer zu steuernder Transistoren verbunden ist.

Die Kollektoren der Transistoren 13 bis 15 sind mit dem Pluspol einer Gleichspannungsquelle 104 von beispielsweise 2 V verbunden, außerdem mit der Anode eines Gleichrichters 105, dessen Kathode über einen

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Widerstand 106 mit der Basis des Transistors 66 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 66 ist mit dem Minuspol der Gleichspannungsquelle 104 verbunden, an den auch der Kollektor des Transistors 67 über einen Widerstand 107 von etwa 0,1 Ohm angeschlossen ist.

Für die Erläuterung der Wirkungsweise sei zunächst angenommen, daß der Ankerstromsollwertgeber 28 auf die Stellung Null eingestellt sei und der Motor stillsteht. In diesem Fall ist der Transistor 60 leitend und, wie man leicht übersieht, der Transistor 64 gesperrt. Der Spannungsteiler 94, 95, 96 ist also wirksam, und am Verbindungspunkt der Widerstände 94 und 95 liegt ein gegenüber der Nulleitung 57 negatives Potential. Der Rückführungskondensator 25 wird also so aufgeladen, daß seine linke Elektrode negativ und seine rechte Elektrode positiv ist, wie das in F i g. 5 dargestellt ist.

Da auch der Verbindungspunkt der Widerstände 95 und 96 negativ gegenüber der Nulleitung 57 ist, ist der Transistor 65 leitend, und das positive Potential an seinem Kollektor sperrt die Transistoren 66, 61 und 13 bis 15.

Wird jetzt der Ankerstromsollwertgeber 28 auf eine positive Spannung eingestellt, so wird der Eingangstransistor 60 gesperrt, und entsprechend wird der Transistor 64 leitend, so daß die Spannung zwischen seinem Emitter und seinem Kollektor, die vorher beispielsweise 6V betrug, jetzt auf 0,5 V sinkt, d. h., der Kollektor dieses Transistors wird positiver. Dieser Spannungssprung wird über die Rückführung 25, 26 auf die Basis des Eingangstransistors 60 übertragen und sperrt diesen noch mehr, wodurch der Transistor 64 vollends durchgesteuert, d. h. voll leitend wird. Dieser Vorgang spielt sich innerhalb sehr kurzer Zeit ab.

Der Verbindungspunkt der Widerstände 94 und 95 ist jetzt über den Transistor 64 mit der Nulleitung verbunden, so daß der Verbindungspunkt der Widerstände 95 und 96 nunmehr positiv ist und der Transistor 65 gesperrt wird. Dadurch wird dessen Kollektor jetzt negativ, und die Transistoren 66,67 und mit ihnen die Transistoren 13 bis 15 werden schlagartig leitend. Der Gleichstrommotor 10,11 erhält Strom und läuft an, wobei wegen der Motorinduktivität der Motorstrom im etwa nach einer e-Funktion ansteigt. Dieser Strom erzeugt in den Ausgleichswiderständen 16 bis 18 Spannungen, die durch die Summationswiderstände 37 bis 39 addiert werden und den Summenpunkt 36 negativ gegenüber der Nulleitung 57 machen. Dadurch wird auch der Punkt 27 negativer. Gleichzeitig entlädt sich der Kondensator 25 über den Transistor 64. Ist das Potential des Punktes 27 genügend gesunken, so beginnt der Eingangstiansistor 60 wieder zu leiten, und der Transistor 64 wird wieder gesperrt, wobei dieser Umschaltvorgang infolge der Rückführung über Kondensator 25 und Widerstand 26 wiederum schlagartig erfolgt. Da sich der Kondensator 99 inzwischen aufgeladen hat, werden auch die Transistoren 66 und 67 sicher gesperrt, so daß die Transistoren 13 bis 15 schlagartig aus dem leitenden in den nichtleitenden Zustand übergehen.

Der Motor erhält jetzt keinen Strom mehr aus der Gleichspannungsquelle 12, so daß der Strom durch ihn etwa nach einer e-Funktion absinkt und entsprechend auch die Spannung am Summenpunkt 36. Durch das Integrierglied 42, 43, 45 wird die Spannung am Summenpunkt 36 geglättet so daß sich kurzzeitige Spannungsschwankungen kaum am Punkt 27 auswirken.

Ist der Motorstrom Im wieder gesunken, so wird der Punkt 27 so positiv, daß der Eingangstransistor 60 wieder sperrt, und das beschriebene Spiel wiederholt sich von neuem.

Um zu verhindern, daß der Basisstrom der Transistoren 13 bis 15 bei voll geladener Gleichspannungsquelle zu groß wird, ist eine Strombegrenzung vorgesehen, die aus dem Gleichrichter 105 und dem Widerstand 106 besteht. Hierdurch wird die Spannung zwischen dem Kollektor der Transistoren 15 bis 17 und der Basis des Transistors 66 auf einen bestimmten Höchstwert begrenzt, was gleichzeitig eine Begrenzung der Verstärkung bewirkt.

Die Vorgänge bei Ausfall eines oder mehrerer der Transistoren 13 bis 15 wurden bereits bei der Erläuterung zu F i g. 1 beschrieben. Wesentlich ist, daß bei Ausfall eines Transistors die übrigen Transistoren weiterhin vor Überlastung geschützt sind, und zwar mit höchst einfachen Mitteln.

Die beschriebene Schaltungsanordnung hat sich im praktischen Versuch bei batteriebetriebenen Fahrzeugen unter rauhen Betriebsbedingungen sehr bewährt. Sie hat einen sehr guten elektrischen Wirkungsgrad, beansprucht nur wenig Platz und dient gleichzeitig in einfacher Weise auch zur Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitsbegrenzung und zum Schutz der Fahrzeugbatterie vor Überlastung und zu starker Entladung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

1 2 gem Durchlaßwiderstand mit dem Taktgeberver- Patentansprüche: stärker (24) so verbunden ist, daß dieser bei Über schreiten einer bestimmten Größe dieser Spannung

1. Schaltungsanordnung zur Steuerung eines in einen Sperrzustand übergeht.

über die Parallelschaltung mehrerer, mit je einem 5 11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis

Ausgleichswiderstand als Emitterwiderstand in 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung

Reihe liegender Transistoren aus einer Gleichstrom- (53, 54) vorgesehen ist, die den Motorstromsollwert

quelle mit Stromimpulsen gespeisten Gleichstrom- selbsttätig reduziert, wenn die Spannung der

motors, dadurch gekennzeichnet, daß Gleichstromquelle (12) unter einen Mindestwert

jedem Transistor (13, 14,'15) eine Freilauf diode io gesunken ist.
(21, 22, 23) so zugeordnet ist, daß der von der
Motorinduktivität bei gesperrten Transistoren (13,

14, 15) hervorgerufene Freilaufstrom auch durch

die Ausgleichswiderstände (16, 17, 18) fließt, daß

die Ausgleichswiderstände (16,17,18) Widerstands- 15
werte von weniger als 0,1 Ω aufweisen und über

Summationswiderstände (37, 38, 39) mit einem Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsan-

Ankerstromsoll- und -istwertvergleicher (27) am Ordnung zur Steuerung eines über die Parallelschaltung

Eingang eines Taktgeberverstärkers (24) für die mehrerer, mit je einem Ausgleichswiderstand als

Transistoren (13, 14, 15) verbunden sind und daß 20 Emitterwiderstand in Reihe liegender Transistoren aus

die Soll-Istwertdifferenz das Tastverhältnis des einer Gleichstromquelle mit Stromimpulsen gespeisten

Taktgeberverstärkers (24) bestimmt. Gleichstrommotors.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- Aus den AEG-Mitt. 55 (1965), H. 2, S. 130 bis 134, kennzeichnet, daß die Summationswiderstände ist es bekannt, einem Gleichstrommotor über einen (37, 38, 39) über ein Integrierglied (42, 43, 45) mit 25 Thyristor Gleichstromimpulse zuzuführen und das dem Ankerstromsoll- und -istwertvergleicher (27) Tastverhältnis dieser Impulse in Abhängigkeit vom verbunden sind. Motorstrom zu variieren. Da Thyristoren auch im voll

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch leitenden Zustand noch einen relativ hohen Widerstand gekennzeichnet, daß mit dem Ankerstromsoll- aufweisen (bei der maximal zulässigen Stromstärke er- und -istwertvergleicher (27) ein Ankerstrom-Soll- 30 gibt sich ein Spannungsabfall am Thyristor von etwa wertgeber (28, 29) verbunden ist, der ein Verzöge- 1,5 V), ist eine solche Steuervorrichtung nur dann zu rungsglied (33, 34, 35) enthält. empfehlen, wenn eine ausreichend hohe Batteriespan-

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch ge- nung zur Verfügung steht. Soll dagegen der Gleichkennzeichnet, daß das Verzögerungsglied in Form strommotor zum Antrieb eines batteriebetriebenen eines Kondensators (35) mit Ladewiderstand (34) 35 Kleinfahrzeugs, z. B. eines Hubstaplers, verwendet ausgebildet ist und daß der Kondensator (35) mit werden, dann muß er mit einer Betriebsspannung von dem Ankerstromsoll- und-istwertvergleicher (27) 24 V betrieben werden können. Für diesen Anwenverbunden ist. dungsfall sind Thyristorschalter also wegen des hohen

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis Spannungsabfalls wenig geeignet.

4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Freilaufdiode 40 Transistoren weisen dagegen im durchgeschalteten (21, 22, 23) über die Emitter-Kollektor-Strecke des Zustand nur einen Spannungsabfall von etwa 0,3 V zugehörigen Transistors (13,14,15) mit der Gleich- auf und sind daher bei kleinen Betriebsspannungen als Spannungsquelle (12) verbunden ist. Schalter besser geeignet. Da sie nur kleine Stromstärken

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, zulassen, müssen mehrere Transistoren parallel gedadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichswider- 45 schaltet werden. Solche Steuervorrichtungen mit Transtände (16, 17, 18) einpolig an ein Potential ange- sistoren als Schalter sind bekannt aus der österschlossen sind, das etwa demjenigen Potential am reichischen Patentschrift 210 960 und aus der USA.-Eingang des Taktgeberverstärkers (24) entspricht, Patentschrift 3 108 212. In den Emitterzuleitungen bei dem dieser in den Sperrzustand übergeht. dieser Transistoren müssen Gegenkopplungswider-

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 50 stände eingebaut sein, um zu vermeiden, daß der dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichs- Transistor mit der besten Leitfähigkeit den größten widerstände (16, 17, 18) so angeordnet sind, daß Strom übernimmt und dadurch durchbrennt. Diese der Taktgeberverstärker (24) beim Kurzschluß Gegenkopplungswiderstände haben üblicherweise eines Transistors (13, 14, 15) in seinen Sperrzu- Werte zwischen 0,2 und 1 Ω und rufen daher Spanstand übergeht. 55 nungsabfälle hervor, die in der gleichen Größenord-

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, nung wie bei Thyristoren liegen. Auch diese Schaltundadurch gekennzeichnet, daß am Eingang des gen sind daher für Batteriefahrzeuge mit kleiner Be-Taktgeberverstärkers (24) ein Differentialverstärker triebsspannung nicht geeignet.

(60, 61) vorgesehen ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, 60 bekannten Steuervoirichtungen mit parallelgeschaltedadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des ten Transistoren so zu verbessern, daß sie auch für Taktgeberverstärkers (24) eine Strombegrenzungs- kleine Betriebsspannungen von z. B. 24 V geeignet sind schaltung (105, 106) für den den Transistoren (13, und gleichzeitig eine Variation des Tastverhältnisses in 14, 15) zugeführten Steuerstrom enthält. Abhängigkeit vom Motorstrom in ähnlicher Weise wie

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 65 bei der bekannten Thyristorschaltung ermöglichen. 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstrom- Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer motor (10, 11) über ein Siebglied (79, 80, 84) sowie Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art daüber eine Diode (78) mit stark spannungsabhängi- durch gelöst, daß jedem Transistor eine Freilauf diode