DE1538681C - Einrichtung zur Impulssteuerung eines zwischen einer Gleichstromquelle und einem Gleichstrommotor angeordneten Thyristors - Google Patents

Description

Es zeigt

F i g. 1 ein schematisches Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung und die

F i g. 2 bis 5 erläutern schematisch die Arbeitsweise dieser Einrichtung.

Gemäß F i g. 1 speist die Batterie 4 den Anker 10 und die mit ihm in Reihe geschaltete Feldwicklung 3 eines Gleichstrom-Reihenschlußmotors. Diese Speisung erfolgt impulsweise unter Steuerung durch einen mit dem Motor und der Batterie in Serie geschalteten Hauptthyristor 1. Um den gezündeten, den Stromfluß zum Motor gestattenden Zustand des Hauptthyristors 1 im Impulstakt jeweils wieder zu beenden, ist ein Löschthyristor 2 mit dem Hauptthyristor 1 über einen Kondensator 5 in bekannter Kommutierungsschaltung verbunden. Parallel zu Anker- und Feldwicklung liegt eine Freilauf diode 6.

Eine konstante Folge von Steuerimpulsen, die das Zünden des Hauptthyristors 1 und Löschthyristors 2 steuern, wird von einem Impulsgenerator 7, z. B. einem astabilen Multivibrator, erzeugt. Die Impulse erscheinen abwechselnd am rechten und linken der beiden in der Zeichnung dargestellten Paare von Ausgangsleitungen des Impulsgenerators 7. Vom linken Ausgang gelangen die Impulse direkt oder durch nicht dargestellte Impulsformerstufen zum Löschthyristor 2. Vom rechten Ausgang gelangen die Impulse über eine erste Impulsformerstufe 8 und eine zweite Impulsformerstufe 9, die ausreichend kurze Zündimpulse erzeugt, zum Hauptthyristor 1. Zwischen den beiden Impulsformerstufen 8 und 9 ist ein Spannungsteiler angeordnet, der aus einem ohmschen "Widerstand 23 und einem induktiven Widerstand, nämlich einer als Drosselspule wirkenden Wicklung 18 auf 'dem Mittelschenkel 12 eines dreischenkligen Magnetkerns 12,13 nach Art einer Transduktor-Drossel mit je einer Arbeits- und Steuerwicklung und einem Dauermagneten, besteht. Das Spannungsteilungsverhältnis, mit dem dieser Spannungsteiler die ihm von der ersten Impulsformerstufe 8 zugeführten Impulsspannungen an die zweite Impulsformerstufe 9 weitergibt, hängt von der momentanen Impedanz der Wicklung 18 ab: Ist diese hoch, so wird die Impulsspannung nicht oder nur wenig herabgesetzt und diese gelangt zur zweiten Impulsformerstufe 9, so daß der Hauptthyristor 1 Zündimpulse erhält; ist die Impedanz niedrig, so werden die Steuerimpulse über die Wicklung 18 abgeleitet und gelangen nicht zur zweiten Impulsformerstufe 9, und der Hauptthyristor 1 bleibt ungezündet.

Die Impedanz der Wicklung 18 hängt von der magnetischen Sättigung des Mittelschenkels 12 ab. Diese ist einerseits willkürlich beeinflußbar durch einen beweglichen Dauermagneten 22, der in einem Luftspalt 14 zwischen Polen 15 eines ersten Außenschenkels 11 des Magnetkerns 12,13 einführbar ist. Ferner ist zur selbsttätigen Steuerung der Sättigung des Mittelschenkels 12 in Abhängigkeit vom Motorstrom der zweite Außenschenkel 13 von einem elektrischen Leiter 19 umgeben, der mit Anker 10 und Feldwicklung 3 in Serie geschaltet ist und deshalb den vollen Motorstrom führt. Der Leiter 19 kann den Außenschenkel 13 mit einer oder mehreren Windungen umgeben, der Außenschenkel 13 kann aber auch einen geradlinig geführten Leiter 19 nach Art einer Schelle umschließen. Man sieht, daß bei herausgezogenem Dauermagneten 22 und/oder bei fehlendem Motorstrom im Leiter 19 die Sättigung niedrig ist, so daß der Hauptthyristor 1 Zündimpulse erhält, während durch Hineinbewegen des Dauermagneten 22 zwischen die Pole 15 und/oder durch Ansteigen des Motorstroms im Leiter 19 die Zufuhr von Zündimpulsen zum Hauptthyristor 1 unterdrückt wird.

Da die beschriebene Einrichtung besonders geeignet ist zur Steuerung von batteriegetriebenen Fahrzeugmotoren, wird im folgenden an Hand der F i g. 2 bis 5 die Wirkungsweise beim Anfahren,

ίο Fahren und Bremsen eines Fahrzeugs erläutert. Es wird angenommen, daß der Dauermagnet 22 als Steuerelement mit einem zur Beeinflussung der Fahrgeschwindigkeit dienenden Bedienungsorgan, z. B. einem Pedal oder Handhebel, verbunden ist.

Die F i g. 2 zeigt den Dauermagneten 22 vollständig zwischen die Pole 15 eingeschoben, was der »Aus«-Stellung des Steuerpedals entspricht. In dieser Stellung ist der vom Mittelschenkel 12 und vom linken Außenschenkel 11 gebildete linke Magnetkreis

2ό gesättigt, und der Durchgang von Steuerimpulsen zur zweiten Impulsformerstufe 9 ist unmöglich, so daß der Motor nicht läuft. Wenn durch teilweises Niedertreten des Steuerpedals der Dauermagnet 22 teilweise aus dem Luftspalt 14 herausgezogen wird ^-

(F i g. 3), wird die Sättigung des Mittelschenkels 12 *· herabgesetzt und der Durchgang von Steuerimpulsen gestattet, so daß die Impulsformerstufe 9 Zündimpulse für den Hauptthyristor 1 abgibt, der Hauptthyristor 1 gezündet wird und ein Motorstrom fließen kann. Dieser Motorstrom erzeugt über den Leiter IS¹ eine Magnetisierung im rechten, vom Mittelschenkel 12 und vom rechten Außenschenkel 13 gebildeten Magnetkreis, wobei der Außenschenkel 13 über die Luftspalte 16,17 an den Mittelschenkel 12 angekoppelt ist. Die im linken Magnetkreis wirksame Magnetisierung wird dadurch so verstärkt, daß der Mittelschenkel 12 wiederum gesättigt und der Durchlaß weiterer Steuerimpulse verhindert wird. Entsprechend kann der Hauptthyristor 1 nicht mehr gezündet werden, bis der Motorstrom wieder abgenommen und die Magnetisierung des Mittelschenkels 12 bis unter den Sättigungswert abgenommen hat, woraufhin dann eine erneute Zündung des Hauptthyristors 1 stattfindet. Unter diesen Bedingungen läuft der Motor mit niedriger Drehzahl. Diese Drehzahl nimmt mit dem Herausziehen des Dauermagneten 22 aus dem Luftspalt 14 fortschreitend zu, bis 'die Stellung gemäß F i g. 4 erreicht ist, wobei das Pedal dann zu etwa 90 % niedergetreten ist. In dieser Stellung hat der Dauermagnet 22 nur noch eine kleine Wirkung auf den Sättigungszustand des Mittelschenkels 12. Der in dem Leiter 19 fließende Motorstrom hat jedoch seine volle Wirkung. Wenn die Stärke des Motorstroms eine festgelegte obere Grenze erreicht, hat dies die Wirkung, daß der Mittelschenkel 12 gesättigt wird und daß Zündimpulse den Hauptthyristor 1 nicht mehr erreichen können, so daß ein weiterer Stromanstieg verhindert wird. Es ergibt sich somit eine automatische Strombegrenzung während der Beschleunigung und in anderen Betriebszuständen mit hoher Belastung. F i g. 5 zeigt den Zustand am Ende einer Beschleunigungsperiode oder eines anderen Betriebszustandes, wenn der Mittelschenkel 12 bei schwach" belastetem Motor und dementsprechend niedrigem Motorstrom ungesättigt bleibt und die Zündimpul'Se frei zum Hauptthyristor 1 gelangen können. Der Motor läuft nun bei der maximalen impulsgesteuerten Drehzahl.

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Man erkennt, daß die Beschleunigung des Fahr- analoger Weise wie beim Anfahren die Größe des zeugs aus idem Stillstand heraus unabhängig von der Bremsmomentes von der Stellung des als Steuer-Geschwindigkeit, mit der das Steuerpedal nieder- element dienenden Dauermagneten 22 beeinflußbar getreten wird, unter Strombegrenzung selbsttätig ge- ist.

steuert wird. Außerdem wird durch diese Einrich- 5 Die erste Impulsformerstufe 8 hat im wesentlichen tung der Motorstrom und damit" das Motordreh- die Aufgabe, die Anstiegszeit der vom Impulsgenemoment auch beim Hinauffahren "'$a-steilen Steigun- rator7 abgegebenen Rechteckimpulse derart zu vergen begrenzt, so daß eine Überlastung des Motors, ändern, daß sie der Ansprechzeit der Wicklung 18 der Transmission, des Getriebes usw. vermieden angepaßt wird. Die zweite Impulsformerstufe 9 sorgt wird. ίο für ausreichend kurze Zündimpulse für den Haupt-

Ein batteniegetriebenes Fahrzeug dieser Art weist thyristor 1. Beide Impulsformerstufen können in bein der Regel einen Umschalter auf, mit dem der kannter Weise aus Transistoren und Widerständen Anker umgepolt werden kann, so daß eine Motor- sowie gegebenenfalls Dioden und Kondensatoren bremsung unter Stromrückgewinnung möglich ist. aufgebaut sein. Impulsformerstufen können auch zur Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist auch das 15 Beeinflussung der dem Löschthyristor 2 zugeführten Fließen dieses Bremsstroms von der Steuerung durch Zündimpulse vorgesehen sein. Abweichend von der den Hauptthyristor 1 abhängig, und ferner fließt die- beschriebenen Ausführungsform kann die Einrichser Bremsstrom ebenfalls durch den Leiter 19 und tung in modifizierter Form auch bei einem Nebenbeeinflußt somit die Magnetisierung des Mitteischen- schlußmotor angewendet werden. An Stelle des kels 12. Infolgedessen ist eine Nutzbremsung mög- 20 Dauermagneten 22 kann als Steuerelement ein Eleklich, wobei automatisch das Maximum des auftreten- tromagnet vorgesehen sein, der ortsfest angeordnet den Bremsstromes einen aus Sicherheitsgründen vor- und durch einen veränderbaren Widerstand gesteuert gegebenen Wert nicht überschreitet und wobei in ist. ' „.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

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gegen Überlastung darstellt. Eine Impulssteuerein-

Patentanspruch: richtung, die dies bewirkt und die eingangs genann

ten Merkmale aufweist, ist aus der französischen Pa-

Einrichtung zur Impulssteuerung eines zwi- tentschrift 1 364 235 bekannt.

sehen einer Gleichstromquelle und einem Gleich- 5 Bei dieser bekannten Einrichtung besteht der die strommotor angeordneten Thyristors mit einem Übertragung der Steuerimpulse beeinflussende¹ Impulsgenerator zum Erzeugen νφίι ,Steuerimpul- Steuerteil aus einem Transformator, der primärseitig sen für den Thyristor und mit einem, zwischen die vom Impulsgenerator kommenden Impulse empdem Impulsgenerator und dem Steuereingang fängt und dessen sekundärseitig induzierte Impulse des Thyristors liegenden induktiven Widerstand, io dem Thyristor zugeführt werden. Das Übertragungsbestehend aus einer Wicklung mit einem Magnet- verhältnis hängt vom jeweiligen Sättigungsgrad des kern, der von einem ihn umgebenden, vom Mo- Magnetkerns ab, der durch den Ankerstrom beeintorstrom durchflossenen elektrischen Leiter und flußt wird. Das verstellbare Steuerelement ist ein die einem Steuerelement magnetisierbar ist, welches Stärke eines den Magnetkern vormagnetisierenden eine einstellbare Magnetisierung hervorruft, da- 15 Stromes steuerndes Potentiometer. Die bekannte Eindurch gekennzeichnet, daß die Wick- richtung mit ihrem verhältnismäßig komplizierten lung (18) auf dem Mittelschenkel des dreischenk- Aufbau hat den Nachteil, daß sie in sehr empfindlig ausgebildeten Magnetkerns (12,13) angeord- richer Weise von einer sehr genauen Steuerung der net ist, dessen einer Außenschenkel von dem vom Impulsamplituden abhängt und diese wiederum sehr Motorstrom durchflossenen elektrischen Leiter 20 empfiridlich von den magnetischen Materialeigen-(19) umgeben ist und dessen anderer Außen- schäften des' Magnetkerns, also von der Form der schenkel von dem als verstellbarer Dauermagnet Hysteresisschleife seines Materials, abhängt. Es ist ^- (22) ausgebildeten Steuerelement gebildet ist, und jedoch insbesondere auch aus der Computertechnik ( ζ. daß die Wicklung (18) als Drosselspule zusam- bekannt, daß sich die Form der Hysteresiskurven von ^ men mit einem ihr vorgeschalteten ohmschen 25 magnetischen Speicherelementen, die in Betrieb häu-Widerstand (23) einen Spannungsteiler für die figen Ummagnetisierungsvorgängen unterworfen sind, Steuerimpulse bildet. mit der Zeit ändert.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde,

bei einer Impulssteuereinrichtung der eingangs ge-

30 nannten Art den Steuerteil so auszubilden, daß er im

Aufbau einfacher ist, keine besonders kritische Abhängigkeit von der Hysteresiskurve des Magnetkerns aufweist und damit gegen Störungen und betriebsbedingte Änderungen der Materialeigenschaften we-35 niger anfällig ist als die bekannte Einrichtung.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung Zur Lösung dieser Aufgabe ist die eingangs ge-

zur Impulssteuerung eines zwischen einer Gleich- nannte Einrichtung erfindungsgemäß dadurch gestromquelle und einem Gleichstrommotor angeordne- kennzeichnet, daß die Wicklung auf dem Mittelten Thyristors mit einem Impulsgenerator zum Er- schenkel des dreischenklig ausgebildeten Magnetzeugen von Steuerimpulsen für den Thyristor und mit 40 kerns angeordnet ist, dessen einer Außenschenkel einem zwischen dem Impulsgenerator und dem von dem vom Motorstrom durchflossenen elektri-Steuereingang des Thyristors liegenden induktiven sehen Leiter umgeben ist und dessen anderer Außen-Widerstand, bestehend aus einer Wicklung mit einem schenkel von dem als verstellbarer Dauermagnet ausMagnetkern, der von einem ihn umgebenden, vom gebildeten Steuerelement gebildet ist, und daß die _; , Motorstrom durchflossenen elektrischen Leiter und 45 Wicklung als Drosselspule zusammen mit einem ihr einem Steuerelement magnetisierbar ist, welches eine vorgeschalteten ohmschen Widerstand einen Spaneinstellbare Magnetisierung hervorruft. · · nungsteiler für die Steuerimpulse bildet.

Die Entwicklung von Halbleiterelementen (Thy- Ein Spannungsteiler mit einer von der Sättigung

ristoren), die als elektronisch steuerbare Stromrichter des Magnetkerns beeinflußten Drosselwicklung im oder Schalter verwendbar sind, hat die Entwicklung 50 Nebenschluß zum Steuereingang ist eine wesentlich verlustarm arbeitender Impulssteuereinrichtungen für einfachere Schaltung als die bekannte Transformator-Gleichstrommotoren ermöglicht, die insbesondere für schaltung. Sie ist außerdem von der Form der Hystebatteriegespeiste Fahrzeugmotoren vorteilhafte An- resisschleife des Magnetkerns nicht in kritischer wendung finden. Die dem Motor zugeführte Leistung Weise abhängig, da es im wesentlichen nur auf die läßt sich durch Verändern der vom steuerbaren 55 beiden Zustände gesättigt oder ungesättigt des drei-Schalter bestimmten Impulsbreite oder vorzugsweise schenkligen Magnetkerns ankommt. Im ersten Fall der Impulsfrequenz stufenlos ändern. Dabei stellt die ist der induktive Widerstand der Drosselspule klein, von der magnetischen Flußdichte in einem Magnet- und die Steuerimpulse werden über sie abgeleitet und kern abhängige Übertragung der Steuerimpulse zum erreichen den Steuereingang nicht. Bei ungesättigtem Schalter einerseits ein bequemes Mittel dar, um die 60 Kern ist der induktive Widerstand hoch, so daß Steuerimpulsfrequenz und damit auch die Speise- Steuerimpulse ausreichender Amplitude den Steuerimpulsfrequenz rein elektromagnetisch ohne mecha- eingang erreichen können. Die dreischenklige Form nischen Kontakt zu steuern, und sie ermöglicht es des Magnetkerns gestattet eine besonders wirksame andererseits, durch Beeinflussen der magnetischen Steuerung des induktiven Widerstandes durch den Flußdichte durch den Ankerstrom des Motors eine 65 Motorstrom einerseits und das Steuerelement andedie Impulsfrequenz selbsttätig in Abhängigkeit vom rerseits. _;

jeweiligen Ankerstrom steuernde Rückkopplung zu Eine Ausführungsform der Erfindung wird im fol-

schaffen, die einen wirksamen Schutz des Motors genden an Hand der Zeichnungen näher erläutert.