DE1538714A1 - Steuersystem fuer Elektromotoren - Google Patents

Description

• Steuersystem für Blektromotoren Die Erfindung betrifft ein Steuersystem fÜr Elektromotoren und bezieht sich insbesondere auf ein Elektromotor-Steuersystem, welches verwendet wird zur Steuerung des Stromes durch einen Motor, um die Drehzahl oder das Drehmoment automatisch in Abhängigkeit von dem Strom in dem Motorenergiekreis zu verändern.
• Beim Betrieb von Gleichstrommotoren ist es häufig er"-wünscht, Einrichtungen vorzusehen zur Steuerung der Drehzahl durch Steuerung der Felderregung wie auch durch normale Ankersteuerung. Es sind üblicherweise Einrichtungen vorgesehen, um den Motor Über einen kontinuierlichen Bereich-durch Ankersteuerung zu betreiben; in manchen Anwendungen kann jedoch eine weitere Steuerung erwünscht sein.. Ein Beispiel ist ein mit Gleichstrommotor betriebenes Fahrzeug, welches unter-veränderlichen Belastungsbedingungen arbeitet,* Während ein Teil seines Betriebs unter veränderlichen Schwerlastbedingungen stattfinden kann#I kann es ebenfalls mit hoher Geschwindigkeit bei leichter Last betrieben werden. Da bei diesen Fahrzeugtypen normalerweise'Reihenschlußmotoren verwendet werden., wird der erwünschte breite Drehzahl- oder Geschwindigkeitsbereich erreicht durch Parallelschaltung der Feldwicklung mit einem Widerstand, um den Fluß zu verringern durch Verringerung des Anteiles des Ankerstromes durch das Feld und durch Erhöhung der elektromotorischen Kraft an der Ankerwicklung. Dieses wird häufig manuell von der Bedienungsperson durchgeführt. In letzter Zeit wurden Impulsbreitenmodulations- oder ähnliehe Steuersysteme verwendet zur Steuerung von Gleichstrommotoren durch Veränderung der dem Motor zugeführten effektiven Spannung. Da diese Systeme wirksam sind und durch sie leicht ein automatischer Strom- und Spannungsbegrenzungsbeb#ieb geschaffen werden kann, ist es erwünscht, einen automatischen Feldwicklungsnebenschluß zu schaffen. Durch die Erfindung ist eine Einrichtung geschaffen, die auf den Strom durch den Motor anspricht, um einen Nebenschlußwiderstand parallel zur Feldwicklung anzuschließen, wenn der Motorstrom unterhalb eines vorbestimmten ersten Pegels ist, und den Nebenschlußwiderstand abzuschalten, wenn der Strom sich über einem anderen Pegel befindet, der größer ist als der erste Pegel. Ziel der Erfindungist die Schaffung eines verbesserten Blektromotorsteuersystems, eines verbesserten Feldwicklungsnebenschlußmotor-Steuersystems für einen ReihenschluB-Gleichstrommotor, einer Einrichtung zum Nebenschließen der Fäldwicklung eines Reihenschlußgleichstrommotors in Abhängigkeit von dem Notorstrom, einer Einrichtung zum Anschalten und Abschalten eines Widerstandes in Parallelschaltung mit der Feldwicklung eines Reihenschlußgleichstrommotors in Abhängigkeit von dem elektrischen Zustand des Motors, einer automatischen Einrichtung zum Nebenschließen der Feldwicklung eines Reibenschlußgleichstrommotors, wenn sich der MotorstrÖm unterhalb eines vorbestimmten ersten Pegels befindet, und den Nebenschluß aufzuheben, wenn sich der Motorstrom über-einem zweiten vorbestimmten Pegel befindet, der größer ist als der erste Pegel, und einer Steuereinrichtung für ein Fahrzeug, welches von einem Gleichstrommotor angetrieben wird, die automatisch auf den Motorstrom anspricht, um die Motordrehzahl zu ändern. Ein Steuersystem für einen Elektromotor zur automatischen Steuerung der Drehzahl oder des Drehmoments eines Gleichstrommotors mit einer Feldwicklung und einer Ankerwicklung, die von einer Gleichstromquelle erregt werden, kennzeichnet sich gemäß der Erfindung durch einen Widerstand und eine statische Steuereinrichtung, die auf den von der Gleichstromquelle zum Motor fließenden Strom anspricht, um automatisch den Widerstand in Parallelschaltung zur Feldwicklung anzuschließen, wenn der Strom unterhalb eines ersten vorgewählten Pegels ist, und automatisch den Widerstand von der Feldwicklung abzuschalten, wenn der Strom oberhalb eines zweiten vorgewählten Pegels ist. Vorzugsweise weist die statische Steuereinrichtung Schaltmittel auf, um den Anschluß des Widerstandes zu bewirken, wenn sich der Motorstrom unterhalb eines ersten vorgewählten Pegels befindet, und die Abschaltung des Widerstandes nur denn zu bewirken, wenn si ch der Motorstrom oberhalb eines zweiten vorgewählten Pegels befindet, der größer ist als der erste Pegel. Vorzugsweise umfassen die Schaltmittel einen ersten Schaltkreis, der einen ersten und zweiten Ausgangszustand aufweist und so angeschlossen ist, daß er auf den Motorstrom anspricht, und einen zweiten Schaltkreis, der so angeschlossen ist, daß er auf den ersten Ausgangszustand des ersten Schaltkreises anspricht, um einen Ausgangszustand anzunehmen, und auf den zweiten Ausgangszustand des ersten Schaltkreises anspricht, um einen anderen Ausgangszustand anzunehmen. Vorzugsweise sind Vorspannungsmittel vorgesehen zur Steuerung der Abhängigkeit d:es ersten Schaltkreises auf den Strompegel. Die Vorspannungsmittel sprechen auf den ersten Ausgangszustand des zweiten Schaltkreises an, um den ersten Schaltkreis mrzuspann-en , um den zweiten Ausgangszustand anzunehmen, wenn sich derStrom unterhalb eines ersten vorgewählten Pegels befindet, und auf den anderen Zustand des zweiten Schaltkreises anzusprechen, um den ersten Schaltkreis vorzuspannen, um den ersten Ausgangszustand anzunehmen, wenn sich der Strom oberhalb eines zweiten vorgewählten.Fegels befindetg der grÖßer ist als der erste vorgewählte Pegel. Der erste Schaltkreis weist vorzugsweise einen Halbleiterschaltkreis auf, der so angeschlossen ist, daß er auf den Motorstrom anspricht und so-v'orgespannt ist, daß er leitet, wenn der Motorstrom geringer ist als ein erster vorgewählter Pegel, und der zweite Sch,altkreis weist einen Halbleiterschaltkreis auf, der auf den Zustand des ersten Kreises anspricht, um leitend zu werden, wenn-der erste Schaltkreis nicht leitet, und nicht leitend zu werden, wenn der erste Schaltkreis leitet. Die statischen Steuermittel umfassen vorzugsweise einen Spannungsteiler. Der Halbleiter des ersten Schaltkreises weist eine Basis, einen Emitter und einen Kollektor auf; dabei ist, die Basis an einen gewählten Punkt an dem Spannungsteiler angeschlossen. Der Halbleiter des zweiten Schaltkreises weist vorzugsweise eine Basis, einen Emitter und einen Kollektor auf, wobei die Basis an den Kollektor des Halbleiters des ersten Schaltkreises und der Emitter an den Emitter des Halbleiters des ersten Schaltkreises angeschlossen sind. Die statische Steuereinrichtung kann ein Relais aufweisen, das mit einer erregbaren Wicklung versehen ist zum Öffnen und Schließen eines Kontakts, um den Widerstand in Parallel-, schaltung zur Feldwicklung anzuschließen und abzuschalten. Der Motor ist vorzugsweise ein Reihenschluß-Gleichstrommotor. Die Erfindung schaff t weiterhin ein elektrisch angetriebenes Fahrteug mit einem Gleichstrommotor als Kraftquelle, welches mit einem Steuersystem gemäß der Erfindung ausgerüstet ist. Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben; in dieser zeigen: Fig. 1 'eine-schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Steuersystems für einen Blektromotor und Pig. 2 eine graphische Darstellung mit zwei erläuternden Kennlinienkurven des in Fig. 1 gezeigten Motorsteuersystems, in der die eine Kurve die Strom-Spannungs-Beziehung zur Steuerung des Nebenschlusses und die andere Kurve den Prozentsatz der Anschaltungsbeziehung zur Steuerung des Nebenschlusses zeigt. Nach Fig. 1 ist eine Gleichstromquelle, z.B. eine Batterie 11, an einen Reihenschlußgleichstrommotor 10 angeschlossen, der eine Yeldwielilung 13 und eine Ankerwicklung 14 aufweist. Ein Leistungsschalter 20, der einen kleinen Widerstand hat, wenn er eingeschaltet ist, ist so angeschlossen, daß er auf einen Eingang von einem Impulsbreitenmodulationssteuersystem 30 anspricht, um die Batterie 11 zyklisch an den Motor 10 anzuschließen. Weiterhin sind statische Steuermittel.50 vorge-, sehen, um die Feldwicklung 13 über einen Nebenschlußwiderstand 15 nebenzuschließen durch Erregung eines Relais 51, um dessen Kontakt 51c zu schließen. In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist die statische Steuereinrichtung 50 erste und zweite Schaltkreise in Form von Halbleiterschaltkreisen auf,- die als PNP-Transistoren 47 und 48 und zugehöriger Schaltungskomponenten dargestellt sind. Die Widerstände 31,32, 33 und 34 sind so angeschlossen, daß sie den Eingang zu dem Transistor 47 steuern. Durch die Widerstände 61 und 62 und einen Varistor 63 ist'eine Temperatur-Kompensationsschaltung geschaffen. Eine Diode 39 ist zwischen die Basis und den Emitter des Transistors 47 geschaltet, um Stoßströme durchzulassen, und ein Kondensator 38.ist angeschaltet, um den pulsierenden,Strom zu filtern, der durch das zyklische Anschalten des Leistungsschalters 20 erzeugt wird. Eine Dlode 42 und ein Widerstand 46 sind angeschlossen, um ein rückwärtsgerichtetes Vorspannpotential (back bias-potential) an den Emitter-Bals-Kreis des Transistors 4? anzulegen, wenn er abgeschaltet ist. Ein Widerstand 41 ist angeschlossen, um den Strom durch den Transsistor 47 zu begrenzen,*wenn er abgeschaltet ist. Ein Widerstand 43-und eine Wicklung 51w des Relais 51 sind in den Kollektorkreis des Transistors 48 geschaltet. Eine Diode 45 ist angeschbsse.n. um den induzierten Rückstrom oder Sperrstrom von der Wicklung 51w des Relais 51 zu leiten, wenn der Transistor 48 abschaltet. Beim Betrieb des beschriebenen -Systems ist, wenn der Zeitanteil eines jeden Zyklus oder Arbeitstaktes, in dem der Leistungsschalter 20 angeschaltet ist, relativ klein ist, wie es di,--ch die Spanni#ngslinie.B In Fig. 2 gezeigt ist, oder wenn der Strom relativ hoch ist, wie es durch die Spannungslinie A in Fig. 2 gezeigt tt, der parallel zumLeistungsschalter 20 auftretende Durchschnittsstrom relativ hoch. Bei einem gewählten Spannungspegel ist die gefilterte Spannung an der Basis des Transistors 47, die von dem Spannungsteiler der Widerstände 31, 32 und 33 erzeugt wird, negativ in bezug auf die Spannung an dem Emitter des Transistors 4r?, die von dem Span«ni2ngsteiler der Widerstände 31 und 34 erzeugt wird, und der Transistor 47 ist eingeschaltet, Bei eingeschaltetem Transistor 47 ist der Transistor 48 abgeschaltet und es fließt kein Strom durch di; Wicklung 51w des Relais 51, und der Kontakt 51c ist offen.
• Wenn sich der Durchschnittsstrom durch den Motor 10 verringert, verringert sich die gefilterte Durchschnittsspannung parallel zum Leistungsschalter 20,-wie es durch die Spannungslinien A und B in Fig. 2 beispielsweise dargestellt ist. Die Spannungslinie A ist bei einer maximalen "Ein"-Zeit aufgetragen und diese Zeit ist als konstant angenommen. Die Spanniingslinie B ist bei einem Minimummeßstrom aufgetragen und zeigt die Beziehung zwischen "Ein"-Zeit und Spannung. Die Schaltungen sind so ausgelegt, daß, wenn die Spannung unter eine-gewählte Spannung abfällt, wie z.B. die Spannung V 2 9 das Potential an der Basis des Transistors 47 nicht mehr ausreichend negativ in bezug auf seinen Emitter ist, um den Transistor 47 eingeschaltet zu halten, und der Transistor 47 schaltet ab. Dadurch wird die Basis des Transistors 48 von der positiven Anschlußklemme der Batterie.(über den Widerstand 34) abgeschaltet und die Basis wird Über den Widerstand 41 negativ. Dadurch wird der Transistor 48 eingeschaltet und der Strom-fließt über die Wicklung 51w des'Relais 51, um den-Kontakt 51c zu schließen. Hierdurch wird die Feldwicklung 13 mit dem Widerstand 15 in Nebenschluß angeschlossen und verringert den Feldstrom und erhöht die Ankerspannung, um die Motordrehzahl zu erhöhen.
• Wenn der Transistor 48 eingeschaltet ist, schaltet der Transistor 47 sich nicht ein, wenn die Durchschnittsspannung parallel zum Leistungsschalter 20 ansteigt, bis die Spannung, wie es beispielsweise durch die Spannungskurven A und B in Fig. 2 gezeigt ist, über einen gewählten Pegel, wie z,B. die Spannung Vl. ansteigt. Dieses tritt ein, da,.wenn der Transistor 48 abgeschaltet ist, das Potential an dem Emitter des Transistors 47 effektiv Null ist, wenn der Widerstand 34 klein ist'verglichen mit dem Widerstand 46. Wenn der Trans-' istor 48 eingeschaltet ist, wird das Potential an dem Emitter des Transistors 47 primär bestimmt von dem Spannungsteiler des Widerstandes 34, desWiderstandes 43 -und -der Wicklung 51w des Relais 51. Da der Strom durch die Wicklung 51w durch den Widerstand 43 fließt, wird ein Spannungsabfall erzeugt, wodurch der Emitter des Transistors 47 relativ.negativer wird, wenn der Transistor 48 eingeschaltet ist.' Es ist folglich ein größeres negatives Potential an der Basis des Tran istors 47 erforderlich, um den Transistor 47 in Durchlaßrichtung vorzuspannen und ihn einzuschalten, wenn der-Transistor 48 eingeschaltet ist. - Wenn der Transistor 48 -abgeschaltet ist, ist folglich die Spannung parallel zu dem Widerstand 34 verhältnismäßig niedrig und eine kleinere Durchlaßvorspannung hält den Transistor 47 eingeschaltet, Folglich wird der Transistor 47 bei einer relativ niedrigen Spannung, wie z.B. die Spannung V 2 , abgeschaltet. Wenn der Transistor 48 eingeschaltet i,st". ist jedoch der Spannungsabfall parallel zu dem Widerstand 34 relativ groß und legt eine relativ große umgekehrte Vorspannung an den Transistor 47 parallel zu dem Widerstand 33 an. Folglich ist eine größere Durchlaßspannung, wie z.B. die Spannung V, , erforderlich, um den Transistor 47 einzuschalten. Die Spannung, bei der der Kontakt 51c schließt, wird durch die Wahl des Widerstandes des Widerstandes 31 gesteuert,'wenn die Spannungsdifferenz zwischen den Spannungen Vi und V2 primär von dem Widerstand 34 bestimmt ist.

Claims (2)

1. P a,t e n t a n s p r ü c h e Elektromotor-Steuersystem zur automatischen Steuerung der Drehzahl oder des Drehmomente eines Gleichstrommotors mit einer Feldwicklung und einer Ankerwicklung, die von einer Gleichstromquelle erregt werden, g e k e n n z e i c h n e t durch einen Widerstand und eine statische Steuereinrichtung, die auf-den Strom anspricht, der von der Gleichstromquelle zu dem Motor fließt, um automatisch den Widerstand in Fai#-allelschaltung zur Feldwicklung anzuschließen, wenn sich der Strom unter einem ersten-vorgewählten Pegel befindet, und um automatisch den-Widerstand von der Feldwicklung abzuschalten, wenn sich der Strom über einem zweiten vorgewählten Pegel befindet.
2. 2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die statische Steuereinrichtung Schaltungsmittel aufweist, um den Widerstand anzuschalten, wenn der Notorstrom unter einem ersten vorgewählten Pegel ist, und den Widerstand nur dann abzuschalten, wenn der Notorstrom Über einem zweiten vorgewählten Pegel ist, der größer als der erste Pegel ist. 3. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e tg daß die Schaltungsmittel einen ersten Schaltkreis, der einen ersten. und zweiten Ausgangszustand aufweist und so angeschlossen ist, daß er auf den Notorstrom anspricht, und einen zweiten Schaltkreie aufweist, der so angeschlossen iste daß er auf den ersten Ausgangszustand des ersten Schaltkreises anspricht, um einen Ausgangszustand anzunehmen und auf den zweiten Ausgangszustand des ersten Schaltkreises anspricht, um einen anderen Ausgangszustand anzunehmen. 4. Steuersystem nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n -z e i c h n e tg daß eine Vorspannungseinrichtung vorgesehen ist, um die AbhängigkeLt des ersten Schaltkreises von dem Strompegel zu steuern, und daß die Vorspannungsmittel auf den ersten Ausgangszustand des zweiten Schalt-' kreises ansprechen, um den ersten Schaltkreis vorzuspannen, um den zweiten Ausgangszustand anzunebmen, wenn der Strom unter einem ersten vorgewählten Pegel ists und auf den an-.deren Zustand des zweiten Schaltkreises anzusprechen, um den ersten Ochaltkreie vGrzuspannen, um den ersten Ausgangszustand anzunehmen, we= der 8 trom oberhalb eines zweiten vorgewählten Pegels ist, der größer als der erste vorgewählte Pegel ist. 5. Steuersystem nach AnsPruch 3 oder 4, dadurch g e k e n n s e i a h n e t, daß der erste Schaltkreis einen Halbleiterschaltkreis aufweist, der so angeschlossen ist, daß er auf den Notorstrom anspricht und vorgespannt ist, um zu leiten, wenn der Notorstrom kleiner ist als ein erster vorgewählter Pegel, und daß der zweite Schaltkreie einen Halbleiterschaltkreie aufweist, der auf den Zustand das ersten Kreises anspricht, um zu leiten, wenn der erste Schaltkreis nicht leitet, und nicht zu leiten, wenn der erste Schaltkreis leitet. 6, Steuersystem nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die statische Steuereinrichtung einen Spannungsteiler aufweist, daß der Halbleiter des ersten Schaltkreines eine Basis, einen Emitter.und einen Kollektor aufweist, und daß die Basis an einen gewählten Punkt an dem ßpannungeteiler angeschlossen ist. Steuersystem nach Anspruch 6., dadurch g e k e n n -s o i c h n'e t, daß der Halbleiter des zweiten Schaltkreiaes eine-Basis, einen Emitter und einen Kollektor aufweist, daß die Basis an den Kollektor des Halbleiters des ersten Schaltkreiaes und der Emitter an den Emitter des Halbleiters des ersten Schaltkreises angeschlossen sind. 8. Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die statische Steuereinrichtung ein Relais aufweist, welches mit einer erregbaren Wicklung versehen ist zur Öffnung und Schliessung eines Kontaktes, um den Widerstand in Parallelschaltung mit. der Feldwicklung anzuschließen und abzuschalten. g. Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch S e k e n n z e i c h n e t, daß der Motor ein Reibenschluß-Gleichstrommotor ist. 10.' Elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einem Elektromotor, der von einem Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9 gesteuert ist.