DE1910669A1

DE1910669A1 - Schaltung zur Begrenzung der AEnderungsgeschwindigkeit eines Steuersignals

Info

Publication number: DE1910669A1
Application number: DE19691910669
Authority: DE
Inventors: Miller Lalan G
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1968-03-06
Filing date: 1969-03-03
Publication date: 1969-10-02
Also published as: SE346263B; DE1910669C3; BE729198A; JPS5014721B1; US3543121A; DE1910669B2; FR2003351A1

Description

DIPL.-INQ. KLAUS NEUBECKER

Patentanwalt
Λ Düsseldorf-Eller Am Straussenkreuz 53 Postfach 124

Düsseldorf, 28. Febr. 1969

.WE 36,898
6908

.Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V, St, A.

Schaltung zur Begrenzung der Änderungsgeschwindigkeit eines Steuersignals

Die vorliegende Erfindung betrifft in Abhängigkeit von einem Steuersignal arbeitende Steuersysteme wie Steuersysteme für die "Steuerung von Fahrmotoren, insbesondere eine Schaltung für die Begrenzung der Änderungsgeschwindigkeit eines solchen Steuersignals.

Wenngleich die vorliegende Erfindung sich für jede Art von Motorsteuersystem anwenden läßt, das in Abhängigkeit von einem Steuersignal arbeitet, so ist sie doch in erster Linie für die Verwendung in Steuersystemen für die Antriebsmotoren von Schnellverkehrwagen oder -zügen bestimmt. Für den Antrieb solcher Schnellver-Tcehrswagen oder -züge finden allgemein Gleichstromreihenmotoren Verwendung, die zur Steuerung der Geschwindigkeit oder Beschleunigung durch Änderung ihrer Spannung oder ihres Stromes gesteuert werden. Bisher wurde dies üblicherweise mittels in dem Motorkreis liegender Widerstände getan, die stufenweise mit Hilfe von Schaltern oder Kontakten abgeschaltet wurden. Der Beschleunigungswert wurde durch ein auf den Motorstrom ansprechendes Begrenzerrelais gesteuert, das das fortschreitende Wirksamwerden der Kontakte steuerte und somit den Beschleunigungswert bestimmte, wobei normalerweise nur ein einziger Beschleunigungswert zur Verfügung stand. Der Wert der Verzögerung bei auf elektrische Widerstandsbremsung geschalteten Motoren wurde ±n Jihnlicjier Weise durch schrittweises

Telefon C021O 212 002

Telegramme Cuetopat

191P668

Abschalten unter der Einwirkung des Begrenzerrelais gesteuert.

Es kommen jetzt jedoch neue Steuerungssysteme in Gebrauch, die mit Halbleiteranordnungen wie Gleichstromunterbrechern oder -zerhackern (choppers) oder phasengesteuerten Gleichrichtern für die Steuerung des Motorstromes arbeiten. Diese Systeme haben einen vollkommen statischen Aufbau und bieten viele Vorteile wie etwa einen geringeren Wartungsaufwand, erhöhte Zuverlässigkeit sowie unbegrenzt veränderbare Beschleunigungs- und Verzögerungswerte. Systeme dieser Art sprechen auf ein Steuersignal an, das den Motorstrom repräsentiert, der zur Erzielung der gewünschten Antriebs- oder Bremskraft notwendig ist, und sind somit sehr gut für die Verwendung in Systemen für die automatische Zugsteuerung geeignet.

Statische Systeme mit schaltenden Halbleiterelementen sind naturgemäß in der Lage, mit sehr kurzen Schaltzeiten zu arbeiten und folgen daher Änderungen des Steuersignals nahezu augenblicklich. Da sich das Steuersignal abrupt ändern kann_? um einen anderen Motorstrom vorzuschreiben, können extrem hohe Werte für die Beschleunigung oder Verzögerung auftreten, wenn das Steuersignal unmittelbar zur Betätigung der schaltenden Halbleiterelemente einwirkt. Im Schnellverkehrsbetrieb können solche abrupten und schnellen änderungen der Beschleunigungs- oder Bremswerte wegen der Unannehmlichkeiten und der Gefährdung für die Fahrgäste naturgemäß nicht zugelassen werden. Im Hinblick auf Bequemlichkeit und Sicherheit der Fahrgäste ist es daher notwendig, den Wert der Änderung der Beschleunigung auf ein vorgegebenes Maxiraum zu begrenzen, wobei ein allgemein annehmbarer Maximalwert beispielsweise

bei etwa 3,2 km/h je see liegt. Dieser Maximalwert der Beschleunigungsänderung darf nicht überschritten werden, so daß es notwendig ist, daß das Steuersystem mit einer zusätzlichen Einrichtung für die Begrenzung des Wertes der Änderung der Beschleunigung versehen ist, die häufig auch als Stoßbegrenzungsschaltung bezeichnet wird und den Wert der Änderung des Motorstromes begrenzt, obwohl das Steuersignal, auf das das System anspricht, sich selbst schneller ändern kann.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist daher in erster Linie dia

909840/1050

Schaffung einer einfachen Schaltungsanordnung für die Steuerung der Beschleunigung, die den Wert der Änderung eines Steuersignals begrenzt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Stoßbegrenzungsschaltung zur Begrenzung der Änderungsgeschwindigkeit eines Steuersignals, mit mindestens einem in seinem Kollektorkreis von dem Steuersignal beaufschlagten Halbleiterelement, erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß Schaltelemente vorgesehen sind, die einen vorgegebenen Strom durch die Basis und den Emitter des Halbleiterelementes fließen lassen, und daß in dem Kollektorkreis ein über die Basis und den Emitter des Halbleiterelementes geschalteter Kondensator liegt, dessen Klemmenspannung ein modifiziertes Steuersignal liefert. Dieses modifizierte Steuersignal folgt dem eintreffenden Steuersignal, ändert sich jedoch langsamer und"kann einen vorgegebenen maximalen Änderungswert nicht überschreiten. Dieses modifizierte Ausgangssignal kann dann ein Fahrmotorsteuersystem speisen und dabei als das Signal dienen, auf das dieses Steuersystem anspricht.

Die Erfindung wird nachstehend zusammen mit weiteren Merkmalen anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Schaltbild eines typischen Ausführungsbeispiels nach der Erfindung;

Fig. 2 eine Zusammenstellung von die Wirkungsweise der Schaltung der Fig. 1 veranschaulichenden Kurven; und

Fig. 3 ein vereinfachtes schematisches Schaltbild eines vollständigen Fahrmotorsteuersystems, dem ein geringfügig abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung zugeordnet ist.

Die grundlegende Schaltung der vorliegenden Erfindung ist mit dem schematischen Schaltbild der Fig. 1 wiedergegeben. Diese Schaltung enthält zwei Transistoren 1 und 2, deren Basen in der gezeigten Weise miteinander verbunden sind. Mit Hilfe einer

909840/105 0

Gleichstromquelle 3 können beide Transistoren 1 und 2 mit Emitterstrom versorgt werden. Die Gleichstromquelle 3 kann jeden beliebigen Aufbau haben, der die Abgabe einer im wesentlichen konstanten Spannung gewährleistet. Die in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 gezeigten Transistoren sind als npn-Transistoren ausgebildet. Die beiden Basen dieser Transistoren sind dabei mit dem positiven Ausgang der Quelle 3 verbunden. Der negative Ausgang der Gleichstromquelle 3 ist mit dem Emitter des Transistors 1 über einen verstellbaren Widerstand 4 und mit dem Emitter des Transistors 2 über einen einstellbaren Widerstand 5 verbunden. Die Emitterströme durch die beiden Transistoren 1 und 2 sind somit über die Widerstände 4 und 5 unabhängig voneinander einstellbar, fe Der Kollektorkreis der Transistoren enthält einen parallel zu den Kollektoren geschalteten Kondensator 6. Über Leitungen 7 und 8 wird dem Kollektorkreis ein Eingangssteuersignal zugeführt. Das Steuersignal tritt in Form einer Gleichspannung mit der aus der Zeichnung 1 ersichtlichen Polarität auf, die den Kondensator 6 Über die Kollektoren der Transistoren 1, 2 auflädt.

Bei Betrieb dieser Schaltung fließen durch die Eraitterkreise der Transistoren 1, 2 konstante Emitterströme I₁ und ig, deren Größe jeweils durch die Einstellung der Widerstände 4 und 5 bestimmt ist. Der Kondensator 6 wird durch die Steuersignalspannung aufgeladen; wenn die Steuersignalspannung konstant ist, so ist auch die an dem Kondensator 6 anstehende Kondensatorspannung E_n gleich dem Steuersignal. Wenn sich das Steuersignal ändert, so kommt es entweder zu einer Ladung oder zu einer Entladung des Kondensators 6, wobei sich dessen Spannung E. entsprechend&ndert.

Wenn die Steuersignalspannung E. wächst, so daß sie größer als die Kondensatorspannung E ist, so fließt ein Kollektorstrom i

C C

in der in der Zeichnung angegebenen Richtung, der den Kondensator auflädt. Dieser Kollektorstrom hat die Größe:

¹C " ¹I « 1·

worin tx ^ der Übertragungsfaktor für den Durchlaßstrom des Tran-

ollektorstrom i c

909840/1050

sistipors 1 ist. Der Kollektorstrom i fließt in der Durchlaßrich-

tung dee Baeis-/Kollektorübergangs des Transistors 2 und daher unbeeinträchtigt durch den Emitterstrom I₂ durch den Transistor 2.

Die Spannung des Kondensators β beträgt daher

worin E_0Q gleich E_Q zur Zeit t - O ist. Wie aus dieser Gleichung ersichtlich, nimmt die Kondensatorspannung E₀ linear mit der Zeit mit einer Geschwindigkeit zu, die durch den Emitterstrom I₁ bestimmt ist. Wenn die Steuersignalspannung gleichgroß bleibt, steigt die Kondensatorspannung linear mit der Zeit an, bis die Kondensatorspannung der Steuersignalspannung gleicht. Bei Annäherung der Kondensatorspannung an den Wert der Steuersignalspannung nimmt der Kollektorstrom ab, so daß die Kondensator-, spannung gleich der Steuereignalspannung bleibt.

Wenn die Steuersignalspannung Ej abnimmt und kleiner als die Kondensatorspannung E wird, für den Kollektorstrom gilt

Kondensatorspannung E wird, entlädt sich der Kondensator, wobei

¹C - ⁴a « 2.

Setzt man diese Beziehung in die oben angegebene Gleichung für die Kondensatorspannung ein, so sieht man, daß der Kondensator sich mit einer durch den Emitterstrom i„ bestimmten konstanten Geschwindigkeit entlädt, wobei der Kollektorstrom über den Basis-/ Kollektorübergang des Transistors 1 in Durchlaßrichtung fließt, so daß er von dem Emitterstrom i- nicht beeinflußt wird. Der Kondensator entlädt sich mit einer durch den Emitterstrom I₂ bestimmten konstanten Geschwindigkeit, bis seine Spannung gleich der Steuersignalspannung geworden ist.

Wie ersichtlich, folgt die Kondensatorspannung bei Betrieb der

909840/1050

1910869

Schaltung der Steuersignalspannung, ändert sich jedoch langsamer und mit einer durch die jeweiligen Emitterströme der beiden Transistoren bestimmten Maximalgeschwindigkeit, wobei diese Ströme auf gewünschte Maximalwerte eingestellt werden können. Mit der an den Leitungen 9 auftretenden Spannung des Kondensators 9 steht damit eine Ausgangsspannung zur Verfügung, die praktisch eine modifizierte Signalspannung bildet, die dem eintreffenden, auf die Leitungen 7 und 8 einwirkenden Steuersignal folgt, jedoch mit einer vorgegebenen begrenzten Änderungsgeschwindigkeit. Dieses modifizierte Steuersignal kann dann eine Schaltungsanordnung für die Steuerung der Beschleunigung oder Verzögerung von Fahrmotoren speisen.

Die Wirkungsweise der Schaltung wird mit den Kurven der Fig. 2 veranschaulicht. In dieser Darstellung gibt die obere Kurve die die Leitungen 7 und 8 beaufschlagende Steuersignalspannung E. mit einem typischen Verlauf, gemäß dem die Änderung des Signals erfolgen kann, wieder. Wie man sieht, kann das Steuersignal sich abrupt ändern, mit im wesentlichen augenblicklicher Änderung von einem Wert auf einen anderen, oder aber schnelle Schwingungen enthalten. Wenn ein solches Signal für die Steuerung der Beschleunigung von Fahrmotoren verwendet würde, so würde ein von diesen Motoren angetriebener Wagen/entsprechend äußerst raschen Änderungen in der Beschleunigung ausgesetzt werden und damit auch die Fahrgäste großen Unannehmlichkeiten oder sogar einer Gefährdung aussetzen. Wenn dieses Signal jedoch zunächst der Schaltung der Fig. 1 zugeführt wird, so verläuft die Spannung E an den Leitungen 9, wie das mit der unteren Kurve der Fig. 2 gezeigt ist. Diese Spannung folgt zwar dem Verlauf des Steuersignals, aber ihre Änderungsgeschwindigkeit ist auf ein vorgegebenes, durch die Emitterströme der Transistoren bestimmtes Maximum beschränkt. Das so erhaltene modifizierte Signal kann verwendet werden, um die Beschleunigung der Fahrmotoren entsprechend dem eintreffenden Steuersignal E_1n zu steuern, jedoch mit einer Änderungsgeschwindigkeit, die auf ein vorgegebenes, auf die Sicherheit und Bequemlichkeit der Fahrgäste abgestimmtes Maximum begrenzt ist.

9098Ü0/1050

In der Schaltung der Fig. 1 lassen sich für den Anstieg und den Abfall des Steuersignals unterschiedliche Änderungswerte erhalten, weil die Emitterströme der Transistoren unabhängig voneinander einstellbar sind. In vielen Fällen wird jedoch sowohl für den Anstieg als auch für den Abfall des Steuersignals dieselbe maximale Änderungsgeschwindigkeit gewünscht, so daß die Schaltung in solchen Fällen durch Weglassen eines der beiden Transistoren vereinfacht werden kann. In Fig. 3 ist eine solche, allgemein ^r t 10 bezeichnete Schaltung für die Begrenzung der Änderungsgeschwindigkeit der Steuerspannung, nachstehend Stoßbegrenzungsschaltung genannt, in ihrer Zuordnung zu einem vollständigen Fahrmotorsteuersystem gezeigt.

Fig. 3 stellt ein sehr weitgehend vereinfachtes schematisches Schaltbild eines Fahrmotor-Steuersystems für zwei in Reihe geschaltete Motoren M₁ und M„ mit zwei mit den Motoren in Reihe liegenden Feldwicklungen F- bzw. F₂ sowie ein zweites Paar ebenfalls in Reihe geschalteter Motoren M₃ und M₄ mit ebenfalls in Reihe liegenden Feldwicklungen F₃ bzw. F₄ dar, wobei die beiden in Reihe liegenden Motorpaare M-, M„ und M₃₁ M₄ zueinander parallelgeschaltet sind. Entsprechend den üblichen Verhältnissen für Antriebsmotoren von Schnellverkehrswagen sind hier zwei Paar parallelgeschalteter Motoren gezeigt, jedoch versteht es sich, daß das erfindungsgemäße System sich in gleicher Weise auch für einen Einzelmotor oder aber für jede andere beliebige Zahl in jeder gewünschten Weise zusammengeschalteter Motoren eignet. Die elektrische Energie wird den Motoren von einer dritten Schiene oder einem Stromabnehmer 11 über eine Verbindungsleitung 12 und einen Trennschalter 13 zugeführt.

Der Motorstrom wird durch einen Gleichstromzerhacker 14 beliebiger Bauart gesteuert. Die bevorzugte Ausführungsform entsprechend dem gezeigten Zerhacker weist einen zur Führung des gesamten Motorstromes geeigneten Thyristor 15, einen kommutierenden Kondensator 16 sowie einen den Thyristor 15 in der gezeigten Weise überbrückenden Sperrthyristor 17 auf. Ein entgegengesetzt gepolter Thyristor 18 sowie eine Induktivität 19 sind in der gezeigten Weise mit dem Kondensator 16 in Reihe geschaltet. Bei Inbetrieb-

909840/1050

nähme des Zerhackers oder Choppers 14 wird zunächst der Thyristor 17 gezündet, so daß sich der Kondensator 16 von der Sammelleitung her aufladen kann, wobei der Thyristor 17 sperrt, wenn der Ladestrom gegen Null geht. Der Zerhacker wird dann durch gleichzeitige Zündung der Thyristoren 15 und 18 eingeschaltet. Das ermöglicht den Stromfluß durch den Thyristor 15 zu den Motoren und führt gleichzeitig zur Schließung eines Schwingkreises mit der Induktivität 19, dem Thyristor 18 und dem Kondensator 16. In diesem Schwingkreis fließt Strom von dem Kondensator 16 zu der Induktivität 19 und zurück zu dem Kondensator, so daß der Kondensator mit umgekehrter Spannung aufgeladen wird, worauf der Thyristor 18 sperrt. Der Zerhacker befindet sich dann im eingeschalteten Zustand, wobei der Thyristor 18 den Motorstrom führt«, Der Zerhacker 14 wird durch Zündung des Thyristors 17 gesperrt, wodurch der Thyristor 15 mit der entgegengesetzten Spannung des Kondensators 16 beaufschlagt und somit gesperrt wird, während der Kondensator sich dann wieder von der Sammelleitung aus über den Thyristor 17 auflädt, der sperrt, wenn der Ladestrom durch Null geht. Das Ein- bzw. Ausschalten des Zerhackers erfolgt^iaturgemäß sehr rasch, d. h. in wenigen Mikrosekunden, so daß das wiederholte Ein- bzw. Ausschalten des Zerhackers mit sehr großer Geschwindigkeit erfolgen kann.

Der Motorkreis weist außerdem einen Satz Leistungskontakte 20, 21 und 22 sowie einen Satz Bremskontakte 23, 24 und 25 auf. Ferner ist ein Bremswiderstand vorgesehen, der aus einem verhältnismäßig kleinen Widerstand 27 und einem damit in Reihe geschalteten, verhältnismäßig großen Widerstand 26 besteht. Eine freilaufende Diode 28 liegt zwischen der Kathode des Thyristors 17 und Leistungskontakt 21. Vorzugsweise ist mit den Motoren eine tivität 29 in Reihe geschaltet, um den Motorstrom zu glätten.

Zur Inbetriebnahme der Motoren werden die Leistungskontakte 2C 21 und 22 sowie der Trennschalter 13 geschlossen. Infolg« fließt Strom von der dritten Schiene bzw. dem Stromafonelimer 11 durch den Trennschalter 13, den Zerhacker 14 sor/i© den Kontakt 20 zu den beiden parallelen Motorpaaren und von dort über den Lsi·= stungskontakt 22 an Erde. Der Motorstrom wird durch Eim-

909840/10 5 0

Ausschalten des Zerhackers 14 in der zur Aufrechterhaltung des gewünschten Durchschnittsstromes erforderlichen Weise gesteuert. Bei Einschaltung des Zerhackers steigt der Motorstrom bis auf einen gewünschten Maximalwert an, worauf der Zerhacker gesperrt wird. Der Strom in dem stark induktiven Motorkreis fällt auf ein gewünschtes Minimum ab und fließt dabei über den Kontakt 21 und die freilaufende Diode 28, so daß der Zerhacker wieder in den leitenden Zustand übergeht. Auf diese Weise wird der gewünschte mittlere Motorstromwert aufrechterhalten. Zur elektrischen Widerstandsbremsung werden die Bremskontakte 23, 24 und 25 geschlossen, während die Leistungskontakte und der Trennschalter sich im geöffneten Zustand befinden. Die Motoren liegen somit in einem konventionellen Bremskreis, der aus zwei Leitungsschleifen mit einem gemeinsamen, die Bremswiderstände 26 und 27 enthaltenden Kreis und parallel zu dem Widerstand 26 geschaltetem Zerhacker

bestehe*

14/. Der Bremsstrom wird dann durch Ein- und Ausschalten des Zerhackers gesteuert, der den Widerstand 27 abwechselnd wirksam und unwirksam werden läßt, so daß für den Strom ein der gewünschten Bremskraft entsprechender Mittelwert aufrechterhalten wird.

Der Zerhacker 14 wird mit Hilfe von Gateimpulsen ein- und ausge-

einem

schaltet, die einerseits von/Ein-Impulsgenerator 30, der die Thyristoren 15 und 18 mit Gateimpulsen beliefert, und andererseits von einem Aus-Impulsgenerator 31 abgenommen werden, der den Thyristor 17 mit Gateimpulsen speist. Einschaltsignale für die Betätigung der Impulsgeneratoren werden von einem Steuerkreis 32 geliefert, der in der Weise wirkt, daß er den tatsächlichen Motorstrom mit einem Steuersignal vergleicht, das den Sollmotorstrom repräsentiert, und der dann entsprechende Eingangssignale an die Impulsgeneratoren 30, 31 gibt, so daß der Zerhacker in der erforderlichen Weise ein- oder ausgeschaltet wird.

Das gesamte Motorsteuerungssystem wird durch ein über eine Leitung 33 zugeführtes Steuersignal gesteuert. Dieses Steuersignal liegt vorzugsweise in der Form eines Signalstromes vor, der von einem automatischen Zugsteuersystem jeder geeigneten Bauart oder von einer sonstigen Steuereinrichtung her abgenommen werden kann, wobei die Größe des Steuersignalstromes den Sollmotorstrom reprä-

909840/1050

sentiert, der erforderlich ist, um die für einen gewünschten Beschleunigungs- oder Verzögerungswert des Wagens benötigte Antriebs- oder Bremskraft zu erhalten. Eine Steuersignalspannung wird von dem Signal des Leiters 33 abgenommen, wie das schematisch mit der Spannung über den Widerstand 34 dargestellt ist. Zur Veranschaulichung der Veränderung der Steuerspannung ist dieser Widerstand als veränderlicher Widerstand wiedergegeben.

Die an dem Widerstand 34 anstehende Steuersignalspannung beaufschlagt die Stoßbegrenzerschaltung 10, um eine modifizierte Signalspannung zu erhalten, die auf eine gewünschte maximale Änderungsgeschwindigkeit begrenzt ist. Die Schaltung 10 enthält einen Transistor 35, dessen Emitterstrom einer geeigneten Konstant-Gleichstromquelle über einen einstellbaren Widerstand entnommen wird. Der Kollektorkreis des Transistors 35 enthält einen Kondensator 37, der in Reihe mit dem Widerstand 34 über den Kollektor und die Basis des Transistors geschaltet ist. Da sich die an dem Widerstand 34 anstehende Steuersignalspannung ändert und sowohl größer als auch kleiner als die Kondensatorspannung sein . kann, kann in beiden Richtungen Strom entweder zu dem Kondensator hin oder von dem Kondensator weg fließen. Der Kondensator und die Signalspannung sind deshalb über eine Gleichrichterbrükke 38 in den Kollektorkreis geschaltet, die es ermöglicht, daß der Strom in beiden Richtungen fließt, dabei aber die richtige Richtung des Stromes durch den Kollektor und die Basis des Transistors 35 gewährleistet. Wie ersichtlich, ist die Schaltung 10 im wesentlichen in der gleichen Weise wie die Schaltung der Fig. 1 aufgebaut, abgesehen davon, daß hier nur ein Transistor verwendet wird und eine Gleichrichterbrücke 38 vorgeseheg^^st, um den Strom in beiden Richtungen zu dem Kondensator 37/ö*der von diesem weg fließen lassen zu können. Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist insofern die gleiche wie sie in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurde, so daß sich die Spannung an dem Kondensator 37 bei änderung der Steuersignalspannung des Widerstandes 34 in entsprechender Weise ändert, so daß sie der Steuersignalspannung folgt, wobei die Snderungsgeschwindigkeit jedoch auf ein durch den Emitterstrora des Transistors 35, der mittels des Widerstandes 36 einstellbar ist, bestimmtes Maximum begrenzt ist.

909840/1050

Mit der Spannung des Kondensators 37 steht somit eine modifizierte Signalspannung zur Verfügung, die dem über die Leitung 33 eintreffenden Steuersignal folgt, in ihren !Änderungen jedoch auf eine bestimmte maximale Geschwindigkeit begrenzt ist. Bei dem gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel beaufschlagt die Kondensatorspannung die Basis eines Transistors 39, der in Tandem-Imitterfolgerschaltung mit einem weiteren Transistor 40 verbunden "'.tit. Über die Kollektoren und Emitter der Transistoren 39 und 40 ist in der gezeigten Weise eine geeignete Gleichspannungsquelle geschaltet, die nicht geregelt zu sein braucht, aber größer als der Maximalwert der an dem Widerstand 34 abfallenden Steuersignalspannung sein sollte. Zwischen dem Emitter des Transistors 40 und Masse liegt ein Widerstand 41, dessen Spannungsabfall im wesentlichen gleich der Spannung des Kondensators 37 ist. Der Vorteil dieser Schaltung liegt darin, daß der Kondensator nur sehr geringfügig belastet wird, da er nur den verhältnismäßig kleinen Basisstrom des Transistors 39 zu liefern braucht. Das macht die Verwendung kleiner Werte für den Kondensator 37 und für den Emitterstrom des Transistors 35 möglich und ermöglicht weiter die Verwendung kleiner Bauteile, um die Größe und die Verlustleistung der gesamten Schaltung 10 zu verringern.

Die an dem Widerstand abfallende Spannung 41 stellt daher eine Signalspannung zur Verfügung, die der über die Leitung 33 eintreffenden Steuerspannung folgt, jedoch mit einer Änderungsgeschwindigkeit, die auf ein für die Sicherheit und Bequemlichkeit der F_ahrgäste zulässiges Maximum beschränkt ist. Diese modifizierte Steuersignalspannung speist den zur Steuerung des Motorstromes dienenden Steuerkreis 32.

Die für einen gewünschten Beschleunigungs- oder Verzögerungswert erforderliche Antriebs- bzw. Bremskraft ändert sich naturgemäß mit dem Gewicht bzw. der Belastung des Wagens, so daß es notwendig ist, die Steuersignalspannung weiter so zumodifizieren, daß der tatsächlich erhaltene Motorstrom den Wert hat, der zur Erzielung des gewünschten Beschleunigungs- oder Verzögerungswertes für ein zu einer bestimmten Zeit tatsächlich vorhandenes Gewicht des Wagens erforderlich ist. Die an dem Widerstand 41 abfallende Span-

909840/1050

nung wird daher vorzugsweise weiter mittels einer Lastwägungsschaltung 42 modifiziert, die das Gewicht des Wagens erfaßt und das Signal entsprechend modifiziert. Für solche Zwecke/geeignete Schaltungen sind bekannt. Die Ausgangsspannung der Lastwägungsschaltung 42 ist eine in geeigneter Weise modifizierte Steuerspannung, die den Motorstrom repräsentiert, der zur Erzielung der von dem Steuersignal 33 vorgeschriebenen Beschleunigung oder Verzögerung notwendig ist.

Diese Steuersignalspannung beaufschlagt den Steuerkreis 32, um dort mit dem Ist-Motorstrom verglichen zu werden. Von einem in den Motorkreis, der den gesamten Motorstrom sowohl bei Antriebs«· alsäuch bei Bremsschaltung führt, geschalteten Wandler 43 wird eine dem Motorstrom proportionale Spannung abgegeben. Der Wandler 43 kann von beliebiger Bauart sein. Ausgänge 44 und 45 seiner Wechselstromwicklung sind mit einer geeigneten Wechselspannungsquelle 46 verbunden, die von der Wagenbatterie in Verbindung mit einem Wechselrichter gebildet sein oder auch einen geeigneten anderen Aufbau haben kann. Der Ausgangsstrom des Wandlers 43 wird über eine Gleichrichterbrücke 47 gleichgerichtet. Der Gleich-Stromausgang des Gleichrichters 47 liefert damit eine Spannung, die dem Motorstrom proportional ist, und beaufschlagt den Steuerkreis 32.

Der Steuerkreis 32 enthält drei einen Widerstand aufweisende, in Reihe liegende Schaltelemente. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel werden diese drei Schaltelemente von einer Zenerdiode 48, einem Widerstand 49 und einem Kondensator 50 gebildet. Die von der Gleichrichterbrücke 47 erhaltene Spannung beaufschlagt die Reihenschaltung aus Zenerdiode 48 und Widerstand 49 in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise, während das von dem Belastungsmeßschaltkreis 42 abgegebene Steuersignal den Kondensator 50 mit einer Polarität beaufschlagt, die der in der Zeichnung angedeuteten Polarität entgegengesetzt ist. Die Kathode der Diode 48 steht mit einer Leitung 51 in Verbindung, über den sie den Ein-Impulsgenerator 30 mit einem Auslösesignal speisen kann, während die Verbindungsstelle zwischen der Diode 48 und dem Widerstand 49 an eine Leitung 52 angeschlossen ist, über die der

909840/1050

Aus-Impulsgenerator 31 mit einem geeigneten Auslösesignal gespeist werden kann.

Wenn die an der Diode 48 und dem Widerstand 49 anstehende Signalspannung größer als die an dem Kondensator 50 anstehende Steuerspannung ist, so tritt an der Leitung 51 eine positive resultierende Spannung auf. Wenn der Motorstrom abnimmt, so daß die an der Diode 48 und dem Widerstand 49 anstehende Spannung geringer wird als die Spannung an dem Kondensator 50, geht die Spannung der Leitung 51 ins Negative, so daß der Ein-Impulsgenerator 30 ausgelöst wird und den Zerhacker 14 in den leitenden Zustand überführt, so daß der Motorstrom ansteigen kann. Wenn der Motorstrom um einen Wert angewachsen ist, der der an der Diode 48 abfallenden Spannung entspricht, so wird das Potential der Leitung 51 positiv, wodurch der Aus-Impulsgenerator 31 ausgelöst wird und den Zerhacker 14 sperrt. Die Impulsgeneratoren 30 und 31 können jeden geeigneten Aufbau haben, der die gewünschte Arbeitsweise gewährleistet, sind vorzugsweise aber so ausgeführt, wie das in der oben erwähnten Mills-Anmeldung beschrieben wird, auf die hier wegen einer ins einzelne gehenden Beschreibung der Arbeitsweise der Impulsgeneratoren Bezug genommen wird. ⁺' ⁺'s. Anm. vom gleichen Tage, üS-Ser. No. 711,109

Der Zerhacker 14 wird in dieser Weise ein- und ausgeschaltet, wie das zur Aufrechterhaltung des gewünschten mittleren Motorstromes erforderlich ist. Der Spannungsabfall an der Diode 48 entspricht der Differenz zwischen den Werten des Motorstromes, bei dem der Zerhacker oder Unterbrecher eingeschaltet bzw. abgeschaltet wird und bestimmt so das Maß der Welligkeit des Motorstromes. Man sieht, daß somit die Motoren entsprechend dem über die Leitung 51 entsprechenden Steuersignal gesteuert werden und dabei der gewünschte Wert für die Beschleunigung oder Verzögerung erhalten wird, wie er vom Steuersignal verlangt wird.

Die Stoßbegrenzungsschaltung nach der vorliegenden Erfindung wird mit dieser Steuerschaltung in der oben beschriebenen Weise zusammengeschlossen, um das eintreffende Steuersignal zu modifizieren und damit die maximale Änderungsgeschwindigkeit des Signals so zu begrenzen, daß der Wert der Änderung der Beschleunigung

909840/1050

oder Verzögerung des Wagens im Hinblick auf Sicherheit und Bequemlichkeit der Fahrgäste zulässig bleibt. Diese Schaltung ist verhältnismäßig einfach und billig, jedoch sehr wirkungsvoll und, wie zuvor erläutert, in der Lage, ein Ausgangssignal zu liefern, das dem Eingangssignal folgt, dabei aber nur Änderungsgeschwindigkeiten bis zu einem vorgegebenen Maximum zuläßt.

Patentansprüche;

909840/1050

Claims

Patentansprüche

1.jStoßbegrenzerschaltung zur Begrenzung der Änderungsgeschwindigkeit eines Steuersignals, mit mindestens einem in seinem Kollektorkreis von dem Steuersignal beaufschlagten Halbleiterelement, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltelemente vorgesehen sind, die einen vorgegebenen Strom durch die Basis und den Emitter des Halbleiterelementes fließen lassen, und daß in dem Kollektorkreis ein über die Basis und den Emitter des Halbleiterelementes geschalteter Kondensator liegt, mit dessen Klemmenspannung(E ) ein modifiziertes Steuersignal zur Verfügung steht.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitterkreis des Halbleiterelementes eine Spannungsquelle aufweist sowie einen einstellbaren Widerstand, der in Reihe über die Basis und den Emitter des Halbleiterelementes geschaltet ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei an ihren Basen miteinander verbundene Transistoren (1, 2) sowie Schaltelemente für die unabhängige Einstellung der Emitterströme der Transistoren (1, 2) aufweist, daß für die beiden Transistoren (1, 2) ein gemeinsamer Kollektorkreis vorgesehen ist, der einen Anschluß für die Einspeisung des Steuersignals enthält, und daß der Kondensator über die Kollektoren in Reihe geschaltet ist.

4. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Transistor (35), der über eine parallel zu seinem Kollektor und seiner Basis geschaltete Gleichrichterbrücke mit dem Kondensator (37) in Reihe geschaltet ist.

KN/sch 3

909840/1050