DE2007703A1

DE2007703A1 - Steuervorrichtung für Gleichstrommotoren

Info

Publication number: DE2007703A1
Application number: DE19702007703
Authority: DE
Inventors: Duncan Ulick Basingstoke Hampshire Thombs (Großbritannien). P H02p 5-12
Original assignee: Lansing Bagnall Ltd
Current assignee: Linde Material Handling UK Ltd
Priority date: 1969-02-28
Filing date: 1970-02-19
Publication date: 1970-10-01
Also published as: NL7002822A; ZA701011B; GB1267961A; AT297161B; DK127528B; DE2007703B2; SE361440B; IE33725B1; FR2032491A1; BE746673A; IE33725L; CH506914A; ES376976A1; NL145413B; US3593086A; NO130524B; JPS4919882B1; BR7017049D0; NO130524C

Description

PATENTANWÄLTE ZOO I IQ3 DR₁-ING-RICHARDGLAWe · DIPL-ING. KLAUS DELFS · DIPL-PHyS-DR₁WALTERMOLL MÖNCHEN HAMBURG MÖNCHEN

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8000 MOnchan 22 · U«bhtrntraB*20 · TtI. (0811) 22 63« 2000 Hamburg 52 · WaitXitraB· 12 · Tel. (0411) 8? 22 55

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LAlTSING BAGUALL LIMITED
Basingstoko/England

Steuervorrichtung für Gleichstrommotoren

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für Gleichstrommotoren und insbesondere auf die Steuerung des Feldwicklungstromes eines Gleichstrommotors, der getrennte PeId- und Läuferstromkreise hat, also z.B. eines Nebenschlußmotors im Gegensatz zu einem Reinschlußmotor,

Es ist z.B. aus der britischen Patentschrift No.
1 040 745 bekannt, den liebenschlußfeldstrom eines Neben-

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fOSTSCHECKt HAMBURG H7iO7 , BANKi COMMERZBANK, HAMBURG, S3/22904 · TELEGR.i SPECHTZIES HAMBURG bzw. SPECHTZIES MÖNCHEN

schlußmotors in Abhängigkeit vom Läuferstrom und von einem Drehzahlsteuerelement für den Motor zu steuern, und zwar mittels eines aus einer Kohlendrucksäule bestehenden veränderbaren Widerstands, der mit den Nebenschluß-Feldwicklungen des Motors in Serie geschaltet ist. Ein entsprechend dem Läuferstrom erregter Elektromagnet ist so angeordnet, daß er den Druck in der Kohlendrucksäule vergrößert oder konstant hält, und ein mechanisches Drucksteuerelement kann so betätigt werden, daß es den Druck in der Kohlendrucksäule verringert, so daß sich die Drehzahl des Motors erhöht,

Eine derartige Anordnung hat eine Anzahl von Nachteilen, z.B. die Instabilität der Kohlendrucksäule; Außerdem ist das System nicht ohne weiteres anwendbar bei einem Motor, der mit Stroraimpulsen gespeist wird. Diese Art der Speisung eines Gleichstrommotors stellt bekanntlich eine besonders wirtschaftliche Möglichkeit zur Nutzung der in einem Akkumulator gespeicherten Energie dar.

Die Erfindung geht aus von einer Steuereinrichtung für Gleichstrommotoren mit Läuferstromkreis und davon getrenntem Feldstromkreis, mit einem Stromsteuerorgan für den Feldstromkreis unter Verwendung eines als Leistungsschalter dienenden steuerbaren Gleichrichters, der bei Zündung den Durchgang eines Stromimpulses durch den Feldstromkreis gestattet und mit einem steuerbaren Löschorgan zum Beenden des leitenden Zustandes des steuerbaren Gleichrichters. Ein solches System ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch

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einen Impulsgenerator zum abwechselnden Erzeugen von Zündimpulsen für den steuerbaren Gleichrichter und für das Löschorgan, einen Magnetkreis, in dem ein der Einstellung eines Steuerorgans entsprechender Magnetfluß, ferner ein dem Läuferstrom des Motors entsprechender Magnetfluß und ein dem Eeldwicklungsstrom des Motors entsprechender, gegengerichteter Magnetfluß erregbar ist, und durch eine Einrichtung zum Verhindern der Zündung des Löschorgans, wenn der Magnetfluß im Magnetkreis einen vorgegebenen Wert erreicht.

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Yorteilhafterweise besteht das Löschorgan, wie an sich bekannt, aus einem weiteren steuerbaren Gleichrichter, der mit dem erstgenannten steuerbaren Gleichrichter in einer Kommutatorsctialtung verbunden ist.

Unter einer Kommutatorschaltung wird hierbei die bekannte Anordnung verstanden, bei der das Zünden jeweils des einen Gleichrichters die Löschung des leitfähigen Zustandes des jeweils anderen Gleichrichters bewirkt. Eine a solche Kommutatörschaltung enthält normalerweise einen zwischen die beiden steuerbaren Gleichrichter geschalteten kommutierenden Kondensator.

Der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Anordnung liegt, wie noch näher erläutert wird, darin, daß man in dem Magnetkreis einen Ausgleich der verschiedenen genannten Magnetflüsse erhält, so daß sich eine einwandfreie Steuerung des Motors unter allen normalen Betriebsbedin-

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gungen ergibt. Dieser Ausgleich erfolgt so, daß z.B. ein Ansteigen des Läuferstroms (aufgrund einer erhöhten Belastung des Motors) eine Verhinderung der Zündung des zweiten steuerbaren Gleichrichters mit sich daraus ergebendem Ansteigen des Feldwicklungsstroraes bewirkt, wodurch eine geeignete Erhöhung des vom Motor entwickelten Drehmomentes eintritt und anschließend sich das ursprüngliche Niveau der Magnetflußdichte in dem Magnetkreis wieder einstellt. Auf diese Weise wird die Drehzahl oder Leistung des Motors auf einen Wert eingeregelt, der hauptsächlich durch das einstellbare Steuerorgan bestimmt ist. Außerdem kann der Feldwicklungsstrom nicht unter einen durch den Impulsgenerator bestimmten Wert abfallen: Der sich hieraus ergebende Vorteil wird im folgenden noch erläutert.

Ein elektrisches Irapedanzelement mit einer von der Flußdichte in dem Magnetkreis abhängigen Impedanz kann als veränderbarer Nebenschluß verwendet werden, um den Durchgang der Zündsignale vom Impulsgenerator zum Lösch- ψ organ zu verhindern.

Die Mittel zum Erzeugen der verschiedenen genannten Magnetflüsse in dem Magnetkreis können aus Wicklungen bestehen, die vom Läuferstrom bzw. Peldstrom des Motors erregt werden, während das einstellbare Steuerorgan einen verstellbaren Permanentmagneten aufweisen kann. Es ist vorteilhaft, den Magnetkreis als Transduktor auszubilden, der die genannten beiden Wicklungen sowie eine weitere, das Impedanzelement bildende Wicklung trägt.

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Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden näher erläutert anhand der Zeichnung, die ein vereinfachtes Schaltbild darstellt.

Die Zeichnung zeigt eine Batterie 10, deren positiver und negativer Pol an eine positive "bzw. negative Leitung und 12 angeschlossen ist. Zwischen den Leitungen 11 und sind in Serie eine aus einer einzigen Windung bestehende Wicklung 13 und der Läufer 14 eines Nebenschlußmotors angeordnet. Dem Läufer ist eine Läufersteuerschaltung 15 zu-

geordnet, die verschiedene Schalter und Startwiderstände enthalten kann oder auch in jeder beliebigen Weise als Impulsspeiseschaltung zum Erregen des Läufers mit Stromimpulsen und zum Pestlegen der Stromrichtung im Läufer ausgebildet sein kann.

Die positive Leitung 11 ist über einen Sohalter 16 mit dem Feldwicklungskreis des Motors verbunden. Dieser Feldwicklungskreis enthält eine Feldwicklung 17 in Serie mit einer Rückkopplungswicklung 18, deren Zweck noch er- * läutert wird. Eine Freilaufdiode 19 ist in einer zur Feldwicklung 17 und zur Rückkopplungswioklung 18 parallel liegenden Schleife angeordnet.

Das untere Ende der Feldwioklung 17 ist mit der negativen Leitung 12 Über ein Thyristor 20 verbunden, welohes den oben erwähnten ersten steuerbaren Gleichrichter bildet. Das (Dkyrletor 20 ist in Kommutatorschaltung mit einte weiteren Thyristor 21 verbunden. Ein Kommutierkon-

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densator 22 koppelt die Anoden der beiden Thyristore 20 und 21. Wie bekannt, wird durch den leitenden Zustand eines der Thyristore der leitende Zustand des jeweils anderen Thyristors gelöscht.

Me Anode des zweiten Thyristors 21 ist über eine Diode 23 und eine Induktion 24 mit der negativen Leitung 12 sowie über einen Widerstand 25 mit einem Verbindungspunkt zwischen dem oberen Ende der Rückkopplungswicklung 18 und der Anode der Diode 19 verbunden. Durch die Induktion vergrößert sich in bekannter Weise die Ladung, die sich in dem Kondensator 22 zwischen zwei Komtnutiervorgängen ansammelt. Die Diode 23 dient dazu, die Ladung im Kondensator 22 zu halten.

Zur Erzeugung von Zündsignalen für die Thyristore 20 und.21 ist ein astabiler Multivibrator 26 vorgesehen, der Ausgangsimpulse abwechselnd einer Triggerschaltung und einer Triggerschaltung 28 zuführt. Die Ausgänge der Triggerschaltungen sind an die Steuerelektroden des Thyristors 21 bzw. des Thyristors 20 angeschlossen.

Zwischen einem Ausgang des Multivibrators 26 und dem Eingang des Triggerkreises 27 ist ein Potentialteiler angeordnet, der aus einem Widerstand 29 und einem von einer Wicklung 30 gebildeten elektrischen Impedanzelement besteht, Di8se Wicklung wird von einem Sahenkel des Kerns eines Transäuktors getragen, der sohematisch duroh einen

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Magnetkreis 31 angedeutet ist. Auf anderen Schenkeln des Kernes sind die Laststrotnwicklung 13 und die Rückkopplungswicklung 18 angeordnet. Ein einstellbarer Magnet 22 ist so angeordnet, daß er in dem Magnetkreis 31 einen Magnetfluß erzeugt, der sich normalerweise zu dem von der Wicklung 13 erzeugten Magnetfluß addiert. Diese gleichsinnig gerichteten Magnetflüsse sind normalerweise dem Fluß im Magnetkreis entgegengerichtet, der von der ^hickkopplungswicklung 18 erzeugt wird.

Man erkennt, daß wenn der Kern des Transduktors gesättigt ist, die Impedanz der Wicklung 30 sehr klein ist und infolgedessen die durch einen Impuls des astabilen Multivibrators an der Wicklung erzeugte Spannung nicht ausreicht, um die Triggerschaltung 27 in Tätigkeit zu setzen. Dies bedeutet bei der beschriebenen Anordnung, daß, falls der Kern des Transduktors gesättigt ist, der leitfähige Zustand des Thyristors 21 nicht gezündet werden kann. Wenn jedoch der Kern des Transduktors nicht gesättigt ist, ist die Impedanz der Wicklung 30 relativ hoch, ^ so daß die an ihr durch einen Impuls des Multivibrators erzeugte Spannung ausreicht, um den Triggerkreis zum Zünden des Thyristors 21 zu veranlassen. Man sieht ferner, daß der andere Ausgang des astabilen Multivibrators 26 ständig Zündimpulse abgibt, die den Triggerkreis 28 betätigen und infolgedessen das Thyristor 20 zünden.

Der Permanentmagnet 22 ändert die Magnetflußdichte in dem Magnetkreis unabhängig von den durch den Läufer-

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strom und den Feldstrom erzeugten Magnetflüssen. Die wesentliche Aufgabe des Permanentmagneten ist es, die von dem Motor abgebene Leistung zu bestimmen. Die Position des Permanentmagneten wird gesteuert durch ein Beschleunigerpedal 33, das, wie scheraatisch dargestellt, mit dem Magneten 32 gekoppelt ist.

Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt:

Wenn der Permanentmagnet so eingestellt ist, daß er in dem Magnetkreis 31 einen maximalen Magnetfluß erzeugt, wird die Zündung des zweiten !Thyristors 21 so lange unterdrückt, bis der Magnetfluß, der von dem in der Rückkopplungswicklung 18 fließenden Feldstrom erzeugt wird, eine ausreichende Dichte hat, um den von dem Permanentmagneten erzeugten Magnetfluß zu überwiegen. Die Peldstromstärke dee Motors stellt sich deshalb so ein, daß sich die beiden Magnetflüsse die Waage halten. Dieses Niveau der FeIdstromstärke kann als Dauerfeldstrom bezeichnet werden und ist von der Stellung des Permanentmagneten bestimmt. Eine Bewegung des Permanentmagneten von dem Magnetkreis 31 weg läßt die Flußdichte in dem Magnetkreis bis unter den Sättigungswert abfallen, so daß auch die Feldstromstärke abfällt, bis sich ein neues Gleichgewicht der Magnetflüsse ergibt. Wenn der Permanentmagnet vollständig nach außen bewegt ist, gibt es keine Unterdrückung der vom astabilen Multivibrator 26 zum Triggerkreis 27 gehenden Zündimpulse und die Feldstromstärke hat einen vorgegebenen schwachen Wert.

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Wenn der Permanentmagnet 32 vollständig aus dem Magnetkreis herausbewegt worden ist, hat der in dem Magnetkreis durch den Läuferstrom erzeugte Magnetfluß denselben Effekt als der vom Permanentmagneten erzeugte Magnetfluß, und infolgedessen steigt die Stärke des Peldstroms bei einer Zunahme des Läuferstroms in gleichem Maße an. Es ist jedoch erwünscht, daß dieser Effekt nur dann eintritt, wenn die Läuferstrorastärke oberhalb eines festgelegten Wertes liegt. Dies kann leicht dadurch erreicht werden, daß verschiedene nicht magnetische Teile in dem Magnetkreis angeordnet werden. Das Verhältnis, in dem sich bei einem Ansteigen des Läuferstroraes die Peldstromstärke erhöht, ist bestimmt durch das Verhältnis der Wicklungszahlen der Rückkopplungswicklung 18 und der Wicklung 13. Wenn die Läuferstromstärke einen ausreichend hohen Wert hat, werden alle Zündimpulse, die sonst vom astabilen Multivibrator 26 dem Thyristor 21 zugeführt werden, unterdrückt und das Thyristor 20 bleibt ständig leitend, wodurch die Peldstromstärke auf einen Maximalwert ansteigt.

Während der Beschleunigung des Motors ist der Läuferstrom hoch. Aufgrund des im Magnetkreis sioh einstellenden Gleichgewichtes wird jedoch ein geeigneter Anteil der Zündimpulse für das Thyristor 21 unterdrückt und die Peldstromstärke steigt entsprechend an. Wenn die Drehzahl des Motors sich dem Maximum nähert, fällt die Stromstärke im Läufer auf ein Niveau ab, das ausreicht, um das Zünden des Thyristors 21 zu unterdrücken, so daß die Peldstromstärke auf

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den oben erwähnten schwachen Wert abfällt.

Wenn ein von dem Motor getriebenes Fahrzeug mit voller Geschwindigkeit fährt und auf eine Steigung gerät, steigt der Läuferstrom notwendigerweise über die normale "Rege!Stromstärke" an, wodurch ebenfalls mehr Zündimpulse für das Thyristor 21 unterdrückt werden und die Feldstrorastärke wie vorher ansteigt. Hierdurch erhöht sich das Drehmoment des Motors.

ρ Da der astabile Multivibrator26 seine Zündirapulse

abwechselnd den beiden Thyristoren zuführt, kann die Schaltung im Betrieb nicht in einen Zustand geraten, in dem das Thyristor 21 ständig leitend ist: Infolgedessen kann die Feldstromstärke nicht unter den vorgegebenen schwachen Wert abfallen. Hierdurch wird insbesondere ein übermäßiges Ansteigen der Drehzahl des Motors bei geringer Belastung verhindert.

k Der dem "Dauerfeldstrom¹¹ entsprechende Zustand be-

stimmt die Feldstromstärke beim rheostatischen und regenerativen Bremsen. Im ersteren Fall fließt, sobald das Fahrzeug zum Stehen gekommen ist, kein Strom duroh den Läufer und die Wicklung 13» und in diesem Fall erscheint kein vom Läuferstrom erzeugter Magnetfluß im Magnetkreis 31. Im zweiten Fall sind die normalen Richtungen des Läuferstroms und des von ihm erzeugten Magnetflusses im Magnetkreis umgekehrt. Somit ist nun dieser Magnetfluß dem von dem Permanentmagneten erzeugten Fluß entgegengerich-

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tet und die sich hieraus ergebende Stromstärke in der Feldwicklung verringert sich bei einem Anetieg der Stärke des regenerierten Läuferstromes.

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Claims

Patentansprüche

1 .J Steuereinrichtung für Gleichstrommotoren mit P Läuferstromkreis und getrenntem Feldstromkreis, mit einem Stromsteuerorgan für den Feldstromkreis unter Verwendung eines als Leistungsschalter dienenden steuerbaren Gleichrichters, der bei Zündung den Durchgang eines Stromirapulses zum Feldstromkreis gestattet, und mit einem steuerbaren Löschorgan zum Beenden des leitenden Zustandes des steuerbaren Gleichrichters, gekennzeichnet durch einen Impulsgenerator (26) zum abwechselnden Erzeugen von Zündimpulsen für den steuerbaren Gleichrichter t (20) und für das Löschorgan (21), einen Magnetkreis (31)» in dem ein der Einstellung eines Steuerorgans (33) entsprechender Magnetfluß, ferner ein dem Läuferstrom des Motors entsprechender Magnetfluß und ein dem 3?eldwi<KLungsstrom des Motors entsprechender, gegengerichteter Magnetfluß erregbar ist, und eine Einrichtung (30) sum Verhindern der Zündung des Löschorgans (21), wenn der Magnetfluß im Magnetkreis 31 einen vorgegebenen Wert erreicht.

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2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch g ekennz eich net, daß das Löschorgan aus einem weiteren steuerbaren Gleichrichter (21) besteht, der in Kommutatorschaltung mit dem erstgenannten steuerbaren Gleichrichter (20) verbunden ist.
3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1.oder 2, dadurch g e k e η η ζ e i e h η e t, daß ein elektrisches Impedanz element (30) mit einer von der Magnetflußdiohte in dem Magnetkreis (31) abhängigen Impedanz einen veränderbaren Nebensehluß zum Unterdrücken des Durchgangs von Zündsignalen zwischen dem Impulsgenerator (26) und dem Löschorgan (21.) dient.
4. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erzeugen der Magnetflüsse so angeordnet sind, daß die entsprechend dem Peldwioklungsstrom und dem Läuferstrom erzeugten Magnetflüsse einander während des normalen Betriebs des Motor« entgegengerichtet sind.
5. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erzeugen der Magnetflüsse in dem Magnetkreis (31) aus Wicklungen (13, 18) bestehen, die durch den Läuferstrom bzw, den Feldwlcklungsstrotn erregbar sind«

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6. Steuerschaltung nach Anspruch 3 und 5, dadurch, gekennzeichnet, daß der Magnetkreis (31) aus einem Transduktor besteht, der die Wicklungen (13, 1ö) zum Erzeugen des Magnetflusses sowie eine weitere, das Impedanzelement bildende Wicklung (30) trägt.

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