DE2007704A1

DE2007704A1 - Steuerschaltung für Gleichstrommotoren

Info

Publication number: DE2007704A1
Application number: DE19702007704
Authority: DE
Inventors: Duncan Ulic Basingstoke Hampshire Thombs (Großbritannien). P H02P 5-40
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: FR2033144A5; AT297162B; CH526217A; ES376975A1; GB1251722A; NL7002824A; BE746674A; BR7017050D0; ZA701013B

Description

PATENTANWÄLTE 2UU/ /U¹I DR.-ING. RICHARD GLAWE · DIPL-ING. KLAUS DELFS · DIPL-PHyS₁DR₁WALTERMOLL MÖNCHEN HAMBURG MÖNCHEN

Θ000 München 22 ■ LiebherrtfraBe 20 · Tel. (0811) 22 65 48 2000 Hamburg 52 · WaltzitraBe 12 - Tel. (0411) 89 22 55

L	IHRENACHRICHTVOM	J	ZEICHEN	MÖNCHEN
IHR ZEICHEN		UNSER	15
		A
BETKIFFT₁

LAIiSIlTG BAGNALL LIMITED Basingstoke/England

Steuersehaltimg für Gleichstrommotoren

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung für Gleichstrommotoren, die mit einer Stroraversorgungsschaltung versehen sind, bei der ein steuerbarer Gleichrichter als Leistungsschalter zwischen dem Motor und einer Glelohspannungsquelle angeordnet ist und intermittierend leitend gemacht wird, so daß der Motor intermittierend oder pulsweise"mit Betriebsstrom versorgt wird. Diese Schaltungsart wird in großem Umfang angewendet, weil sie eine sehr wirksame Steuerung des Motors

- ¹ - 009840/1234

POSTSCHECK, HAMBURG U7607 · BANKi COMMERZBANK, HAMBURG, 33/22904 · TELEGR.ι SPECHTZIES HAMBURG bzw. SPECHTZIES MÖNCHEN

und eine ökonomische Ausnutzung der von der Spannungsquelle, üblicherweise einer Batterie, gelieferten Energie ermöglicht. Schaltungen dieser Art werden allgemein in Hubstaplern und anderen Industriefahrzeugen verwendet.

Die vorliegende Erfindung schafft, eine Sicherheitsschaltung für eine Motorsteuerschaltung des vorstehend beschriebenen Typs. Da der steuerbare Gleichrichter bei Formalbetrieb intermittierend leitend gemacht wird, ist es normalerweise unerwünscht, daß er ständig leitend ist.

W Es ist ferner unerwünscht, daß der steuerbare Gleichrichter beim Starten des Motors ununterbrochen leitend wird und bleibt. Ein solcher Zustand, in dem der steuerbare Gleichrichter ununterbrochen leitend ist, kann auftreten, obwohl üblicherweise bei derartigen Schaltungen eine Koramutatoranordnung vorgesehen ist, die normalerweise aus einem steuerbaren Hilfsgleichrichter besteht, der mittels eines Kondensators mit dem steuerbaren Hauptgleichrichter (d.h. dem als Leistungsschalter dienenden steuerbaren

fc Gleichrichter) gekoppelt ist und abwechselnd mit diesem leitend gemacht wird, so daß der leitende Zustand des einen Gleichrichters den leitenden Zustand des anderen Gleichrichters löscht und umgekehrt. Die vorliegende Erfindung schafft deshalb eine Sicherheitssohaltung, die den Betrieb des Motors verhindert, wenn der steuerbare Gleichrichter ununterbrochen leitend wird.

Eine Steuerschaltung für Gleichstrommotoren, mit

009840/1236

— 2 —

einem steuerbaren Gleichrichter, der als Leistungsschalter zwischen den Motor und eine Gleichspannungsquelle geschaltet ist, und mit Mitteln zum intermittierenden Zünden des steuerbaren Gleichrichters, so daß der Motor intermittierend mit Betriebsstrom versorgt wird, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß eine Sicherheitsschaltung vorgesehen ist mit einem elektrisch betätigbaren Schalter, der in einem Schaltzustand den Motor einschaltet und in einem anderen Schaltzustand den Motor ausschaltet, Sehaltbetätigungsmittel, die in Abhängigkeit vom leitenden Zustand des steuerbaren Gleichrichters den Schalter derart betätigen, daß dieser den Motor einschaltet, wenn der steuerbare Gleichrichter nicht leitend ist, und den Motor ausschaltet, wenn der steuerbare Gleichrichter leitend ist, und mit einer Verzögerungseinrichtung, die nach dem Eintritt des leitenden Zustandes des steuerbaren Gleichrichters die Betätigung des Schalters zum Ausschalten des Motors verzögert.

Wenn bei dieser Schaltung der steuerbare Gleichrichter leitend wird, dann kommt nach einer von der Verzögerungseinrichtung bestimmten Verzögerungszeit der elektrisch betätigbare Schalter in einen Schaltzustand, der den weiteren Betrieb des Motors verhindert. Wenn z.B. der Motor ein Nebenschlußmotor ist, kann der elektrisch betätigbare Schalter aus einem mit der "Feldwicklung des Motors in Serie liegenden Schalter bestehen.

' . - 3 - 0 0 9 8 U 0 / 12 3 U

Bei einer derartigen Anordnung wird, auch wenn in dem betreffenden Zeitpunkt ein Läuferstrom fließt, durch die fehlende Erregung der Feldwicklung bei offenem Schalter der Betrieb des Motors verhindert.

Man ernennt ohne weiteres, daß es erforderlich ist, die Betätigung des elektrisch betätigbaren Schalters zu verzögern, weil der steuerbare Gleichrichter normalerweise intermittierend leitend gemacht wird. Bei der üblichen Form einer derartigen Schaltung sind die Perioden der Leitfähigkeit des steuerbaren Gleichrichters normalerweise sehr kurz. Auf jeden EaIl ist es kein Problem, die von der Verzögerungseinrichtung bestimmte Verzögerungszeit so groß zu machen, daß der elektrisch betätigbare Schalter den Normalbetrieb des Motors nicht beeinträchtigt. Mit anderen Worten ist die von der Verzögerungseinrichtung bestimmte Verzögerungszeit beträchtlich größer als eine normale Periode der Leitfähigkeit des steuerbaren Gleichrichters.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Kondensator vorgesehen, der entsprechend der am steuerbaren Gleichrichter liegenden Spannung aufgeladen wird und einen Stromweg zum Ableiten der Ladung angeschlossen ist, und der elektrisch betätigbare Schalter wird in Übereinstimmung mit der jeweils vorhandenen Ladung des Kondensators betätigt. Beispielsweise kann der Kondensator mit dem steuerbaren Gleioh-

009840/123/*

richter über eine Blockierdiode verbunden sein, so daß er sich bis zu der Spannung auflädt, die am steuerbaren Gleichrichter liegt, wenn dieser nicht leitend ist. Die Mittel zum Schalten des Schalters in Abhängigkeit von der Ladung des Kondensators können aus einem Transistor oder einem ähnlichen elektrisch betätigbaren Schalter bestehen, der leitend wird, wenn die Ladung des Kondensators über einem vorgegebenen Wert liegt. Wenn bei dieser Schaltung der steuerbare Gleichrichter nicht leitend ist, wird der transistor leitend und kann hierdurch den Stromdurchgang durch die Spule eines Relais steuern, das

den genannten elektrisch TDetätig"baren Sehalter Mldet. Wenn dagegen der steuerbare Gleichrichter leitend ist, fließt die Ladung des KOndensators ab, und nach einer vorgegebenen Verzögerungszeit, die von der .Zeitkonstante des Kondensators und seines Ableitweges abhängt, wird der !Transistor nichtleitend, wodurch der Stromfluß durch die Relaisspule beendet und hierdurch der weitere Betrieb des Motors verhindert wird. Wie bereits angedeutet, wird die Zeitkonstante des Kondensators und seines Ableitweges groß genug gewählt, daß sie den normalen intermittierenden Betrieb des steuerbaren Gleiohrichters nicht beeinträchtigt.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, die ein Schaltschema der erfindungsgemäßen Schaltung zeigt.

009840/1-2

Die in der Zeichnung dargestellte Schaltung gibt die Hauptbestandteile einer Motorsteuersehaltung wieder, die z.B. für die Verwendung in einem Industriefahrzeug geeignet ist. Zur Vereinfachung der Beschreibung sind zahlreiche konventionelle Bestandteile weggelassen oder nur schematise!! wiedergegeben.

Die Zeichnung zeigt eine Batterie 10, die eine positive Leitung 11 und eine negative Leitung 12 versorgt. Zwischen den Leitungen 11 und 12 sind der Läufer 13 eines

» 14

ψ Nebenschlußmotors und eine Steuerschaltung für den Läuferstrom angeordnet. Die Steuerschaltung für den Läuferstrom kann verschiedene Startwiderstände und Schalter für die Steuerung des durch den Läufer fließenden Stromes enthalten. Vorzugsweise enthält sie jedoch eine Einrichtung zur impulsweisen, intermittierenden Stromversorgung des Läufers. Beispielsweise kann die Steuerschaltung für den Läuferstrom in derselben Weise ausgebildet sein, wie es nachstehend in Bezug auf die Feldwicklungen des Motors ^ beschrieben wird, und die Sicherheitsschaltung kann auch mit der Steuerschaltung für den Läuferstrom anstatt, wie beschrieben, mit der für den Feldwicklungsstrom verbuuden sein.

Die Feldwicklung 17 des Motors ist mit der Leitung Il über eine Sicherung 15 und die Schaltkontakte 16 eines Schalters (der den vorstehend erwähnten elektrisch betätigbaren Schalter bildet) verbunden. Das untere finde der FeLd-

009840/ 1234

wicklung 17 ist mit der negativen Leitung 12 über ein Thyristor 1ö -verbunden, welches den oben erwähnten, steuerbaren Gleichrichter bildet. Die Anode des Thyristors 18 ist über einen Kondensator- 19 mit einem Hilfsthyristor •verbunden, welches zusammen mit dem genannten Thyristor einen komrautierenden Kreis bildet.. Die Anode des Hilfsthyristors 20 ist mit der negativen Leitung über eine Diode 21 und eine Induktivität 22 (die übliche Bestandteile eines Kommutatorkreises bei Anordnungen dieser Art bilden) und mit dem oberen Ende der Feldwicklung 17 über einen Widerstand 23 verbunden.

Während des Normalbetriebes des Motors werden die Thyristore 1cJ und 20 (in üblicher Weise) abwechselnd leitend gemacht durch abwechselnde Zündirapulse, die von einem Impulserzeuger 24 geliefert werden. Eine zur Feldwicklung 17 parallel liegende Diode 25 bildet in üblicher Weise einen Freilauf-Hebenschluß, durch den der Strom in dem Feldwicklungsstromkreis des Motors in den Perioden zwischen den Leitfähigkeitsperioden des Thyristors 18 flies-' sen kann. . ·

Die so weit beschriebene Steuerschaltung für den Motor ist - mit Ausnahme des Schalters 16 - allgemein bekannt. Sie enthält normalerweise ein Rückkopplungsglied, welches auf den Läuferstrom und/oder den Feldstrom anspricht und die Frequenz oder Dauer der von dem Impulserzeuger 24 gelieferten Impulse steuert. Eine für diesen

009840/12 3 4

Zweck geeignete Rucfckopplu.ngssch.altu.ng ist beispielsweise in der britischen Patentschrift No. 1 136 253 beschrieben.

Die Ausbildung der übrigen Teile der Schaltung ergibt sich ohne weiteres aus der folgenden Beschreibung ihrer Wirkungsweise.

Wenn ein Zündschloßschalter 26 und, falls vorgesehen, ein weiterer, von der Hand- oder Fußbremse des Fahrzeugs betätigter Schalter 27 geschlossen sind, wird die Batte-

ϊ" riespannung einer Leitung 28 zugeführt, von der ein Strom über eine Diode 29 und einen Widerstand 30 durch die Feldwicklung 17 zur Kommutatorschaltung fließt. Falls das Thyristor 18 nicht leitend ist, lädt sich der Kondensator 29 exponentiell bis zur Batteriespannung auf, und zwar über das Thyristor 20, welches mittels eines Widerstandes 43 leitend gemacht wird. Die Spannung an der Anode des Thyristors 18 steigt an, und Strom fließt durch eine Diode 21 und lädt einen zwischen der Kathode der Diode 31 und der negativen Leitung 12 liegenden Kondensator 32

™ auf. Das Potential am Verbindungspunkt 33 zwischen dem Kondensator 32 und der Diode 31 steigt exponentiell an, bis es einen Wert erreicht, der über dem der Leitung 12 liegt und größer ist als die Durchbruchspannung einer Zenerdiode 34. Die Zenerdiode 1st über einen Widerstand 35 mit der Basis eines Transistors 36 gekoppelt, dessen Kollektor über einen Widerstand 37 mit der Leitung 28 und dessen Basis über einen Widerstand 38 mit der nega-

009840/ 1234

tivea Leitung 12 -verbanden ist. Wenn das Potential am Punkt 33 den oben erwähnten Wert erreicht, fließt Strom durch den Widerstand 35 und macht den Transistor 36 leitend. Es fließt dann Strom durch den Widerstand 37 und den Kollektoremitterweg des Transistors 36 zur Basis eines Transistors 39, dessen Emitter mit der negativen Leitung 12 verbunden ist und dessen Kollektor über die Spule 16a des Kontaktrelais 16 an die Leitung 28 gekoppelt ist. Eine Diode 40 ist parallel zu der Spule 16a vorgesehen, um einen i*r ei lauf weg für die in der Spule induktiv gespeicherte Energie zu bilden, wenn "der Schalter 16 offen ist. Der Widerstand 38 stabilisiert das Potential an der Basis des Transistors 36.

Solange die Thyristorsteuerung normal arbeitet, mit abwechselnden Perioden der Leitfähigkeit der Thyristore 18 und 20, wird der Kondensator 32 während jeder Periode, in der das Thyristor 18 nicht leitend ist, aufgeladen. Wenn das Thyristor'18 leitend ist, entlädt sich der Kondensator durch die Zenerdiode 34, die Widerstände 35 und 38 und die Transistoren 36 und 39. Es ist zu beachten, daß die Diode- 31 eine Entladung des Kondensators 32 über das Thyristor 18 verhindert. Normalerweise ist deshalb die Durchschnittsspannung am Punkt 33 bestimmt_sdurch das Impulsbreitehverhältnis und die Frequenz der Leitfähigkeitsperioden des Thyristors 18. Wenn der Anteil der Perioden, in denen das Thyristor 18 leitend ist, zu groß wird oder wenn die Kommutatorschaltung nicht mehr ein-

009840/.1234

wandfrei arbeitet oder wenn aus einem anderen Grund aas Thyristor 18 ununterbrochen leitend wird, fällt die Spannung am Punkt 33 unter die Durchbruchsspannung der Zenerdiode 34 ab, wodurch die Transistoren 36 und 39 gesperrt werden und die Spule 16a des Kontaktrelais apannungslos wird. Der Kontakt 16 wird hierdurch geöffnet, die Feldwicklung 17 wird stromlos und der Motor hört auf zu arbeiten.

Um ein Mittel vorzusehen, mit dem Wirkung des Thyristors 16 bezüglich der Steuerung des Stromflusses durch die Relaisspule 16a ausgeschaltet werden kann, ist ein Schalter 41 in Serie mit einer Diode 42 zwischen dem gemeinsamen Punkt des Widerstandes 30 und der Feldwicklung-IT und dem Punkt 33 angeordnet. Wenn der Schalter 41 geschlossen ist, bleibt der Kondensator 32 ausreichend geladen,, um die Transistoren 36 und 39 leitend zu halten. Die Relaisspule 16a bleibt infolgedessen erregt, unabhängig von dem Leitfähigkeitszustand des Thyristors 1t3. Der Schalter 41 kann ein Mikroschalter sein, der durch ein von Hand steuerbares Organ an dem Fahrzeug betätigbar ist.

10 -

009840/12!U

Claims

Pa t e η t a η s ρ r ü c h e

1.j Steuerschaltung für Gleichstrommotoren, mit einem steuerbaren Gleichrichter, der als Iieistungschalter zwischen dem Motor und eine Gleichspannungsquelle geschaltet ist und mit Mitteln zum intermittierenden Zünden des steuerbaren Gleichrichters, so daß der Motor intermittierend mit Betriebsstrora -versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sicherungsschaltung vorgesehen ist mit einem elektrisch betätigbaren Schalter (16), der in einem Schaltzustand den Motor einschaltet und in einem anderen Schaltzustand den Motor ausschaltet, Schaltbetätigungsmitteln (16a), die in Abhängigkeit vom Leitfähigkeitszustand des steuerbaren Gleichrichters (18) den Schalter (16) derart betätigen, daß dieser den Motor einschaltet, wenn der steuerbare Gleichrichter (18) nicht leitend ist, und den Motor ausschaltet, wenn der steuerbare Gleichrichter leitend ist, und eine Verzögerungseinrichtung (32, 34, 35, 38), die

_ ., _ 009840/1234

, nach dem Eintritt des leitenden Zustandes des steuerbaren Gleichrichters (18) die Betätigung des Schalters (16) zum Ausschalten des Motors verzögert.

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein Nebenschlußmotor ist und der elektrisch betätigbare Schalter (16) in Serie zu einer Feldwicklung (17) des Motors liegt.

3. Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

L gekennzeichnet, daß ein Kondensator (32) vorgesehen ist, der sich entsprechend der am steuerbaren Gleichrichter (18) liegenden Spannung auflädt, und daß ein Ableitweg (34i 35, 38) für die Ladung des Kondensators (32) und auf die Ladung des Kondeneators (32) ansprechende Mittel (36, 39» 16a) zum Betätigen des elektrisch betätigbaren Schalters (16) in Übereinstimmung mit dem Ladungszustand des Kondensators vorgesehen sind.

4. Steuerschaltung nach Anspruch 3» dadurch g e " kennzeichnet, daß der Kondensator (32) mit dem steuerbaren Gleichrichter (18) über eine Blookierdiode (31) verbunden ist, so daß er ßich bis zu der am steuerbaren Gleichrichter liegenden Spannung auflädt, wenn der steuerbare Gleichrichter nicht leitend ist,

5. Steuerschaltung nach Anspruch 3 oder 4» dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Ladungszu-

0098A0/123A — 2 —

stand des Kondensators (32) ansprechenden Mittel einen weiteren, elektrisch betätigbaren Schalter (36) umfassen, der im leitenden Zustand den Stromfluß durch die Spule (16a) eines Relais gestattet, das den erstgenannten elektrisch betätigbaren Schalter (16) bildet.

6. Steuersohaltung nach einem der Ansprüche 3 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausschalten der Wirkung des steuerbaren Gleichrichters (18) bezüglich der Betätigung des erstgenannten elektrisch betätigbaren Schalters (16) ein Schalter (41) vorgesehen ist, durch dessen Betätigung die ladung des Kondensators (32) gehalten werden kann.

0 0 9 8 /₊ 0 / 1 2 3 4

Le e rs eι te