DE2018768A1

DE2018768A1 - Schaltungsanordnung für einen elektrischen Antriebsmotor

Info

Publication number: DE2018768A1
Application number: DE19702018768
Authority: DE
Inventors: Lalan G.; Mills John M.; Pittsburgh Pa. Miller (V.St.A.)
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1969-04-21
Filing date: 1970-04-18
Publication date: 1970-11-05
Also published as: GB1253776A; ES378477A1; BE749228A; FR2046298A5

Description

DiPL-ING. KLAUS N EU BECKER

Patentanwalt
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20187

Düsseldorf, 17. April 1970

38,534
7034

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

Schaltungsanordnung für einen elektrischen Antriebsmotor

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuerungssystem für Fahrzeugantriebsmotoren mit einem als Unterbrecher arbeitenden Stromregler und Schaltsystemen zur Schaltung des Motors und des Stromreglers für Motor- oder aber Bremsbetrieb.

Die Natur der Spannungen und Ströme, die in den von Gleichstromunterbrechern gesteuerten, den Hauptstrom führenden Motor- oder Bremsstromkreisen von Antriebsmotoren auftreten, ist derart, daß an Schaltkontakten, die unmittelbar an der Umschaltung von Motor auf Bremsbetrieb und umgekehrt beteiligt sind, eine Funken- und/ oder Lichtbogenbildung auftreten kann. Solche zerstörenden Wirkungen können gerade vor Herstellung des Kontaktes und bei Kontaktunterbrechung auftreten.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist in erster Linie die Schaffung eines Steuersystems für Antriebsmotoren, bei dem die Vorteile von mit Gleichstromunterbrechern arbeitenden Steueranordnungen voll ausgenutzt werden.

* Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Schaltungsanordnung für einen elektrischen Antriebsmotor, mit einem als Unterbrecher arbeitenden, In Abhängigkeit flen^^n/tuprcjohenden EIN- und AUS-Signalen aus

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einem EIN-Schaltzustand in einen AUS-SchaItzustand und umgekehrt überführbaren Stromregler, einem 1. Schalter zur Schaltung des Motors und des Stromreglers für Motorbetrieb, wobei der Stromregler den Motorstrom steuert, einem 2. Schalter zur Schaltung des Motors, eines Widerstandes und des Stromreglers für elektrischen Widerstandsbremsbetrieb , wobei der Stromregler den Bremsstrom steuert, einem zur Abgabe eines EIN-Signals an den Stromregler in Abhängigkeit von einem Öffnungssignal geeigneten EIN-Signalkreis, einem 3. und einem 4. Schalter, die in einem Kreis angeordnet sind, der im EIN-Zustand sowohl des 3. als auch des 4. Schalters ein Öffnungssignal an den EIN-Signalkreis abgibt, sowie mit einem 5. und einem 6. Schalter, die in einem Kreis angeordnet sind, der im EIN-Zustand sowohl des 5. als auch des 6. Schalters ein Öffnungssignal an den EIN-Signalkreis abgibt, erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine in einer 1. und einer 2. Betriebsart arbeitende Steuereinrichtung, auf die alle Schalter ansprechen, sowie eine auf den Übergang der Steuereinrichtung von der einen Betriebsart auf die andere Betriebsart und umgekehrt ansprechende Steuereinheit, die in Abhängigkeit von dem Übergang der Steuereinrichtung von ihrer 1. Betriebsart auf ihre 2. Betriebsart den 1., 5. und 6, Schalter aus dem EIN- in den AUS-Zustand und den 2., 3. und 4. Schalter aus dem AUS- in den EIN-Zustand in einer Reihenfolge überführt, bei der das Öffnungssignal vor Öffnung des 1. Schalters gesperrt und vor Schließung des 2. Schalters wieder angelegt wird, die in Abhängigkeit von dem Übergang der Steuereinrichtung von ihrer 2. Betriebsart auf ihre 1. Betriebsart dagegen den 1., 5. und 6. Schalter aus dem AUS- in den EIN-Zustand und den 2., 3, und 4. Schalter aus dem EIN- in den AUS-Zustand in einer Reihenfolge überführt, bei der das Öffnungssignal vor Öffnung des 2. Schalters gesperrt und vor Schließung des 1, Schalters wieder angelegt wird.

Die Erfindung wird nachstehend zusammen mi.t weiteren Merkmalen anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der.zugehörigen Zeichnung erläutert, die ein Schaltbild eines.bevorzugten, Ausführungsbeispiels der Erfindung bei Verwendung für ein Fahrzeugantriebsmotorsystem zeigt. . ; ;, ;. «??;-.*-"

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Im einzelnen sind in der Zeichnung Motoren Ml, M2, M3 und M4 mit zugehörigen Feldwicklungen Fl, F2, F3 bzw. F4 zu erkennen. Die Läufer der Motoren sind mit Antriebsachsen 10, 12, 14 bzw. 16 eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Schnellverkehrtriebwagens,gekoppelt. Mit 20 ist allgemein ein als Unterbrecher arbeitender Stromregler mit zur elektrischen Widerstandsbremsung dienenden Widerständen 22 und 24 bezeichnet, dem eine Drossel 26 vorgeschaltet ist.

Die vorstehend erwähnten Elemente sind mittels Kontaktsätzen Al - 6 eines Relais A für Motor- oder Bremsbetrieb miteinander verbindbar. Das Relais A ist außerdem mit Kontaktsätzen A7 und A8 versehen, deren Wirkungsweise weiter unten beschrieben wird. | Gemäß der Zeichnung befindet sich das Relais A im unerregten Zustand, so daß die Kontakte Al, A2, A3, A7 und A9 geöffnet, die Kontakte A4, A5, A6 und A8 dagegen geschlossen sind.

Bei geschlossenen Kontaktsätzen A4, A5 und A6 sind die Motoren für Bremsbetrieb geschaltet. Der dabei gebildete Bremskreis besteht aus zwei Stromkreisen mit jeweils zwei Ankern von zwei der Motoren und den Feldwicklungen der beiden anderen Motoren.sowie einem den verhältnismäßig großen Widerstand 22 und den verhältnismäßig kleinen Widerstand 24 enthaltenden gemeinsamen Zweig. Im Bremszustand werden die Motoren von dem Fahrzeug als Generatoren angetrieben, die die beiden Stromkreise und die Bremswiderstände mit Strom speisen. Die Bremswirkung wird von dem Motorstrom be- % stimmt, und die Bremsenergie wird in den Widerständen vernichtet.

Der als Unterbrecher arbeitende Stromregler 2O ist parallel zu dem Widerstand 22 geschaltet, so daß dieser im stromführenden Zustand des Stromreglers 20 überbrückt, im nichtstromführenden Zustand des Stromreglers 2O dagegen in den Stromkreis eingeschaltet wird. Der mittlere Bremsstrom und damit die Bremswirkung werden durch das zeitliche Verhältnis zwischen den Perioden, in denen der Stromreglfer stromführend ist, und den Perioden, während der der Stromregler keinen Strom führt,bestimmt.

Bei Erregung des Relais A öffnen die Kontaktsätze A4, A5 und A6,

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so daß der Bremskreis geöffnet wird, während die Kontakte Al, A2 und A3 in den geschlossenen Zustand übergehen und auf Motorbetrieb umschalten. In diesem Fall liegen die Motoren Ml und M2 in Reihe mit ihren Feldwicklungen Fl und F2, während die Motoren M3 und M4 in Reihe mit ihren Feldwicklungen F3 und F4 liegen. Die beiden Reihenschaltungen sind dann zueinander parallel geschaltet. Der Stromregler 20 liegt mit den Motoren zwischen einer Stromversorgungsleitung 30 und einer weiteren Stromversorgungsleitung 32 oder Erde in Reihe. Der Stromregler 20 kann somit den den Motoren zugeführten Strom wirksam beeinflussen. Im Motorbetrieb liegt die Drossel 26 in Reihe mit dem Stromregler 20 und den Motoren und sorgt so für eine Glättung des Motorstroms. Über den Kontaktsatz A2 ist eine Diode 28 parallel zu den Motoren und der Drossel 26 geschaltet, die für die bekannte Frei laufsfunktion sorgt.

Grundsätzlich handelt es sich bei dem als Unterbrecher arbeitenden Stromregler um einen rasch ein- und ausgeschalteten (geschlossenen und geöffneten) Schalter. Durch Verwendung eines solchen Stromreglers als Steuereinrichtung kann der Strom in dem zugehörigen Stromkreis durch Einstellung des Verhältnisses der EIN-Zeit zur AUS-Zeit des Stromreglers gesteuert werden, d. h., der mittlere Strom in einer Leitung kann durch Einschaltung eines als Unterbrecher arbeitenden Stromreglers in diese Leitung und durch Bestimmung des Verhältnisses zwischen der Dauer aufeinanderfolgender EIN- und AUS-Perioden des Reglers bestimmt werden.

Der spezielle, in Verbindung mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erläuterte Stromregler 20 ist mit Anschlüssen 34 und 36 versehen und weist ferner einen Thyristor 38 auf, der im eingeschalteten Zustand Hauptlaststrom zwischen den Anschlüssen 34 und 36 führt. Parallel zu dem Thyristor 38 ist ein allgemein mit 39 bezeichneter Umschaltkreis zur Umschaltung oder Sperrung des Thyristors 38 in Abhängigkeit von einem dem Stromregler zugeführten AUS-Slgnal geschaltet. Der Umschaltkreis 39 weist Thyristoren 40 und 42, einen Kondensator 44 sowie eine Drossel 46 auf, wobei diese Elemente in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise miteinander verbunden sind. In Reihe mit der Kathode des Thyristors liegt eine Schutzdrossei 47, die zum Schutz des Thyristors 40 dient,

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Der Stromregler ist mit Steuereingängen 48 und 50 versehen, die über einen Impulstransformator 52 bzw. 54 mit den Gate-Elektroden der Thyristoren 40 bzw. 42 in Verbindung stehen. Der Steuereingang 48 steht außerdem mit der Gate-Elektrode des Thyristors 38 in Verbindung, wobei die zugehörige Sekundärwicklung jedoch von der der Gate-Elektrode des Thyristors -42 zugeordneten Sekundärwicklung getrennt ist. Die Gate-Kreise der Thyristoren sind vereinfacht dargestellt, so daß Schutz- und Steueranschlüsse für die Thyristorkathoden nicht gezeigt sind. Ähnlich sind für die Ein- bzw. Ausgänge der Transformatoren 52 und 54 sowie die weiter unten beschriebenen Schaltungen für die Zufuhr der EIN- und AUS-Impulse zu dem Stromregler 20 symbolisch i nur Einzelleitungen verwendet worden.

Zur untersuchung des Betriebes des Stromreglers 20 selbst sei angenommen, daß die Anschlüsse 34 und 36 stromführend sind. Um den Stromregler ingangzusetzen, wird zunächst der Thyristor 40 mittels eines seiner Gate-Elektrode zugeführten Impulse gezündet,, so daß sich der Kondensator 44 über den Thyristor 40 mit der den Anschlüssen 34 und 36 des Stromreglers zugeführten Energie auflädt. Wenn sich der Kondensator 44 aufgeladen hat, geht der Strom des Thyristor» 40 durch Null, so daß dieser Thyristor sperrt. Der Stromregler ist dann betriebsbereit und wird durch gleichzeitige Zündung: der Thyristoren 38 .und 42 mittels den Gate-Elektroden zugefithrter j Signale eingeschaltet. Das hat zweierlei Reaktionen zur Folge., Einmal wird; der Stromkreis des Motors (für Brems- oder Motorbetrieb) über den Thyristor 40 geschlossen. Gleichzeitig wird! ein; aus dem Kondensator 44 und der Drossel 46 bestehender Schwingkreis gebildet. Der Strom fließt von dem Kondensator durch den Thyristor 3Φ zu der Drossel 4® und sodann von der Drossel 46 durch den Thyristor 42; »urtiek zm dem Kondensator,, wobei die Spannung des Kondensators dann umgekehrt wird. Der Thyristor 42 sperrt, wenn <§·*? ihn durchfließende Strom durch Null geht. Der Thyristor 38 bleibt stromführend ^EIN)* Der Strorareg;ler befindet sich dann in EIBP-* σ&»χ· leitenden ZustttBd^ wobei im wesentlichem der volle

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Um den Stromregler zu sperren, wird der Thyristor 40 wieder eingeschaltet, so daß der Thyristor 38 mit der umgekehrten Ladung des Kondensators 44 als negativer Vorspannung beaufschlagt wird und damit sperrt. Dadurch wird der Stromregler 20 gesperrt. Der Kondensator 44 wird wiederum von dem Motorstromkreis aus über den Thyristor 40 aufgeladen. Durch entsprechende Steuerung der den Thyristoren 38, 40 und 42 zugeführten Gate-Impulse kann der Stromregler 20 in aufeinanderfolgenden Intervallen rasch ein- und ausgeschaltet werden, so daß sich eine gewünschte mittlere EIN-Schaltzeit und damit die gewünschte Steuerung des Stromkreises (sowohl für Brems- als auch für Motorbetrieb) ergibt.

Wenn der Motorkreis auf Motorbetrieb geschaltet ist (Relais A erregt) und über die Leitungen 30 und 32 Energie zugeführt wird, so kann der mittlere Motorstrom durch Einstellung des Ein-/Aus-Zeitverhältnisses des Stromreglers, d. h. Einstellung des Verhältnisses von EIN-Zeit zu AUS-Zeit, gesteuert werden. Wenn sich der Stromregler 20 im EIN-Zustand befindet, liegt die Diode 28 bezüglich der Versorgungsspannung in Sperrichtung, so daß sie von keinem Strom durchflossen wird. Befindet sich der Stromregler dagegen im AUS-Zustand, so vervollständigt die Diode 28 in Verbindung mit den Motoren und der Drossel 26 einen Strompfad für den induktiven Motorstrom, so daß der Motorstrom mit einer durch die Stromkreiskonstanten bestimmten Geschwindigkeit abfällt.

Zur Steuerung des mittleren Motorstroms sowohl für Brems- als auch für Motorbetrieb kann die Steuerung des Zeitverhältnisses für den? Stromregler auf unterschiedliche Weise erfolgen. Die Zeitverhältnis-Steuerung, d. h. die Steuerung des Verhältnisses zwischen der Länge der EIN-Perioden zur Länge der AUS-Perioden, kann erfolgen, indem a) Ausgangs impulse konstanter Frequenz (EIN-Perioden) zugeführt werden,, wobei dann entweder die Vorder- oder die Hückflanken der EIN-lmpulse oder beide Planken verschoben werden» indem b) die Frequenz; der EIK-Perioden konstanter Länge verändert wird oder indem c) die Dauer de? EIN- und der AüS-Perloden je nach Bedarf verändert wird;* Das Ver-Zahren aOk ist als; Impulsbreitenmodulation, d&s Verfahren &Ϊ als Steuerung mit veränderlicher Frequenz unä das Verfahren, c$_r das= einige CharakterIstika der beiden Verfahren m) und b% besitzt_Jf als

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Welligkeitssteuerung bekannt. Eine solche Welligkeitssteuerung eines ähnlichen als Unterbrecher arbeitenden Stromreglers ist in Verbindung mit ähnlichen Stromkreisen in der Offenlegungsschrift 1 910 667 beschrieben. Die vorliegende Erfindung kann mit jedem zur Steuerung des Zeitverhältnisses geeigneten Verfahren verwirklicht werden, jedoch arbeitet das hier beschriebene spezielle Ausführungsbeispiel mit Impulsbreitenmodulation durch Steuerung der Anstiegsflanke von Ausgangsimpulsen des Stromreglers (EIN-Perioden) konstanter Frequenz. .

Ein mit Einzellinien angedeuteter, allgemein mit 56 bezeichneter Steuerkreis erzeugt Steuersignale für die Impulsbreitenmodulation entsprechend Befehlen, die eine gewünschte Brems- oder Motor- ä leistung repräsentieren. Der Steuerkreis 56 weist zwei Kanäle 58 und 60 auf, die von einem gemeinsamen Impulsgenerator 62, beispielsweise einem geeigneten Rechteckwellengenerator, aus mit Impulsen P konstanter Frequenz gespeist werden. Die Frequenz oder Wiederholungshäufigkeit der Impulse P kann beispielsweise 200/sec betragen. Zu dem Kanal 60 gehört ein Impulsformer 64 mit einer Ausgangsleitung 66, über die AUS-Impulse Pf an den AUS-Steuerein— gang 50 des Stromreglers 20 gelangen. Der Kanal 56 weist ein Gatter 68, eine Phasensteuereinheit 70, einen Impulsformer 72 und eine Ausgangsleitung 74 auf, über die EIN-Impulse Pn zu dem ."EIN-Steuereingang 48 des Stromreglers 20 gelangen. Die Impulse Pn und Pf besitzen die gleiche Form und Frequenz, jedoch ist ihre gegenseitige Phasenlage über die Phasensteuereinheit 70 einstellbar, " die beispielsweise von einer verstellbaren Verzögerungseinheit, die mittels über eine Steuerleitung 76 zugeführter Signale gesteuert werden kann, gebildet ist.

Wie vorstehend erwähnt, dauert die Zeit, für die der Stromregler 20 sich im EIN-Zustand befindet, von dem Zeitpunkt, zu dem ein EIN-Signal zu dem Steuereingang 48 gelangt, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Steuereingang 50 von einem AUS-Signal beaufschlagt wird. Wie daraus ersichtlich, kann die Dauer, für die der Stromregler eingeschaltet ist, durch Veränderung der gegenseitigen Phasenlage der EIN-Impulse Pn und der AUS-Impulse Pf geändert und damit der mittlere Strom des Motorkreises für ii.otor^_T.₄od,er. Bremsbetrieb je

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- 8 nach Bedarf gesteuert werden.

Das Gatter 68 ist mit einem¹ Steuereingang 78 versehen, über den es mittels geeigneter Impulse geöffnet bzw. geschlossen werden kann. Im geöffneten Zustand läßt das Gatter 68 Impulse von dem Impulsgenerator 62 zu der Phasensteuereinheit 70 durch, während solche Impulse im gesperrten Zustand des Gatters 68 unterdrückt werden, so daß die Impulse P des Generators 62 die Phasensteuereinheit 70 nicht erreichen können.

Als Phasensteuereinheit 70 kann jede geeignete Schaltungsanordnung dienen, mit deren Hilfe sich die Phasenlage der Impulse Pn des Kanals 58 gegenüber den Impulsen Pf des Kanals 60 in Abhängigkeit von geeigneten, der Steuerleitung 76 zugeführten Impulsen beeinflussen läßt. Die Phasensteuereinheit 70 ist beispielsweise als in Abhängigkeit von eintreffenden Signalen einstellbare Verzögerungsstufe wiedergegeben, die dadurch durchlaufende Impulse entsprechend dem Wert eines über die Steuerleitung zugeführten Steuersignals verzögert. Die Steuerleitung 76 liegt an dem Ausgang eines Fehlergenerators oder Komparators 80, der ein Ausgangssignal erzeugt, das eine Funktion der Differenz zwischen den entsprechenden, den Eingangsleitungen 82 und 84 des Komparators 80 zugeführten Eingangssignalen ist. Der Komparator 80 kann beispielsweise von einer Summiereinheit wie einem Rechenverstärker a\ gebildet sein, die über die Steuerleitung 70 ein Signal abgibt, das der Differenz zwischen den entsprechenden Eingangsleitungen 82 und 84 zugeführten Signalen proportional ist. Mittels einer eine einstellbare Bezugssignalquelle 86, die Bestandteil eines automatischen Systems wie eines Fahrzeugsteuerungssystems oder manuell einstellbar sein kann, aufweisenden Anordnung werden der Eingangsleitung 82 Signale zugeführt, die den für den Motoroder Bremsbetrieb gewünschten (vorgeschriebenen) Motorstrom repräsentieren. Das von der Bezugssignalquelle 86 zugeführte Steuersignal kann eine Spannung oder ein Strom sein, deren bzw. dessen Größe die Antriebs- oder Brems leistung repräsentiert, die zur Erzielung eines bestimmten Beschleunigungs- oder Verzögerungswertes erforderlich ist. Fahrgeschwindigkeit und Bremsung sowie Beschleunigung und Verzögerung des Fahrzeuges werden daher durch

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Einstellung der Größe des von der Bezugssignalquelle 86 abgegebenen Steuersignals bestimmt.

Das Steuersignal kann sich abrupt ändern, um den Beschleunigungs-•wert zu ändern oder von Beschleunigung auf Verzögerung umzuschalten, und da das hier beschriebene Motorsteuersystem dem Steuersignal nahezu augenblicklich folgen kann, muß die Änderungsgeschwindigkeit des Steuersignals auf einen im Hinblick auf die Sicherheit und Bequemlichkeit der Fahrgäste annehmbaren Wert begrenzt werden. Zu diesem Zweck kann das von der Bezugssignalquelle 86 gelieferte Steuersignal der Einwirkung einer Stoßbegrenzungsschaltung 88 ausgesetzt werden. Diese Stoßbegrenzungsschaltung kann jeden beliebigen Aufbau haben, mit dessen Hilfe die Änderungsgeschwindigkeit des Steuersignals auf einem annehmbaren Wert gehalten und ein das so beeinflußte Steuersignal repräsentierendes Ausgangssignal abgegeben werden kann. Dafür läßt sich jede geeignete Schaltung einsetzen, vorzugsweise kann jedoch von einer Stoßbegrenzungsschaltung Gebrauch gemacht werden, wie sie in der Offenlegungsschrift 1 910 669 beschrieben ist.

Da ferner die notwendige Antriebs- oder Bremsleistung für einen gewünschten Beschleunigungs- oder Verzögerungswert von dem Gewicht des Fahrzeugs abhängig ist, ist es auch wünschenswert, das Steuersignal zusätzlich so zu beeinflussen, daß tatsächlich der Motorstrom aufrechterhalten wird, der erforderlich ist, um für eine bestimmte Belastung zu einer bestimmten Zeit den gewünschten Beschleunigungs- oder Verzögerui&wert zu erhalten. Das von der Bezugssignalquelle 86 abgegebene Steuersignal kann daher weiterhin von einer Lastwägungsschaltung 90 beeinflußt werden, die das Gewfcht des Fahrzeuges ermittelt und das Steuersignal entsprechend modifiziert. Solche Schaltungen gehören zum Stand der Technik, jedoch eignet sich für die vorliegende Art eines Steuersystems besonders eine Lastwägungsschaltung entsprechend der Offenlegungsschrift 1 910 668, Das von der Bezugssignalquelle 86 abgegebene und durch die Schaltungen 88 und 90 modifizierte Signal gelangt somit als Steuersignal zu der Eingangsleitung 82 des Komparators 8O₁ das den Motorstrom repräsentiert, der erforderlich ist, um die von dem Befehlseignal der Bezugssignalquelle 86 bestimmte Be-

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schleunigung oder Verzögerung zu erhalten. Praktisch handelt es sich bei dem Signal der Eingangsleitung 82 damit um ein Netto-Steuersignal, das die gewünschte Antriebs- oder Bremsleistung repräsentiert.

Dem Komparator wird ein dem tatsächlichen Motorstrom proportionales Signal zugeführt und dann mit dem den Soll-Motorstrom repräsentierenden Signal der Eingangsleitung 82 verglichen. Das den tatsächlichen oder Ist-Motorstrom repräsentierende Signal wird von einem in den Motorkreis geschalteten geeigneten Stromfühler 91 abgenommen und dem Komparator 80- über eine Eingangsleitung 84 zugeführt. Zur Bildung eines dem Motorstrom proportionalen Signais kann jede geeignete Schaltung Verwendung finden, wobei dafür eine besonders geeignete Möglichkeit in der bereits erwähnten Offenlegungsschrift 1 910 667 beschrieben ist. Der Komparator 80 gibt über die Leitung 76 ein Ausgangssignal ab, das der Differenz zwischen dem Soll-Motorstrom und dem Ist-Motorstrom proportional ist. Das Komparator-Ausgangssignal der Leitung 76 ist somit repräsentativ für Betrag und Vorzeichen der Soll-/Istwert-Abweichung des Motorstromes. Das Ausgangssignal der Leitung 76 beaufschlagt die Phasensteuereinheit 70 und sorgt so für eine Verstellung der Verzögerung und damit für eine Einstellung der relativen Phasenlage zwischen den Impulsen Pn und Pf entsprechend Vorzeichen und Betrag der ermittelten Differenz, so daß der Motorstrom eine der Abweichung entsprechende Erhöhung oder Verringerung erfährt.

Die Impulsformer 64 und 72 formen die Impulse so um, daß damit die Thyristoren des Stromreglers 20 gezündet werden können. Dabei können die Impulsformer beispielsweise als Differentiierglieder ausgebildet sein.

Um sicherzustellen, daß der Stromregler 20 sich im gesperrten Zustand befindet, bevor der Motorkreis von Motorbetrieb auf Bremsbetrieb, (oder umgekehrt) umgeschaltet wird, und daß der Stromregler 20 auch im ÄUS-Zustand gehalten wird, bis der Motorkreis auf die jeweils andere Betriebsart umgeschaltet worden ist, wird das Gatter 68 in geeigneten Zeitabständen geschlossen, um die EIN-Impulse zu unterdrücken, die sonst zu dem Steuereingang 50 des

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Stromreglers gelangen würden.

Der Zustand des Gatters 68 wird durch eine Schaltungsanordnung mit den Kontaktsätzen AS und A9 des Relais A, Kontaktsätzen Bl und B2 eines Relais B sowie Kontaktsätzen Cl und C2 eines Relais C gesteuert. Das Relais B, das durch Schließung eines Schalters S erregt wird, weist weitere Kontaktsätze B3 und B4 auf. Im entregten (gezeigten) Zustand des Relais B sind die Kontakte Bl geschlossen, während die Kontakte B2, B3 und B4 geöffnet sind. Bei Erregung des Relais B stellt sich der umgekehrte Zustand ein. Wenn auf Bremsbetrieb umgeschaltet werden soll, wird der Schalter S in die mit der Zeichnung gezeigte offene Stellung überführt. Wenn dagegen im Motorbetrieb gefahren werden soll, wird der Schalter S " geschlossen und somit das Relais B erregt. Der Schalter S kann durchein automatisches Fahrzeugsteuerungssystem oder manuell betätigt werden. Die Kontakte Cl undC2 befinden sich bei Entregung des Relais im (gezeigten) geöffneten Zustand.

Das Gatter 68 wird jedesmal geöffnet, wenn seinem Steuereingang 78 von einer Spannungsquelle 92 aus ein Öffnungssignal zugeführt wird. Dies erfolgt jedesmal dann, wenn der Strompfad zwischen der Signalquelle 92 und dem Steuereingang 78 geschlossen wird. Wie mit der Zeichnung veranschaulicht, können zwei Strombahnen zwischen der Spannungsquelle 92 und dem Steuereingang 78 des Gatters 68 gebildet werden. Der eine Strompfad verläuft dabei über die im ä geschlossenen Zustand befindlichen Kontakte A8 und Bl, während der andere Strompfad über die im geschlossenen Zustand befindlichen Kontakte Cl, B2 und A9 verläuft.

Wie die Zeichnung zeigt, wird das Relais A erregt, wenn der Kontaktsatz B4 geschlossen ist,und das Relais C wird erfegt, wenn beide Kontaktsätze A7 und B3 geschlossen sind. Somit wird das Relais A in Abhängigkeit von dem Relais B nach dessen Einschaltung" erregt, während das Relais C in Abhängigkeit von dem Relais Av nach dessen Einschaltung erregt wird. . -

Das Relais A ist so angeordnet, daß die Kontaktsätze AIj- A2 und* A3 vor dem Kontaktsatz A9 schließen, d. h. die Schließung desiKontakt-

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satzes A9 ist gegenüber der Schließung der Kontakte A1,A2 und A3 verzögert. In gleicher Weise wird die Schließung des Kontaktsatzes Cl gegenüber der Schließung der Kontaktsätze C2 verzögert. Die Möglichkeiten, um einen Relaiskontaktsatz gegenüber einem anderen Kontaktsatz des gleichen Relais zu verzögern, sind allgemein bekannt und bedürfen daher keiner weiteren Erläuterung.

Von dem geschlossenen Kontaktsatz C2 wird über einen an einem Leitungsdraht 96 angreifenden Abnehmer 94 Strom an den Motorkreis geliefert, wenn dieser über die Kontakte Al, A2 und A3 auf Motorbetrieb geschaltet ist. Das Relais C ist als Sicherheitsrelais mit einem Überstromauslöser OL ausgebildet, der die Kontakte des Relais C bei Überlastung der Stromversorgungsleitung 30 öffnet. Der Überstromauslöser weist ein auf Überstrom ansprechendes Relais 98 auf, das mit einem verriegelbaren Glied 100 gekoppelt ist, das die Kontakte C2 und Cl beim Auftreten einer Überlastung in der Leitung 30 öffnet. Das Glied 100 öffnet ferner beim Auftreten einer Überlastung den Kontaktsatz OLl, der dann die Versorgungsleitung des Relais C unterbricht, sowie den Kontaktsatz 0L2, der die Ausgangsleitung der Spannungsquelle 92 öffnet. Das Glied 100 hat eine entriegelbare Klinke 102, mit deren Hilfe das Glied 100 beim Auftreten einer Überlastung in der Überlastungsstellung fixiert werden kann. Die Klinke 102 kann von Hand oder automatisch freigegeben werden, um den Überstromauslöser in seine (gezeigte) normale Stellung zurückzubringen, nachdem die Überlastung beseitigt worden ist. Relais mit in Reihe geschalteten Überstromauslösern sind allgemein bekannt und befinden sich in Verbindung mit Fahrzeugantrieben seit langem im Einsatz.

Das System ist in einem Zustand gezeigt, in dem der Schalter S geöffnet und die Relais A, B und C sowie das auf den Überstrom ansprechende Relais 98 unerregt sind, was einer Schaltung des Systems auf Bremsbetrieb entspricht. Die Kontakte A8 und Bl sind geschlossen, so daß das Gatter 68 geöffnet ist. Der mittlere Widerstand und somit der mittlere Motorstrom im Motorkreis hängen von dem EIN- AUS-Verhältnis des Stromreglers 20 ab, das wiederum von dem der jeweiligen Einstellung der verstellbaren, eine Befehlsoder Sollbremsleistung repräsentierenden Bezugssignalquelle 86

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abhängt. Die negative Rückkoppelung der Ist-Strominformation auf die Eingangsleitung 84 des Kömparators erzeugt in der Leitung 76 Korrektursignale, die das EIN- AUS-Zeitverhältnis des Stromreglers 20 so steuern, daß der Fehler zwischen dem Soll-Mötorstrom und dem Ist-Motorstrom'verringert und somit der Motorstrom auf einen konstanten Wert geregelt wird. So11-Motorstrom und Ist-Motorstrom entsprechen einer vorgegebenen bzw. einer tatsächlichen Bremsleistung.

Wenn das Fahrzeug entweder durch automatische oder duch manuelle Steuerung von Bremsbetrieb auf Fahrbetrieb umgeschaltet werden sol, so wird der Schalter S in die geschlossene Stellung überführt, so ■ g daß das Relais B erregt wird und den Kontaktsatz Bl öffnet, die Kontaktsätze B2, B3 und B4 dagegen nach der Öffnung des Kontaktsatzes Bl schliefen. Durch Öffnung des Kontaktsatzes Bl wird das Gatter 68 geöffnet, so daß der Steuer-Kanal 58 unterbrochen und damit der Stromregler 20 an einer Einschaltung gehindert wird.

Aufgrund der Schließung des Kontaktsatzes B4 wird das Relais A erregt, so daß die Kontaktsätze Al, A2, A3, A7 und A9 schliessen und die Kontakte A4, A5, A6 und A8 geöffnet werden. Dabei öffnen die Kontakte A5, A6 und AS, ehe die Kontakte Al, A2, A3, A7 und A9 schliessen. Durch Öffnung der Kontaktsätze A4, A5 und A6 wird die Bremsschaltung aufgehoben, wärend die Schließung der Kontaktsätze Al, A2 und A3 für eine Umschaltung des Motorsystems auf % Motorbetrieb sorgt. Der Stromregler 20 ist dabei weiterhin unwirksam, weil der Strompfad von der Spannungsquelle 92 zu dem Steuereingang 78 des Gatters 68 noch offen ist.

Durch Schließung des Kontaktsatzes A7 wird der Erigerkreis (bei geschlossenem Kontaktsatz B3) für das Relais C geschlossen, so daß dieses Relais erregt wird und die Kontaktsätze Cl und C2 schliessen. Der Kontaktsatz Cl ist so ausgebildet, daß er im Verhältnis zu dem Kontaktsatz C2 verzögert schließt, d. h., die Kontakte Cl schließen erst nach Schließung der Kontakte C2, Bei geschlossenem Kontakteatz €2 wird dt« Stromversorgungsleitung 30 des Motoreyetens yon dem Leitungsdraht θβ au» mit Energie gespeist, geechloseene Kontaktsatz Cl achließt über die geschlossenen

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Kontaktsätze B2 und A9 den Stromkreis von der Spannungsquelle 92 zu dem Steuereingang 78 des Gatters 68, so daß das Gatter 68 öffnet und den EIN- Steuer-Kanal 58 wirksam macht. Infolgedessen gelangen die EIN- Signalimpulse Pn zu dem Steuereingang 48 des Stromreglers 20, so daß der Stromregler entsprechend der durch die Befehlssignale der Bezugssignalquelle 86 vorgegebenen relativen Phasenlage zwischen den EIN->Impulsen Pn und den AUS-Irapulsen Pf eingeschaltet wird.

Wenn von Motorbetrieb auf Bremsbetrieb umgeschaltet werden soll, so wird der Schalter S in seine geöffnete, mit der Zeichnung veranschaulichte Stellung überführt. Infolgedessen fällt das Relais B ab, so daß die Kontaktsätze B2, B3 und B4 öffnen, während der Kontaktsatz Bl schließt. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die Kontakte Bl nach Öffnung der anderen B-Kontaktsätze schliessen. Bei Öffnung der Kontakte B2 wird das Gate-Signal für den Steuereingang 78 unterdrückt, so daß das Gatter 68 schließt,und der EIN-Signal-Kanal 58 und damit auch der Stromregler 20 unwirksam wird. Bei Öffnung der Kontakte B4 und B3 fallen die Relais A und C ab. Bei Abfall des Relais A wird der Motorkreis von Motorbetrieb auf Bremsbetrieb umgeschaltet. Durch Abfall des Relais A wird nach Schließung der Kontakte A4, A5 und A6 auch für eine Schließung des verzögert arbeitenden Kontaktsatzes AS gesorgt. Bei Schließung des Kontaktsatzes A8 gelangt über den geschlossenen Kontaktsatz Bl ein Gate-Signal von der Spannungsquelle 92 zu dem Steuereingang 78, so daß das Gatter 68 öffnet und den EIN-Signal-Kanal 58 wirksam macht und damit den Stromregler 20 entsprechend der gewünschten, durch das gewählte Bezugssignal der Bezugssignalquelle 86 vorgegebenen Bremsleistung einschaltet.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die EIN-Signale für den Stromregler unterdrückt werden, so daß der Stromregler ausgeschaltet und der Laststrom gesperrt werden, ehe von Motor- auf Bremsbetrieb oder von Bremsbetrieb auf Motorbetrieb geschaltet wlr«_ä und daß die Haupt-Leistungskreise für die Motor- oder BremssehaliuMg zuerst hergestellt werden, bevor der Stromregler wieder eingeschaltet wird.

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Gegebenenfalls können das zwischengeschaltete Sicherheitsrelais C und der zugeordnete Überstroraauslöser OL fortgelassen und im wesentlichen die gleiche Arbeitsweise vorgesehen werden, indem der Kreis über den Kontaktsatz Cl überbrückt und der Kontaktsatz C2 als Teil des Relais A ausgebildet wird, so daß er bei Erregung des Relais schließt. In einem solchen Fall sollte der Kontaktsatz A9 so ausgebildet sein, daß er gegenüber den Kontaktsätzen Al, A2, A3 und C2 verzögert schließt, so daß der Stromregler 20 im gesperrten Zustand gehalten wird, bis das Motorsystem auf Motorbetrieb (Bremsbetrieb) umgeschaltet worden ist. Für diese Ausführungsform läßt sich ein geeigneter Überlastschutz vorsehen.

Statt des gezeigten Unterbrechers können andere geeignete Unterbrecher Verwendung finden, und ebenso können anstelle der gezeigten Thyristoren andere geeignete Schaltelemente wie etwa sonstige Halbleiterschaltanordnungen eingesetzt werden.

Patent anspräche:

KN/hk 3

009845/1332

Claims

Patentansprüche
fl.J Schaltungsanordnung für einen elektrischen Antriebsmotor, mit einem als Unterbrecher arbeitenden, in Abhängigkeit von entsprechenden EIN- und AUS-Signalen aus einem EIN-Schaltzustand in einen AUS-Schaltzustand und umgekehrt überführbaren Stromregler, einem 1, Schalter zur Schaltung des Motors und des Stromreglers für Motorbetrieb, wobei der Stromregler den Motorstrom steuert, einem 2. Schalter zur Schaltung des Motors, eines Widerstandes und des Stromreglers für elektrischen Widerstandsbremsbetrieb, wobei der Stromregler den Bremsstrom steuert, einem zur Abgabe eines EIN-Signals an den Stromregler in Abhängigkeit von einem Öffnungssignal geeigneten EIN-Signalkreis, einem 3. und einem 4. Schalter, die in einem Kreis angeordnet sind, der im EIN-Zustand sowohl des 3. als auch des 4, Schalters ein Öffnungssignal an den EIN-Signalkreis abgibt, sowie mit einem 5. und einem 6, Schalter, die in einem Kreis angeordnet sind, der im EIN-Zustand sowohl des 5, als auch des 6. Schalters ein Öffnungssignal an den EIN-Signalkreis abgibt, gekennzeichnet durch eine in einer ersten und einer zweiten Betriebsart arbeitende Steuereinrichtung, auf die alle Schalter ansprechen, sowie eine auf den Übergang der Steuereinrichtung von der einen Betriebsart auf die andere Betriebsart und umgekehrt ansprechende Steuereinheit, die in
) Abhängigkeit von dem Übergang der Steuereinrichtung von ihrer ersten Betriebsart auf ihre zweite Betriebsart den 1., 5. und 6. Schalter aus dem EIN- in den AUS-Zustand und den 2,, 3. und
4. Schalter aus dem AUS- in den EIN-Zustand in einer Reihenfolge überführt, bei der das Öffnungssignal vor Öffnung des 1. Schalters gesperrt und vor Schließung des 2, Schalters wieder angelegt wird, die in Abhängigkeit von dem Übergang der Steuereinrichtung von ihrer zweiten Betriebsart auf ihre erste Betriebsart dagegen den 1., 5, und 6. Schalter aus dem AUS- in den EIN-Zustand und den 2.-, 3. und 4, Schalter aus dem EIN- in den AUS-Zustand in einer Reihenfolge überführt, bei der das Öffnungssignal vor Öffnung des 2. Schalters gesperrt und vor Schließung des 1. Schalters wieder angelegt wird.

009845/1332

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2. Schaltungsanordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der JEIN-Signalkreis ein Gatter (68) aufweist, das in Abhängigkeit von dem Öffnungssignal Öffnet und dabei EIN-Signale durchläßt und beim Fehlen des Öffnungssignals sperrt.

3* Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine mit dem 4. und dem 6.

erste

Schalter mechanisch gekoppelte/Schaltbetätigungseinrichtung und die Steuereinheit eine mit dem 1., dem 2. und dem 3. Schalter mechanisch gekoppelte zweite Schaltbetätigungseinrichtung aufweist und daß eine Einrichtung zur Steuerung des 5, Schalters in Abhängigkeit von der zweiten Schaltbetätigungseinrich- * tung vorgesehen und ein 7, Schalter mechanisch mit der ersten Schaltbetätigungseinrichtung zur Steuerung der zweiten Schaltbetätigungseinrichtung gekoppelt ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der 5» Schalter mechanisch mit der ersten Schaltbetätigungseinrichtung gekoppelt ist.

KN/sch .3 '.'■■■

00 9 8A5/ 1 33 2

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