DE2210747B2 - Ubertastungsschutzanordnung für einen impulsgespeisten Gleichstrommotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überlastungstchutzanordnung für einen impulsgespeisten Gleichstrommotor, dessen Ankerstromkreis ein ausschaltendes Relais enthält und dessen Impulssteuerkreis ein steuerbares Ventil und eine willkürlich beeinflußbare und außerdem selbsttätig in Abhängigkeit vom Ankerstrom gesteuerte Einrichtung zum Erzeugen von Steuerimpulsen für das steuerbare Ventil umfaßt.

Ein derartiger Impulssteuerkreis für den Motor hat *n sich bereits die Funktion einer selbsttätigen Ankerstrombegrenzung, da beim Auftreten eines hohen Ankerstroms die Erzeugung von Steuerimpulsen für das steuerbare Ventil unterdrückt wird. Eine ähnliche selbsttätige Strombegrenzung besitzt auch eine bekannte Schutzvorrichtung für Schalttransistoranordnungen (DT-AS 1 061 420), bei der der Steuerstrom für zwei wechselweise öffnende und schließende, einen Motor mit Spannung alternierender Polarität versorgende Transistoren beim Auftreten eines übermäßigen Ankerstroms unterbrochen wird. Es ist auch bekannt, eine derartige selbsttätige Ankerstromüberwachung, die Bestandteil der Impulssteuerung ist und auf die Steuerimpulse für das steuerbare Ventil einwirkt, in Form einer digital arbeitenden Logikschaltung zu realisieren (DT-AS 1 149 107), wobei außer dem Ankerstrom auch andere Überwachungsgrößen wie Motordrehzahl oder Spannungszustand eines Löschkonaensators die Steuerung beeinflussen können. Auch hier erfolet jedoch die Begrenzung des Ankerstroms und damit der Schutz des Motors vor Überlastung mit den Mitteln der Impulssteuerung.

Eine derartige selbsttätige Ankerstrombegrenzung durch die Impulssteuerschaltung hängt aber vom einwandfreien Arbeiten der Impulssteuerschaltung ab und kann nicht mehr funktionieren, wenn die Impulssteuerschaltung selbst defekt wird. Vor allem bei Impulssteuerschaltungen für Fahrzeugmotoren kann es durch den rauhen Fahrbetrieb immer vorkommen, daß Teile der Impulssteuerschaltung ausfallen, so daß die Schaltung in einem zufällig vorhandenen Schaltzustand verharrt, in dem zwar eine weitere Stromversorgung zum Motor möglich ist, aber eine selbsttätige Ankerstrombegrenzung möglicherweise nicht mehr gewährleistet ist

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Überlastungsschutzanordnung zu schaffen, die von der Impulssteuereinrichtung unabhängig ist, so daß sie auch und gerade bei einem Ausfall der ankerstromabhängigen Impulssteuerschaltung eine Überlastung des Motors mit Sicherheit verhindert. Bei der Lösung dieser Aufgabe wird von zwei Erkenntnissen ausgegangen: Erstens, daß bei einem unverschriftsmäßigen Arbeiten der selbsttätig ankerstrombegrenzenden Impulssteuerschaltung eine Überlastung und Beschädigung des Motors dann zu befürchten ist, wenn die beiden Betriebszustände »hoher Ankerstrom« und »leitfähiger Zustand des steuerbaren Ventils« gleichzeitig auftreten: zweitens, daß nicht nur ein Ausfall der Impulssteuerschaltung, sondern auch ein Ausfall der erfindungsgemäß vorgesehenen Schutzanordnung selbst in Betracht gezogen werden muß und dafür zu sorgen ist, daß der Überlastungsschutz auch bei Ausfall der Schutzanordnung funktioniert.

Die genannte Aufgabe wird bei der eingangs genannten Überlastungsschutzanordnung dadurch gelöst, daß ein Oszillator vorgesehen ist, der mit einer im Vergleich zum Steuerimpulstakt hohen Frequenz schwingt, daß die Aufrechterhaltung der Oszillatorschwingungen vom ungehinderten Schwingungsdurchgang durch mindestens eine von zwei parallelgeschalteten Rückkopplungsschleifen abhängt, daß die eine dieser Rückkopplungsschleifen eine auf den leitfähigen Zustand des steuerbaren Ventils ansprechende Sperreinrichtung und die andere Rückkopplungsschleife eine auf einen übermäßig hohen Ankerstrom ansprechende Sperreinrichtung aufweist und daß der Einschaltzustand des Relais im Ankerstromkreis von der Aufrechterhaltung der Oszillatorschwingungen abhängig ist.

Das Relais im Ankerstromkreis fällt somit selbsttätig ab und schaltet den Motor aus, wenn die Oszillatorschwingungen aufhören, d. h. also sowohl beim Ansprechen der Schutzanordnung auf Störungen des Impulssteuerkreises als auch bei einem Ausfall der Schutzanordnung selbst. Das Ansprechen auf eine Störung des Impulssteuerkreises erfolgt nur dann, wenn ein übermäßig hoher Ankerstrom und der leitfähige Zustand des steuerbaren Ventils gleichzeitig auftreten. Die erfindungsgemäße Einrichtung übt also eine Schutzfunktion aus, die über die bekannte selbsttätige Ankerstrombegrenzung hinausgeht und auch bei einem Ausfall noch den Motor wirksam schützt, indem sie ihn abschaltet.

Impulsgespeiste Gleichstrommotoren, insbesondere

für Fahrzeuge, haben in der Regel für die Drehrichtungsumkehr zwei gegensinnige, wahlweise einschaltbare Reihenschluß-Feldwicklungen, von denen jeder ein Impulssteuerkreis zugeordnet ist und die durch ein normalerweise offenes Kurzschlubrelais verbindbar sind.

In einem solchen häufig vorkommenden Fall besteht eine vorteilhafte Anwendung der Erfindung in der Ausführungsform, daß die Sperreinrichtung in der einen Rückkopplungsschleife ap die steuerbaren Ventile beider Impulssteuerkreise angeschlossen ist und daß auch die Aufrechterhaltung der offenen Schaltstellung des Kurzschlußrelais von der Aufrechterhaltung der Oszillatorschwingungen abhängig ist Die Schutzanordnung kann also ohne Unterschied auf Störungen im einen oder anderen Impulssteuerkreis ansprechen, und außerdem bewirkt sie außer einem Abschalten des Motors auch dessen sofortige Stillsetzung durch das Kurzschließen der beiden Feldwicklungej, die dann einander entgegengerichtete Drehmomente auf den Anker ausüben.

In den Zeichnungen ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt

F i g. 1 zeigt ein Schaltschema für einen typischen Fall eines impulsgesteuerten Motors mit zugehöriger, bekannter Steuerschaltungsanordnung;

F i g. 2 ist ein Schaltschema einer erfindungsgemäßen Überlastungsschutzanordnung für die Motoranordnung gemäß Fig. 1.

F i g. 1 zeigt eine im wesentlichen bekannte Anordnung eines Motors und der zugehörigen Steuerschaltungsanordnung. Eine Batterie 1 kann Sitrom für einen Reihenschlußmotor 2 liefern, der aus einem Läufer 3 und zwei entgegengesetzten Reihenschluß-Feldwicklungen 4 und 5 besteht Jeweils eine Feldwicklung ist in je einer Fahrtrichtung des Motors, vorwärts bzw. rückwärts, in Betrieb. Zwei Wicklungen 6 und 6a in Serie zum Läufer erzeugen einen dem Läuferstrom entsprechenden Magnetfluß für zugehörige Regelkreise, die noch erläutert werden. Ein Relais 7, häufig auch als Hauptschalter bezeichnet ist mit seinen Kontakten in Serie zur Batterie geschaltet Zwei gleichartige Steuerschaltungsanordnungen 8 und 9 sind je einer Feldwicklung zugeordnet Diese Steuer- oder Zerhackerschaltungsanordnungen bestehen aus je einer Zerhackerstufe 10, eine- Triggerstufe 11 und einer !Strommeßstufe 12, der jeweils eine der Wicklungen 6 und 6a zugeordnet ist.

Die Zerhackerstufe 10 besteht in der Hauptsache aus einem Thyristor 13, welcher durch einen Impuls an seiner Steuerelektrode leitfähig gemacht werden kann und der dann den Durchfluß von Läuferstrom durch den Motor gestattet, sowie aus einem Thyristor 14, welcher durch einen Impuls an seiner Steuerelektrode leitfähig gemacht werden kann, und aus einem Kondensator 15, der zwischen die Anoden der Thyristoren geschaltet ist und den leitfähigen Zustand des einen Thyristors löscht wenn der jeweils andere Thyristor leitfähig wird. Zu diesem Zweck ist es erwünscht, den Kondensator auf etwa Batteriespannung aufzuladen, wenn der Thyristor 13 leitfähig ist; dementsprechend umfaßt die Schaltung einen Transformator, dessen Primärwicklung 16 in Serie zum Thyristor 13 liegt und dessen Sekundärwicklung 17 in Serie mit einer Diode 18 in einem zum Thyristor 14 parallelen Stromzweig liegt.

In der Strommeßstufe 12 erzeugt die Wicklung 6 bzw. 6a einen Magnetfluß durch einen magnetfeldabhängigen Widerstand, der in einer von einer konstanten Spannung belasteten Spannungsteilerschaltung liegt Die Triggerschaltung ist abhängig von der an einem Teil des Spannungsteilers liegenden Spannung und erzeugt jeweils einen Steuerimpuls, gefolgt von einem

Lösj:himpuls. Dies Impulse werden abwechselnd den Thyristoren 13 und 14 der Zerhackerschaltung zugeführt, wenn die anliegende Steuerspannung unter einen bestimmten Wert (z. B. 12 Volt) abfällt, der einem relativ kleinen Läuferstrom entspricht

Die insoweit als Beispiel beschriebene Schaltungsanordnung entspricht den wesentlichen Bestandteilen der in der britischen Patentschrift 1 192 391 beschriebenen Schaltungsanordnung.
Die Schaltungsanordnung von F i g. 1 umfaßt ferner ein Relais 19, dessen Wicklung 20 normalerweise unter Strom steht, um das Relais offen zu halten. Das Relais kann geschlossen werden, um die vom Läufer 3 entfernten Enden der Feldwicklungen kurzzuschließen. Ein etwaiger, in der hierdurch gebildeten Schleife zirkulierender Strom wird dann gleiche und einander entgegengerichtete Drehmomente am Läufer erzeugen.

F i g. 2 zeigt schematisch die erfindungsgemäße Überlastungsschutzanordnung. Sie umfaßt einen transistorisierten Rechteck-Oszillator 21, der für die Aufrecbterhaltung von Schwingungen den ungehinderten Durchgang von Signalen durch mindestens eine von zwei Rückkopplungsschleifen 22 und 23 braucht Eine Schleife 22 ist geschlossen über eine Transistor-Verstärkerstufe 24, an die eine Steuer- oder Vorspannstufe 25 angeschlossen ist. Diese Steuer- oder Vorspannstufe ist über ein ODER-Glied 26 an die Anoden des Thyristors 13 der Zerhackerstufen angeschlossen und bewirkt die Sperrung des zugehörigen Stromkreises durch Abschalten der Transistor-Verstärkerstufe, wenn das Potential am Anodenanschluß niedrig ist. Ein ständig zu niedriges Potential an diesem Anschlußpunkt ist ein betriebszustand, der die ständige Stromversorgung des niederohmigen Motorkreises zur Folge haben kann und dadurch entweder eine Beschädigung dieses Mo-

torkreises oder ein Überdrehen eines von dem Motor getriebenen Fahrzeuges oder beides zur Folge haben kann. Der andere Stromkreis wird geschlossen durch eine Transistor-Verstärkerstufe 27, die an eine Steueroder Vorspannstufe 28 gekoppelt ist Diese Steuer- oder Vorspannstufe wird gespeist vom Ausgang der Strommeßstufe 12. Wenn der Läuferstrom einen Grenzwert erreicht, dem ein bestimmter Wert des Ausgangssignals von der Meßstufe, z. B. 16 Volt entspricht, schaltet die Steuer- oder Vorspannstufe die Transistor-Verstärkerstufe ab und sperrt dadurch den zugehörigen Stromkreis.

Die beiden Rückkopplungsschleifen, die in F i g. 2 der Verständlichkeit halber vereinfacht dargestellt sind, laufen über den Leistungstransistor 29. Dieser Transistör speist die Wicklungen 7a, 20 des Relais 7 im Hauptstromkreis und des Relais 19 parallel zueinander. Diese Wicklungen sind gemeinsam in Serie zu den normalerweise geschlossenen Kontakten 30 eines normalerweise strombeaufschlagten Relais 31 geschaltet welches durch den Oszillator gesteuert wird. Das Relais 31 bleibt beaufschlagt, vorausgesetzt, daß der Oszillator 21 in Schwingung bleibt. Diese Funktionsweise kann in einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß die Relaiswicklung 32 in Serie zum Kollektor-Emitterzweig eines Schalttransistors im Oszillator gelegt wird und eine Freilaufdiode 33 parallel zur Relaiswicklung 32 geschaltet wird, so daß beim sich wiederholenden Schalten des Transistors im Gleichklang mit dem Schwin-

gungsbetrieb des Oszillators die Wicklung ausreichend Strom erhält, um die Relaiskontakte geschlossen zu halten.

Die erfindungsgemäße Überlastungsschutzanordnung ist somit hauptsächlich als Schutz gegen einen Betriebszustand mit ständig leitfähigen Thyristoren und hohem Läuferstrom vorgesehen. Falls dieser Betriebszustand eintritt, werden die beiden möglichen Rückkopplungsschleifen gesperrt, der Leistungstransistor 29 und der Thyristor 13 schalten ab und die Wicklungen werden stromlos. Kein Strom kann den Motor erreichen.

Selbstverständlich ist das Sperren der Rückkopplungsschleifen nicht von einer bestimmten Konstruk-

tion der Strommeßstufe oder der Verwendung einei bestimmten Zerhackerschaltung abhängig, sondern be ruht lediglich auf dem Erfassen einer geeigneten Be triebsspannung. Somit kann das anmeldungsgemäßi Prinzip des Sperrens der Schleifen allgemein bei nahe zu jedem Teil des Motors oder der zugehörigen Steuer schaltung angewendet werden.

Normalerweise dauern die den Motor speisender Impulse jeweils etwa 1 Millisekunde. Der Rechteck-Os zillator kann z. B. Impulse erzeugen, die jeweils 120 Mikrosekunden lang sind und durch Lücken zwischen etwa 10 bis 40 Mikrosekunden getrennt sind. Somit haben diese Impulse eine hohe Frequenz im Vergleich zu der Impulsspeisefrequenz des Motors.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   L Überlastungsschutzanordnung für einen impulsgespeisten Gleichstrommotor, dessen Anker-Stromkreis ein ausschaltendes Relais enthält und dessen Inipulssteuerkreis ein steuerbares Ventil und eine willkürlich beeinflußbare und außerdem selbsttätig in Abhängigkeit vom Ankerstrom gesteuerte Einrichtung zum Erzeugen von Steuerimpulsen für das steuerbare Ventil umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Oszillator (21) vorgesehen ist, der mit einer im Vergleich zum Steuerimpulstakt hohenPrequenz schwingt, daß die Aufrechterhaltung der Oszillatorschwingungen vom ungehinderten Schwingungsdurchgang durch mindestens eine von zwei parallelgeschalteten Rückkopplungsschleifen (22,23) abhängt, daß die eine dieser Rückkopplungsschleifen eine auf den leitfähigen Zustand des steuerbaren Ventils (13) ansprechende Sperreinrichtung (24, 25, 26) und die andere Rückkopplungsschleife eine auf einen übermäßigen Ankerstrom ansprechende Sperreinrichtung (27, 28, 12) aufweist und daß der Einschaltzustand des Relais (7, 30, 32) im Ankerstromkreis von der Aufrechterhaitung der Osziüatorschwingungen abhängig ist
2. 2. Anwendung einer Anordnung nach Anspruch 1 bei einem Motor, der zur Drehrichtungsumkehr zwei gegensinnige, wahlweise einschaltbare Reihenschluß-Feldwicklungen aufweist, von denen jeder ein Impulssteuerkreis zugeordnet ist und die durch ein normalerweise offenes Kurzschlußrelais verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung (24,25,26) in der einen Rückkopplungsschleife (22) an die steuerbaren Ventile (13) beider Impulssteuerkreise (8, 9) angeschlossen ist und daß auch die Aufrechterhaltung der offenen Schaltstellung des Kurzschlußrelais (19) von der Aufrechterhaltung der Oszillatorschwingungen abhängig ist.