DE2257919A1

DE2257919A1 - DC MOTOR WITH EXTERNAL REGULATED FIELD AND DEVICE FOR CONTROLLING THESE

Info

Publication number: DE2257919A1
Application number: DE2257919A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Ing Kahlen
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1972-11-25
Filing date: 1972-11-25
Publication date: 1974-06-06

Description

"Gleichstrommotor mit fremderregtem Feld und Einrichtung, zur Steuerung desselben ' Die Erfindung betrifft eine Gleichstrommaschine mis freKIderretgX tem Feld."DC motor with separately excited field and device for control The same 'The invention relates to a direct current machine with freKIderretgX system Field.

Derartige Gleichstrommotoren dienen zum Antrieb von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen und werden mit der Steuereinrichtung beeinflußt.Such DC motors are used to drive electrically driven ones Vehicles and are influenced with the control device.

Bei der- Speisung von fremderregten Gleiohstrommaschinen besteht das spezielle Problem, daß bei synchroner Leerlaufdrehzahl und Nennerregung die induzierte Spannung der Maschine so hoch wie die speisende Gleichspannung ist. In diesem Fall kann der Kommutierungskondensator eines Gleichstromstellers nicht mehr über die Last aufgeladen werden. Spezielle Schaltungen mit zusätzlichen Dioden im Hauptzweig oder im Löschkreis sind erforderlich, um die Löschfähigkeit zu erhalten. Dies erfordert einen hohen technischen und finanziellen Aufwand. Ferner sind bei einem Gleichstromsteller, der sowohl für den Antrieb als auch für den Bremsbetrieb einer fremderregten Gleichstrommaschine arbeiten soll, zusätzliche Thyristoren oder Schaltschütze er-' forderlich.This is the case with the supply of separately excited DC machines special problem that with synchronous idle speed and nominal excitation the induced The voltage of the machine is as high as the supplying direct voltage. In this case the commutation capacitor of a DC chopper can no longer use the Load to be charged. Special circuits with additional diodes in the main branch or in the extinguishing circuit are required to maintain the extinguishing capability. This requires a high technical and financial effort. Furthermore, with a DC chopper, for both the drive and the braking of a separately excited DC machine should work, additional thyristors or contactors are required.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine fremderregteGleicS strommaschine mit der Eigenschaft auszustatten, daß deren Feld im Ankerstellbereich proportional des Anker'stroms regelbar ist, so daß zur Gewährleistung der Gleichstromstellerlöschung bei kleinem Ankerstrom auch der Feldstrom klein ist und beim Anker stromwert gleich Null auch der Feldstrom zu Null wird. Hierdurch entsteht auch bei hohen Drehzahlen im Leerlauf keine induzierte Spannung und der Kondensator kann in Jedem Fall über den klkerkreis aufgeladen werden; zusätzliche Dioden können entfallen.The object of the invention is to provide a separately excited equipotential generator to equip with the property that their field in the armature adjustment range is proportional of the armature current can be regulated, so that to ensure the DC chopper extinction at small armature current also the field current is small and at the armature current value equal to zero, the field current also becomes zero. This also results in high speeds when idling no induced voltage and the capacitor can be charged in any case via the klkerkreis; additional diodes can be omitted.

Diese Aufgabe wird mittels einer Einrichtung zur Steuerung der Gleichstrommaschine gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Gleichstrommaschine derart ausgebildet ist, daß das Feld im Ankerstellbereich prcportional zum Ankerstrom regelbar ist, wobei bei kleinen Ankerstromwerten der Feldstrom ebenfalls kleine Werte aufweist und beim Ankerstromwert Null auch der Feldstrom den Wert Null annimmt.This task is carried out by means of a device for controlling the DC machine solved, which is characterized in that the DC machine is designed in such a way is that the field in the armature adjustment range can be regulated proportionally to the armature current, with small armature current values, the field current also has small values and when the armature current value is zero, the field current also assumes the value zero.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Einrichtung zur Steuerung der Gleichstrommaschine können den Unteransprüchen entnommen werden.Further advantageous embodiments of the control device the direct current machine can be found in the subclaims.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen schematisch dargestellt und näher erläutert.Advantageous embodiments of the invention are based on the drawings shown schematically and explained in more detail.

Es zeigen: Fig. 1 eine Schaltungsanordnung mit nur einem Schalter im Ankerkreis Fig. 2 eine Schaltungsanordnung mit einer zusätzlichen Diode Fig. 3 eine Schaltungsanordnung mit besonderes schneller Umschaltung.1 shows a circuit arrangement with only one switch in the armature circuit Fig. 2 a circuit arrangement with an additional diode Fig. 3 shows a circuit arrangement with particularly rapid switching.

Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung wird durch eine Umschaltung der Feldwicklung beim Übergang vom motorischen zum generatorischen Betrieb erreicht.An advantageous embodiment of the invention is achieved by switching of the field winding is reached during the transition from motor to generator operation.

Fig. 1 zeigt dazu eine Schaltung mit nur einem Schalter im Ankerkreis. In der gezeichneten Stellung des Schalters S1 kann vom Pluspol 2 der Gleichspannungsquelle 1 ein Strom über den Steller St1 zum Anker 4 der Maschine über den Schalter S1 zum Minuspol 3 fließen. Wenn der Steller gesperrt wird, fließt ein Freilaufstrom vom Anker 4 über den Schalter S1 und über die DioQ de D1. Die Feld- und Drehrichtung der Maschine ist dabei so, daß die induzierte Spannung-des Ankers von der Klemme A nach Klemme B gerichtet ist. Für den Bremsbetrieb wird erfindungsgemäß die Feldwicklung umgepolt. Damit wird auch die Polarität der induzierten Ankerspannung vertauscht, so daß sie nun von Klemme B nach Klemme A gerichtet ist. Der Schalter S1 wird gleichzeitig in die Stellung B gelenkt. Wenn nun der Steller St1 den Ankerkreis schließt, so fließt ein Strom, der Energie in der Induktivität des Ankers oder in einer nicht eingezeichneten Zusatzinduktivität speichert, die in Reihe mit dem Anker geschaltet ist. Wird der Steller St1 durch Löschen des Hauptthyristors T1 gesperrt, so fließt der Strom von der Klemme B des Ankers 4 über den Schalter S1 in Stellung B4zur Klemme 2 der Spannung quelle 1 und von der Klemme 3 über die Diode D1 zur Klemme A des Ankers 4.Fig. 1 shows a circuit with only one switch in the armature circuit. In the position shown of the switch S1 can from the positive pole 2 of the DC voltage source 1 a current via the actuator St1 to the armature 4 of the machine via the switch S1 to Negative pole 3 flow. When the actuator is blocked, a free-wheeling current flows from the Armature 4 via switch S1 and via the DioQ de D1. The field and direction of rotation the machine is so that the induced voltage-the armature from the terminal A is directed to terminal B. According to the invention, the field winding is used for braking operation reversed. This also reverses the polarity of the induced armature voltage, so that it is now directed from terminal B to terminal A. The switch S1 is at the same time steered into position B. If the actuator St1 now closes the armature circuit, so a current flows, the energy in the inductance of the armature or in a not The additional inductance shown in the drawing stores which is connected in series with the armature is. If the controller St1 is blocked by deleting the main thyristor T1, then flows the current from terminal B of armature 4 via switch S1 in position B4 to the terminal 2 of voltage source 1 and from terminal 3 via diode D1 to terminal A of the Anchor 4.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird mit Hilfe eines einfachen Schalters als Schließer und einer zusätzlichen Diode entsprechend Fig. 2 erreicht. Der Schalter S1 wird nur für den.Fahrbetrieb geschlossen, Der Stromfluß ist 1 der gleiche, wie der nach Fig 1 im Fahrbetrieb beschriebene.Another advantageous embodiment of the invention is made using a simple switch as a normally open contact and an additional diode accordingly Fig. 2 reached. The switch S1 is only closed for driving, the current flow 1 is the same as that described in FIG. 1 while driving.

Für den Bremsbetrieb wird der Schalter S1 geöffnet. Die Diode übernimmt nun den Strom, der im BremSbetrieb nach Fig. 1 vom Schalter S1 in Stellung Bremsen geführt wurde.Switch S1 is opened for braking. The diode takes over now the current that is in the braking mode according to FIG. 1 from switch S1 in the braking position was conducted.

Ein Problem für eine schnelle Umschaltung der Feldspule einer fremderregten Gleichstrommaschine stellt die große Zeitkonstante der Feldwicklung dar. Würde die Umschaltung der Feldwicklung; erst durchgeführt, wenn der Strom in der Feldwicklung zu Null geworden ist, so dauert der Übergang von Fahr- zum Bremsbetrieb zu lange. Fig. 3 zeigt dazu eine Schaltung der Feldspeisung, die eine relativ schnelle Umschaltung ermöglicht. Von der Spannungsquelle 1 wird mit Hilfe des Stellers St2 über Schalter S2 die Feldspule 5 gespeist. In der gezeichneten Stellung des Schalters S2 dient die Diode D6 als Freilaufdiode, während bei umgepoltem Schalter Diode D8 Freilaufdiode für die Feldspule ist. Eine Funkenbildung wird erfindungsgemäß durch die Schalt tung Dg, C3, R3 oder D10, C4, R4 verhindert. In der gezeichneten Stellung des Schalters 2 wird über die Diode D9 der Kondensator C3 beim Betrieb des Stellers auf die Batteriespannung UB aufgeladen. Der hochohmige Widerstand R3 ermöglicht eine Entladung des Kondensators C3 in den Betriebspausen oder nach einem Umschalten. Der Kondensator C4 sei vor dem Umschalten entladen. Vor dem Umschalten des'Schalters 2 wird der Steller St 2 zunächst gesperrt. Der Strom der Feldspule 5 fließt nun über die Freilaufdiode D6. Wird nun der Schalter S2 umgegehaltet, so, fließt der Strom von der Klemme K der Feldspule 5 zunächst über die Diode D10 in den Kondensator C4 bis er auf die Spannung UB aufgeladen ist. Der Schalter muß inzwischen so weit geöffnet sein, daß eine Funkenbildung nicht mehr möglich ist. Nun übernimmt die Diode D7 den Strom und speist ihn über den Widerstand R1 zur Spannungsquelle U3 zurück. Es muß in diesem Fall gewährleistet sein, daß die Spannungsquelle einen Teil der Feldenergie aufnehmen kann. Die Entmagnetisierungszeit der Feldwicklung ergibt sich zu LFeld t = ---- . In 2 Feld + R1 Die Umschaltung aus der umgekehrten Schalterstellung geschieht in gleicher Weise, wobei Diode D8 Freilaufdiode ist; die Bildung von Schaltfunken wird durch Diode D9 und Kondensator c3 verhindert und der Strom über die Diode D5 zur Spannungsquelle I fließt.A problem for rapid switching of the field coil of an externally excited one DC machine represents the large time constant of the field winding. Would the Switching of the field winding; only carried out when the current is in the field winding has become zero, the transition from driving to braking takes place to Long. Fig. 3 shows a circuit of the field supply, which is a relatively fast Switching enabled. From the voltage source 1 with the aid of the controller St2 The field coil 5 is fed via switch S2. In the illustrated position of the switch S2, the diode D6 serves as a freewheeling diode, while when the polarity of the switch is reversed, diode D8 Free-wheeling diode for the field coil is. Sparking is achieved according to the invention the switching device Dg, C3, R3 or D10, C4, R4 prevents. In the position shown of switch 2 becomes capacitor C3 via diode D9 when the power controller is in operation charged to the battery voltage UB. The high resistance R3 enables a discharge of the capacitor C3 during breaks in operation or after a switchover. Let the capacitor C4 discharge before switching. Before switching the switch 2 the actuator St 2 is initially blocked. The current of the field coil 5 now flows via the freewheeling diode D6. If the switch S2 is turned over, it flows Current from the terminal K of the field coil 5 first via the diode D10 into the capacitor C4 until it is charged to the voltage UB. The switch must be ready by now be open so that sparking is no longer possible. Now takes over Diode D7 the current and feeds it through the resistor R1 to the voltage source U3 return. In this case it must be ensured that the voltage source has a Can absorb part of the field energy. The demagnetization time of the field winding results from Lfield t = ----. In 2 field + R1 Switching from the reverse Switch position is done in the same way, with diode D8 being a freewheeling diode; the formation of switching sparks is prevented by diode D9 and capacitor c3 and the current flows through the diode D5 to the voltage source I.

Claims

1. DC machine with an externally excited field, characterized in that that the DC machine is ausgebil det such that the field in the armature adjustment range can be regulated proportionally to the armature current, with the The field current also has small values and, when the armature current value is zero, also the Field current assumes the value zero.

2. Device for controlling DC machines with externally excited Field for the drive or braking operation according to claim 1, characterized in - that the field coil for the braking operation can be reversed and that a single or multi-pole Switching element is provided for reversing the polarity of the armature.

3. Device according to claim 2, characterized in that the switching element is single-pole for the armature and that between one pole of the supply voltage source associated armature terminal (3) of the motor and the opposite pole of the supply voltage source Associated input of the DC chopper a reverse-biased diode (D3) arranged is marked (Fig. 2).

4. Device according to claim 3, characterized in that the.

Switching element is designed as a mechanical switch.

5. Device according to claim 3, characterized in that the switching element is designed as a controllable valve.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that that means are provided 'that the mean field current in the armature adjustment range without Keep the arrangement of additional diodes constant.

7. Device according to claim 2, characterized in that the switching element as a multi-pole switch with two mechanically connected switching elements is formed (Fig. 34.

8. Device nach'Anspruch 7, characterized in that by the contacts of the switching element optionally the power circuit for the drive / brake switchover or the Stroris can be switched on to reverse the direction of rotation (Fig. 3).

9. Device according to claim 7 or 8, characterized in that each connection terminal of the field coil is electrically conductive with a switching element is connected and that the switching element with a device for avoiding Switching spark is provided, each terminal of the field coil each with the anode of a diode is connected, the cathode of which is connected to the negative pole via an RC element the supply voltage source is connected.

10. Device according to claim 9, characterized in that each Connection terminal of the field coil Each regenerative diode polarized via a reverse direction is connected to the positive pole of the supply voltage source and that in the feedback -line a resistor (R1) to reduce the time constant of the field circuit is provided.

L e r s e i t e