DE2329162A1

DE2329162A1 - Steuerung von elektromotoren fuer batteriebetriebene fahrzeuge

Info

Publication number: DE2329162A1
Application number: DE2329162A
Authority: DE
Inventors: John Morton; Keith Drummond Stevens; Graham Spencer Thexton
Original assignee: Cableform Ltd
Current assignee: Cableform Ltd
Priority date: 1972-06-08
Filing date: 1973-06-05
Publication date: 1974-01-03
Also published as: SE384821B; FR2188341B1; US3826962A; GB1381777A; FR2188341A1; IT986114B; BG24681A3

Description

PATENTANWÄLTE Dipi.-ing. H. Seiler Dipi.-ing. J. Pfenning Dipi.-Phys. K. H. Meinig

1 Berlin 19

Oldenburgallee 10 Tel. 0311/304 55 21 81091 304 55 22

Drahtwort: Seilwehrpatent Postscheckkto. Bln.W. 59

5. Juni 1973 Me/Roe

CABLEFORM LIMITED Gree» Lame, Rorailey, Nr. Stockport, Cheshire, Eaglaad

Steuerung voa Elektromotoren für batteriebetriebene Fahrzeuge

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerung von Elektromotoren, die als Zugmotore in batteriebetriebenen Fahrzeugen Anwendung finden. Der Strom wird derartigen Motoren gewöhnlich über einen Gleichstromachalter impul^gesteuert zugeführt, wobei der Schalter zwischen Motor und Batterie liegt. Der Gleichstromschalter besitzt im allgemeinen eine Thyristoranordnung, deren Steuerung über einen Impulsgenerator erfolgt, der auf eine Steuervorrichtung anspricht. Als Steuervorrichtung kann in diesem Zusammenhang etwa das Geschwindigkeitapedal des Fahrzeuges infrage kommen, welches durch den Fahrer betätigt wird, so daß die Energiezufuhr zum Motor

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durch die Frequenz und/oder das Abstandsverhältnis der Impulse dee Stromes variiert werden kann. Im allgemeinen kommt ein Serienmotor zur Anwendung, wobei eine Umkehrdiode quer zur Wicklung des Motors mit dieser verbunden ist, um einen Brems-Vorgang durch Umkehrung des Feldstromes wirkungsvoll ausführen zu können. Der Ankerstrom ergibt sich durch die Rückkopplung über die Diode. Die kinetische Energie verzehrt sich in Form von Wärmeentwicklung in der Armatur, so daß diese wohl geeignet ist, einen Bremsvorgang zum Anhalten des Fahrzeuges aufzunehmen, jedoch ungeeignet, um die Bremse angezogen zu halten, während das Fahrzeug über längere Zeit in diesem Zustand zu halten ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung dahingehend zu verbessern, daß die Bremsfunktion wirkungsvoller gestaltet werden kann.

Erfindungsgemäß wird eine Steuervorrichtung für einen Reihenmotor geschaffen, wobei ein Widerstand in Reihe mit der Diode des Ankers liegt, und zwar in der Schleife in Kombination mit einer Kontakteinrichtung, die eine Stromspule besitzt, die nur auf den Diodenstrom anspricht und die mit einem normalerweise geschlossenen Kontakt ausgestattet ist, der den Widerstand kurzschließt. Der Widerstand ist außer dann, wenn der Strom durch die Diode ausreicht, die Kontakteinrichtung zu betätigen, d.h. während der Nutzbremsung kurz-

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geschlossen. Die beiliegende Zeichnung zeigt in Form schematischer Schaltdiagramme beispielsweise Ausführungsformea von Bremsschaltungen und es bedeutet:

Fig. 1 ein schematisches Schaltdiagramm einer bekannten Anordnung zur besseren Darlegung der Verwendung einer Nutzbremsung und dem damit verbundenen Stromanstieg und

Fig. 2 ein schematisches Schaltdiagramm in der erfindungsgemäßen Ausbildungsform.

Fig. 1 zeigt einen Serienmotor mit einem Anker A und einem Feld F in Serie mit einem Gleichstromschalter S, die in der dargestellten Weise an eine Batterie B angeschlossen sind. Eine Umkehrdiode D1 ist parallel zu der Armatur A gelegt und eine zweite Diode D2 liegt parallel zu der Reihenschaltung der Armatur A und des Feldes F.

Bei dem normalerweise vorliegenden Antriebsbedingungen wird der Gleichstromschalter S auf die "Ein"-Stellung gedreht und der von der Batterie B im Stromkreis fließende Strom baut sich in der Induktivität des Motors auf. Nach irgendeiner Zeit wird der Gleichstromschalter S in die Stellung "Aus" gednsht und die Energie, die in der Induktivität des Motors gespeichert ist, wird über die Schwungscheiben-Diode D2 umlaufen. Nach etwa 10 Umläufen wird das Ansteigen und Abfallen des Stromes gleich ! sein und der Motorstrom stellt sich auf einen konstanten Pegel

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ein, deeeen Welliglceit bei etwa 20 # liegen wird. Die mittlere Motorspannung errechnet eich dann durch den Quotienten aus Anechaltzeit und Zyklueanzahl bzw. Zykluszeit, wobei dieser mit der Batteriespannung zu multiplizieren ist. Eine Veränderung erfolgt bis der Antrieb des Motors die richtige Geschwindigkeit vorgibt. Die Bremsdiode D1 spielt zu dieser Zeit der Arbeitsweise noch keine Rolle, da der Ankerstrom und der Feldstrom über die gesamte Zeit gleich sind.

Wenn das Feld umgedreht wird, arbeitet der Motor als Generator und die Diode D1 dient der Trennung des Feldstromes und des Ankeretromee. Die Ankerspannung liegt in solch einem Sinn vor, daß die Diode D1 in Vorwärterichtung vorgespannt ist, so daß der Anlcerstrom nur um die Diode D1 und den Anker A fließt, während der Feldstrom aus der Batterie über den Gleichstromschalter S genommen wird. Die Diode D1 erscheint dann als ein Kurzschlußkreis für den Batteriestrom, und während der Feldstrom puleiert ist der Diodenstrom zwischen Anker- und Feldstrom unterschiedlich.

Der elektrische Widerstand des Ankers ist klein, so daß die erzeugte Anker&pannung niedrig sein muß, mm übermäßige Ankerströme zu verhindern. Da der Feldstrom niedrig ist, ist die mittels der Pulsierung des Gleichstromschalters erreichte Rate niedrig. Einige typische Werte sollen nachfolgend die vorliegende Situation klarer erscheinen lassen:

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- 5 - 23^9IG2

In dem Maße wie die Motorgeschwindigkeit herabgesetzt wird, wird die Spannung abfallen und entsprechend auch der Ankerstrom fallen. Zufolge langsamen Aufbauens des Feldstromes kann ein brauchbares konstantes Drehmoment entsprechend der Erzeugung des Ankerstroms und des Feldstro'oes erhalten werden, wenn die Geschwindigkeit abfällt.

Die Rate, mit welcher das Fahrzeugmoment vernichtet wird ist

gleich dem Produkt aus dem Quadrat des Ankeretromes und dem Widerstand im Ankerkreis und die Gesamtarbeit, die für das Anhalten des Fahrzeuges erforderlich ist, ist gleich dem Integral über die Zeit, die für den Abbremsvorgang benötigt wird.

Insofern ist die gesamte kinetische Energie, die beim Eintritt der Bremsung in dem Fahrzeug gespeichert ist dann in Verlustwärme umgewandelt, die in dem Anker auftritt und in der

ι Bremsdiode während der Bremsperiode. Insofern läßt sich eine derartige Anordnung ausschließlich für das Anhalten des Fahrzeuges verwenden. Zum Stoppen eines industriell verwendeten

• Förderwagens bzw. einer entsprechenden Lore von 6 m/'Stunde Geschwindigkeit in 3 bis 5 Sekunden ist insofern die Wärmeentwicklung sehr gering.

Es gibt eine Reihe von Anwendungsbeispielen etwa bei Bergbaulokomotiven und Landfahrzeugen, bei denen die elektrische Bremse auch als Haltebremse verwendet werden muß.

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Hier setzt die Erfindung ein, gemäß welcher ein Widerstand R in Reihe mit einem Anker A, wie aus Fig. 2 ersichtlich, liegt. Eine kontaktgebende Einrichtung G ist in den Stromkreis in der dargestellten Weise eingebracht, die eine Stromspule besitzt, welche in Reihe mit einer Diode D1 liegt, wobei letztere normalerweise geschlossene Kontakte C1 aufweist, die den Widerstand R kurzschließen. Die Bedingungen, wie sie normalerweise j bei Motorantrieb vorliegen, kennzeichnen sich durch den kurzgeschlossenen Widerstand R über den Kontakt 01. Sobald der Motor beginnt als Generator zu arbeiten, beginnt Strom durch die Diode D1 zu fließen und damit auch durch die Spule der Kontakteinrichtung G, wodurch letztere erregt wird und die Kontakte C öffnet. Hierdurch wird der Widerstand R in die Anker-Diodenschleife eingeschaltet. Unter diesen Bedingungen ist der Peldetrom und die erzeugte Spannung höher als in der Anordnung nach Pig.1, während der Ankerstrom kleiner ist. Damit verbleibt das gleiche Drehmoment, aber es wird die Abgabe und Verteilung in dem Motor auf einen verträglichen Pegel herab-

j gesetzt.

'Der Steuerkreis des Gleichstromschalter S setzt automatisch die Impulsrate zufolge des Vorhandenseins der Diode D1 . Wenn die Diode D1 die Impulsrate sperrt, liegt die volle motorische

j Bedingung vor. Wenn die Diode D1 sich in ihrem leitenden Zustand befindet, ist die Impulsrate auf die jeweilige Bremsung herabgesetzt. Beispielsweise kann eine zweite Kontaktreihe S2 309881 /Qi* 15 _?

an der Kontakteinrichtung C vorgesehen sein, die den Impuls- ! generatorkreis des Gleichstromschalter S verbindet, so daß ί der Impulshöhen- bzw.' Impulsbetrag eingeschränkt ist, wenn die Kontakteinrichtung C erregt igt. Die Betätigung durch den · Fahrzeugführer besteht jedoch nur in der Umkehrung der Kontakteinrichtung für das Feld, wenn eine Bremsung erforderlich wird. ^:

Der Widerstand R und die-kurzschließenden Kontakte C1 können
in dem Abschnitt der Diode D1 der Anker/Diodenschleife angeordnet sein.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

( 1.)Steuervorrichtung für einen Reihenschluß-Motor mit einem Gleichstromschalter, der die Verbindung des Motors mit einer Batterie herstellt, einer s.g. Schwungscheiben-Diode, die parallel zum Anker des Motors liegt, und einer Umkehrdiode zur Ableitung des Ankerstromes, der bei einer Nutzbremsung auftritt, dadurch gekennzeichnet , daß ein Widerstand (R) in einem j

Stromkreis in Reihe mit dem Anker (A) und parallel zu der Umkehrdiode (Dl) liegt, wobei eine Kontakteinrichtung (Cl)

mit einer Stromspule (C), welche nur auf den UmJcehrdio- j

denstrom anspricht, bei normalerweise geschlossenem ; Kontakt, den Widerstand (R) kurzschließt.
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- ! net, daß der in Reihe mit dem Anker (A) liegende Widerstand (R) zwischen Anker (A) und Feld (F) eingeschaltet _: ist, und daß die Stromspule (C) der Kontakteinrichtung (Cl) (C) in Reihe mit der Umkehrdiode (Dl) liegt, die ihrerseits parallel zu dem in Reihe geschalteten Widerstand (R) und dem Anker (A) liegt.

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3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (R), die Stromspule (C) der Kontakteinrichtung und die Umkehrdiode (Dl) einen über den Anker (A) des Motors liegenden Nebenschlußkreis bilden.
4. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstromschalter (S) Stromimpulse dem Motor zuführt, und daß Mittel zur Begrenzung der Impulsratenbereiche vorgesehen sind, die dem Motor, während sich die Umkehrdiode in ihrem leitenden Zustand befindet, zufließen.
5. Steuervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Begrenzung der Impulsrate durch weitere Kontakte an der Kontakteinrichtung vorgegeben sind, die eine zusätzliche Begrenzung der Impulsrate ergeben, wenn die Kontakteinrichtung erregt ist.

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