DE2410926A1 - Elektrodynamischer gleichstromlaeufer mit kurzschlussbremsung - Google Patents

Description

• Elektrodynamischer Gleichstromläufer mit Kurzschlußbremsung I Die Erfindung bezieht sich auf elektrodynamische Gleichstromläufer und eine Schalteinrichtung zur Stromversorgung und Kurzschlußbremsung derselben.
• Es ist allgemein bekannt, daß Gleichstrommotore in der Läuferwicklung eine Gegen-EMK erzeugen, die zur Abbremsung des Motors als wirkungsvolles Mittel benutzt werden kann, indem eine Kurzschlußbrücke für die Gegen-EMK hergestellt wird. Nachdem die Versorgungsspannung abgeschaltet ist, erzeugt die Gegen-EtS ein starkes Magnetfeld bedingtes Drehmoment entgegengesetzt der Drehrichtung des Rotors. Es sind bereits eine große Zahl von Vorrichtungen und Schaltungen bekannt, die diese Erscheinungen zur Abbremsung des Motors benutzen, die allgemein als dynamische Kurzschlußbremsung bezeichnet wird.
• Es hat bereits eine große Zahl von Vorschlägen gegeben, um durch geeignete mechanische Schaltelemente die Kurzschlußbrücke für die Gegen-EMK aufzuschalten, nachdem die Stromversorgung abgeschaltet ist. Wegen der auftretenden hohen Stromstärken beim dynamischen Bremsvorgang sind die sich anbietenden Möglichkeiten für mechanische Schaltelemente sehr begrenzt, da es leicht zu Funkenbildungen und Bogenentladungen kommt, welche zur Beschädigung der bewegten Teile führen.
• Mit der Verbreitung von Halbleiter-Bauteilen in der einschlägigen Technik wurde eine große Zahl von elektronischen Schalteinrichtungen zum Kurzschließen der Gegen-EMK in Vorschlag gebracht.
• Alle bisher bekanntgewordenen Lösungsvorschläge benötigen aber neben den Bauelementen für die Steuerung des Motors zusätzliche Schaltungselemente für den Aufbau einer entsprechenden Kurzschlußbrücke, die die Kosten des Motoraufbaus wesentlich erhöhen.
• Eine der hier interessierenden, bekannten Vorrichtungen wurde beispielsweise in der US-PS 3 463 991 beschrieben. Dieser bekannt Motor wird mit einer vollständig gleichgerichteten Spannung versorgt. Hierzu bedient man sich einer Steuerschaltung, welche steuerbare Silikongleichrichter für beide Stromrichtungen benutzt.
• Die dynamische Bremsung wird bei dieser Anordnung mittels einer separaten Diodenbrückenschaltung bewirkt, die mit den Ausgangsklemmen der Motorarmatur verbunden ist. Die Kurzschließung wird durch diese Diodenbrücke und nicht vermittels der Bauelemente der Motorsteuerung ermöglicht.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches, einfaches und wirksames Verfahren und eine Schalteinrichtung zur dynamischen Motorbremsung zu schaffen, wobei sich die zum Motorbetrieb vorhandenen Steuerorgane zur Ausbildung der Kurzschließung für die Gegen-ESE nach Abschaltung der Versorgungsspannung bedienen sollen, so daß hierfür besondere Steuerelemente nicht erforderlich sind.
• Die Motorsteuerung erfolgt nach der vorliegenden Erfindung vermittels steuerbarer Silikongleichrichteranordnungen mit einer vollständig gleichgerichteten Spannung. Eine dieser Vollweggleichrichterschaltungen speist den Motor in der Vorwärtsrichtung mit Strom, die andere dient der Versorgung des Motors für die umgekehrte Drehrichtung. Jede Gleichrichteranordnung besteht aus zwei gesteuerten Silikongleichrichtern, die mit dem Motor einerseits und den beiden Anschlüssen der Stromversorgung andererseits verbunden sind. Die Steuerelektroden jedes Gleichrichters sind mit einem Impulsgenerator verbunden. Ein durch das Abschalten der Motorspannung erzeugter Steuerimpuls wird benutzt, um allen Gleichrichterelementen gleichzeitig Zündimpulse zuzuführen und diese damit in den Durchlaßzustand zu versetzen,so daß sie eine Kurzschlußbrücke für die vom Motor erzeugte Gegen-EMK bilden.
• Die vorliegende Erfindung wird durch die beigeschlossenen Zeichnungen weiter verdeutlicht, die eine vorzugsweise Ausgestaltung darstellen.
• Figur 1 ist ein Blockdiagramm der Hauptbauteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
• Figur 2 ist ein Schaltschema, das eine erfindungsgemäße Einphasenvollweggleichrichter-Ausführung zeigt.
• Figur 3 ist ein Schaltschema des vorzugsweise benutzten Impulsgenerators.
• Die vorliegende Erfindung wird in einer vorzugsweisen Ausgestaltungsform anhand des Block-Diagramms der Figur 1 näher erklärt. Bezugnehmend auf Figur 2 wird beispielsweise die Stromversorgung aus einer normalen Wechselstromquelle über den Trenntransformator gespeist, dessen Ausgangsklemmen mit 2 und 3 und dessen Mittelanzapfung mit 4 bezeichnet sind.
• Der Transformatorausgang 2 ist mit dem zur Stromlieferung für die Vorwärtsrichtung dienenden Schaltgleichrichter SCR 5 und mit dem zur Stromlieferung für die entgegengesetzte Richtung dienenden Schaltgleichrichter SCR 6 verbunden. Der Transformatorausgang 3 ist mit dem Schaltgleichrichterelement SCR 7 für die Vorwärtsrichtung und dem Schaltgleichrichter SCR 8 für die Gegenrichtung verbunden. Die Mittelanzapfung des Transformators ist mit dem Motorausgang 9 verbunden, welches die gemeinsame Leitung oder Masseleitung sein kann. Die Vorwärtsschaltgleichrichterelemente SCR 5 und SCR 7 sind mit dem Motor ausgang 10 über die Beruhigungsdrossel 11 verbunden. Die Schaltgleichrichter für die umgekehrte Drehrichtung, SCR 6 und SCR 8, sind mit dem Motorausgang 10 über die Beruhigungsdrossel 12 verbunden.
• Die Steuerelektroden der Schaltgleichrichter sind mit der Ausgangsklemme 13 des in Figur 3 dargestellten Impulsgenerators verbunden. Obgleich für den Impulsgenerator eine Reihe von Schaltungsschemen geeignet ist, hat sich die in Figur 3 dargestellte Anordnung für den vorliegenden Zweck als besonders geeignet erwiesen. Diese wird am übersichtlichsten beschrieben ausgehend von den Anschlußpunkten 13, 14, 15, 16 und 17.
• Der Eingangsschaltkreis benutzt die Transistoren 19 und 20 und ist mit dem Ausgang 14 über den Kondensator 18 verbunden, dem ein Signal zugeführt wird, daß der Motor mit Strom versorgt ist und dessen Ausbleiben einen Oszillatorkreis einschaltet. Der AusgangFder Schaltvorrichtung 15 ist mit einem Tor-Oszillatorkreis verbunden. Dieser besteht aus den Kapazitäten 21 und 22, dem programmierbaren Transistor 23 und dem Widerstand 24 und erhält seinen Einschaltimpuls von den Schalttransistoren 19 und 20. Die Kapazität 25, die mit dem Ausgang 16 des Oszillators verbunden ist, wird mittels der Gleichstromquelle (von 24 Volt) aufgeladen und so die Energie bereitgestellt, um den Impuls in dem Augenblick, in dem die Stromzufuhr zum Motor unterbrochen wird, mit Strom zu versorgen. Der Ausgangsverstärker mit den Transistoren 26 und 27 ist mit dem Widerstand 24 am Ausgang 17 mit der Basis des Transistors 26 verbunden.
• Wie in Figur 3 veranschaulicht, liegt - solange der Motor mit Strom versorgt wird - am Ausgang 14 eine positive Spannung, die von der Motorerregungsspannung abgeleitet wird, beispielsweise aus der Versorgungswechselspannung durch Gleichrichtung und Spannungsteilung. Diese Spannung bewirkt, daß der Kondensator 18 im geladenen Zustand ist, wodurch bewirkt wird, daß die Transistoren 19 und 20 im Durchlaßzustand sind.
• Kondensator 18 verhindert auch das vorzeitige Umschalten, ausgelöst durch elektrische Störsignale. Solange sich der Transistor 20 im Durchlaßzustand befindet, kann der Kondensator 21 nicht aufgeladen werden, was zur Folge hat, daß der Oszillator durch den Transistor 20 überbrückt wird und damit ausgeschaltet ist.
• Sobald die Stromzufuhr zum Motor unterbrochen wird, sinkt die positive Spannung am Ausgang 14, da sich die Kapazität 18 nunmehr entlädt; damit werden die Transistoren 19 und 20 in den Sperrzustand versetzt. Der Kondensator 21 lädt sich auf, wodurch die Anode des programmierbaren Transistors 23 ein höheres positives Potential annimmt als die Steuerelektrode, was bewirkt, daß dieser zündet. Damit bildet sich eine pulsierende Spannung über dem Widerstand 24 aus, die verstärkt mittels Transistoren 26 und 27 den Steuerelektroden der Gleichrichterelemente SCR 5, 6, 7 und 8 zugeführt wird, was bewirkt, daß alle Gleichrichter sich im Durchlaßzustand befinden.
• Wird also der Motor von der Stromversorgung abgetrennt, so erzeugt die noch rotierende Armatur eine Gegen-EMW, und da zu diesem Zeitpunkt, wie zuvor beschrieben, alle Gleichrichterelemente im Durchlasszustand sind, so entsteht ein Kurzschlußpfad für die Gegen-EMF über die Beruhigungsdrosseln 11 und 12 und die Sekundärwicklung des Transformators 1. Der derart fließende Strom bewirkt im Motor ein magnetisches Feld, welches ein Drehmoment entegengesetzt zur Laufrichtung des Rotors besitzt, wodurch der Rotor zum schnellen Anhalten gebracht wird.
• Die vorliegende Erfindung ermöglicht derart ein einfaches und wirkungsvolles Verfahren zum Kurzschließen der Motorarmatur und der an ihren Klemmen auftretenden Gegen-EMF.
• Die Erfindung kann mit gleich gutem Resultat auch für Halbweggleichrichteranordnungen und mit geringen Abwandlungen, wie durch Einführung zusätzlicher Impulsgeneratoren, auch bei Vielphasengleichrichtern angewendet werden.

Claims (5)

1. PATENTANSPRUCHE:

   C Schalteinrichtung zur Stromversorgung und Kurzschlußbremsung von Gleichstrommotoren, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die zur Gleichrichtung des aus einem Wechselstromnetz entnommenen Stromes verwendete Gleichrichteranordnung, deren Gleichrichterelemente Steuerelektroden besitzen, son in den Stromkreis eingeschaltet ist, daß die Gleichrichterelemente zum Kurzschließen der Gegen-EMK und damit zum dynamischen Abbremsen des Läufers des Motors dienen können, indem ein bei Wegfall der Motorversrogungsspannung ausgelöster Steuerimpuls über Schaltungs gleider allen Gleichrichterelementen Zündimpulse zuführt, mittels welcher diese in den Durchlaßzustand versetzt werden, so daß sie eine Kurzschlußbrücke für die vom rotierenden Motoranker erzeugte Gegen-EEK bilden.
2. 2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Gleichrichteranordnung ein Trenntransformator mit mittig angezapfter Sekundärwicklung gehört, wobei die Mittenabzapfung mit einer der Anschlußklemmen des Motors verbunden ist und jezwei Gleichrichterelemente einer Durchlaßrichtung einseitig über einen induktiven Glättungswiderstand mit der anderen Motoranschlußklemme und je eines dieser Gleichrichterelemente mit seinem anderen Anschluß mit dem einen und das andere mit dem anderen Ende der Sekundärwicklung verbunden ist, und daß je zwei Gleichrichterelemente umgekehrter Durchlaßrichtung über einen induktiven Glättungswiderstand mit dem gleichen Motoranschluß und mit den anderen Anschlüssen je mit dem einen bzw. dem anderen Ende der Sekundärwicklung verbunden sind.
3. 3. Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des die dynamische Abbremsung des Rotors auslösenden Zündimpulse eine Einrichtung dient, die aus einer Schaltvorrichtung besteht, welche beim Ausbleiben der Motorversorgungsspannung einen Oszillatorkreis einschaltet, und daß ein dem Oszillator nachgeschalteter Verstärker den verstärkten, durch den Ausfall der Vorsorgungsspannung ausgelösten Zündimpuls den Steuerelektroden der Gleichrichterelemente zuführt und damit alle Gleichriche -elemente in den Durchlaßzustand versetzt.
4. 4. Schalteinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennheichnet, daß die Schaltvorrichtung aus den Transistoren(20 und 19), sowie dem Kondensator (18) und weiteren üblichen Bestandteilen besteht und bei Punkt 14 ein Signal erhält, solange die Motorversorgungsspannung angeschaltet ist, befindet sich der Kondensator (18) im geladenen Zustand, wobei die Transistoren (19) (20) durchgeschaltet sind.
5. 5. Schalteinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß einer aus dem Kondensator (18) und den Transistoren (19 und 20), sowie weiteren Schaltmitteln bestehenden Schaltvorrichtung bei Punkt 14 ein das Vorhandensein der Motorversorgungsspannung anzeigendes Signal zugeführt wird, und daß der Ausgang der Schaltvorrichtung (15) mit einem Oszillator-Torkreis verbunden ist, der aus den Kondensatoren (21, 22, 25), dem Transistor (23) sowie dem Widerstand (24) und weiteren Schaltmitteln besteht und seinerseits beim Ausbleiben des das Vorhandensein der Motorspannung anzeigenden Signals sich einschaltet und über den nachgeschalteten, aus den Transistoren (26 und 27) und anderen üblichen Schaltmitteln bestehenden Verstärkerrbei Punkt 13 ein Zündsignal abgibt, das den Gleichrichterelementen der zur Stromversorgung dienenden Gleichrichteranordnung zugeführt wird.