DE2448646A1

DE2448646A1 - Nutzbremssteuersystem fuer einen gleichstrommotor

Info

Publication number: DE2448646A1
Application number: DE19742448646
Authority: DE
Inventors: Takashi Tsuboi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1973-10-12
Filing date: 1974-10-11
Publication date: 1975-08-28
Also published as: JPS5064720A; DE2448646C3; FR2247847B1; IN141958B; CA1014605A; AU474777B2; SE410254B; US3947740A; AU7427574A; FR2247847A1; DE2448646B2; JPS547045B2; SE7412899L

Description

Priorität: 12. Oktober 1973, Japan, Nr. 113 947/73

Nutzbremssteuersystem für einen Gleichstrommotor

Die Erfindung betrifft ein Nutzbremssteuersystem für einen Gleichstrommotor bzw. ein Steuersystem für einen Gleichstrommotor mit Stromrückgewinnung beim Bremsen.

Bekanntlich wird auf vielen Gebieten, hauptsächlich im Bereich der elektrischen Eisenbahnen, eine Gleichstromsteuerung mit einem Thyrostorzerhacker verwendet. Bei der elektrifizierten Eisenbahn wird nicht nur die Energiezuführung, sondern auch die Nutzbrenissteuerung der elektrischen Fahrzeuge über einen Zerhacker bewirkt, um eine erhöhte Einsparung an elektrischer Energie zu erreichen.

Bei der Nutzbremssteuerung eines Gleichstrommotors, bei welcher ein Thyristorzerhacker verwendet wird, wie dies nachstehend erläutert wird, wird der Ankerstrom des Gleichstrommotors mit einem Bezugswert-verglichen und die Einschaltperiode

509835/0252

des Zerhackers so reduziert, daß der Ankerstrom konstant gehalten wird. Wenn der Ankerstrom und die erzeugte Spannung durch eine Motorabbremsung verringert werden, wird die Einschaltperiode des Zerhackers automatisch vergrößert, wodurch der Ankerstrom konstant gehalten wird. Wenn eine weitere Verzögerung des Motors dazu führt, daß die Einschaltperiode des Zerhackers bis auf einen kritischen Punkt erhöht wird, wo es nicht mehr möglich ist, die Einschaltperiode weiter zu erhöhen, wird ein Abschnitt eines Widerstandes, der zu dem Motor in Reihe geschaltet ist, kurzgeschlossen, wodurch der Ankerstrom erhöht wird. Gleichzeitig wird der Zerhacker andererseits so gesteuert, daß seine Einschaltperiode verringert wird, so daß ein übermäßiger Ankerstrom nicht auftreten kann. Bei einer fortgesetzten Abbremsung des Motors wird der Stufenschaltvorgang am Widerstand wiederholt, so daß ein weiterer Abschnitt des Widerstandes kurzgeschlossen wird, was schließlich dazu führt, daß der ganze Widerstand kurzgeschlossen ist.

Auf diese Weise wird etwas von der vom Motor während des Bremsens erzeugten Energie von dem Widerstand verbraucht, ■während die restliche Energie für die Nutzbremsung verbleibt.

Bei dem bekannten Nutzbremssteuersystem der vorstehend beschriebenen Art wird ein großer Energiebetrag von dem Widerstand verbraucht, was zu einem niedrigen Nutzbremswirkungsgrad führt, was später noch erläutert wird. Außerdem braucht der Widerstand ein großes Leistungsvermögen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, die vorstehenden Nachteile der bekannten Anordnung zu vermeiden und ein Steuersystem zu schaffen, mit dem eine Nutzbremsung mit hohem Wirkungsgrad durchgeführt werden kann.

509835/0252

2U8646

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Nutzbremssteuersystem für einen Gleichstrommotor einen Gleichstrommotor, einen Widerstand mit wenigstens einem Widerstandsabschnitt in Reihe zu dem Gleichstrommotor, eine Schalteinrichtung zum Kurzschließen des Widerstandsabschnittes des Widerstandes, eine Schaltung, über die der Nutzstrom für die Nutzbremsung geführt wird, um die von dem Gleichstrommotor erzeugte Energie einer Energiequelle zuzuführen, einen Zerhacker, der parallel zu der Reihenschaltung des Gleichstrommotors und des Widerstandes geschaltet ist, um den Ankerstrom durch eine Ein-AusOperation zu steuern, Einrichtungen zum Regulier-en des Arbeitszyklus des Zerhackers und Einrichtungen zum Regulieren der Arbeitsweise der Schalteinrichtung umfaßt, so daß der Arbeitszyklus unmittelbar nach dem Kurzschließen des Widerstandsabschnittes des Widerstandes sich auf dem minimalen, für den Zerhacker zulässigen Wert befindet.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Nutzbremssteuersystem zum Steuern des Ankerstroms eines Gleichstrommotors durch das Ein- und Ausschalten eines Zerhackers über einen Widerstand, der in Reihe zu dem Gleichstrommotor geschaltet und in geeigneter Weise in Abschnitte unterteilt wird. In dem System wird die Stufenschaltung des Widerstandes so gesteuert, daß der Arbeitszyklus bzw. die relative Einschaltdauer des Zerhackers, der unmittelbar auf das Kurzschließen eines Abschnittes des Widerstandes folgt, der minimale, für den Zerhacker zulässige Wert ist.

Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die Grundschaltung eines bekannten Nutzbremssystems für einen Gleichstrommotor, das einen Zerhacker verwendet.

509835/Q252

Fig. 2 zeigt in einem Blockschatlbild ein herkömmliches Nutzbremssteuersystem.

Fig. 3 zeigt in Diagrammen die Arbeitsweise des herkömmlichen Nutzbremssystems.

Fig. h zeigt die Energiekennlinien des herkömmlichen Nutzbremssystems.

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 6 zeigt in einem Schaltplan die wesentlichen Teile der Ausführungsform von Fig. 5·

Fig. 7 zeigt in einem Diagramm die Arbeitsweise des Steuersystems gemäß der Erfindung.

Fig. 8 zeigt die Energiekennlinien des Steuersystems gemäß der Erfindung. „

Fig. 9 zeigt in einem Blockschaltbild eine zweite Ausführungsform der Erfindung.

Fig. Io zeigt in einem Schaltplan eine dritte Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 11 zeigt in einem Diagramm die Arbeitsweise der Ausführungsform von Fig. Io.

Fig. 12 und 13 zeigen Teilschaltpläne von Modifizierungen der Ausführungsform von Fig. Io.

Fig. lk und 15 sind Schaltpläne von Modifizierungen des Nutzbremssystems, bei welchem die Erfindung einsetzbar ist.

509835/0252

Fig. 1 zeigt einen typischen Schaltplan eines Nutzbremssteuersystems für elektrische Fahrzeuge, bei welchem ein Gleichstrommotor M, eine Feldwicklung F und eine Glättungsdrossel L₂ in Reihe geschaltet sind, wodurch der Ankerstrom I.. des Gleichstrommotors M durch Ein- und Ausschalten eines Zerhackers CH so gesteuert wird, daß der Strom Ig zu der Gleichstromquelle über eine Diode D und einen Strombügel PG während der Einschaltperiode des Zerhackers CH zurückgeführt wird. Gewöhnlich wird ein Filter mit einer Droßsel L und einem Kondensator C zum Glätten des Nutzstroms bzw. des Rückgewinnungsstroms verwendet.

Bei der Anordnung von Fig. 1 werden die Widerstandsabschnitte

R. bis R„ durch Öffnen der Schalter S_- bis S zum Zeitpunkt 13 13

einer hohen Motordrehzahl zur Wirkung gebracht, wenn die vom Gleichstrommotor M erzeugte Spannung die Spannung der Gleichstromquelle überschreitet, so daß die erzeugte Spannung abzüglich dem Spannungsabfall an den Widerstandsabschnitten die Spannung der Spannungsquelle nicht überschreiten kann. Die Widerstandsabschnitte R bis R„ dienen somit zum Erreichen einer stabilen Steuerung des Nutzbremsstroms durch den Zerhacker CH.

Um das Verständnis der Funktionen und der Vorteile gemäß der Erfindung zu erleichtern, werden im folgenden Gleichungen für den Nutzstrom, die Nutzleistung und das Spannungsgleichgewicht für die bekannte Grundschaltung gemäß Fig. 1.erläutert.

Wenn die Spannung der Gleichstromquelle E_c, die von dem Motor erzeugte Spannung I_M, der zu der Spannungsquelle über die Diode D und die Drossel L zurückgeführte Nutzstrom I_c, der Ankerstrom oder Bremsstrom I_x., der Arbeitszyklus des Zerhackers CH y* und der Gesamtwiderstand der Motorschaltung R ist, ergeben sich folgende Gleichungen :

Nutzstrom: I_g = I₇₄ (l-^) . ... (l)

Nutzleistung: P_{g =} B₃-I_{3 s} E₃-I^₁ <!-£·) .... (2)

• 509835/0252

Dabei bedeutet der Arbeitszyklus l·· das Verhältnis der Einschaltperiode des Zerhackers bezogen auf einen Zyklus des Ein-Aus-Schaltens, d. h. die Summe der Einschaltperiode und der Ausschaltperiode.

Dadurch, daß die Spannung an dem Zerhacker CH gleich Eg während der Ausschaltperiode des Zerhackers CH ist, wobei angenommen wird, daß die Kapazität des Kondensators C groß genug ist, während die Spannung an dem Zerhacker CH während der Ausschaltperiode null ist, sieht man, daß die mittlere Spannung an dem Zerhacker CH dem Produkt E (1-Y) entspricht. Die Gleichung (3) für das Spannungsgleichgewicht lautet deshalb folgendermaßen:

= ^EM - ^R<IM

In dem Blockschaltbild von Fig. 2 ist ein bekanntes übliches Nutzbremssteuersystem gezeigt, dessen Arbeitsweise aus dem Diagramm von Fig. 3 ersichtlich ist. Der Ankerstrom I-. wird mit einem Bezugsstromwert I durch einen Komparator 1 verglichen. Von dem Komparator 1 wird eine Ausgangsspannung V entsprechend dem Unterschied erzeugt. Für die Bestimmung des Arbeitszyklus V des Zerhackers CH abhängig von der Ausgangsspannung V wird ein Phasenschieber 2 vorgesehen. Das Stromsteuersystem, das in der vorstehenden Weise angeordnet ist,' wirkt so, daß, wenn der Ankerstrom L. verglichen mit dem Bezugswert I_p klein ist, der Arbeitszyklus V , d. h. die Einschaltperiode des Zerhackers CH, vergrößert ist, wodurch der Ankerstrom I-, vergrößert wird. Wenn die erzeugte Ankerspannung E_M mit der Abnahme der Motordrehzahl verringert wird, wie dies in dem Diagramm a) von Fig. 3 gezeigt ist, wird der Arbeitszyklus • automatisch vergrößert, wie dies in dem Diagramm b) gezeigt ist, wodurch der Ankerstrom I-, konstantgehaIten wird.

509835/0252

Wenn der Arbeitszyklus y den Maximalwert V erreicht, ·

(j u max

bei dem es nicht mehr möglich ist, die Einschaltperiode irgendwie zu verlängern, wird dies durch einen Arbeitszyklusdetektor 4 festgestellt, wodurch der Schalter S in der Hauptschaltung 3 geschlossen wird. Da die Eingangsspannung V„ des Phasenschiebers 2' proportional zum Arbeitszyklus ist, kann der Wert V durch Überwachung des Wertes V_ festgestellt werden.

Das Kurzschließen des Schalters S führt dazu, daß der Spannungsabfall I ·Η , soweit er durch den Widerstand R vorhanden ist, auf null verringert wird. Dies hat zum Ergebnis, daß der Spannungsausgleich, wie er durch Gleichung (3) ausgedrückt wird, nicht mehr vorhanden ist, so daß man eine nach oben gehende Tendenz des AnkerStroms I erhält. In diesem Zeitpunkt arbeitet das Stromsteuersystem wieder so, daß der Arbeitszyklus j/ automatisch so reduziert wird, daß der Ankerstrom I_M gleich dem Bezugswert I_p wird. Die gleiche Operation wird nacheinander wiederholt, wobei die Schalter S_ und S nacheinander geschlossen werden. Das Ergebnis ist, daß der Arbeitszyklus V , der Nutzstrom Ι_ς und die Nutzleistung P„ den in den Diagrammen b), c) und d) von Fig. 3 gezeigten Änderungen unterliegen.

Wie aus dem Diagramm d) von Fig. 3 zu ersehen ist, ist es erforderlich, wenn der Betrag der Nutzleistung erhöht werden soll, den Wert von P_g auf ein Maximum zu bringen. Geht man davon aus, daß der Zerhacker ein idealer Zerhacker ist, ist der Betrag der Änderung AV* des Arbeitszyklus des Zerhacker eins. Die aus Gleichung (2) abgeleitete Gleichung (4) lautet dann folgendermaßen:

^PSmax

509835/0 2 52

Nimmt man an, daß bei einer Drehzahl, die zweimal so hoch ist wie die Solldrehzahl, gebremst wird, während der Strom bei dem Sollwert konstant gehalten wird, so wird die erzeugte Spannung E-. von etwa 2 E bis auf null reduziert. Wenn P_01n.,-. gemäß Fig. k so gewählt wird, daß die Nutzleistung

^ IUaX

ein Maximum wird, dient nur eine Schaltstufe diesem Zweck, so daß man die Leistungskennlinien, wie sie in Fig. k gezeigt sind, erhält. Das heißt mit anderen Worten, daß genau die Hälfte der von dem Motor erzeugten Leistung axs Nutzbremsleistung zurückgeführt wird.

Tatsächlich liegt die-Änderung des Nutzstroms zwischen 2o % und 150 % des Sollstroms bzw. Nominalstroms, während die Quellenspannung E_c einer kontinuierlichen Änderung zwischen ko % und 12o % der Sollspannung bzw. Nominalspannung unterliegt. Wenn unter dieser Bedingung die Änderung Δ)/ im Arbeitszyklus zum Zeitpunkt des Schrittschaltvorgangs auf unter eins liegend eingestellt wird, muß der Widerstand in zwei Abschnitte oder mehr unterteilt werden. Deshalb gilt:

^PSmax< V¹M ·"· ⁽⁵⁾

Der Betrag der Nutzleistung wird somit auf weniger als die Hälfte des Gesamtbetrags der erzeugten Leistung reduziert.

Je geringer die Nutzleistung ist, desto mehr Leistung muß von dem Widerstand verbraucht werden, was einerseits zu einem verringerten Nutzbremswirkungsgrad und andererseits zu der Forderung nach einem größeren Leistungsvermögen des Widerstands führt.

Diese Nachteile des bekannten Steuersystems sollen nun erfindungsgemäß durch das nachstehende Grundprinzip, das unter Zuhilfenahme von Gleichungen erläutert wird, vermieden werden.

509835/0252

Es soll davon ausgegangen werden, daß der Widerstand R auf (R-AR) in Gleichung (3) verringert wird, wobei Δ R der Widerstand des kurzgeschlossenen Widerstandsabschnittes ist. Die rechte Seite von Gleichung (3) wird umÄR'L· erhöht. Wenn der ursprüngliche Strompegel I_M auch nach dem Kurzschließen des Widerstandsabschnittes aufrechterhalten werden soll, muß der Arbeitszyklus Y so reguliert werden, daß die linke Seite der Gleichung (3) um den Betrag erhöht wird, der AR¹I entspricht. Der Arbeitszyklus V muß als um A)S verringert werden, was durch folgende Beziehung ausgedrückt werden kann:

(6)

Die folgende Gleichung (7) erhält man, wenn der Arbeitszyklus γ um AY ausgehend von einem Wert y· verringert wird

wobei y . den Minimalwert des Arbeitszyklus des Zerhackers fl mm

CH bedeutet. Dadurch gilt für den aus den Gleichungen (6) und (7) abgeleiteten Wert K) folgende Gleichung:

Die Beziehung von Gleichung (8) kann bezogen auf die Spannung folgendermaßen umgewandelt werden:

S 41 S Imin

■'•^Es - ^EsTi = ^Es

509835/0252

-Io -

Egil-f^) ist die mittlere Spannung E_c„ am bzw. parallel zum Zerhacker CH in dem Fall, in welchem der Wert des Arbeitszyklus ζ dem Wert y entspricht, wodurch die Gleichung (9) folgendermaßen ausgedrückt werden kann:

. ^ECH1 ^β V¹TmXn* "^'¹M <^lo>

Das erfindungsgemäße System arbeitet nach dem Grundprinzip, daß der Widerstandsabschnitt kurzgeschlossen wird, wenn der Arbeitszyklus y den Wert y erreicht, der der Gleichung (8) genügt, oder wenn die Zerhackerspannung E_n„ den Wert E

CHl erreicht, der der Gleichung (lo) genügt, was im folgenden unter Bezugnahme auf die einzelnen Ausführungsformen noch näher erläutert wird.

Bei der in Fig. 5 im Blockschaltbild gezeigten ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung entspricht das Stromsteuersystem mit einem Komparator 1, einem Phasenschieber 2 und einer Hauptschaltung 3 dem bekannten System. Die Steuereinrichtung 5 für die Widerstandsstufenschaltung dient zum aufeinanderfolgenden Schließen der die Widerstände abklemmenden Schalter S bis S , ansprechend auf einen Strombe-

¹ 3
zugswert I_p und eine Eingangsspannung V zum Phasenschieber 2,

Der Schaltplan der Steuereinrichtung für die Widerstandsstufenschaltung von Fig. 5 ist in Fig. 6 gezeigt. Die Transistoren 51 und 52 und die Widerstände 53 bis 55 bilden einen Differenzverstärker, durch dessen Einsatz die Erregerspule 58 der Schalters S erregt wird. Die Spannung V , die man durch das Teil der Widerstände 56 und 57 erhält, ist eine Bypasspannung, die dem Wert V/ . in Gleichung (8) entspricht. Vp ist eine Bezugsspannung entsprechend dem Wert AR»I_/E . Das Stromsteuersystem reguliert bzw. regelt den Ankerstrom I₁, derart, daß er mit dem Bezugswert I_p überein- stimmt, was dazu führt, daß die Spannung V_p eine Bezugsspannung erreicht, die dem Wert AR«I_M/E_S von Gleichung (8) entspricht. Somit ist die Summe von V_p und V_ß gleich dem

509835/0252

Arbeitszyklus ]/_Λ^ gemäß Fig, 8, wobei der Widerstand stufengeschaltet bzw. abgeklemmt werden muß. Die Eingangsspannung V zum Phasenschieber entspricht dem Arbeitszyklus V des Zerhackers im Betrieb.

Der Betriebszustand der durch dieses System bewirkten Nutzbremsung ist in Fig. 7 gezeigt. Wie aus dem Diagramm b) von Fig. 7 zu ersehen ist, wird, wenn der Arbeitszyklus y entsprechend V zunimmt und ^* entsprechend V_p+V erreicht, die Erregerspule 58 der Steuereinrichtung 5 für die Widerstandsstufenschaltung erregt, wodurch der Schalter S geschlossen wird. Dies führt dazu, daß der Arbeitszyklus V von y_ auf/ . reduziert wird und wieder ansteigt, wenn der Mo-⁰I 0 mxn ^ö '

tor M mit dem kurzgeschlossenen Widerstand R abgebremst wird. Wenn der Widerstand eines jeden Widerstandsabschnittes so gewählt ist, daß R=R= R =AR, wird jeder Abschnitt auf

1 d J

dem gleichen Pegel, nämlich y = ]/. stufengeschaltet bzw. abge-

<J ¹
klemmt, so daß der Nutzstrom I_c und die Nutzenergie, wie sie in den Diagrammen c) und d) von Fig. 7 gezeigt sind, erhalten werden, wobei das Diagramm a) von Fig. 7 die von dem Motor erzeugte Spannung veranschaulicht.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist der Arbeitszyklus y, der unmittelbar auf den Stufenschaltvorgang folgt, y . . Deshalb ist der Nutzstrom Ι_ς nahezu gleich dem Ankerstrom I-,, so daß der Nutzstrom auf ein Maximum gebracht werden kann. Die maximale Nutzleistung, die unmittelbar auf die Widerstandsstufenschaltung folgt, lautet:

^PSmax

was dem idealen Stufenschaltzustand entspricht, wie er in Gleichung (k) gezeigt ist.

50983 5/0252

24A8646

Aus Gleichung (8) ist ersichtlich, daß die Änderung Λ R des Widerstandes umso geringer ist, je kleiner der Arbeitszyklus S zu dem Zeitpunkt ist, an dem ein Stufenschaltvorgang vorgenommen werden muß. Dies führt zu einer geringeren Änderung der Nutzleistung, die sich P„ in dem Diagramm d) von Fig. 7 weiter annähert. Ein Bremsbeginn beim Zweifachen der Sollgeschwindigkeit wird nachstehend noch unter Bezugnahme auf den vorstehenden Fall erläutert.

Im Idealzustand, in welchem die Anzahl der Abschnitte, in die der Widerstand unterteilt ist, groß genug ist und der Widerstand AR eines jeden Abschnittes klein genug ist, erhält man eine Beziehung zwischen der Nutzenergie der erzeugten Energie, wie es in Fig. 8 gezeigt ist. Wie man sieht, werden drei Viertel der vom Motor erzeugten Leistung wiedergewonnen, während ein Viertel der Leistung von dem Widerstand verbraucht wird. Das heißt, daß erfindungsgemäß der Betrag der rückgewonnenen Leistung bzw. Nutzleistung, die beim Anlegen der Bremsen beim gleichen Zustand, erreicht wird, verglichen mit dem herkömmlichen System erheblich vergrößert ist. Außerdem kann das Leistungsvermögen des Widerstandes verringert werden, was bezüglich des Aufwandes ein wesentlicher Vorteil ist.

Auch wenn sich die vorstehende Ausführungsform aus Gründen der Vereinfachung auf einen Fall bezieht, bei dem der Widerstand eines jeden Wxderstandabschnxttes gleich ist, kann die Erfindung auch mit dem gleichen Effekt dort angewendet werden, wo die jeweiligen Widerstandsabschnitte voneinander verschiedene Werte haben. Dabei sind die verschiedenen Werte des Arbeitszyklus ^₁, wie sie in dem Diagramm b) von Fig. 7 gezeigt sind und die eine Stufenschaltung erfordern, festgelegt,

509835/0252

Wie sich aus Gleichung (8) ergibt, ändert sich der Arbeitszyklus K zu dem Zeitpunkt, wo eine Stufenschaltung durchgeführt werden soll, mit der Quellenspannung E , so daß

der Arbeitszyklus y umso größer ist,je geringer die Quellenspannung E_c ist. Wenn die Änderungen der Quellenspannung E_ klein sind, erhält man eine Widerstandsstufenschaltungssteuerung mit praktischem Wert durch Einstellen des Werte y entsprechend der minimalen Quellenspannung. Wenn die Quellenspannungsänderung groß ist, ist es unmöglich, eine Nutzleistung zu erhalten, die der vollen Kapazität des Zerhackers bei einem hohen Spannungspegel der Quellenspannung entspricht. Damit die der vollen Leistungsfähigkeit des Zerhackers entsprechende Energie bei einer hphen Spannung für den gesamten Bereich der Quellenspannung rückgewonnen werden kann, muß eine Schaltung zum Kompensieren der Änderung der Quellenspannung E_c der Steuereinrichtung für die Widerstands-Stufenschaltung derart hinzugefügt werden, daß der Arbeitszyklus ν in Zuordnung zu der erforderlichen Stufenschaltung entsprechend der Quellenspannung E_c geändert wird. In dem Blockschaltbild von Fig. 9 sind Einrichtungen zum Kompensieren der Änderungen der Quellenspannung E gezeigt. Dabei wirkt ein Teiler 6 so, daß die Eingangsspannung Δ R*I_p proportional dem Bezugswert I_D durch die Quellenspannung E geteilt wird, so daß eine Bezugsspannung V_p erzeugt wird. Die Verwendung dieses Teilers ermöglicht eine Stufenschaltung immer bei einem optimalen Arbeitszyklus entgegen jeder Änderung der Quellenspannung.

Anstelle der Verwendung der Strombezugswerte als Eingang an der Steuereinrichtung 5 für die Widerstandsstufenschaltung kann der Motorstrom L. alternierend festgestellt werden, um direkt den gleichen Zweck zu erreichen. Das unter Bezugnahme auf die vorhergehende Ausführungsform gezeigte Verfahren, bei dem der Eingang zum Phasenschieber als Faktor verwendet wird, der dem Arbeitszyklus γ entspricht, kann durch

509835/0252

ein anderes Verfahren ersetzt werden, bei welchem der Spannungszyklus direkt ausgehend von der Impulsbreite gemessen wird, die dem Ein-Aus-Schalten zugeordnet ist, oder bei welchem die Spannung parallel zum Zerhacker festgestellt wird oder dergleichen.

Das Diagramm von Fig. Io zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Widerstandsabschnitte entsprechend Gleichung (lo) kurzgeschlossen werden. In der Zeichnung sind nur die Hauptschaltung und das Widerstandsstufenschaltsystetn gezeigt« Das Stromsteuersystem ist weggelassen. Ein erster Spannungsdetektor 6 mißt die Quellenspannung E₃ und erzeugt ein Ausgangssignal entsprechend E^(I-Jf . ). Ein anderer Stromdetektor 7 erzeugt ein Signal entsprechend dem Spannungsabfall A R* TL, des kurzzuschließenden Widerstandes AR· Die Ausgangswerte aus dem ersten Spannungsdetektor 6 und dem Ankerstromdetektor 7 werden einer Subtraktionseinrichtung 8 und nach der Umwandlung in

E„„. = E_(l-/ . ) -AR¹I₁, einem Komparator 9 zugeführt. Die OHl ο Q min M

Spannung parallel zum Zerhacker CH wird durch einen zweiten Spannungsdetektor Io gemessen und mit der Spannung E„_u. durch

OnI

den Komparator 9 verglichen.

Das Diagramm von Fig. 11 erläutert die Arbeitsweise des Systems von Fig. Io, wobei sich die Zerhackerspannung E_ in der dargestellten Weise ändert. Zu dem Zeitpunkt, in welchem das Nutzbremsen beginnt, wobei der ganze Widerstand bei der maximalen Motordrehzahl eingeschaltet ist, befindet sich die Zerhackerspannung E„„ an der Stelle P_, so daß der Unterschied zwischen der Motorspannung E und der Zerhackerspannung E__u von den Widerstandsabschnitten R., R₀ und R. On 1 & j

getragen wird.

Bei einer Abnahme der Fahrzeuggeschwindigkeit wird auch die erzeugte Spannung verringert. Um einen erforderlichen Motorstrom bzw. Ankerstrom aufrechtzuerhalten, erhöht das Strom steuersystem den Arbeitszyklus V" des Zerhackers, wodurch

509835/0252

die Spannung E^_x. am Zerhacker CH reduziert wird. Wenn die Cxi

Spannung E„„ den Punkt
komparator 9 fest, daß

Spannung E„„ den Punkt P erreicht, stellt der Spannungs-

D <. E
CH CHI

so daß er die entsprechenden Widerstandsabschnitte kurzschließt Dies führt dazu, daß der Ankerstrom L, zunehmen möchte. Diese Aufwärtstendenz des Ankerstroms I wird jedoch durch die wiederholte Erregung des Stromsteuersystems gedämpft, wodurch der Arbeitszyklus V automatisch erhöht wird, wodurch der Ankerstrom I-, konstant gehalten wird. Zu diesem Zeitpunkt geht die Spannung E , am Zerhacker CH von dem Punkt P· zum Punkt P₂, so daß der Spannungsabfall AR«I_M infolge der kurzgeschlossenen Widerstandsabschnitte gerade kompensiert ist. Unter dieser Bedingung ist die Beziehung gemäß Gleichung (ll) gegeben. Deshalb steigt die Zerhackerspannung E bis zu dem Maximalwert E_c(l-i/ . )* der von dem Zerhacker steuerbar ist, was dazu führt, daß die Leistung P_c, also I ·Ε__Η, die für die Spannungsquelle wiedergewonnen wird, ihr Maximum erreicht.

Abweichend von der ersten Ausführungsform hat die vorstehend beschriebene zweite Ausführungsform den Vorteil, daß die Spannung E^₁₁ sich mit der Quellenspannung E_ ändert,, so daß keine Notwendigkeit für irgendwelche Einrichtungen zum Kompensieren von Änderungen der Quellenspannung besteht. Dadurch können die geeigneten Widerstandsabschnitte immer unter Optimalbedingungen kurzgeschlossen werden.

Bei der zweiten Ausführungsform wird die Spannung am Zerhacker CH direkt gemessen. Durch die Beziehung E_„ = E_M - R«I_M ist auch der Einsatz einer anderen Methode möglich, bei welcher die Zerhackerspannung E_r„ indirekt durch Feststellen der Motorspannung E_M und des Ankerstroms I_M gemessen wird. Diese Verfahrensweise ist in den Ausführungsformen von Fig. 12 und 13 veranschaulicht. Gemäß Fig. 12 wird

5 0 9 8 3 5/0252

die Ankerspannung E„ von dem Spannungsdetektor 11 festgestellt, während der Spannungsabfall R*I_M am Widerstand R durch einen weiteren Spannungsdetektor 12 festgestellt und durch eine Subtraktionseinrichtung 13 subtrahiert wird, so daß man die Zerhackerspannung erhält, nämlich

CH ^{= E}M "

Die Ausführungsform von Fig. 13 entspricht der von Fig. 12 insoweit, wie die Motorspannung E-, von dem Spannungsdetektor 11 festgestellt wird. Der Unterschied besteht jedoch darin, daß der Ankerstrom I-, durch einen Stromdetektor lk festgestellt wird. Das Meßergebnis wird mit dem Widerstand R durch die Multiplizierschaltung 15 multipliziert, so daß die Differenz zwischen dem erhaltenen Spannungsabfall R*I_M und der Spannung E.. von der Subtraktionseinrichtung 13 erzeugt wird.

Die vorstehend beschriebenen Nutzbremsschaltungen umfassen verschiedene Modifizierungen der Ausführungsform von Fig. So ist beispielsweise jede der in den Figuren ik und 15 gezeigten Schaltungen ein Nutzbremssystem zum Steuern einer Vielzahl von Motoren M und M₀. Die Schaltungen haben Wider-

1 di

stände R. und R₀, Schalter S und S₀ zum Kurzschließen der

\ Ct 1 C*

Widerstände, Feldwicklungen F und F , Zerhacker CH, CH und CH_n, Kondensatoren C, C und C₀, Dioden D , D₀, D₀ und

i \ C. 1 dk _)

D. sowie Glättungsdrosseln L , L und L . Soweit die Nutzbremsung durch Ein- und Ausschalten eines Zerhackers reguliert wird, ist die Erfindung mit der gleichen Wirkung bei diesen Modifizierungen einsetzbar.

509835/0252

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Nutzbremssteuersystem für einen Gleichstrommotor, gekennzeichnet durch einen Gleichstrommotor, durch einen zum Gleichstrommotor in Reihe geschalteten Widerstand mit wenigstens einem Widerstandsabschnitt, durch eine Schalteinrichtung zum Kurzschließen des Widerstandsabschnitts des Widerstandes, durch eine Schaltung, über die der Rückgewinnungsstrom für die Nutzbremsung geführt wird, um von dem Gleichstrommotor erzeugte Leistung zu einer Spannungsquelle zurückzuführen, durch eine Zerhackereinrichtung, die parallel zu einer Reihenschaltung des Gleichstrommotors und des Widerstandes zum Steuern des Ankerstroms des Gleichstrommotors durch Ein- und Ausschalten der Zerhackereinrichtung geschaltet ist, durch eine Einrichtung zum Steuern des Arbeits- ♦ zyklus der Zerhackereinrichtung und durch eine Einrichtung zum Steuern der Betätigung der Schalteinrichtung derart, daß der Arbeitszyklus, der unmittelbar auf das Kurzschließen des Widerstandsabschnittes des Widerstandes folgt, einen für die Zerhackereinrichtung zulässigen Minimalwert hat.

2. Nutzbremssteuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Steuern der Betätigung der Schalteinrichtung eine Einrichtung zum Feststellen, ob der Arbeitszyklus der Zerhackereinrichtung einen bestimmten Wert erreicht, der eine geeignete Zeitabstimmung zum Kurzschließen des Widerstandsabschnittes anzeigt, so daß der Arbeitszyklus, der unmittelbar auf Kurzschliessen des Widerstandsabschnittes folgt, so gesteuert ist, daß er den für die Zerhackereinrichtung zulässigen Minimalwert erreicht, und eine Einrichtung zum Erregen der Schalteinrichtung ansprechend auf die Betätigung der Detektoreinrichtung aufweist.

509835/0252

3. Nutzbremssteuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung für den Arbeitszyklus einen Komparator zum Vergleichen des Ankerstroms des Gleichstrommotors mit einem Bezugswert hat, so daß der Ankerstrom durch Steuerung des Arbeitszyklus abhängig von der Abweichung des Ankerstroms von dem Bezugswert konstant gehalten ist.

k. Nutzbremssteuersystem nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung feststellt, ob der Arbeitszyklus der Zerhackereinrichtung den bestimmten Wert ansprechend auf den Ausgang des Komparators und des Bezugswertes erreicht.

5· Nutzbremssteuersystem nach Anspruch ^, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung einen Differenzverstärker mit einer ersten Eingangsklemme, an die ein elektrisches Signal entsprechend dem Bezugswert angelegt wird, und eine zweite Eingangsklemme hat, an die ein elektrisches Signal entsprechend der Abweichung angelegt wird, wobei die Einrichtung zum Erregen der Schalteinrichtung ansprechend auf den Ausgang aus dem Differenzverstärker erregt wird.

6. Nutzbremssteuersystem nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand eine Vielzahl von Widerstandsabschnitten hat und daß die Einrichtung zum Erregen der Schalteinrichtung eine Einrichtung für die Widerstandsstufenschaltung zum Abklemmen der Abschnitte des Widerstandes ansprechend auf das Ausgangssignal des Differenzverstärkers hat.

509835/0252

7. Nutzbremssteuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung eine Einrichtung zum Kompensieren von Änderungen der Quellenspannung
aufweist, so daß genau feststellbar ist, ob der
Spannungszyklus der Zerhackereinrichtung den festgelegten Wärt erreicht.

8. Nutzbremssteuersystem nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung eine Einrichtung zum Kompensieren der Änderungen der Quellenspannung hat, so daß genau festgestellt wird, ob der Arbeitszyklus
der Zerhackereinrichtung den bestimmten Wert erreicht.

9. Nutzbremssteuersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationseinrichtung Teilereinrichtungen aufweist, wobei das die Bezugsspannung darstellende elektrische Signal der ersten Eingangskiemme zugeführt wird, nachdem es durch die Quellenspannung
geteilt ist.

Io. Nutzbremssteuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Steuern der Betätigung der Schalteinrichtung eine erste Einrichtung zum Feststellen einer Spannung der. Energiequelle, eine zweite
Einrichtung zum Feststellen einer Spannung parallel an der Zerhackereinrichtung, eine dritte Einrichtung zum
Feststellen des Ankerstroms des Gleichstrommotors und
eine Einrichtung" zum Feststellen einer geeigneten Zeitabstimmung bzw. Einstellung ansprechend auf die jeweiligen Ausgänge aus der ersten, zweiten und dritten Einrichtung umfaßt, um die Widerstandsabschnitte so kurzzuschließen, daß der Arbeitszyklus, der unmittelbar auf das Kurzschließen des Widerstandsabschnittes folgt, so gesteuert wird, daß er den für die Zerhackereinrichtung zulässigen Minimalwert erreicht.

509835/025 2

- 2ο -

11. Nutzbremssteuersystem nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spannungsdetektoreinrichtung die Spannung E der Energiequelle mißt und ein Ausgangssignal erzeugt, welches E_c(l-l/. )

ο «min

darstellt, wobei/ . der minimale Wert des Arbeits-' 1 mm

zyklus ist, der für die Zerhackereinrichtung tolerierbar ist, daß die dritte Einrichtung den Ankerstrom I_M mißt und einen Ausgang entsprechend dem Spannungsabfall ΔR'^vf ^an dem kurzzuschließenden Widerstandsabschnitt R erzeugt, daß die Schaltersteuereinrichtung eine Subtraktionseinrichtung zum Subtrahieren des Ausgangs der Detektoreinrichtung für den Ankerstrom von dem Ausgang der Detektoreinrichtung der ersten Spannung aufweist und daß die Komparatoreinrichtung das Ergebnis der Subtraktion durch die Subtraktionseinrichtung mit der Zerhackerspannung E„„ vergleicht, die von

Ln

der Detektoreinrichtung für die zweite Spannung gemessen wird, wobei die Schalteinrichtung zum Kurzschliessen des Widerstandsabschnittes Λ R zu dem Zeitpunkt erregt wird, in dem der Bedingung genügt wird:

^ECH<

509835/0252

*1

Leerseite