DE2501246B2 - Circuit arrangement for controlling the electrical power supplied to a direct current motor from an accumulator battery - Google Patents

Circuit arrangement for controlling the electrical power supplied to a direct current motor from an accumulator battery

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a circuit arrangement according to the preamble of claim 1.

Bei Elektroantrieben von Straßenfahrzeugen muß die elektrische Leistung, die von einer Akkumulatorenbatterie einem Antriebsmotor des Straßenfahrzeugs zugeführt wird, durch ein Fahrgeschwindigkeitspedal (»Gaspedal«) gesteuert werden.In the case of electric drives in road vehicles, the electrical power from an accumulator battery is supplied to a drive motor of the road vehicle by a travel speed pedal (»Accelerator«) can be controlled.

Aus der GB-PS 11 8t 722 ist bereits eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 bekannt, bei der die verstellbare Impedanz aus einer Drossel besteht, deren Blindwider-From GB-PS 11 8t 722 there is already a circuit arrangement known with the features of the preamble of claim 1, in which the adjustable Impedance consists of a choke whose reactance

stand durch einen mit dem Fahrgeschwindigkeitspedal gekoppelten Tauchkern veränderbar ist. Die Drossel bildet einen Teil eines Spannungsteilers zwischen einem astabilen Multivibrator und einer Transistorschaltung, die ein Zeitkonstantenglied enthält, welches Änderungen der Ausgangsspannung, die eine Erhöhung der dem Fahrmotor zugeführten Leistung bewirken, verzögert, Änderungen, die eine Verringerung der dem Fahrmotor zugeführten Leistung bewirken, jedoch im wesentlichen unveraögert weitergibt. Im bekannten Falle soll die Steuerung der dem Fahrmotor zugeführten Leistung schließlich eine Thyristorschaltung erfolgen.stand can be changed by a plunger core coupled with the travel speed pedal. The thrush forms part of a voltage divider between an astable multivibrator and a transistor circuit, which contains a time constant term which changes the output voltage, which increases the dem The power supplied to the traction motor causes delayed changes that reduce the amount of power supplied to the traction motor cause supplied power, but passes on essentially without delay. In the known case, the Finally, a thyristor circuit is used to control the power supplied to the traction motor.

Der vorliegenden Erfindung liegt, ausgehend von diesem Stand der Technik, die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die besonders einfach und betriebssicher ist und sich durch einen preiswerten Aufbau auszeichnet.Based on this prior art, the present invention is based on the object of a Specify circuit arrangement of the type mentioned, which is particularly simple and reliable and is characterized by an inexpensive structure.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.This object is achieved by the invention characterized in claim 1.

Die Unteransprüche betreffen Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Schallungsanordnung gemäß der Erfindung.The subclaims relate to further developments and refinements of the sound arrangement according to FIG Invention.

Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung zeichnet sich durch einen einfachen und robusten Aufbau aus, da es sich um eine reine Gleichstromschaltung handelt. Im Gegensatz zu Multivibrator- und Thyristorschaltungen werden keine Hochfrequenzstörungen erzeugt, so daß keine Abschirmung erforderlich ist.The circuit arrangement according to the invention is characterized by a simple and robust Structure because it is a pure DC circuit. In contrast to multivibrator and Thyristor circuits do not generate high frequency interference, so that no shielding is required is.

Die Leistungssteuerschaltung enthält vorzugsweise mehrere Leistungstransitoren, deren Emitter-Kollektor-Strecken zwischen die Akkumulatorenbatterie und den Gleichstrommotor geschaltet sind. Eine solche Schaltung ist äußerst einfach und betriebssicher, ihr Nachteil, daß die Steuerung nicht leistungslos ist, fällt in der Praxis nicht besonders ins Gewicht, da die Erfahrung gezeigt hat, daß Elektro-Straßenfahrzeuge auf der Strecke gewöhnlich mit Vollast betrieben werden, wobei dann die Leistungsverluste an den voll aufgesteuerten Leistungstransistoren klein sind.The power control circuit preferably contains a plurality of power transistors, their emitter-collector paths are connected between the accumulator battery and the DC motor. Such Circuit is extremely simple and reliable, its disadvantage that the control is not powerless, falls in Practice does not particularly matter, as experience has shown that electric road vehicles are usually operated at full load on the route, with the power losses then being reduced to the full controlled power transistors are small.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf das in der Zeichnung dargestellte Schaltbild näher erläutert.In the following an embodiment of the invention with reference to that in the drawing illustrated circuit diagram explained in more detail.

Die in der Zeichnung dargestellte Schaltungsanordnung besteht im wesentlichen aus einem Steuerteil 10, der eine der Einstellung eines Stellgliedes entsprechende Steuerspannung liefert, einem Zeitkonstantenglied 12 zum Verzögern von in einer bestimmten Richtung verlaufenden Änderungen der Steuerspannung und einer Leistungssteuerschaltung, die einen Vorverstärker 14 und eine Endstufe 16 enthält.The circuit arrangement shown in the drawing consists essentially of a control part 10, which corresponds to the setting of an actuator Control voltage supplies, a time constant element 12 for delaying in a certain direction ongoing changes in the control voltage and a power control circuit containing a preamplifier 14 and an output stage 16 contains.

Die Schaltungsanordnung steuert die elektrische Leistung, die von einer Akkumulatorenbatterie 18 einem als Fahrmotor dienenden, im Hauptschluß geschalteten Gleichstrommotor 20 zugeführt wird. Die Akkumulatorenbatterie liefert auch die Betriebs- und Vorspannungen für die Schaltungsanordnung.The circuit arrangement controls the electrical power supplied by an accumulator battery 18 a DC motor 20 which is used as a traction motor and is connected in the main circuit. the Accumulator battery also supplies the operating and bias voltages for the circuit arrangement.

Die Batterie 18 ist an eine positive Eingangsklemme 22 und an eine mit Masse verbundene, negative Eingangsklemme 24 angeschlossen.The battery 18 is connected to a positive input terminal 22 and to a negative one connected to ground Input terminal 24 connected.

Der Steuerteil 10 enthält eine erste Transistorverstärkerstufe mit einem in Emitterschaltung arbeitenden npn-Transistor 26 und eine in Kollektorschaltung arbeitende zweite Verstärkerstufe mit einem pnp-Transistor 28. Die Basis des Transistors 26 ist über einen vorzugsweise verstellbaren Emitterwiderstand 30 mit der negativen Klemme 24 verbunden. Der Emitter des Transistors 26 liegt direkt an der negativen Klemme 24,The control part 10 contains a first transistor amplifier stage with an emitter circuit operating npn transistor 26 and a second amplifier stage operating in a collector circuit with a pnp transistor 28. The base of the transistor 26 is connected via a preferably adjustable emitter resistor 30 the negative terminal 24 connected. The emitter of transistor 26 is directly connected to the negative terminal 24,

während der Kollektor dieses Transistors über einen Kollektorwiderstand 32 mit der positiven Klemme 22 und außerdem direkt mit der Basis des Transistors 28 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 28 ist mit der negativen Klemme verbunden, während sein Emitter über einen Emitterwiderstand 34 mit der positiven Klemme gekoppelt ist.while the collector of this transistor is connected to the positive terminal 22 via a collector resistor 32 and is also connected directly to the base of transistor 28. The collector of transistor 28 is with connected to the negative terminal, while its emitter is connected to the positive terminal is coupled.

Außerdem ist der Emitter des Transistors 28 über einen Stellwiderstand 36 mit der Basis des Transistors 26 gekoppelt. Der Stellwiderstand 36 besteht aus einem relativ hochohmigen Potentiometer (z. B. !00 Kiloohm) mit logarithmischer Kennlinie und sein mechanisch mit einem Fahrgeschwindigkeitspedal 38 des zugehörigen Kraftfahrzeuges gekoppelter Schleifer ist so geschaltet, daß sich der steile Teil der Kennlinie am hochohmigen Ende befindet. Der vorzugsweise ebenfalls verstellbar ausgebildete Emitterwiderstand 30 des Transistors 26 hat vorzugsweise ebenfalls einen verhältnismäßig hohen Widerstandswert, ζ. Β. 100 Kiloohm.In addition, the emitter of transistor 28 is connected to the base of the transistor via a variable resistor 36 26 coupled. The variable resistor 36 consists of a relatively high-resistance potentiometer (e.g.! 00 kiloohms) with a logarithmic characteristic and its mechanical with a travel speed pedal 38 of the associated Motor vehicle coupled grinder is switched so that the steep part of the characteristic curve is at the high resistance End is located. The emitter resistor 30 of the transistor 26, which is preferably also designed to be adjustable preferably also has a relatively high resistance value, ζ. Β. 100 kilo ohms.

Vom Emitter des Transistors 28 wird eine vom Widerstandswert des Stellwiderstandes 36 und damit von der Stellung des Fahrgeschwindigkeitspedals 38 abhängige Steuerspannung abgenommen und dem Zeitkonstantenglied 12 zugeführt. Das Zeitkonstantenglied 12 enthält eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 40 und einer Halbleiterdiode 42, die so gepolt ist, daß sie einen Anstieg der Steuerspannung in positiver Richtung verzögert. Die Diode 42 ist mit einem Entladewiderstand 44 überbrückt.From the emitter of the transistor 28 is one of the resistance of the variable resistor 36 and thus taken from the position of the driving speed pedal 38 dependent control voltage and the Time constant element 12 is supplied. The time constant element 12 includes a series circuit of one Capacitor 40 and a semiconductor diode 42, which is polarized so that it increases the control voltage in decelerated in the positive direction. The diode 42 is bridged with a discharge resistor 44.

Der Emitter des Tansistors 28 ist schließlich über einen Kopplungswiderstand 46 mit der Basis eines in Kollektorschaltung, also als Emitterfolger, arbeitenden npn-Transistors 48 verbunden. Der Emitter des Transistors 48 ist über eine für den Emitterstrom in Flußrichtung gepolte Schutzdiode 50 mit der Basis eines npn-Transistors 52 verbunden, der ebenfalls in Kollektorschaltung arbeitet und eine zweite Vorverstärkerstufe bildet. Zwischen die Basis und den Emitter des Transitors 52 ist ein Emitterwiderstand 54 geschaltet. Der Emitter dieses Transistors ist mit einer Eingangsklemme A einer (oder mehrerer parallelgeschalteter) Leistungsverstärkerstufen 54 und einer Begrenzerschaltung 56 verbunden, die die Basis-Emitter-Spannung für den Transistor 58 der Leistungsverstärkerstufe 54 begrenzt. Die andere Klemme der Begrenzerschaltung 56 ist mit einer Ausgangsklemme C der Leistungsverstärkerstufe 54 verbunden.The emitter of the transistor 28 is finally connected via a coupling resistor 46 to the base of an npn transistor 48 operating in a collector circuit, that is to say as an emitter follower. The emitter of the transistor 48 is connected via a protective diode 50 polarized in the forward direction for the emitter current to the base of an npn transistor 52 which also operates in a collector circuit and forms a second preamplifier stage. An emitter resistor 54 is connected between the base and the emitter of the transistor 52. The emitter of this transistor is connected to an input terminal A of one (or more parallel-connected) power amplifier stages 54 and a limiter circuit 56 which limits the base-emitter voltage for transistor 58 of power amplifier stage 54. The other terminal of the limiter circuit 56 is connected to an output terminal C of the power amplifier stage 54.

Die Begrenzerschaltung enthält einen Spannungsteiler 60 sowie einen Transistor 62, dessen Emitter-Kollektor-Strecke in der dargestellten Weise zwischen die Eingangs- und Ausgangsklemme A bzw. C der Leistungsverstärkerstufe 54 geschaltet ist und dessen Basis mit dem verstellbaren Abgriff des Spannungsteilers verbunden ist.The limiter circuit contains a voltage divider 60 and a transistor 62, the emitter-collector path of which is connected as shown between the input and output terminals A and C of the power amplifier stage 54 and whose base is connected to the adjustable tap of the voltage divider.

Die Leistungsverstärkerstufe enthält außer dem Transistor 58 einen zwischen die Eingangsklemme A und die Basis des Transistors 58 geschalteten Schutzoder Strombegrenzungswiderstand 64 relativ kleinen Widerstandswertes, einen zwischen die Basis und den Emitter geschalteten EmitterwiderstanJ 66 sowie einen zwischen den Emitter und die Ausgangsklemme C geschalteten Strombegrenzungswiderstand 68 relativ kleinen Widerstandswertes. Die Ausgangsklemme Cist über einen kleineren Kondensator 70 geringer Induktivität sowie über einen Elektrolytkondensator 72, die zur Ausfilterung von Störimpulsen dienen, mit Masse verbunden und außerdem an eine Klemme 74 zum Anschluß der einen Klemme des Motors 20 verbunden, dessen andere Klemme an Masse liegt.In addition to the transistor 58, the power amplifier stage contains a protective or current limiting resistor 64 connected between the input terminal A and the base of the transistor 58, a relatively small resistance value, an emitter resistor 66 connected between the base and the emitter and a relatively small current limiting resistor 68 connected between the emitter and the output terminal C. Resistance value. The output terminal C is connected to ground via a smaller capacitor 70 of low inductance and via an electrolytic capacitor 72, which are used to filter out interference pulses, and is also connected to a terminal 74 for connecting one terminal of the motor 20, the other terminal of which is connected to ground.

Die beschriebene Schaltungsanordnung, insbesondere das gegengekoppelte Steuerteil 10 in Verbindung mit dem Zeitkonstantenglied 12 und der logarithmischen Kennlinie des Stellwiderstandes 36 gewährleisten ein ruckfreies Fahren, da auch bei einem plötzlichen Durchtreten des Fahrgeschwindigkeitspedals 38 ein nur verzögertes Ansteigen der Spannung am Emitter des Transistors 28 in positiver Richtung möglich ist. Die Emitterspannung des Transistors 28 kann sich jedoch in negativer Richtung unverzögert ändern, da in diesem Falle die Diode 42 sperrt und das Zeilkonstantenglied praktisch unwirksam ist.The circuit arrangement described, in particular the feedback control part 10 in connection with the time constant element 12 and the logarithmic characteristic curve of the variable resistor 36 ensure smooth travel, since even if the travel speed pedal 38 is suddenly depressed, the voltage at the emitter of transistor 28 only increases in a positive direction with a delay is possible. The emitter voltage of the transistor 28 can, however, change without delay in the negative direction, since in this case the diode 42 blocks and the cell constant element is practically ineffective.

Die Diode 50 schützt des Transistor 48 und das Steuerteil vor etwaigen Störimpulsen, die vom Motor ausgehen können und dient außerdem zur Spannungsanpassung. Auch die beschriebene Schaltung der Vorverstärkerstufe 14 und der Endstufe 16, die ohne direkten Bezug zur Massespannung zwischen die spannungsführende Motorklemme 74 und die Ausgangsklemme des Steuerteiis 10 geschaltet sind, tragen dazu bei, ein ruckartiges Ansteigen der Motorspannung zu vermeiden.The diode 50 protects the transistor 48 and the control part from any interference pulses from the motor can go out and is also used for voltage adjustment. The described circuit of the Preamplifier stage 14 and the output stage 16, which have no direct reference to the ground voltage between the live motor terminal 74 and the output terminal of the control unit 10 are connected helps to avoid a sudden increase in the motor voltage.

Mit dem Emitterwiderstand 30 läßt sich der Einsatzpunkt, bei dem der Motorstrom zu fließen beginnt, verstellen.With the emitter resistor 30, the starting point at which the motor current flows begins to adjust.

In der Praxis ist die Leistungsverstärkerstufe 54 mehrfach vorhanden, d. h., daß zwischen die Klemmen A, B und C eine mehr oder weniger große Anzahl von Leistungsverstärkerstufen mit je einem Transistor 58 und den Widerständen 64 bis 68 geschaltet sind.In practice, the power amplifier stage 54 is present several times, that is, a more or less large number of power amplifier stages, each with a transistor 58 and the resistors 64 to 68, are connected between the terminals A, B and C.

Die vorliegende Schaltungsanordnung kann auch für andere Zwecke, z. B. für die Steuerung des Hubmotors eines Gabelstabiers, verwendet werden.The present circuit arrangement can also be used for other purposes, e.g. B. for controlling the lifting motor a fork tipper, can be used.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Schaltungsanordnung zum Steuern der einem Gleichstrommotor, insbesondere dem Antriebsmotor eines Straßenfahrzeuges, von einer Akkumulatorenbatterie zugeführten elektrischen Leistung entsprechend der Einstellung eines Stellgliedes, insbesondere eines Fahrgeschwindigkeitspedales des Siraßenfahrzeuges, welches auf eine verstellbare Impedanz in einer mehrstufigen Transistorschaltung wirkt, welche eine vom Wert der verstellbaren Impedanz abhängige Steuerspannung an eine zwischen die Akkumulatorenbatterie und dem Gleichstiommotor geschaltete Leistungssteuerschaltung über ein Zeitkonstantenglied liefert, das Änderungen der Ausgangsspannung, die eine Erhöhung der dem Gleichstrommotor zugeführten Leistung bewirken, verzögert, Änderungen, die eine Verringerung der dem Gleichstrommotor zugeführten Leistung bewirken, jedoch im wesentlichen unverzögert an die Leistungssteuerschaltung weitergibt, dadurch gekennzeichnet, daß die verstellbare Impedanz aus einem Stellwiderstand (36) besteht, der in einem Gegenkopplungszweig zwischen der Emitterelektrode eines in Kollektorschaltung arbeitenden Transistors (28) der zweiten Stufe und der Basiselektrode eines in Emitterschaltung arbeitenden Transistors (26) der ersten Stufe der Transistorschaltung liegt.1. Circuit arrangement for controlling a direct current motor, in particular the drive motor of a road vehicle, electrical power supplied by an accumulator battery accordingly the setting of an actuator, in particular a travel speed pedal of the Siraßenfahrzeuges, which on an adjustable impedance in a multi-stage transistor circuit acts, which a control voltage dependent on the value of the adjustable impedance to a Power control circuit connected between the accumulator battery and the DC motor via a time constant element that supplies changes in the output voltage that lead to an increase of the power supplied to the DC motor cause, delayed, changes that cause a Cause reduction in the power supplied to the DC motor, but essentially passes on without delay to the power control circuit, characterized in that the adjustable impedance consists of a variable resistor (36) in a negative feedback branch between the emitter electrode of a common collector transistor (28) of the second Stage and the base electrode of an operating in the emitter circuit transistor (26) of the first stage the transistor circuit is located. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellwiderstand (36) eine logarithmische Kennlinie hat, deren steilerer Teil sich an dem Ende des Widerstandes befindet, an dem die hochohmigen Werke abgegriffen werden.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the variable resistor (36) has a has a logarithmic characteristic, the steeper part of which is at the end of the resistance at which the high-resistance works are tapped. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitkonstantengiied (12) eine dem Ausgang der Transistorschaltung parallelgeschaltete Reihenschaltung aus einer Diode (42) und einem Kondensator (40) enthält.3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the Zeitkonstantengiied (12) a series circuit of a diode connected in parallel with the output of the transistor circuit (42) and a capacitor (40). 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung (40, 42) einem Emitterwiderstand (34) des Transistors (28) der zweiten Stufe parallelgeschaltet ist und daß die Diode (42) mit einem Widerstand (44) überbrückt ist.4. Circuit arrangement according to claim 3, characterized in that the series connection (40, 42) an emitter resistor (34) of the transistor (28) of the second stage is connected in parallel and that the Diode (42) is bridged with a resistor (44). 5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungssteuerschaltung einen mit dem Zeitkonstantenglied (12) gekoppelten Vorverstärker (14) und eine Endstufe (16) mit mehreren parallelgeschalteten Transistoren (58) enthält, deren Emitter-Kollektor-Strecken zwischen die Akkumulatorenbatterie (18) und den Gleichstrommotor (20) geschaltet sind.5. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the Power control circuit a preamplifier (14) coupled to the time constant element (12) and an output stage (16) with a plurality of transistors (58) connected in parallel, the emitter-collector paths of which connected between the accumulator battery (18) and the direct current motor (20) are.
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