DE2934316C2

DE2934316C2 - Verfahren zum Betrieb eines fremderregten Nebenschluß-Gleichstrommotors, Anordnung zur Ausführung des Verfahrens sowie Verwendung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2934316C2
Application number: DE2934316A
Authority: DE
Inventors: Walter Zürich Dätwyler; Leo Merishausen Meister
Original assignee: SIG SCHWEIZERISCHE INDUSTRIE-GESELLSCHAFT NEUHAUSEN AM RHEINFALL CH; SIG SCHWEIZERISCHE INDUSTRIE-GESELLSCHAFT NEUHAUSEN AM RHEINFALL
Current assignee: Bedia Maschinenfabrik Verwaltungs-Gmbh 53117 Bonn
Priority date: 1979-08-17
Filing date: 1979-08-24
Publication date: 1985-05-09
Also published as: US4506200A; SE8005767L; GB2056796A; SE456707B; CH661160A5; DE2934316A1; AU6152680A; AU542477B2; GB2056796B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines fremderregten Nebenschluß-Gleichstrommotors, der als Fahrmotor in Reihenschlußcharakteristik durch entsprechende Steuerung des Erregerstromes betrieben wird.

Üblicherweise werden Gleichstrommotoren mit Anlaßwiderständen angefahren, welche mit Hilfe mechanischer Schütze sukzessive abgeschaltet resp. wieder eingeschaltet werden. Abgesehen davon, daß solche Schaltorgane, wie beispielsweise die erwähnten Schütze, verschleißanfällig sind, ergibt sich grundsätzlich durch die Schaltvorgänge bedingt, kein weiches und kontinuierliches Anfahren.

Es ist aus dem Ariikei »Elektrische Bahnen« 38. Jahrgang (1967), Heft 10, bekannt, an einem Doppelschußmotor den Ankerstrom auf einen SOLL-Wert zu regeln, und nach Erreichen einer bestimmten Drehzahl· eine Weiterbeschleunigung durch Feldschwächung vorzunehmen. Schon aus der Doppelschlußschaltung ist ersichtlich, daß der Motor auch im unteren Drehzahlbereich mit Reihenschlußcharakteristik betrieben ist, da dabei die Erregung mit dem Ankerstrom geführt wird.

Aus der DE-AS 19 26 980 andererseits ist es bekannt, einen Nebenschlußmotor so zu betreiben, daß im uniuren Drehzahlbereich der Ankerstrom einer vorgegebenen Führungsgröße nachgeregelt wird und dabei die Erregung mit dem Ankerstrom IST-Wert verändert wird, so daß dadurch ein Betrieb des Motors mit Roihenschlußcharakteristik realisiert wird. Kann der Ankerstrom bei Erreichen einer bestimmten Drehzahl nicht mehr der Führungsgröße folgen, so wird die Erregung geschwächt.

Dadurch kann der Ankerstrom-IST-Wert wiederum auf den Wert der Führung'^röße angehoben werden.

Es ist nun bekannt, daß sich Reihenschlußmotoren für die Nutzbremsung wegen der ankerstromabhängigen Erregung schlecht eignei und daß der hierzu zu betreibende Aufwand auch bei Doppelschlußmotoren wegen der auch hier vorliegenden Ankerstrom-Erregungsabhängigkeit groß ist. Werden reine Reihenschlußgenerato-

29 34 31b

ren — im Nutzbremsungsbetrieb arbeitet der Gleichstrommotor als Generator — aus obengenannten Gründen praktisch nicht eingesetzt, wohl jedoch Doppelschlußgeneratoren, so muß trotzdem berücksichtigt werden, dall der Quadrantenwechsel vom Motor in den Generatorbetrieb auch bei der Doppelschlußanordnung wesentlich aufwendiger ist als bei der reinen Nebenschlußanordnung.

Insbesondere ist weiter aus den »Technischen Mitteilungen AEG-Telefunken 60(1970) 4, Seiten 241 bis 243« ein Verfahren bekannt geworden, wonach ein im Fahrbetrieb als Reihenschlußmotor geschalteter Motor miitels Anfahrwiderständen angefahren wird und im Bremsbetrieb als fremderregter Motor mittels Bremswidersiändcn im Ankerkreis abgebremst wird, im Gegensatz zum Fahrbetieb, in Reihenschluß-Charakteristik, hier der Ankerstrom auf einen konstanten, vorgegebenen Strom-SOLL-Wert gehalten wird. Dieses Verfahren schallet somit ίο den Gleichstrommotor erst resp. nur im Bremsbetrieb in Nebenschlußverhalten. Damit wird aber die für das Anfahren des Motors, insbesondere beim Antrieb schwerer Fahrzeuge vorteilhafte Nebenschluß-Charakteristik dort nicht ausgenützt.

Die vorliegende Erfindung stellt sich nun die Aufgabe, ausgehend vom letztgenannten Verfahren zum Betrieb eines Gleichstrommotors, der als Fahrmotor in Reihenschluß-Charakteristik betrieben wird und im Bremsbctrieb in Nebenschluß-Charakteristik den Motor so zu betreiben, daß die Vorteile des Reihenschluß- und des Nebenschlußmotors voll ausgenützt werden können.

Zu diesem Zweck wird ein Verfahren eingangs genannter Art vorgeschlagen, welches sich dadurch auszeichnet, daß man den Motor zum Anfahren und zum Rekuperationsbremsbetrieb unterhalb einer vorgegebenen Drehzahl mit Nebenschluß-Charakteristik, darüber mit Reihenschluß-Charakteristik führt.

Dadurch wird erzielt, daß je nach den erforderten Betriebsverhältnissen eine sog. weiche Drehmomcnt-Drchzahlkennlinie, um Drehmomentstößc zu dämpfen, mit Reihenschluß-Verhalten erzielt wird, andererseits zum Anfahren und zum Abbremsen bis zu tiefsten Drehzahlen, die Nebenschluß-Charakteristik ausgenüi/i werden kann. Durch das Ausnützen dieser beiden charakteristischen Verhallen des Gleichstrommotors in je verschiede nen Drehzahlbereichen wird es möglich, mit relativ geringem Schaltungsaufwand und insbesondere unter der Benutzung von Halbleiterschaltelementcn den Motor optimal zu betreiben. Ein solcher Betrieb eignet sieh insbesondere vorzüglich für Antriebsmotoren batteriegespiesener Grubenlokomotiven. Hier ist es von besonderer Bedeutung, keine mechanischen Schaltorgane vorsehen zu müssen, da die überaus stark verschmutzte Umgebung, in welchen solche Lokomotiven betrieben werden, die Lebensdauer und Betriebssicherheit mechanischer Schaltorgane drastisch beeinträchtigt. Zudem ist gerade bei derart schweren durch den Motor getricbcnen Fahrzeugen ein druckfreies Anfahren wesentlich, was mit der Ausnutzung der Nebenschluß-Charakteristik hierzu erzielt wird.

Die Erfindung wird anschließend beispielsweise anhand von Figuren erläutert Es zeigt

Fig. 1 den Drehzahl-Quellspannungs- und den Drehzahl-Ankerspannungsverlauf bei einer Regelung eines Gleichstrommotors mit dem Ankerstrom als Regelgröße und der Ankerspannung als Führungsgrößc für verschiedene Ankerstrom-Führungsgrößen, für die Führung eines Gleichstrommotors mit Nebenschlußcharakteristik.

F i g. 2 die daraus resultierenden Drehmoment/Drehzahl-Kennlinien,
F i g. 3 ein prinzipielles Blockdiagramm der Ankerstrom/Änkerspannungsregeiung,
F i g. 4 ein Funkiionsblockdiagramm der Regelung nach F i g. 3,
F i g. 5 eine Schaltungsanordnung, teilweise mit Funktionsblöcken der Anordnung gemäß F i g. 4,

F i g. 6 eine Schaltungsanordnung, teilweise mit Funktionsblöcken der Anordnung gemäß F i g. 4, mit Ausbau für Nutzbremsung und Drehrichtungsumkehr,

Fig. 7 eine Drehzahl/Drehmomenten-Charakteristik eines geregelten Gleichstrommotors mit dem Ankerstrom als Regelgröße und dem Feld als Stellgröße für die Führung mit Reihenschluß-Charakteristik.
F i g. 8 ein grundsätzliches Blockdiagramm des Regelkreises für diese Ankerstrom/Erregungsregelung.
F i g. 9 ein Funktionsblockdiagramm für die Ankerstrom/Erregungsregelung.

F i g. 10a ein Funktionsblockdiagramm gemäß F i g. 9, mit teilweiser Angabe einer möglichen Beschallung.
F i g. !Ob eine schaltungsmäßige Realisation der in F i g. 9 und 10a als Funktionsblock dargestellten Differenzeinheit zur Bildung einer Regeldifferenz,

F i g. 11 eine mögliche Ausbildung einer Strommeßanordnung, wie sie als Funktionsblock in den F i g. 4, 5,6,9 und 10a, weiter i"den Fig. 13.14dargestellt ist.

Fig. 12 eine Drehzahl/Drehmomenten-Charakteristik eines geregelten Gleichstrommotors, mit dem Ankerstrom als Regelgröße und, alternativ, der Ankerspannung als Stellgröße für Nebenschluß-Charakteristik oder der Erregung als Stellgröße für Reihenschluß-Charakteristik,
Fig. 13 ein Funktionsblockdiagramm einer Anordnung zur Ausführung der kombinierten Regelung,

Fig. 14 eine Schaltungsanordnung mit teilweise als Funktionsblöcke dargestellten Einheilen, gemäß dem Funktionsblockdiagramm von F i g. 13,

Fig. 15a den zeitlichen Verlauf zweier Impulszüge zur Ansteuerung von Gleichstrompulswandlern zweier Verbraucher, welche von derselben Speisequelle gespiesen werden, mit bezüglich Belastungspulsation besagter Quelle optimierter gegenseitiger Phasenlage bei gleichem Betrieb der beiden Verbraucher, insbesondere zur Speisung von Gleichstrommotoren, die, wie in den F i g. 1 bis 14 dargestellt, betrieben werden,

Fig. 15b eine Darstellung gemäß Fig. 15a bei unterschiedlichem Betrieb der Verbraucher, insbesondere Gleichstrommotoren,

Fig. Ί6 ein Funktionsblockdiagramm zur Einstellung einer bezüglich Quellenbelastung optimierte Phasenlage von Impulszügen für zwei mittels Gleichstrompulswandlern betriebenen, von einer Speisequelle gespiesene Verbraucher, insbesondere Gleichstrommotoren.

Um das Verständnis des kombinierten Nebenschluß/Reihenschlußbetriebes von Gleichstrommotoren zu erleichtern, das anhand der F i g. 12 und 13 erläutert wird, soll zuerst das Nebenschlußverhalten in den Fig. 1 bis

b, dann das Reihenschlußverhalten in den F i g. 7 bis 11 dargestellt werden. Diese Erläuterungen sind deshalb nötig, weil hier die erwünschten Verhalten des Gleichstrommotors durch speziell ausgelegte Regelkreise erreicht werden. Dabei muß betont werden, daß sich alle anhand der Erläuterungen /um Neben- und Reihen· scMiillvcihüllen erwähnten V;iii;itionsmöglichkeiien auch auf die kombinierte Technik übertragen lassen. Ks wurde jedoch bevorzugt, derartige Variationsmöglichkeiten nicht bei der Beschreibung der kombinierten Technik einzuführen, um deren Abhandlung nicht zu komplizieren. Zudem muß erwähnt werden, daß die Ausdrücke Reihen- und Hauptschluß im folgenden gleich verwendet werden.

Bei ,'-:r Regelung einer Gleichstrommaschine mit dem Ankerstrom l,\ als Regelgröße und einer Ankerstrom-Führungsgröße Λη wird die Maschine gemäß

M = — pw Φ ■ I, (0)

,7 -;■■

ein konstantes Moment Mabgegeben. Dabei bezeichnen ^:S

ρ = Polpaarzahl -.·,.,

iv = Windungszahl zwischen zwei Bürsten ,!

Φ - Erregungsfluß i

/. = AnlprLlrnm ύ

f-.s muß weiter gelten: ,]

woraus sich mit ■■

	U	-4pwnΦ	4 ρ\νφ
Πα		dU	Ra
Pn		R,dn

30

mit R\ als Ankerwiderstand der Verlauf der Ankerspannung U in Funktion der Drehzahl und der Führungsgröße/\i)ZU

U = ΑρννΦη + UoRa (3)

ergibt.

Dieser Verlauf ist qualitativ in F i g. 1 dargestellt. Über der Drehzahl π ist die Quellenspannung U_q abgetragen, welche mit einer Steigung von 4pw0mit der Drehzahl linear ansteigt. Die Ankerspannung Ufolgt der Quellenspannung U₁₁ parallel, wobei der Ordinatenabstand dem entsprechenden Spannungsabfall IaoRa entspricht. Erreicht die Ankerspannung Udie Nennspannung Un. so kann sie nicht weiter ansteigen, die Stellgröße ist voll ausgesteuert.

Daraus ergibt sich eine Drehzahl/Momenien-Kennlinie gemäß F i g. 2. Bei unterbrochenem Ankerkreis stellt sich eine Maximaldrehzahl /7_mj, ein. für welche gilt

4pw<p ⁽⁴⁾ so

Entsprechend von vorgegebenen Führungsgrößen /^o» fährt die Maschine mit entsprechendem, konstantem Moment

55

M_x = -pw Φ Z_10x (5)

an. Bei einer Lastkennlinie M_L, weiche lediglich beispielsweise eingetragen ist, wird der stationäre Lauf beim vorgegebenen Moment M] in Punkt Pu entsprechend beim Moment M₂ im Punkt P2 erreicht, während bei der vorgegebenen Föhrungsgröße Ia 03 die Ankerspannung bis auf den Nennwert Un steigt, zur Konstanthaltung des Ankerstromes, dann jedoch der Ankerstrom gemäß (2) und damit das Moment Mi reduziert wird, bis im stationären Lauf der Arbeitspunkt Pi erreicht ist.

In Fig.3 ist das Blockschaltbild des Regelkreises zur Regelung des Ankerstromes als Regelgröße mit der Ankerspannung als Stellgröße dargestellt. Die Regelabweichung ergibt sich zu:

W-X=Ia₀-Ia (6) i;

29 34 3\b

Entsprechend ergibt sich die Stellgröße Vzu:

Y= A_R(l_An-U), (7)

wobei Ar die Verstärkung des Reglers R bezeichnet.
Mit der Störgröße

Z = —4pw<Pn (8)

ergibt sich die Regelgröße zu

^{X =} '■* ⁼ TTT¹T- ¹^ ⁺ ΎΤΊ-ΊΓ (-4ΡΗ-ΦΠ) . (9)

1 + Λ\/4_Α ] + A_SA_R

' Dabei bezeichnet Asdic Verstärkung der Strecke S, welche sich zu -r— ergibt.

Mit dieser Regelung kann die Gleichstrommaschine ohne das Vorsehen von mechanisch umzuschaltenden Anfahrwiderständen in Betrieb genommen werden. Da keine Umschaltvorgänge stattfinden, wie dies bei Verschen umzuschaltender Anfahrwiderstände der Fall ist, ergibt sich ein ruhiges, kontinuierliches Anfahren. Diese Regelung eignet sich vorzüglich fur den Betrieb von batteriegespeisten Fahrzeugen, insbesondere für Gruuemukomotiven.

In Fig. 4 ist der grundsätzliche Aufbau der Regelung für die Gleichstrommaschine GM dargestellt. Der Nebenschlußmotor GM mit einer Erregerwicklung E, welche aus einer Gleichspannungsquelle Ui resp. Gleichstromquelle für Ie gespiesen wird, ist mit ihren Ankeranschlüssen auf eine steuerbare Gleichspannungsquellc.

z. B. einem steuerbaren Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1, geführt. Die Gleichspannungsquelle t wird durch eine Speisequelle mit der Spannung Us gespiesen und gibt ausgangsseiiig auf den Ankerkreis eine Spannung (/ab. Das Übersetzungsverhältnis zwischen der Speisespannung t/s und der Ankerspannung U wird durch ein elektrisches Signal am Steuereingang 3 der Quelle gesteuert. Der Strom Ia im Ankerkreis der Gleichstrommaschine GM wird mittels einer Strommeßanordnung 5 gemessen, welche vorzugsweise und aus Gründen, die noch zu beschreiben sein werden, an ihrem Ausgang 7 ein ankerstrom-proportionales Signal abgibt, mit gemäß Stromrichtung vorgesehenem Vorzeichen. Das Ausgangssignal am Ausgang 7 der Strommeßanordnung 5 wird einer Differenzeinheit 9 zugeführt, deren zweitem Eingang ein von einer einstellbaren Signalquelle 11 abgegebenes SOLL-Wertsignal als Führungsgröße zugeschaltet ist. Das mit der Signalquelle 11 eingestellte Signal entspricht als Führungsgröße dem SOLL-Ankerstrom. während das am Ausgang 7 der Meßanordnung 5 erscheinende Signal dem IST-Ankerstrom entspricht. Entsprechend der in der Differen/cinheit 9 gebildeten Regeldifferenz, wird die Quelle 1 an ihrem Steuereingang 3 so angesteuert, daß die Regeldifferenz wenigstens nahezu Null wird.

Es versteht sich von selbst, daß die Speisequellen für Us und U_t durch eine und dieselbe, z. B. eine Batterie, gebildet sein können.

In F i g. 5 ist der grundsätzlich in F i g. 4 dargestellte Regelkreis-Aufbau mit einem Thyristor-Gleichstrompulswandler als Spannungsquelle 1 dargestellt. Die Speisequelle für Us liegt an den Ankerklemmen der Gleichstrommaschine GM, welche durch eine Freilaufdiode D\ überbrückt ist. Ein Hauptthyristor Tu im Ankerkreis .virkt auf bekannte Art und Weise als Schalter, schließt resp. unterbricht den Ankerstromkreis. Über den Hauptthyristor Th ist eine Löschschaltung 13 geschaltet, mit an und für sich bekanntem Aufbau und einem Löschthyristor Ti. Ein Impulsgenerator 15 liefert an seinen Ausgang einen Impulszug, wobei jeder Impuls, beispielsweise mit seiner aufsteigenden Schaltflanke, beispielsweise an einem monostabilen Multivibrator 17 einen Impuls erzeugt, welcher über einen Treiber 19 verstärkt, den Haupttyristor Th zündet. Der Ausgang des Generators 15 ist weiter einem Zeitgeber 21 bekannter Bauweise, beispielsweise einem Zeitgeber MC 15 55 von Motorola zugeschaltet, welch letzterer einen Steuereingang 23 aufweist. Beispielsweise bei aufsteigender Schaltfianke des vom Generator 15 abgegebenen Impulszuges, wird der Zeitgeber 21 ausgelöst und erzeugt jeweils einen Impuls steuerbarer Impulslänge r, welche durch ein am Steuereingang 23 anliegendes Signal gesteuert wird. Der Ausgang des Zeitgebers 21 ist wiederum auf einen monostabilen Multivibrator 25 geschaltet, welcher bei abfallender Impulsflanke am Ausgang des Zeitgebers 21 einen Impuls abgibt, der über einen Treiber 27 den Löschthyrisior T₁ zündet. Der Ausgang der Strommeßanordnung 5 ist mit einem Tiefpaßfilter 29 verbunden und anschließend auf einen Eingang der Differenzeinheit 9, welche auf übliche Art und Weise, beispielsweise mittels eines Operationsverstärkers, realisiert ist. Die Signalquelle 11, deren Ausgang dem zweiten Eingang der Differenzeinheil 9 zugeschaltet ist. kann beispielsweise durch ein Potentiometer realisiert sein. Der Ausgang der Differenzeinheit 9 ist auf einen Regler R' geführt, der in ebenfalls bekannter Art und Weise mit gewünschter Verstärkung und gewünschtem Frequenzgang ausgebildet ist. Der Ausgang des Reglers R'steuert die Pulslänge r am Zeitgeber

Die Strommessung an der Strommeßanordnung 5 kann beispielsweise mit einen Isolationsverstärker realisiert sein.

An der Signalquelle 11 wird als Führungsgröße der Ankerstrom-SOLL-Wert vorgegeben, welcher in der Differenzeinheit 9 mit dem IST-Wert verglichen wird. 1st diese Regeldifferenz positiv, d. h. SOLL-Wert größer als IST-Wert, so wird am Zeitgeber 21 die Pulslänge τ verlängert, wodurch sich ein höherer Ankerspannungs-Mitteiwert U ergibt Umgekehrt wird die Puislänge r reduziert, wenn die Regeldäfferenz am Ausgang der Differenzeinheit 9 negativ wird.
Wie aus Fig.4 sofort ersichtlich ist, eignet sich diese Regelung vorzüglich für eine Nutzbremsung. Wird

nämlich an der Signa'quelle 11 der SOLL-Stromwert als Führungsgröße eingepolt, z. B. mit der Quelle 11 ein negatives Signal eingestellt, so v.ird, da bei negativer Regeldifferenz die Änkerspannung reduziert wird, die Gleichstrommaschine CMeine größere Quellenspannung U_q als die angelegte Ankerspannung t/erzeugen. Der Ankerstrom l.\ wechselt seine Richtung, so daß <i\c. Strommeßanordnung 5 ein nun negatives Ausgangssignal am Ausgang 7 erzeugt. Am Ausgang der Differenzeinheit 9 erscheint somit die Regeldifferenz (U- l.\o)-

Bei Überwiegen des IST-Wertes Ι_Λ und damit positiver Regeldifferenz wird die Ankerspannung L/erhc^t, wie dies bei einem positiven Signal am Steuereingang 3 der Spannungsquelle 1 auch im Antriebsbetrieb der Fall ist. Damit verringert sich die Differenz zwischen Quellenspannung U₉ und angelegter Ankerspannung U und der Ladestrom für die Spcisequellc Us wird in diesem Fall auf den vorgegebenen SOLL-Wert reduziert. Ist die Kegeldiffcren/. negativ, so wird die Ankerspannung reduziert, bis wiederum der geforderte Ladestrom erreicht ist. Im Bremsbetrieb bewirkt eine Reduktion der Ankerspannung eine Erhöhung des Lade- resp. Ankerstromes, umgekehrt im Antriebsbetrieb.

Die Weitcrausbildung der Anordnung gemäß Fig. 5 für Bremsbetrieb ist in F i g. 6 dargestellt. Wegen des Ventil-Charakters der eingesetzten Thyristoren muß für den Bremsbetrieb ein zweiter Gleichstrom-Pulswandler vorgesehen sein, wobei selbstverständlich auch ein einziger Triac vorgesehen werden kann. Generell muß die gesteuerte Spannungsquelle bei Stromrichtungsumkehr in ihrem Ausgangskreis auch eine Stromrichtungsumkehr an ihrem Eingangskreis, d. h. einen Wechsel von Speisestrom auf Lade- resp. Rekuperationsstrom erwirken.

Der Ankerkreis der Gleichstrommaschine GM ist über den, dem Hauptthyristor Tu von F i g. 5 entsprechenden Antriebs-Hauptthyristor Thj geführt, mit der entsprechenden Löschschaltung 13.,. Letztere weist wiederum einen Löschthyristor Tu auf. Über der Speisequeiie für Us iiegt, im Sinne mit D\ eine weitere Freiiaufdiode Zz₂, worüber ein Bremshauptthyristor Tub mit entsprechender Löschschaltung 13s. darin der Löschthyristor Tut» angeordnet isi. Der Ausgang der wiederum schematisch dargestellten Differenzeinheit 9, welche, wie in F i g. 5 dargestellt, ausgebildet sein kann, führt auf den Zeitgeber 21, derart, daß eine positive Regeldifferenz eine Vergrößerung der Pulslänge r bewirkt und umgekehrt. Die schematisch dargestellte Signalquelle 11 mit beispielsweise positivem Ausgangssignal für Antriebsbetrieb ist über einen Antriebs/Bremsschalter Sab im Antriebsbetrieb auf den einen Eingang der Differenzeinheit 9 geführt. Bei diesem Betrieb sind zwei Umschalter Si und Si am Ausgang der Treiberschaltungen 19 resp. 27 auf den Antriebs-Hauptthyristor ΤΉ.7 resp. den Antriebs-Löschthyristor T;.,geschaltet.

Durch Umschalten des Antriebs/Bremsschalters S.\b in Bremsposition wird der Differenzeinheit 9 ein negativer SOLL-Ladestrom — lon als 1 -ihrungsgröße zugeführt. Die nun erfolgende Ankerstromumkehr bewirkt ein jo negatives Ausgangssignal an der Meßanordnung 5. Ist die Regeldifferenz am Ausgang der Differenzeinheit 9 somit positiv, entsprechend einem zu großen Ladestrom —/.4, so wird die Pulslänge τ am Zeitgeber 21, wie bereits beschrieben, verlängert und umgekehrt.

Mit dem Umschalten des Antriebs/Bremsschalters Sab in Bremsposition sind die beiden Schalter S> und 52 in ihre zweite, gestrichelt dargestellte Schaltposition geschaltet worden. Je länger nun in diesem Fall die Impulsbreiten r werden, entsprechend einem zu großen Ladestrom — U, desto höher muß, wie erwähnt, die Ankerspannung Ugesteuert werden. Da aber der Hauptthyristor Th₀ des Brems-Pulswandlers die Spannung über dem AriKcrkrcis kurzschließt und der cnisprcchcnuc Loscimiynsiür Ti_b wieder öimci, w'iru mit ucn oCnäiicrn j\ unu S; das im Antriebsbetrieb dem Hauptthyristor Tua zugeführte Zündsignal nun dem Löschthyristor Tu zugeführt und entsprechend das im Antriebsbetrieb dem Löschthyristor Tu, zugeführte Signal im Bremsbetrieb dem Hauptthyristor Tut*

Im Bremsbetrieb kann selbstverständlich, wie dies gestrichelt dargestellt ist, auch eine verstellbare Signalquel-IcIl a vorgesehen sein, zur Vorgabe des jeweils einzuhaltenden Ladestromes und damit Bremsmomentes, wobei sichergestellt werden muß, daß der maximal zulässige Ladestrom für die Quellen Us mit — kamsx nicht überscb H-ten werden kann.

Um eine Richtungsumkehr des Antriebes vorzunehmen, wird vorzugsweise die Erregungsspannung Ue resp. der Erregerstrom //.durch die Erregerwicklung Emit Hilfe eines Richtungsschalters Sr umgepolt.

Da mit zunehmender Bremsung die Quellspannung U_q mit der Drehzahl η abnimmt, wird auch die nach dem SOLL-Ladestrom geführte Ankerspannung abnehmen und im Stillstand praktisch den Wert Null erreichen. Um nun sicherzustellen, daß der Richtungsumkehrschalter Sr nicht im Betrieb umgeschaltet werden kann, wird beispielsweise die Ankerspannung Ueinem Tiefpaßfilter 31 zugeführt, dort geglättet und einer Schwellwerteinhcit 33 zugeleitet, welche bei Unterschreiten eines vorgegebenen Wertes durch die Ankerspannung ein Ausgangssignal Uy abgibt. Erst wenn die Ankerspannung diesen Wert unterschritten hat, kann mit dem manuell betätigten Richtungsu-nkehrschalter Sä, die Richtungsumkehr vorgenommen werden.

Mit dieser Regelung, welche sich, wie bereits erwähnt, und insbesondere mit der Möglichkeit der Nutzbremsung für batteriebetriebene Fahrzeuge, insbesondere Grubenlokomotiven eignet, wird ein optimales Anfahr- und Bremsverhalten bis zu tiefsten Drehzahlen erreicht. Allerdings werden Drehmomentstöße gemäß der »harten« Kennlinie des Nebenschlußmotors umgedämpft an die Speisequelle für Us übertragen. Eine derartige Nutzbremsung wäre mit einem Reihenschlußmotor nur mit wesentlich größerem Aufwand, und nur schiechter zu realisieren.

Mit der als Nebenschlußmaschine geschalteten Gleichstrommaschine läßt sich nun aber eine im Fahrbetrieb erwünschte »weiche« Kennlinie in Analogie zur Hauptschlußmaschine dadurch erzeugen, daß der Ankerstrom als Regelgröße verwendet wird und die Erregung als Stellgröße. Mit der Bedingung (1) und nun konstantgehaltener Ankerspannung U in (2) ergibt die partielle Ableitung des Ankerstromes nach der Drehzahl und deren Nullsetzenden Ausdruck

mit Cais Integrationskonstanten und dem Ansatz Φ = Φο—Α

Die Randbedingung, daß bei der Neni<erregung Φο die Nenndrehzahl n_n erreicht sein soll, ergibt sich für die Drehzahl der Ausdruck

" ⁽¹¹

Φ_ο - Δ Φ ^ι'''

und für das Moment, bei vorgegebenem Ankerstroro U ο

2 ^& u

M = — pwI_M —2—. ₍₁₂)

" η

Die resultierende Drehzahl-Drehmomenten-Kennlinie ist für verschiedene Ankerstrom-Führungsgrößen resp. SOLL-Werte Ia o« in F i g. 7 qualitativ dargestellt. Bei Nenndrehzahl n„ ergibt sich, abhängig von der Führungspröße das Moment

M_x = — pw!_AOx Φ_ο. ₍l₃₎

Aus diesem Verlauf ist ersichtlich, daß in der Tat mit der beschriebenen Regelung eines Nebenschlußmotores eine Hauptschiußcharakteristik realisiert wird.
In F i g. 8 ist das Blockschaltbild des entsprechenden Regelkreises dargestellt. Mit der Führungsgröße

W= U₀,
eier Regeldifferenz

W-X = (Uo-U).
der Störgröße

L = Φ_ο

und der Störgröße
Z = -

R.4

ergibt sich für den Ankerstrom

R* ⁿ.i

Mit der Verstärkung des Reglers R
A_r = k

und derjenigen der Strecke
_ 4 pwn

R

ergibt sich die bekannte Darstellung der Regelgröße U zu:

, _ , A.As _Λ As_ ^U._

In F i g. 9 ist die grundsätzliche Realisierung dieses Regelkreises dargestellt. Der Ankerkreis der Gleichstrommaschine GM ist an die starre Ankerspannung U, beispielsweise an eine Batterie, geschaltet. Der Ankersirom wird mit einer Strommeßanordnung 40 abgegriffen und einer Diffcren/cinhcit 42 zugeführt. Dieser Diffc-rcn/.-einheit 42 wird als Führungsgröße ein an einer Signalquelle 44 einstellbares Signal zugeschaltet und die in der Einheit 42 gebildete Signaldifferen/. steuert über einen Stcuereingang 46 eine Gleichstromquelle 48 an, welche die Erregerwicklung Edcr Maschine speist.

Der gesteuerten Gleichstromquelle 48 ist die Speisespannung Ue von einer Quelle, beispielsweise von einer Batterie, zugeführt

1st die erfaßte Regelgröße größer als die Führungsgröße, so wird z. B. das Ausgangssignal der Differenzeinheit 42 negativ, der Strom im Erregerkreis wird vergrößert 1st, umgekehrt, die erfaßte Regelgröße kleiner als die Führungsgröße, so wird der Erregerfluß verkleinert

Obwohl die so geregelte Gleichstrommaschine grundsätzlich eine der Hauptschlußmaschine entsprechende Drehzahl-Drehmoment-Charakteristik aufweist kann mit ihr trotzdem ohne weiteres eine Nutzbremsung ausgeführt werden, da Erregungs- und Ankerstrom dank der eigentlichen Nebenschlußbeschaltung nicht wie bei der Hauptschlußmaschine notwendigerweise gleich sind. Eine Nutzbremsung ist insbesondere bei höheren Drehzahlen ohne weiteres zu realisieren.

Wird in Fi g. 9 beispielsweise bei einer angenommenen Antriebsrichtung ein positiver Ankerstrom als Regelgröße abgegriffen, und mit der Signalquelle 44 dann eine positive Führungsgröße eingegeben, so bewirkt eine Polaritätsumkehr der Führungsgröße, daß unmittelbar eine negative Regeldifferenz am Ausgang der Differenzeinheit 42 erscheint Dadurch wird die Erregung, beispielsweise gemäß (14) erhöht, so daß die Quellspannung Uq = 4pwjsPgrößer als die Ankerspannung i/wird.

Dadurch erfolgt im Ankerkreis eine Stromumkehr und der abgegriffene Ankerstrom wird negativ. Solange er betragsmäßig kleiner ist als die vorgegebene Führungsgröße, wird die Erregung weiter erhöht, bis der Ankerstrom gleich der Führungsgröße ist, welche somit den Ladestrom für die Batterie resp. Rekuperationsstrom für die Quelle generell der Ankerspannung U festlegt Bei abnehmender Drehzahl wird mit der Abhängigkeit zwischen Erregung und Drehzahl (11) die Quellspannung weitgehend konstant gehalten, was jedoch selbstverständlich nur bis zu einem vorgegebenen Maximalwert der Erregung möglich ist

In Fig. 10a und 10b ist eine mögliche Ausbildung der Gleichstromquelle 48 gemäß Fig.9 dargestellt. Die Differenzeinheit 42 gemäß Fig. 10b ist als Differenzverstärker aufgebaut, welchem eine entsprechend gepolte Offsetspannung — ΙΙ(Φο) zur Vorgabe der Nennerregung Φ_ο zugeschaltet ist

In F i g. 11 ist der grundsätzliche Aufbau der Strommeßanordnung 5 emäß den F i g. 4.5,6 resp. 40 gemäß den Fig.9 und 10 dargestellt Im Ankerkreis liegt ein Meßwiderstand Rm. Die, entsprechend dem Ankerstrom U abgegriffene Meßspannung Um wird erst einem Tiefpaßfilter 52 und dann einem Isolationsverstärker 54 zugeführt, derart, daß an seinem Ausgang eine ankerstrom-proportionale Spannung U(l_A) auftritt, welche mit der Richtung des Ankerstromes ihr Vorzeichen wechselt

Wie festgestellt worden ist, ergibt die Ankerstromregelung mit der Ankerspannung als Stellgröße wohl ein außerordentlich günstiges Anfahr- und Nutzbrems-Verhalten in unteren Drehzahlbereichen, andererseits kann eine weitere Drehzahlerhöhung damit nicht realisiert werden. Zudem wäre für das Fahrverhalten nicht eine »harte« Drehzahl/Drehmoment-Kennlinie erwünscht, sondern eine »weiche« gemäß der Charakteristik eines Hajpuchlußmotors.

Auf der anderen Seite wurde die Möglichkeit aufgezeigt, mit einem Nebenschlußmotor eine Hauptschluß-Drehzahl/Momenten-Charakteristik zu realisieren, indem der Ankerstrom mit der Erregung als Stellgröße geregelt wird. Diese Möglichkeit ist weniger für Betrieb und die Nutzbremsung bei tieferen Drehzahlen geeignet. läßt jedoch einen Betrieb und eine Nutzbremsung in oberen Drehzahlbereichen zu und weist den für den Betrieb erwünschten »weichen« Charakteristikverlauf des Hauptschlußmotors auf.

Optimale Verhältnisse werden somit beispielsweise für den Antrieb von batteriegespeisten Fahrzeugen, wie Grubenlokomotiven, dadurch erreicht, daß beide Regelungen im Alternativbetrieb kombiniert eingesetzt werden. Die dadurch erlangten Drehzahl/Drehmomenten-Kennlinien sind quantitativ in Fig. 12 beispielsweise aufgezeichnet. Zum Anfahren wird die Ankerspannung so nachgeführt, daß der Ankerstrom der vorgegebenen Führungsgröße l.\ η entspricht. Dies ergibt ein Anfahren mit konstantem Drehmoment M, so lange, bis der Nennwert Un der Ankerspannung U erreicht ist, d. h. die Stellgröße voll ausgesteuert ist. Bei beispielsweise •eingezeichneter Lastkennlinie M_L würde nun bei konstanter voll ausgesteuerter Ankerspannung U_n die Drehzahl π und das Drehmoment Msich so verändern, daß die Charakteristik von Punkt P\ nach Punkt P₂ durchlaufen wird. Mit der immer noch konstanten Erregung gemäß den Ausführungen von Fig.! bis 6 reduziert sich dabei der Ankerstrom. welcher, wie bereits erwähnt, nicht mehr durch eine weitere Erhöhung der Ankerspaⁿnung auf seinen eingegebenen SOLL-Wert l_A 0 gehalten werden kann. Setzt nun im Moment, in welchem die Ankerspannung U voll ausgesteuert ist, die zweite Regelung ein, indem von nun an der Ankerstrom durch Stellen der Erregung konstant gehalten wird, so wird eine Kennlinie gemäß F i g. 7 für den entsprechend vorgegebenen SOLL-Ankerstrom I_A 0 durchlaufen, d. h. der Antrieb läuft in den Arbeitspunkt P_}. Es kann gezeigt werden, daß dabei die Tangenten im Einsetzpunkt der Ankerstrom/Erreger-Regelung desto steiler sind, je größer der vorgegebene Ankerstrom-SOLL-Wert /^₀ gewählt wird. Für den Nutzbremsbetrieb ab P₃, bei reduzierter Erregung Φ«—ΔΦ wird vorerst die Erregung, wie anhand von F i g. 9 erläutert worden ist, erhöht, bis, beispielsweise im Punkt P₁ Nennerregung Φ_ο erreicht ist. Von diesem Moment an wird, wie beispielsweise anhand von Fig.6 erläutert worden ist, die Ankerspannung Uzur Konstanthaltung des vorgegebenen Ladestromes, entsprechend dem dann vorgegebenen Ankerstrom als Führungsgröße gestellt.

In Fig. 13 ist die Anordnung zur Ausführung der kombinierten Regelung, wie sie anhand von Fig. 12 bO erläutert worden ist. dargestellt. Dabei sind für die Ankerstrom/Ankerspannungsregelung die Positionszeichen von F i g. 4 übernommen und für die Ankerstrom/Erregungsregelung diejenigen von F i g. 9. Funktionseinheiten, die in der kombinierten Regelung nur einmal vorzusehen sind und je für die vorgängig beschriebenen Regelungen in den entsprechenden F i g. 4 und 9 dargestellt sind, weisen beide Positionszeichen auf. Der Erregerstrom I_E wird mittels einer weiteren Strommeßanordnung 56, beispielsweise gemäß der in F i g. 11 dargestellten ausgebildct. erfaßt und einer Schwcllwerteinheit 58 zugeführt. Die Schwellwerteinheit 58 ergibt ein Ausgangssignal A\ ab. sobald der Erregerstrom 4- und damit die Erregung Φ den Nennwert l_Ka resp. Φ_ο erreicht. Die Ankerspannung U wird ebenfalls einer Schwellwerteinheit 60 zugeführt, welche ein Ausgangssignai Ai abgibt, wenn die

Ankerspannung U ihren Nennwert Un erreicht hat Mit dem Signal A2 wird ein bistabiler Multivibrator 62 gesetzt mit dem Signal A\ rückgesetzt. Bei gesetztem bistabilen Multivibrator 62 wird ein Regelungsumschalter Sw geschlossen und ist bei Rücksetzung wieder geöffnet.
Zum Anfahren der Maschine wird, wie dies bereits anhand von Fig.4 beschrieben worden ist, mit der Signalquelle 11 die Führungsgröße für den Ankerstrom vorgegeben und die gesteuerte Gleichspannungsquelle 1 so angesteuert, daß der Ankerstrom gleich der Führungsgröße wird. Erreicht die Ankerspannung U ihren Nennwert Un . so wird der bistabile Multivibrator 62 über die Schwellwerteinheit 60 gesetzt und der Schalter 5» geschlossen. Von diesem Moment an auftretende Regeldifferenzen am Ausgang der nun der Differenzeinzheit 42 von F i g. 9 entsprechenden Einheit, wird diese über den geschlossenen Schalter S_w auf den Steuereingang 46 der gesteuerten Gleichstromquelle 48 geführt. Die an der Signalquelle 11,44 vorgegebene Führungsgröße wird nun ohne weitere Umschaltung für die Anklerstrom/Erregungsregelung verwendet Die Erregung wird so gestellt daß der Ankerstrom I_A seiner Führungsgröße I_A 0 folgt womit gemäß F i g. 12 einer der hyperbolischen Kennlinienäste durchlaufen wird.

Zur Einleitung einer Bremsung wird, wie dies in F i g. 6 dargestellt ist die Führungsgröße, welche der Differenzeinheit 9,42 zugeführt wird, umgepolt, und es ergibt sich gemäß Erläuterungen zu F i g. 9 beispielsweise eine negative Regeldifferenz, welche eine Wiedererhöhung der erregung bewirkt. Bei Einhaltung des dann mit der Signalquelle 11,44 vorgegebenen SOLL-Ladestrom sinkt die Drehzahl der Antriebsgruppe ab, solange, bis die Erregung Φ ihren Nennwert Φο, erreicht hat. In diesem Moment wird von der Ankerstrom/Erregungsregelung zurück auf die Ankerstrom/Ankerspannungsregelung geschaltet indem die Schwellwerteinheit 58 den bistabilen Mulivibrator 62 rücksetzt und der Schalter 5». geöffnet wird. Gemäß immer noch vorgegebenem SOLL-Wert für den Ladestrom,d. h. den rückfließenden Ankerstrom, wird, wie dies anhand von F i g. 4 oder 6 erläutert worden ist die Ankerspannung U mit abnehmender Drehzahl reduziert bis die Antriebsgruppe zum Stiiistand kommt.

Mit dieser kombinierten Regelung, welche sich, wie bereits erwähnt worden ist, ausgezeichnet für den Betrieb von batteriegespeisten Antriebsgruppe, insbesondere für Fahrzeuge, wie Grubenlokomotiven, eignet, wird somit im stationären Betrieb auf einem der hyperbolisch verlaufenden Drehzahl-Drehmomenten-Kennlinienäste ein Fahrverhalten wie mit einem Hauptschlußmotor erreicht wogegen Anfahren und Nutzbremsung bis zu tiefsten Drehzahlen trotzdem vergenommen werden können. Die kombinierte Regelung ermöglicht ein Umschalten von Hauptschlußcharakteristik auf Nebenschlußcharakteristik und umgekehrt, so daß beide Charakteristiken optimal für das gewünschte Betriebsverhalten ausgenützt werden können. Durch entsprechende Wahl

jo und Auslegung der Erregerwicklung ist es ohne weiteres möglich, den Erregerstrom mit einer Transisiorschaltung zu stellen.

In Fig. 14 isi ein detailliertes Schaltschema der Anordnung mit der kombinierten Regelung dargestellt. Die Funktionseinheiten, welche den; "nigen von F i g. 6 für die Ankerstrom/Ankerspannungsregelung entsprechen, sind mit denselben Pcsitiopszeichen versehen und analog diejenigen, welche der Anordnung gemäß F i g. 9 resp.

10 mit der Ankerstrom/Erregerref llung entsprechen.

Die Ankerstrom/Ankerspannungsregelung ist in Analogie zu F i g. 6 aufgebaut und braucht nicht nochmals erläutert zu werden. Als Kriterium, ob die Ankerspannung ihren Nennwert Un erreicht, werden das Signal des Impulsgenerators 15 und das Ausgangssignal des Zeitgebers 21 in einer ODER-Schaltung 64 miteinander verknüpft. Mit steigender Pulslänge τ des Zeitgebers 21 steigt auch der Mittelwert des Ausgangssignals am ODER-Tor 64 an, bis dann, wenn die Pulslänge r = Tist, der Maximalwert entsprechend der iNunnankerspannung Un erreicht ist. Dabei entspricht 7"der Pulsrepetitionsperiode am Ausgang des Generators 15. An einem Tiefpaß 66 wird eine, dem Mittelwert der Ausgangsspannung des ODER-Tores 64 entsprechende Spannung U' (U) in Funktion der Ankerspannung Uerzeugt, weicht einem als Schwellwerteinheit wirkenden Komparator 60., zugeführt wird. Eine Vergleichsspannung Uc(Un) wird dem Vergleichseingang des Komparator zugeschaltet.

so daß dann, wenn die Ankerspannung L/ihren Nennwert i/v erreicht, ein Ausgangssignal erzeugt wird, welches, wie bereits anhand von Fig. 13 erläutert worden ist, den bistabilen Multivibrator 62 setzt, und dieser, zum Wechsel der Regelung, den Schalter Sw schließt. Die Differenzeinheit 9, 42 ist mit einem Differenzverstärker aufgebaut. Der Antriebs/Bremsschalter S*e schaltet zum Antrieb, als Signalquelle zur Vorgabe der Führungsgröße das Potentiometer Pa mit positivem Signal auf die Differenzeinheiten 9, 42. Am Ausgang dieser F.inheil liegt die Regeldifferenz, entsprechend /,(0— U an.

Nach Schließung des Schalters 5» wird diese Regeldifferenz einem weiteren Differenzvers iarker 68 zugeführt, über einen entsprechend dimensionierten Regler R", welcher, gemäß eingetragenen Vorzeichen, keine Signalinversion bewirken möge. Dem Differenzverstärker 68 ist die Ausgangsspannung der Speisequelle für Uh; zugeführt, welche z. B. gerade der Nennerregung Φο entspricht. Am Ausgang des Verstärkers 68 erscheint somit das Signal entsprechend

U-Φ^-kO_Λ0-Ια)

mit k als Verstärkung des Reglers R".

Die Ausgangsspannung des Verstärkers 68 wird einer auf bekannte Art und Weise aufgebauten bipolaren Stromquelle, z. B. FET-Stromquelle, zugeführt. Entsprechend der Übertragungskennlinie der Stromquelle

IR

fließt ein Erregerstrom Ie in eingezeichneter Richtung, solange das Signal am Ausgang des Verstärkers 68 positiv ist. Ist der Ankerstrom l.\ größer als /,<,>, so nimmt das Ausgangssignal des Verstärkers 68 zu, wodurch der Erregerstrom /; vergrößert wird und gemäß (2) oder (14) der Ankerstrom rückgestellt wird. Ist andererseits der

Ankerstrom U kleiner l_A o. so wird das Ausgangssignal des Verstärkers 68 kleiner und die Erregung nimmt ab.

Wird, zur Drehrichtungsumkehr, im Stillstand mit dem Schalter Sr, gekoppelt mit den Schaltern S\ und Si, wie bereits anhand von Fig.6 erläutert wurde, die Erregung umgepolt, so wird damit auch die der Nennarregung entsprechende Spannung U(&o), weiche dem Verstärker 68 zugeführt wird, umgepolt. Dabei bleiben Stromrichtung im Ankerkreis und Vorzeichen der Führungsgröße unverändert. Somit ergibt sich

U_t = -Φ_ο- Wa₀-U)

Ist jetzt die Regelgröße U mit Bezug auf die Führungsgröße U ο zu groß, so wird die negative Ausgangsspannung des Verstärkers 68 beiragsmäßig kleiner, wodurch auch die Erregung abnimmt. Dies ergibt wiederum eine Zunahme des Ankerstromes, was dem geforderten Regelverhalten entspricht.

Es versteht sich von selbst, daß die dargestellten Funktionseinheiten in einer Vielzahl von Realisationsmöglichkeiten, die dem Fachmann geläufig sind, konkretisiert werden können. Als Regler R" wird vorzugsweise ein PI-Regler verwendet

Zur Detektion, ob Stillstand erreicht ist, was bei minimaler Pulslänge am Ausgang des Zeitgebers 21 erreicht ist, wird dessen Ausgangssignal über eine Tiefpaß 72 einem Nullkomparator 74 zugeführt, welcher über das bereits anhand von Fig.6 erläuterte UND-Tor 76 die Richtungsumkehrschaitung mit Hilfe des Schalters 5«, freigibt.

Eine Gieichspannungsquelle, welche einem Verbraucher über eine Gleichstrompulswandlerschaltung Leistung zuführt, wird pulsierend beansprucht Dies gilt z. B. für die Ankerspeisungsquelle Us gemäß F i g. 6 und Fig. 14, sowohl im Antriebs- wie auch im Bremsbetrieb. Des öfteren werden nun an eine und die.-^lbe Gleichspannüngsqueüe zwei oder mehr Verbraucher geschaltet, welche je an einem Gleichstrcmpulswancr.er arbeiten.

Um in einem solchen Fall die Speisequelle gleichmäßiger zu belasten, und dadurch den Oberwellengehalt an der Quelle zu reduzieren, was wiederum den Aufwand für Eingangsfilter reduziert, wenn die Speisequelle ein Glcichspannungsnetz ist, auf das möglichst wenig Oberwellen aufgebracht werden sollen, werden die den Verbrauchern zugeordneten Pulswandler zeitlich gezielt gestaffelt betrieben. Das im Anschluß beschriebene Verfahren eignet sich insbesondere in Kombination mit Verbrauchern, wie sie anhand der F i g. 1 bis 14 beschrieben worden sind.

In Fig. 15 ist der Impulszug Zi, welcher einen Gleichstrompulswandler ansteuert, mit einer Pulslänge rbei einer Pulsrepetitionsperiode Γ dargestellt Der !mpulszug Z2 stellt nun die optimale Staffelung für dl·? Ansteuerung eines zweiten Gleichstrompulswandlers aus derselben Quelle dar, wobei in diesem Fall beide Verbraucher mit der gleichen Pulslänge r betrieben werden.

Die Darstellung Sft) zeigt den Verlauf der Quellenbelastung, weiche zwischen den Belastungswerten für einen Verbraucher und zwei Verbraucher schwankt Die Quelle wird wesentlich gleichmäßiger belastet, wenn dazu im Vergleich die gestrichelt eingezeichnete Belastung betrachtet wird, welche eintritt, wenn beide Verbraucher zeitlich synchron betrieben werden.

In Fig. 15b ist die gleiche Darstellung aufgezeigt, wobei jedoch die beiden Verbraucher entsprechend den Impulszügen Z₁ und Zi unterschiedlich betrieben werden und entsprechend Pulslängen v\ und Γ2 vorliegen. Bei zcit-synchroner Ansteuerung gemäß der gestrichelten Darstellung ergäbe sich wiederum eine wesentlich höher¹; Bclastungsschwankung B(t)..

Die optimale Phasenverschiebung zwischen den Impulszügen für zwei Verbraucher ergibt sich zu:

Sic ist dann erreicht, wenn unabhängig von den Pulslängen die Zeitpunkte, an welchen die Impulse ihte Halbzeit r/2 durchlaufen haben, sich in gleichen Abständen von — folgen. Dies führt, unter Berücksichtigung der

veränderlichen Impulslängen, auf den obigen Ausdruck für die Phasenverschiebung.

Sind nun drei Verbraucher vorgesehen, so ergibt sich aus Analogieschlüssen für die optimale Phasenverschiebung zwischen einem Impulszug Z\ für den ersten Verbraucherund einem Impulszug Z2 für einen zweiten:

_ ¹I . J_ _ ^r2 _ ^J\ ~ ^T2 1 JQ

2 3 2 2 3 '

55 Entsprechend ergibt sich für die Phasenverschiebung zwischen dem ersten und dritten Impulszug Z\ resp, Zy.

Λ. = _[LZlL + iX
2 2 3 '

Für mehr als drei Verbraucher läßt sich für die jeweils optimale Phasenverschiebung zwischen einem Bezugsimpulszug eines ersten Verbrauchers Z] und einem Impulszug Z_x eines weiteren Verbrauchers die Relation

Α_Ψ\": = | + -r-4- = -iLl-iä- + ±T(x-2...n-\) (16)

2 η 2 2 η

angegeben, wobei π die Gesamtzahl vorgesehener Verbraucher bezeichnet.

In Fig. 16 ist das Blockschaltbild einer Anordnung zur Einstellung der optimalen Phasenverschiebung zwi-

34 Jib

sehen zwei Impulszügen für die Ansteuerung zweier an derselben Gleichspannungsquelle Us mit Pulswandlcr betriebener Verbraucher.

Die Verbraucher 81 und 83 können beispielsweise, wie bereits vorgängig beschrieben wurde, Gleichstromm

schinen mit Thyristor-Gleichstrompulswandlern sein.d. h.je mit einem Hauptthyristor 7)/und einem Lüschthyr stör Tl sowie entsprechend zugehörigen Schaltelementen. Selbstverständlich können auch Gleichstrommasch nen als Verbraucher 81 resp. 83 je mit Antriebs- und Bremsgleichstrompulswandlcrn und entsprechende Thyristoren die Verbraucher bilden.

Der Gleichstrompulswandler des Verbrauchers 81 wird über einen Impulsgenerator 85 angesteuert, wob beispielsweise ein monostabiler Multivibrator bei jeder aufsteigenden Impulsflanke einen Ziindimpuls an de Hauptthyristor T),abgibt.

Bei dieser Schaltflanke des Impulszuges mit der Frequenz fo wird ein Zeitgeber 87 ausgelöst und gibt eine Impuls einstellbarer Impulslänge τ\ ab. Auf die abfallende Schaltflanke des vom Zeitgeber 87 abgegebenc Impulse wird beispielsweise über einen weiteren monostabilen Multivibrator 88 ein Zündimpuls an den Lösch thyristor Tl des Gleichstrompulswandlers am Verbraucher 81 geleitet.

Die Pulslänge η wird vorzugsweise mit Hilfe einer Steuerspannung Us\ am Steuereingang 89des Zeitgeber 87 festgelegt. Zu diesem Zweck ist dieser Anschluß auf eine einstellbare Signalquelle 91 geführt.

Der Ausgang des Generators 85 ist weiter auf einen Bandpaß 93 geführt, mit einer Mittenfrequen/. fo, als gleich der Pulsrepetitionsfrequenz des vom Generator 85 abgegebenen Impulszuges. Das Ausgangssignal de Bandpaßfilters 93 wird einem Phasenschieber 95 zugeführt, welcher vorzugsweise als Allpaßfilter ausgebildet und, mit einem Steuereingang 97 versehen, vorzugsweise mit einer Steuerspannnung angesteueri werden kann Mit der Steuerspannung Usι am Steuereingang 97 kann die Phasenverschiebung Φ zwischen Eingang un Ausgang des Phasenschiebers 95 eingestellt werden. Das derart phasenverschobene Ausgangssignal des Phasen Schiebers 95 wird, zur Rückgewinnung eines Pulszuges, beispielsweise einem Schmittrigger 98 zugeführt, dcssc Ausgang über einen monostabilen Multivibrator 100 bei aufsteigender Impulsflanke einen Zündimpuls an dei Hauptthyristor T»des Verbrauchers 83 leitet und den diesem Verbraucher zugeordneten Zeitgeber 99 ansteuer Mit der Signalquelle 101 wird eine weitere Steuerspannung Us2 eingestellt, welche dem Sieuereingang 103 de Zeitgebers 99 zugeführt wird und dessen Ausgangsimpulslänge Tt festlegt. Auf die abfallende Flanke des von Zeitgeber 99 abgegebenen Impulses wird über einen monostabilen Multivibrator 102 ein Zündimpuls an de Löschthyristor Tl des Verbrauchers 83 abgegeben.

Gilt für die Steuerspannungen t/s 1 und t/s 2

Us _t = * · r,

Us 2 = k ■ η

und für eine konstante Offsetspannung U r

IJ- = Jt-T = Z- . _L

' " fo ·

so ist ersichtlich, daß am Ausgang einer Differenzeinheit 105, welcher die beiden Steuerspannungen Us 1 und U_s zugeführt sind, ein Signal entsprechend den Pulslängenunterschieden η — Γ2 erscheint, welche an einer Liberia gerungseinheit 107 um einen konstanten Wert entsprechend der Impulsrepetitionsperiode des Generators 8! vergrößert wird. Der Ausgang der Überlagerungseinheit 107 wird an einem Verstärker 109 gewichtct, dessc Ausgangssignal als Steuerspannung dem Steuereingang 97 des Phasenschiebers 95 zugeführt wird.

Damit wird erreicht, daß unabhängig von den eingestellten Pulslängen r\ und Γ2 eine für die Speisequellc U optimale Belastung erreicht wird. Sind η und Γ2 gleich und damit für die Ansteuerung der beiden Zeitgeber 8? und 99 nur eine Steuersignalquelle notwendig, so wird an den Steuereingang 97 des Phasenschiebers 95 ein feste Spannung entsprechend der Pulsrepetitionsperiode des vom Generator 85 abgegebenen Impulszuge:

angelegt. Bei extern spannungsgesteuerten Frequenz fo am Generator 85 versteht es sich von selbst, daß ma vorzugsweise die Frequenzsteuerspannung als Ut verwendet.

Diese Steuerung kann auch für mehr als zwei Verbraucher erweitert werden, wobei gemäß (16) Gewichtun gen für die Ansteuerung der vorzusehenden Phasenschieber einzuführen sind.

Die anhand der Fig. 15 und 16 beschriebene Betriebsweise für von der gleichen Gleichspannungsquell betriebene Verbraucher mit Pulswandlern, eignet sich insbesondere für den Betrieb von Gleichstrommaschinen wie an batteriebetriebenen Fahrzeugen, z. B. an Grubenlokomotiven, welche vorzugsweise zudem eine Anker strom/Ankerspannung- oder, kombiniert, eine Ankerstrom/Ankerspannung- und Ankerstrom/Erregungs-Rege lung, wie sie beschrieben worden sind, aufweisen.

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betrieb eines fremderregten Nebenschluß-Gleichstrommotors, der als Fahrmotor in Reihenschlußcharakteristik durch entsprechende Steuerung des Erregerstromes betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß er zum Anfahren und zum Rekuperationsbremsbetrieb unterhalb einer vorgegebenen Drehzahl mit Nebenschlußcharakteristik, darüber mit Reihenschlußcharakteristik geführt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß man den Motor in der Schaltung eines fremderregten Nebenschluß-Gleichstrommotors betreibt

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man bei Führung in Reihenschluß-Charaheristik den Ankerstrom als Regelgröße verwendet und die Erregung als Stellgröße.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man im gesamten Drehzahlbereich den Ankerstrom als Regelgröße verwendet, bei Führung mit Nebenschluß-Charakteristik die Ankerspannung als Stellgröße, bei Führung mit Reihenschluß-Charakteristik die Erregung als Stellgröße.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Erregung, ausgehend von einem vorgegebenen Wert (Φο) bei einem mit zunehmender Drehzahl (N) tendenziell abnehmendem Ankerstrom (Ia) verringert und umgekehrt zur Stellung des Ankerstromes als Regelgröße auf eine vorgegebene Führungsgröße.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man unterhalb einer vorgegebenen Ankerspannung bei konstanter Erregung den Ankerstrom als Regelgröße und die Ankerspannung als Stellgröße verwende« und bei Aussteuerung dieser Stellgröße auf den vorgegebenen Wert den Ankerstrom als Regelgröße unö üann die Erregung als Stellgröße verwendet.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man den Bremsbetrieb mit einer Führungsgröße steuert

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man für den Antriebsbetrieb eine Führungsgröße diesseits eines Festwertes vorgibt und für den Bremsbetrieb jenseits und vorzugsweise als Festwert den Nullwert wählt.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man be>m Anfahren das Erreichen des vorgegebenen Wertes (Un) der Ankerspannung detektiert, dann die Regeldifferenz zur Stellung der Erregung umschaltet und im Bremsbetrieb das Erreichen eines vorgegebenen Erregungswertes detektiert und dann die Regeldifferenz wieder zur Stellung der Ankerspannung umschaltet

10. Anordnung zur Ausführung des Verfahrens an einem als fremderregten Nebenschluß-Gleichstrommotor geschalteten Motor, dadurch gekennzeichnet, daß Stellorgane für Ankerstrom und Erregung vorgesehen sind.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Ankerstromkreis eine Strommeßan-Ordnung (5,52,54) vorgeseher; it, deren Ausgang auf den einen Eingang einer Differenzeinheit (9) geführt ist.

deren zweitem Eingang eine einstellbare Signalquelle (11, 11_a) zugeschaltet ist, und daß im Ankerkreis eine steuerbare Gleichspannungsquelle (1) mit einem Steuereingang (3,3a, 3b) angeordnet ist, wobei der Ausgang der Differenzeinheit (9) mit dem Steuereingang (3,3a, 36) der Gleichspannungsquelle (1) verbunden ist.

12. Anordnung nach Anspruch 11. dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsquelle (1) ein Glcichstrompulswandler (Tu. Tl) ist, und daß eine Impulslängen-Steuerschaltung (15, 17, 21, 25) vorgesehen ist mit einem Impulslängen-Steuereingang (23), wobei der Ausgang der Differenzeinheit (9) mit diesem Eingang (23) verbunden ist.

13. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsquelle (1) eingangsseitig an eine Speiseeinheit (Us) angeschlossen ist, und daß die Quelle (1) so ausgebildet ist. daß eine Stromrichtungsumkehr in ihrem Ausgangskreis (U) eine Stromrichtungsumkehr an ihrem Eingang bewirkt.

14. Anordnung nach den Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsqueüc (1) für beide Stromrichtungen im Ankerkreis einen Gleichstrompulswandler (Tn_a, Tu: Tub. T/t) umfaßt.

15. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalquelle (11) zur Abgabe von Signalen beidseits eines ersten Festwertes, vorzugsweise des Nullwertes, ausgebildet ist und die Quelle (11) mindestens für die Signale auf einer Seite dieses Festwertes verstellbar ist, und daß die Strommeßanordnung (5, 52, 54) für Ströme unterschiedlicher Richtung ein Ausgangssignal diesseits resp. jenseits eines /weiten Festwertes, vorzugsweise des Nullwertes, abgibt.

16. Anordnung nach Anspruch U, dadurch gekennzeichnet, daß im Erregerkreis eine in ihrer Polarität umschaltbare Quelle (Ue) für den Erregerstrom (Ie) vorgesehen ist.

17. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Ankerkreis eine Strommeßanordnung (40, 52,54) vorgesehen ist, welche mit dem einen Eingang einer Differenzeinheit (42) verbunden ist, während deren anderer Eingang auf eine einstellbare Signalquelle (44) geführt ist, und daß der Ausgang der Differenzeinheit (42) auf einen Steuereingang einer Gleichstromquelle (48, 50) geführt ist, deren Ausgangsstromkreis der Erregerkreis ist.

18. Anordnung nach Anspruch 17. dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle eine Transistor- oder FET-Stromquelle(50,48)ist.

19. Anordnung nach Anspruch 17. dadurch gekennzeichnet, daß die Signalqiiclle (44) zur Abgabe von Signalen beidseits eines ersten Festwertes, vorzugsweise des Nullwertes, ausgebildet ist und die Quelle (44) mindestens für die Signale auf einer Seite des Festwertes verstellbar ist. und daß die Strommeßanordnung

b5 (40) für Ströme unterschiedlicher Richtung ein Ausgangssignal diesseits resp. jenseits eines zweiten Festwertes, vorzugsweise des Nullwertes, abgibt.

20. Anordnung nach Anspruch 17. dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (48) umschaltbar für beide AusgangsstromrichUingcn ausgebildet ist.

21. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgang der Differenzeinheit (42) mittels einer Oberlagerungseinheit (z. B. an 42) ein Offsetsignal (U(<Po)) überlagert ist.

22. Anordnung nach den Ansprüchen 20 und 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarität des Offsetsignals von Umschaltorganen (Sn) für die Richtung des Stromquellen-Ausgangsstromes gesteuert ist

23. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Ankerstromkreis eine Strommeßan-Ordnung (5, 52, 54) vorgesehen ist, deren Ausgang auf den einen Eingang einer Differenzeinheit (9, 42) geführt ist, deren zweitem Eingang eine einstellbare Signalquelle (U, 44) zugeschaltet ist, und daß im Ankerkreis eine steuerbare Gleichspannungsquelle (1; Th* Tu: Tm* Tlö) mit einem Steuereingang (3,3a, 36) angeordnet ist, daß weiter eine steuerbare Gleichstromquelle (48) vorgesehen ist, deren Ausgangsstromkreis der Erregerkreis ist, wobei der Ausgang der Differenzeinheit (9,42) mit dem Steuereingang der steuerbaren Gleichspannungsquelle und/oder mit dem Steuereingang der steuerbaren Gleichstromquelle verbindbar ist.

24. Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsquelle ein Gleichslrompulswandler ist, und daß eine Impulslängen-Steuerschaltung (15,17, 21, 25) vorgesehen ist, mit einem Impulslängen-Steuereingang (23), wobei der Ausgang der Differenzeinheit (9, 42) mit diesem Eingang (23) verbunden ist.

25. Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsquelle eingangsseitig an eine Speiseeinheit (Us) angeschlossen ist, und daß die Quelle so ausgebildet ist, daß eine Stromrichtungsumkehr in ihrem Ausgangskreis (U) eine Stromrichtungsumkehr an ihrem Eingang bewirkt.

26. Anordnung nach den Ansprüchen 24 und 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsquelle

(1) für beide Stromrichtungen in Ankerkreis einen Gleichstrompulswandler (T_Ha, Tu; T_Hb, T_Lb) umfaßt

27. Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalquelle (11,44) zv Abgabe von Signalen beidseits eines ersten Festwertes, vorzugsweise des Nuiiwertes, ausgebildet ist und die Oueüe (ίί, 44) mindestens für die Signale auf einer Se'ue dieses Festwertes der einen Polarität verstellbar ist, und daß die Strommeßanordnung (15) für Ströme unterschiedlicher Richtung ein Ausgangssignal diesseits resp. jenseits eines zweiten Festwertes, vorzugsweise des Nullwertes abgibt.

28. Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, d?3 im Erregerstromkreis eine Strommeßanordnung (56) vorgesehen ist und im Ankerkreis eine Spannungsmeßanordnung (64,66), und daß der Ausgang der Spannungsmeßanordnung auf erste schwellwertsensitive Mittel (60, 60a) geführt ist, der Ausgang der Strommeßanordnung auf zweite (58,58a), und daß der Ausgang der Differenzeinheit (9,42) über steuerbare Schaltorgane (S_w) auf den Steuereingang der Gleichspannungsquelle (1; T_H. T_L) und/oder den Steuereingang der Gleichstromquelle (48) schaltbar ist, wobei die Schaltorgane (S_n) durch die Ausgänge der beiden schwellwertsensitiven Mittel (60,60a; 58,58a) angesteuert sind.

29. Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle eine Transistor- oder FET-Stromquelle ist.

30. Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle für beide Ausgangsstromrichtungen ausgebildet ist.

31. Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuereingang der Stromquelle (48) eine Überlagerungseinheit (68) vorgeschaltet ist, welcher ein Offsetsignal (U(&o) und der Ausgang der Differenzeinheit (19,42) zuführbar ist.

32. Anordnung nach den Ansprüchen 30 und 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarität des Offsetsignals von Umschaltorganen (Sr) für die Richtung des Stromquellen-Ausgangsstromes gesteuert ist.

33. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 für batteriegetriebene Fahrzeuge, insbesondere für Grubenlokomotiven.