DE3100172A1 - Verfahren zur drehzahlregelung fremderregter gleichstrommotoren zum antrieb von modelleisenbahnen und schaltung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

• Verfahren zur Drehzahlregelung fremderregter Gleichstrommotoren
• zum Antrieb von Modelleisenbahnen und Schaltung zur Durchführung des Verfahrens.
• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Drehzahlregelung fremderregter Gleichstrommotoren zum Antrieb von Modelleisenbahnen und auf eine Schaltung zur Durchführung dieses Verfahrens.
• Bekannte Regelschaltungen zur Drehzahlregelung fremderregter Gleichstrommotoren erfordern eine Drehzahlmeßeinrichtung, von welcher der Drehzahlmeßwert zu einem Regler übertragen wird, der die Ankerspannung in Abhängigkeit von der Abweichung des Drehzahl-Istwertes von einem Drehzahl-Sollwert verstellt. Diese herkömmliche Art der Regelung ist für den Betrieb von Modelleisenbahnen zu aufwendig, da es Schwierigkeiten bereitet, auf einer Modelleisenbahnlokomotive ausreichend genau arbeitende Drehzahlmeßeinrichtungen unterzubringen und ein gesonderter Signalübertragungsweg von der Drehzahlmeßeinrichtung zu einem in einer Zentrale angeordneten Regler vorgesehen werden müßte.
• Aus diesem Grunde sieht man bei Modelleisenbahnen im allgemeinen lediglich eine Steuerung der Drehzahl vor, wobei die dem Anker zugeführte Gleichspannung eingestellt wird und der Motor eine der Spannung im wesentlichen proportionale Drehzahl annimmt. Eine andere, bekannte Möglichkeit der Drehzahleinstellung fremderregter Gleichstrom-Antriebsmotoren von Modelleisenbahnen besteht darin, dem Anker Gleichstromimpulse konstanter Wiederholungsfrequenz, jedoch jeweils einstellbarer Lauer zuzuführen.
• Bei beiden bekannten Drehzahleinstellverfahren ist offensichtlich der Drehzahl-Istwert einem gewünschten Sollwert der Drehzahl nur für einen bestimmten Belastungsfall oder Betriebsfall gleich, während im allgemeinen bei verschiedenen Belastungen des Antriebs Abweichungen zwischen Istwert und Sollwert auftreten.
• Die Wahl der Drehzahl des Gleichstrommotors durch Zuführung einer entsprechend einstellbaren Ankerspannung hat außerdem den Nachteil, daß bei gegebener Versorgungsspannung und eingestellter kleiner Ankerspannung zur Verwirklichung einer niedrigen Drehzahl hohe Verlustleistungen in entsprechenden Steuerwiderständen verlorengehen und Erwärmung verursachen und daß bei niedriger Ankerspannung das Drehmoment, insbesondere also das Anfahrmoment, gering ist.
• Die Zuführung von Ankerstrom-Gleichspannungsimpulsen konstanter Wiederholungsfrequenz, jedoch unterschiedlicher Dauer, hat den Vorteil der geringen Verluste, ermöglicht jedoch keine präzise Geschwindigkeitsregelung, insbesondere bei stark wechselnder Belastung.
• Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ein Verfahren zur Drehzahlregelung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß bei außerordentlich geringem apparativem Aufwand eine präzise Einstellung einer geregelten Drehzahl möglich ist.
• Bei einem Verfahren zur Drehzahlregelung fremderregter Gleichstrommotoren zum Antrieb von Modelleisenbahnen, bei welchem der Motoranker mit Gleichspannungsimpulsen beaufschlagt wird, kann eine Lösung der gestellten Aufgabe dadurch erreicht werden, daß während der Impulsintervalle die generatorische Ankerspannung gemessen, mit einem Sollwert verglichen und das Vergleichsergebnis zur Auslösung des jeweils nächsten Gleichspannungsimpulses verwendet wird.
• Dabei haben die Gleichspannungsimpulse vorzugsweise jeweils gleiche Dauer und jeweils gleiche Amplitude. Die Wiederholungsfrequenz der Gleichspannungsimpulse wird jedoch abhängig von dem Ergebnis des Vergleichs zwischen dem gemessenen generatorischen Ankerspannungswert und einem Sollwert verändert. Dieser Sollwert kann digital vorgegeben werden. Die Übertragung erfolgt in einfacher Weise über die Schiene oder über eine Oberleitung.
• Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht eine Miniaturisierung der zur Durchführung des Verfahrens erforderlichen Schaltung, so daß eine Unterbringung auf der Lokomotive selbst keine Schwierigkeiten bereitet.
• Im übrigen sind zweckmäßige Ausgestaltungen des vorstehend angegebenen Verfahrens sowie eine Schaltung zu seiner Durchführung Gegenstand der anliegenden Ansprüche, deren Inhalt hierdurch ausdrücklich zum Bestandteil der Beschreibung gemacht wird, ohne an dieser Stelle den Wortlaut zu wiederholen.
• Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar: Fig. 1 ein Schaltbild einer Regelschaltung zur Drehzahlregelung fremderregter Gleichstrommotoren und Fig. 2 eine Reihe von Zeitdiagrammen, welche den Spannungsverlauf oder Signalverlauf an bestimmten Schaltungspunkten der Schaltung nach Figur 1 zeigen.
• In Figur 1 ist schematisch ein fremderregter Gleichstrommotor 1 dargestellt, dessen Anker 2 über einen Gleichrichter 3 mit Gleichspannungsimpulsen beaufschlagt werden kann. Ein weiterer Gleichrichter 4 liegt zu den Bürsten des Ankers 2 parallel. Die Ankerspannung wird über eine Leitung 5 abgenommen und einem Vergleicher 6 zugeführt, in welchem ein Vergleich dieser Ankerspannung mit einem Sollwert erfolgt, der über einen Signalübertragungskanal in digitaler Form bezogen, in einem Digital-/ Analogwandler 7 in einen Analogwert umgewandelt und dem jeweils anderen Eingang des Vergleichers 6 zugeführt wird.
• Der Ausgang des Vergleichers 6 speist eine aus zwei Gattern mit WEDER-Funktion gebildete Kippstufe 8, deren Schaltungsaufbau aus Figur 1 zu entnehmen ist und deren Wirkungsweise weiter unten im Zusammenhang mit Figur 2 näher erläutert wird.
• Die Kippstufe 8 wird mit über einen Inverter 9 geführten Taktimpulsen konstanter Dauer von der Klemme A aus beaufschlagt und ist mit ihrem Ausgang E an zwei hintereinandergeschaltete Kippschaltungen 10 und 11 angeschlossen. Diese wiederum speisen ein Gatter 12 mit WEDER-Funktion und einen nachgeschalteten Inverter 13, insgesamt also ein ODER-Schaltelement, dessen Ausgang an den Gleichrichter 3 gelegt ist.
• Taktimpulse zur Synchronisierung der Schaltung werden, wie bereits angedeutet, über den Anschluß A in die Schaltung eingegeben und haben einen zeitlichen Verlauf, welcher qualitativ in Figur 2a wiedergegeben ist.
• Die hintereinandergeschalteten Kippschaltunqen 10 und 11 in Zusammenwirkung mit dem Gatter 12 und dem Inverter 13 haben die Aufgabe, Gleichspannungsimpulse von vorliegend einer Dauer entsprechend zwei Taktperioden von den Taktimpulsen abzuleiten und dem Anker des Gleichstrommotors zuzuführen, sobald dessen Drehzahlabfall eine solche Impulsbeaufschlagung notwendig macht. Die Ausgänge der Kippschaltungen 10 und 11 an den Schaltungspunkten F bzw. G sowie das Verknüpfungsergebnis durch das Gatter 12 am Schaltungspunkt H sind in den Diagrammen 2f, g und h dargestellt.
• Eine Untersuchung von Figur 2b zeigt, daß der Vergleicher 6 immer dann eine Spannung abgibt, wenn die am Anker des Gleichstrommotors auftretende Spannung den in Figur 2b durch eine unterbrochene Linie angedeuteten Pegel der Referenzspannung übersteigt.
• Dies ist jedenfalls während der Impulsbeaufschlagung des Motorankers über den Gleichrichter 3 von dem Inverter 13 aus der Fall. Wird die Impulsbeaufschlagung beendet, so sinkt die Spannung an dem Schaltungspunkt B kurzzeitig aufgrund transienter Vorgänge stark ab, steigt jedoch dann aufgrund des Ubergangçs des Gleichstrommotors 2 in den generatorischen Betrieb über den Referenzwert an, um dann allmählich aufgrund des Verbrauches der in den Schwungmassen gespeicherten Energie unter den Referenzwert abzusinken.
• Hierbei kann es vorkommen, daß die an dem Schaltungspunkt B meßbare Spannung kurzzeitig auf Null abfällt, wenn nämlich der Kontakt der Bürsten zu den Kollektorlamellen aufgrund von Erschütterungen oder durch Fremdkörper oder dergleichen verlorengeht. Diese kurzzeitigen Einbrüche der Spannung an dem Schaltungspunkt B verursachen am Ausgang des Vergleichers im Schaltungspunkt C entsprechende Unterbrechungen.
• Damit aber vermieden wird, daß kurzzeitige Unterbrechungen der Verbindung zum Anker jeweils eine volle Impulsbeaufschlagung auslösen, ist die Kippschaltung 8 so ausgestaltet, daß sie die hintereinandergeschalteten Kippschaltunqen 10 und 11 nur auslöst, wenn sich der Eingang zum Vergleicher 6 über die Leitung 5 während einer vollen Taktimpulszeit nicht geändert hat und kleiner als der Sollwert geblieben ist. Schon ein kurzdauernder Anstieg der Spannung auf der Leitung 5 über den v Sollwert während der betreffenden Taktimpulsperiode löscht also den Befehl zur Auslösung der Impulsbeaufschlagung, wie aus Figur 1 in Verbindung mit'den Figuren 2d und 2e zu entnehmen ist.
• Es sei hier darauf hingewiesen, daß der Spannungsverlauf am Schaltungspunkt A dem Diagramm 2a entspricht, der Spannungsverlauf am Schaltungspunkt B gemäß Figur 1 dem Diagramm 2b entspricht usw.. In Figur 2b sind die Zeitdauern der Referenzspannungsunterschreitung, welche zur Auslösung eines neuen Gleichspannungsimpulses zur Beaufschlagung des Motorankers führen, mit I bezeichnet.
• Es versteht sich, daß in einer Anordnung, in welcher eine Unterbrechung zwischen den Ankerwicklungen des Gleichstrommotors und dem Eingang des Vergleichers 6 nicht zu befürchten ist, die Kippschaltung 8 nicht erforderlich ist. Vielmehr kann in diesen Fällen der Ausgang des Vergleichers 6 unmittelbar an eine entsprechend dimensionierte monostabile Kippschaltung gelegt werden.
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Claims (7)

1. Patentansprüche 9 erfahren zur Drehzahlregelung fremderregter Gleichstrommotoren zum Antrieb von Modelleisenbahnen, bei welchem der Motoranker mit Gleichstromimpulsen beaufschlag wird, dadurch gekennzeichnet, daß während der Impuls intervalle die generatorische Ankerspannung gemessen, mit einem Sollwert vergleichen und das Vergleichsergebnis zur Auslösung des jeweils nächstfolgenden Gleichspannungsimpulses verwendet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsimpulse jeweils gleiche Dauer aufweisen.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsimpulse jeweils gleiche Amplitude besitzen.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert digital vorgegeben und vor Vergleich mit der generatorischen Ankerspannung in einen Analogwert umgeformt wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösung des jeweils nächstfolgenden Gleichspannungsimpulses erst dann erfolgt, wenn das Verqleichserqbnis während einer vorbestimmten Zeitdauer die Auslösebedingung erfüllt.
6. 6. Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Vergleicherschaltung (6) der einerseits die Ankerspannung (5) und andererseits eine Referenzspannung (7) zuführbar ist und die an eine Auslöseschaltung (8, 10, 11) angeschlossen ist, welche zur Auslösung der Weitergabe von Impulsen einer Impulsquelle an den Motoranker dient.
7. 7. Schaltung nach Anspruch.6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslöseschaltung eine von Taktimpulsen (A) beaufschlagte Kippschaltung (8) enthält, welche außerdem an die Vergleicherschaltung (6) angeschlossen ist und nur im Falle einer bestimmten Dauer der Ausgangssignale der Vergleicherschaltung (6) relativ zu der Dauer der Taktimpulse ein Ausgangssignal im Sinne der Auslösung der Gleichspannungsimpulse abgibt.