DE3109739A1

DE3109739A1 - Trennmittel fuer zerhackbare gemeinsam mit leistung versorgte lasten

Info

Publication number: DE3109739A1
Application number: DE19813109739
Authority: DE
Inventors: Arthur Wickham Newcastle-Upon-Tyme Wild
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1980-03-17
Filing date: 1981-03-13
Publication date: 1982-03-18
Also published as: JPS56145797A; FR2478397A1

Description

S 4536

Trennmittel für zerhackbare gemeinsam mit Leistung versorgte

Lasten

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Mittel zum Trennen oder Isolieren des Zerhackers einer ersten Last vom Zerhakker einer zweiten und gemeinsam mit Leistung versorgten Last. Speziell bezieht sich die Erfindung auf Induktoroder Induktiv!tätsmittel zur Trennung oder Isolation eines ersten Kondensator-kommutierten SCR ( silicium control rectifier ) = gesteuerter Siliciumgleichrichter) Zerhacker von einem zweiten Zerhacker, wobei die Zerhacker dazu verwendet werden, um zwei eine gemeinsame Leistungsversorgung besitzende Gleichspannungslasten zu steuern.

Bestimmte Arten von Fahrzeugen und Maschinen besitzen eine

Vielzahl von durch eine einzige elektrische Leistungsquelle versorgte Lasten. Im allgemeinen ist eine elektrische Steuervorrichtung mit jeder der Lasten verbunden, um die an ihre Last gelieferte Leistung zu steuern. Wegen ihrer gemeinsamen Leistungsquelle befindet sich jede Steuervorrichtung in elektrischem Kontakt mit der anderen Steuervorrichtung und deren Last. Dieser elektrische Kontakt läßt zu, daß die Arbeitsweise bestimmter Arten dieser Steuervorrichtungen nachteilig beeinflußt wird.

Beispielsweise verwenden Hubstapler zwei Elektromotoren, und zwar einen Zugmotor zum Antrieb des Fahrzeugs und einen Hubmotor zur Betätigung des Schlittens (der Gabel). Typischerweise werden diese Gleichspannungsmotoren von einer gemeinsamen Batterie mit Leistung versorgt. Jeder dieser Motore besitzt eine Steuervorrichtung, die unabhängig aktiviert werden können, um den zugehörigen Motor mit der Batterie zu verbinden oder von dieser zu trennen.

Wie dem Fachmann bekannt ist, basieren diese Steuervorrichtungen oftmals auf Halbleiterschaltvorrichtungen, wie beispielsweise gesteuerten Siliciumgleichrichtern. Diese werden im allgemeinen durch einen in entsprechender Weise geladenen und verbundenen Kondensator kommutiert. Wenn diese Steuervorrichtungen nicht miteinander synchronisiert sind, so ist die gleichzeitige Verbindung einer Last und die Trennung der anderen Last möglich. Wo, wie dies oftmals der Fall ist, der durch einen im Freilaufzustand wirkenden Motor erzeugte Strom dazu verwendet wird, um bei der Aufladung des kommutierenden Kondensators der Steuervorrichtung dieses Motors unterstützend zu wirken, kann ein gleichzeitiges oder nahezu gleichzeitiges Einschalten des anderen der Motoren zur Folge haben, daß die erstgenannte Steuervorrichtung außerstande gesetzt wird, die darauffolgende Trennung von ihrer Last zu bewirken. Dies liegt an der Möglichkeit, daß die Verbindung des einen Motors und

die Abtrennung des anderen eine temporäre Verminderung der Spannung der Leistungsversorgung hervorrufen kann, was zur Folge hat, daß der kommutierende Kondensator einer kleineren Spannung ausgesetzt wird und demgemäß eine geringere Ladung empfängt als dies andernfalls der Fall wäre. Mit einer inadäquaten Ladung auf diesen Kondensator kann die darauffolgende !Commutation' nicht möglich sein.

Die Erfindung bezieht sich auf die Überwindung eines oder mehrerer der obengenannten Probleme.

Offenbarung der Erfindung.

Eine elektrische Schaltung zur LeistungsVersorgung einer Vielzahl von Motoren aus einer Gleichspannungsleistungsversorgung weist Steuermittel auf, um selektiv einen der Motoren mit der Leistungsversorgung zu verbinden und davon zu trennen, wobei die Steuermittel eine Kommutatorvorrichtung aufweisen. Ein Freilaufschaltungspfad ist für den erwähnten einen Motor vorgesehen. Ein Induktor ist derart angeordnet, daß die Impedanz des Freilaufkreispfades derart erhöht wird, daß der Bruchteil der durch den Freilauf erzeugten Energie, der zur Ladung der Kommutatorvorrichtung dient, erhöht wird.

Systeme, die eine Vielzahl von Gleichstrommotoren aus einer einzigen Gleichspannungsleistungsqueile versorgen, verwenden oftmals Halbleiterzerhacker, um selektiv die Motoren in entsprechender Weise mit der Leistungsversorgung zu verbinden oder von dieser zu trennen, üblicherweise weisen diese Zerhacker einen Hauptschalthalbleiter, oftmals einen gesteuerten Siliciumgleichrichter, auf, der durch einen Kondensator kommutiert wird. Dieser Kommutierungskondensator ist mit einer Schaltung ausgestattet, um diese auf das notwendige Ausmaß und Polarität zu laden, um die Kommutierung des Hauptschalthalbleiters beim Schließen einer Schaltung sicherzustellen, welche den Kondensator und den Hauptschalthalbleiter verbindet. Dieser Kondensator wird teilweise durch den Freilaufstrom des Motors geladen.

Derartige Systeme leiden an einem erkannten Problem, dessen Ursache aber nicht auf der Hand liegt. Unter bestimmten Umständen, insbesondere dann, wenn die Zustände der beiden Motoren, von denen der eine eingeschaltet und der andere ausgeschaltet ist, gleichzeitig umgekehrt werden, so wird eine angemessene Aufladung des Kommutationskondensators oftmals verhindert. Eine nichtadäquate Aufladung dieses Kondensators dient zur Verhinderung der darauffolgenden Kommutation des Hauptschalthalbleiters, auf welche Weise das Abschalten des Motors verhindert wird. Es wurde erkannt, daß eine hinreichende Erhöhung der Impedanz der Freilaufschaltung zur signifikanten Erhöhung der an den Zerhacker angelegten Spannung dazu dient, diese Schwierigkeit zu eliminieren.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 2 ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In der Zeichnung ist eine die Prinzipien der Erfindung verwirklichte Schaltung 10 dargestellt. Diese Schaltung 10 weist erste und zweite reihengewickelte Gleichspannungsmotoren 12, 14 auf. Diese Motoren 12, 14 sind parallel an die Leistungsversorgung 16 angeschaltet, welche in den Fig. 1 bis 3 als eine Batterie dargestellt ist.

In Reihe mit jedem Motor 12, 14 liegt eine Schaltvorrichtung, wie beispielsweise ein Zerhacker 18, der dazu dient, den Motor, mit dem er verbunden ist, ein- und auszuschalten,

und zwar durch Schließen und öffnen des Strompfads zur LeistungsVersorgung 16. Jeder Zerhacker (chopper) 18 weist einen Hauptschalthalbleiter 2O auf, der ein gesteuerter Siliciumgleichrichter (SCR) oder irgendeine andere selektiv betätigbare in einer Richtung wirkende Leitvorrichtung sein kann.Der Haupt SCR 20 ist derart orientiert, daß er im Öffnungszustand den Stromfluß von der LeistungsVersorgung 16 durch Motor 12, 14 gestattet. Parallel zum SCR 20 liegt ein zweiter Schalthalbleiter 22, der in gleicher Weise orientiert ist und vorzugsweise ebenfalls ein SCR ist. Ein Kommutationskondensator 24 liegt zwischen den Kathoden der Hauptschalthalbleiter 20, 22. Parallel am Kommutationskondensator 24 liegt ein dritter Schalthalbleiter 26, der vorzugsweise ebenfalls ein SCR ist. In Serie zwischen der Kathode des zweiten Schalthalbleiters 22 und der Anode des dritten Schalthalbleiters 26 liegt ein Induktor (Induktivität) 28.

Eine Frei!aufschaltung 30 ist für jeden Motor 12, 14 vorgesehen. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 besteht die Freilaufschaltung 30 aus einer in einer Richtung leitenden Vorrichtung 32, wie beispielsweise einer Diode, die parallel zum Motor 12, 14 liegt. Die Diode 32 ist derart orientiert, daß sie mit ihrer Kathode an der positiven Klemme der Leistungsversorgung 16 liegt. Ein Isolations- oder Trenninduktor 34 liegt in Serie mit der Diode 32 in der Freilaufschaltung 30 und ist vorzugsweise mit der Kathode der Diode 32 verbunden. Der Isolation- oder Trenninduktor 34 sollte nicht im Strompfad von der Leistungsversorgung 16 zum Motor 12, 14 liegen, mit dem er nicht assoziiert ist.

Im alternativen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 liegt der Trenninduktor 34 in Reihe mit und zwischen der Freilaufschaltung 30 und der positiven Klemme der LeistungsVersorgung 16. Wie in Fig. 2 gezeigt, liegt der Trenninduktor 34 nicht im Strompfad von der Leistungsversorgung 16 zum Motor

12, 14, mit dem er nicht assoziiert ist.

In einem dritten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 sind Induktor 34 und Diode 32 durch eine vierte Schaltvorrichtung 38, vorzugsweise eine SCR, ersetzt, die derart orientiert ist, daß deren Kathode die positive Klemme der Leistungsversorgung 16 kontaktiert.

Industrielle Anwendbarkeit.

Beim Betrieb der Erfindung werden die Motore 12, 14 durch Verwendung der Zerhacker 18 ein- und ausgeschaltet. Um beispielsweise einen der Motore 12 zu aktivieren, wird der entsprechende Haupt-SCR 20 durch die nicht gezeigte Zerhacker- oder Choppersteuervorrichtung eingeschaltet. Die zweiten und dritten SCRs 22, 26 werden in diesem Punkt ausgeschaltet, und der Kommutationskondensator 24 trägt eine Ladung mit einer Polarität und Größe, ausreichend zur Umkehr der Vorspannung des Haupt-SCR 20.

Zur Ausschaltung des Motors 12 wird der zweite SCR 22 eingeschaltet, was gestattet, daß die auf dem Kommutationskondensator 24 gespeicherte Ladung den Haupt-SCR 20 umgekehrt vorspannt, wodurch er abgeschaltet wird. Motorstrom wird an den Zerhacker 18 angelegt unter dem hinzutretenden Einfluß des Trenninduktors 34. Dies dient zum Aufbau einer Ladung auf dem Kommutationskondensator 24 mit einer höheren Größe als dies durch die Leistungsversorgung 16 vorgesehen werden kann, wie dies der Fachmann erkennt. Sobald die durch den Freilaufzustand an der Anode des zweiten SCR 22 angelegte.Spannung anfängt abzunehmen, wird der zweite SCR 22 umgekehrt vorgespannt und wird nichtleitend. Der dritte SCR 26 wird dann (getastet) eingeschaltet und Strom fließt von dem Kommutationskondensator 24 durch den Induktor 2 8 und den dritten SCR 26. Die induktive Äufrechterhaltung dieses Stroms ergibt eine Umkehr der Polarität des

tationskondensators 24, worauf dann folgt, daß der dritte SCR 2 6 abgeschaltet wird, wodurch der Zustand des Zerhackers 18 für einen weiteren Ein/Aus-Zyklus wieder hergestellt wird.

Jeder Fachmann erkennt, daß der Trenninduktor dazu dient, eine adäquate Ladung des Kommutationskondensators 24 sicherzustellen. Sollte der andere der Motore 14 gleichzeitig mit der Ausschaltung des Motors 12 eingeschaltet werden, so verhindert der Trenninduktor 34 einen sich sonst andernfalls bildenden, eine unzulässig niedrige Impedanz aufweisenden Pfad für den Freilaufstrom zum Durchgang zum anderen Motor 14 und der positiven Klemme der Batterie. Es wird somit sichergestellt, daß die Spannung an der Anode der Freilaufdiodeüzeitweise in signifikanter Weise über die Spannung, geliefert von der positiven Klemme der Leistungsversorgung 16, ansteigt, selbst dann, wenn der Motor 14 gerade dann eingeschaltet werden sollte, wenn der Freilaufstrom vom Motor 12 erzeugt wird.

Beim zweiten alternativen Ausführungsbeispiel ersetzt ein vierter SCR 38 die Diode 32 und kein Trenninduktor wird verwendet. Nach dem Einschalten oderTasten des zweiten SCR 22 und der vollständigen Ladung des Kommutationskondensators 24 wird der vierte SCR 38 eingeschaltet, beim Schließen des Freilaufkreises.

Der Fachmann kann ohne weiteres die Werte für die obengenannten Komponenten auswählen, die am besten für einen gegebenen Motor und eine gegebene Leistungsversorgung geeignet sind.

Die Erfindung ist auch für Anwendungsfälle mit mehr als zwei Motoren geeignet.

Zusammenfassend sieht die Erfindung somit folgendes vor:

Eine elektrische Schaltung (10) zur Leistungsversorgung einer Vielzahl von Lasten (12, 14) durch eine einzige Leistungsversorgung (16). Die Schaltung (10) weist Mittel (18) auf, um die Lasten (12, 14) in unabhängiger Weise mit der LeistungsVersorgung zu verbinden und davon abzutrennen. Trenn- oder Isolationsmittel (34) sind vorgesehen, um zu verhindern, daß jede Last (12) die andere der Lasten (14) stört, wodurch Kommutationsausfälle bei den Verbindungs- und Trennungsmitteln (18) verhindert werden.

TLeerseite

Claims

Ansprüche

( 1, feine elektrische Schaltung (10) zur Leistungsversorgung einer Vielzahl von Gleichspannungsinotorcn (12,14) aus einer Gleichspannungsleistungsversorgung (16), wobei die Motoren (12, 14) von einem Aufbau derart sind, daß ein Freiraufstrom dann erzeugt wird, wenn sie sich im Freilaufzustand befinden, gekennzeichnet durch

eine Freilaufschaltung (30) für jeden der Motore (12,14), wobei die Freilaufschaltung (30) eine Einrichtungsleitvorrichtung (32) aufweist,

einen Zerhacker (18) in Serie mit mindestens einem der Gleichspannungsmotore (12, 14), wobei der Zerhacker (18) folgendes aufweist: einen Hauptschalthalbleiter (20), einen Kommutationskondensator (24) parallel zum Hauptschalthalbleiter (20), einen zweiten Schalthalbleiter (22) in Reihe mit dem Kommutationskondensator (24) zum selektiven Schliessen einer den Hauptschalthalbleiter (20) und den Kommutationskondensator (24) verbindenden Schaltung, und Mittel (26, 28) zum Laden

des Kondensators (24) auf eine Polarität und Größe, ausreichend zur Kommutation des Hauptschalthalbleiters (20) bei Aktivierung des zweiten Schalthalbleiters (24) und

Mittel (34) zur Sperrung des Durchgangs des FreilaufStroms zur Leistungsversorgung (16).
2. Elektrische Schaltung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel (34) zum Sperren durch einen Induktor (34) gebildet sind, der in Serie mit der Einrichtungsleitvorrichtung (32) liegt

und wobei der Zerhacker (18) mit dem Motor (12)

an einem Punkt in der Freilaufschaltung (30) zwischen dem Induktor (34) und dem Motor (12) verbunden ist.
3. Elektrische Schaltung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel (34) eine selektiv betätigbare Einrichtungsleitvorrichtung (38) ist, die eine Kathode in elektrischem Kontakt mit der Leistungsversorgung (16) besitzt.
4. Elektrische Schaltung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtungsleitvorrichtung (38) ein gesteuertes Siliciumgleichrichter (SCR) ist.
5. Elektrische Schaltung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zum Sperren ein Induktor (34) sind, der in Serie mit der Freilaufschaltung (30) ist, welch letztere zwischen dem Induktor (30) und dem Zerhacker (18) liegt.
6. Elektrische Schaltung (10) zur Leistungsversorgung einer Vielzahl von Lasten (12,14) aus einer elektrischen LeistungsVersorgung (16), gekennzeichnet durch:

Steuermittel (18)

zur selektiven Verbindung und Trennung einer der erwähnten Lasten (12) von der Leistungsversorgung (16), und wobei Steuermittel (18) einen Kommutationskondensator (24) aufweisen,

eine elektrische Freilaufschaltung (30), assoziiert mit der erwähnten einen Last (12), und

ein Induktor (34), positioniert in der in dem Freilaufschaltungspfad zwischen der einen Last (12) und der Leistungsversorgung (16).
7. Elektrische Schaltung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die eine Last (12) ein Elektromotor ist.
8. Elektrische Schaltung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuermittel (18) eine erste Halbleiterschaltvorrichtung (20) parallel mit dem Kommutationskondensator (24) aufweisen, ferner Mittel (26, 28) zur Ladung des Kondensators (24) auf eine Größe und Polarität, ausreichend zur Kommutation der ersten Halbleiterschaltvorrichtung (20) und schließlich mit einer zweiten Schaltvorrichtung (22) zum selektiven Schließen des Strompfades zwischen dem Kondensator (24) und der Halbleiterschaltvorrichtung (20).
9. Elektrische Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Leistungsversorgung (16) eine Gleichspannungsleistungsversorgung ist.
10. Elektrische Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Induktor (34)

frei davon ist, in Serie zu liegen

mit der Kombination einer der erwähnten Lasten (12) und den Steuermitteln (18).