DE3215985A1 - CONTROL DEVICE FOR A VARIETY OF DC MOTORS - Google Patents
CONTROL DEVICE FOR A VARIETY OF DC MOTORSInfo
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Description
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Steuervorrichtung für eine Vielzahl von GleichstrommotorenControl device for a large number of DC motors
Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine Vielzahl von Gleichstrommotoren, welche mit einer Versorgung sspannung entsprechend einem Bedarfssignal beaufschlagt werden, um die Motoren zwischen dem Fahrbetrieb und dem Bremsbetrieb umzuschalten und um eine Drehzahlsteuerung im Fahrbetrieb vorzunehmen.The invention relates to a control device for a plurality of DC motors, which with a supply s voltage applied according to a demand signal to switch the motors between driving mode and braking mode and a Carry out speed control while driving.
Zur Steuerung der Geschwindigkeit von Fahrzeugantrieben unter Verwendung von im Serienschluß betriebenen Gleichstrommotoren ist es bekannt, vorzugsweise aus Thyristoren bestehende Zerhacker in Serie zu den Motoren zu schalten. Die Geschwindigkeitssteuerung des Motors erfolgt mit Hilfe der Breite der Spannungsimpulse, die dem Motor über den Zerhacker zugeführt werden, wobei sich die Geschwindigkeit nach dem Mittelwert der angelegten Leistung einstellt. Eine Kommutationsschaltung mit einem Kondensator wird dazu benutzt, um eine Vorspannung an den leitenden Thyristor anzulegen und um eine Umpolung auszulösen. Der Fahrmotor ist in Betrieb, wenn das Fahrzeug im Fahrbetrieb beschleunigt wird und wenn im Bremsbetrieb das Fahrzeug abgebremst oder zum Halten gebracht wird. Für den Betrieb und die Steuerung von derartigen Fahrzeugmotoren ist durch die US-PS 3 559 009,For controlling the speed of vehicle drives using direct current motors operated in series it is known to connect chopper consisting of thyristors in series with the motors. The speed of the motor is controlled with the help of the width of the voltage pulses sent to the motor can be fed via the chopper, the speed being based on the mean value of the applied power adjusts. A commutation circuit with a capacitor is used to apply a bias voltage to apply the conductive thyristor and to trigger a polarity reversal. The drive motor is in operation when that Vehicle is accelerated while driving and when the vehicle is braked or stopped while braking is brought. For the operation and control of such vehicle engines is by the US-PS 3,559,009,
WS320P-2480 3 543 121 undWS320P-2480 3 543 121 and
3 543 121 und 3 535 503 bekannt, einen Zerhacker zu benutzen.3,543,121 and 3,535,503 are known to use a chopper.
In der Zeitschrift "Westinghouse Engineer", März 1973, Seiten 34 bis 41, ist beschrieben, daß die mittlere, an den Motoranker angelegte Spannung durch die Einstellung des Ein-Aus-Verhältnisses an Zerhacker gesteuert wird, so daß der mittlere dem Anker zugeführte Strom das Drehmoment des Motors für den Antrieb des Fahrzeugs bestimmt. Im Fahrbetrieb sind die einzelnen Motore des Fahrzeugs mechanisch derart an eine Gleichstromquelle angeschlossen, daß der Strom über den Zerhacker im eingeschalteten Zustand und die Motorschaltung nach Masse fließt. Wenn der Zerhacker abgeschaltet ist, hält die in der Drosselspule und der Induktivität der Feldwicklung gespeicherte Energie einen Stromfluß durch die Motorschaltung über eine Umpolungsdiode aufrecht. Im Bremsbetrieb werden die Motoren erneut durch eine mechanische Umschaltung eingeschaltet und wirken als selbsterregte Generatoren, wodurch sich eine regenerative oder dynamische Bremsung des Fahrzeugs ergibt. In eingeschaltetem Zustand des Zerhackers steigt der Motorstrom an, wogeqen in abgeschaltetem Zustand des Zerhackers der Strom über die Umpolungsdiode zurück in die Stromversorgung gespeist wird.In the "Westinghouse Engineer" magazine, March 1973, Pages 34 to 41 describe that the average voltage applied to the motor armature is determined by the setting the on-off ratio on the chopper is controlled, so that the average current supplied to the armature determines the torque of the motor for propelling the vehicle. The individual engines of the vehicle are in driving mode mechanically connected to a direct current source in such a way that the current through the chopper is switched on and the motor circuit flows to ground. When the chopper is turned off, it stops in the choke coil and the energy stored in the inductance of the field winding causes a current to flow through the motor circuit via a polarity reversal diode upright. In braking mode, the motors are switched on again by a mechanical switch and act as self-excited generators, resulting in regenerative or dynamic braking of the vehicle results. When the chopper is switched on, the motor current increases, while the chopper is switched off Chopper the current is fed back into the power supply via the polarity reversal diode.
Es ist bereits durch die US-PS 4 095 153 bekannt, einen Mikroprozessor zur Steuerung des Zerhackers zu benutzen, um den regenerativen Bremsstrom zu begrenzen, indem ein oberer Grenzwert im eingeschalteten Zerhackerbetrieb und ein unterer Grenzwert im abgeschalteten Zerhackerbetrieb vorgesehen wird.It is already known from US Pat. No. 4,095,153 to use a microprocessor to control the chopper, to limit the regenerative braking current by setting an upper limit value in the chopper mode and a lower limit value is provided when the chopper is switched off.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung für eine Vielzahl von im Fahrbetrieb und imThe invention is based on the object of providing a control device for a large number of in driving mode and in
WS320P-2480 Bremsbetrieb eingesetzteWS320P-2480 braking operation used
Bremsbetrieb eingesetzte Gleichstrommotoren zu schaffen, mit der die Steuerung weiter verbessert und insbesondere vom Leerlaufbetrieb direkt in den Bremsbetrieb übergegangen werden kann.To create braking operation used DC motors, with which the control is further improved and, in particular, passed directly from idle mode to braking mode can be.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.This object is achieved by the invention characterized in claim 1. Further refinements of the invention are the subject of further claims.
Die Erfindung mit ihren Vorteilen und Merkmalen wird anhand von auf die Zeichnung bezugnehmenden Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen The invention with its advantages and features will be explained in more detail with the aid of exemplary embodiments referring to the drawing. Show it
Fig. 1 eine bekannte Motorsteuerung für eine Vielzahl von Antriebsmotoren für ein Fahrzeug im Fahrbetrieb; 1 shows a known motor control for a plurality of drive motors for a vehicle in driving mode;
Fig. 2 eine bekannte Motorsteuerung für eine Vielzahl von Fahrzeugen im Bremsbetrieb;2 shows a known engine control for a large number of vehicles in braking mode;
Fig. 3 eine bekannte Motorsteuerung auf Halbleiterbasis, mit welchen ein Antriebsmotor entweder in den Fahrbetrieb oder den Bremsbetrieb schaltbar ist;Fig. 3 shows a known motor control based on semiconductor, with which a drive motor either in the Driving mode or braking mode can be switched;
Fig. 4 eine Motorsteuerung gemäß der Erfindung zum Betrieb einer Vielzahl von Antriebsmotoren, entweder im Fahrbetrieb oder im Bremsbetrieb;4 shows a motor control according to the invention for operation a multiplicity of drive motors, either in driving mode or in braking mode;
Fig. 4A eine weitere Motorsteuerung für den Betrieb einer Vielzahl von Antriebsmotoren, entweder im Fahrbetrieb oder im Bremsbetrieb;4A shows a further motor control for the operation of a large number of drive motors, either in the driving mode or in braking mode;
Fig. 5 ein Diagramm, aus welchem der Betriebsstromverlauf für den Fahrbetrieb und den Bremsbetrieb 5 shows a diagram from which the operating current curve for the driving mode and the braking mode
WS320P-2480 für dieWS320P-2480 for the
für die Motorsteuerung gemäß Fig. 4 hervorgeht;for the engine control according to FIG. 4;
Fig. 6 der Stromverlauf für den Betriebsstrom für den Fall, daß sich die Motorsteuerung gemäß Fig. 4 im Leerlaufbetrieb befindet.6 shows the current curve for the operating current for the Case that the engine control according to FIG. 4 is in idle mode.
In Fig. 1 ist eine bekannte Motorsteuerung für eine Vielzahl von Fahrzeugantriebsmotoren für den Fahrbetrieb dargestellt. Die Motoren sind als Gleichstrommotoren im Serienbetrieb eingesetzt/ wobei die Ankerwicklung A1 des ersten Motors und die Ankerwicklung A2 des zweiten Motors in Serie zu den Feldwicklungen F1 und F2 des ersten und zweiten Motors geschaltet sind. Die Ankerwicklungen A3 und A4 des dritten und vierten Motors liegen in Serie zu den Feldwicklungen F3 und F4 des dritten und vierten Motors. Auf diese Weise ergeben sich je zwei in Serie geschaltete Gruppen von Motoren, wobei die Gruppen selbst parallel geschaltet sind. Diese Schaltungskonfiguration kann durch das Schließen der Schalter 1, 2, 3, 4 sowie das öffnen der Schalter 5 und 6 eingestellt werden. Im Fahrbetrieb wird ein Zerhacker C verwendet, um den der Motorschaltung 10 zugeführten Strom zu regulieren. Beim Einschalten des Zerhackers C fließt ein Strom von der Gleichstromversorgung 12 aus über die Motorschaltung TO nach Masse. Beim Abschalten des Zerhackers C wird aufgrund der in der Drosselspule und der Induktivität des Motors gespeicherten Energie ein Stromfluß über die Umpolungsdiode FWD in der Motorschaltung 10 aufrechterhalten. Die Wirkungsweise des Zerhackers C in dieser Hinsicht ist in der Zeitschrift "Westinghouse Engineer", März 1973, Seiten 34 bis 41, beschrieben.In Fig. 1, a known engine control for a plurality of vehicle drive motors for driving operation is shown. The motors are used as DC motors in series operation / the armature winding A1 of the first motor and the armature winding A2 of the second motor are connected in series with the field windings F1 and F2 of the first and second motors. The armature windings A3 and A4 of the third and fourth motors are in series with the field windings F3 and F4 of the third and fourth motors. This results in two groups of motors connected in series, with the groups themselves being connected in parallel. This circuit configuration can be set by closing switches 1, 2, 3, 4 and opening switches 5 and 6. When driving, a chopper C is used to regulate the current supplied to the motor circuit 10. When the chopper C is switched on, a current flows from the DC power supply 12 via the motor circuit TO to ground. When the chopper C is switched off, due to the energy stored in the choke coil and the inductance of the motor, a current flow is maintained via the polarity reversal diode FWD in the motor circuit 10. The operation of the chopper C in this regard is described in the journal "Westinghouse Engineer", March 1973, pages 34 to 41.
Die mittlere, an die Motoren angelegte Spannung wird durch die Einstellung des Verhältnisses der Abschaltzeit zurThe average voltage applied to the motors is determined by setting the ratio of the switch-off time to
WS320P-2480 Einschaltzeit fürWS320P-2480 switch-on time for
Einschaltzeit für den Zerhacker C festgelegt. Diese Einstellung erfolgt mit Hilfe einer Steuereinrichtung 14, und zwar in Abhängigkeit von dem Bedarfssignal P, mit welchem der Fahrbetrieb ausgewählt sowie der mittlere gewünschte Motorstrom und somit das mittlere Motordrehmoment aufrechterhalten wird. Wenn die volle Spannung am Motor anliegt, arbeitet der Serhacker C mit seiner Normalfrequenz von etwa 218 Hertz, wobei er für etwa 6 % eines Schaltzykluses ausgeschaltet ist.Set the switch-on time for the chopper C. This setting takes place with the help of a control device 14, depending on the demand signal P, with which the driving mode is selected and the middle one desired motor current and thus the mean motor torque is maintained. When the full voltage is on Motor is applied, the Serhacker C works with its normal frequency of about 218 Hertz, whereby it works for about 6% one Switching cycle is switched off.
In Fig. 2 ist eine bekannte Motorsteuerung für eine Vielzahl von Fahrzeugantriebsmotoren dargestellt, welche im Bremsbetrieb arbeitet. Für den Bremsbetrieb wird eine Umschaltung derart mit mechanischen Schaltern B1, B2, B3, B4 und B5 bewirkt, daß sich die Motorschaltung 16 gemäß Fig. 2 ergibt. Bei dieser Schaltung gemäß Fig. 2 wird eine regenerative oder dynamische Bremsung durch den Betrieb der Motore als selbsterregte Generatoren bewirkt. Die Feldwicklungen werden derart miteinander verbunden, daß eine Lastverteilung zwischen den parallelgeschalteten Generatoren erzwungen wird. Im dynamischen Bremsbetrieb wirkt der Zerhacker in derselben Weise wie im Fahrbetrieb, wobei das An- und Abschaltverhältnis derart eingestellt wird, daß sich der gewünschte Strom einstellt und der größere Motorstrom eine stärkere Abbremsung des Fahrzeuges bewirkt. Bei eingeschaltetem Zerhacker C steigt der Strom in der Motorschaltung 16 an. Wenn dagegen der Zerhacker C abgeschaltet wird, muß der im Zerhacker fließende Strom über die ümpolungsdiode FWD infolge der Drossel MR zurück zur Stromversorgung 12 fließen. Die Steuereinrichtung für die logische überwachung des Betriebs des Zerhackers C wird in Abhängigkeit von einem Bedarfssignal P zur Auswahl des Bremsbetriebs überwacht, die über die Leitung 15 an denIn Fig. 2, a known engine control for a variety of vehicle drive motors is shown, which in Braking operation works. For the braking operation, switching is carried out in this way with mechanical switches B1, B2, B3, B4 and B5 have the effect that the motor circuit 16 according to FIG. 2 results. In this circuit according to FIG causes regenerative or dynamic braking by operating the motors as self-excited generators. The field windings are connected to one another in such a way that a load distribution between the parallel-connected Generators is forced. In dynamic braking mode, the chopper works in the same way as in driving mode, wherein the on and off ratio is set in such a way that the desired current and the higher motor current causes a stronger braking of the vehicle. When the chopper C is switched on, the current increases in the motor circuit 16. On the other hand, if the chopper C is switched off, the current flowing in the chopper must return via the Umpolungsdiode FWD due to the choke MR to the power supply 12 flow. The control device for the logical monitoring of the operation of the chopper C becomes monitored as a function of a demand signal P to select the braking mode, which is sent via line 15 to the
WS320P-2480 Netzfilterkondensator FCWS320P-2480 line filter capacitor FC
32Ί598532Ί5985
Netzfilterkondensator FC und über die Leitung 17 eine Spannung anlegt, mit welcher das Ein-Ausschaltverhältnis des Zerhackers derart eingestellt wird, daß ein Ansteigen der Kondensatorspannung über die Netzspannung vermiedenLine filter capacitor FC and a voltage is applied via line 17, with which the on-off ratio of the chopper is set in such a way that the capacitor voltage does not rise above the mains voltage
In Fig. 3 ist eine bekannte auf Halbleiterschaltungen aufgebaute Steuereinrichtung zur Einstellung eines einzigen Antriebsmotors auf den Fahrbetrieb oder den Bremsbetrieb dargestellt. Der Hauptzerhacker C in Form eines Thyristors wird in bekannter Weise in Abhängigkeit von dem Bedarfssignal P von einer die Leitfähigkeit steuernden Einrichtung leitend oder nichtleitend gemacht, damit die die Motordrehzahl bestimmende mittlere Spannung an der Ankerwicklung A wirksam wird. Jedesmal, wenn der Zerhacker C eingeschaltet ist, steigt die am Anker A und an der Motordrossel MR wirksame Spannung auf den Spannungswert der Spannungsversorgung 12 an. Wenn der Zerhacker C abgeschaltet ist, fällt die Spannung am Anker A und an der Motordrossel MR auf Null ab. Der Motoranker spricht auf die mittlere Motorspannung an und der mittlere Motorstrom ist proportional dem Motordrehmoment. Die Umpolungsdiode FWD erlaubt dem Motorstrom aufgrund der Induktivität der Motorschaltung weiterzufließen, nachdem der Zerhacker C abgeschaltet ist. Ein Leistungsthvristor TP wird leitend gemacht, wenn die Motorschaltung mit dem dazugehörigen Anker A in Fahrbetrieb laufen soll, um das Fahrzeug anzutreiben, welches mit dem Motor verbunden ist. Eine Leistungsdiode DP und die Motorfeldwicklung F ist in den Schaltkreis für den Fahrbetrieb eingebunden, welcher den Leistungsthyristor TP, die Rückleitung 22, die Spannungsversorgung 12 und den Zerhacker C umfaßt. Ein Bremsthyristor TB wird leitend gemacht, wenn es wünschenswert ist, die Motorschaltung einschließlich dem AnkerIn Fig. 3 is a known control device based on semiconductor circuits for setting a single Drive motor shown on the driving mode or the braking mode. The main chopper C in the form of a thyristor is in a known manner as a function of the demand signal P from a device controlling the conductivity Made conductive or non-conductive so that the mean voltage on the armature winding that determines the engine speed A takes effect. Every time the chopper C is switched on, the one on the armature A and on the engine throttle increases MR effective voltage to the voltage value of the voltage supply 12. When the chopper C turned off is, the voltage at armature A and at the motor choke MR drops to zero. The motor anchor speaks to them mean motor voltage and the mean motor current is proportional to the motor torque. The polarity reversal diode FWD allows the motor current to continue flowing due to the inductance of the motor circuit after the chopper C is switched off. A power transistor TP is made conductive when the motor circuit with the associated Armature A is to run in driving mode in order to propel the vehicle which is connected to the engine. One Power diode DP and the motor field winding F is integrated into the circuit for driving, which the power thyristor TP, the return line 22, the voltage supply 12 and the chopper C comprises. A Brake thyristor TB is made conductive when it is desirable to have the motor circuit including the armature
WS320P-2480 im BremsbetriebWS320P-2480 in braking mode
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im Bremsbetrieb zu betreiben. Bei einem derartigen dynamischen Bremsbetrieb wird einer oder mehrere der Bremswiderstände R1, R2 oder R3 in den Schaltkreis eingeschaltet, der die Bremsdiode DB umfaßt. Mit einer Kommutations· schaltung 24 bekannter Art wird die Leitfähigkeit des Leistungsthyristors TP beendet, wenn der Motor im Bremsbetrieb arbeiten und der Bremsstrom über den Anker A fließen soll.to operate in braking mode. In such a dynamic braking operation, one or more of the braking resistors R1, R2 or R3 switched into the circuit comprising the braking diode DB. With a commutation Circuit 24 of a known type, the conductivity of the power thyristor TP is terminated when the motor is in braking mode work and the braking current should flow through armature A.
Der Leistungsthyristor TP wird eingeschaltet, wenn in Abhängigkeit vom Bedarssignal P die Motorschaltung im Fahrbetrieb arbeiten soll. Damit fließt ein Strom über die Leitungsdiode DP, die Feldwicklung F, die Drossel MR, den Motoranker A und den Thyristor TP vom Zerhacker C über die Masseleitung 22 zurück zur Spannungsversorgung 12. Mit Hilfe der Schaltung für die Leitfähigkeitssteuerung wird der Zerhacker C derart angesteuert, daß der mittlere Strom in der Motorschaltung einschließlich dem Anker durch entsprechende Modulation festgelegt wird. Solange der Zerhacker nichtleitend ist, wird ein Stromfluß über den Anker A und die ümpolungsdiode 24 aufgrund der in der Drossel MR und der Feldwicklung F gespeicherten Spannung aufrechterhalten.The power thyristor TP is switched on when dependent from the requirement signal P, the motor circuit should work while driving. This causes a current to flow over the Line diode DP, the field winding F, the choke MR, the motor armature A and the thyristor TP from the chopper C. the ground line 22 back to the power supply 12. Using the circuit for the conductivity control the chopper C is controlled so that the average current in the motor circuit including the armature is determined by appropriate modulation. As long as the chopper is non-conductive, current will flow across it the armature A and the Umpolungsdiode 24 due to the stored in the choke MR and the field winding F voltage maintain.
Der Br ems thyristor TB wird in Abhängigkeit vom Bedarfssignal P leitend gemacht, wenn es wünschenswert ist, daß der Motor im Bremsbetrieb läuft, um über die Abbremsung des Motors Energie zu gewinnen. Wenn der Zerhacker C eingeschaltet ist, fließt ein Bremsstrom von dem als Generator wirksamen Motoranker A über einen der nicht kurzgeschalteten Bremswiderstände R1, R2 und R3, welche der Einstellung des dynamischen Bremsniveaus dienen, und ferner über die Bremsdiode DB, den Zerhacker C, die Drosselspule MR und die Feldwicklung F und über denThe Br ems thyristor TB is made conductive in response to the demand signal P, if it is desirable that the motor is running in braking mode in order to generate energy by braking the motor. When the chopper C is turned on is, a braking current flows from the motor armature A, which acts as a generator, via one of the not short-circuited braking resistors R1, R2 and R3, which serve to adjust the dynamic braking level, and also via the braking diode DB, the chopper C, the Choke coil MR and the field winding F and over the
WS320P-2480 Bremsthyristor TBWS320P-2480 brake thyristor TB
NACHOEREICHTJREPORTEDJ
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Bremsthyristor TB zurück zum Motoranker A. Dies bewirkt, daß in der Feldwicklung F im Bremsbetrieb ein Strom aufrechterhalten wird, der dieselbe Richtung beibehält und in derselben Weise durch den Zerhacker C bestimmt wird wie der Feldstrom im Fahrbetrieb. Wenn der Motor im Bremsbetrieb als Generator arbeitet, entsteht eine Ausgangsspannung entgegengesetzter Polarität, bezogen auf die Stromversorgung 12. Da der Feldstrom für den Fahrbetrieb und den Bremsbetrieb dieselbe Richtung beibehält, wird dadurch für den im Generatorbetrieb wirkenden Anker dieselbe Gegenspannungspolarität aufrechterhalten. Die Richtung des Stromflusses durch den Anker A ändert sich im Bremsbetrieb, vergleichen mit dem Fahrbetrieb. Im Bremsbetrieb fließt bei offenem Zerhacker C ein Strom über die Stromversorgung 12, die Umpolungsdiode FWD, die Drosselspule MR, die Feldwicklung 30, den Bremsthyristor TB den Anker A und über diejenigen Widerstände R1, R2 und R3, welche nicht kurzgeschlossen sind, über die Bremsdiode DB zurück zur Stromversorgung 12, welcher dadurch Leistung zugeführt wird. Die Fahrbetriebssteuerung gemäß Fig. 3 bewirkt einen Leerlaufbetrieb, wie er für eine Motorsteuerung nach den Fig. 1 und 2 nicht praktizierbar ist, von denen keine einen Fahrbetrieb und einen Bremsbetrieb für die Motorschaltung vorsieht. Die Motorsteuerung nach den Fig. 1 und 2 erfordert einen Fahrbetrieb, in welchem ein ausreichend hoher Ankerstrom aufgebaut wird, um einen Bremsbetrieb mit einer adäquaten Bremsleistung und einem ausreichend großen Restfeldfluß zu erzielen, damit der Ankerstrom und der Feldfluß im Motor aufrechterhalten wird. Bei der Motorsteuerung gemäß Fig. 3 können, wenn es wünschenswert ist, die Motorsteuerung im Bremsbetrieb nach einem Leerlaufbetrieb und ohne vorausgehenden Fahrbetrieb zu betreiben, der Leistungsthyristor TP und der Brems-Brake thyristor TB back to motor armature A. This causes that a current is maintained in the field winding F in braking operation, which maintains the same direction and is determined in the same way by the chopper C as the field current during driving. When the engine works as a generator in braking mode, an output voltage of opposite polarity is generated, based on the power supply 12. As the field current for driving and the braking mode maintains the same direction, this is for the armature acting in generator mode maintain the same reverse voltage polarity. The direction of the current flow through the armature A changes in braking mode, compare with driving mode. In braking mode, a current flows when the chopper C is open Via the power supply 12, the polarity reversal diode FWD, the choke coil MR, the field winding 30, the braking thyristor TB the armature A and those resistors R1, R2 and R3, which are not short-circuited, via the braking diode DB back to the power supply 12, which is thereby supplied with power. The driving control according to FIG. 3 causes an idling operation, as it is not practicable for an engine control according to FIGS. 1 and 2, of none of which have a driving mode and a braking mode for the motor circuit provides. The engine control according to FIGS. 1 and 2 requires a driving mode in which a sufficiently high armature current is built up to enable a braking operation with adequate braking power and a to achieve sufficiently large residual field flux so that the armature current and the field flux are maintained in the motor will. In the motor control according to FIG. 3, if it is desirable, the motor control can be adjusted in the braking mode an idling operation and without prior driving operation, the power thyristor TP and the braking
WS320P-2480 Thyristor TBWS320P-2480 thyristor TB
Thyristor TB gezündet werden, wobei der Zerhacker C dazu benutzt wird, um das gewünschte Strormiveau durch die Feldwicklung und über die beiden Thyristoren in der vorausstehend beschriebenden Weise aufrecht zu erhalten. Wenn der Bremsbetrieb gewünscht wird, beendet die Koramutationsschaltung 24 den Stromfluß über den Leistungs-Thyristor TP, womit der Bremsbetrieb in der beschriebenen Weise beginnt. Damit wird es nach einem Leerlaufbetrieb nicht erforderlich, in den Fahrbetrieb überzugehen, bevor ein Bremsbetrieb aufgenommen werden kann.Thyristor TB can be ignited, the chopper C is used to generate the desired current level through the Field winding and to maintain the two thyristors in the manner described above. When the braking operation is desired, the coramutation circuit ends 24 the current flow through the power thyristor TP, with which the braking operation in the described Way begins. This means that after idling, it is not necessary to switch to driving before braking operation can be started.
In Fig. 4 ist eine Steuereinrichtung gemäß der Erfindung dargestellt. Dabei sind vier Motoranker A1 , A2, A3 und A4 mit den entspechenden Feldwicklungen F1, F2, F3 und F3 in einer Brückenschaltung angeordnet. Im Fahrbetrieb sind der Leistungsthyristor TP und die Leistungsdiode DP derart geschaltet, daß der Anker A1 und A2 parallel zum Anker A3 und A4 liegt, wobei die Feldwicklungen F1 und F2 in Serie zu den beiden Ankern A1 und A2 und die Feldwicklungen F3 und F4 in Serie zu den zugeordneten Ankern A3 und A4 liegen. Im Bremsbetrieb ist der Bremsthyristor TB un(3· die Bremsdiode DB über die Anschlüsse T3 und T4 an die Anker A1 und A2 parallel zu den Ankern A3 und A4 angeschlossen. Dabei ergibt sich eine Serienschaltung der Feldwicklungen F3 und F4 mit den Ankern A1 und A2 einerseits und andererseite eine Serienschaltung der Feldwicklungen F1 und F2 mit den Ankern A3 und A4. Auf diese Weise wird sowohl im Fahrbetrieb als auch im Bremsbetrieb für ein Gleichgewicht der Motorströme gesorgt, wobei im Breiasbetrieb die gewünschte Verkopplung der Motorströme erfolgt, um eine Überlastsituation für die einzelnen Motoren auszuschließen.4 shows a control device according to the invention. Four motor armatures A1, A2, A3 and A4 with the corresponding field windings F1, F2, F3 and F3 are arranged in a bridge circuit. When driving, the power thyristor TP and the power diode DP are connected in such a way that the armature A1 and A2 is parallel to the armature A3 and A4, the field windings F1 and F2 in series with the two armatures A1 and A2 and the field windings F3 and F4 in series to the assigned anchors A3 and A4. In braking operation, the braking thyristor TB un ( 3 · the braking diode DB is connected via the connections T3 and T4 to the armatures A1 and A2 parallel to the armatures A3 and A4. This results in a series connection of the field windings F3 and F4 with the armatures A1 and A2 On the one hand and on the other hand, a series connection of the field windings F1 and F2 with the armatures A3 and A4. In this way, a balance of the motor currents is ensured both in driving mode and in braking mode exclude individual motors.
WS320P-2480 Ein aufWS320P-2480 One on
NACH^EREIAFTER ^ EREI
IOHT fIOHT f
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Ein auf dem Halleffekt beruhender Meßwandler TD1 wird in den Zweig eingeschaltet, der die Feldwicklungen F1 und F2 umfaßt, um den Motorstrom 11 abzutasten. Ein weiterer, auf dem Halleffekt beruhender Meßwandler TD2 ist in den Zweig mit den Feldwicklungen F3 und F4 eingefügt, um den Motorstrom 12 festzustellen.A transducer TD1 based on the Hall effect is shown in switched on the branch, which comprises the field windings F1 and F2, in order to sample the motor current I1. Another, based on the Hall effect transducer TD2 is inserted in the branch with the field windings F3 and F4 to the Motor current 12 to be determined.
Der Leistungsthyristor TP liegt in einem Stromkreis, in welchem er die Ströme über die Feldwicklungen und die Anker des ersten Zweiges und des zweiten Zweiges schaltet, welche einerseits von der Serienschaltung der Anker A1 und A2 sowie der Feldwicklungen F1 und F2 und andererseits von den Ankern A3 und A4 sowie den Feldwicklungen F3 und F4 gebildet sind. Mit Hilfe des Bremsthyristors TB werden die Ströme geschaltet, welche dem dritten Zweig aus den Ankern A1 und A2 sowie den Feldwicklungen F3 und F4 und dem vierten Zweig aus den Ankern A3 und A4 sowie den Feldwicklungen F1 und F2 zugeordnet sind.The power thyristor TP is in a circuit in which it controls the currents through the field windings and the Armature of the first branch and the second branch switches, which on the one hand from the series connection of the armature A1 and A2 and the field windings F1 and F2 and on the other hand are formed by the armatures A3 and A4 and the field windings F3 and F4. With the help of the brake thyristor TB the currents are switched, which the third branch from the armatures A1 and A2 and the field windings F3 and F4 and the fourth branch from the armatures A3 and A4 and the field windings F1 and F2 are assigned.
Der Meßwandler TD2 tastet den Strom über die Feldwicklungen F3 und F4 ab, wenn sowohl der Leistungsthyristor TP als auch der Bremsthyristor TB gleichzeitig nach einem Leerlaufbetrieb leitend gemacht werden, um die Feldwicklungen F3 und F4 in Vorbereitung auf einen Bremsbetrieb zu erregen, wenn der Leistungsthyristor TP umschaltet und den Bremsbetrieb einleitet.The transducer TD2 samples the current through the field windings F3 and F4 from when both the power thyristor TP and the braking thyristor TB simultaneously after an idle operation be made conductive in order to excite the field windings F3 and F4 in preparation for a braking operation, when the power thyristor TP switches over and initiates braking.
Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 4 kann selektiv ein Fahrbetrieb geschaltet werden, wobei der Thyristor TP und die Diode DP derart geschaltet sind, daß ein Stromfluß über den ersten Zweig udn den zweiten Zweig wie bereits erwähnt erfolgt. Um einen Bremsbetrieb wahlweise einzustellen, werden der Thyristor TB und die Diode DB leitend gemacht, so daß ein Stromfluß über den dritten und denIn the circuit arrangement according to FIG. 4, a driving mode can be selectively switched, with the thyristor TP and the diode DP are connected in such a way that a current flow through the first branch and the second branch as already mentioned takes place. In order to selectively set braking operation, the thyristor TB and the diode DB become conductive made so that a current flow over the third and the
WS320P-2480 vierten ZweigWS320P-2480 fourth branch
J215985J215985
iC"-'<3 .^REICHT - 15 -iC "- '<3. ^ REACH - 15 -
vierten Zweig/ wie vorausstehend erwähnt, erfolgt. Zusätzlich dazu kann wahlweise ein Übergangsbetrieb vorgesehen werden, wobei beide Thyristoren TP und TB leitend gemacht sind, um die in Serie geschalteten Feldwicklungen F3 und F4 zu erregen und den übergang von einem Leerlaufbetrieb in einen Bremsbetrieb sowie den übergang von einem Bremsbetrieb in einen Leistungsbetrieb vorzubereiten. Der Thyristor TP wird abgeschaltet, wenn es wünschenswert ist, nach einem Übergangsbetrieb einen Bremsbetrieb vorzusehen.fourth branch / as mentioned above. In addition, a transitional operation can optionally be provided are made, both thyristors TP and TB are made conductive to the series-connected field windings F3 and F4 to excite and the transition from an idling mode to a braking mode and the transition from a braking mode to prepare for a performance company. The thyristor TP is switched off when it is desirable to provide a braking operation after a transitional operation.
In der Schaltung ist ein Unterbrecher CB vorgesehen, der gegen einen Fehlerzustand mit einem umlaufenden Strom schützt, sollte der Zerhacker C aus irgendwelchen Gründen im Leistungsbetrieb nicht umschalten. Der Unterbrecher CB würde dann auf den über einen bestimmten Sicherheitswert hinaus ansteigenden Netzstrom IL ansprechen.An interrupter CB is provided in the circuit, which counteracts a fault condition with a circulating current protects, the chopper C should not switch to power operation for any reason. The breaker CB would then respond to the line current IL rising above a certain safety value.
Die Steuereinrichtung CA kann in Abhängigkeit von dem Bedarfssignal und zusätzlich in Abhängigkeit von dem Netzstrom IL der Netzspannung LV den Motorströmen 11 und 12, wie sie von den Meßwandlern TD1 und TD2 erfaßt werden,und der lastabhängigen Stromanforderung IRW wirksam sein. Die Steuereinrichtung CA liefert ausgangsseitig ein Stromanforderungssignal 1+ an den Zerhacker C. Zusätzlich dazu wird ein Steuerimpuls zur Einschaltung des Leistungsthyristors TP und ein Steuerimpuls zur Abschaltung der Kommutationsschaltung TPC für den Leistungsthyristor geliefert. Ferner wird ein Steuerimpuls zur Einschaltung des Bremsthyristor TB zur Verfügung gestellt.The control device CA can as a function of the demand signal and additionally depending on the line current IL, the line voltage LV, the motor currents 11 and 12, as detected by the transducers TD1 and TD2, and the load-dependent current requirement IRW must be effective. The control device CA supplies a current request signal on the output side 1+ to chopper C. In addition, there is a control pulse to switch on the power thyristor TP and a control pulse for switching off the commutation circuit TPC for the power thyristor. A control pulse is also provided to switch on the braking thyristor TB.
Wie aus der Darstellung gemäß Fig. 4A hervorgeht, wird für diese Ausführungsform im Fahrbetrieb ein Meßwandler TD3 im ersten Zweig zur Feststellung des Stromes im Anker A1 und A2 und im zweiten Zweig zur Feststellung des StromesAs can be seen from the illustration according to FIG. 4A, a transducer is used for this embodiment when driving TD3 in the first branch to determine the current in armature A1 and A2 and in the second branch to determine the current
WS320P-2480 im AnkerWS320P-2480 in the anchor
ι NACHHER ι AFTER
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im Anker A3 und A4 vorgesehen. Ein weiterer Meßwandler TD4 ist mit dem zweiten Zweig verbunden, um den Strom im Anker A3 und A4 abzutasten. Im Bremsbetrieb wird der Meßwandler TD3 mit dem dritten Zweig zur Feststellung des Stromes im Anker A1 und A2 und im vierten Zweig zur Feststellung des Stromes im Anker A3 und A4 vorgesehen, wogegen der Meßwandler TD4 mit dem dritten Zweig verbunden ist, um den Strom im Anker A1 und A2 festzustellen. Nach dem Leerlaufbetrieb wird der Meßwandler TD4 derart geschaltet, daß der Strom in den Feldwicklungen F3 und F4 erfaßt wird, wenn sowohl der Leistungsthyristor-TP als auch der Bremsthyristor TB in Vorbereitung auf den Bremsbetrieb leitend sind.provided in anchor A3 and A4. Another transducer TD4 is connected to the second branch to control the current in the armature To scan A3 and A4. In the braking mode, the transducer TD3 is connected to the third branch for determining the current im Armature A1 and A2 and provided in the fourth branch to determine the current in armature A3 and A4, whereas the transducer TD4 is connected to the third branch to determine the current in armature A1 and A2. After idling the transducer TD4 is switched in such a way that the current in the field windings F3 and F4 is detected when both the power thyristor TP and the braking thyristor TB are conductive in preparation for the braking operation.
Der Meßwandler TD3 tastet zwei Ströme ab und liefert zwei Stromwerte im Gegensatz zum Meßwandler TD4, der nur einen Strom erfaßt. Deshalb kann der Meßwandler TD4 auch nur für die halbe Zeit, verglichen mit dem Meßwandler TD3, in Betrieb sein. Die beiden vom Meßwandler TD3 gelieferten Ströme werden sowohl bezüglich des Fahrbetriebs als auch des Bremsbetriebs additiv erfaßt.The transducer TD3 samples two currents and delivers two current values in contrast to the transducer TD4, which only has one Current detected. Therefore the transducer TD4 can only be used for half the time compared to the transducer TD3, to be in operation. The two currents supplied by the transducer TD3 are both with respect to the driving operation and of braking operation recorded additively.
Die für diesen Zweck verwendbaren Meßwandler stehen unter der Bezeichnung F. W. Bell Modell 5020 kommerziell zur Verfügung.The transducers that can be used for this purpose are commercially available under the designation F. W. Bell Model 5020 Disposal.
Das den abgetasteten Strom kennzeichnende Ausgangssignal des Meßwandlers TD3 sollte zweimal so groß wie das von dem Meßwandler TD4 im Fahrbetrieb und Bremsbetrieb gelieferte Signal sein. Die Meßwandler TD3 und TD4 arbeiten bidirektional, so daß die Umkehr des Ankerstroms beim übergang vom Fahrbetrieb zum Bremsbetrieb festgestellt wird.The output signal of the transducer TD3, which characterizes the sampled current, should be twice that of delivered to the transducer TD4 while driving and braking Be signal. The transducers TD3 and TD4 work bidirectionally, so that the reversal of the armature current at transition from driving mode to braking mode detected will.
WS320P-2480 Der MeßwandlerWS320P-2480 The transducer
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Der Meßwandler TD4 ist in der Lage, den Feldstrom über die Feldwicklungen F3 und F4 zu erfassen, wenn sowohl der Leistungsthyristor TP als auch der Bremsthyristor TB gleichzeitig nach dem Leerlaufbetrieb leitend v/erden. Der Meßwandler TD3 erfaßt die Ankerströme sowohl im Fahrbetrieb als auch im Bremsbetrieb. Zusätzlich kann der Meßwandler TD3 eine Änderung der Richtung des Ankerstroms beim übergang vom Fahrbetrieb zum Bremsbetrieb feststellen.The transducer TD4 is able to sense the field current through the field windings F3 and F4 if both the The power thyristor TP and the braking thyristor TB simultaneously conduct v / ground after idling. The transducer TD3 records the armature currents both in driving mode and in braking mode. In addition, the transducer TD3 detect a change in the direction of the armature current during the transition from driving mode to braking mode.
Der Meßwandler TD3 stellt auch den Ausfall der Leistungsdiode DP fest, da diese im ausgefallenen Zustand einen Kurzschluß über die Anker A3 und A4 im Bremsbetrieb bewirken würde. In dieser Situation würde es erforderlich, daß der Bremstyristör nicht mehr langer leitet, um den Fehlerstrom zu unterdrücken. Im Hinblick auf die mögliche Zeitverzögerung kann eine Sicherung FS vorgesehen sein, die auf einen vorher festgelegten Fehlerstrom anspricht, um einen zusätzlichen Schutz zu bewirken.The transducer TD3 also detects the failure of the power diode DP, since this one in the failed state Would cause a short circuit across the armature A3 and A4 during braking. In this situation it would be necessary that the brake thief is no longer in charge of the To suppress fault current. With regard to the possible time delay, a fuse FS can be provided, which responds to a predetermined fault current to provide additional protection.
In den Fig. 5 und 6 sind Diagramme dargestellt, welche die betriebliche Abhängigkeit verschiedener Spannungsformen zur Erläterung der Wirkungsweise der Erfindung illustrieren. Dabei zeigt Fig. 5 den Stromverlauf im Fahrbetrieb und im Bremsbetrieb für eine Einrichtung gemäß Fig. 4. Wenn das an die Steuereinrichtung CA angelegte Bedarssignal P einen vorgegebenen Wert, z. B. 6 0 mA übersteigt, wird der Fahrbetrieb eingeleitet, indem der Leistungsthyristor TB gezündet wird und zum Zeitpunkt 30 zu leiten beginnt. Die Kurve kennzeichnet den Ankerstrom des Motors, der, wenn der Fahrthyristor TB leitend wird, ansteigt. Dieser Ankerstrom steigt normalerweise entsprechend einer durch einen Stoßbegrenzer festgelegten Kurve an, um den gewünschten Wert anzunehmen, der durch das Bedarfssignal P bestimmt wird.In FIGS. 5 and 6, diagrams are shown which show the operational dependency of various voltage forms to illustrate the operation of the invention. 5 shows the current profile in driving mode and in Braking operation for a device according to FIG. 4. If the request signal P applied to the control device CA is a predetermined value, e.g. B. 6 exceeds 0 mA, driving is initiated by igniting the power thyristor TB and begins to conduct at time 30. The curve indicates the armature current of the motor, which, if the Driving thyristor TB becomes conductive, increases. This armature current usually increases by a surge limiter specified curve to assume the desired value, which is determined by the demand signal P.
WS320P-2 480 Der dazugehörigeWS320P-2 480 The associated
Der dazugehörige Feldstrom wird von der Kurve 34 beschrieben. Zum Zeitpunkt 36, wenn das Bedarfssignal einen Wert unterhalb dem vorgegebenen Niveau von z. B. 60 mA annimmt, wir der Bremsbetrieb eingeleitet, wobei das Bedarfssignal P den Abfall des Motorstroms unter dem Einfluß eines Stoßbegrenzers bewirkt. Sobald der Feldstrom z. B. nach einem Intervall von 2 Sekunden zum Zeitpunkt 38 einen annehmbaren Wert annimmt, wird der Bremsthyristor TB gezündet und wird leitend. Der andere Strom geht auf den Wert Null, wie sich aus der Kurve 32 ergibt, wenn der Bremsthyristor leitend ist. Gleichzeitig wird der Feldstrom durch den Zerhacker C auf einen geeigneten Wert reguliert, was entsprechend der Kurve 34 während einer vorgegebenen Zeitdauer von beispielsweise 25 Millisekunden zwischen der Zeit 38 und 40 erfolgen kann. Wenn der Feldstrom stabilisiert ist und wenn für den Bremsbetrieb wie gewünscht zum Zeitpunkt 40 der Leistungsthyristor TB mit Hilfe der Kommutationsschaltung TBC umgeschaltet wird, so daß er nicht leitet, erfährt der Ankerstrom eine Richtungsumkehr wie aus der Kurve 32 hervorgeht. Sowohl der durch die Kurve 34 beschriebene Feldstrom als auch der durch die Kurve 32 beschriebene Ankerstrom kann mit Hilfe des Zerhackers C und unter Wirkung des Stoßbegrenzers ansteigen, um nach einer vorgegebenen Zeitdauer von beispielsweise 25 Millisekunden auf einen Wert sich einzustellen, der dem gewünschten Bremseffekt entspricht. Die Zeitdauer zwischen der Zeit 38 und der Zeit 40 sowie zwischen der Zeit 40 und der Zeit 42 kann empirisch für vorgegebene Fahrzeuge ermittelt werden und kann von dem oben beispielsweise gegebenen Wert von 25 Millisekunden abweichen. Zum Zeitpunkt 4 4 wird keine weitere Bremswirkung mehr gewünscht, so daß der Zerhacker C zu arbeiten aufhört und der Ankerstrom sowie der Feldstrom auf den Wert 0 zurückgeht, wie dies aus den Kurven 32The associated field current is described by curve 34. At time 36 when the demand signal has a value below the predetermined level of e.g. B. assumes 60 mA, we initiated the braking operation, with the demand signal P causes the motor current to drop under the influence of a surge limiter. As soon as the field current z. B. after an interval of 2 seconds at time 38 assumes an acceptable value, the braking thyristor TB is triggered and becomes leading. The other current goes to the value zero, as can be seen from curve 32 when the Brake thyristor is conductive. At the same time, the field current is regulated to a suitable value by the chopper C, which corresponds to curve 34 during a predetermined period of time of, for example, 25 milliseconds can take place between time 38 and 40. When the field current is stabilized and when for braking operation like if desired, the power thyristor TB is switched over with the aid of the commutation circuit TBC at time 40, see above that it is not conducting, the armature current is reversed in direction, as can be seen from curve 32. Both the through the curve 34 described field current and the armature current described by the curve 32 can with the help of the Chopper C and under the action of the shock limiter increase to after a predetermined period of time, for example 25 milliseconds to adjust to a value that corresponds to the desired braking effect. The length of time between time 38 and time 40 as well as between time 40 and time 42 can empirically for predetermined vehicles can be determined and can from the value of 25 milliseconds given above, for example differ. At time 4 4 no further braking effect is desired, so that the chopper C can work ceases and the armature current and the field current go back to the value 0, as shown in curves 32
WS32OP-2480 und 34 hervorgeht.WS32OP-2480 and 34.
und 34 hervorgeht. Gewünschtenfalls kann, wie vorausstehend beschrieben/ wieder in den Fahrbetrieb übergegangen v/erden.and 34 is apparent. If desired, as above described / returned to driving operation.
In Fig. 6 ist der Stromverlauf für den Leerlaufbetrieb der Einrichtung gemäß Fig. 4 dargestellt. Es wird davon ausgegangen, daß das Fahrzeug zum Zeitpunkt 50 im Leerlaufbetrieb ist, nachdem es zuvor im Fahrbetrieb war und daß der Zerhacker C nichtleitend ist. In diesem Zustand sind sowohl der Feldstrom als auch der Ankerstrom Null. Um den Bremsbetrieb zum Zeitpunkt 56 auszulösen, werden sowohl der Leistungsthyristor TP als auch der Bremsthyristor TB gezündet und leitend, so daß sich ein Feldstrom auf einen Wert aufbaut, der durch den Zerhacker C gesteuert wird. Sobald der Feldstrom stabilisiert ist, wird der Leistungsthyristor TB zum Zeitpunkt 58 umgeschaltet, so daß der Ankerstrom, wie durch die Kurve 52 dargestellt, einen umgekehrten, dem Feldstrom gemäß der Kurve 54 entsprechenden Wert annimmt, wie dies durch die Wirkung des Zerhackers C festgelegt wird, der diese Stromwerte im Bremsbetrieb steuert. Wenn der Bremsbetrieb aufgrund des Bedarfssignals P nicht mehr länger gewünscht ist, hört der Zerhacker C auf, Strom zu führen, so daß der Ankerstrom und der Feldstrom auf den Wert Null zurückgehen.In FIG. 6, the current curve for idling operation of the device according to FIG. 4 is shown. It becomes of it it is assumed that the vehicle is idling at time 50 after it was previously in driving mode and that the chopper C is non-conductive. In this state, both the field current and the armature current are zero. In order to trigger the braking operation at time 56, both the power thyristor TP and the braking thyristor are activated TB ignited and conductive, so that a field current builds up to a value controlled by the chopper C. will. As soon as the field current has stabilized, the power thyristor TB is switched over at time 58, see above that the armature current, as shown by the curve 52, has an inverse, corresponding to the field current according to the curve 54 Value as determined by the action of the chopper C, which is these current values in the Brake operation controls. If the braking operation is no longer desired due to the demand signal P, listen the chopper C to conduct current so that the armature current and the field current go back to the value zero.
Die Art und Weise wie der Zerhacker gezündet und die Umschaltsignale von den Steuereinrichtungen CA geliefert werden, um den Leistungsbetrieb oder den Bremsbetrieb bzw. Leerlaufbetrieb gemäß den Fig. 5 und 6 einzustellen, ist an sich bekannt.The way in which the chopper is ignited and the switching signals supplied by the control devices CA. to set the power mode or the braking mode or idling mode according to FIGS. 5 and 6, is known per se.
WS320P-2480WS320P-2480
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Legal Events
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |