DE3641627A1 - Verfahren und drehzahlregelschaltung zur lastabhaengigen drehzahlregelung eines gleichstrommotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur lastabhängigen Drehzahlregelung eines Elektromotors, insbesondere des Antriebsmotors eines Triebfahrzeugs einer Modell­ eisenbahn, mit einer Statorwicklung und einer Rotor­ wicklung, dessen Statorwicklung und dessen Rotorwick­ lung mit einer insbesondere einstellbaren Speisespannung aus einer Speisespannungsquelle gespeist werden, sowie eine Drehzahlregelschaltung zur Durchführung des Ver­ fahrens.

Es ist bekannt, daß bei einem Hauptschluß-Elektromotor der Motorstrom, welcher durch die Serienschaltung von Statorwicklung und Rotorwicklung fließt, in Abhängigkeit von der Belastung des Motors bzw. in Abhängigkeit von dem vom Motor gelieferten Drehmoment bei konstanter Speise­ spannung ansteigt, während gleichzeitig die Drehzahl ab­ sinkt.

Bei einem Nebenschluß -Elektromotor ergibt sich bei zu­ nehmendem Drehmoment ebenfalls ein Absinken der Drehzahl, wobei jedoch die Drehzahlabnahme bei einer Zunahme des Drehmoments deutlich geringer ist als bei einem Haupt­ schluß-Elektromotor wo die Drehzahl sehr steil ab­ sinkt.

Aufgrund der vorstehend beschriebenen Zusammenhänge wird bei solchen Antrieben, bei denen es auf eine gute Dreh­ zahlsteifigkeit, das heißt auf eine geringe Abhängigkeit der Drehzahl von der Last ankommt, im allgemeinen mit Nebenschluß-Elektromotor gearbeitet, während Haupt­ schluß-Nebenschlußmotoren dann eingesetzt werden, wenn ein sanftes Anlaufen des Motors bzw. des Antriebs ange­ strebt wird, da ein hohes Anlaufdrehmoment bei einem Hauptschluß-Elektromotor zwangsläufig zur Folge hat, daß dieser zunächst mit relativ geringer Drehzahl anläuft und seine Solldrehzahl erst allmählich erreicht, nachdem zunächst die Haftreibung überwunden und die sich daran anschließende Beschleunigungsphase abgeschlossen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem An­ trieb mit einem Elektromotor, insbesondere bei einem Antrieb für ein Triebfahrzeug einer Modelleisenbahn, einer­ seits einen sanften Anlauf bzw. ein sanftes Anfahren zu erreichen und andererseits während des Betriebes, das heißt nach Abschluß der Anlaufphase, eine Drehzahl bzw. eine Fahrgeschwindigkeit zu erzielen, die weitgehend last­ unabhängig ist.

Diese Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Verfahren ge­ mäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Statorwicklung und die Rotorwicklung bis zum Erreichen eines vorgegebenen Mindestdrehmoments des Motors in Serie mit den Polen der Speisespannungsquelle verbunden werden und bei wei­ terer Zunahme des Drehmoments mit einem von dem Drehmo­ ment abhängigen Tastverhältnis alternierend in Serie und parallel zueinander mit den Polen der Speisespannungs­ quelle verbunden werden.

Es ist ein wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens, daß der Motor beim Einschalten relativ sanft anläuft.

Wenn dann während des Betrie­ bes ein erhöhtes Drehmoment abgegeben werden muß, bei­ spielsweise wenn das mit dem Motor ausgestattete Trieb­ fahrzeug bergauf fährt, dann erfolgt ab einem gewissen vorgegebenen Drehmoment eine Umschaltung auf eine Be­ triebsart, bei der der Motor alternierend als Haupt­ schlußmotor und als Nebenschlußmotor geschaltet ist, wo­ bei das Tastverhältnis davon abhängig ist, wieweit das vorgegebene Mindestdrehmoment von dem tatsächlichen Dreh­ moment überstiegen wird, und zwar derart, daß der Motor bei zunehmendem Drehmoment immer mehr als Nebenschluß­ motor arbeitet, so daß die gute Drehzahlsteifigkeit die­ ses Motortyps zunehmend stärker wirksam wird. In einer Modellbahnanlage wird auf diese Weise erreicht, daß alle Triebfahrzeuge in Abhängigkeit von der eingestellten Fahrspannung im wesentlichen gleich schnell fahren, und zwar unabhängig davon, ob sie sich auf einer ebenen, geraden Strecke, in einem Bereich mit zahlreichen, eine starke Bremswirkung entfaltenden Weichen oder auf einer ansteigenden Bergstrecke befinden. Außerdem neigen Haupt­ schlußmotoren, wie sie derzeit hauptsächlich für Trieb­ fahrzeuge von Modellbahnen verwendet werden, bei hohem Drehmoment zu einer erheblichen Erwärmung, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vermieden wird.

Obwohl prinzipiell verschiedene Möglichkeiten bestehen, den jeweiligen Wert des Drehmoments in Abhängigkeit von einer damit verknüpften Meßgröße zu ermitteln, hat es sich in Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Augenblicks­ wert des Drehmoments durch Messen der dazu proportionalen Statorspannung, d. h. der Spannung über dem Stator des Elektromotors, ermittelt wird, da sich diese Spannung in Abhängigkeit von einer Änderung des Drehmoments be­ sonders stark ändert.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat sich eine Drehzahlregelschaltung als vorteilhaft erwiesen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Komparator vorgesehen ist, dessen einem Eingang im Betrieb eine dem vorgegebenen Mindestdrehmoment entsprechende Bezugsspannung zugeführt wird und dessen zweitem Eingang eine zum Augenblickswert des Drehmoments proportionale Meßspannung zugeführt wird, daß ein Taktgeber vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des Komparators, welches anzeigt, daß die Meßspannung größer als die Bezugsspannung ist, ein ge­ taktetes Ausgangssignal mit einem von der Spannungsdif­ ferenz der Bezugsspannung und der Meßspannung abhängigen Tastverhältnis erzeugt, und daß Schalteinrichtungen vor­ gesehen sind, mit deren Hilfe der Elektromotor in Abhängig­ keit von dem getakteten Ausgangssignal des Taktgebers der­ art alternierend auf Haupt- und Nebenschlußbetrieb um­ schaltbar ist, daß sich die Dauer der Nebenschlußbetriebs­ intervalle entsprechend der Zunahme der Spannungsdifferenz erhöht.

Mit einer solchen Drehzahlregelschaltung besteht erfin­ dungsgemäß die Möglichkeit, einen Elektromotor nach Über­ schreiten eines vorgegebenen Mindestdrehmoments derart getaktet anzusteuern, daß er alternierend im Hauptschluß­ betrieb und im Nebenschlußbetrieb arbeitet, so daß sich eine Motorcharakteristik ergibt, die bezüglich des Dreh­ moments eine Kombination von Hauptschluß- und Nebenschluß­ motor darstellt, was gerade in einer Modellbahnanlage, wie dies eingangs ausgeführt wurde, besonders wichtig ist, wenn mehrere Fahrzeuge die Gleisanlage gleichzeitig be­ fahren.

Dabei besteht in vorteilhafter Ausgestaltung die Möglich­ keit, die Funktionen des Komparators und des Taktgebers durch eine als astabiler Multivibrator arbeitende Opera­ tionsverstärkerschaltung mit Hysterese oder durch eine als astabiler Multivibrator arbeitende integrierte Timer­ schaltung zu realisieren, wobei letztere den besonderen Vorteil hat, gleichzeitig intern die Erzeugung einer dem Mindestdrehmoment entsprechenden Bezugsspannung zu ermög­ lichen.

Sowohl die Operationsverstärkerschaltung wie auch die in­ tegrierte Timerschaltung gestatten dabei die vorteilhafte Nutzung von relativ preiswert erhältlichen handelsüblichen integrierten Schaltungen, die mit hoher Zuverlässigkeit arbeiten.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht ferner die Möglichkeit, die Drehzahlregelschaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dahingehend zu ergänzen, daß ein weiterer Taktgeber vorgesehen ist, mit dessen Hilfe bei im Hauptschlußbetrieb arbeitendem Elektromotor ein in Serie zu der Rotor- und Statorwicklung liegender Schalter bei einem unterhalb des vorgesehenen Mindest­ drehmoments liegender Drehmoment mit einem drehmoment­ abhängigen Tastverhältnis betätigbar ist.

Eine so ergänzte erfindungsgemäße Drehzahlregelschaltung bietet den besonderen Vorteil, daß ein vorgegebener Ab­ stand zwischen zwei auf derselben Gleisstrecke fahrenden Zügen auch dann eingehalten wird, wenn eines der Trieb­ fahrzeuge im Schubbetrieb eine mehr oder weniger steile Gefällestrecke durchläuft.

Ferner hat es sich in Ausgestaltung der Erfindung als vor­ teilhaft erwiesen, wenn in an sich bekannter Weise Um­ schalteinrichtungen vorgesehen sind, die bei einem Elektro­ motor mit zwei Statorwicklungen zur Fahrtrichtungsumkehr ein Umschalten des Statorstroms von der einen auf die andere Statorwicklung ermöglichen, wobei im übrigen bei einem ent­ sprechenden Drehmoment der getaktete Betrieb bei Über- und Unterschreiben gewisser Drehmomente beibehalten wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Drehzahlregelschal­ tung der Erfindung eignen sich besonders gut für das Be­ treiben von Gleichstrommotoren, da in diesem Fall die Schalteinrichtungen bzw. deren einzelne Schalter in ein­ facher Weise durch Transistoren realisiert werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Drehzahlregelschaltung können aber auch mit Vorteil bei Wechselstrommotoren eingesetzt werden, die sich hinsicht­ lich des Hauptschlußbetriebes und des Nebenschlußbetrie­ bes weitgehend ebenso verhalten wie Gleichstrommotoren, wobei jedoch hinsichtlich der verwendeten Schalteinrich­ tungen gewährleistet sein muß, daß diese für Wechsel­ strom geeignet sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer einfachen Ausführungs­ form einer Drehzahlregelschaltung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform der Schal­ tung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer durch zusätzliche Schaltungseinrichtungen ergänzten Drehzahl­ regelschaltung gemäß der Erfindung, und

Fig. 4 ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungs­ form einer Drehzahlregelschaltung gemäß der Erfindung.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 eine Drehzahlregelschaltung mit einem Gleichstrommotor, der eine Anker- bzw. Rotor­ wicklung 10 und eine Statorwicklung 12 aufweist. Der eine Anschluß der Rotorwicklung 10 liegt an einer po­ sitiven Speisespannung +V, während ihr anderer An­ schluß über eine Diode 14 mit dem einen Anschluß der Statorwicklung 12 verbunden ist, deren anderer Anschluß an Bezugspotential liegt. Wenn der Motor als Haupt­ schlußmotor arbeitet, dann fließt der Motorstrom über die Rotorwicklung 10, die in Durchlaßrichtung gepolte Diode 14 und die Statorwicklung 12 von +V nach Bezugs­ potential.

Bei einem Hauptschlußmotor ändert sich der Motorstrom in Abhängigkeit von dem Drehmoment, mit dem der Motor belastet ist, so daß die Spannung über der Stator­ wicklung 12 mit zunehmendem Drehmoment ansteigt. Die Spannung über der Statorwicklung 12 wird in der Schal­ tung gemäß Fig. 1 an dem Verbindungspunkt 16 der Rotor­ wicklung 10 mit der Anode der Diode 14 abgegriffen und dem nicht invertierenden Eingang (+) eines Operations­ verstärkers 18 zugeführt. Am invertierenden Eingang (-) des Operationsverstärkers 18 liegt eine Bezugs­ spannung Ur, die so gewählt ist, daß sie bei einem vorgegebenen Mindestdrehmoment des Motors der Stator­ spannung bzw. der Spannung am Schaltungspunkt 16 ent­ spricht. Sobald diese Spannung die Bezugsspannung Ur erreicht bzw. überschreitet, ergibt sich am Ausgang des Operationsverstärkers 18 ein Signalwechsel von "0" nach "1".

Der Ausgang des Operationsverstärkers 18 ist einer­ seits direkt mit der Basis eines Transistors 20 ver­ bunden, dessen Kollektor-Emitter-Strecke parallel zu der Serienschaltung der Rotorwicklung 10 mit der Diode 14 liegt. Ferner ist der Ausgang des Operationsver­ stärkers 18 über einen Inverter 22 mit der Basis eines weiteren Transistors 24 verbunden, der parallel zu der Serienschaltung der Diode 14 und der Statorwicklung 12 geschaltet ist. Sobald das Signal am Ausgang des Ope­ rationsverstärkers 18 von "0" (low) auf "1" (high) springt, werden die beiden Transistoren 20 und 24 lei­ tend gesteuert. Hierdurch ergeben sich zwischen dem Anschluß für die positive Speisespannung +V und Bezugs­ potential zwei parallele Strompfade, nämlich ein erster Strompfad über die Serienschaltung der Rotorwicklung 10 und der Kollektor-Emitterstrecke des Transistors 24,und ein zweiter Strompfad über die Serienschaltung der Kol­ lektor-Emitter-Strecke des Transistors 20 und der Sta­ torwicklung 12. Die Rotorwicklung 10 und die Stator­ wicklung 12 liegen damit parallel zueinander im wesent­ lichen an der vollen Speisespannung +V, so daß der Elektromotor nunmehr im Nebenschlußbetrieb arbeitet. Bei dieser Betriebsart sperrt die Diode 14, da über der Schaltstrecke des leitend gesteuerten Transistors 20 nur ein kleiner Spannungsabfall auftritt, der deut­ lich geringer ist als der Spannungsabfall über der Ro­ torwicklung 10.

Infolge der Umschaltung von Hauptschlußbetrieb auf Nebenschlußbetrieb ergibt sich am Schaltungspunkt 16 eine Spannung, die nur noch um die Durchlaßspannung des Transistors 24 über Bezugspotential liegt. Dies bedeutet, daß die Spannung am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 18 unter die Bezugs­ spannung Ur absinkt. Dies hat einen Signalwechsel am Ausgang des Operationsverstärkers zur Folge, und zwar von "1" nach "0", so daß die Transistoren 20 und 24 gesperrt werden, wodurch der Motor wieder als Haupt­ schlußmotor geschaltet wird. Durch eine geeignete äußere Beschaltung des Operationsverstärkers 18 lässt sich erreichen, daß der Operationsverstärker 18 mit einer Schalthysterese arbeitet, die dafür sorgt, daß sich das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 18 bei Überschreiten des vorgegebenen Mindestdrehmoments in Abhängigkeit von der Spannung am Schaltungspunkt 16 bei als Hauptstrommotor arbeitendem Elektromotor der­ art ändert, daß die Zeitintervalle, in denen der Motor als Nebenschlußmotor arbeitet, bei zunehmendem Dreh­ moment zunehmend größer werden. Im einfachsten Fall ist,wie in Fig. 1 angedeutet, zwischen dem nicht-in­ vertierenden Eingang des Komparators 18 und dem Schal­ tungspunkt 16 ein RC-Glied 26 vorgesehen, welches in Verbindung mit der Rückkopplung (nicht dargestellt) des Verstärkers 18 für die erforderliche Schalthyste­ rese sorgt. Die Operationsverstärkerschaltung mit dem Operationsverstärker 18 und dem RC-Glied 26 erfüllt also gleichzeitig die Funktionen eines Komparators und eines spannungsgesteuerten Taktgebers und er­ möglicht eine Drehzahlregelung des Elektromotors bei variablem Drehmoment.

Die in Fig. 2 gezeigte Schaltung arbeitet im Ergebnis im wesentlichen ebenso wie die Drehzahlregelschaltung gemäß Fig. 1, wobei jedoch anstelle der Operationsver­ stärkerschaltung, für die noch eine externe Bezugs­ spannungsquelle zur Erzeugung der Bezugsspannung Ur erforderlich ist, eine integrierte Schaltung des Typs NE 555 vorgesehen ist, nämlich ein sogenannter Timer, wie er von verschiedenen Firmen in den Handel gebracht wird, wobei diese integrierte Schaltung, die mit dem Bezugszeichen 18′ bezeichnet ist, als Taktgeber und als Komparator sowie gleichzeitig zur Erzeugung der Bezugsspannung Ur dient. Im übrigen ist die Schaltung gemäß Fig. 2 im wesentlichen eben­ so aufgebaut wie diejenige gemäß Fig. 1, so daß hier auf eine nähere Erläuterung verzichtet werden soll, zumal die in Fig. 2 eingetragenen PIN-Bezeichnungen 1 bis 8 der integrierten Schaltung 18′ dem Fachmann Aufschluß über die erforderliche externe Beschaltung dieses Bausteins geben.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 kann die Drehzahlregelschaltung in der Weise ausgebildet wer­ den, wie dies anhand von Fig. 1 und 2 beschrieben wurde.

Ergänzend ist bei der Schaltung gemäß Fig. 3 ein Drehzahlregelkreis 28 vorgesehen, der bei einem un­ terhalb des vorgegebenen Mindestdrehmoments liegenden Drehmoment wirksam ist, wie es sich bei einer Modell­ bahnanlage bei einem bergab fahrenden Triebfahrzeug ergeben kann. Im einzelnen umfasst der Drehzahlregel­ kreis 28 Vergleichseinrichtungen, die eine intern er­ zeugte Bezugsspannung mit der am Schaltungspunkt 16 abgegriffenen Spannung vergleichen und dann, wenn die abgegriffene Spannung am Schaltungspunkt 16 unter der Bezugsspannung liegt, einen spannungsgesteuerten Taktgeber aktivieren, welcher ein getaktetes Ausgangs­ signal erzeugt, dessen Tastverhältnis sich in Ab­ hängigkeit von der abgegriffenen Statorspannung der­ art ändert, daß das Impuls/Pausen-Verhältnis umso stärker verringert wird, je weiter die abgegriffene Spannung unter die Bezugsspannung absinkt. Das ge­ taktete Ausgangssignal des Drehzahlregelkreises 28 wird der Basis eines Transistors 30 zugeführt, der zwischen der Rotorwicklung 10 und der Anode der Diode 14 liegt. Durch das getaktete Öffnen und Schließen des Transistors 30 im Stromkreis des als Hauptstrom­ motor arbeitenden Elektromotors wird der Mittelwert des Motorstroms entsprechend abgesenkt, so daß bei der Talfahrt eines mit dem Motor ausgerüsteten Fahr­ zeugs eine zu hohe Motordrehzahl und damit eine zu hohe Fahrzeuggeschwindigkeit vermieden wird.

Ferner ist die Schaltung gemäß Fig. 3 noch durch eine Vorwärts/Rückwärts-Umschalteinrichtung 32 ergänzt, mit deren Hilfe in üblicher Weise eine Umschaltung von der Statorwicklung 12 auf eine dazu parallele, aber mit entgegengesetztem Wickelsinn gewickelte Statorwicklung 12′ erfolgen kann.

Fig. 4 zeigt eine in der Praxis erfolgreich reali­ sierte, mit dem zusätzlichen Einrichtungen der Schaltung gemäß Fig. 3 ergänzte Drehzahlregelschal­ tung gemäß der Erfindung. Die Schaltung gemäß Fig. 4 ist in vier Bereiche a bis d gegliedert, von denen der Bereich a der Erzeugung von Vergleichsspannungen dient, von denen der Bereich b zwei Operationsver­ stärkerschaltungen umfasst, von denen der Bereich c logische Schaltungen zur Fahrtrichtungsumschaltung und Treiberstufen umfasst, und von denen der Bereich d den Motor mit seiner externen Beschaltung umfasst.

Im Bereich a liegt zwischen dem Anschluß für die po­ sitive Speisespannung +V und Bezugspotential die Serienschaltung eines Widerstandes 40, einer für die positive Speisespannung in Durchlaßrichtung gepolten Diode 42, eines weiteren Widerstandes 44 und einer Zenerdiode 46. Parallel zu dem Widerstand 40 liegt die Serienschaltung einer Zenerdiode 48 und eines Potentiometers 50. Parallel zu der Diode 42 liegt ein weiteres Potentiometer 52. Der Abgriff dieses Potentio­ meters 52 ist ferner über einen Kondensator 54 mit Bezugspotential verbunden. Der Bereich a besitzt zwei Ausgänge 56, 58, an denen zwei Bezugsspannungen Ur 1 und Ur 2 zur Verfügung stehen.

Bei der betrachteten Schaltung wird die Bezugsspannung von beispielsweise 1,5 V von der Zenerdiode 46 festgelegt, wobei der Widerstand 44 bei einem Anstieg der positiven Speisespannung +V für eine Anhebung der Bezugsspannun­ gen sorgt.

Über dem Potentiometer 52 liegt eine dem Spannungsab­ fall über der Diode 42 entsprechende Spannung - typi­ scherweise 0,6 V. Durch die Spannungsteilerschaltung mit den Widerständen 40, 44 wird am Mittelabgriff des Potentiometers 52 die Bezugsspannung Ur 1 in der Weise erfolgt, daß unabhängig vom Wert der Speisespannung +V eine Feineinstellung der Differenz der Bezugsspannungen Ur 1-Ur 2 ermöglicht wird. Weiterhin ist mit dem Poten­ tiometer 50 als veränderlichem Widerstand und mit der Zenerdiode 48 im oberen Spannungsbereich, der dem Span­ nungsabfall über dem Widerstand 40 entspricht, eine Ver­ schiebung desjenigen Arbeitsbereiches möglich, in dem die Speisespannung für den als Hauptschlußmotor arbeiten­ den Elektromotor zur Vermeidung eines Drehzahlanstiegs bei einer Talfahrt getaktet wird. Dies bewirkt in vor­ teilhafter Weise ein Absenkung der Höchstgeschwindigkeit ohne Beeinflussung der Anfahrspannung.

Der Bereich b der Schaltung gemäß Fig. 4 umfaßt zwei Operationsverstärker 60 und 62, die beide als Kompara­ toren mit Hysterese arbeiten. Die Bezugsspannungen Ur 1 und Ur 2 liegen jeweils am invertierenden Eingang der beiden Operationsverstärker 62 bzw. 60, an deren nicht in­ vertierendem Eingang über das RC-Glied mit dem Kondensa­ tor 64 und dem Widerstand 66 ähnlich wie bei dem Aus­ führungsbeispiel gemäß Fig. 1 die Statorspannung anliegt. Die gewünschte Schalthysterese ergibt sich dabei durch den Widerstand 66 und die Rückkopplungswiderstände 68 bzw. 70 der Operationsverstärker 60, 62.

In dem betrachteten Schaltungsteil vergleicht der Opera­ tionsverstärker 62 die Statorspannung mit der Bezugs­ spannung Ur 1, während der Operationsverstärker 60 die Statorspannung mit der Bezugsspannung Ur 2 vergleicht. Bei Erreichen bzw. Überschreigen der jeweiligen Bezugs­ spannung Ur 1 bzw. Ur 2 durch die mit dem Drehmoment des Motors verknüpfte Statorspannung schaltet der Ausgang des betreffenden Operationsverstärkers 60 bzw. 62 von "0" auf "1".

Da die Operationsverstärker 60, 62 ferner, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 1 der Zeichnung erläutert wurde, in Verbindung mit dem RC-Glied bzw. dem Kondensator 64 als astabile Multivibratoren arbeiten, ergibt sich folg­ lich am Ausgang jedes der Operationsverstärker 60, 62 bei Erreichen bzw. Überschreiten der zugehörigen Bezugsspan­ nung jeweils eine in ihrem Tastverhältnis bzw. in ihrem Impuls-Pausen-Verhältnis veränderliche Impulsfolge, die eine Pulsweitenmodulation der Speisespannung für den im Hauptschlußbetrieb arbeitenden Motor bzw. eine Pulswei­ tenmodulation der getakteten Umschaltung von Hauptschluß­ betrieb auf Nebenschlußbetrieb ermöglicht.

Die im Bereich c der Schaltung gemäß Fig. 4 vorgesehenen logischen Schaltungen, nämlich zwei UND-Gatter 72, 74, wer­ den für die Dauer eines durch die Umschalteinrichtung aus­ gelösten Schaltvorganges für die Umschaltung von Vorwärts­ fahrt auf Rückwärtsfahr und umgekehrt durch ein Signal niedrigen Pegels an ihrem einen Eingang gesperrt. Wenn kein derartiges Sperrsignal vorliegt - in diesem Fall liefert die Umschalteinrichtung 32 eine logische "1" an den einen Eingang der beiden UND-Gatter 72, 74 -, dann werden die Signalteile hohen Pegels der Impulsfolgen an den Ausgängen der Komparatoren 60, 62 über die UND-Schaltungen 72, 74 an die ihnen nachgeschalteten Treiberstufen 76 bzw. 78 angelegt und gelangen als verstärkte Signale in den Bereich d der Schaltung gemäß Fig. 4.

Im einzelnen wird das Ausgangssignal des Operationsver­ stärkers 62 über die Treiberstufe 76 an die Basis eines Transistors 80 angelegt, dessen Emitter direkt mit der Basis eines Transistors 82 verbunden ist, welcher dem Tran­ sistor 24 in Fig. 1 entspricht. Der Kollektor des Transi­ stors 80 ist über einen Spannungsteiler mit den Widerstän­ den 84, 86 mit der Speisespannung verbunden, und der Ab­ griff des Spannungsteilers 84, 86 ist mit der Basis eines Transistors 88 verbunden, der dem Transistor 20 in Fig. 1 entspricht. Der Transistor 80 ersetzt also den Inverter 22 in Fig. 1 und sorgt dafür, daß die beiden Transistoren 82 und 88 leitend gesteuert werden, wenn die am Schaltungs­ punkt 16 abgegriffene Statorspannung die erste Bezugsspan­ nung Ur 1 erreicht bzw. übersteigt. Auf diese Weise wird wieder eine getaktete Umsteuerung des Motors zwischen Hauptschlußbetrieb und Nebenschlußbetrieb erreicht. Das verstärkte Ausgangssignal des Operationsverstärkers 60 wird von den Treiberstufe 78 an die Basis eines Transi­ stors 90 angelegt, welcher in Serie zu der Rotorwicklung 10 geschaltet ist. Der Transistor 90 entspricht somit dem Transistor 30 in Fig. 3 und ermöglicht bei Hauptstrombe­ trieb des Motors eine getaktete Unterbrechung der Haupt­ stromstrecke, wenn die Statorspannung unter einen vorge­ gebenen Mindestwert absinkt, der einem Drehmoment ent­ spricht, welches kleiner ist als das vorgegebene Mindest­ drehmoment und welches sich bei einer Talfahrt des mit dem Motor ausgestatteten Triebfahrzeugs ergeben kann.

Außer den bereits angesprochenen Bauelementen umfaßt der Bereich d, nämlich die äußere Beschaltung des Motors für jeden der Transistoren 80, 90 jeweils einen Basiswider­ stand, über den die Transistorbasis an der positiven Spei­ sespannung liegt. Weiterhin ist zwischen dem Kollektor des Transistors 90 und dem Kondensator 64 ein Widerstand R 1 vorgesehen und zwischen dem Emitter des Transistors 90 und dem Kondensator 64 ein Widerstand R 2. Die Widerstände R 1, R 2 sorgen dafür, daß der Kondensator 64 dann, wenn die Transistoren 82, 88 und 90 gesperrt sind, was beispiels­ weise während der Fahrtrichtungsumschaltung eintritt, auf eine definierte Spannung U 1 aufgeladen wird, für die fol­ gende Gleichung gilt:

Ur 1=+VR1/(R 1+R 2)

Auf diese Weise wird erreicht, daß beim erneuten Einschal­ ten des Motors, der grundsätzlich im Hauptschlußbetrieb anläuft, auf dem Kondensator eine Spannung vorhanden ist, die zumindest im wesentlichen gleich der beim Einschalten zu erwartenden Statorspannung ist, so daß für das Einschalten des Motors definierte Einschaltbedingungen gewährleistet sind.

Claims (7)

1. Verfahren zur lastabhängigen Drehzahlregelung eines Elektromotors, insbesondere des Antriebsmotors eines Triebfahrzeugs einer Modelleisenbahn, mit einer Sta­ torwicklung und einer Rotorwicklung, dessen Stator­ wicklung und dessen Rotorwicklung mit einer insbe­ sondere einstellbaren Speisespannung aus einer Speisespannungsquelle gespeist werden, da­ durch gekennzeichnet, daß die Stator­ wicklung und die Rotorwicklung bis zum Erreichen eines vorgegebenen Mindestdrehmoments des Motors in Serie mit den Polen der Speisespannungsquelle verbunden wer­ den und bei weiterer Zunahme des Drehmoments mit einem von dem Drehmoment abhängigen Tastverhältnis alter­ nierend in Serie und parallel zueinander mit den Polen der Speisespannungsquelle verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Augenblickswert des Drehmoments durch Messen der dazu proportionalen Statorspannung ermittelt wird.

3. Drehzahlregelschaltung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Komparator (18, 18′) vorgesehen ist, dessen einem Eingang im Betrieb eine dem vorgegebenen Mindestdreh­ moment entsprechende Bezugsspannung (Ur, Ur 1) zugeführt wird und dessen zweitem Eingang eine zum Augenblickswert des Drehmoments proportionale Meßspannung zugeführt wird, daß ein Taktgeber (18, 18′) vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des Kompara­ tors (18, 18′), welches anzeigt, daß die Meßspannung größer als die Bezugsspannung (Ur, Ur 1) ist, ein ge­ taktetes Ausgangssignal mit einem von der Spannungs­ differenz der Bezugsspannung (Ur, Ur 1) und der Meß­ spannung abhängigen Tastverhältnis erzeugt, und daß Schalteinrichtungen (20, 24) vorgesehen sind, mit deren Hilfe der Elektromotor (10, 12) in Abhängigkeit von dem getakteten Ausgangssignal des Taktgebers (18, 18′) der­ art alternierend auf Haupt- und Nebenschlußbetrieb um­ schaltbar ist, daß sich die Dauer der Nebenschlußbe­ triebsintervalle entsprechend der Zunahme der Span­ nungsdifferenz erhöht.

4. Drehzahlregelschaltung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Funktionen des Komparators und des Taktgebers durch eine als astabiler Multivibrator arbeitende Operationsverstärkerschaltung mit Hysterese realisiert sind.

5. Drehzahlregelschaltung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Funktionen des Komparators und des Taktgebers durch eine als astabiler Multivibrator arbeitende integrierte Timerschaltung (18′) realisiert sind.

6. Drehzahlregelschaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Taktgeber (60) vorgesehen ist, mit dessen Hilfe bei im Haupt­ schlußbetrieb arbeitendem Elektromotor (10, 12) ein in Serie zu der Rotor- und Statorwicklung liegender Schalter (90) bei einem unterhalb des vorgesehenen Mindestdrehmoments liegender Drehmoment mit einem drehmomentabhängigen Tastverhältnis betätigbar ist.

7. Drehzahlregelschaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 6 mit einem Elektromotor mit je einer der Vorwärts­ fahrt und der Rückwärtsfahrt dienenden Statorwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß Umschalteinrichtungen (32) zum Umschalten des Statorstroms von der einen auf die andere Statorwicklung (12, 12′) vorgesehen sind.