DE3641627C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzielen einer
weitgehend lastunabhängigen Drehzahl eines Elektromotors,
insbesondere des Antriebsmotors eines Triebfahrzeugs einer
Modelleisenbahn, mit einer Statorwicklung und einer Rotor
wicklung, dessen Statorwicklung und dessen Rotorwicklung
mit einer insbesondere einstellbaren Speisespannung aus
einer Speisespannungsquelle gespeist werden.
Es ist bekannt, daß bei einem Hauptschluß-Elektromotor
der Motorstrom, welcher durch die Serienschaltung von Sta
torwicklung und Rotorwicklung fließt, in Abhängigkeit von
der Belastung des Motors bzw. in Abhängigkeit von dem vom
Motor gelieferten Drehmoment bei konstanter Speisespannung
ansteigt, während gleichzeitig die Drehzahl absinkt.
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 zu
nächst die Haftreibung überwunden und die sich daran an
schließende Beschleunigungsphase abgeschlossen ist.
Aus der DE-PS 23 16 237 ist es zum Betreiben eines Gleich
strommotors aus einer Gleichstromquelle bereits bekannt,
eine Steuerschaltung einzusetzen, welche die Möglichkeit
bietet, den Gleichstrommotor als Hauptschlußmotor zu star
ten und bei Erreichen einer maximalen Drehzahl auf Neben
schlußbetrieb umzuschalten, woraufhin der Gleichstrommotor
dann bis zum Abschalten als Nebenschlußmotor arbeitet.
Auf diese Weise soll erreicht werden, daß für eine Anlauf
phase das hohe Drehmoment eines Hauptschlußmotors ver
fügbar ist und daß nach Beendigung der Anlaufphase die
eingestellte Drehzahl lastunabhängig möglichst konstant
gehalten wird. Dabei enthält die bekannte Steuerschaltung
eine Vielzahl von Relais, Schaltern und Zeitgebern, die
die gewünschte Umschaltung von Hauptschlußbetrieb auf
Nebenschlußbetrieb ermöglichen, ohne die Möglichkeit zu
bieten, nach der Umschaltung auf den Nebenschlußbetrieb
bei entsprechenden Betriebsbedingungen wieder zum Haupt
schlußbetrieb zurückkehren zu können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bei der be
kannten Steuerung erforderlichen Schaltungsaufwand zu
verringern und die Möglichkeit zu schaffen, bei einem An
trieb mit einem Elektromotor, insbesondere bei einem An
trieb 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, und dabei gleichzeitig die Möglichkeit zu
schaffen, nach einer Umschaltung von einem Hauptschlußbe
trieb auf einen Nebenschlußbetrieb wieder zum Hauptschluß
betrieb zurückkehren zu können, ohne daß der Motor zuvor
stillgesetzt werden müßte.
Diese Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Verfahren ge
mäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Statorwicklung
und die Rotorwicklung bis zum Erreichen eines vorgegebe
en Mindestdrehmoments des Motors in Serie mit den Polen
der Speisespannungsquelle verbunden werden und bei weiterer
Zunahme des Drehmomets mit einem von dem Drehmoment ab
hängigen Tastverhältnis alternierend in Serie und parallel
zueinander mit den Polen der Speisespannungsquelle ver
bunden 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 Duchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat sich
eine Schaltungsanordnung als vorteilhaft erwiesen, die
dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Komparator vorgesehen
ist, dessen einem Eingang eine dem vorgegebenen
Mindestdrehmoment entsprechende Bezugsspannung zugeführt ist
und dessen zweitem Eingang eine zum Augenblickswert
des Drehmoments proportionale Meßspannung zugeführt ist,
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 Schaltungsanordnung 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, besoders 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
inetgrierten Schaltungen, die mit hoher Zuverlässigkeit
arbeiten.
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
Unterschreiten gewisser Drehmomente beibehalten wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Schaltungsanordnung
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
Schaltungsanordnung 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 zeigt
Fig. 1 ein Schaltbild einer einfachen Ausführungs
form einer Schaltungsanordnung gemäß der
Erfindung;
Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform der Schal
tung gemäß Fig. 1;
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer durch zusätzliche
Schaltungseinrichtungen ergänzten
Schaltungsanordnungen gemäß der Erfindung, und
Fig. 4 ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungs
form einer Schaltungsanordnung gemäß der
Erfindung.
Im einzelnen zeigt Fig. 1 eine Schaltungsanordnung
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 als Komparator arbeitenden Operationsverstärkers 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 spannungsgeteuerten Taktgebers und er
möglicht das Erzielen einer weitgehend konstanten
Drehzahl des Elektromotors bei
variablem Drehmoment.
Die in Fig. 2 gezeigte Schaltung arbeitet im Ergebnis
im wesentlichen ebenso wie die Schaltungsanordnung
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 beinhaltet die
Schaltung für konstante Drehzahl 18′′ im wesentlichen die
die eben beschriebenen Schaltungsteile von Fig. 1 und 2.
Ergänzend ist bei der Schaltung gemäß Fig. 3 eine
Geschwindigkeitssteuerung 28 vorgesehen, die 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 die Geschwindigkeits
steuerung 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 Taktverhältnis 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 der Geschwindigkeitssteuerung 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 den zusätzlichen Einrichtungen der
Schaltung gemäß Fig. 3 ergänzte Schaltungsanordnung
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 Ur 2
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 Spannngsab
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
erzeugt, 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 Drehzahlanstieges
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. Überschreiten 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 Rückwärsfahrt 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 der 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:
U 1 = +V × R 1/(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 (6)
1. Verfahren zum Erzielen einer weitgehend lastunabhängigen
Drehzahl eines Elektromotors, insbesondere des Antriebs
motors eines Triebfahrzeugs einer Modelleisenbahn, mit
einer Statorwicklung und einer Rotorwicklung, dessen
Statorwicklung und dessen Rotorwicklung mit einer insbe
sondere einstellbaren Speisespannung aus einer Speise
spannungsquelle gespeist werden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Stator
wicklung und die Rotorwicklung bis zum Erreichen eines
vorgegebenen Mindestdrehmoments des Motors in Serie mit
den Polen der Speisespannungsquelle verbunden werden und
bei weiterer Zunahme des Drehmoments mit einem von dem
Drehmoment abhängigen Tastverhältnis alternierend in
Serie und parallel zueinander mit den Polen der Speise
spannungsquelle verbunden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Augenblickswert des Drehmoments durch Messen der
dazu proportionalen Statorspannung ermittelt wird.
3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens
nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Komparator vorgesehen ist, dessen einem Ein
gang eine dem vorgegebenen Mindestdrehmoment
entsprechende Bezugsspannung (Ur, Ur 1) zugeführt ist
und dessen zweitem Eingang eine zum Augenblickswert
des Drehmoments proportionale Meßspannung zugeführt
ist, daß ein Taktgeber vorgesehen ist, der
in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des Kompara
tors, welches anzeigt, daß die Meßspannung
größer als die Bezugsspannung (Ur, Ur 1) ist, ein getak
tetes Ausgangssignal mit einem von der Spannungsdifferenz
der Bezugsspannung (Ur, Ur 1) und der Meßspannung abhängi
gen Tastverhältnis erzeugt, und daß Schalteinrichtungen
(20, 24) vorgesehen sind, mit deren Hilfe der Elektromo
tor (10, 12; 10, 12, 12′) in Abhängigkeit von dem getakteten Ausgangs
signal des Taktgebers derart alternierend auf
Haupt- und Nebenschlußbetrieb umschaltbar ist, daß sich
die Dauer der Nebenschlußbetriebsintervalle entsprechend
der Zunahme der Spannungsdifferenz erhöht.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich
net, daß die Funktionen des Komparators und des Taktgebers
durch eine als astabiler Multivibrator arbeitende Operations
verstärkerschaltung (18, 60) mit Hysterese realisiert sind.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich
net, daß die Funktionen des Komparators und des Taktgebers
durch eine als astabiler Multivibrator arbeitende inte
grierte Timerschaltung (18′) realisiert sind.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5 mit
einem Elektromotor mit je einer der Vorwärtsfahrt und der
Rückwärtsfahrt dienenden Statorwicklung, dadurch gekenn
zeichnet, daß Umschalteinrichtungen (32) zum Umschalten
des Statorstroms von der einen auf die andere Stator
wicklung (12, 12′) vorgesehen sind.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863645016 DE3645016A1 (de) | 1986-12-05 | 1986-12-05 | Verfahren und schaltungsanordnung zur begrenzung der drehzahl eines elektromotors, insbesondere bei einer modelleisenbahn |
DE19863641627 DE3641627A1 (de) | 1986-12-05 | 1986-12-05 | Verfahren und drehzahlregelschaltung zur lastabhaengigen drehzahlregelung eines gleichstrommotors |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863641627 DE3641627A1 (de) | 1986-12-05 | 1986-12-05 | Verfahren und drehzahlregelschaltung zur lastabhaengigen drehzahlregelung eines gleichstrommotors |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3641627A1 DE3641627A1 (de) | 1988-06-16 |
DE3641627C2 true DE3641627C2 (de) | 1989-02-02 |
Family
ID=6315562
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19863641627 Granted DE3641627A1 (de) | 1986-12-05 | 1986-12-05 | Verfahren und drehzahlregelschaltung zur lastabhaengigen drehzahlregelung eines gleichstrommotors |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3641627A1 (de) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3808491A1 (de) * | 1988-03-15 | 1989-10-05 | Maerklin & Cie Gmbh Geb | Drehrichtungsumschalter fuer modellbahnanlage |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3755724A (en) * | 1972-04-03 | 1973-08-28 | Gen Electric | Control for series shunt motor |
-
1986
- 1986-12-05 DE DE19863641627 patent/DE3641627A1/de active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3641627A1 (de) | 1988-06-16 |
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