<Desc/Clms Page number 1>
Geschwindigkeitsregler für einen Elektromotor
Die Erfindung betrifft einen Geschwindigkeitsregler für einen Elektromotor, insbesondere für einen Fahrzeugmotor, welcher Regler ein Messglied für die Abweichung der Istgeschwindigkeit von der Sollgeschwindigkeit aufweist, das einerseits auf den Eingang einer Regelkette und anderseits auf den Eingang einer Vorwegnahmekette wirkt, die parallel mit einem Teil der Regelkette geschaltet ist und einen Differentiator enthält.
Die automatische Regulierung der Geschwindigkeit eines Elektromotors ist schwierig stabil zu gestalten, wenn der Motor eine sehr grosse Masse bewegen muss. Diese Schwierigkeiten sind bei einem Lokomotivmotor noch grösser, wenn die Lokomotive zur Speisung des Motors einen Transformator besitzt, dessen Ansprechzeit verhältnismässig lang ist,
Es sei beispielsweise eine Einrichtung ins Auge gefasst, welche die Sollgeschwindigkeit vo (durch den Fuhrer eingestellt) mit der momentanen Istgeschwindigkeit v vergleicht, und die auf die Spannung Um des Motors auf folgende Art wirkt :
EMI1.1
worin k eine Konstante bedeutet.
Bei einer solchen Einrichtung wird die Spannung Um zunehmen, wenn v < vo, und abnehmen, wenn v > v 0'bis v = v ist. Wegen der Trägheit des Zuges und der Verzögerung des Transformators kann die Zugsgeschwindigkeit den Sollwert v. weit überschreiten, was zu einem Pumpen des Transformators führt.
Um ein Überschreiten des Sollwertes der Geschwindigkeit zu verhindern, muss die Zunahme oder Abnah-
EMI1.2
EMI1.3
EMI1.4
vment, beispielsweise mit einem Kondensator, zu erhalten. Es genügt dazu, an ihn eine der Geschwindigkeit proportionale Spannung zu legen und den durch ihn fliessenden Strom zu messen, welcher proportio-
EMI1.5
Es sei angenommen, dass die Geschwindigkeit der Lokomotive zwischen 0 und 120 km/h veränderlich sei und dass die Beschleunigung den konstanten Wert 0, 01m/s2 aufweise. Ferner sei angenommen, dass ein Kondensator von 10001iF benützt werde, und dass die der Höchstgeschwindigkeit entsprechende Gleichspannung 10V betrage.
Die zum Aufladen des Kondensators nötige Zeit ist dann :
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
Der Strom ist demnach :
EMI2.2
Dieser Strom ist von der Grössenordnung des Verluststromes des Kondensators und es wäre deshalb sehr schwierig, auf diese Weise eine genaue Regulierung zu erzielen.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke besteht darin, nur in Nähe der Sollgeschwindigkeit eine dv der Grösse-proportionale Grösse wirksam werden zu lassen, um eine relativ grosse Wirkung auf den Differentiator zu erhalten. Zu diesem Zweck ist der erfindungsgemässe Geschwindigkeitsregulator dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwegnahmekette zwischen dem Eingang und dem Differentiator ein nicht li-
EMI2.3
zone besitzt, wobei dieses Element durch eine elektrische Grösse gespeist wird, die proportional zur Differenz zwischen Sollgeschwindigkeit und momentaner Istgeschwindigkeit ist.
An Hand der beiliegenden Zeichnungen wird nachfolgend beispielsweise schematisch ein Ausführungbeispiel der Erfindung erläutert.
Das dargestellte Beispiel bezieht sich auf einen Regulator für den Motor einer Lokomotive. Bei dessen Beschreibung bezieht sich deshalb der Ausdruck "Geschwindigkeit" auf die Zugsgeschwindigkeit und nicht auf die Drehgeschwindigkeit des Zugsmotors. Da die Zugsgeschwindigkeit praktisch proportional zur Anzahl der Motordrehungen pro Zeiteinheit ist, gelten die nachfolgenden Betrachtungen sowohl für die eine wie auch die andere der beiden Geschwindigkeiten.
Der dargestellte Regulator weist einen Differentialverstärker 1 auf, der als Messeinrichtung für die Geschwindigkeitsabweichung dient, da sein Eingang einerseits durch eine Gleichspannung Uv, welche durch einen Tachometergenerator erhalten wird und die momentane Istgeschwindigkeit des Zuges darstellt, und anderseits durch eine Spannung Uvo gespeist wird, welche proportional der durch den Führer eingestellten Sollgeschwindigkeit ist.
Die am Ausgang dieses Verstärkers erhaltene Spannung Dv ist genau proportional zu v 0 -v. Der Ausgang des Transformators 1 ist mit dem Eingang einer Regelkette, die durch einen Apparat 2 und einen Integrator 3 gebildet wird, und mit dem Eingang einer Vorwegnahmekette verbunden, die durch ein nicht lineares Element 4, einen Differentiator 5 und ein nicht lineares Element 7 gebildet wird, das zwei Hysteresisschleifen besitzt. Die momentane Stellung des sehr schematisch dargestellten Spannungswandlers 8 hängt von der Grösse des am Ausgang der Regelkette erhaltenen Wertes ab. Die Starkstromspeisung des Spannungswandlers ist nicht eingezeichnet. Man sieht, dass die Vorwegnahmekette mittels eines Summationsverstärkers 6 mit einem Teil der Regelkette parallelgeschaltet ist.
Die Charakteristik des Apparates 2 ist so, dass der Ausgangsstrom konstant und negativ für negative
Werte der Spannung Dv ist, während für positive Werte von Dvsdieser Strom zuerst Null, dann relativ steil ansteigend und schliesslich konstant ist. Eine solche Charakteristik kann mit einem Kippspannungsgenerator (für den negativen Sprung), einer in Serie geschalteten Zenerdiode (für das Gebiet der Unempfindlichkeit) und einer parallelgeschalteten Zenerdiode (für die Steigung und das Gebiet der Sättigung) erhalten werden.
Das nicht lineare Element liefert an den Klemmen eines Lastwiderstandes eine Spannung Dus, welche wegen der Verwendung einer normalen Diode für negative Werte von Dv Null ist und wegen Verwendung einer parallelgeschalteten Zenerdiode einen positiven und praktisch konstanten Wert für einen positiven Minimalwert von Dv (Sättigung) aufweist. Wenn die Spannung Dv einen Wert zwischen Null und diesem Sättigungspunkt aufweist, wird Dvsdurch die Neigung der Charakteristik bestimmt. Der Sättigungspunkt
EMI2.4
der Maximalgeschwindigkeit. Vorzugsweise wird die Neigung so steil gewählt, dass dieser Punkt etwa 5% oder weniger des Maximalwertes von Dv entspricht.
Der Differentiator 5 gibt einen Strom Ea ab, gemäss der Gleichung
EMI2.5
<Desc/Clms Page number 3>
worin kl eine Konstante bedeutet. Er enthält einen zwischen seinem Eingang und Ausgang in Serie geschalteten Kondensator, welcher vom Strom Ea durchflossen wird.
Die Charakteristik des nicht linearen Elementes ist so beschaffen, dass für zunehmende positive Werte von Ea die Ausgangsspannung zuerst Null ist und dann plötzlich auf einen konstanten positiven Wert springt, während sie für abnehmende positive Werte von Ea länger auf dem konstanten positiven Wert verbleibt und erst Null wird, wenn Ea sehr nahe an Null ist. Für negative Werte von Ea weist die Charakteristik ebenfalls eine Hysteresisschleife auf, welche sich unterhalb der Abszisse im dritten Quadranten befindet. Eine Charakteristik dieser Art kann mit zwei Kippspannungsgeneratoren (eine für den positiven und eine für den negativen Teil) erhalten werden, deren Ausgangsspannung derart auf den Eingang rückgekoppelt ist, dass eine Hysteresisschleife entsteht.
EMI3.1
einer solchen Schaltung ist schon lange bekannt.
Der Integrator 3 bildet das Integral der elektrischen Grösse E nach der Gleichung E ; = kz E. dt, worin k : ebenfalls eine Konstante bedeutet.
Die Zeichnung zeigt, dass der Spannungswandler 8 die Speisespannung U des Zugsmotors derart einstellt, dass sie praktisch proportional der Grösse Ei ist, abgesehen von den kleinen Sprüngen, welche durch die Verwendung eines Stufentransformators bedingt sind.
Der Geschwindigkeitsregler arbeitet wie folgt : Es sei angenommen, dass der Führer eine maximale
EMI3.2
digkeit und der Sollgeschwindigkeit VQ = 100 km/h tritt die Vorwegnahmekette In Funktion. Die Neigung der Charakteristik des nicht linearen Elementes 4 bewirkt eine starke Änderung von Dys für eine relativ kleine Änderung von Dy. Da nun die durch den Differentiator 5 gebildete Ableitung Ea negativ ist, wird die am Ausgang des Elementes 7 enthaltene Grösse Eh ebenfalls negativ, und da Ev Null ist, folgt E = Ea + Eh. Eh bleibt sehr stark negativ bis das Drehmoment des Motors praktisch gleich dem Widerstandsdrehmoment des Zuges (d. h. dem Zugswiderstand) wird. Währen dieser Regelphase nehmen Ei und U sehr rasch ab.
Vom Moment an, in dem Eh Null wird, erfolgt die Abnahme von U langsamer, bis Ea Null wird, was der Fall ist, wenn U denjenigen Wert erreicht hat, der nötig ist, damit das Drehmoment des Motors gleich dem Widerstandsdrehmoment des Zuges ist. In diesem Moment ist das Beschleunigungsmoment Null und die Geschwindigkeit kann sich nicht mehr ändern. Die Regelung ist auf diese Weise stabilisiert.
Wenn das Widerstandsmoment des Zuges (wegen des Gleisprofils) sich ändert, wird das Gleichgewicht gestört, und es tritt ein Beschleunigungs-oder Bremsmoment auf, welches eine Änderung der Geschwindigkeit nach sich zieht, die dank der Empfindlichkeit der Vorwegnahmekette sofort auf U wirkt, um das Gleichgewicht zwischen Motordrehmoment und Widerstandsmoment wieder herzustellen.
Wenn die Sollgeschwindigkeit momentan überschritten wird, wird Dy negativ und Ev nimmt einen konstanten negativen Wert an, so dass U und damit v sehr rasch abnehmen.
EMI3.3
den genannten Momenten rasch wieder hergestellt.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.