DE1438016C - Anordnung zur Speisung eines Gleich Stromreihenschlußmotors - Google Patents
Anordnung zur Speisung eines Gleich StromreihenschlußmotorsInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Speisung eines Gleichstromreihenschlußmotors eines
elektrisch betriebenen Fahrzeuges aus einer Gleichstromquelle über mindestens ein zum Anker und zur
Feldwicklung in Reihe geschaltetes, im Tastbetrieb arbeitendes steuerbares Stromrichterventil in Verbindung
mit mindestens einem parallel zum Gleichstromreihenschlußmotor liegenden Freilaufventil.
Eine solche Anordnung ist aus der Zeitschrift »The Engineer«, September 1961, S. 480, bekannt.
Durch Zünden des zum Anker und zur Feldwicklung in Reihe geschalteten Thyristors wird die Batteriespannung
an den Motor gelegt. Mit Hilfe einer parallel zu diesem Thyristor liegenden Löschanordnung,
die aus einem Kondensator, einem weiteren Thyristor, einer Umschwingdrossel und einer Diode besteht,
kann der Thyristor Wieder gelöscht werden. Durch Tasten, d. h. Ein- und. Ausschalten dieser Thyristoranordnung
kann der Mittelwert der dem Motor zugeführten Spannung gesteuert bzw. geregelt werden. Bei
dieser Anordnung entspricht der Feldstrom immer dem Ankerstrom.
Es ist in Verbindung mit Gleichstromreihenschlußmotoren für Fahrzeugantriebe allgemein bekannt, bei
maximaler Motorspannung zum Zwecke der Feldschwächung einen Teil des Motorstromes an der
Feldwicklung vorbeizuführen (Sachs: »Elektrische Triebfahrzeuge«, Bd. II, 1953, S. 81).
Aus der österreichischen Patentschrift 209 439 ist eine Anordnung zur Speisung eines Gleichstromreihenschlußmotors
bekannt, bei der die Feldwicklung kurzgeschlossen wird, wenn die Ankerspannung einen bestimmten Schwellwert überschreitet, und bei
der der Kurzschluß wieder aufgehoben wird, wenn die Ankerspannung dadurch wieder abgesunken ist.
Der Kurzschluß wird durch unmittelbar parallel zur Feldwicklung liegende Schaltelemente bewirkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Feldschwächung nach einem ähnlichen Prinzip auch
bei Anordnungen der eingangs genannten Art zu verwirklichen.
Würde man das Prinzip dieser bekannten Anordnung übertragen und bei einer Anordnung der eingangs
geschilderten Art unmittelbar parallel zur Feldwicklung zum Zwecke der Feldschwächung ein im
Tastbetrieb arbeitendes steuerbares Stromrichterventil vorsehen, so müßten die Steuerimpulse der beiden
tastbaren Stromrichterventile miteinander synchronisiert werden. Das parallel zur Feldwicklung
liegende Stromrichterventil könnte nämlich immer nur dann gezündet werden, wenn das in Reihe zum Anker
und zur Feldwicklung liegende tastbare Stromrichterventil gerade Strom führt. Während der Zeit, in der
das in Reihe geschaltete Stromrichterventil gesperrt ist, könnte das parallel geschaltete Stromrichterventil
dagegen nicht gezündet werden, weil seine Anoden-Kathoden-Spannung
wegen des im Freilauf weiterfließenden Feldstromes zu dieser Zeit negativ ist. Eine
solche Synchronisierung ist bei der beanspruchten Anordnung nicht erforderlich.
Ausgehend von einer Anordnung der eingangs genannten Art ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet,
daß sowohl parallel zur Feldwicklung als auch parallel zum Anker des Gleichstromreihenschlußmotors
je ein Freilaufventil geschaltet ist und daß ein zusätzliches, zu einer unter Umgehung der Feldwicklung
erfolgenden direkten Speisung des Ankers bestimmtes, im Tastbetrieb arbeitendes steuerbares
Stromrichterventil vorgesehen ist, dem ein Stromregler zugeordnet ist, der den durch dieses Stromrichterventil
fließenden Nebenschlußstrom in Abhängigkeit von der Spannung des Ankers regelt.
Die gewünschte Abhängigkeit von der Ankerspannung kann dadurch erzielt werden, daß der Stromsollwerteingang des Stromreglers mit einer Schwellwertvorrichtung verbunden ist, die einen Sollwert für den Nebenschlußstrom bildet, wenn die Ankerspannung einen einstellbaren Schwellwert überschritten hat. Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. F i g. 1 zeigt zunächst noch einmal eine bekannte Grundschaltung für den Betrieb eines Gleichstromreihenschlußmotors mit Hilfe einer Tastschaltung, und
Die gewünschte Abhängigkeit von der Ankerspannung kann dadurch erzielt werden, daß der Stromsollwerteingang des Stromreglers mit einer Schwellwertvorrichtung verbunden ist, die einen Sollwert für den Nebenschlußstrom bildet, wenn die Ankerspannung einen einstellbaren Schwellwert überschritten hat. Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. F i g. 1 zeigt zunächst noch einmal eine bekannte Grundschaltung für den Betrieb eines Gleichstromreihenschlußmotors mit Hilfe einer Tastschaltung, und
F i g. 2 und 3 zeigen verschiedene erfindungsgemäße Schaltungsanordnungen zur Erzielung der gewünschten
Feldschwächung.
Der Anfahrvorgang soll mit dem höchstmöglichen Erregerfluß begonnen werden, der durch die Größe
des zulässigen Stromes begrenzt ist. Erst wenn die Ankerspannung des Motors bei einer bestimmten
Drehzahl etwa die Höhe der Spannung der Speisequelle erreicht hat, soll eine Feldschwächung einsetzen.
Zwecks optimaler Ausnutzung des Motors muß dabei angestrebt werden, daß die Feldschwächung
erst dann einsetzt, wenn die Ankerspannung des Motors um höchstens 10% von der Speisespannung abweicht.
In F ig. 1 ist eine bekannte Grundschaltung für den Betrieb eines Gleichstromreihenschlußmotors
mit einem Anker 1 und einer Feldwicklung 2 mit den Klemmen / und K dargestellt, der aus einer Gleichstromquelle
3 mit konstanter Spannung gespeist wird. Eine stetige Veränderung des Mittelwertes der an den
Gleichstromreihenschlußmotor gelegten Gleichspannung ist möglich, wenn ein steuerbares Stromrichterventil
4, vorzugsweise auf der Halbleiterbasis in Reihe zum Gleichstromreihenschlußmotor geschaltet und im
sogenannten Impuls- bzw. Tastverfahren betrieben wird. Solche im Tastverfahren betriebenen steuerbaren
Stromrichterventile werden auch häufig als Gleichstrompulswandler bezeichnet. Das steuerbare
Stromrichterventil 4 wird dabei in an sich bekannter Weise mit Hilfe einer besonderen nicht dargestellten
Löschschaltung wieder zum Verlöschen gebracht, wenn der mit einem Stromwandler 5 erfaßte
Ankerstrom JA einen vorgegebenen Ankerstrom-Sollwert
JA* erreicht hat. Der im Motorkreis fließende Strom wird dabei auf ein Freilaufventil 6 kommutiert.
Die für die Zündung und Löschung des Stromrichterventils 4 benötigten Zündimpulse werden von einem
Stromregler 7 geliefert. Ein Betrieb des Motors zum Zwecke der Beschleunigung und des Fahrens ist
durch Vorgabe des Ankerstromsollwertes JA* möglich.
Die Vorgabe dieses Ankerstromsollwertes JA* wird entweder von Hand oder, wie im Ausführungs-
beispiel, von einem weiteren Regler vorgenommen. Dieser arbeitet als überlagerter Drehzahlregler, indem
die Drehzahl η des Motors bzw. die Geschwindigkeit des Fahrzeuges mit einer Tachometermaschine 8 erfaßt
und mit einer vorgegebenen Solldrehzahl n* verglichen wird. Die Differenz wird in einem Drehzahlregelverstärker
9 zur Umwandlung in den Stromsollwert JA* benutzt. Bei einer solchen Anordnung handelt
es sich um die Übertragung des bekannten Leit-
Stromverfahrens auf den Betrieb eines Gleichstromreihenschlußmotors.
Eine Überlastung des Motors ist dadurch sicher vermeidbar, daß JA* einen bestimmten
Maximalwert nicht überschreiten kann.
Die erfindungsgemäße Shuntung der Feldwicklung 2 erfolgt über verschleißfreie Ventile in einer
Tastschaltung, wie es in F i g. 2 dargestellt ist. Hier wird ein im Tastbetrieb arbeitendes steuerbares
Stromrichterventil 12, dessen Zünd- und Löschvorrichtung ebenfalls nicht näher dargestellt ist, parallel
zum steuerbaren Stromrichterventil 4 und zur Feldwicklung 2 geschaltet. Die für das Stromrichterventil
12 benötigten Steuerimpulse werden von einem Stromregler 13 geliefert. Die getrennte Anordnung der
Freilauf ventile 6 a und 6 b für Anker und Feld ist unerläßlich, um das steuerbare Stromrichterventil 12
löschen zu können. Die Regelung des Nebenschlußstromes/#
erfolgt so, daß dieser Nebenschlußstrom Jn über einen weiteren Stromwandler 14 erfaßt und
mit einem Nebenschlußstrom-Sollwert Jn* verglichen zo
wird. Letzterer hat eine bestimmte Schwellwertabhängigkeit von der Ankerspannung. Nach dem Ausfüh-
j rungsbeispiel ist dies in der Weise zu erreichen, daß die Ankerspannung mit einem Teil der Spannung der
Gleichstromquelle 3, abgegriffen am Potentiometer 15, verglichen wird. Eine aus einer Hilfsdiode 16 und
einem Widerstand 17 bestehende Schwellwertvorrichtung arbeitet wie folgt: Überschreitet die Ankerspannung
den am Potentiometer 15 abgegriffenen Wert, so fließt über die Hilfsdiode 16 ein Strom, der am
Widerstand 17 einen Spannungsabfall hervorruft. Dieser Spannungsabfall am Widerstand 17 wird als
Nebenschlußstrom-Sollwert Jn* verwendet.
In F i g. 3 ist eine Schaltungsanordnung dargestellt, die es ermöglicht, für einen solchen Betrieb des
Motors mit dem gleichen Aufwand an steuerbaren Stromrichterventilen auszukommen, wie er für den
normalen Betrieb des Motors mit vollem Ankerstrom benötigt wird. Die steuerbaren Stromrichterventile
sind hier in verschiedene Gruppen 4 a, 4 b und 4 c aufgeteilt, die mit einer Umschaltvorrichtung 18 α bis
18 d verbunden sind. In Abhängigkeit von der Ankerspannung und/oder der Drehzahl des Motors bzw.
} der Geschwindigkeit des Fahrzeuges können diese steuerbaren Stromrichterventile 4 a, 4 b, 4 c mit ihren
Steuer- und Löschvorrichtungen so umgeschaltet werden, daß sie je nach Bedarf zum Speisen der
Feldwicklung2 und des Ankers 1 (4a und 4b) oder
zum Überbrücken der Feldwicklung 2 (4 c) herangezogen werden können.
Claims (4)
1. Anordnung zur Speisung eines Gleichstromreihenschlußmotors eines elektrisch betriebenen
Fahrzeuges aus einer Gleichstromquelle über mindestens ein zum Anker und zur Feldwicklung in
Reihe geschaltetes, im Tastbetrieb arbeitendes steuerbares Stromrichterventil in Verbindung mit
mindestens einem parallel zum Gleichstromreihenschlußmotor liegenden Freilaufventil, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl parallel
zur Feldwicklung (2) als auch parallel zum Anker (1) des Gleichstromreihenschlußmotors je
ein Freilaufventil (6α, 6b) geschaltet ist und daß
ein zusätzliches, zu einer unter Umgehung der Feldwicklung (2) erfolgenden direkten Speisung
des Ankers (I) bestimmtes, im Tastbetrieb arbeitendes steuerbares Stromrichterventil (12) vorgesehen
ist, dem ein Stromregler (13) zugeordnet ist, der den durch dieses Stromrichterventil (12) fließenden
Nebenschlußstrom (Jn) in Abhängigkeit von der Spannung des Ankers (1) regelt
(Fig-2).
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromsollwerteingang des
Stromreglers (13) mit einer Schwellwertvorrichtung (16, 17) verbunden ist, die einen Sollwert
(Jn*) für den Nebenschlußstrom bildet, wenn die Ankerspannung einen einstellbaren Schwellwert
überschritten hat.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Klemme des Ankers
(1) mit einer Klemme eines parallel zur Gleichstromquelle (3) liegenden Potentiometers (15), die
andere Klemme des Ankers über einen ohmschen Widerstand (17) und eine Hilfsdiode (16) mit
einem Abgriff des Potentiometers (15) und der ohmsche Widerstand (17) mit dem Stromsollwerteingang
des Stromreglers (13) verbunden ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der
im Tastbetrieb arbeitenden steuerbaren Stromrichterventile (4a, 4b, 4c), die für den Betrieb
des Motors mit vollem Ankerstrom ausgelegt sind, mit einer Umschaltvorrichtung (18 α bis 18 d) versehen
ist, mit deren Hilfe dieser Teil (4 c) der Stromrichterventile in Abhängigkeit von der
Ankerspannung und/oder der Drehzahl des Motors so umschaltbar ist, daß er zur direkten Speisung
des Ankers (1) dient (F i g. 3).
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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