DE1922394C3 - Schaltungsanordnung zur Steuerung der Drehzahl eines batteriegespeisten Gleichstrommotors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltunganordnung zur Steuerung der Drehzahl eines batteriegespeisten Gleichstrommotors, insbesondere eines als Nebenschlußmotor ausgebildeten Propellermotors, bei der eine Batterie in zwei Batteriehälften aufgeteilt ist, die in Reihe oder parallel zueinander schaltbar sind, mit einer steuerbaren Ventilanordnung im Ankerstromkreis des Gleichstrommotors zum Erzielen niedrigster Drehzahlen.

Durch die DT-AS 12 03 634, die eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zeigt, ist es bekannt, eine zur Speisung von Propellermotoren dienende Fahrzeugbatterie in zwei gleiche Teilbatterien zu unterteilen und eine Drehzahländerung in groben Stufen durch eine wahlweise Reihen- oder Parallelschaltung der Teilbatterien und Motoranker vorzunehmen. Für eine weitere Drehzahlherabsetzung ist eine steuerbare Ventilanordnung im Ankerkreis des Motors angeordnet. Dadurch wird die Zahl der Teilbatterien begrenzt und trotzdem eine kleine Drehzahl des Propellermtotors erreicht.

1st bei Propellermotoren zum Erreichen einer genügend kleinen Drehzahl eine Unterteilung der

Batterie in mindestens vier Teilbatterien erforderlich, so kann sich bei Parallelschaltung der Teilbatterien ein gefährlich hoher Kurzschlußstrom an der Sammelschiene ergeben. Außerdem wächst mit der Anzahl der Teilbatterien der Schalteraufwand, das Volumen der Schalttafel sowie die Schwierigkeit, bei Ausfall der Steuerspannung für Schalter gewünschte Schaltungen (Havarieschaltungen) von Hand herzustellen.

Durch die DT-AS 11 34 736 ist es bekannt, eine Batterie in vier Teilbatterien zu unterteilen, um eine doppelte Reihen-Parallelschaltung zu erzielen. Hierbei kann eine gleichmäßige Belastung aller Teilbatterien nicht erreicht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine kleine Drehzahl des Gleichstrommotors mit Teilbatterien zu erreichen, ohne daß eine Reihenschaltung von Zellen der Batterie bzw. der Teilbatterien aufgehoben werden muß.

Bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden Batteriehälften zusätzlich in Teilbatterien unterteilt sind, daß Abgriffe an den Teilstellen vorgesehen sind und daß mit der steuerbaren Ventilanordnung abwechselnd jeweils eine Hälfte der Teilbatterien an den Gleichstrommotor geschaltet werden kann. Auf diese Weise kann man bei gleichmäßiger Entladung aller Zellen der Batterie erreichen, daß beispielsweise mit zwei Teilbatterien eine Mindestdrehzahl erreicht wird, die einer Schaltung mit vier Teilbatterien entspricht, wobei jedoch der Kurzschlußstrom bei Parallelschaltung der Teilbatterien nur halb so groß ist, wie bei einer Schaltung mit vier Teilbatterien. Dabei sind alle im Normalbetrieb möglichen Betriebsarten einschließlich Pufferbetrieb mit voller Teilbatteriespannung ohne Einschränkung durchführbar. Beim abwechselnden Anschalten eines Teiles der B uterie auf den Motor bleibt die Motorspeisespannung praktisch konstant. In vorteilhafter Weise wire die Umschaltung in größeren Zeitabständen, z. B. jede Minute vorgenommen, um eine gleichmäßige Entladung der Batteriezellen zu gewährleitsten und Funkstörungen durch die Schaltvorgänge vernachlässigbar klein zu halten. Damit arbeitet die Anordnung auch verlust- und geräuscharm.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine herkömmliche Schal'uug,
F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung und
F i g. 3 nähere Einzelheiten zu F i g. 2.

Wie Fig. 1 zeigt, ist eine Bordbatterie 1 in zwei gleiche Teilbatterien la, Ib unterteilt, die über Sammelschienen 3 einen als Doppelankermaschine ausgeführten Propellermotor 2 mit den Ankern 2a, 2b speist. Die Erregerwicklungen sind mit 2c und Id bezeichnet. Zur Ladung der Batterie 1 und Speisung des Bordnetzes B dient ein über die Schalter 11 an die Sammelschienen 3 anschaltbarer Generator 4. Durch wahlweise in Reihe- oder Parallelschaltung derTeilbatlerien la, Ib und Motoranker 2a. 26 mit Hilfe der Schalter 5 bis 10 können Grobfahrstufen eingestellt werden. Zwischenstufen sind durch Ändern des Erregerstromes in den Wicklungen 2c, 2d durch dos Stellglied 2e einstellbar. In der dargestellten Schaltung für den untersten Drehzahlbereich sind die Teilbatterien la und Ib einander parallel geschaltet und die Motoranker 2a und 26 in Reihenschaltung betrieben. Dabei beträgt die Spannung des Bordnetzes die Hälfte der Batteriespannung, die Ladespannung des Genera-

22

tors 4 ebenfalls die Hälfte der Batteriespannung und die Motorspannung je Anker ein Viertel der Spannung der Batterie 1. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist ohne Veränderung der Verhältnisse für den Bordnetz- und Ladebetrieb eine weitere Herabsetzung der Motordrehzahl dadurch ermöglicht, daß abwechselnd die eine oder andere Hälfte der Teilbatierien Xb, Xb auf den Motor 2 geschaltet wird, ohne daß die Reihenschaltung der Teilbatterien la, Xb aufgehoben wird. Hierzu sind-wie Fig. 2 zeigt - die Teilbatterien la, !6 mit je einem Abgriff 12 in der Mitte versehen, und der Motor 2 ist mit seinen Ankern 2a. 2b über eine steuerbare Ventilanordnung 13 an die Teilbatterien la. Xb anschaltbar.

Zusätzlich sind die Abgriffe durch Schließen des Schalters 22 miteinander verbindbar, wodurch zwei Teilbatterien zueinander parallel geschaltet sind.

Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist die steuerbare Ventilanordnung 13 nach Art einer Zweigschaltung aufgebaut (Fig. 3), bei der ein Strompfad von den Abgriffen 12 über ein ungesteuertes Ventil 16, die Motoranker 2a, 2b sowie ein steuerbares Ventil 15 zum Minuspol der Teilbatterien la, 16 führt und ein zweiter Strompfad vom Pluspol der Teilbutterien über ein zweites steuerbares Ventil 14. die Motoranker 2a, 2b sowie ein zweites ungesteuertes Ventil 17 zu den Abgriffen 12 geführt ist. Zweckmäßigerweise sind die steuerbaren Ventile 14, 15 Thyristoren, denen eine Löschschaltung mit weiteren Thyristoren 18, 19 einem Kondensator 20 und einem induktivohmschen Widerstand 21 zugeordnet ist.

In der folgenden Erläuterung der Wirkungsweise der Thyristorschaltung ist angenommen, daß die Thyristoren 14, 15, 18, 19 zunächst gesperrt sind und daß der Kondensator 20 ungeladen ist. Wird der Thyristor 18 gezündet, so lädt sich der Kondensator 20 über den Thyristor 18 und den induktiven Widerstand 21 auf die halbe Spannung der Teilbatterien la, Xb auf. Sobald die Kondensatorspannung die halbe Batteriespannung erreicht, sinkt der Ladestrom unter den Haltestrom des Thyristors 18 und dieser sperrt. Wird nun (oder wurde gleichzeitig mit dem Thyristor 18) der Thyristor 15 gezündet, so treibt die Spannung der Teilbatterien über das Ventil 16, die beiden Anker 2a, 2b und den Thyristor 15 einen Strom und der Motor 2 läuft mit einer der Erregung und der angelegten Ankerspannung entsprechenden Drehzahl. Der Kondensator 20 ist — wie dargestellt — geladen. Zündet man nun den Thyristor 19, so wird die Spannung am Thyristor 15 durch die Kondensatorspannung umgepolt (gestrichelte Polarität). Da der Kondensator 20 über den Thyristor 19 an dem Minuspol und den Abgriffen 12 der Teilbatterien liegt, beginnt er sich umzuladen. Die Umsehwingzeit ist gegeben durch die Resonanzfrequenz des aus dem Kondensator und dem induktiv-ohmschen Widerstand 21 gebildeten Reihenschwingkreises. Liegt die Sperrspannung des Kondensators 20 für eine Zeit am Thyristor 15, die größer ist als seine Freiwerdezeit, so sperrt er.

Zugleich mit dem Thyristor 19 kann der Thyristor 14 gezündet werden. Auf diese Weise übernehmen die zwischen dem Pluspol und den Mittelanzapfungen 12 liegenden Teilbatterien die Speisung des Motors. Dabei wiederholt sich eine Löschung des Thyristors 14 in ähnlicher Weise wie dies bereits zum Thyristor 15 beschrieben wurde. Es ist für die Löschung der beiden Thyristoren nur eine gemeinsame Reihenschaltung von einem Kondensator 20 und einem Widerstand 21 erforderlich. Durch abwechselndes Zünden der Thyristoren 18, 15 und 19, 14 werden die Motoranker 2a, 2b wechselweise aus der einen und aus der anderen Hälfte der Teilbatterien la, Xb gespeist. Bei der gezeigten Serienschaltung der Motoranker beträgt die Spannung je Anker ein Achtel und Bordnetz- und Ladespannung weiterhin die Hälfte der Spannung der Batterie 1.

Es ist zweckmäßig, die ungesteuerten Ventile 16, 17 den Motorankern 2a, 2b derart parallel zu schalten, daß in einer Zeit, während der die beiden steuerbaren Ventile gesperrt sind, der Motorstrom über die angesteuerten Ventile 16,17 weiterfließen kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Steuerung der Drehzahl eines batteriegespeisten Gleichstrommotors, insbesondere eines als Nebenschlußmotor ausgebildeten Propellermotors, bei der eine Batterie in zwei Batteriehälften aufgeteilt ist, die in Reihe oder parallel zueinander schaltbar sind, mit einer steuerbaren Ventilanordnung im Ankerstromkreis des Gleichstrommotors zum Erzielen niedrigster Drehzahlen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Batteriehälften zusätzlich in Teilbatterien (Ja, Ib) unterteilt sind, daß Abgriffe (12) an den Teilstellen vorgesehen sind und daß mit der steuerbaren Ventilanordnung (13) abwechselnd jeweils eine Hälfte der Teilbatterien an den Gleichstrommotor (2) geschaltet werden kann.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare Ventilanordnung (13) nach Art einer Zweiwegschaltung ausgebildet ist, bei der ein Strompfad von den Abgriffen (12) über ein ungesteuertes Ventil (16), den bzw. die Motoranker (2a, 2b) sowie ein steuerbares Ventil (15) zum Minuspol der Batterie (1) führt und ein zweiter Strompfad vom Pluspol der Batterie (1) über ein zweites steuerbares Ventil (14), den bzw. die Motoranker (2a, 26) sowie ein zweites ungesteuertes Ventil (17) zu den Abgriffen (12) gebildet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren Ventile (14, 15) Thyristoren sind, denen eine Löschschaltung mit weiteren Thyristoren (18, 19), einem Kondensator (20) und einem indukliv-ohmschen Widerstand (21) zugeordnet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ungesteuerten Ventile (16,17) dem bzw. den Motorankern (2a, 2b) derart parallel geschaltet sind, daß in einer Zeit, während der beide steuerbare Ventile (14, 15) gesperrt sind, der Motorstrom über die ungesteuerten Ventile (16, 17) weiterfließen kann.