DE2205961A1 - Elektrischer Schaltkreis zur Steuerung eines Reluktanzmotors mit veränderlicher Reluktanz sowie Verfahren zum Betreiben desselben - Google Patents

Description

Patentanwälte
Dipl.-Ing. W. Beyer
Dipl.-Wirtsch.-Ing. B. Jochem 2205961

Frankfurt am Main ■ Freiherr-vom-Stein-Str. 18

In Sachen:

Fora-Werke Aktiengesellschaft
Köln / Rhein
Ottoplatz 2

Elektrischer Schaltkreis zur Steuerung eines Reluktanzmotors mit veränderlicher Reluktanz sowie Verfahren zum Betreiben desselben.

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schaltkreis zur Steuerung der Erregung der ihre Induktanz im Betrieb ändernden Wicklung eines Reluktanzmotors mit veränderlicher Reluktanz sowie ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Schaltkreises.

Unter "Reluktanzmotor mit veränderbarer Reluktanz" wird nachstehend sowohl eine Kraftmaschine wie eine Betätigungsvorrichtung wie ein elektromechanischer Energieumwandler verstanden, der einen magnetischen Kreis in Verbindung mit einer oder mehreren Erregerwicklungen sowie einen ferromagnetischen Anker oder Läufer aufweist und ein mechanisches Drehmoment oder eine mechanische Kraft erzeugt, die im wesentlichen proportional dem Quadrat der Amperewindungszahlen und der Zeitdauer der Änderung der magnetischen Leitfähigkeit (Kehrwert der Reluktanz) als Funktion der Bewegung des Ankers oder Läufers ist. Charakteristisches Merkmal dieser Motoren ist ein Ständer mit einer

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einzigen Motorwicklung für jede Phase und ein ferromagnetisches Material enthaltender Läufer. Die Bewegung des Läufers gegenüber dem Ständer ruft eine Änderung der Reluktanz und damit der Leitfähigkeit des magnetischen Kreises der Motorwicklung hervor. Außerdem bewirkt die Bewegung des Läufers gegenüber dem Ständer ntürlich auch eine Änderung der Selbstinduktivität der Motorwicklung, die direkt proportional der Leitfähigkeit des magnetischen Kreises ist.

Das von einem derartigen Reluktanzmotor mit veränderlicher Reluktanz erzeugte Drehmoment bzw. die von einem solchen Motor erzeugte Kraft ist proportional dem Produkt aus dem Quadrat der Amperewindungen und der Änderungssteilheit der magnetischen Leitfähigkeit als Funktion der Rotordrehung. Hieraus folgt, daß ein Motordrehmoment bzw. eine Motorkraft, die positiv in bezug auf eine beliebige Bezugsgröße ist,nur entwickelt wird, wenn die Amperewindungen während eines Intervalls aufrechterhalten werden, in welchem die magnetische Leitfähigkeit bei der Rotorbeweguiig zunimmt. Umge- ■ kenrt wird ein negatives Motordrehmoment bzw. eine negative Motorkraft entwickelt, wenn die Amperewindungen während eines Intervalls aufrechterhalten werden, in welchen die magnetische Leitfähigkeit mit der Rotordrehung abnimmt. Somit ist es zur Sicherstellung einer fortgesetzten Rotation einer mit variabler Reluktanz arbeitenden Maschine notwendig, die Amperewindungen der Motorwicklung während Intervallen zunehmender magnetischer Leitfähigkeit aufzuerlegen und derartige Amperewindungen während Intervallen abnehmender magnetischer Leitfähigkeit zu verkleinern oder völlig zu eliminieren. Die Auferledung von Amperewindungen während Intervallen abnehmender magnetischer Leitfähigkeit führt zu einer Bremswirkung.

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Aus den vorstehenden Erläuterungen geht hervor, daß die Wicklung eines derartigen Reluktanzmotors von einer zeitlich sich ändernden Stromquelle erregt werden muß. Weiterhin müssen die zeitlichen Änderungen der Stromquelle mit der mechanischen Drehung des Motorläufers derart synchronisiert sein, daß der Strom in der Wicklung nur während Intervallen fließt, in denen die magnetische Leitfähigkeit mit der Läuferdrehung zunimmt, und daß ein solcher Stromfluß während Intervallen, in denen die magnetische · Leitfähigkeit mit der Läuferdrehung abnimmt, unterbrochen wird. Wenn eine sich zeitlich nicht ändernde elektrische Energiequelle verwendet wird, wie. eine Gleichstromquelle, ist eine Steuervorrichtung erforderlich, um die synchronisierten Pulsationen der Amperewindungen zu erzeugen. Demnach erfordert der Betrieb eines Reluktanzmotors mit veränderlicher Reluktanz die Verwendung einer Steuervorrichtung, die in der Lage ist, die Motorwicklung mit einem Stromfluß zu versorgen, der in entsprechenden Läuferstellungen periodisch unterbrochen wird. Da das entwickelte Drehmoment proportional dem Quadrat der Amperewindungen ist, kann die Steuervorrichtung im Prinzip Gleichstrom, Wechselstrom oder eine Kombination von beidem liefern.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine derartige Steuervorrichtung ohne die Verwendung von Bürsten in Form eines elektrischen Schaltkreises der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welchen in Verbindung mit einer die erforderlichen Steuerimpulse liefernden logischen Schaltung dem Wicklungsstrom die gewünschte Wellenform gegeben werden kann und auch eine Drehzahlsteuerung möglich ist und bei welchem auch die Möglichkeit einer Veränderung der Größe der Stromimpulse über einen weiten Bereich ungeachtet der gleichbleibenden Spannung der elektrischen Energiequelle ist. Dabei wird vorausgesetzt, daß dem Motorläufer ein Stellungsfühler zugeordnet ist, durch welchen die logische Schaltung mit dem Motorläufer synchronisiert wird.

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Erfindungsgemäß wird die vorstehend angegebene Aufgabe gelöst durch eine elektrische Brückenschaltung mit vier ' Zweigen, die je eine Halbleiter-Schalteinrichtung enthalten, sowie eine elektrische Energiequelle und einen Kondensator, wobei die Motorwicklung zwischen einem ersten Paar gegenüberliegender Eckpunkte und der Kondensator zwischen dem anderen Paar gegenüberliegender Eckpunkte angeschlossen sind und die elektrische Energiequelle in Reihe mit einer fünften Halbleiter-Schalteinrichtung derart an zwei Eckpunkte angeschlossen ist, daß durch Ansteuerung wenigstens dieser Halbleiter-Schalteinrichtung der Kondensator von der elektrischen Energiequelle aufladbar ist.

Nach einem ersten Merkmal zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die elektrische Energiequelle und die damit in Reihe liegende fünfte Halbleiter-Schalteinrichtung an zwei benachbarte Eckpunkte der Brückenschaltung angeschlossen. Durch eine solche Ausbildung wird erreicht, daß die Aufladung des Kondensators von der elektrischen Energiequelle stets über die Motorwicklung erfolgt. Dabei läßt die fünfte Halbleiter-Schalteinrichtung jedoch keinen Rückfluß von Energie aus der Motorwicklung in die elektrische Energiequelle zu, wie dies bei der sog. Nutzbremsung eines Fahrzeugs erforderlich ist. Um auch eine solche Nutzbremsung zu ermöglichen, ist in weiterer Ausbildung des vorerivähnten Ausgestaltungsmerkmals der Erfindung d:e eine Klemme der elektrischen Energiequelle unmittelbar an einem Eckpunkt der Brückenschaltung angeschlossen, der gleichzeitig unmittelbar mit einem Belag des Kondensators verbunden ist und von der anderen Klemme der elektrischen Energiequelle zweigt parallel zu dem die fünfte Halbleiter-Schalteinrichtung enthaltenden und zu dem einen Ende der Motorwicklung führenden Strompfad ein eine sechste Halbleiter-Schalteinrichtung enthaltender und zu dem anderen Ende der Motorwicklung führender Strompfad ab, wobei die sechste Halbleiter-Schalteinrichtung in bezug auf die

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elektrische Energiequelle umgekehrt gepolt ist.

Nach einem anderen Merkmal zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die elektrische Energiequelle und die damit in Reihe geschaltete fünfte Halbleiter-Schalteinrichtung an die gleichen Eckpunkte der Brückcnschaltung wie der Kondensator angeschlossen und die elektrische Energiequelle ist mit einer Induktivität in Reihe geschaltet. Als Induktivität kann dabei die innere Induktivität der elektrischen Energiequelle benutzt werden, sofern diese eine ausreichende Größe zur Bildung eines LC-Kreises in Verbindung mit dem Kondensator hat. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung wird der Kondensator von der elektrischen Energiequelle aufgeladen, ohne daß ein Strom über die Motorwicklung fließt, während die Entladung des Kondensators dann über die Brückenschaltung und die darin enthaltene Motorwicklung erfolgt. Um gegebenenfalls· auch hierbei Nutzbremsung unter Rücklieferung von Energie in die Batterie vornehmen zu können., · kann in weiterer Ausbildung des vorerwähnten Ausgestaltungsmerkmals der fünften Halbleiter-Schalteinrichtung eine sechste Halbleiter-Schalteinrichtung mit umgekehrter PoIarätät parallelgeschaltet sein.

Die Halbleiter-Schalteinrichtungen sind zweckmäßig von steuerbaren Siliziumgleichrichtern gebildet. Ebenso sind aber auch anderen Arten von Thyristoren oder dreipoligen Halbleiter-Ventilen wie Leistungstransistoren, Triacs u.dgl. verwendbar. Die Ansteuerklemmen oder Basen dieser Schalteinrichtungen werden von einem geeigneten logischen Schaltkreis gesteuert.

Ein bevorzugtes Verfahren zum Betreiben eines Schaltkreises nach der ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß zunächst der Kondensator durch Ansteuern der fünften Halbleiter-Schalteinrichtung sowie einer weiteren Halbleiter-Schalteinrichtung von der elektrischen Energiequelle über die Motorwicklung aufge~

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laden wird, bis die beiden Haibleiter-Schalteinrichtungen von selbst sperren, woraufhin der Kondensator durch Ansteuern zweier weiterer Halbleiter-Schalteinrichtungen über die Motorwicklung umgeladen wird, bis auch diese Halbleiter-Schalteinrichtungen von selbst sperren. Zweckmäßig werden die beiden dortigen Verfahrensschritte so oft wiederholt bis der Kondensator eine-vorbestimmte Maximalspannung erreicht, woraufhin der Kondensator entladen wird, bis er eine vorbestimmte Mindestspannung erreicht hat. Vorzugsweise erfolgt die Entladung durch ^Ansteuern zweier in den Zweigen der Brückenschaltung enthaltener Halbleiter-Schalteinrichtungen.

Ein anderes bevorzugtes Verfahren zum Betreiben eines Schaltkreises nach der zweiten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß zunächst der Kondensator durch Ansteuern der fünften Halbleiter-Schalteinrichtung von der elektrischen Energiequelle über die damit in Beihe liegende Induktivität aufgeladen wird, bis die fünfte Halbleiter-Schalteinrichtung von selbst sperrt, daß daraufhin der Kondensator durch Ansteuern zweier innerhalb der Brückenschaltung angeordneter Halbleiter-Schalteinrichtungen über die Motorwicklung umgeladen wird, bis auch diese Halbleiter-Schalteinrichtungen von selbst sperren, und daß schließlich der Kondensator durch Ansteuern der beiden restlichen Halbleiter-Schalteinrichtungen nochmals über die Motorwicklung umgeladen wird. Zweckmäßig wird bei der ersten Umladung des Kondensators zusätzlich die sechste Halbleiter-Schalteinrichtung angesteuert.

Der Steuerschaltkreis gemäß der Erfindung sorgt für eine ■vollständige Einbeziehung aller Umschaltmittel in den Motorstromkreis, wobei das Wort "Umschaltung" sich bezieht auf den Vorgang der Umschaltung einer Festkörperschalteinrichtung von deren leitenden Zustand in den nichtleitenden Zustand. Ein besonderer Ums;,haltkreis ist nicht erforderlich,'und der Lade- bzw. Eniladestrom für den Kondensator

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der Schaltung fließt auch über die Motorwicklung. Der erfindungsgemäße Schaltkreis erlaubt auch eine Drehmoment- und Drehzahlsteuerung des mit veränderlicher Reluktanz arbeitenden Reluktanzmotors über den gesamten Bereich von einer festen Spannungsquelle mit einer Kleinstzahl von Festkörperschalteinrichtungen. Weiterhin besteht die Möglichkeit einer einfachen digitalen Steuerung für den Effektivwert des Wicklungsstromes. Ein anderer Vorteil des erfindungsgemäßen Schaltkreises besteht darin, daß die erzeugte Sinusimpuls-Wellenform die elektromagnetischen Geräusche und die mechanische Vibration des Reluktanzmotors, wie sie für gewöhnlich von Festkörperschaltkreisen im Vergleich zu anderen Arten von Gleichstrom-Steuervorrichtungen erzeugt werden, beträchtlich vermindert.

Der erfindungsgemäße Schaltkreis wird vorzugsweise in Verbindung mit einem Reluktanzmotor der Scheibenbauart verwendet. Eine stoßfreie Drehmomenterzeugung wird durch Verwendung mehrerer Phasen, vorzugsweise drei oder mehr erhalten. Jede Phase erfordert einen Schaltkreis. Auch enthält jede Phase eine toroidförmige Wicklung, die eine Ständerscheibe mit Sektoren- förmigen Sektoren aus lamelliertem Stahl umschließt, welche zwischen Sektoren minimaler magnetischer Leitfähigkeit angeordnet sind, die für gewöhnlich aus Aluminium oder durch Einlagen verstärkten Polymeren hergestellt sind. Je eine Läuferscheibe ähnlicher Konstruktion befindet sich an jeder Seite der Ständerscheibe. Die Peripherie einer jeden Läuferscheibe wird von einer dünnen Schicht eines mechanisch hochfesten Materials mit niedriger magnetischer Leitfähigkeit wie Glasfaser umschlossen, um die maximal mögliche Lauferdrehzahl zu steigern.

Zusätzlich zu dem Steuerkreis der Erfindung erfordert der Betrieb des Reluktanzmotors die Verwendung einer logischen Schaltung. Die logische Schaltung vollbringt die Funktion

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des Ansteuerns der verschiedenen Festkörperschalteinrichtungen innerhalb des erfindungsgemäßen Steuerschaltkreises. Die spezifische Ausgestaltung der logischen Schaltung hängt von dem gewünschten Arbeitsablauf im Schaltkreis in Hinblick auf die Anforderungen an den Reluktanzmotor ab und bildet deshalb keinen Teil der Erfindung. Darüber hinaus liegt die Ausbildung einer logischen Schaltung zur Schaffung einer bestimmten Abfolge von Ansteuerimpulsen od.dgl., die zur Betätigung des erfindungsgemäßen Schaltkreises genügen, im handwerklichen Können eines Durchschnittsfachmanns .

Im Zusammenwirken mit der logischen Schaltung kann mit der Motorwelle ein Stellungsfühler verbunden sein, der dazu benutzt werden kann, den Beginn und die Beendigung eines jeden Intervalls zunehmender magnetischer Leitfähigkeit anzuzeigen. Ein solcher Stellungsfühler kann beispielsweise aus einer an die Motorwelle angekoppelten drehbaren Scheibe mit die Läuferstellung anzeigenden Löchern darin bestehen, die nacheinander in Deckung mit Fühleinrichtungen wie lichtempfindlichen silikongesteuerten Gleichrichtern gelangen, so daß eine derartige Deckung anzeigende Spannungsimpulse erzeugt werden. Ein derartiger Spannungsimpuls vom Stellungsfühler wird dann der logischen Schaltung eingegeben und veranlaßt diese, die Abfolge von Impulsen zu erzeugen, welche die Festkörperschalteinrichtungon dee erfindungsgemäßen Schaltkreises ansteuern und dadurch die Zufuhr von elektrischer Gleichstromenergie zur Motorwicklung bewirken. Ebenso wie die logische Schaltung gehört der Stellungsfühler nicht zur vorliegenden Erfindung.

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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen:

!Fig. 1 in perspektivischer Darstellung, teilweise im Schnitt, den Aufbau eines reluktanzveränderbaren 3-phasigen Scheiben-Reluktanzmotors, der sich besonders vorteilhaft für die Verwendung in einem Steuerkreis nach der Erfindung eignet,

Pig. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der zeitlichen Änderung der Wicklungsinduktivität bei der Drehung des Motors nach Fig. 1,

Fig. 3 das Wirkschaltbild einer ersten Ausführungsform für einen Steuerkreis nach der Erfindung,

Fig. 4- das Wirkschaltbild einer anderen Ausführungsform,

Fig. 5 das Wirkschaltbild einer dritten Ausführungsform und

Fig. 6 bis 10 Diagramme mit dem zeitlichen Verlauf der Spannungen und Ströme bei verschiedenen möglichen Betriebsarten des Steuerkreises.

Gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Motoraufbau ist eine Motorwelle 10 in zwei Lagerschilden 12 und 14 drehbar gelagert. Mehrere L-förmige Glieder 16 sitzen mit ihren längeren Schenkeln in flachen Nuten an der Innenseite des Lagerschilden 12. Die kürzeren Schenkel der Glieder 16 orabreckon sich axial nach innen und reichen mit ihren Außenseiten

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etwa bis zum äußeren Umfang des Lagerschildes 12. Die Glieder 16 bestehen aus lamelliertem Stahl mit parallel zur Wellenachse verlaufenden Blechlamellen und weisen an den Stirnflächen der kürzeren Schenkel kleine radial gerichtete Zungen 18 auf.

Eine erste schraubenförmig um die Motorachse gewundene toroidförmige Ringwicklung 20 liegt mit der einen Hälfte ihrer Breite unter den kürzeren Schenkels der L-förmigen Glieder und wird auf der anderen Hälfte ihrer Breite durch eine Anzahl T-förmiger Glieder 22 in Stellung gehalten. Die Glieder 22 enthalten Nuten zur Aufnahme der Zungen 18. Ähnliche T-förmige Glieder 24 halten die Wicklung 26 für die zweite Phase des Motors gegenüber den Gliedern 22 in Stellung, und ein weiterer Satz L-förmiger Glieder 28 \iiirken mit den T-förmigen Gliedern 24 zusammen, um die Wicklung 30 der dritten Phase des Motors in Stellung zu halten. Die Glieder 22, 24 und 28 bestehen ebenfalls aus lamelliertem Stahl.

Ringglieder 32, 34 und 36 aus Glasfasermaterial liegen gegen die radial inneren Flächen der Wicklungen 20 bzw. 26 bzw. 30 an und sind mit der äußeren Umfangsflache je einer Ständerscheibe 38 bzw. 40 bzw. 42 fest verbunden. Eine jede solche Ständerscheibe besteht aus einer Vielzahl tortenstückförmiger lameliierter Stahlblechsektoren 43, die durch ein Material mit niedriger megnetischer Leitfähigkeit wie Aluminium oder verstärktem Phenolharz voneinander getrennt sind. Die Anzahl der Sektoren 43 in jeder Standerscheibe entspricht der Anzahl der L-förmigen Glieder 16, und die Sektoren in jeder Ständerscheibe fluchten mit diesen Gliedern.

Auf der Welle 10 ist beiderseits der Ständerscheibe 38 je eine Läuferscheibe 50 bzw. 52 zur Vervollständigung des magnetischen Kreises der ersten Phase des Motors befestigt. In ähnlicher Weise befinden sich beiderseits der Ständer-

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scheibe 40 Lauf ersehe ib en 54- und 56 'und beiderseits der Ständerscheibe 42 Läuferscheiben 58 und 60, um die entsprechenden magnetischen Kreise der zweiten und dritten Phase des Motors zu vervollständigen. Jede Läuferscheibe besteht ebenfalls aus tortenstückförmigen Sektoren 61 aus lameliiertem Stahl, die zwischen Sektoren und einem Material mit geringer magnetischer Leitfähigkeit eingeschlossen sind. In dem dargestellten 3-Phasen-Motor haben die lameliierten Sektoren sowohl der Ständerscheiben als auch der Lauferscheiben eine Umfangserstreckung, die angenähert der Breite der L-förmigen Glieder 16 entspricht, und sind beiderseits von dem Material mit geringerer magnetischer Leitfähigkeit in doppelter Umfangserstreckung eingeschlossen.

In die äußere Umfangsflache einer jeden Läuferscheibe 50, 52, 54, 56, 58, 60 ist eine schmale Nut eingearbeitet und mit einer bruchfesten Schicht 62 aus Glasfasermaterial ausgefüllt. Die lamellierten Segmente 61 der Läuferscheiben jeder Phase fluchten miteinander. Darüber hinaus sind die lamellierten Sektoren 61 der Läuferscheiben 54-, 56 in der zweiten Phase in Umfangsrichtung um die Umfangserstreckung eines Sektors 61 der Lauferscheiben 50, 52 der ersten Phase versetzt, und die lamellierten Sektoren der Lauferseheiben 58, 60 in der dritten Phase sind abermals in der gleichen Richtung um die Umfangserstreckung eines lamellierten Sektors 61 der Scheiben 54-, 56 in der zweiten Phase versetzt. Wenn daher die Sektoren 61 der Läuferscheiben 50 und 52 mit den Sektoren 43 der Ständerscheibe 38 fluchton, liegen die Sektoren 61 der Rotorscheiben 54- und 56 in einer Linie zu imaginären Sektoren der Ständerscheibe 40 neben den lamellierten Sektoren, und die Sektoren 61 der Rotorscheiben 58 und 60 liegen in einer Linie zu imaginären Sektoren der Ständerscheibe 42, die sich an der gegenüberliegenden Seite der dortigen lamellierten Sektoren 61 anschließen. Nicht dargestellte Zuganker erstrecken sich durch Bohrungen 64 in

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den Lagerschilden 12 und 14 und halten die einzelnen Teile des Motors zusammen.

Der Verlauf der magnetischen Flüsse ist in Fig. 1 durch gestrichelte Linien /Ό, 72 und 74 angedeutet. Ein Zeitabschnitt zunehmender magnetischer Leitfähigkeit für diese Flüsse beginnt angenähert in dem Zeitpunkt, in welchem die Vorderkanten der lamellierten Rotorsektoren 61 beginnen, sich mit den Ständersektoren 43 des Motors axial zu überdecken. In Fig. 1, in welcher eine Drehung der Welle 10 im Uhrzeigersinn angenommen ist, befinden sich die Rotorsektoren 61 der dritten Phase in einer Stellung, in welcher die magnetische Leitfähigkeit gerade als Folge der einsetzenden Überdeckung der Rotorsektoren 61 mit den lamellierten Ständersektoren 43 anzusteigen beginnt. Die magnetische Leitfähigkeit setzt diesen Anstieg fort, bis sich die lamellierten Sektoren 61 des Rotors in voller Uberdeckung mit den lamellierten Sektoren 43 des Ständers befinden, woraufhin die Leitfähigkeit beginnt wieder abzunehmen.Um ein positives Motordrehmoment zu erzeugen, muß der erfindungsgemäße Steuerkreis demnach der jeweiligen Phase Wicklungsstrom während der Zeitspanne, zunehmender magnetischer Leitfähigkeit liefern, und dieser Wicklungsstrom muß, wenn eine Motorbremsung verhindert werden soll, wieder unterbrochen werden, bevor die magnetische Leitfähigkeit abzunehmen beginnt, wenn die lamellierten Sektoren des Läufers und des Ständers beginnen, sich aus dieser Überdeckungsstellung wieder herauszubewegen. Wie oben bereits festgestellt wurde, erzeugt ein Wicklungsstrom während der Zeitspanne abnehmender magnetischer Leitfähigkeit ein negatives Drehmoment und eine Bremswirkung, die unerwünscht ist, es sei denn, eine Verminderung der Motordrehzahl und/oder eine Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie (Nutzbremsung) wird als vorteilhaft in Erwägung gezogen.

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Aus Fig. 2, in welcher die Änderung der Motorwicklungsinduktanz L über der Zeit aufgetragen ist, ist der periodische Verlauf gezeigt, in welcher die Wicklungsinduktanz als Folge der sich ähnlich ändernden magnetischen Leitfähigkeit variiert. In der Zeitspanne zwischen t^ bis to bleiben die magnetische Leitfähigkeit und demzufolge auch die Wicklungsinduktanz im wesentlichen konstant, bis die Vorderkante der lameliierten Sektoren 61 der Rotorscheiben die rückwärtigen Kanten der lamellierten Sektoren 4-3 der zugehörigen Ständerscheibe erreichen. In diesem Punkt beginnen die magnetische Leitfähigkeit und die V/icklungsinduktanz anzusteigen. Dies geschieht während der Zeitspanne von to bis t^. Im Zeitpunkt t₇ beginnen sich die lamellierten Sektoren 61, 43 des Läufers und des Ständers außer Überdeckung zu drehen, und die magnetische Leitfähigkeit und die Wicklungsinduktanz nehmen wieder ab. Dies dauert bis zur Zeit t^, und dann greift wieder eine Zeitspanne von im wesentlichen konstanter Induktanz Platz, nach welcher sich die Zeitspannen zunehmender und wieder abnehmender Induktanz zyklisch wiederholen. Die Zeitspanne, in welcher die magnetische Leitfähigkeit ansteigt und während welcher ein positives Drehmoment erzeugt werden kann, wenn die Motorwicklung mit Strom versorgt wird, ist mit T bezeichnet. Wenn während des Zeitintervalls t, bis t^ Strom durch die Motorwicklung fließt, wird negatives Drehmoment erzeugt. Die mit T bezeichnete Zeitspanne ist die mechanische Periode der Maschine. Die relative Größe dieser Perioden und der maximalen und der minimalen Induktanz der Motorwicklung sind durch die Konstruktion des Motors bestimmt und werden vom Konstrukteur in Hinblick auf die Erfüllung spezieller Betriebsanforderungen festgelegt.

Die Zeitdauer der mechanischen Periode D? und des Zeitintervalls zunehmender magnetischer Leitfähigkeit und Induktanz T hängt von der Motordrehzahl ab. Bei konstanter

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Motordrehzahl sind diese Zeitintervalle konstant, nehmen jedoch, wenn die Motordrehzahl sinkt, notwendigerweise ab. Es dürfte verständlich sein, daß bei zunehmender Motordrehzahl die Zeitdauer zunehmender magnetischer Leitfähigkeit und damit die Möglichkeit, positives Drehmoment zu erzeugen, abnimmt und daß als Folge hiervon weniger Zeit verfügbar ict, in welcher die verschiedenen SchaItfunktionen zur Erzeugung des Wicklungsstromes durch Anwendung dieser Schaltfunktionen auf elektrische Gleichstromenergie vollbracht werden können. Es ist deshalb in vielen Anwendungsfällen erforderlich, eine bestimmte Betriebsart für den Steuerkreis bei niedriger Drehzahl, eine andere Betriebsart bei höherer Drehzahl und noch eine weitere Betriebsart bei noch höherer Drehzahl zu benutzen.

Bei der in Fig. 3 dargestellten ersten Ausführungsform der Erfindung sind die Zweige einer Brückenschaltung mit 80, 82, 84 und 86 bezeichnet. In einem jeden dieser Zweige befindet sich ein steuerbarer Siliziumgleichrichter 88, 90, 92 bzw. 94. Die Kathode des Siliziumgleichrichters 88 ist mit der Anode des Gleichrichters 90 im Punkt 96 verbunden, und die Kathode des Gleichrichters 94 ist mit der Anode des Gleichrichters 92 im Punkt 98 verbunden, wobei die Punkte 96 und 98 ein erstes Paar entgegengesetzt liegender Ecken der Brückenschaltung bilden. Die Anode des Gleichrichters 88 ist mit der Anode des Gleichrichters 94 im Punkt 100 verbunden, und die Kathode des Gleichrichters 90 ist mit der Kathode des Gleichrichters 92 im Punkt 102 verbunden, wobei die Punkte 100 und 102 die anderen beiden gegenüberliegenden Ecken der Brücke bilden.

Ein Kondensator 104 ist an das erste Paar der gegenüberliegenden Eckpunkte 96, 98 derart angeschlossen, daß sein einer Belag 106 mit dem Eckpunkt 96 und sein anderer Belag

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108 mit dem Eckpunkt 98 verbunden r.ind. Die Motorwicklunp; 110 int nn die; nndoron zwo] o.n\,w.\?v,r\w.\o{.v,\,un Kckpunkl.o und 10Γ) iin^otiohlo.'iisoii. Die MoLorwlckluiii-·; 110 .iül. dabei /.orient in einen veräiidei'baren inneren ohmachon Widerstand und eine veränderbare Induktivität dargestellt. Der innere ohmsche Widerstand verändert sich als Folge des Motorbetriebes über einen weiten Bereich der Drehzahl- und DrehmomentVerhältnisse. Die Wicklungsinduktivität ihrerseits verändert sich in der oben in Verbindung mit dem Diagramm nach Pig. erläuterten Weise.

Eine elektrische Gleichstrom-Energiequelle in Form einer Batterie 112 ist mit ihrer negativen Klemme an den Eckpunkt 100 der Brückenschaltung angeschlossen. Die Induktivität 114 stellt den inneren induktiven Widerstand der Batterie 112 dar und ist in der Schaltung besonders eingezeichnet, um die Notwendigkeit ihrer Einbeziehung in die Ausbildung und Wirkungsweise des gesamten Schaltkreises hervorzuheben.. Die positive Klemme der Batterie 112 ist mit der Anode des Siliziumgleichrichters 116 verbunden, dessen Kathode an den Eckpunkt 198 der Brückenschaltung angeschlossen ist.

Mit bezug nun auf Fig. 4- ist ersichtlich, daß die Verbindungen der Brückenzweige und der Motorwicklung identisch mit denen in Fig. 3 sind. Beim Schaltkreis nach Fig. 4 ist jedoch die positive Klemme der Batterie 112 an den Eckpunkt 98 angeschlossen. Die negative Klemme der Batterie ist bei 119 mit der Kathode des Siliziumgleichrichters 118 verbunden, dessen Anode an den Eckpunkt 100 angeschlossen ist. Die negative Klemme der Batterie 112 ist weiterhin bei119 verbunden mit der Anode eines steuerbaren Siliziumgleichrichters 120, dessen Kathode an den Eckpunkt 102 angeschlossen ist. Weiterhin ist im Schaltkreis nach Fig. 4 der Belag 108 des Kondensators 104 bei 119mit der negativen

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Klemme der Batterie 112 anstelle dem Eckpunkt 98 wie in Fig. 3 verbunden.

Mit bezug auf den Schaltkreis nach Fig. 5 ist ersichtlich, daß dort die Zweige der Brückenschaltung, die Motorwicklung 110 und der Kondensator 104 in gleicher Weise wie im Schaltbild nach Fig. 3 angeschlossen sind. Fig. 5 unterscheidet sich demgegenüber dadurch von Fig. 3» daß die negative Klemme der Batterie 112 mit dem Eckpunkt 98 verbunden ist, während ihre positive Klemme an die Anode des Siliziumgleichrichters 122 und die Kathode eines weiteren steuerbaren Siliziumgleichrichters 124 angeschlossen ist. Die Gleichrichter 122 und 124 sind umgekehrt parallel zueinander geschaltet und liegen in Serie mit der Batterie 112 über die Verbindung der Kathode des Gleichrichters 122 mit der Anode des Gleichrichters 124 und dem Eckpunkt 96.

Der Schaltkreis nach Fig. 1 ist nur einseitig wirksam in dem Sinne, daß es zwar möglich ist, elektrische Energie von der Energiequelle zur Motorwicklung zuzuführen, jedoch ist es unmöglich, Energie von der Motorwicklung zur Energiequelle zurückzuübertragen. Die Schaltkreise nach den Fig. 4 und 5 sind demgegenüber doppelt wirkend, weil sie einen Energieaustausch zwischen der Energiequelle und der Last in beiden Eichtungen gestatten.

Wirkungsweise

Die Hauptaufgabe des Schaltkreises besteht in der periodischen Zufuhr elektrische Energie zur Motorwicklung dergestalt, daß in dieser ein Stromfluß auftritt und ein positives Drehmoment als Folge davon erzeugt wird. Die (nicht dargestellte) Logikschaltung bestimmt die Art und Weise, in welcher die verschiedenen Halbleiter-Schalteinrich-

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tungen (steuerbare Siliziumgleichrichter) des Schaltkreises angesteuert werden, um den Wicklungsstrom während geeigneter Zeitintervalle fließen, zu lassen. Es sind verschiedene Betriebsarten möglich, die von der Reihenfolge und dem Abstand der Ansteuerimpulse seitens des Logikkreises für die Schaltkreise nach den Fig. 3> 4· und 5 bestimmt werden. Darüber hinaus können die verschiedenen Betriebsarten auch zu verschiedenen Zeiten bei ein und demselben Schaltkreis angewandt werden, wobei die zu einer bestimmten Zeit jeweils angewandte Betriebsart sich nach den zu dieser Zeit vorhandenen Drehzahl- und Drehmomenterfordern!ssen des Reluktanzmotors richtet. Der Logikkreis für einen bestimmten Anwendungsfall muß deshalb derart ausgebildet sein, daß er die entsprechende Reihenfolge und den entsprechen-' den Abstand von Ansteuerimpulsen zu liefern vermag, um den Schaltkreis in der gewünschten Betriebsart zu betreiben.

Wenn dem Schaltkreis auf diese Weise die entsprechenden Ansteuerimpulse zugeführt werden, liefert er elektrische Energie zu dem in seiner Reluktanz veränderlichen Reluktanzmotor mit einer Impulsfrequenz, die den vorerwähnten Synchronbedingungen entspricht, und er verändert die Größe dieser Energie in Übereinstimmung mit den Drehmomenterfordernissen der Last. Grundsätzlich kann das Motordreh-, moment dabei sowohl positiv wie negativ sein, um den jeweiligen Antriebs- oder Bremsbedingungen zu genügen. Einer · der Vorzüge von Reluktanzmotoren mit veränderbarer. Reluktanz besteht darin, daß das erzeugte mechanische Drehmoment direkt proportional zum Quadrat des Effektivwertes des Wicklungsstromes ist, d.h. der gesamte Stromfluß trägt ungeachtet der Wellenform in der Erregungswicklung während der Intervalle zunehmender und abnehmender Induktivität zur Entstehung eines positiven bzw. negativen Drehmomentes bei. Eine Steuerung des Motordrehmoments bei einem Reluktanzmotor wird deshalb durch Steuerung der Größe des

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effektiven Wicklungsstromes erhalten. Die Impulsfrequenz dieses Stromes bestimmt die Motordrehzahl.

Spannungssteuerung: Bei dieser Betriebsart wird die Größe des Stromimpulses durch Steuerung der Größe der im Kondensator 104 am Ende eines Jeden Stromimpulses gespeicherten Spannung gesteuert. Diese Steuerungsart kann zusammen mit den meisten anderen Steuerungsarten, wie sie hiernach noch beschrieben werden, zur Anwendung kommen und als Spannungsregelung des Steuersystems betrachtet werden. Sie ist nützlich als Mittel zur Steuerung des effektiven Motorstroms und dadurch des Motordrehmomentes sowie auch als Mittel zum Schutz der Systemkomponenten vor Überspannungen. Sie · dient ferner dazu, die Anzahl der Stromimpulse zur Energiequelle und aus dieser heraus zu vermindern und damit deren Wirkungsgrad zu verbessern.

Die Spannungssteuerung soll nun an Hand der Schaltung nach Fig. 3 in Verbindung mit den Wellenformen nach Fig. 6 für Ij₁ (Strom durch die induktivitätsbehaftete Motorwicklung 110), Xq (Strom im Kondensator 104), v_Q (Spannung am Kondensator 104), ig (Strom in der Batterie 112 und deren innerer Induktivität) und der Wellenform für die Ansteueroder Auslöseimpulse für die steuerbaren Siliziumgleichrichter zur Betätigung des Schaltkreises nach Fig. 4 näher erläutert werden. In Fig. 6 stellen T eine Polteilung oder eine wiederholbare Periode der sich ändernden Induktivität dar, T das ausnutzbare Intervall der Polteilung (in welchem die Wicklungsinduktivität zunimmt) und T die elektrische Periode, d.h. das Zeitintervall, während welchem in der Motorwicklung Strom fließt und deren Dauer allein bestimmt ist durch die Stromkreisparameter in Verbindung mit der nachstehenden Gleichung:

)J

+ 2.47 XG

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worin X-^X (S_08x- L_ffiin#) und darin wiederum und i>_mi_n cLie maximale bzw. minimale Motorwicklungsinduk- · tivität darstellen; "p" ist die Anzahl der sich wiederholenden Induktivitätsschwankungen je Umdrehung des Motorläufers; "n" ist der Augenblickswert der Läuferdrehzahl, gemessen in Umdrehungen pro Zeiteinheit; "a" ist die Polteilung des Motors; und "C" ist die Kapazität des Kondensators 104. In der Gleichung verdient Beachtung, daß bei einer gegebenen Motorgeschwindigkeit keine Steuerung über die elektrische Periode T erfolgt; T ist bestimmt durch die Daten des Kondensators 104- und die minimale und maximale Induktivität der Motorwicklung 110,

Der Funktionsab_vlauf bei der Spannungssteuerung beginnt damit, daß der Kondensator 104 ungeladen ist. Im Zeitpunkt ■ t = Null werden die Siliziumgleichrichter 116 und 90 mit Impulsen angesteuert und werden leitend, und es werden Stromimpulse in der Batterie 112, der Motorwicklung 110 und dem Kondensator 104 ausgelöst, wodurch der Kondensator auf die Spannung V_c/, aufgeladen wird. Die entstehenden Stromwellenformen sind in Fig. 6 dargestellt. Der vorerwähnte Kreis ist ein untergedämpfter LC-Kreis, und die Spannung Vq^. wird deshalb gleich einem Wert sein, der etwas unter dem Doppelten der Batteriespannung liegt, wobei der genaue Wert von der Größe der Dämpfung abhängt. Die Tat-· sache, daß der Kondensator 104 auf einen Wert aufgeladen wird, der über der Batteriespannung liegt, wobei der untere Belag 108 des Kondensators positiv ist, veranlaßt die Gleichrichter 116 und 90, umgekehrt vorgespannt und dadurch nichtleitend oder kommutiert zu werden.

Der Kreis kann in nachstehender Weise erneut wieder eingeschaltet werden, sobald für die Siliziumgleichrichter eine genügende Zeitspanne vergangen ist, um sicherzustellen, daß diese ihren nichtleitenden Zustand erreicht haben. Es sei

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jedoch bei dieser Beschreibung angenommen, daß der nächste Stromimpuls nicht früher auftritt, als zu Beginn der nächsten mechanischen Periode zunehmender magnetischer Leitfähigkeit.

Im Zeitpunkt t = T werden nun die Siliziumgleichrichter 92 und 88 durch entsprechende Ansteuerimpulse leitend gemacht. Dies führt zu einer Umpolung der Spannung am Kondensator dergestalt, daß der Belag 106 positiv wird und eine Spannung Vßp am Kondensator auftritt, die etwas kleiner als Vq₁^ ist, was wiederum von der relativen Dämpfung des LC-Kreises abhängt. Der Strom in der Motorwicklung 110 fließt in derselben Richtung wie wahrend des vorstehend beschriebenen Stromimpulses, und der Batteriekreis befindet sich in geöffnetem Zustand. Die Anhäufung von Ladung im Kondensator 104 führt schließlich zur Kommutierung der Gleichrichter 92 und 88.

Zur Zeit t = 23? werden die Siliziumgleichrichter 116 und 90 erneut angesteuert, und es tritt in der Motorwicklung 110 erneut ein Stromfluß wie vorher auf und wie dies in Pig. 6 gezeigt ist. In diesem Zeitpunkt unterstützen jedoch die Batteriespannung und die Anfangsspannung des Kon- ■ densators einander, was zu einer Gesamtspannung von etwas weniger als dem Dreifachen der am Kreis anliegenden Batteriespannung führt. Dadurch ist die Größe des Stromimpulses größer als die der vorausgegangenen Impulse. Die Impulsdauer bleibt jedoch konstant. Der Kondensator 104 wird dadurch dergestalt aufgeladen, daß sein Belag 108 positiv ist und die Kondensatorspannung Vq^ etwas 'weniger als das Vierfache der Batteriespannung beträgt.

Im Zeitpunkt ρ = 3T_m werden die Siliziumgleichrichter 92 und 88 erneut angesteuert. Dies bewirkt wiederum einen Stromfluß im Kondensator 104 und der Motorwicklung 110

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und führU aur Umkehr dor Polarität dor.· Ladung der. Kondon- «aüori.» 104, so daß dor Belag 106 wiederum positiv im Verhältnis zum Belaß 108 wird. Der Kondensator 104 hat dann die Spannung V^ gemäß Fig. 6.

Im Zeitpunkt t = 4Φ werden die Siliziumgleichrichter 116 und 90 angesteuert und veranlassen die Batterie 112, den Kondensator 104 weiter auf eine Spannung Vq₁- aufzuladen, einen Wert von· etwas weniger als dem Fünffachen der Batteriespannung, während gleichzeitig ein weiterer Stromimpuls durch die Motorwicklung 110 fließt.

Theoretisch könnte diese Reihenfolge der Ladung des Kondensators 104 durch Ansteuern der Siliziumgleichrichter 11.6 und 90 und Umkehrung der Ladung durch Ansteuern der Siliziumgleichrichter 92 und 88 unbegrenzt fortgesetzt werden. Der Kondensator 104 -würde gegebenenfalls eine Dauerzustandsspannung erreichen, und die Spannung würde nicht mehr weiter anwachsen, es sei denn, der Energieverbrauch des . Kreises würde sich ändern.' Jedoch bietet diese Reihenfolge keinen Maßstab für die Steuerung des Stromes, und weiterhin liegen die resultierenden Dauerzustandespannungen oberhalb eines zulässigen Niveaus für die Halbleiter-Schaltelemente.

Um eine Steuerung des Effektivwertes für den Wicklungsstrom zu erhalten, müssen die Stromimpulsspitζen gesteuert werden, während die Länge der Stromimpulse ungeändert bleibt. Vo rzugsweise wird die Stromimpulsspitze zwischen einem Minimalwert gehalten, der bei zunächst ungeladenem Kondensator 104 beim ersten Stromimpuls gemäß Fig. 6 auftritt, und einen Maximalwert, der etwa das Vier- oder Fünffache des Mnimalwertes betragen map;. Dies wird erreicht durch Unterdrückung einer oder mehrerer Ladezyklen, die beim Ansteuern der Siliziumgleichrichter 116 und 90 auftreten, und durch

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Ersatz dieser Zyklen durch eine einfache Umkehrstufe. Bei dieser Umkehrstufe werden die Siliziumgleichrichter 90 und 94· angesteuert, und es wird ein Stromfluß in dem vom Kondensator 104 dem Gleichrichter 90, der Motorwicklung 110 und dem Gleichrichter 94- gebildeten Kreis hervorgehoben. Der Kondensator 104 kehrt dadurch seine Ladung um, wodurch der Belag 108 zum Impulsende positiv wird und ein nutzbarer Stromfluß durch die Motorwicklung erzeugt wird. Aufgrund des Energieverbrauchs im ohmschen Wicklungswiderstand und weiteren energieverzehrenden Elementen innerhalb des Stromkreises ist die Spannung am Kondensator 104 am Ende des Impulses kleiner als zu Beginn. Eine Aufeinanderfolge von abwechselnden Ansteuervorgängen der Gleichrichter 92 und 88 und dann der Gleichrichter 90 und 94- wird deshalb den Kondensator'stufenweise über die Motorwicklung entladen, wobei keine Energie aus der Gleichstrombatterie 112 entnommen wird.

In der Betriebsart der Spannungssteuerung wird der Kondensator 104- zunächst auf die zur Erzeugung des gewünschten Energieniveaus in der Motorwicklung 110 erforderliche Spannung aufgeladen. Dann wird die Motorwicklung nur von der im Kondensator 104 gespeicherten Energie gespeist, bis die Spannung des Kondensators zu niedrig geworden ist. Diese Minimalspannung ist in erster Linie durch die umgekehrte Vorspannung des Kondensators zur ausreichenden Kommutierung der Halbleiter-Schaltelemente bestimmt. Wenn dieses Spannungsminimum erreicht ist, oder auch zu Beginn eines jeden alternierenden Zyklus werden die Siliziumgleichrichter 116 und 90 anstelle der Siliziumgleichrichter 90 und 94· angesteuert. Dadurch wird der Kondensator 104 von der Batteriequelle 112 wieder aufgeladen. Diesem; Ansteuern der Gleichrichter 116 und 90 anstelle der Gleichrichter 90 und 104 kann, falls erwünscht, bei jedem anderen Zyklus erfolgen, bir. eins gewünschte Spannimgsniveau

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am Kondensator 104 erreicht ist. Grundsätzlich wird aus der Stromquelle nur Energie über den Siliziumgleichrichter 116 entnommen, wenn sie benötigt wird, um einen gewünschten Energiepegel in der Motorwicklung aufrechtzuerhalten.

Die Vorgänge bei der Spannungssteuerung des Schaltkreises nach Fig. 4 sind sehr ähnlich derjenigen des Schaltkreises nach Fig. 3· Der Kondensator 104 wird von der Batterie 112 über die Motorwicklung 110 durch Ansteuerung der Gleichrichter 92 und 88 aufgeladen, wobei der Belag 106 des Kondensators 104 positiv im Verhältnis zum Belag 108 wird. Die Ladungspolarität am Kondensator 104 kann dann durch Ansteuern der Siliziumgleichrichter 118 und 90 umgekehrt werden, so daß der Belag 108 des Kondensators dann positiv im Verhältnis zum Belag 106 wird. Die Ladung kann dann aus diesem Zustand erneut umgekehrt werden, indem der Belag wiederum positiv mit bezug auf den Belag 108 gemacht wird, ohne daß von der Batteriequelle 112 durch Ansteuern der Gleichrichter 120 und 88 anstelle der Gleichrichter 92 und 88 nachgeladen wird. Der Schaltkreis nach Fig. 4 hat den zusätzlichen Vorteil gegenüber Fig. 3, daß der Kondensator schnell über die Motorwicklung und die Batterie in Serienschaltung entladen werden kann, wodurch der größte Teil seiner Energie zur Stromquelle zurückgeführt wird. Um dies zu vollbringen, muß der Belag 106 des Kondensators. 104 positiv sein. Die Gleichrichter 90 und 94 werden dann· angesteuert, was zu einem Stromfluß über die Motorwicklung hin zur positiven Klemme der Batterie 112 führt. Dieses Merkmal ist für den Schutz des Steuerkreises gegen Überspannungen am Kondensator 104 sehr erwünscht. Es ist ferner nützlich für den Nutzbremsbetrieb der Motorwicklung.

Die Vorgänge bei der Spannungssteuerung des Stromkreises nach Fig. 5 sind identisch zu denjenigen des Stromkreises

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nach Fig. ⁷j mit Ausnahme des Ladungszyklus. Boim Stromkreis nach Fig. 5 kann der Kondensator 104 unabhängig von der Motorwicklung durch Ansteuern des ßiliziumgleichrichters 122 geladen werden. Somit kann der Kondensator jederzeit ungeachtet der in Fig. 2 veranschaulichten Änderungen der Motorwicklungsinduktivität aufgeladen werden. Ea sollte jedoch beachtet werden, daß die Polarität der Ladung am Kondensator 104 nach einem Batterieladungszyklus über die Gleichrichter 90 und 94 und die Motorwicklung umgekehrt werden muß. Der getrennte Ladekreis erlaubt in einigen Anwendungsfällen einen Betrieb mit höherer Frequenz. Auch kann wie im Fall der Fig. 4 der Kondensator 104 bei der Schaltung nach Fig. 5 über die Motorwicklung zur Verminderung seiner Spannung entladen werden. In diesem Fall werden die Gleichrichter 90, 94 und 124 bei positivem Belag 106 des Kondensators angesteuert. Während V^ größer ist als die Spannung der Batterie 112, teilt eich dor Enbindung^- strom des Kondensators 104 zwischen dem Batteriekreis und dem Motorwicklungskreis auf. Wenn V„ unterhalb des Batteriepotentials absinkt, wird der Siliziumgleichrichter 124 umgekehrt vorgespannt und nicht leitend, und die verbleibende Kondensatorladung verbraucht sich innerhalb der Motorwicklung. Wenn dieser Vorgang einwandfrei ablaufen soll, muß entweder in der Batterie oder dem Kondensator etwas Induktivität vorhanden sein.

Stromumlaufbetrieb (Freilaufbetrieb); Als alleiniges Mittel zur Steuerung des Effektivwertes des Stromes würde die vorgeschriebene Spannungssteuerung durch die Unmöglichkeit einer Veränderung der Impulslänge ernsthaft begrenzt sein· Bei verschiedenen Reluktanzmotoren mit veränderlicher Reluktanz könnte die elektrische Impulsdauer 0? dazu benutzt werden, das Intervall zunehmender Induktivität T an die größte erwartete Motordrehzahl anzupassen.· Bei dieser Drehzahl und herab bis zu etwa 70% davon würde durch

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Anwendung der erwähnten Variationstechnik der Spannung eine Steuerung in beträchtlichem Ausmaß möglich sein. Bei niedrigeren Drehzahlen jedoch wird die Dauer der Stromim-, pulse in der Motorwicklung in bezug auf das Intervall T kürzer, und der Effektivwert des Stromes nimmt mit der Quadratwurzel des Verhältnisses zwischen der elektrischen Periodendauer T zur Periodendauer T ab. Zur Steigerung

e ρ

des Wirkungsgrades ist es deshalb erwünscht, den Stromimpuls über die gesamte Zeitdauer T zunehmender Wicklungsinduktivität andauern zu lassen und die Stromimpuls-Scheitelwerte herabzusetzen.

Zur Vergrößerung der Dauer der Motorwicklungs-Stromimpulse wird eine mit "Freilauf" bezeichnete Technik verwendet. Bei dieser Betriebsart wird die Motorwicklung von der Energiequelle und dem Kondensator 104 abgetrennt und über eine Halbleiter-Schalteinrichtung kurzgeschlossen.■Die im magnetischen Feld der Motorwicklung 110 gespeicherte Energie verursacht im Augenblick des Kurzschlusses, daß im Kurzschlußkreis ein Strom zirkuliert, der nutzbringendes Drehmoment proportional zum Quadrat des Effektivwertes des Stromes erzeugt. In den folgenden Absätzen wird der Freilauf betrieb in Verbindung mit dem Steuerkreis nach Fig. 3 erläutert, wozu die sich ergebenden Wellenformen in Fig. 7 dargestellt sind.

Es sei angenommen, daß der Kondensator 104· im Zeitpunkt t = Null in Fig. 7 auf eine gewünschte Spannung Vq₀ (in Fig. 7 als negative Spannung eingezeichnet) mit positivem Belag 106 gegenüber dem Belag 108 zu Beginn der mechanischen Periode aufgeladen sei, wobei die Induktivität der Motorwicklung 110 beginnt zuzunehmen. Zu diesem Zeitpunkt werden die Siliziumgleichrichter 90 und 94 durch entsprechende Ansteuerimpulse in ihren leitenden Zustand umgeschaltet. Dies bewirkt einen Stromimpuls _s±_n innerhalb der von dem Kondensator 104, dem Gleichrichter 90, der

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Motörwicklung 110 und dem Gleichrichter 94 Leiterschleife.

Zu einer beliebigen Zeit, nachdem der Stromimpuls seinen Scheitelwert erreicht hat, wird entweder der Gleichrichter 88 oder der Gleichrichter 92 angesteuert. Wenn der Gleichrichter 92 angesteuert wird, wird die Motorwicklung 110 kurzgeschlossen, und der Strom in dieser Wicklung fließt "im Freilauf" über die Gleichrichter 94 und 92. Es handelt sich dabei um einen vom magnetischen Feld der Wicklung erzeugten Zirkulationsstrom, und dieser nimmt in der Größe beim Auftreten von Verlusten ab. Der Kondensator 104 setzt seine Ladungsumkehr über den Gleichrichter 90 und den von der Motorwicklung und dem Gleichrichter gebildeten Kurzschlußkreis fort. Im Augenblick des Scheitelpunktes des Stromimpulses ist die Kondensatorspannung gleich der Batteriespannung, wobei der Belag 108 gleichzeitig positiv in bezug auf den Belag 106 ist, und die Kondensatorspannung fährt fort, in iher Größe mit dieser Polarität anzusteigen. Das Ansteuern des Gleichrichters 92 legt den Kondensator 104 an die Klemmen des Gleichrichters 90, wodurch dieser umgekehrt vorgespannt und veranlaßt wird, in wenigen Mikrosekunden zu kommutieren. Der Strom fährt wort, im Freilauf innerhalb der von der Motorwicklung und den Gleichrichtern 94 und 92 gebildeten Leiterschleife im Freilauf zu zirkulieren, wobei diese Leiterschleife von dem Rest des Systems isoliert ist, und der Strom klingt in einem Ausmaß ab, das durch die Zeitkonstante der Leiterschleife bestimmt ist.

Der Siliziumgleichrichter $K) muß in seinem Zustand umgekehrter Vorspannung für eine ausreichende Zeitdauer verbleiben, um seine Kommutierung sicherzustellen. Nach dieser Zeitspanne kann die Motorwicklung vom Kondensator 104 durch Impulsansteuerung des Gleichrichters 88 "wieder aufgeladen" werden, wozu der Zweck das Ansteigen des Wicklungsstromes und des Motordrehmomentes ist. Das Ansteuern des Gleich-

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richters 88 führt zur umgekehrten Vorspannung des Gleichrichters 94 und damit zu dessen Sperrung. Zu diesem Zeit·" punkt ist ein Stromfluß in der von dem Kondensator 104, dem Gleichrichter 92, der Motorwicklung 110 und dem Gleichrichter 88 gebildeten Leiterschleife vorhanden, und diese steigt auf einen Scheitelwert, der durch die Größe der im Zeitpunkt der Ansteuerung des Gleichrichters 88 im Kondensator 104- gespeicherten Ladung bestimmt ist.

Nachdem der Scheitelwert des Stromimpulses erreicht worden ist, kann die Motorwicklung erneut kurzgeschlossen und in Freilaufzustand gebracht werden. Um jedoch den Ladestrom der Kalbleiter-Schaltelemente zu vermindern, kann es er- . wünscht sein, die Freilaufschleifen abzuwechseln. Dies kann dadurch geschehen, daß die Motorwicklung in Verbindung mit dem Gleichrichter 90 und 88 zur Herstellung einer Kurzschlußwicklung und damit eines Freilaufs benutzt wird, anstatt hierzu die Gleichrichter 94 und 92 zu verwenden. Wenn ein Ansteuerimpuls dem Gleichrichter 90 zugeführt wird, zirkuliert der Strom durch die Motorwicklung 110 im Freilauf über die Gleichrichter 90 und 88. Der Kondensator 104 setzt seine Ladungsumkehr über den Gleichrichter 92, die kurzgeschlossene Motorwicklung 110 und den Gleichrichter 88 fort. Der Kondensator 104 vervollständigt seine Ladungsumkehr und verursacht die Ladung 106, wiederum positiv zu werden. Wenn der Kondensatorstrom den Wert Null erreicht, wird der Gleichrichter 92 umgekehrt vorgespannt und sperrt.

Die Bedingungen im Schaltkreis zu dieser Zeit sind dieselben, wie sie im Zeitpunkt t = Null waren, mit Ausnahme daß die Kondensatorspannung in der Größe abgenommen hat. Der in den unmittelbar vorausgehenden .Absätzen geschilderte Vorgang kann so oft wiederholt werden, bis die Kondensatorspannung unzureichend geworden ist, um die verschiedenen Siliciumgleichrichter sicher sperren zu lassen. Alternativ

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mag ^cü erwünscht »ein, die Kondensat orcpannunp; au :; leitern, um das Stromniveau in .Abhängigkeit von gcüticgonen Motorauügangsbedingungen anzuheben. In jedem Pail kann der Kondensator 104 jederzeit durch Ansteuern der Gleichrichter und 90 wieder aufgeladen werden, wenn sein Belag 106 positiv ist.

Noch eine weitere Alternative in diesem Zeitpunkt besteht darin, den Freilaufzyklus zu beenden. Dies kann durch Ansteuern des Gleichrichter 94 mit einem Auslöseimpuls erfolgen. Dadurch wird der Gleichrichter 88 veranlaßt zu sperren, und der Kondensator 104 kann sich über den vom Gleichrichter 90, der Motorwicklung 110 und den Gleichrichter 94 gebildeten Kreis entladen, so daß der Belag 108 des Kondensators 104· im Verhältnis zum Belag 106 positiv wird. Dies entspricht der in Fig. 7 dargestellten Situation. In Fig. 7 sind Freilaufzyklen während des Zeitintervalls von t = Null bis T=T dargestellt. Der zweite Freilaufzyklus könnte leicht durch Ausbleiben eines Auelöseimpulses für den Gleichrichter 90 nach Impulsansteuerung des Gleichrichters 88 weggelassen werden. Es sollte jedoch bedacht werden, daß es wünschenswert ist, das Intervall zunehmender magnetischer Leitfähigkeit soweit wie möglich mit Motorwicklungsstrom anzufüllen. Auch ist es erwünscht, eine Stromform in der Motorwicklung zu erzeugen, die die im wesentlichen trapezförmige Gestalt nach Fig. 7 besitzt.

Es bestehen verschiedene Möglichkeiten zur Steuerung des. Strom-Effektivwertes während des Freilaufzyklus. Beispielsweise kann die Dauer des Freilaufzyklus als Abschnitt des nutzbaren Intervalls der zunehmenden magnetischen Leitfähigkeit gesteuert werden. Auch kann der Anfangswert des Freilaufstromes über die kurzgeschlossene Motorwicklung gesteuert und über einen kleinen Bereich durch Steuerung des Zeitintervalls zwischen dem Scheitelwert des Stromimpulses und der Ansteuerung des Silizium-

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gleichrichter, der den Kurzschluß auslöst, gesteuert werden. Darüber hinaus kann auch der Minimalwert des Freilauf stromes , d.h. der Strom bei welchem der Kurzschluß beendet wird, gesteuert werden, in dem die Größe der Stromscheitelwerte, die während der Umkehrung der Kondensatorladung auftreten, durch Veränderung der Kondensatorspannung in vorgeschriebener Weise gesteuert werden·

Die Freilaufmethode läßt sich auch auf dem Fachmann aus Vorstehendem ohne weiteres zu Gebote stehender Weise auf die Steuerkreise nach Fig. 4- und 5 anwenden.

Impulsfrequenzsteuerunp;; Ein anderes grundsätzliches Verfahren zur Steuerung des Effektivwertes des Motorstroms ergibt sich durch Veränderung der Anzahl der Stromimpulse, die in der Motorwicklung de Umdrehung hervorgerufen werden. Wenn pro Umdrehung "p" wiederholbare Intervalle zunehmender magnetischer Leitfähigkeit vorhanden sind und je ein Impuls pro Intervall angewandt wird, entsteht ein Maximum von "p" Impulsen pro Umdrehung. Durch Eliminierung einer gewissen Anzahl dieser Impulse derart, daß die wirksame Anzahl "h" ist, wird der Effektivwert des Stromes im Verhältnis der Quadratwurzel aus dem Quotienten von h : ρ vermindert. Dieses Verhältnis ist unabhängig von der Impulswellenform. Dieses Verfahren ist sehr nützlich, wenn es in Verbindung mit einer Einfach-Impulssteuerung und mit Motoren mit verhältnismäßig großen Werten von ρ und der Drehzahl benutzt wird. Eine typische Wellenform für den Motorwicklungsstrom i_L bei Anwendung der Impulseliminierung ist in Fig. 8 dargestellt, worin zehn volle Perioden der mechanischen Induktivitätsänderung eingezeichnet sind und worin die Intervalle zunehmender magnetischer Leitfähigkeit T für eine jede Periode eingetragen sind. Es ist bemerkenswert, daß die Impulse der ungeradzahligen mechanischen Perioden, d.h. von O bis T , von zwei T bis 3T_m usw. fehlen.

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Die Impulsfrequenz kann noch in einer anderen Weise mit dem Steuerkreis der Erfindung verändert werden, was sehr nützlich ist für Reluktanzmotoren mit einer kleinen Anzahl wiederholbarer Induktanzanderungen pro Umdrehung. Bei niedrigen Drehzahlen des Motors ist die elektrische Impulsdauer Q? für gewöhnlich viel kleiner als das mechanische Intervall ¹H zunehmender Induktivität. Deshalb kann eine Anzahl elektrischer Impulsperioden leicht in eine mechanische Periode eingefügt werden. Mit dem Steuerkreis nach ' Pig. 3 kann dies durch abwechselndes Ansteuern der Siliziumgleichrichter 116 und 90 einerseits und des Gleichrichterpaars 92 und 98 andererseits geschehen. Das resultierende Zusammenbrechen der Sinusimpulse ist in Pig. 9 veranschaulicht. Obgleich diese Steuerungsart bei vielen Antriebssteuerungen für veränderliche Drehzahl verbreitet benutzt wird, ist die resultierende Wellenform nicht so wirksam wie die Freilauf-Wellenform nach Pig. 7 und erfordert höhere Strom-Scheitelwerte für einen vorgegebenen Effektivwert des Stromes.

ImpulsverschiebunKssteuerunK; Diese Betriebsart kann mit allen vorbeschriebenen Betriebsarten gekoppelt werden, ist jedoch für gewöhnlich nicht als alleiniges Mittel zur Drehmomentsteuerung geeignet. Mit bezug auf Pig. 2 ist erkennbar, daß ein positives Motordrehmoment im Augenblick t = to erzeugt werden kann. Wenn der Wicklungsstrom i-r in diesem Zeitpunkt seinen Maximalwert hat oder sich in dessen Nähe befindet und diesen Wert bis beinahe t = t-* beibehält, wird ein maximales Drehmoment je Impuls erzeugt. Weil der Aufbau der Amperewindungen eine endliche Zeitspanne benötigt, ist es bisweilen erwünscht, einen Impuls schon während der Zeitspanne zwischen t* und tp beginnen zu lassen. Obgleich dies die ohmschen Verluste etwas erhöht, weil innerhalb dieser Zeitspanne kein nutzbringendes Drehmoment erzeugt wird, wird das resultierende Anwachsen des nutzbaren Drehmoments während des Intervalls zunehmender Induktivität oft diesen Verlust kompensieren. Der Strom-

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impuls könnte auch in das Intervall zwischen t₇ und t^ verlagert werden, jedoch würde dies den zusätzlichen Nachteil eines negativen Drehmomentes zur Folge haben.

ParallelumGchaltbctricb: Dig Steuerkreise nach Fig. 3» 4 und 5 können auch als einfache Parallel-Umschaltkreise betrieben werden. Bei einem Reluktanzmotor mit veränderlicher Reluktanz führt diese Betriebsart zu einer angenähert dreieckigen Form des Wicklungssti^omes, wie in Fig. 10 anhand der
Wellenformen für die Anwendung der Parallelumschaltung auf Fig. 3 dargestellt ist.

In diesem Fall der Anwendung auf den Steuerkreis nach Fig.3 muß der Kondensator 104 eine solche Anfangsladung aufweisen, daß sein Belag 106 positiv gegenüber dem Belag 108 ist. Dann werden den Siliziumgleichrichtern 116 und 92
Ansteuerimpulse zugeführt, um einen Stromfluß in dem aus
der Batterie 112, den Gleichrichtern 116 und 92 und der
Motorwicklung 110 gebildeten Stromkreis hervorzurufen. Der Strom ijj steigt in der Motorwicklung in Form einer e-Funktion an, wie dies Fig. 10 zeigt.

Wenn ein bestimmter Grenzwert des Stromes i-r erreicht ist, wird dem Gleichrichter 90 ein Ansteuerimpuls zugeführt.
Wegen der Anfangsladung des Kondensators wird der Gleichrichter 92 umgekehrt vorgespannt und sperrt. Dies führt
zur Entstehung eines Sinusimpulsstroms innerhalb des vom
Kondensator 104, dem Gleichrichter 90, der Motorwicklung
110, der Batterie 112 und dem Gleichrichter 116 gebildeten Stromkreis. Dies kehrt die Ladung des Kondensators 104 um, so daß dessen Belag 108 positiv wird.

Der Stromfluß kann dadurch beendet werden, daß diesem Sinusimpuls die Möglichkeit der Fortsetzung gegeben wird, bis der Strom den Wert Null erreicht hat, wonach die Gleichrichter 116 und 90 von selbst sperren. Die Ladung am Kondensator

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muß umgekehrt werden, um die vorbeschriebene Aufeinanderfolge von Schritten zu wiederholen. Als Alternativmöglichkeit zur Beendigung des Stromflusses in der vorstehend beschriebenen Weise kann der Siliziumgleichrichter 88 angesteuert werden. Dies ermöglicht einen Freilauf des Wicklungsstromes über die Gleichrichter 88 und 90· Der Kondensator 104 vervollständigt seine Ladungsumkehr und lädt wieder auf, so daß sein Belag 108 positiv wird, was als Folge des Stromflusses durch die Batterie 112, den Gleichrichter 116 und die kurzgeschlossene Motorwicklung 110 erfolgt.

Der Freilaufzustand kann durch Zuführung eines Ansteuerimpulses zum Gleichrichter 92 beendet werden. Dies spannt den Gleichrichter 90 umgekehrt vor und macht ihn nichtleitend. Die Gleichrichter 92 und 88 schalten von selbst am Ende des Sinusimpulses um, und die Ladung am Kondensator wird danach umgekehrt sein, so daß sein Belag 106 gegenüber dem Belag 108 positiv geworden sein wird.

Selbstsynchronisationsbetrieb; Wenn ein Reluktanzmotor mit veränderlicher Reluktanz als echte Synchronmaschine betrieben wird, d.h. mit keiner Stellungsrückkopplung und mit einer konstanten Impulsfrequenz, ist die Impulsverschiebung der natürliche Mechanismus, durch welchen der Motor das von ihm entwickelte Drehmoment zur Anpassung an die Drehmomenterfordernisse ändert. ,Weil diese Betriebsart sehr einfach ist, so daß sie auch für andere Typen von Synchronmaschinen verwendet werden kann, wird der Begriff des Drehmomentwinkels eingeführt. Mit bezug auf die Wellenform i-r der Fig. 2 ist der Drehmomentwinkel / definiert als die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt tp und dem Zeitpunkt des Nulldurchgangs des Anstiegsschenkels des Stromimpulses. Der Reluktanzmotor stellt sich von selbst derart ein, daß er durch Verschiebung seiner Rotorstellung in bezug auf die elektrische Impulsperiode den äußeren Anforderungen des

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Belastungsmomentes genügt, wie dies eine herkömmliche Synchronmaschine tut. Bei geringen Belastungen ist der Drehmomentwinkel ö groß, und die Stromimpulse greifen beträchtlich in das Intervall negativen Drehmomentes zwischen t₇ und t^, ein. Da sowohl der Maximalstrom wie die elektrische Periode T bei dieser Betriebsart unveränderlich sind, ist ein Winkel (für gewöhnlich angenähert Null) vorhanden, für welchen das entwickelte positive Drehmoment einen Maximalwert erreicht. Wenn der Drehmomentbedarf größer ist als dieser Wert, fällt der Motor außer Tritt mit den Stromimpulsen und geht in einen instabilen Zustand über. Bei der Anwendung des Selbstsynchronisierbetriebes auf den Schaltkreis nach Fig. 3 werden Ansteuerimpulse in einer unveränderlichen Impulsrate den Gleichrichtern 116 und oder den Gleichrichtern 94 und 90 zugeführt. Daraufhin werden Ansteuerimpulse den Gleichrichtern 92 und 88 zugeführt. Die Entscheidung darüber, ob der Gleichrichter oder der Gleichrichter 94 zusammen mit dem Gleichrichter benutzt werden soll, bestimmt sich nach dem gewünschten Spannungsniveau am Kondensator 104.

Generatorbetrieb: Wenn die Welle 10 von einem äußeren Motor angetrieben wird, kann die Reluktanzmaschine als Quelle elektrischer Energie verwendet werden. Wie ein Induktionsgenerator besitzt der Reluktanzgenerator keine eigene Erregung und muß deshalb von einer äußeren Energiequelle her erregt werden.

Der Steuerkreis nach der Erfindung kann zur Steuerung der Generatorwirkung der Reluktanzmaschine verwendet werden, wenn immer mechanische Energie der Maschinenwelle zugeführt wird. Diese mechanische Energie kann beispielsweise die, kinetische Energie sein, die während der Abbremsung eines Motorfahrzeuges frei wird. Für den Generatorbetrieb muß nur die Batterie-Kondensator-Schaltung in einem der Stromkreise nach Fig. 3 bis 5 synchron an die Maschinen-

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wicklung während des Zeitintervalls zwischen t^ und t_L, gemäß Fig.2 angeschaltet werden, d.h. während des Intervalls abnehmender magnetischer Leitfähigkeit. Für diese Betriebsart eignet sich jede der Steuerschaltungen nach den Fig. 3 bis 5. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 wird jedoch die von der Welle aufgenommene Energie dem Kondensator 104 durch den Schaltvorgang zugeführt und kann nicht zur Batteriequelle 112 zugegeleitet werden. Aus diesem Grunde ist diese Ausführung sfοrm nur für sehr kurze Nutzbremsvorgänge verwendbar«

Die Stromwellenformen und -größen, die während des Zustandes abnehmender magnetischer Leitfähigkeit auftreten, sind sehr ähnlich denen, die bei zunehmender magnetischer Leitfähigkeit auftreten. Deshalb sind die vorstehend beschriebenen Betriebsarten der Steuerschaltungen mit nur geringfügigen Änderungen im Logikkreis auch für den Generatorbetrieb mit veränderlicher Reluktanz anwendbar.

Im Generatorbetrieb, bei welchen alle Wicklungsstromimpulse während der Intervalle abnehmender magnetischer Leitfähigkeit auftreten, folgt die Impulsperiode T folgender Gleichung:

+ 2.47 XC

Die vorstehende Gleichung sollte mit der oben angegebenen Gleichung für die elektrische Periode im Motorbetrieb verglichen werden. Die Wirkungsweise des Steuerkreises nach Fig. 4 im Generatorbetrieb wird in den nachfolgenden Absätzen erläutert.

Mit zunächst ungeladenem Kondensator 104 werden den Siliziumgleichrichtern 92 und 88 Ansteuerimpulse zugeführt. In dem vom Kondensator 104, der Batterie 112, dem Gleichrichter 92, der Motorwicklung 110 und dem Gleichrichter 88 gebildeten Kreis tritt daraufhin ein Stromimpuls auf. Die

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Gleichrichter 92 und 88 sperren am Ende des Stromimpulses von selbst. Der Kondensator 104 wird jedoch aufgrund der Tatsache, daß die Motorwicklung als Energiequelle wirkt, wobei die Energie von dieser Quelle im Kondensator gespeichert wird, auf eine höhere Spannung aufgeladen.

Während des nächsten Intervalls abnehmender magnetischer Leitfähigkeit kann die Energie des Kondensators 104· zur Batteriequelle 112 durch Zufuhr eines Steuerimpulses zu den Gleichrichtern 90 und 94 zurückgeleitet werden. Ein Stromimpuls ähnlicher Dauer und Größe wie oben fließt daraufhin in die positive Klemme der Batterie 112 hinein. Der Kondensator 104 hat dann angenähert die Ladung Null und nur noch eine niedrige Spannung.

Wenn der vorstehende Vorgang über viele Zyklen hinweg wiederholt wird, steigt die Spannung am Kondensator 104 am Ende des EntladungsZyklus graduell an und nähert sich der Batteriespannung. Mit der Annäherung an diesen Zustand nimmt die Stromimpulsgröße ab und erreicht den Wert Null, wenn die Kondensatorspannung am Ende der Entladung in die Batterie gleich der Batteriespannung geworden ist. Um diesen Zustand zu verhindern oder um die Stromimpulsgröße in einem beliebigen Zeitpunkt zu erhöhen, kann der im vorhergehenden Absatz beschriebene Schritt ersetzt werden durch die Impulsansteuerung der Gleichrichter 90 und 118. Dies veranlaßt die Kondensatorspannung, sich selbst umzukehren, und bewirkt die Ansammlung einer besonderen Ladung von Seiten des Generators am Kondensator. Am Ende des dadurch erzeugten Stromimpulses ist der Belag 106 des Kondensators 104 negativ. Während des nächsten Zyklus und im Zeitpunkt, in welchem die Gleichrichter 92 und 88 ausgelöst werden, überlagert die Kondensatοrspannung sich der Batteriespannung, und die Stromimpulsgröße wird verhältnismäßig groß.

Wie bei der Motorsteuerung ist die "Frequenz, mit welcher Po 8295/7.2.1972 ,209838/0656

die Gleichrichter 90 und 118 ausgelöst werden, um die Gleichrichter 90 und 94- zu ersetzen, das Mittel zur Steuerung der Kondensatorspannung. Durch die Regelung dieser Spannung können der Effektivwert des Generatorstroms, das Drehmoment und die Ausgangsleistung wirksam gesteuert werden.

Die vorbeschriebenen Betriebsarten für den Reluktanzmotor können in ähnlicher Weise für den Generatorbetrieb angewandt werden.

Patentansprüche /

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Claims (12)

1. Patentansprüche

   Elektrischer Schaltkreis zur Steuerung der Erregung einer ihre Induktanz im Betrieb ändernden Wicklung eines Reluktanzmotors mit veränderlicher Reluktanz, gekennzeichnet durch eine elektrische Brückenschaltung mit vier Zweigen (80, 82, 84, 86 in Fig. 3 und 5) die de eine Halbleiter-Schalteinrichtung (88, 90, 92, 94 in Fig. 3 und 5; 88, 90, 120, 118 in Pig.'4) enthalten, sowie eine elektrische Energiequelle (112) und einen Kondensator (104), wobei die Motorwicklung (110) zwischen einem ersten Paar gegenüberliegender Eckpunkte (100, 102) und der Kondensator (104) zwischen dem anderen Paar gegenüberliegender Eckpunkte (96, 98 in Fig. 3 und 5; 96, 119 in Fig. 4) angeschlossen sind und die elektrische Energiequelle (112) in Reihe mit einer fünften Halbleiter-Schalteinrichtung (116; 92; 122) derart an zwei Eckpunkte (98, 100 in Fig. 3; 102 und 119 in Fig. 4; 96, 98 in Fig. 5) angeschlossen ist, daß durch Ansteuerung wenigstens dieser Halbleiter-Schalteinrichtung der Kondensator (104) von der elektrischen Energiequelle (112) aufladbar ist.
2. 2. Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrische Energiequelle (112) und die damit in Reihe liegende fünfte Halbleiter-Schalt einrichtung (116 in Fig. 3; 92 in Fig. 4) an zwei benachbarte Eckpunkte (98, 100 in Fig. 3 bzw. 102, 119 in Fig. 4) der Brückenschaltung angeschlossen sind.
3. 3. Schaltkreis nach Anspruch 2, dadurch g e k e- nnzeichnet , daß die eine Klemme der elektrischen Energiequelle (112) unmittelbar an einem Eckpunkt (119) der Brückenschaltung angeschlossen ist, welcher gleichzeitig unmittelbar mit einem Belag (108) des Kon-

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   densators (104) verbunden ist, und daß von der anderen Klemme (98) der elektrischen Energiequelle (112) parallel zu dem die fünfte Halbleiter-Schalteinrichtung (92) enthaltenden und zu dem einen Ende (Eckpunkt 102) der Motorwicklung (110) führenden Strompfad (84) ein eine sechste Halbleiter-Schalteinrichtung (94) enthaltender und zu dem anderen Ende (Eckpunkt 100) der Motorwicklung (110) führender Strompfad (86) abzweigt, wobei die sechste Halbleiter-Schalteinrichtung (94) in bezug auf die elektrische Energiequelle (112) umgekehrt zur fünften Halbleiter-Schalteinrichtung (92) gepolt ist (Fig. 2).
4. 4. Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrische Energiequelle (112) und die damit in Reihe geschaltete fünfte Halbleiter-Schalteinrichtung (122) an die gleichen Eckpunkte (96, 98) der Brückenschaltung wie der Kondensator (104) angeschlossen sind und die elektrische Energiequelle (112) mit einer Induktivität (114) in Reihe geschaltet ist.
5. 5. Schaltkreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der elektrischen Energiequelle (112) in Reihe geschaltete Induktivität (114) die innere Induktivität der elektrischen Energiequelle ist.
6. 6. Schaltkreis nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet , daß der fünften Halbleiter-Schalteinrichtung (122) eine sechste Halbleiter-Schalteinrichtung (124) mit umgekehrter Polarität parallelgeschaltet ist.
7. 7· Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Halbleiter-Schalteinrichtungen von steuerbaren Siliziumgleichrichtern gebildet sind.

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8. 8. Verfahren zum Betreiben eines Schaltkreises nach einem der Ansprüche 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet , daß zunächst der Kondensator (104) durch Ansteuern der fünften Halbleiter-Schalteinrichtung (116 in Fig· 3> 92 in Fig. 4) sowie einer weiteren Halbleiter-Schalteinrichtung (90 in Fig. 3; 88 in Fig. 4·) von der elektrischen Energiequelle (112) über die Motorwicklung (110) aufgeladen wird, bis die beiden Halbleiter-Schalteinrichtungen von selbst sperren, woraufhin der Kondensator (104) durch Ansteuern zweier weiterer Halbleiter-Schalteinrichtungen (92, 88 in Fig. 35 90, 118 in Fig. 4) über die Motorwicklung (110) umgeladen wird, bis auch diese Halbleiter-Schalteinrichtungen von seJLbst sperren.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden dortigen Verfahrensschritte so oft wiederholt werden, bis der Kondensator (104) eine vorbestimmte Maximalspannung erreicht, woraufhin der Kondensator (104) entladen wird, bis er eine vorbestimmte Mindestspannung erreicht hat.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet , daß die Entladung durch Ansteuern zweier in den Zweigen der Brückenschaltung enthaltener Halbleiter-Schalteinrichtungen (90, 94 in Fig. 3; 88, 120 in Fig. 4) erfolgt.
11. 11. Verfahren zum Betreiben eines Schaltkreises nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß zunächst der Kondensator (104) durch Ansteuern der fünften Halbleiter-Schalteinrichtung (122) · von der elektrischen Energiequelle (112) über die damit in Reihe liegende Induktivität (114) aufgeladen wird, bis die fünfte Halbleiter-Schalteinrichtung (122) von selbst sperrt, daß daraufhin der Kondensator (104) durch Ansteuern zweier innerhalb der Brückenschaltung angeordneter

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    HaIbleiter-SchaIteinrichtungen (90, 94) über die Motorwicklung (110) umgeladen wird, bis auch diese Halbleiter-Schalteinrichtungen von selbst sperren, und daß schließlich der Kondensator durch Ansteuern der beiden restlichen HaIbleiter-Schalteinrichtungen (88, 92) nochmals über die Motorwicklung (110) umgeladen wird (Fig. 5)·
12. 12. Verfahren nach Anspruch 11 zum Betreiben eines Schaltkreises nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß bei der ersten Umladung des Kondensators (104) zusätzlich die sechste Halbleiter-Schalteinrichtung (124) angesteuert wird.

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