DE2420606A1

DE2420606A1 - Abtastschaltung fuer den bremszustand eines gleichstrommotors

Info

Publication number: DE2420606A1
Application number: DE2420606A
Authority: DE
Inventors: Charles Edward Konrad
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1973-06-11
Filing date: 1974-04-27
Publication date: 1975-01-02
Also published as: FR2232863B1; JPS5027920A; GB1468251A; US3855512A; ATA423874A; FR2232863A1; DE2420606C3; JPS5345483B2; BG42360A3; AT339439B; DE2420606B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Abtastschaltung zum Regeln des Bremsmomentes in einem Antriebssystem mit einem Gleichstrommotor, insbesondere eine Schaltung zum Peststellen bzw. Abtasten des Bremzustandes eines derartigen Motors.

Es ist bekannt, daß die einem Gleichstrommotor von einer Gleichspannungsquelle zugeführte Leistung dadurch gesteuert werden kann, daß der prozentuale Anteil der Zeit geregelt bzw.- gesteuert wirdj, in der der Motor mit der Spannungsquelle verbunden ist. Leistungsschaltungen dieses Typs werden als Steuerschaltungen für das Zeitverhältnis (Anschnittsteuerung) bezeichnet. Dieser

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— ρ _

Name weist auf die Schaltungseigenschaften der Leistungssteuerung hin, die die Spannungsquelle und die Last ein vorgegebenes Zeitverhältnis lang miteinander verbindet. Dieses Zeitverhältnis, auch Verhältnis der Zeit in leitendem Zustand zur Zeit in nicht leitendem Zustand genannt, wird allgemein als Einschaltverhältnis bezeichnet. Eine Zeitverhältnis-RegeIschaltung dieses Typs, die insbesondere für die Regelung oder Steuerung elektrischer Fahrzeuge geeignet ist, ist in der US-PS 3 656 039 beschrieben.

Wenn diese Form der Steuerung auf ein elektrisches Fahrzeug angewendet wird, wird durch die Gleichspannungsquelle, den Motor und die Leistungsschaltungseinrichtung, beispielsweise eine Leistungs-Transistorschaltung oder eine -Thyristorschaltung, die einen Hauptthyristor und die erforderlichen Umschaltelemente enthält, eine Reihenschaltung gebildet. Die Motor-Feldwicklung wird in einer Brückenschaltung geschaltet, um eine Richtungssteuerung für den magnetischen Feldfluß bezüglich des Flusses zu erreichen, der vom Ankerstrom erzeugt wird. Zusätzlich ist eine Leistungsdiode herkömmlicherweise parallel zum Ankerkreis geschaltet, die so gepolt ist, daß sie beim Bremsen leitet. Die Serienschaltüng des Motorankers und der Feldwicklung wird von einer zweiten Leistungsdiode nebengeschlossen, um einen Leitungsweg für die Fortführung des reaktiven Motorstromflusses während der nicht leitenden Perioden der Leistungsschaltungseinrichtung zu bilden.

Wenn das System im Antriebsaustand läuft, so ergibt sich aus dem Fluß, der von dem Strom erzeugt wird, der in der Motor-Feldwicklung strömt, eine Ankerspannung mit einer Polarität, die den Stromfluß durch diejenige Diode verhindert, die den Anker überbrückt. Wenn ein Verzögerungsmoment erforderlich ist, so wird die Richtung des Feldflusses dadurch umgekehrt, daß Kontakte oder Schütze erregt werden, die.die Richtung des Stromflusses in der Feldwicklung umkehren. Diese Umkehrung in der Richtung des Feldflusses erzeugt eine Polarität der hervorgerufenen Ankerspannung, die von der Ankerdiode kurageschlossen wird= Der Motor arbeitet dann als nebenschlußerregter Generator,, wobei er ein dynamisches

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Bremsmoment erzeugt, dessen Größe durch Steuerung des Einschaltverhältnisses für die Leistung geregelt wird.

Wenn der Motor im Bremßbetrieb läuft, so ist es erwünscht, das -Motordrehmoment zu regeln, um eine sanfte Verzögerung unabhängig von der Pedalposition des Beschleunigers zu erhalten. Bei den bekannten Schaltungen wird dies durch eine Rückkopplung des Ankerstroms erreicht. Um diese Form einer Verzögerungssteuerung durchzuführen, sind zwei Parameter notwendig: einmal muß die Steuerung ein Signal erhalten, das anzeigt, daß der Motor im Bremsbetrieb arbeitet; zum anderen muß er ein Signal erhalten, das den Ankerstrom anzeigt. Bei den bekannten Schaltungen wurden beide Signale aus der Ankerschaltung abgeleitet. Sie sind zu einem gewissen Grade abhängig vom dynamischen Widerstand der Ankerdiode. Eine Steuerung dieses Typs ist in der US-PS 3 344 328 beschrieben. Während sich diese Form der Steuerung bei vielen Anwendungen bewährt hat, führt jedoch die Abhängigkeit der Bremssignale von den Eigenschaften der Ankerdiode zu Änderungen in der Durchführung der Bremsung, und zwar abhängig von der Temperatur, weil der dynamische Widerstand der Leistungsdioden temperaturabhängig ist.

Es ist daher'Ziel der Erfindung, eine verbesserte Steuerungsbzw. Regelungsschaltung zum Regeln des Verzögerungsmomentes eines Antriebssystems mit einem Gleichstrommotor vorzuschlagen. '

Außerdem soll eine verbesserte Nachweis- bzw. Abtastschaltung vorgeschlagen werden,, die anzeigt, daß ein Motor im Bremsbetrieb arbeitet. - ·

Des weiteren soll mit der Erfindung eine Bremsregelschaltung für einen Gleichstrommotor vorgeschlagen werden, die gegenüber Änderungen einer den Anker überbrückenden Diode unempfindlich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, die das Einschaltver-

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hältnis einer Leistungs-Schalteinrichtung fühlen, die verwendet wirdj um den Leistungsfluß zum Motor zu steuern und um die Größe des Stroms zu fühlen, der durch den Motoranker fließt. Bei Nachweis sowohl eines Motorstroms oberhalb eines vorbestimmten Wertes wie auch eines Einsehaltverhältnisses unterhalb eines anderen vorbestimmten Wertes sind weitere Steuereinrichtungen vorgesehen, die das Einschaltverhältnis auf einen Wert begrenzen, der eine gesteuerte Verzögerung des Motors bewirkt.

Bei einer Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung sind zusätzliche Mittel vorgesehen, um das Einschalt verhältnis bei

einem unerwünscht hohen Strom durch den Anker entweder beim Bremsen oder beim Antrieb zu begrenzen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Figur 1 ein vereinfachtes schematisches Diagramm einer Serienschaltung eines Gleichstrommotors,

Figur 2 ein Diagramm, in dem der Ankerstrom über der Motorspannung bei dem Motor nach Figur 1 unter verschiedenen Betriebsbedingungen aufgetragen ist,

Figur 3 ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung,

Figur 4 ein schematisches Diagramm zur Darstellung einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Figur 5 eine schematisehe Darstellung einer Motorregelschaltung und stellt die Verwendung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in einem Antriebssystem dar.

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In Figur 1 ist eine geeignete Gleichspannungsquelle 10 gezeigt, die als Batterie angedeutet ist. Der positive Anschluß der Batterie befindet sich dabei oben in Figur 1, und der negative Anschluß, der Batterie befindet sich unten in Figur 1. Ein Gleichstrom-Reihenschlußmotor hat einen Anker 12,. Bürsten 13 und 15 und eine Feldwicklung l4. Der Motor ist·direkt mit dem positiven Anschluß der Batterie 10 verbunden. Eine umgekehrt gepolte Diode ist zwischen dem positiven Anschluß der Batterie 10 und der Verbindung des Ankers 12 und der Feldwicklung 14 vorgesehen.

Die Feldwicklung 14 ist in einer Brückenschaltung mit Vorwärtsschützen F., Fp sowie mit Rückwärtsschützen R₁, Rp verbunden. Dadurch, daß entweder F. oder F„ oder R. oder Rp geschlossen werden, kann die Richtung des Stromflusses durch die Feldwicklung 14 geändert werden, um eine Motordrehung in einer gewünschten Richtung zu erzeugen oder eine Bremsung zu bewirken.

Wenn sich der Motor vorwärts dreht, so ist die Richtung des magnetischen Feldflusses derart, daß die erzeugte Ankerspannung an der oberen Bürste 13 positiv ist, wodurch eine Sperrspannung an der Diode 16 und eine Spannung gebildet wird, die der von der Batterie 10 gelieferten Spannung entgegengesetzt ist. Wenn die Rückwärt sschüt ze geschlossen sind, so daß der Feldstrom in umgekehrter Richtung fließt, so wird die Polarität der erzeugten Ankerspannung umgekehrt, d.h. sie wird an der unteren Bürste 15 positiv. Diese Umkehrung in der Polarität der erzeugten Ankerspannung gibt der Diode 16 eine positive Vorspannung, wodurch der Anker kurzgeschlossen wird, so daß ein Rückstrom beträchtlicher Größe durch die Ankerwindungen strömt. Während der Motor sich also immer noch in derselben Richtung dreht, ist seine effektive oder elektrische Drehrichtung umgekehrt.

Der Motor ist mit dem negativen Anschluß der Batterie 10 über einen Leistungsschalter 18 verbunden, der als Thyristor mit einem Steueranschluß dargestellt ist_s der gepulst wird, um den Schalter zu schließen. Das öffnen des Schalters bzw. das Abschalten des

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Thyristors- kann durch eine bekannte Umkehrschaltung oder durch Verwendung eines Tor-Abschaltthyristors, der ebenfalls bekannt ist, erfolgen.

Wird der Schalter 18 eine Zeit t. lang geschlossen und eine Zeit t₂ lang geöffnet, so ist die mittlere Spannung V„, die den Anschlüssen des Motors zugeführt wird, gleich

■ ' v

V = ^x γ
^VM t„ + t_o ^VB ^s

wobei Vg die Spannung der Batterie 10 ist. Es ergibt sich, daß die Motorklemmenspannung zwischen null und der vollen Batteriespannung V„ durch geeignete Steuerung des Verhältnisses des Zeitintervalls t^ zur Summe der Intervalle Ct₁ + t~) eingestellt werden kann. Dieses Verhältnis wird als Einsehaltverhältnis bezeichnet.

Eine Diode 20, deren Kathode mit der oberen Bürste 13 des Ankers 12 verbunden ist und deren Anode mit der Verbindung zwischen dem Leistungsschalter 18 und der Feldwicklung 14 verbunden ist, liefert einen Leitungsweg für den reaktiven Motorstrom während der Zeit, in der der Leistungsschalter 18 offen ist.

Die Kurven von Figur 2 zeigen die Spannungs-Stromstärken-Charakteristik eines typischen Gleichstrom-Fahrmotors unter verschiedenen Betriebsbedingungen. Die vertikale Achse stellt den Motorstrom dar und die horizontale Achse die Motorspannung. Da aber die Motorspannung direkt proportional zum Einschaltverhältnis ist, ist die horizontale Achse direkt bezogen auf dieses Einschaltverhältnis eingeteilt, welches von 0 bis 1 geht. Wenn der Motor bei 100 % der Drehzahl in positiver Drehrichtung, wie vorstehend definiert, arbeitet, so ergibt sich aus" der maximalen Spannung der Nennstrom. Bei einer Drehzahl von 30 % erzeugt die maximale Spannung das Sechsfache des Nennstroms. Beim Abdrosseln (Beginn des Bremsens) reichen 40 % der Batteriespannung aus, um .

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das Sechsfache des Motor-Nennstromes hervorzurufen. Wenn die Reverslerkontakte geschlossen sind, so daß sich der Motor in elektrisch negativer Richtung dreht, und zwar bei -10 % der maximalen Drehzahl, so sind nur 25 % der Batteriespannung notwendig, um das Sechsfache des Motor-Nennstromes zu erzeugen. Ist die Drehzahl rückwärts größer als -10 %, so werden entsprechend weniger Prozente der Batteriespannung benötigt, um den sechsfachen Anker-NennstroKi zu entwickeln.

Wenn sich der Motor in einer elektrisch negativen Richtung bei einer Geschwindigkeit von -10 % oder mehr dreht, so wird der Motor als im Bremsbetrieb arbeitend bezeichnet. In diesem Betrieb sbereich wird die den Anker überbrückende Diode 16 leitend. Die Steigung der in Figur 2 gezeigten Strom-Spannungskurven ist ein Maß für die Motordrehzahl, übersteigt der Anstieg einen vorbestimmten Wert, so heißt dies, daß der Motor bremst. Weil die Motorklemmenspannung und das Ednschaltverhältnis durch eine Proportionalitätskonstante zueinander in Beziehung stehen, kann das Einschaltverhältnis in Verbindung mit dem Ankerstrom verwendet werden, um den Motorbetrieb im Bremsbereich festzustellen.

In Figur 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zum Feststellen des Bremsbetriebes des Motors gezeigt, wenn der Strom einen vorbestimmten Wert für eine vorgegebene Motorspannung übersteigt. Ein Stromshunt 22 ist mit dem Motorankec 12 in Reihe geschaltet, um ein Signal abzugeben, das proportional zum Ankerstrom ist. Das so erhaltene Signal wird durch einen Differentialverstärker 24 verstärkt, um eine Spannung zu ergeben, die proportional zu dem durch den Anker 12 fließenden Strom ist. Die Ausgangsgröße des Verstärkers 24 wird über einen Widerstand 26 dem nicht invertierenden Eingang eines !Comparators 32 zugeführt. Dieser nicht invertierende Eingang des !Comparators 32 ist weiterhin mit einem Punkt gemeinsamen Potentials über einen Widerstand 28 verbunden.

Der Komparator 32 kann ein Differentxalverstärker sein, der handelsüblich ist und der auf Seite 18 des Buches "Linear Integrated

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Circuit Amplifier Handbook" beschrieben ist. Das Buch ist von J. N. Giles herausgegeben und wird von der Fairchild Semiconduc^ tor Company veröffentlicht. In der Kongreßbibliothek der Vereinigten Staaten von Nordamerika ist es unter der Nummer 67-27^46 registriert. Der Verstärker hat ein Paar Eingänge, von denen einer umkehrt und der andere nicht umkehrt. Wenn die an den nicht umkehrenden Eingang angelegte Spannung stärker positiv ist als die an den umkehrenden Eingang angelegte Spannung, so hat die Ausgangsspannung des" Verstärkers einen ersten Wert. Wenn die an den nicht umkehrenden Eingang angelegte Spannung kleiner ist als die Spannung am umkehrenden Eingang, so ändert sich die Ausgangsgröße des Verstärkers auf einen zweiten Wert, der niedriger ist als der erste Wert. Das Spannungsniveau am Ausgang des Verstärkers ist daher ein Maß der relativen Werte der Spannungen, die an den Eingängen des Verstärkers anstehen.

Dem invertierenden Eingang des Komparators 32 wird ein Spannungssignal zugeführt, das proportional zum Einschaltverhältnis und somit zur Klemmenspannung des Motors ist. Die Größen der Widerstände 26 und 28 sind so gewählt, daß eine Spannung am nicht umkehrenden Eingang des Komparators ansteht, die bei einem gegebenen Ankerstrom (typischerweise das Sechsfache des Nennstromes) gleich der Spannung ist, die dem anderen umkehrenden Eingang des Komparators zugeführt wird, wenn das Einschaltverhältnis 25 % beträgt. Durch Verwendung dieser Werte als Bezugspunkte zum Bestimmen der Werte der Bauelemente der Schaltung wird sichergestellt, daß immer dann, wenn der Ankerstrom und das Einschaltverhältnis die vorbestimmte Proportionalität erreichen, die Ausgangsgröße des Komparators ihren Zustand ändert. Dies geschieht, weil die Ausgangsgröße des Komparators eine Punktion der relativen Werte der Signale"ist, die den Eingängen des Komparators zugeführt werden.

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Es ergibt sich, daß der Komparator 32 so eingerichtet ist, daß erjlängs einer charakteristischen Kurve nach Figur 2 arbeitet, die die festgelegte Proportionalität der abgetasteten Signale

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darstellt, die benötigt werden, um den Komparator 32 entsprechend der Steigung der gewünschten Kurve zu triggern, d.h. sie ist eine Kurve, deren Steigung größer ist als diejenige der Bremsdrehzahlkurve. Das System arbeitet als eine Punktion der Antriebsart des Motors, und zwar unabhängig von-den absoluten Werten des Stromes oder des Einschaltverhältnisses. Läuft der Motor im Antrieb sbetriebj so überschreitet die Spannung des umkehrenden Eingangs diejenige des nicht umkehrenden Eingangs, und der Ausgang 34 des Komparators 32 bleibt bei seinem negativsten Spannungspegel. Läuft der Motor jedoch im Bremsbetrieb, was einer Neigung entspricht, die stärker ist als die Neigung beim Abdrosseln oder bei der Drehzahl null, so überschreitet die Spannung am nicht umkehrenden Eingang die Spannung am umkehrenden Eingang, weil der Ankerstrom höher ist. Die Spannung am Ausgang 34 des Komparators 32 bleibt dabei auf ihrem positivsten Wert. Ein positives Signal am Ausgang 34 zeigt also an, daß der Motor im Bremsbetrieb arbeitet.

In Figur 4 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei der ebenfalls ein Signal abgegeben wird, das anzeigt, ob der Motor im Bremsbetrieb arbeitet, wenn die Stromstärke des Motorankers einen vorbestimmten Wert übersteigt und wenn das Einschaltverhältnis kleiner als ein anderer, ebenfalls vorbestimmter Wert ist. Der umkehrende Eingang eines Komparators 52 ist mit der Verbindung von Widerständen 48 und 50 verbunden, die in einer Serienschaltung zwischen der positiven und der negativen Hauptleitung liegen. Der nicht umkehrende Eingang des Komparators 52 ist mit dem Verbxndungspunkt von Widerständen 36 und 38 verbunden, die ihrerseits in einer Serienschaltung mit der negativen Hauptleitung und dem Ausgang des Differential-Stromverstärkers 24 verbunden sind. Der nicht umkehrende Eingang eines zweiten Komparators 54 ist mit der Verbindung tischen Widerständen 44 und 46 ver·* bunden, die in einer Serienschaltung zwischen der positiven und der negativen Hauptleitung vorgesehen .sind. Der umkehrende Eingang des Komparators 54 ist mit der Verbindung von Widerständen 40 und 42 verbunden, die in einer SeriensGhaltung zwischen einem Ein-■gangsanschluß 64 und der negativen Hauptleitung vorgesehen sind.

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Die in einer Serienschaltung zwischen der negativen und positiven Hauptleitung miteinander verbundenen Widerstände 48 und 50 bilden einen Spannungsteiler, der den umkehrenden Eingang des !Comparators 52 mit einem bestimmten Spannungsniveau beaufschlagt, während die Serienschaltung der Widerstände 44 und 46 den nicht umkehrenden Eingang des Komparators 54 auf einen zweiten Spannungswert vorspannt. Die Grosse der Widerstände 36 und 38 ist so gewählt, dass die. Spannung am nicht umkehrenden Eingang des Komparators 52 das Spannungsniveau am umkehrenden Eingang (das von der Grosse der Widerstände 4ö und 50 bestimmt wird) übersteigt, wenn der Motorankerstrom einen vorbestimmten Wert überschreitet, vorzugsweise sechsmal grosser ist als" der Nennstrom des Motorankers. Wenn der Ankerstrom kleiner als das ausgewählte Niveau ist, so befindet sich-die Ausgangsspannung des Komparators 52 auf dem am stärksten negativen Niveau. Wenn der Strom ein gewähltes Niveau übersteigt, so befindet sich die Ausgangsspannung auf ihrem positivsten Niveau.

Eine Spannung proportional zum Einschaltverhältnis wird von 'einer nicht gezeigten Regelschaltung abgeleitet und einem Anschluss 64 zugeführt. Die Grosse der Widerstände 4o und 42 ist so gewählt, dass sich der umkehrende Eingang auf einem Spannungsniveau befindet, das kleiner ist als dasjenige des nicht umkehrenden Eingangs (das von der Grosse der Widerstände 44 und 46 bestimmt wird), wenn das Einsehaltverhältnis kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, vorzugsweise 25 %. Wenn das Einsehaltverhältnis kleiner als der gewählte Wert ist, so befindet sich die Ausgangsspannung des Komparators 54 auf ihrem positivsten Wert; anderenfalls bleibt sie auf ihrem negativsten Niveau.

Ein Widerstand 60 ist zwischen der positiven Hauptleitung und einem Ausgangsanschluss 62 vorgesehen, und eine Diode 56 ist mit. ihrer Anode an den Anschluss 62 angeschlossen. Deren Kathode ist mit dem Ausgang des Komparators 52 verbundene Eine zweite Diode 58 ist mit ihrer Anode an den Anschluss 62 und mit ihrer Kathode an den Ausgang des Komparators 5^ angeschlossen. Ist das Strom-

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niveau des Ankers kleiner als ein vorbestimmtes Niveau (vorzugsweise das Sechsfache.des Motor-Nennstroms) oder wenn das Einschaltverhältnis grosser- ist als ein vorbestimmtes Niveau (in einem Fall 25 %)> so ist die Ausgangsgrösse einer der beiden Komparatoren negativ und die Spannung am Ausgangsanschluss 62 ist negativ. Wenn der Ankerstrom grosser als das vorbestimmte Niveau ist und wenn das Einsehaltverhältnis kleiner als,dessen vorbestimmtes Niveau ist, so ist die Ausgangsspannung beider Komparatoren jetzt auf einem positiven Niveau, wodurch die Spannung am Ausgangsanschluss 62 ebenfalls positiv wird, so dass angezeigt wird, dass der Motor im Br^enisbetrieb läuft.

Figur 5 zeigt in schematischer Form eine vollständige Schaltung zur Steuerung bzw. Regelung eines Antriebssystems für einen Gleichstrommotor unter Verwendung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Mit den vorstehend beschriebenen Figuren sind gleiche Bauelemente mit denselben Bezugszahlen bezeichnet. Der Leistungsstromkreis mit der Bäterie, der Motorfeldwicklung 14, dem Anker 12, dem Leistungsschalter 18, der überbrückungsdiode 16 für den Anker, der Überbrückungsdiode 20 für den Motor und dem Stromwandler 22 wurde bereits vorstehend beschrieben.

Der Differential-Stromverstärker 24 verwendet einen Operationsverstärker 76, der als ein Differentialverstärker in bekannter Art und Weise geschaltet ist, wie dies vorher bezüglich des !Comparators 32 beschrieben wurde. Der umkehrende Eingang des Verstärkers 76 ist mit dem Mittelanschluss von Widerständen 66 und 72 verbunden, die eine Serienschaltung -zwischen einem ersten Ausgang des Stromwandlers 22 und der negativen Hauptleitung bilden. Der nicht umkehrende Eingang des Verstärkers 76 ist mit dem Verbindungspunkt von Widerständen 68 und 70 verbunden, die in Reihe zwischen dem zweiten Anschluss des Stromwandlers 22 und der negativen#Hauptleitung vorgesehen sind. Ein Verstärkungssteuerungswiderstand 74 befindet sich zwischen dem umkehrenden Eingang und dem Ausgangsanschluss des Verstärkers 76. Die Ausgangs-

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grösse des Verstärkers 24 ist somit eine Spannung, die mit der am Stromwandler 22 entwickelten Spannung über eine Proportionalitätskonstante in Beziehung steht.

Ein Rheostat 116 befindet sich zwischen der für das System gemeinsamen Hauptleitung und der negativen Hauptleitung. Der Rheostat dient zur Einstellung von aussen. Bei einem elektrischen Fahrzeug ist der Rheostat mechanisch mit dem Beschleunigerpedal verbunden. Die Stellung des Rheostatschleifers liefert eine Referenzspannung bezüglich des gemeinsamen Systems, die als Eingang zum gesteuerten oder geregelten Beschleunigungskreis 114 dient. Dieser Beschleunigungskreis dient dazu,, um das Anwachsen des Motordrehmomentes zu begrenzen, so dass die Räder nicht durchdrehen können. Der Schleifer des Rheostats 116 ist mit einem Ende eines Widerstandes 104 verbunden. Das andere Ende des Widerstandes ist mit einem Kondensator 112 verbunden. Eine Diode 105 liegt im Nebenschluss zum Widerstand 104. Der Kondensator 112 wird von der Verbindung Emitter-Kollektor eines Transistors 110 kurzgeschlossen, wobei der Kollektor mit der gemeinsamen Leitung bzw. mit Masse verbunden ist und der Emitter mit der Verbindung zwischen dem Widerstand 104 und dem Kondensator 112. Die Basis des Transistors 110 ist über einen Widerstand 108 mit einer Spannung verbunden, die dazu dient, um die gesteuerte Beschleunigungsschaltung 114 zurückzustellen. Wird eine positive Spannung an die Basiselektrode des Transistors 110 durch den Widerstand 108 angelegt, so wird der Transistor leitend und die Spannung am" Kondensator wird gleich null. Ein Ausgangswiderstand 106 hat ein Ende mit der Verbindung zwischen Widerstand 104 und Kondensator 112 verbunden, wobei das andere Ende als Ausgangsanschluss der Beschleunigungsschaltung 114 dient.

Ein der Spannung am Kondensator 112 proportionaler Strom wird vom Beschleunigungskreis 114 an die Summierungsverbindung des Operationsverstärkers 126 gegeben. Ein Widerstand 122 liegt zwischen dem umkehrenden Eingang oder der Summierungsverbindung und dem Ausgang des Verstärkers 124 und kehrt den Eingangsstrom in eine

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proportionale Ausgangsspannung um. Diese Spannung wird einer Steuerschaltung 128 zugeführt, die vorzugsweise einen Oszillator und eine Kommutierungsschaltung zum Betreiben des Leistungsschaltjers 18 enthält. Der Oszillator teilt die Einschalt-Torimpulse derart zeitlich ein, dass das Einschaltverhältnis des Leistungsschalters eine lineare Punktion der Eingangsspannung des Oszillators ist, in welchem Fall die Ausgangsspannung des Verstärkers 126 direkt proportional zu der Spannung ist, die am Motor anliegt. Ein Oszillator dieses Typs ist in der deutschen Patentanmeldung P 23 47 859-3 beschrieben.

Die den Anschlüssen des Motors zugeführte Spannung ist also eine Funktion der Grosse, des Stroms, der von der Summierungsverbindung (invertierender Eingang) des Operationsverstärkers 124 fliesst, dessen nicht unkehrender Eingang mit der gemeinsamen Leitung (Schaltungsnull) verbunden ist.

In der Summierungsverbindung des Verstärkers 124 gibt es drei Stromquellen: der Ausgangsstrom der gesteuerten Beschleunigungsschaltung 114, die Ausgangsgrösse der Strombegrenzungsschaltung 96, die weiter unten näher erläutert wird, und ein Eingangsstrom von einer Justierschaltung 117 für das Nacheilen. Diese Justierschaltung 117 liefert einen Bezugsstrom, der proportional dem gewünschten Drehmoment ist, und zwar bei nicht niedergedrücktem Beschleunigerpedal. Das Eingangssignal wird einer Serienschaltung zugeführt, die aus einem Widerstand 118 und einem Potentiometer 120 besteht, das eingestellt werden kann, um das gewünschte Stromniveau zu liefern. Falls es kein den Strom begrenzendes Signal gibt, so wird die Motorspannung durch Kombination der · Spannungen bestimmt, die von der Justierschaltung und dem Rheostaten II6 des Beschleunigerpedals geliefert werden.

Die Strombegrenzungsschaltung 96 hat keine Wirkung auf dfe angelegte Motorspannung, bis der Ankerstrom des Motors ein vorbe- . stimmt es maximales Niveau erreicht hat·. Die Ausgangs spannung des

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Stromverstärkers 24 wird über einen Widerstand 78 an den nicht umkehrenden Anschluss eines Komparators 82 gegeben. Der umkehrende Anschluss des Komparators ist mit dem Schleifer eines Potentiometers 88 verbunden, dessen eines Ende mit der positiven Hauptleitung verbunden ist. Das andere Ende ist mit der negativen Hauptleitung über einen Widerstand 92 verbunden. Das eine Ende der Serienschaltung des Widerstandes 90 und des Potentiometers ist mit der Verbindung des Potentiometers 88 und des Widerstandes 92 verbunden. Das andere Ende der Serienschaltung erhält eine Spannung, um die Einstellung der Strombegrenzung der Schaltung beim Bremsen zu erhöhen, wie dies noch weiter unten näher beschrieben wird. Ein die Verstärkung steuernder Widerstand 80 verbindet de~n nicht umkehrenden Eingang mit dem Ausgang des Komparators 82. Der Ausgangsanschluss des Komparators 82 ist über eine Diode 84 und einen Widerstand 86 mit dem umkehrenden Eingang des Komparators 124 verbunden. Wenn der Ankerstrom kleiner als der vorbestimmte Begrenzungswert ist, so ist die Ausgangsspannung des Verstärkers 24 kleiner als die Spannung 'am Schleifer des^ Potentiometers .88. Der Komparator 82 erzeugt dann eine negative Ausgangsspannung, die die Diode 84 in umgekehrter Richtung vorspannt. Sie hat also keine Wirkung auf den Eingangsstrom zum Verstärker 126. Wenn der Ankerstrom den vorbestimmten Wert überschreitet, so übersteigt .der Spannungsaus gang des Verstärkers 24 die am Schleifer des Potentiometers 88 eingestellte Spannung und die Ausgangsspannung des Komparators 82 schaltet auf ein positives Niveau. Weil die Diode 84 jetzt positiv bzw. vorwärts vorgespannt ist, wird ein positiver Strom dem Kontrollverstärker 126 zugeführt, wodurch dessen. Ausgangsspannung verringert und eine Verringerung im Einsehaltzeitverhältnis des Leistungsscharters 18 herbeigeführt wird, wodurch wiederum der Strom verkleinert wird, der durch den Motoranker fliesst.

Beim Bremsen müssen zwei Funktionen erfüllt sein: einmal muss der Rüekstellanschluss der Beschleunig rsehaltung 114 vorgespannt sein, um den Transistor 110 leitend zu machen, damit der Konden- sator 112 überbrückt wird, wodurch die Wirkung der Stellung des

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Beschleunigerpedals auf das Bremsmoment aufgehoben wird. Zum anderen muss die Strombegrenzungs.schaltung so einjustiert sein, dass ein vorbestimmtes Anwachsen in der strombegrenzenden Referenzspannung erzeugt wird, so dass ein adäquates Bremsmoment zur Verfügung steht. Diese beiden Punktionen werden von der BremsbetriebFAbtastschaltung 100 erfüllt, die mit der Schaltung identisch ist, die in bezug auf die bevorzugte Ausfuhrungsform nach Fig. beschrieben wurde, und zwar unter Zufügung des Kondensators und der Diode 9^· Der Kondensator 102 ist parallel mit dem Widerstand 28 geschaltet, um SpannungsSchwankungen auszufiltern, die aus Welligkeiten im Ankerstrom resultieren. Die Diode 98 ist mit dem Ausgang des Komparators 32 verbunden, wobei ihr Kathodenanschluss als Ausgangsanschluss für die Bremsbetrieb-Abtastschaltung 100 dient. Wie bei Fig. 2 erläutert wurde, ist die Ausgangsgrösse des Komparators 32 nur dann positiv, wenn der Motor im Bremsbetrieb läuft. Die positive Ausgangsspannung, die durch die Abtastschaltung 100 erzeugt; wird, liefert ein Betätigungssignal an den zum Zurückstellen dienenden Anschluss der Beschleunigerschaltung 114 und vergrössert auch den Maximalstrom, der von der Strombegrenzungsschaltung 96 erlaubt wird, auf einen Wert, der durch die Einstellung des Potentiometers Sk bestimmt ist.

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Claims

Ansprüche

/ l.yBremsbetrieb-Abtastschaltung zur Verwendung bei einem Regel- oder Steuersystem für das Zeitverhältnis zur Steuerung oder Regelung eines Gleichstrommotors mit einer Feldwicklung und einer Ankerwicklung, gekennzeichnet durch erste Fühlmittel, die ein dem Ankerstrom entsprechendes Signal erzeugen, zweite Fühlmittel, die ein Signal erzeugen, das der mittleren Leitfähigkeit des Zeitverhältnis-Regelsystems entspricht, und durch eine Ausgangsschaltung, die mit den ersten und den zweiten Fühlmitteln verbunden ist und ein Signal erzeugt, das den Betrieb des Zeitverhältnis-Regelsystems ändert, wenn die von den ersten und zweiten Fühlmitteln erzeugten Signale eine vorbestimmte Relation erreichen.
2. Abtastschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Ausgangsschaltung die. mittlere Leitfähigkeit des Zeitverhältnis-Regelsystems verringert, um die dem Gleichstrommotor zugeführte Spannung zu verkleinern.
3. Abtastschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass zum Bremsen des Motors Mittel zum reversiblen Anschluss der Feldwid&ung vorgesehen sind.
4. Abtastschaltung nach.Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Ausgangsschaltung einen Komparator enthält.
5. Abtastschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass die ersten Fühlmittel einen Stromwiderstandsshunt umfassen, der in einen Stromkreis mit dem Anker geschaltet ist.

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6. Abtastschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , dass ein steuerbarer Schalter vorgesehen ist, der dem Gleichstrommotor gesteuert Leistung zuführt, wobei das zweite Signal ein Maß für das Zeitverhältriis von leitendem zum nichtleitenden Zustand des steuerbaren Schalters ist.
7. Abtastschaltung nach Anspruch 6, dadurch · gekennzeichnet , dass eine Steuerschaltung vorge- ■ sehen ist, die den Schalter ansteuert, um das vorbestimmte Einschaltzeitverhältnis zu erreichen.
8. Abtastschaltung nach Anspruch 6, dadurch g e kennzeic.hnet , dass der steuerbare Schalter ein steuerbarer Siliziumgleichrichter ist.
9. Abtastschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , dass die Steuereinrichtung ein spannungsgesteuerter Oszillator ist.
10. Abtastschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass eine Strombegrenzungsschaltung vorgesehen ist, die das erste Signal mit einem Bezugssignal vergleicht und die ein Strombegrenzungssignal abgibt, wenn das erste Signal das Referenzsignal übersteigt, dass eine Signalschaltung für den Bremszustand mit der ersten und der zweiten Schaltung verbunden ist, um ein Bremssignal zu erzeugen₉wenn das erste und das zweite Ausgangssignal vorbe- ' stimmte Referenzwerte übersteigen, und dass eine Schaltung mit der Strombegrenzungsschaltung und der Bremssignalsehaltung verbunden ist und auf das Strombegrenzungssignal oder das Bremssignal anspricht, um das Einschaltzeitverhältnis eines gesteuerten Halbleiterschalters zu begrenzen, der dem Motor bis zu einem vorbestimmten Maximalwert Leistung zuführt.

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11. Abtastschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , dass eine zusätzliche Schaltung "mit der Strombegrenzerschaltung und mit der Signalschaltung für das Bremssignal verbunden ist, um den effektiven Wert des Bezugssignals der Strombegrenzungsschaltung zu ändern, wenn das zweite Ausgangssignal einen vorbestimmten Wert überschreitet.
12. Abtastschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , dass das Strombegrenzungs-Referenzsignal von einem ersten, niedrigeren Wert zu einem zweiten, höheren Wert geändert wird, wenn das zweite Ausgangssignal

■ ansteht.

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