DE2442244A1 - Elektrischer steuerschaltkreis - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Steuerschaltkreis für einen Gleichstrommotor, der durch Stromimpulse mit Hilfe eines Stromunterbrechers in seinem Ankerkreis erregt, wird. Prinzipielles Ziel der Erfindung ist es, eine verbesserte Rückkopplungsbremsung (regenerative braking) zu schaffen.

Erfindungsgemäß ist ein elektrischer Steuerschaltkreis für einen Gleichstrommotor, wobei ein Strom in einem Hauptstromkreis zwischen einem ersten Versorgungspol durch den Anker des Motors zu einem zweiten Versorgungspol fließt,

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durch einen Unterbrecher, einen Stromkreis, der den Motor durchläuft und der den Unterbrecher nicht mit einschließt und in dem der Ankerstrom während der Perioden fließen kann, während der der Unterbrecher nichtleitend ist, einen Rückführungskreis, der über den HauptStromkreis mit dem Anker und dem Unterbrecher verbunden ist, damit Strom vom zweiten Versorgungspol zum ersten Versorgungspol fließt, einen Zweig zum Verbinden des Ankers mit dem Rückführungskreis und eine Verbindungseinrichtung zum abwechselnden Vervollständigen des Hauptstromkreises und des Zweiges gekennzeichnet.

Vorzugsweise ist ein automatischer Regler vorgesehen, der den Ankerstrom mit Hilfe des Unterbrechers regeltj der Regler kann sowohl während des normalen Antriebs des Motors als auch während des Abbremsens verwendet werden.

Die Verbindungseinrichtung zum abwechselnden Vervollständigen des Hauptstromkreises und des Zweiges kann- zwischen dem Anker und dem ersten Versorgungspol einen einzelnen Schalter aufweisen.

Die oben erwähnten Merkmale erleichtern die Schaffung einer Rückkopplungsbremsung, während der Anker sich in die gleiche Richtung dreht, in die er sich während des normalen Antriebs dreht. Es ist außerdem möglich, eine Rückkopplung bei sehr geringen Geschwindigkeiten des Ankers und eine

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sparsame Arbeitsweise zu schaffen, indem der Motor schnell aus einem Antriebszustand in einen Bremszustand mit Rückkopplung umgeschaltet werden kann, z.B. lediglich durch Betätigung des oben erwähnten Schalters.

In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist eine . Feldwicklung zwischen dem ersten Versorgungspol und dem Anker derartig verbunden, daß sie außer Betrieb ist, wenn der HauptStromkreis geschlosen ist, und in Betrieb ist, wenn der Zweig geschlossen ist. Die Verwendung dieser Feldwicklung trägt dazu bei, die Abhängigkeit von Restmagnetismus in dem Kreis zu vermeiden, um die Wiedergewinnung des Stroms zu beginnen, wenn der Motor in seinen Rückkopplungsbremszustand geschaltet wird.

Normalerweise sind die Versorgungspole die Pole einer Speicherbatterie, die verbunden ist, um den Motor und seine Steuerschaltkreise mit elektrischer Energie zu versorgen.

Der Rückführungskreis kann eine erste Diode zwischen dem zweiten Versorgungspunkt und einem ersten Verbindungspunkt in dem HauptStromkreis zwischen dem Anker und dem Unterbrecher und eine zweite Diode zwischen einem zweiten Verbindungspunkt in dem HauptStromkreis zwischen dem Anker und dem Unterbrecher und dem ersten Versorgungspunkt aufweisen. Falls der Motor ein getrennt angeregter Motor (separatelyexcited motor) ist, kann die zweite Diode außerdem einen

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Teil des Stromkreises bilden. Falls der Motor ein Reihenmotor ist, kann der zweite Verbindungspunkt durch zumindest eine Feldwicklung des Motors von dem Stromkreis getrennt sein.

Vorzugsweise kann der Zweig in der Lage sein, die Seite des Ankers, die weiter von dem ersten Verbindungspunkt entfernt ist, mit dem Rückführungskreis zwischen dem ersten Verbindungspunkt und der zweiten Diode zu verbinden. Vorzugsweise ist eine Diode in dem Hauptstromkreis so angeordnet, daß Strom nur in Richtung von dem ersten Versorgungspol zu dem zweiten Versorgungspol fließen kann und daß sie parallel zu dem Anker ist, wenn der Zweig geschlossen ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen mit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher erläutert, wobei die Figuren 1 und 2 zwei erfindungsgemäße Ausführungsformen darstellen.

Die Erfindung kann beispielsweise in einem Schaltkreis für einen Fahrmotor eines Hubwagens oder eines elektrischen Straßenfahrzeuges verwendet werden.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform weist zwei Versorgungspole 1 und 2 auf, die tatsächlich die Pole einer Speicherbatterie 3 sind, die so angeordnet ist, daß der Pol 1 bezüglich des Pols 2 positiv ist. Während der Zeitabschnitte, in denen der Motor zur Erzeugung eines Anzugsmomentes erregt

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1st, kann ein HauptStromkreis durch einen Schalter 4 ausgewählt werden, wobei der Hauptstromkreis den Anker 5 des Motors, eine Diode 6, einen Stromfühler 8, eine Reihenfeldwicklung 7 und einen Stromunterbrecher aufweist, der bei dieser Ausführungsform ein Thyristor 9" ist, aber der, falls gewünscht, ein anderer elektronischer Schalter sein könnte.

Der Fühler 8 bildet eine Eingangsstufe eines automatischen Ankerstromreglers 22, der einen Kommutatorkreis 10 steuert, der den Unterbrecher aufweist. Automatische Stromregler in impulsgesteuerten Schaltkreisen sind bekannt und müssen nicht im einzelnen beschrieben werden. Vorzugsweise weist der Regler einen magnetischen Kreis, an den ein Leiter des Ankers angekoppelt ist, und einen Impulsgenerator auf, der dem Thyristor 9 Schaltimpulse zuführt, deren Frequenz oder Dauer oder beide begrenzt sind, falls der Ankerstrom, der durch die Flußdichte des magnetischen Kreises dargestellt wird, einen bestimmten Wert überschreitet. Um eine Änderung in der Ausgangsleistung oder der Geschwindigkeit des Motors zu ermöglichen, kann der Grenzwert des Ankerstromes durch irgendeine geeignete Einrichtung zum Ändern der Flußdichte in dem magnetischen Kreis verändert werden. Geeignete Kreise zum Regeln des Ankerstromes auf diese Art. werden z.B. in den britischen Patentschriften No. 1 136 253 und 1 191 391 beschrieben.

Der Kommutatorkreis 10 ist in üblicher Weise aufgebaut und weist einen Kommutatorkondensator 11 auf, der zwischen

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der Anode des Thyristors 9 und der Anode eines Hilfsthyristörs 12 verbunden ist, der, wie der Thyristor 9, durch seine Kathode mit dem negativen Pol 2 verbunden ist. Der Hilfsthyristör 12 wird durch eine Induktivität 13 und eine Diode 14 umgekehrter Polarität in bekannter Weise überbrückt. In bekannter Weise ist es Aufgabe des Hilfsthyristors und der anderen Komponenten des Kommutatorkreises 10, das zuverlässige Abschalten des Hauptthyristors am Ende jedes Stromimpulses, der ihn durchläuft, zu bewirken. Zu diesem Zweck werden Arbeitsimpulse abwechselnd dem Hauptthyristor 9 und dem Hilfsthyristör 12 zugeführt. Derartige Kommutatorkreise sind bekannt und erfordern keine weitere Beschreibung.

Ein Stromkreis, der den Unterbrecher nicht umfaßt und in dem der Strom durch den Anker während der Perioden fliessen kann, wenn der Thyristor 9 nicht leitfähig ist, wird durch eine Diode 27 vervollständigt, die zwischen dem positiven Pol 1 und dem HauptStromkreis ist; in dieser Ausführungsform ist die Diode 27 mit einem Verbindungspunkt zwischen der Reihenfeldwicklung 7 und dem Fühler 8 verbunden. Eine zusätzliche Diode 15 ist zwischen dem Pol 1 und der Reihenfeldwicklung 7 verbunden, damit Strom durch diese Windung fließen kann, wenn der Unterbrecher nichtleitend ist.

Ein Rückführungskreis, durch den Strom von dem Pol 2 zu dem Pol 1 fließen kann, wird durch eine Diode 17 geschaffen, deren Polarität es gestattet, daß Strom von dem Pol 2 auf

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eine Seite 5b des Ankers 5 fließen kann und danach durch den Fühler 8, die Reihenfeldwicklung 7 und die Diode 15 zu dem Pol 1. Außerdem kann Strom durch die Diode 27 zu dem Pol 1 fließen, wodurch sichergestellt wird, daß der Strom in der Feldwicklung 7 in geeigneter Weise abnimmt. Zum Verbinden des Ankers in den Rückführungskreis ist ein Zweig 19 vorgesehen, der, unter der Voraussetzung, daß der Schalter 4 entsprechend eingestellt ist, die andere Seite 5a des Ankers mit der Verbindung 18 verbindet, die unterhalb des Hauptstromkreises und der Diode 6 ist.

Die Diode 6 verhindert, daß Strom von dem Verbindungspunkt 18 zurück zu dem Anker des Motors fließt und ermöglicht es daher, daß in dieser Ausführungsform die beschriebenen Kreise verschiedene Teile gemeinsam haben können.

Der Schaltkreis der Fig. 1 weist als bevorzugtes, jedoch nicht wesentliches Merkmal eine Feldwicklung 28 auf, die zwischen dem positiven Pol und dem Punkt 5a des Ankers parallel zu dem Schalter 4 verbunden ist. Diese Wicklung ist außer Betrieb, wenn der Schalter 4 den HauptStromkreis schließt, und ist in Reihe mit" dem Anker angeordnet, wenn der Schalter 4 den Zweig 19 schließt. Die Wicklung 28 sollte normalerweise für volle Batteriespannung bemessen sein und würde aus diesem Grunde physikalisch einer Shunt-Wicklung gleichen.

Während der normalen Erregung des Motors in dem in Fig.

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gezeigten Schaltkreis berührt der Kontakt 4a des Schalters den Kontaktpunkt 20, der mit dem Pol 1 verbunden ist. Wenn der Thyristor 9 leitend ist, fließt Strom durch den Hauptstromkreis, der durch den Schalter 4, den Anker 5, die Diode 6, den Fühler 8, die Reihenfeldwicklung 7 und den Thyristor 9 gebildet wird, zu dem Pol 2. Venn der Thyristor 9 abgeschaltet wird, fließt weiterhin Strom durch einen Teil des Hauptstromkreises, jedoch fließt er zurück zu dem Anker durch die Dioden 15 und 27 anstelle durch den Thyristor 9 zu fliessen. Während der Motor läuft, begrenzt der automatische Stromregler den Ankerstrom.

Wenn Rückkopplungsbremsung gewünscht wird, wird der Schalterkontakt 4a bewegt, um den Anker mit dem Kontaktpunkt 21 so zu verbinden, um den Motor kurzzuschließen und um einen Stromweg von dem Pol 2 durch die Diode 17, den Anker 5 und den Zweig 19 zu dem Verbindungspunkt 18 und daher zurück zu dem negativen Pol 2 über den Thyristor 9 zu schaffen. Der Strom wird auf diesem Weg durch die elektromotorische Kraft aufrechterhalten, die durch den Motor erzeugt wird, dessen Anker sich noch in der gleichen Richtung dreht wie während des Antriebs. Die Einleitung dieser Erzeugungswirkung wird durch das Vorhandensein der Wicklung 28 erleichtert, falls diese vorgesehen ist. Der Ankerstrom wird automatisch durch die Wirkung des Reglers 22 und des Thyristors 9 begrenzt. Wenn der Ankerstrom sich bis zu dem Grenzwert aufbaut, wird der Thyristor 9 abgeschaltet. Der Motor erzeugt weiterhin

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Strom, der nun von dem Pol 2 durch die Diode 17, den Anker 5, den Zweig 19 zu dem Verbindungspunkt 18 und daher zurück zu dem positiven Pol 1 durch die Diode 27 und durch die Wicklung 7 und die Diode 15 fließt. Falls die Wicklung 28 vorgesehen ist, würde sie durch den niedrigen Vorwärtswiderstand der Diode 27 überbrückt werden.

Durch das Kurzschließen des Ankers durch die Betätigung des Schalters 4 kann der Motor als ein unstabiler Reihengenerator wirken, wenn der Unterbrecher 9 leitfähig ist, und das Vorhandensein der Wicklung 28 erleichtert das Auslösen dieser Wirkung sogar bei geringen Geschwindigkeiten. In diesem Schaltkreis ist es möglich, falls gewünscht, Schalter zum Umkehren der Ankerverbindungen zu schaffen. Dies ist günstiger als die Umkehrung der Verbindungen für die Feldwicklungen.

Fig. 2 stellt einen Schaltkreis eines getrennt angeregten Motors dar. Der Schaltkreis ist in vieler Hinsicht ähnlich dem in Fig. 1 dargestellten. Jedoch ist die Reihenfeldwicklung 7 weggelassen und dafür ist eine induktive Drossel 26 in dem Hauptschaltkreis zwischen der Diode 6 und dem Fühler 8 angeordnet. Die Feldwicklung 28 und die Diode 27 sind ebenfalls weggelassen.

In dieser Ausführungsform hat der Motor eine Feldspule 23, die durch irgendeine geeignete Feldstromversorgung erregt wird. Die Feldstromversorgung kann, wie dargestellt,

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aus einem Untererecherregler 24 bestehen, durch den die Feldspule zeitweilig verbunden ist und der durch einen Fühler 25 gesteuert wird, um den Feldstrom in per se bekannter Weise zu regeln.

Dieser Stromkreis arbeitet in einer ähnlichen Weise, wie der, der bereits beschrieben worden ist. Die Wirkung der Reihenfeldwicklung, um den Anstiegswert der Stromimpulse durch den Anker zu begrenzen, wird durch die Drossel 26 erzielt.

Durch die Wirkung der Verbindung der Seite des Ankers, die normalerweise mit dem Pol 1 während des Antriebs und während des Bremsens mit dem Unterbrecher verbunden ist, wird der Ankerstrom während des Bremsens begrenzt. Dies gestattet es, daß der Feldstrom bis zu dem Maximum gesteuert wird, das von der Feldstromversorgung zugelassen wird, und fördert sowohl eine wirkungsvolle Rückkopplung als auch eine Rückkopplungsbremsung bis hinunter zu praktischem Stillstand.

Falls gewünscht, kann eine Diode vorgesehen sein, wobei ihre Anode mit der Seite 5b des Ankers und ihre Kathode mit dem Pol 1 so verbunden ist, daß sie einen wirkungsvollen Kreis für den Ankerstrom während der Perioden bildet, wenn der Unterbrecher nichtleitend ist und der Schalter 4 den HauptStromkreis schließt. Es kann wünschenswert sein, die Lage des Fühlers in dem Steuerkreis zu ändern.

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Claims (11)

Patentansprüche

1. Elektrischer Steuerschaltkreis für einen Gleichstrommotor, wobei ein Strom in einem HauptStromkreis zwischen einem ersten Pol durch den Anker des Motors zu einem zweiten Pol fließt, gekennzeichnet durch einen Unterbrecher (9)> einen Stromkreis, der den Motor durchläuft und den Unterbrecher (9) nicht einschließt und in dem der Ankerstrom während der Perioden fließen kann, in denen der Unterbrecher nichtleitend ist, einen Rückführungskreis, der über den HauptStromkreis mit dem Anker (5) und dem Unterbrecher (9) verbunden ist, damit Strom von dem zweiten Pol (2) zum ersten Pol (1) fließt, einen Zweig zum Verbinden des Ankers (5) mit dem Rückführungskreis und eine 'Verbindungseinrichtung zum abwechselnden Vervollständigen des Hauptstromkreises und des Zweiges.

2. Schaltkreis nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen automatischen Regler (22), der den Ankerstrom mittels des Unterbrechers (9) regelt.

3. Schaltkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückführungskreis eine erste Diode (17) zwischen dem zweiten Pol (2) und einem ersten Verbindungspunkt in dem HauptStromkreis zwischen dem Anker (5) und dem Unterbrecher (9) und eine zweite Diode (15)

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zwischen einem zweiten Verbindungspunkt in dem Hauptstromkreis zwischen dem Anker (5) und dem Unterbrecher (9) und dem ersten Pol (1) aufweist.

4. Schaltkreis nach Anspruch 3 t dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein getrennt angeregter Motor ist und die zweite Diode (15) einen Teil des Stromkreises bildet.

5. Schaltkreis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein in Reihe geschalteter Motor ist und der zweite Verbindungspunkt durch zumindest eine Feldwicklung (7) des Motors von dem Stromkreis getrennt ist.

6. Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Zweig die Seite des Ankers (5), die weiter von dem ersten Verbindungspunkt entfernt ist, mit dem Rückführungskreis zwischen dem ersten Verbindungspunkt und der zweiten Diode (15) verbindbar ist.

7. Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Diode in dem Hauptstromkreis so angeordnet ist, daß Strom nur in Richtung von dem ersten Pol (1) zu dem zweiten Pol (2) fließen kann und daß sie parallel zu dem Anker (5) ist, wenn der Zweig geschlossen ist.

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8. Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feldwicklung (28) des Motors zwischen dem ersten Pol (1) und dem Anker (5) so verbunden ist, daß diese Feldwicklung (28) außer Betrieb ist, wenn der HauptStromkreis geschlossen ist, und in Betrieb ist, wenn der Zweig geschlossen ist, um einen magnetischen Fluß aufzubauen.

9. Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung einen einzelnen Schalter (4) aufweist.

10. Schaltkreis nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldwicklung (28) parallel zu dem Schalter (4) ist.

11. Schaltkreis nach einem der Ansprüche.1 bis 10, dadurch gekennzei chnet, daß die Pole (1 und 2) Pole einerSpeicherbatterie (3) sind.

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