DE2605165A1

DE2605165A1 - Antrieb fuer ein elektrisches fahrzeug

Info

Publication number: DE2605165A1
Application number: DE19762605165
Authority: DE
Inventors: Robert F Bourke; Clinton C Christianson
Original assignee: Gould Inc
Current assignee: Gould Inc
Priority date: 1975-02-11
Filing date: 1976-02-10
Publication date: 1976-08-19
Also published as: IT1055178B; CA1063702A; US4008423A; FR2301127A1; FR2301127B1; JPS51108418A; GB1543273A

Description

PATENTANWÄLTE A. 3RUNSCKtR

H. KINKELDEY

W. STOCKMAIR

DFl-ING A*iE'.CALTECHl

K. SCHUMANN P. H. JAKOB

DlPL-INa

G. BEZOLD

DH RER NAT- C(PU-CHEM.

.MÜNCHEN

e.'k. weil

DR PER C6C INC»

LINDAU

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

10. Feb. 1976 P 10 101

GOULD ING.

10 Gould Center, Rolling Meadows,
Illinois 60003, USA

Antrieb für ein elektrisches Fahrzeug

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für ein elektrisches Fahrzeug mit zwei G-Ieichstromeingangsklemmen, einem Gleichstrommotor mit einer Ankerwicklung und einer Feldwicklung, die beide derart geschaltet sind, daß sie über die Eingangsklemmen mit Strom versorgt werden, einem Proportionalregler und einem Regler zum Steuern der Arbeitsstufe des Proport ionalreglers.

Erfindungsgemäß ist ein derartiger Antrieb gekennzeichnet durch eine Schalteinrichtung, die wahlweise betätigbar ist und den Proportionalregler zur Steuerung des Ankerstromes

609834/0337

TELEFON (Ο89) 22 28 62 TELEX OS - 29 380 TELEGRAMME MONAPAT

an den Schaltkreis mit der Ankerwicklung oder zur Steuerung des Feldwieklungsstromes an den Schaltkreis mit der Feldwicklung anschaltet.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Antrieb für ein elektrisches Fahrzeug, der gekennzeichnet ist durch zwei Gleichstromeingangsklemmen, einen fremderregten Gleichstromantriebsmotor zum Antreiben des Fahrzeugs, der eine Ankerwicklung und eine Feldwicklung enthält, einen Regler mit veränderlichem Tastverhältnis, der mit den Ein— gangsklemmen in Verbindung steht, eine Schalteinrichtung, die wahlweise eine der beiden Wicklungen des Motors mit dem Regler und die andere Wicklung mit den Gleichstromeingangsklemmen verbindet, wobei der Regler den Stromfluß durch die mit ihm in Verbindung stehende Wicklung steuert, und eine Steuereinrichtung für das Tastverhältnis zum Ändern des Arbeitstastverhältnisses des Reglers, um dadurch die Drehzahl des Motors zu regeln, wobei die Schalteinrichtung auf das Tastverhältnis des Reglers anspricht und die Verbindung der beiden Wicklungen umschaltet.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert.

Figur 1 zeigt die Seitenansicht eines Fahrzeuges, das mit einem elektrischen Antrieb ausgerüstet ist.

Figur 2 zeigt in einem Blockschaltbild des Antriebs von Figur 1 den im Teilnehmerbetrieb arbeitenden Regler.

Figur Ja bis 3e zeigen das Schaltbild des Reglers von Figur 2.

609834/0337

Figur 1 zeigt ein Fahrzeug 20, das von einem elektrischen Antrieb angetrieben wird. Der Antrieb wird über eine Speicherbatterie 21 mit Energie -versorgt, die sich an der Stelle befindet, die gewöhnlich von einer Brennkraftmaschine eingenommen wird. Die Batterie 21 treibt einen Motor 22, dessen Welle direkt mit einem nicht dargestellten Differential des Fahrzeugs gekoppelt ist. Die bestimmte Form der mechanischen Kopplung sowie die Anordnung der Elemente im Fahrzeug können jedoch den Erfordernissen entsprechend geändert werden.

Ein Regler 24- dient dazu, die von der Batterie 21 dem Motor 22 gelieferte Energie den Betriebszuständen des Fahrzeuges entsprechend zu regulieren, die durch vom Fahrer er- , zeugte Signale oder äußere auf das Fahrzeug einwirkende Eräfte bestimmt sind. Die vom Fahrer erzeugten Signale schließen ein-Beschleunigungssignal, das dem entspricht, wie stark ein Beschleunigungspedal herabgedrückt wird, ein Bremssignal, das dem entspricht, wie stark ein Bremspedal herabgedrückt wird, und die Richtung wählende Signale einschließlich eines Signals für die Torwärt3richtung, für die Rückwärtsrichtung und ein neutrales Signal ein. Als äußere auf das Fahrzeug wirkende Eräfte sind der luftwiderstand und Kcäfte zu nennen, die infolge der Steigung und des Gefälles der Straße anliegen, auf der das Fahrzeug fährt.

Das dargestellte Fahrzeug 20 ist für den Straßenverkehr bestimmt und benötigt daher bestimmte Zubehörteile, wie Scheinwerfer 25 und anderes gewöhnliches Zubehör* Da die Spannung der Antriebsbatterie 21 vorzugsweise relativ hoch ist, beispielsweise nominal 54 ToIt beträgt, ist es unpraktisch, die Zubehörteile über die Antriebsbatterie mit Energie zu versorgen. Daher ist eine Zusatzbatterie 26 in Form einer Standardkraftfahrzeugbatterie mit nominal 12 tolt Ausgangsspannung vorgesehen. Falls gewünscht, kann das Chassis 29 des Fahrzeugs als Masseleitung für die Zusatsbatterie

609834/0337

verwandt werden. Aus Gründen der Sicherheit sollte die Antriebsbatterie 21 jedoch sowohl gegenüber dem Chassis 29 als auch gegenüber der Zusatzbatterie 26 elektrisch isoliert sein.

Schließlich ist noch eine Einrichtung zum Aufladen der Antriebsbatterie 21 vorgesehen, die in Pigur 1 als im Pahrzeug befindliche Ladeeinrichtung 28 dargestellt ist. Die im Pahrzeug befindliche !ladeeinrichtung 28 oder das nicht dargestellte Gegenstück dazu außerhalb des Pahrzeugs kann von einer normalen Wechselstromquelle mit Energie versorgt werden, so daß sie dem Regler 24 zur Aufladung der Antriebsbatterie 21 eine nicht stabilisierte Gleichspannung liefert.

In Pigur 2 ist die funktionale Beziehung zwischen den Bauteilen des in Pigur 1 dargestellten Antriebs dargestellt. Der Motor 22 ist als fremderregter Gleichstrommotor mit einer Ankerwicklung. 30 und einer ITebenschlußfeldwieklung 31 dargestellt. Die positive Klemme der Antriebsbatterie. steht mit einer gemeinsamen Stromschiene 32 in Verbindung und die negative Klemme ist mit einer im folgenden beschriebenen Schalteinrichtung verbunden, mit der sowohl der Eingang 34 als auch der Ausgang 35 des Reglers 24 verbunden sind.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Reglers 24 näher beschrieben.· Dieser Regler ist ein Proportionalregler, der vorzugsweise eine lineare Kennlinie hat und an dessen Eingang 34 eine Gleichspannung liegt, um die Höhe der Gleichspannung am Ausgang 35 für den im folgenden beschriebenen Zweck zu regeln.

Die oben genannte Schalteinrichtung ist in Pigur 1 in Porm von drei mechanisch verbundenen Schaltern 36, 37 und 38 dargestellt. Diese Schalter, die als Betriebswählschalter

609834/0337

ORIGINAL INSPECTED

bezeichnet "werden können, weisen jeweils drei Schaltstellungen für drei Betriebsweisen des Reglers, nämlich, die Ankerreglung, die Feldreglung und die Aufladung auf. In der Schaltstellung 1 der Schalter 36 bis 38 in Figur 2 ist die Arbeitsweise des Reglers die Ankerreglung. Bei dieser Arbeitsweise ist die Antriebsbatterie 21 über den Schalter 38 direkt über die Feldwicklung 31 des Motors geschaltet. Der Regler 24 ist zwischen die Antriebsbatterie 21 und über Schalter 36 und 37 die Ankerwicklung 30 des Motors geschaltet. Daher kann der Regler 24 die der Ankerwicklung gelieferte Energie regeln, während die volle Spannung an der Feldwicklung liegt. Diese Schaltung liefert ein maximales Drehmoment pro Ampere und ist daher zum Antrieb des Fahrzeugs mit niedriger Geschwindigkeit geeignet. Im stehenden Zustand beträgt das Ausgangssignal des Reglers Full YoIt, so daß der Motor stehenbleibt. Auf ein vom Fahrer erzeugtes Signal, das eine Beschleunigung befiehlt, steigt die Ausgangsspannung des Reglers an, so daß sich der Motor zu drehen beginnt und, falls erforderlich, so lange beschleunigt, bis das Ausgangssignal des Reglers die volle Batteriespannung erreicht, an der die maximale Geschwindigkeit bei dieser Arbeitsweise der Ankersteuerung erzielt v/ird.

Die Steuerung der Feldwicklung wird dadurch erreicht, daß die Schalter 36 bis 38 in die Schaltstellung 2 gebracht werden. In diesem Schaltzustand ist die Antriebsbatterie 21 direkt über die zweite Schaltstufe des Schalters 28 über die Ankerwicklung 30 geschaltet, während der Regler 24 zwischen die Antriebsbatterie und über die zweite Schaltstufe der Schalter 26 und 37 die Feldwicklung geschaltet ist. In diesem Schaltzustand dient eine Verringerung der Ausgangsspannung des Reglers zu einer weiteren Erhöhung der Drehzahl des Motors, eine Arbeitsweise, die im allgemeinen als Feldschwächung bezeichnet v/ird. Wenn die Ausgangsspannung

609834/0337

des Reglers absinkt, steigt die Drehzahl des Motors weiter an, so daß die notwendige gegenelektromotorische Kraft zum Ausgleich der vollen an der Ankerwicklung liegenden Spannung erzeugt wird.

Der Torteil der oben beschriebenen Anordnung liegt darin, daß nur ein einziger Regler für die beiden Arbeitsweisen des Motors erforderlich ist. Bei niedrigen Drehzahlen wird das maximale Drehmoment pro Ampere erreicht, um das Fahrzeug wirksam beschleunigen zu können. Bei hohen Drehzahlen wird die Leistung erhöht, da die Antriebsbatterie direkt mit der Ankerwicklung gekoppelt ist, wodurch Verluste durch den Regler ausgeschlossen sind, die auftreten würden, wenn ein Regler im Schaltkreis zwischen der Batterie und der Ankerwicklung bliebe. Bei einem fremderregten Gleichstrommotor ist der vom Motor aufgenommene Strom unproportional zwischen der Ankerwicklung und der Feldwicklung aufgeteilt, wobei der weitaus größte Anteil durch die Ankerwicklung fließt. Die Vermeidung von Verlusten durch den Regler im Schaltkreis der Ankerwicklung erhöht daher stark die Leistung des Antriebs.

Das Umschalten ist nur unter bestimmten Betriebsbedingungen möglich, so daß die Beanspruchung der Schaltelemente stark verringert ist. Im einzelnen ist ein umschalten der Schalteinrichtung zwischen der Ankersteuerung und der Feldwicklungssteuerung nur dann möglich, wenn der Regler ganz ausgesteuert ist. In diesem Zustand, liegt der Ausgang 35 des Reglers 24 nahezu auf der Spannung der Antriebsbatterie, lediglich ein geringer Spannungsabfall ergibt sich durch die Verluste des Reglers. Wenn somit die Schalter 36, 38 von der Stellung 1 auf die Stellung 2 umgeschaltet werden, zeigt sich über diesen Schaltern nur ein Spannungsunterschied, der den Reglerverlusten zuzuschreiben ist. Die in Fig. 2 scheinatisch dargestellten Schalter erfordern einen Kontaktschluß vor der Unterbrechung, um diesen Effekt zu

609834/0337

zielen. Das ist leicht durch eine bevorzugte Ausführungsform der Schalteinrichtung zu erreichen, die anhand der Figuren 3a bis 3e beschrieben wird.

Was das Umschalten zwischen der Stellung 1 und 2 im einzelnen anbetrifft, so ist ersichtlich, daß der Schalter 36 lediglich weiterhin den.Regler mit der Eingangsenergie versorgt, An der Ankerwicklung 30, die sich nahezu auf der Spannung der Antriebsbatterie befindet, da der Regler 24-ganz ausgesteuert ist, liegt über den Schalter 38 nie volle Batteriespannung. An die Feldwicklung 51, die in der Stellung 1 des Schalters 38 an der vollen Batteriespannung lag, ist der Ausgang des Reglers angeschaltet, der nahezu auf der vollen Batteriespannung liegt. Daher sind die Spannungen, auf denen die Bauteile des Motors unmittelbar vor und unmittelbar nach dem Umschalten liegen, nahezu gleich groß. Durch einen derartigen Aufbau wird zunächst erreicht, daß eine Änderung der Drehzahl gleichmäßiger und nicht schrittweise erfolgt, wie es bei bestimmten bekannten Torrichtungen der Fall ist. Zum zweiten ermöglicht die Tatsache, daß die Schaltelemente nicht dazu erforderlich sind, die Schaltkreise des Hochstrominduktionsmotors zu unterbrechen, sondern die Steuerung lediglich von einem auf voller Spannung liegenden Element zum anderen umschalten, die Verwendung von Schaltelementen mit wesentlich geringerer Kapazität als sie bisher verwandt wurden. Eine weitere Folge ist eine minimale Beanspruchung dieser Bauteile, Es ist weiterhin davon auszugehen, daß ein Eontaktgeber, der den Hoch3tromankerkreis unterbrechen kann, wesentlich größer als ein Kontaktgeber ist, der lediglich dazu ausgelegt ist, diesen Strom zu führen.

Die Schalteinrichtung 36 bis 38 und der Regler 24 können zum Wiederaufladen der Antriebsbatterie 21 im ladebetrieb arbeiten. Diese Arbeitsweise wird dadurch erreicht, daß

609834/0337

jeder Schalter 36 bis 38 in die Schaltstellung 3 gebracht wird, in der der Ausgang 35 des Reglers mit der Antriebsbatterie 21 in Verbindung steht. Eine äußere Ladequelle 39, die zwischen die gemeinsame Stromschiene 32 und über den Schalter 36 den Eingang 34 des Reglers geschaltet ist, liefert dem Regler eine nicht stabilisierte Gleichspannung· Diese Ladequelle kann in Form einer im Fahrzeug vorgesehenen ladeeinrichtung 28, wie es in Figur 1 dargestellt ist, oder einer außerhalb des Fahrzeugs vorgesehenen Ladeeinrichtung vorliegen. In beiden Fällen benötigt die Ladeeinrichtung nur einen Transformator und einen Gleichrichter, die Regelung wird durch den simultan arbeitenden Regler geliefert. Dadurch, daß sich ein separater Laderegler erübrigt, wird .der Aufbau der äußeren Ladeeinrichtung stark vereinfacht und werden seine Kosten erheblich herabgesetzt. Die vorliegende Anlage eignet sich auch dazu, mehrere Fahrzeuge über eine einzige Gleichstromversorgungsleitung aufzuladen. Palis eine Leitung mit ausreichender Kapazität vorgesehen ist, können mehrere Fahrzeuge angeschlossen werden, wobei der Regler jedes Fahrzeuges die Aufladung für seine jeweilige Batterie unabhängig vom Ladezustand der anderen über die Sammelleitung aufzuladenden Batterien regelte

Zusammenfassend ergibt sich, daß die Möglichkeit der Umschaltung zwischen verschiedenen Arbeitsweisen, die erlaubt, daß ein einziger Regler an mehreren Arbeitsweisen teilnimmt, die praktische Y&rwendbarkeit eines von einer Batterie angetriebenen Straßenfahrzeuges dadurch erhöht, daß die Reglung gleichmäßig, die Leistung höher und die Kosten geringer sind.

Die Leistung wird durch die in den Figuren 3a bis 3e dargestellte spezielle Ausführungsform des Reglers und insbesondere durch die bevorzugte Ausführungsform des Umformers, nämlich des Doppelzerhackers, weiter erhöht. Ein-

609834/0337

taktzerhacker wurden bisher als Stroinregler bei bekannten, von einer Batterie angetriebenen !Fahrzeugen verwandt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Verwendung eines Doppelzerhackers als Last für eine Batterie Vorteile in der Verringerung der Batterieinnenverluste mit sich bringt. Die Leistungsabgabe eines Zerhackers wird durch die Veränderung seines Tastverhältnisses reguliert, das als das Verhältnis der Ausgangs spannung zur Eingang s spannung. angesehen werden kann. Wenn ein Eintaktzerhacker und ein Doppelzerhacker von identischen Eingangsspannungen angetrieben werden, ist bei jeder geforderten Ausgangs spannung das Verhältnis des Effektivstromes zum mittleren Strom bei einem Eintaktzerhacker immer höher als bei einem Doppelzerhacker. Unter Berücksichtigung der [Tatsache, daß der Innenwider— stand der Batterie nicht vernachlässigbar ist und daß der mittlere Strom ein Haß für die der Last gelieferte Leistung ist, während der Effektivstrom die Batterieverluste bestimmt, ergibt sich eindeutig, daß es wünschenswert ist, das Verhältnis des Effektivstromes zum mittleren Strom so klein wie möglich zu halten. Im Zerhackerkreis sind der Effektivstrom und der mittlere Strom bei einem 10O ^Tastverhältnis gleich groß, so daß ihr Verhältnis gleich 1 ist. Da bei anderen Tastverhältnissen die Impulshöhe relativ konstant bleibt, während die Impulsbreite abnimmt, steigt das Verhältnis des Effektivstromes zum mittleren Strom mit abnehmendem Tastverhältnis an. Bei jedem Tastverhältnis, außer bei einem 100 fo-lgen Tastverhältnis, ist das Verhältnis des Effektivstromes zum mittleren Strom bei einem Doppelzerhacker jedoch immer kleiner als bei einem Eintaktzerhacker. Da die Batterieverluste vom Quadrat des Effektivstromes abhängen, ist es ersichtlich, daß dadurch, daß dieses Verhältnis so klein wie möglich gehalten wird, eine maximale Leistung bei minimalen Batterieverlusten abgegeben wird. Die Verwendung eines Doppelzerhackers als Batterie-

609834/0337

last Ist somit deswegen vorteilhaft, weil ein übermäßiger Energieverbrauch, in der Batterie vermieden wird und die maximale leistung von der Batterie an die Last abgegeben v/erden kann.

In den figuren 3a bis 3e ist das Schaltbild eines Antriebs für ein batteriebetriebenes Jahrzeug dargestellt. Zur Klarheit sind Einzelheiten, wie die den Tyristoren zugeordneten Halterungen, die ü^rristorvorwlderstände und bestimmte Einsehaltstoße begrenzende Elemente im Schaltbild fortgelassen, wobei es jedoch ersichtlich ist, daß natürlich derartige Elemente in allgemein bekannter Weise verwandt werden. Ebenfalls ist der Steuerteil der Schaltung dadurch vereinfacht worden, daß Elemente, wie die StroiaverbIndungen der Yerstärker und bestimmte Vorspann- und Stabilisierungsschaltkreise, fehlen.

In den Figuren 3a bis 3e steht die positive Klemme der .Antrieb sbatterie 21 mit einer gemeinsamen Sammelschiene 32 in "Verbindung. Die negative Klemme der Batterie Ist über Sicherungen 40 mit negativen Sammelschienen 41 verbunden. Der Motor 22 weist eine Ankerwicklung 30 und eine Uebenschlußfeldwicklung 31 auf, wie es oben beschrieben wurde. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Motor ein stabilisierter, fremd erregter Reihenschlußmotor mit einer in Reihe zur Ankerv/icklung 30 geschalteten Reihenfeldwicklung 33. Eine Schaltung 42 ist dazu vorgesehen, daß der Fahrer entweder den Torwarts- oder den Rückwärtsgang oder den Leerlauf wählen kann. Im Leerlauf unterbricht der Schalter 43 in der Schaltung die gemeinsame Rückleitung, für die Febenschlußfeldwicklung 31, so daß der Schaltkreis der Feldwicklung während der Aufladung geöffnet ist. Im Leerlauf liefert der Schalter 44 über die Verbindung 45 ein Signal zum Regler, so daß dieser erforderlichenfalls in der die Batterie aufladenden Arbeitsweise arbeiten kann. ¥eira sich

609834/0337

aie Schaltung entweder in der Vorwärts- oder der Rückwärtsstellung befindet, ist die leitung 45 unterbrochen, wodurch ein Aufladebetrieb verhindert ist,und ist die gemeinsame Rückleitung für die Ifebenschlußfeldwieklung 31 über den Schalter 43 geschlossen, so daß der Motor arbeiten kann. In der Rückwärtsstellung ist der Schalter 46 geschlossen und in der Vorwärtsstellung ist in ähnlicher Weise der Schalter 4,7 geschlossen. Die von den Schaltern 46 und 47 gelieferten Signale erzeugen ein Steuersignal für den Regler, so daß die Beschleunigungssteuerung den Ankerstrom anfordern kann. Zusätzlich wird über den Schalter 46 für die Rückwärtsstellung eine Verriegelung erregt, die die Maximalgeschwindigkeit im Rückwärtsgang begrenzt.

Auf die Stellung der Schaltung 42 spricht auch ein Übertragungsschalter 50 an, der mechanisch gekoppelte Eontakte 51» 52 und 53 aufweist. In der Vorwärtsstellung, d.h. der oberen Stellung, wird der Strom über den Schalter 51 von der negativen Stromschiene zum Eingang des Zerhackers geliefert, während die Schalter 52 und 53 den Kreis zur Ankerwicklung 30 des Motors schließen. In der Rückwärtsstellung, d.h. der unteren Stellung, liefert der Schalter 51 Strom sum Zerhacker, während die Schalter 52 und 53 den Kreis der Ankerwicklung allerdings in der entgegengesetzten Richtung schließen. Im Leerlauf bleiben alle Schalter 51, 52 und 53 offen, so daß der Stromleitungsweg zwischen der negativen Stromschiene 41 und dem Regler über den Schalter 51 unterbrochen ist und die Ankerwicklung des Motors aus dem Kreis des Reglers geschaltet bleibt.

Weitere für den Fahrer zugängliche Steuerungen sind die Beschleunigungssteuerung, die allgemein mit 55 bezeichnet ist und die Bremssteuerung, die allgemein mit 56 bezeichnet ist. Diese Steuerungen sprechen vorzugsweise auf ein herkömtali-

609834/Q337

ches Besehleunigungs- und Bremspedal jeweils an. Die Beschleunigungssteuerung 55 enthält einen Beschleunigungsschalter 53 und ein Beschleunigungspotentiometer 59· Der Schalter 53 liefert dem Regler ein Signal zur Erregung bestimmter Antriebs- oder Motorrelais, die im folgenden beschrieben werden. Das Potentiometer 59 liefert ein Signal, dessen Höhe davon abhängt, wie stark das Beschleunigungspedal herabgedrückt ist, um einen Ankerstrom der erforderlichen Höhe anzufordern. Die Bremssteuerung 56 ist ähnlich aufgebaut und enthält einen Bremsschalter 60 und ein Bremspotentiometer 61. Der Schalter 60 liefert dem Regler ein Signal, das eine Umschaltung der darauf ansprechenden Schaltung oder Abfrageschaltung von der Arbeitsweise der Beschleunigung auf die Arbeitsweise des Bremsens bewirken kann. Das Potentiometer 61 liefert ein Signal mit gegenüber dem Signal vom Beschleunigungspotentiometer entgegengesetzter Richtung, das eine Größe aufweist, die davon.abhängt, wie stark das Bremspedal herabgedrückt ist, um einen G-egenankerstrom der erforderlichen Stärke bei der nutzbremsung anzufordern.

Der Iieistungsregulierer des Reglers umfaßt einen Doppelzerhacker, der allgemein mit 70 bezeichnet ist und zwei silic!umgesteuerte Leistungsgleichrichter (SCR) 71, 72 enthält. Die Kathoden der SCR 71, 72 stehen über jeweilige Induktivitäten 74-1, 75-1 mit einer negativen Motorstromschiene 76 in Verbindung, die wie oben beschrieben über den Schalter 51 von der Antriebsbatterie mit Strom versorgt wird, wenn sich die Schaltung entweder in der Vorwärts- oder Rückwärtsstellung befindet. Die Anoden der SCR 71, 72 stehen über einen Saugtransformator 77, der als Spulen 78, 79 dargestellt ist, mit dem Ausgang 80 des Zerhackers 70 in Verbindung. Der Saugtransformator 77 dient dazu, die Impulse von

60983A/0337

den SCR 71, 72 parallel zu schalten, wobei unter allen Umständen der Unterschied zwischen den Gleichspannungen der jeweiligen Zerhacker absorbiert wird, damit eine mittlere Ausgangsleistung geliefert wird. Der Saugtransformator wird im folgenden mehr im einzelnen beschrieben. Die Induktivitäten 74-1 und 75-1 sind magnetisch mit der Kommutatorschaltung gekoppelt und arbeiten mit den jeweiligen Kom-

mutatordiöden 81, 82 zusammen, um die zugehörigen SCR 71» 72 zum Kommutieren in Sperrichtung vorzuspannen. Zusammengefaßt heißt das, daß dann, wenn die Antriebsleistung dem Zerhacker über die Sammelschiene 76 geliefert wird, die SCR des Zerhackers über ihre Steuerkreise gezündet werden und über die oben genannten Induktivitäten und Kommutatordioden umgeschaltet werden, so daß sie mit einem veränderlichen Tastverhältnis arbeiten und eine Spannung mit dem gewünschten Pegel über den Saugtransformator 77 der Ausgangssammelschiene 80 liefern.

Die Kommutierungsenergie für den Zerhackerkreis wird von einem kommutierenden Inverter geliefert, der allgemein mit 90 bezeichnet ist. Der kommutierende Inverter, der die positiven und negativen Sammelschienen 32 und 41 jeweils überbrückt, enthält zwei SCR 91, 92. Der Inverter liegt in geschichteter Porin oder in einer Porm mit Mittelanzapfung vor, wobei die Induktivität 24-2 funktionsmäßig dem SCR 91 und die Induktivität 75-2 funktionsmäßig dem SCR 92 zugeordnet sind. Die Kondensatoren 93 und 94 arbeiten derart zusammen, daß sie in Resonanz zu den jeweiligen Induktivitäten stehen, wobei sie bei hohen Resonanzfrequenzen wegen der niedrigen Energieversorgungsimpedanz für hohe Frequenzen, die der PiI-terkondensator 97 hat, parallel erscheinen. Die Spulen 74-2 und 75-2 bilden die Primärspulen für die kommutierenden Induktivitäten 74-1 und 75-1, die in den Hauptzerhackerkreis geschaltet sind. Wenn beispielsweise der SCR 71 im Zerhackerkreis leitend ist, kann der SCR 91 im kommutierenden Inver-

609834/0337

ter gezündet werden, um den SCR 71 zu sperren. Das Zünden des SCR 91 bewirkt einen Resonanzaustausch der Energie zwischen den Kondensatoren 93, 94· und der Primärspule 74-2, wodurch die Kondensatoren entladen und auf die entgegengesetzte Polarität wieder aufgeladen werden, so daß der SCR

91 des Inverters selbst kornmutiert. Das Windungsverhältnis zwischen der Induktivität 74-2 und 74-1 ist derart gewählt, daß zu dem Zeitpunkt, an dem der SCR 91 zündet, in der Spule 74-1 eine ausreichende Spannung induziert wird, um den SCR 71 im Zerhackerkreis in Gegenrichtung vorzuspannen. Der Stromfluß in diesem Zerhackerζweig wird unterbrochen, so daß der SCR 71 de3 Zerhackers kommutieren kann. Der SCR

92 im kommutierenden Inverter und der SCR 72 im Zerhacker arbeiten in ähnlicher ¥eise zusammen.

Es ist ersichtlich, daß die Schaltung de3 kommutierendeTi Inverters sehr geringe Verluste zeigt. Es hat sich tatsächlich herausgestellt, daß unter bestimmten Umständen der Zerhacker tatsächlich die Energie zum Inverter überträgt. Als Folge der geringen Verluste besteht die Neigung, daß die Höhe der Spannung über den in Resonanz schwingenden Kondensatoren 93 und 94 bei jeder Schwingungsperiode des kommutierenden Inverters ansteigt. Es sei beispielsweise angenommen, daß der Verbindungspunkt zwischen den Kondensatoren 93 und 94 am Anfang auf der halben Spannung der Antriebsbatterie . liegt, bevor der kommutierende SCR gezündet wird. Wenn der SCR 91 gezündet wird, tritt ein Resonanzenergieaustausch zwischen den Kondensatoren 93 und' 94 und der kommutierenden Inverterspule 74-2 auf, wodurch die Ladung der Kondensatoren umgepolt wird, so daß der SCR 91 selbst kommutiert. Fach dem Kommutieren des SCR 91 liegt die Spannung am Verbindungspunkt auf einem Wert von annähernd drei Halbe der Batteriespannting über dem der gemeinsamen Sammelschiene 32. \lenn der SCR 92 zündet, um einen Resonanzenergieaustausch zwischen den Kondensatoren 93, 94 und der kommutierenden Inverterspule 74-2 hervorzurufen, fließt durch den Konden-

609834/0337

sator 93 auch ein Strom von den Leistungsstromschienen, der "bewirkt, daß die Spannung über dem Kondensator wieder positiv wird, bis sie annähernd auf einem Wert fünf Halbe der Batteriespannung unter dem der gemeinsamen Sammelschiene 32 liegt. Bei jeder halben Periode des kommutierenden Inverters wird daher Energie von der Batterie entnommen und infolge der relativ geringen Yerluste in der Inverterschaltung steigt die Spannung über den kommutierenden Kondensatoren um einen Betrag an, der annähernd gleich dem Batteriepotential ist. Wenn dieser Torgang unüberwacht ablaufen würde, würde die Spannung so weit ansteigen, daß die Bauteile der Schaltung zerstört würden. Um das zu verhindern, ist eine Einrichtung vorgesehen, die den Energieüberschuß vom kommutierenden Inverter zur Antriebsbatterie zurückführt. Dazu .ist jede der kommutierenden Drosselspulen mit einer Klemmspule 74-3 und 75-3 jeweils versehen. Diese Spulen sind in Reihe zu jeweiligen Klemmdioden 95, 96 quer über die Sammelschiene der Antriebsbatterie geschaltet. Die Spulen sind in Phase und das Windungsverhältnis ist derart gewählt, daß die Spulen 74-3 oder 75-3 die jeweiligen Dioden 95, 96 in Yorwärtsrichtung vorspannen, um die Energie der Antriebsbatterie dann zurückzuleiten, wenn die Kondensatoren 93 oder 94 mit ausreichender Energie für die nächste Kornmutierperiode aufgeladen sind.

Im folgenden werden die Einrichtungen zum Steuern der SCR des Zerhackers und der SCR des kommutierenden Inverters näher beschrieben. Diese SCR werden in einer Weise angesteuert, die es ermöglicht, das Tastverhältnis des Zerhakkers kontinuierlich zwischen Hull und dem vollen Wert zu verändern. Somit kann der Zerhacker derart gesteuert werden, daß sich die Spannung an seinem Ausgang 80 von null YoIt auf nahezu die volle Spannung der Antriebsbatterie bei geringen Zerhackerverlusten ändert.

60983 4/0337

Es sind Betriebsschalter vorgesehen, damit der Zerhacker 70 im Teilnehmerbetrieb zwischen der Arbeitsweise der Ankersteuerung und der der JFeldwicklungssteuerung derart arbeiten kann, daß die Betriebsschalter geringsten Beanspruchungen ausgesetzt sind. Der leistungs- oder Netzteil der Betriebsschalter, die allgemein mit 100 bezeichnet sind, enthält eine Vielzahl von Schalteinrichtungen 101 bis 104. Das Schließen der Eontakte 101 und 102 dient zum Einführen der Arbeitsweise der Ankersteuerung. Bei dieser Arbeitsweise ist die Motorfeldwicklung 31 direkt über Kontakte über die Batterie geschaltet. In ähnlicher ¥_eise ist der Zerhacker zwischen die Batterie und über Eontakte 102 die Motorankerwicklung 30 geschaltet. Da bei der Arbeitsweise der Ankersteuerung keine Spannung am Ausgang des Eeglers (0 io [Tastverhältnis) erscheint, können die Eon takte 102 geschlossen werden, ohne daß sie einem hohen Stromstoß ausgesetzt sind. Die Kontakte 101 legen die Spannung der Antriebsbatterie direkt an die ITebenschlußfeldwicklung. Da die ITebenschlußfeldwicklung jedoch eine relativ hohe Impedanz darstellt, sind die Eontakte keinem großen Stromstoß unterworfen. \iemi die Arbeitsweise der Ankersteuerung eingeführt ist, wird beim Anfordern des Stromes für die Ankerwicklung das Tastverhältnis des Zerhackers hochgedreht, so daß die Spannung über der Ankerwicklung des Motors ansteigt. Das Tastverhältnis wird weiter so lange hochgedreht, wie ein zusätzlicher Strom für die Ankerwicklung angefordert wird, bis ein Zustand erreicht ist, in dem der Zerhacker vollständig ausgesteuert ist.. Dann liegt nahezu die volle Spannung der Antriebsbatterie über den Regler an der Ankerwicklung, während die volle Spannung der Antriebsbatterie über Kontakte 101 an der Feldwicklung beibehalten wird. Wie es später beschrieben wird, wird dieser Zustand durch den Steuerteil der Schaltung festgestellt. Wenn ein zusätzlicher Strom für die Ankerwicklung angefordert wird, bewirkt die

609834/0337

25Q5165

Schaltung eine Unis ehalt ung auf die Arbeitsweise der EeIdwieklungssteuerung. Dieses Umschalten erfolgt durch ein Schließen der Kontakte 103, um die volle Spannung der Batterie an die Ankerwicklung zu legen. Da der Regler nahezu die volle Batteriespannung erzeugt, entsteht ein vernachlässigbarer Spannungsabfall über den Kontakten 103, wenn diese geschlossen werden. Daher ist der Stromstoß durch die Kontakte 103 so gering wie möglich. Die Diode 104 dient als Schalter zum Verbinden der Motorfeldwicklung mit dem Ausgang des Reglers, so daß die Arbeitsweise der Eeldwicklungssteuerung eingeführt werden kann. Es ist ersichtlich, daß eine derartige Diode durch eine Reihe von Kontakten erforderlichenfalls ersetzt werden kann. Fachdem die Kontakte 103 geschlossen sind und bevor die Kontakte 102 geöffnet werden, liegt die volle Spannung der Antriebsbatterie sowohl an der Anode als auch der Kathode der Diode 104. Die zweite Phase des Umschaltvorganges umfaßt ein Öffnen der Kontakte 101 und 102. Da der Regler eine volle Ausgangsspannung liefert, ist es ersichtlich, daß diese Kontakte nun geöffnet werden können, ohne die Schaltkreise der Anker- oder Feldwicklung zu unterbrechen, da sie über die Schalteinrichtungen 103 und 104 aufrechterhalten werden. Es ist ersichtlich, daß zum Zeitpunkt der Umschaltung mehrere 100 Ampere durch den Ankerwicklungskreis fließen. Eine Unterbrechung eines Stromes dieser Höhe würde einen Kontaktgeber beträchtlicher Kapazität erfordern. EFach dem Umschalten liegt die volle Batteriespannung über Kontakte 103 an der Ankerwicklung, so daß im Hochstromkreis der Ankerwicklung keine Verluste des Reglers auftreten. Der Ausgang des Zerhackers 70 ist über die Schalteinrichtung 104 mit der Hebenschlußfeldwicklung 31 verbunden. Wenn weiterer Strom für die Ankerwicklung angefordert wird, wird das Tastverhältnis des Zerhackers gedrosselt, damit der Motor auf eine !Feldschwächung der Hebenschlußfeldwicklung weiter beschleunigen kann. Das Tastverhältnis des Zerhackers wird solange verringert, bis der Zer-

609834/0337

- 13 -

hacker nahezu vollständig heruntergeregelt ist. Dann ergibt sich eine maximale Motordrehzahl.

Im folgenden werden die Bauteile der Schaltung"zur Erzeugung eines Steuersignals für das Tastverhältnis näher "beschrieben. Zunächst ergibt sich aus der Zeichnung, daß die Schleifer des Bremspotentiometers 61 und des Beschleunigungspjatentiometers 59 mit einem Schaltkreis 110 mit Transistoren 111 und 112 verbunden sind. Der Schaltkreis seinerseits wird durch die Schaltung des Fahrzeugs und insbesondere durch deren Schalter 46 und 47 angesteuert.

Wenn sich daher die Schaltung in der neutralen oder Jjeerlaufstellung befindet, wird der Transistor 112 mittels des Stromes durch den Widerstand 119 gesperrt, während der Transistor 111 auf das hohe Ausgangssignal eines Inverters 113 leitend wird. Wenn jedoch entweder die Vorwärtsstellung oder die Rüekwärtsstellung der Schaltung gewählt ist, setzi? das durch den Schalter 46 oder 47 gelieferte Signal das Ausgangssignal des Inverters 113, beispielsweise auf -15 Volt herab, wodurch der Transistor 111 ausgeschaltet wird. Das vom Schalter 46 oder 47 gelieferte Signal läuft auch durch die Widerstände 114 und 115, so daß die Spannung an der Basis des Transistors 112 ansteigt und der Transistor sperrt. Es ist ersichtlich, daß die Signale vom Schleifer des Bremspotentiometers und vom Schleifer des Beschleunigungspoten— tiometers über jeweilige Widerstände 116, 117 am Eingang eines summierenden Verbindungspunktes am invertierenden Eingang des Verstärkers 118 liegen. Die Beschleunigungs- und Bremssignale, die über den Schalter 110 geliefert~werden, dienen dazu, einen Ankerstrom gegebener Höhe anzufordern. Da diese Signale in ihrer Polarität bezüglich der -15 Volt Stromschiene entgegengesetzt sind, dient das Beschleunigungssignal zum Anfordern eines positiven Ankerstromes, während das Bremssignal zur Anforderung eines negativen Ankerstromes zur Nutzbremsung bzw. Stromrückgewinnung dient. Wenn

609834/0337

das Bremspedal herabgedrückt wird, wird das Ausgangssignal des Inverters 200 herabgesetzt, so daß der Strom durch die Diode 201 absinkt, wodurch der Transistor 112 durchschaltet, und jedes Beschieunigungssignal zur -15 "Volt-Stromschiene kurz geschaltet wird.

Um ein Signal zu erzeugen, das den tatsächlichen Anker— Wicklungsstrom anzeigt, ist ein Differentialverstärker vorgesehen, dessen Eingänge über den Ankernebenschlußwiderstand 106 geschaltet sind. Der Verstärker 120 ist derart vorgespannt, daß seine Ausgangsspannung genau die Größe des Stromes anzeigt, der tatsächlich durch die Ankerwicklung fließt. Das Ausgangssignal wird bezüglich einer Yergleichsspannung von beispielsweise -15 YoIt bei positiven Werten des Ankerstromes positiv und bei einem Ankergegen— strom negativ bezüglich der Yergleichsspannung. Der Ausgang des Yerstärkers 120 ist mit dem oben genannten summierenden Verbindungspunkt über einen Widerstand 121 gekoppelt. Sin den tatsächlichen Ankerstrom angebendes Signal wird daher mit einem Signal summiert, das den geforderten Ankerstrom repräsentiert, so daß der Verstärker 118 diese Signale vergleichen kann, um ein Steuersignal zum Halten des tatsächlichen Ankerstromes auf der geforderten Höhe zu erzeugen.

Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß bei der Arbeitsweise der Ankersteuerung das Anfordern eines höheren Ankerstromes ein Hochdrehen des Tastverhältnisses des Zerhackers erforderlich macht, während bei der Arbeitsweise der !PeIdwicklungssteuerung eine ähnliche.Stromanforderung eine Verringerung des Tastverhältnisses notwendig macht, ergibt sich, daß das Steuersignal bei den jeweiligen Arbeitsweisen entgegengesetzte Wirkungen hervorrufen muß. Daher wird ein invertiertes Steuersignal durch einen Verstärker 122 erzeugt, der für ein Verstärkungsverhältnis von 1:1 vorge-

809934/0337

spannt ist und an dessen invertierenden Eingang das Steuersignal liegt.

Zur Auswahl des Steuersignals oder des invertierten Steuersignals in Abhängigkeit von der Arbeitsweise ist eine allgemein mit 124 bezeichnete Steuerschaltung vorgesehen. Eine negative Vorspannung liegt über einen Widerstand 125 an der Steuerschaltung, während eine positive Torspannung wahlweise an diese Schaltung über Schalttransistoren 126, 127 angelegt wird. Die Basen der [Transistoren 126, 127 sind mit dem Q- und Q-Ausgang jeweils eines Betriebssteuer-Plip-Flops 129 verbunden. Während der Betriebssteuer-Elip-Flop 129 später im einzelnen beschrieben wird, sei an dieser Stelle lediglich ausgeführt, daß bei der Arbeitsweise der Ankersteuerung das Q-Ausgangssignal niedrig und das Q-Ausgangssignal hoch ist, während bei der Arbeitsweise der PeIdwicklungssteuerung entgegengesetzte Verhältnisse vorliegen. Wenn somit der Betriebssteuer-Plip-Elop in der Arbeitsweise der Ankersteuerung arbeitet, spannt die negative Spannung am Q-Ausgang die Basisemitterstrecke des Iransistors 126 in Vorwärtsrichtung vor, so daß den Dioden 130, 131 eine positive Torspannung geliefert wird. In ähnlicher Weise spannt das nahezu auf Full ToIt liegende Q-Ausgangssignal die Emitterbasisstrecke des Transistors 127 in Sperrichtung vor, wodurch das Anliegen einer Vorspannung an den Dioden 132 und 133 verhindert wird. Unter diesen Umständen läuft ein vom Kotnperator 118 erzeugtes Steuersignal durch die Steuerschaltung und durch den Widerstand 134 zum summierenden Terbindungspuükt am invertierenden Eingang des Verstärkers 135. Bei der Arbeitsweise der Peldwicklungssteuerung wird andererseits der Transistor 126 gesperrt und damit das Vorspannpotential von den Dioden 130, 131 abgenommen, während der Transistor 127 den Dioden 132, 133 ein vorspannendes Potential liefert, so daß das invertierte Steuersignal durch den

609834/0337

Widerstand 134 sum summierenden Verbindungspunkt am Eingang des Verstärkers 135 laufen kann.

Zusammengefaßt heißt das, daß immer dann, wenn ein positiver Ankerstrom angefordert wird, das Steuersignal am Ausgang des Yerstärkers 118 gegenüber dessen ruhendem Yergleichswert positiv ausgesteuert wird. In ähnlicher Weise wird das invertierte Steuersignal am Ausgang'des Yerstärkers 122 mit einem Yerstärkungsverhältnis von 1:1 gegenüber dem ruhenden Vergleichswert negativ. Wenn die Schaltung in der Arbeitsweise der Ankersteuerung arbeitet, läuft das Steuersignal durch die Dioden 130 und 131, wodurch ein positives Signal dem summierenden Yerbindimgspunkt am Eingang des Yerstärkers 135 geliefert wird, was dazu dient, das Tastverhältnis auf höhere Werte zu erhöhen. Unter den gleichen Bedingungen, allerdings bei einer Arbeitsweise der Feldwicklungssteuerung, liegt das negative Signal über die Dioden 132 und 133 am Eingang des summierenden Yerbindungspunkte.s, was dazu dient, das Tastverhältnis auf geringere Werte zurückzuführen. Daraus ergibt sich natürlich, daß in beiden Fällen die Drehzahl des Motors erhöht wird.

Bei einer augenblicklichen Vernachlässigung der verbleibenden Eingänge des summierenden Yerbindungspunktes am invertierenden Eingang des Yerstärkers 135 ist ersichtlich, daß das Ausgangssignal eines solchen Yerstärkers bezüglich einer Yergleichsspannung negativ wird, um das Tastverhältnis zu erhöhen und positiv bezüglich einer solchen Yergleichsspannung wird, um das Tastverhältnis herabzusetzen. Diese Signale bilden ein Steuereingangssignal für die Steuerung des Tastverhältnisses, die derart arbeitet, daß sie Steuersignale für die SCR im Zerhacker und im kommutierenden Inverter erzeugt. Es wird darauf hingewiesen, daß die dargestellte Steuerung des Tastverhältnisses im einzelnen in der US-Patentanmeldung Hr. 543 912 beschrieben wird.

609834/0337

Die Steuerschaltung für das Tastverhältnis und die Triggerschaltung en werden im folgenden zunächst anhand ihrer Ausgangsteile beschrieben. Es ist ein Flip-Flop 140 vorgesehen, dessen Ausgang mit einem Impulsstoßgenerator 141 gekoppelt ist, der zur Erzeugung eines Steuersignals für den SOR 71 seinerseits einen Steuerimpulsverstärker 142 erregt. Eine ähnliche Schaltungsanordnung mit einem Flip-Flop 144j einem Impulsstoßgenerator 145 und einem Steuer— impulsverstärker 146 ist zum Steuern des SCR 72 vorgesehen. ' Die Impulsgeneratoren 141» 145 können eine Reihe von Impulsen auf ein Signal von ihrem zugehörigen Flip-Flop hin erzeugen. Die Verwendung der Impulsstoßzündung ist bevorzugt, um ein zuverlässiges Anschalten in Tyristorschaltkreisen sicherzustellen, in denen sich die Last, beispielsweise bei einam sofort ansprechenden Zerhacker, ändern kann. Da ein lapulsstoßgenerator zur Erzeugung einer Reihe von Steuerimpulsen im Abstand voneinander nicht neu ist, wird..er . nicht im einzelnen beschrieben. Natürlich können auch andere herkömmliche Steuerungstechniken erforderlichenfalls verwandt werden. Wie es in der Zeichnung dargestellt ist, Ist der Ausgang der jeweiligen Impulsstoßgeneratoren mit zugehörigen Treiberschaltungen gekoppelt, die nur schematisch dargestellt sind, da sie einen herkömmlichen Aufbau haben. Diese Treiberschaltungen erzeugen Steuerimpulse mit ausreichender Amplitude und Energie, um die SCR, mit denen sie gekoppelt sind, anzusteuern. Diesbezüglich wird vorzugsweise eine induktive Kopplung zwischen den Treiberschaltungen und den Steuerelektroden der jeweiligen SCR verwandt.

Zum Steuern der SCR im kommutierenden Inverter ist ein ähnliches Paar von Treiberschaltungen 148» 149 vorgesehen. Die Eingänge dieser Treiberschaltungen sind mit den Ausgängen der Flip-Flop: 150, 151 jeweils gekoppelt. Es wird darauf hingewiesen, daß für die kommutierenden SCR keine Zündung mit einem Impulsstoß verwandt wird, da ihre Belastung bekannt ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird

609834/0337

das Tastverhältnis des Zerhackers digital gesteuert. Zunächst ist darauf".hinzuweisen, daß der kommutierende Inverter mit einer konstanten Frequenz betrieben wird, während sich das Tastverhältnis des Zerhackers dadurch ändert, daß die Phase der Zerhackerzündung im Hinblick auf die feste Frequenz des kommutierenden Inverters verstellt wird.

Um eine Zeitbasis für die Steuerschaltung zu liefern, ist ein Oszillator 150 vorgesehen, dessen Impulsausgangssignal an dem Taktimpulseingang eines Zählers 151 und eines ähnliehen verzögerten Zählers 152 liegt. Der verzögerte Zähler 152 wird gewöhnlich durch ein Flip-Flop 153 im rückgesetzten Zustand gehalten. Der Zähler·151 kann fortlaufend periodisch arbeiten, wobei sein bedeutendster binärer Ausgang 154 direkt mit dem Taktsteuereingang des Flip-Flop 151 und über einen Inverter 155 mit dem Taktsteuereingang des Takt-Flip-Flop 150 verbunden ist. ¥enn der Zähler 151 fortlaufend rückzählt, ist die Wellenform am wichtigsten binären Ausgang 154 rechteckig. An der ansteigenden Flanke der Rechteckwelle wird das Flip-Flop 151 getriggert, so daß der SCR 92 leitend wird. In ähnlicher Weise wird das Flip-Flop 150 über den Inverter 155 an der abfallenden Flanke der Rechteckwelle getriggert, so daß der SCR 91 leitend wird. Ein ITAlD-G-lied 156 und ein Inverter 157 sind dazu vorgesehen, beide Flip-Flops 150 und 151 rückzusetzen, nachdem der Zähler 151 auf einen relativ niedrigen Zählerstand zurückgeführt ist. Auf diese Weise wird das Steuersignal von den .kommutierenden SCR abgenommen. Daraus ergibt sich, daß die SCH im kommutierenden Inverter wechselweise am Ende jedes Zyklus des Zählers 15i'geschaltet werden, so daß der kommutierende Inverter auf einer festen Frequenz arbeitet.

Um das oben genannte Steuersignal, das vom Verstärker 135 erzeugt wird, au den digitalen Signalen in der Steuerschaltung für das Tastverhältnis in Beziehung au setzen, ist

609834/0337

ein Digitalanalogwandler 160 mit einer Reihe von digital "bewerteten Widerständen vorgesehen, die mit einem summierenden Verbindungspunkt am invertierenden Eingang eines Verstärkers 163 gekoppelt sind, um ein analoges Signal mit einer Wellenform zu. erzeugen, die dem Zählerstand im Zähler 151 entspricht. Daher hat das Ausgangssignal des Verstärkers 163 die Form eines umgekehrten Sägezahns, der mit ansteigendem Zählerstand des Zählers 151'schräg nach unten verläuft und auf einen Vergleichspegel bei gedem Zurücksetzen des Zählers rückgeführt wird. Dieses sägezahn— förmige Signal liegt über einen Widerstand 170 am summierenden Verbindungspunkt am invertierenden Eingang eines Verstärkers 174- innerhalb eines phasenverzögerten Komparators .171. Das Steuersignal für das Tastverhältnis vom Ausgang des Verstärkers 135 liegt in ähnlicher Weise über einen Widerstand 172 am summierenden Verbindungspunkt. Wenn das Steuersignal für das Tastverhältnis am Ausgang des Verstärkers 135 auf dem Ruhewert liegt, was anzeigt, daß der Zerhacker abgeschaltet bleibt, hat das über den Widerstand anliegende sägezahnförmige Signal keinen Einfluß auf den Ausgang des Verstärkers 174. Wenn das Steuersignal für das !Tastverhältnis jedoch vom Ruhewert aus negativ wird,, bewirken die summierten Signale an einigen Stellen des sägezahnförmigen Signals in Abhängigkeit von der Größe des negativen Signals vom Verstärker 135» daß der Ausgang des Verstärkers 174 positiv wird. Da der Widerstand 175 eine positive Rückkopplung um den Verstärker 174 herum liefert, schaltet der Ausgang des Verstärkers bis zum Rücksetzen auf dem positiven Zustand um. Das Ausgangssignal des phasenversögerten Komparators, das auf einen positiven Wert gebracht wird, dient zum Setzen des Flip-Flop 140, wodurch der Impulsstoßgenerator 141 zum Auslösen des SCR 71 im Zerhacker erregt wird. Der Q-Ausgang des Flip-Flop 140 ist zum Rücksetzeingang des Flip-Flop 153 rückgekoppelt, was zum Rücksetzen des Flip-Flop 153 führt und dazu dient, das Rücksetssignal vom verzögerten Zähler 152 abzunehmen. Der

609834/0337

verzögerte Zähler 152, dessen Taktsteuereingang parallel zu dem des Zählers 151 liegt, arbeitet somit synchron mit dem Zähler 15i'. Der Zählerstand im Zähler 152 ist jedoch, um einen Betrag kleiner als der Zählerstand im Zähler 151, der von der Verzögerung zwischen dem Zünden des SCR 92 beim vorhergehenden Halbzyklus des kommutierenden Inverters und dem Zünden des SCR 71 abhängt. Wenn der Zähler 15i' gefüllt ist, bewirkt sein Ausgangssignal ein Umschalten des Flip-Flop 150, wodurch der SCR 91 gezündet wird, um den SCR 71 zu kommutieren. Der Zähler 151 wird zurückgeführt, so daß er mit dem Zähler wieder von Full an beginnt. Der Zähler 152 zählt jedoch synchron mit dem Zähler 151^ weiter. Wenn der Zähler 152 gefüllt ist, erzeugt er ein Ausgangssignal am bedeutendsten binären Ausgang 176, das am Setzeingang des Flip-Flop 144- liegt. Dementsprechend wird der Flip-Flop 144 gesetzt, wodurch der Impulsstoßgenerator 145 erregt wird, der somit über den SCR-Treiber 146 auf die Steuerelektrode des SCR 72 einwirkt. Es versteht sich, daß die Zeitspanne, die zwischen dem Zünden des SCR 91 und dem Zünden des SCR 92 vergeht, identisch mit der Zeitdauer ist, die zwischen dem Zünden des SCR und dem SCR 91 vergeht. Das Setzen des Flip-Flop 144 zum Zünden des SCR 72 dient auch zum Setzen des Flip-Flop 153, um den verzögerten Zähler 152 wieder mit einem Rücksetzsignal zu beaufschlagen. Damit ist der verzögerte Zähler wieder ansprechbereit, um mit dem Zählen des verzögerten Zündzyklus des SCR 72 zu beginnen, wenn vom Flip-Flop kein Rücksetzsignal mehr anliegt. Da die Frequenz des Oszillators 150 relativ hoch-ist, beispielsweise 500 kHz beträgt und da die Anzahl der Stufen der Zähler 151 und ziemlich groß ist, beispielsweise zehn binäre Stufen vorhanden sind, kann der Zerhacker mit einer G-rundfrequenz von annähernd 500 kHz arbeiten, während eine ausreichende Auflösung in der Steuerschaltung für das Tastverhältnis geliefert wird, um das Tastverhältnis der beiden Hälften des Zerhackers genau gleich zu halten. Das ist wichtig,

609834/0337

wenn ein Saugtransformator der im folgenden beschriebenen Art verwandt wird, da dieser die mittlere Ausgangsgleichspannung der beiden Hälften des Zerhaekers genau gleich groß hält, wobei jeder G-Ieichstrommittelwert durch den Saugtransformator beseitigt wird.

Falls getrennte Induktivitäten am Ausgang des Doppelzerhackers vorgesehen sein sollen, um die Wellen der beiden Hälften des Zerhackers zu kombinieren, dann wird die G-leichstroELkroBiponente durch die zwei Induktivitäten weniger wichtig und können andere herkömmliche Steuerungen für das tastverhältnis verwandt werden.

Das Q-Ausgangssignal des Plip-Plop 150 ist über einen Widerstand 130 zum summierenden Terbindungspunkt des phasenveraögerten Komparators 171 rückgekoppelt. Wenn daher das Plip-Flop 150 zum Zünden des SCR 91 mit einem taktimpuls angesteuert wird, dient das über den Widerstand 180 gelieferte Signal dazu, den Strom vom summierenden Yerbindungspunkt am Eingang des Verstärkers 17Φ ausreichend abzusenken, um die positive Bückkopplung über den Widerstand zu überwinden und dessen Ausgangssignal wieder auf einen niedrigen Pegel zurückzuführen. Somit ist der phasenverzögerte Komparator 171 wieder ansprechbereit für das Sägezahnsignal und für das Steuersignal für das Tastverhältnis.

Insgesamt findet die Austastung im wesentlichen auf die folgende Weise statt. Der kommutierende Inverter arbeitet auf einer festen Frequenz, die durch den Oszillator 150 und den Zähler 15i' bestimmt ist. Das Zünden des SGE 91 dient dazu, den phasenverzögerten Komparator 171 anzusteuern, damit er das Steuersignal für das Tastverhältnis mit der sägezahnförmigen Spannung vergleicht, die vom Digitalanalogwandler 150 erzeugt wird.. Das Steuersignal für das Tastverhältnis bewirkt nach einer Addition zur sägezahnförmigen

609834/0337

Spannung, daß das Ausgangssignal des phasenverzögerten Koaparators 171 an einigen Stellen des sägezahnförmigen Signals auf einen hohen Pegel kommt. Durch diesen Vorgang wird der SGR 71 zum Zünden der ersten Hälfte des Zerhackers getriggert und wird das Signal vom verzögerten Zähler 152 abgenommen, so daß die Steuerung der Zündperiode der zweiten Hälfte des Zerhackers "beginnt. Der SCR 91 wird zum vorgeschriebenen Zeitpunkt gezündet, wodurch der SCR 71 umgeschaltet wird. Der Zähler 151 wird zurückgeführt, während der verzögerte Zähler 152 weiter zählt, bis er gefüllt ist, woraufhin er den SCR 72 zündet, so daß die zweite Hälfte des Zyklus des Zerhackerbetriebes beginnt. Das Zünden des SCR 72 dient dazu, den verzögerten Zähler rückzusetzen und ihn für den-nächsten Zyklus bereit zu machen. An seinem festgelegten Zeitpunkt zündet der SCR 92, so daß der SCR 72 umschaltet und einen Vergleich des Steuersignals für das Tastverhältnis mit dem sägezahnförmigen Signal vom Digitalanalogwandler erlaubt, damit der nächste Zyklus des Zerhackervorganges beginnt. Es ist ersichtlich, daß der phasenverzögerte Komparator um so früher im sägezahnförmigen Signal umschaltet, je negativer das Steuersignal für das Tastverhältnis wird, wodurch das Tastverhältnis des Zerhackers erhöht wird. Dieser Vorgang wird fortgesetzt, bis das Steuersignal für das Tastverhältnis vom Verstärker 135 bewirkt, daß der Zerhacker ein Tastverhältnis von 100 io erreicht. Dann hat die Ausgangsspannung des Zerhackers ein Maximum erreicht.

Die Schaltung zum Umschalten der Arbeitsweise ist zum Steuern des Betriebssteuer-Flip-Flops 129 vorgesehen, um für eine. Arbeitsweise der Anker- oder Eeldwicklungssteuerung zu sorgen und zu geeigneten Zeitpunkten zwischen diesen beiden Arbeitsweisen umzuschalten. Bei dem in Pigur 3 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet diese Schaltung zum Umschalten der Arbeitsweise Verstärker, die als ITorton-Verstärker bekannt sind und von der

609834/0337

Firma national Semiconductor unter Hr. ΕΜ39ΟΟΪΓ käuflieh erhältlich sind. Diese Verstärker sind stromgesteuerte Einrichtungen mit zwei Eingängen zur Steuerung eines unsymmetrischen Ausgangs. In der Darstellung in Figur 3 dient der untere Eingang,.der als nicht invertierender Eingang angesehen werden kann, dazu, die Ausgangsspannung auf einen ansteigenden Stromfluß durch diesen Eingang zu erhöhen. Im Gegensatz dazu dient der obere Eingang, der mit einer Mull bezeichnet ist, dazu, die Ausgangsspannung mit ansteigendem Singangsstrosi herabzusetzen.

Bei dem dargestellten Ausfuhrungsbeispiel der TJmschalteinriehtung zwischen den verschiedenen Arbeitsweisen ist ein Verstärker 182 vorgesehen, dessen nicht invertierender Eingang über einen Widerstand 183-mit dem Ausgang de3 Verstärkers 135 gekoppelt ist, der, wie bereits erwähnt, das Steuersignal für das tastverhältnis trägt. Der invertierende Eingang des Verstärkers 182 steht über einen Widerstand mit der auf Full Volt liegenden Sammelschiene in Verbindung. Wenn der Verstärker 135 ein Steuersignal für das Tastverhältnis erzeugt, das ein Tastverhältnis von weniger als 100 io fordert, bewirkt das Verhältnis zwischen den Wider— standswerten der Widerstände 183 und 184, daß der Ausgang des Verstärkers 182 auf einem positiven Wert bleibt. Wenn das Ausgangssignal des Verstärkers 185 auf einem Pegel liegt, der ein Tastverhältnis von 100 $> bewirkt, wird die positive Rückkopplung vom Widerstand 185 durch den durch den Widerstand 183 fließenden. Strom aufgehoben and wird das Ausgangssignal des Verstärkers 182 auf einen negativen Wert gebracht. Dieses Signal mit negativem Pegel wird über den Widerstand 188 dem nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 186 geliefert und sensibilisiert diesen Verstärker für die Notwendigkeit der Umschaltung der Arbeitsweise von der Ankersteuerung auf die Feldwicklungssteuerung. Am invertierenden Eingang des Verstärkers 186 liegt über einen

609834/0337

~²⁹~ 260516S

Widerstand 189 das vom Verstärker 118 erzeugte Steuersignal an. ¥enn das vom Verstärker 118 erzeugte Signal weiter ansteigt, was anzeigt, daß ein noch höherer Ankerstrom gefordert wird, fließt durch den Widerstand 189 ein Strom in einer Höhe, die ausreicht, um eine Umschaltung des Ausgangsignals vom Verstärker 186 auf den niedrigen Pegel zu bewirken. Dieses Niederpegelsignal, das am Setzeingang des Betriebssteuer-Flip-Flops 129 liegt, dient zum Setzen, des Flip—Flops, wodurch der Q—Ausgang auf einen hohen und der Q-Ausgang auf einen niedrigen Pegel kommen. Wie es im obigen vollständig dargelegt wurde, wirkt diese Erscheinung auf die vorgespannten Transistoren in der Steuerschaltung, damit verhindert wird, daß das Steuersignal über die Steuerschaltung weiter geleitet wird, während das invertierte Steuersignal durch diese Steuerschaltung weiter geleitet werden kann. Die Anforderung eines zusätzlichen Ankerstro— mes setzt dementsprechend dann das tastverhältnis des Zer— -hackers herab, wodurch das Feld der Motorfeldwicklung geschwächt wird und die Motordrehzahl weiter ansteigt.

Ein ähnlicher Kreislauf findet statt, wenn der Fahrer seinen Fuß vom Beschleunigungspedal bei der Arbeitsweise der Feldwicklungssteuerung nimmt. In diesem Fall ist der Ankerstrom größer als der geforderte Strom und dient das invertierte Steuersignal vom Verstärker 122, das über die Steuerschaltung zugeführt wird, dazu, das Tastverhältnis zu erhöhen. Wenn das Tastverhältnis auf einen Wert von 100 $ angehoben ist, wird, wie oben beschrieben, das Ausgangssignal des Verstärkers 182 negativ. Dieses negative Signal, das über den Widerstand 191 am nicht invertierenden Eingang des Ver~ stärkers 190 liegt, versetzt den Verstärker 190 in die lage, die Arbeitsweise umzuschalten. Über einen Widerstand 192 liegt das invertierte Steuersignal, das vom Verstärker 122 erzeugt wird, am invertierenden Eingang des Verstärkers 190. Wenn somit das Steuersignal positiv ist, _was anzeigt,

609834/0337

daß der Ankerstrom größer als der geforderte Strom ist, kommt das Ausgangssignal des Verstärkers 190 auf einen niedrigen Pegel, so daß ein Rücksetzsignal dem Eingang des Betriebest euer-Flip-lTlops 129 geliefert wird. Auf diese Weise wird der Betriebssteuer-jfflip—Flop auf die Arbeitsweise der Ankersteuerung zurückgesetzt. Wichtig ist, daß dadurch, daß der Terstärker 182 zum Aufrüsten der Umschalteinrichtungen für die Arbeitsweisen vorgesehen ist, unter den oben beschriebenen Bedingungen ein Umschalten nur dann auftreten kann, wenn das Tastverhältnis des Zerhackers 100 i> beträgt. Die Wichtigkeit dieser Tatsache, die im Schutz der Leistungsschalter besteht, wurde bereits oben betont.

Jeder der nicht invertierenden Eingänge der Yerstärker und 190 wird mit einem zweiten Signal versorgt. Der Yerstärker 136 wird über den Widerstand 194 mit einem Signal versorgt, der mit dem Rückwärts schalt er 46 der Schaltung 42 verbunden ist. Wenn daher die.Rückwärtsrichtung gewählt ist, wird über den Widerstand 194 ein positives Signal geliefert, das ein Ansprechen des Yerstärkers 136 auf das Signal vom Yerstärker 118 verhindert und somit die Schaltung während der Rückwärtsfahrt auf die Arbeitsweise der Ankersteuerung festlegt. Somit ist die maximale Drehzahl in der Rückwärtsrichtung begrenzt. Ein mit dem nicht invertierenden Eingang des Yerstärkers 190 gekoppelter Widerstand 195 dient für die Nutzbremsung.

Es ist ersichtlich, daß die Schaltung zum !festlegen des Tastverhältnisses im Hinblick auf ihre Wahrnehmung und Empfindlichkeit vollständig stromgesteuert ist und direkt und genau auf den tatsächlichen durch die Ankerwicklung fließenden Strom anspricht. Die auf diese Weise gelieferte Rückkopplung bewirkt, daß das Steuersignal am Ausgang der Summierungsschaltung 118 oder das invertierte Steuersignal am Ausgang des Yerstärkers 122 mit einem Yerstärkungsverhältnis

609834/0337

von 1:1 auf einer Spannung gehalten wird, die zur Festlegung des Tastverhältnisses erforderlich ist, wobei der tatsächliche Ankerstrom der Stromstärke.des Ankerstroms entspricht, die durch die Stellung des Beschleunigungspotentiometers 59 gefordert wird. Jede Abweichung des tatsächlichen Stromes öder des geforderten Stromes wird das Tastverhältnis verstellen, um den tatsächlichen Strom und den geforderten Strom wieder in Übereinstimmung zu bringen. ¥enn die Schaltung feststellt, daß das Tastverhältnis maximal ist, muß in ähnlicher Weise die Vergleichsschaltung noch zusätzlich einen Unterschied zwischen dem tatsächlichen Strom und dem geforderten Strom feststellen, bevor eine Umschaltung der Arbeitsweise erfolgt. Diese geringfügige in die Anlage eingebaute Hysterese verhindert nicht notwendige Umschaltungen zwischen den verschiedenen Arbeitsweisen.

Der Wirkungsgrad der Gesamtvorrichtung wird durch die Yerwendung der nutzbremsung beim Anhalten des Fahrzeugs vergrößert. Zunächst wird darauf hingewiesen, daß das Fahrzeug mit einer normalen hydraulischen Bremsanlage ausgerüstet ist. Im oberen Teil des Geschwindigkeitsbereiches liefert jedoch die Nutzbremsung, die durch die Arbeit des Motors 22 als Generator bewirkt wird, eine hohe Bremsenergie, was ebenfalls dazu dient, eine beträchtliche Energiemenge zur Batterie zurückzuleiten. Bei dieser Anlage wird die Nutzbremsung nur bei der Arbeitsweise der Feldwicklungssteuerung verwandt., bei der die Ankerwicklung direkt über die Batterie geschaltet ist. Wenn eine Bremsung erfolgen soll, dient die Bewegungsenergie des Fahrzeuges in Yorwärtsrichtung zum Antreiben des Motors, so daß der Motor als Generator arbeitet, die Richtung des Ankerstroma umgekehrt wird und Leistung zur Batterie zurückgeführt wird. Da die kinetische Energie des Fahrzeugs proportional dem Quadrat seiner Geschwindigkeit ist, ergibt sich, daß drei-

609834/0337

viertel der kinetischen Energie in der oberen Hälfte des G es chw ind igke its her e iches enthalten ist. Die nutzbremsung wird somit in einem Bereich angewandt, in dem sie am wirksamsten ist.

Die nutzbremsung beginnt durch ein niederdrücken des Bremspedals, wodurch der Bremsschalter 60 geschlossen wird. Der Schalter 60 liefert damit ein positives Signal zum Eingang eines Inverters 200, das dessen Ausgang auf einen niedrigen Pegel bringt. Die durch das Ausgangssignal auf niedrigem Pegel vom Inverter 200 in Durchlaßrichtung vorgespannte Diode 201 bewirkt einen Stromfluß im Basisemitterweg des !Transistors 112, so daß dieser Transistor leitend wird. Der Emitterkollektorweg des Transistors 112 klammert das Beschleunigungssignal an die auf -15 ToIt liegende Sammelschiene. Das Signal vom Bremspotentiometer 61 liegt jedoch am summierenden Yerbindungspunkt am Eingang des Verstärkers 118. Da dieses Signal eine zum oben beschriebenen Beschleunigungssignal entgegengesetzte Richtung hat, dient es zur Anforderung e'ines Gegenstromes für die Ankerwicklung. Wenn nun der Motor in der Arbeitsweise der Peldwicklungssteuerung arbeitet, dient das resultierende negative Signal, das am Ausgang des Verstärkers 118 auf ein Bremssignal vom Potentiometer 61 erzeugt wird, dazu, das Tastverhältnis des Zerhakkers zu erhöhen, so daß der als Generator betriebene Anker den geforderten Gegenstrom erzeugen und diesen Strom zur Batterie zurückleiten kann.

TJm die maximale Wirkung der Nutzbremsung zu erhalten, ist eine Einrichtung vorgesehen, die den Regler auf die Arbeitsweise der Feldwicklungssteuerung festlegt, bis die Bremswirkung unter ein vorbestimmtes Minimum fällt. Dann kann der Regler die Arbeitsweise umschalten. Entsprechend ist ein ITOR-Glied 215 vorgesehen, dessen erster Eingang am Ausgang des Inverters 200 liegt, so daß dieser Eingang auf

609834/0337

2605155

das Schließen des BremsSchalters 60 hin auf einen niedrigen Pegel kommt. Es wird sich in Kürze zeigen, daß der Ausgang des Inverters 214 ein Niederpegelsignal dem zweiten Eingang des NOR-G-liedes 215 liefert, wodurch dessen Ausgang auf einen hohen Pegel kommt und Strom über den Widerstand 195 zum nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 190 geführt wird. Der Ausgang des Verstärkers 190 bleibt somit auf einem hohen Pegel, ein Zustand, in dem er nicht in der Lage ist, das Betriebssteuer-Flip-Flop 129 auf die Arbeitsweise der Ankersteuerung umzuschalten.

Um das Betriebssteuer—Flip-Flop auf die Arbeitsweise der Ankersteuerung zurückzusetzen, ist eine Einrichtung vorgesehen, die den Zeitpunkt erfaßt, an dem der Ankerstrom unter ein vorbestimmtes Minimum fällt und die zu diesem Zeitpunkt eine Umschaltung zwischen den Arbeitsweisen hervorruft. Dazu ist der invertierende Eingang des Verstärkers 204 über den Widerstand 205 positiv vorgespannt und liegt sein nicht invertierender Eingang am Verbindungspunkt zweier Widerstände 206, 207. Die Widerstände ihrerseits werden über zwei Verstärker 203, 209 jeweils versorgt. Zusätzlich zu den dem Eingang.des Verstärkers 208 zugeordneten vorspannenden Bauelementen steht dessen Eingang über einen Widerstand 210 mit dem Ausgang des Verstärkers 120 in Verbindung, der, wie bereits erwähnt, eine Spannung liefert, die den Strom in der Ankerwicklung des Motors anzeigt. In ähnlicher Weise befindet sich unter den vorspannenden Bauteilen für den Verstärker 209 ein Widerstand 211, der ebenfalls an den Ausgang des Verstärkers 120 angeschaltet ist. Bei der Nutzbremsung bei Strömen über einer bestimmten Höhe, die beispielsweise bei 60 Ampere liegt, führt das negative Ausgangssignal vom Verstärker 120 einen ausreichenden Strom durch den Widerstand 210, um den Ausgang des Verstärkers 203 auf einen hohen Pegel zu bringen. Dieses Hochpegelsig-

609834/0337

nal liegt über den Widerstand 206 am nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 204, so daß dessen Ausgang aiii dem holien Pegel bleibt. Dieses Hochpegelsignal liegt am Eingang de3 Inverters 214» dessen Aasgang wiederum am Eingang des ITOR-G-liedes 215 liegt. Bei Brerasströiaen über 60 Ampere bleibt somit der Ausgang des HOR-G-liedes 215 auf dem hohen Pegel und dieser hohe Pegel verhindert über den Widerstand 195, daß der Verstärker 190 das Betriebssteuer-Flip—Flop 129 zur Arbeitsweise der Ankersteuerung zurückführt. Wenn jedoch der G-egenstrom der Ankerv/icklung unter 60 Ampere fällt, fällt der Strom durch den Widerstand 210 ab, so daß der Ausgang des Verstärkers 209 auf einen niedrigen Pegel kommt, wodurch wiederum der Ausgang des Verstärkers 204 auf einen niedrigen Pegel kommt. Dieses Fiederpegelsignal hat über den Inverter 214 und das FOE-G-lied die Wirkung, daß das Sperrsignal vom Verstärker 190 abgenommen wird, so daß dieser den Betriebssteuer-Flip-Flop zur Betriebsweise der Ankersteuerung zurückführen kann. Wenn somit der Rückstrom der !Nutzbremsung auf einen relativ niedrigen Wert von beispielsweise 60 Ampere fällt, dessen Wirkung vernachlässigbar ist, wird die Schaltung rückgesetzt, damit die ITutzbremsung beendet wird und die Schaltung für eine weitere Beschleunigung bereit ist.

Was nochmals den Fühler für die minimale Stromhöhe anbetrifft, so kann der Verstärker 209 Ankerstromhöhen in positiver Richtung unterhalb eines bestimmten Minimums, beispielsweise unterhalb 60 Ampere, wahrnehmen. Das vom Verstärker 120 auf einen positiven, das Minimum überschreitenden Ankerstrom erzeugte positive Signal bewirkt, daß ein Strom durch äen Widerstand 211 fließt, der ausreicht, um den Ausgang des Verstärkers 209 auf den hohen Pegel zu bringen. Genau wie das Hochpegelsignal vom Verstärker 203 hält auch das Hochpegelsignal vom Verstärker 209 den Ausgang de3 Verstärkers 204 auf einem hohen Pegel. Somit gibt ein

609834/0337

vom Verstärker 204 erzeugtes Hochpegelsignal an, daß der Strom in der Ankerwicklung unabhängig von seiner Richtung, d.h. positiv beim Motorantrieb und negativ bei der Nutzbremsung größer als 60 Ampere ist. Wenn der positive Strom unter das vorbestimmte Minimum fällt, verringert die Ausgangsspannung des Verstärkers 120 den durch den Widerstand 211 fließenden Strom, was zur IPolge hat, daß der Ausgang des Verstärkers 209 auf einen niedrigen Pegel fällt. Dieses Niederpegelsignal liegt am nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 204, was auch dessen Ausgang auf einen niedrigen Pegel bringt. Der Zustand des Ausgangs des Verstärkers 204, bei dem dieser Ausgang auf einem niedrigen Pegel liegt, zeigt somit unabhängig von der Richtung des Ankerstromes an, daß dieser unter 60 Ampere liegt. Es ist anzumerken," daß das vom Verstärker 204 auf einen positiven Ankerstrom von über 60 Ampere erzeugte Hochpegelsignal keinen Einfluß auf das Betriebssteuer—Flip-Elop hat, da der freigegebene Zustand des Bremsschalters 60 den Ausgang des Inverters auf einen hohen Pegel bringt und dieses Hochpegelsignal₃über das NOR-Glied 215,dessen Ausgang auf einem niedrigen Pegel hält. Das Erfassen des minimalen Stromes während des Motorantriebs kann jedoch dazu verwandt werden, die die Arbeitsweise umschaltenden Kontaktgeber zu steuern, wie es im folgenden beschrieben wird.

Die Wirkung der Schaltung der Kontakte 101, 102 und 103 wurde bereits oben.beschrieben. Zusätzlich sind Kontakte 105 zur Sicherheit in den Ankerkreis geschaltet, wobei ein Öffnen des Zündschalters zu einem Öffnen der Kontakte 105 führt. Die Steuerspulen für die Kontakte 101C, 102C, 103C und 105C werden über eine logische Schaltung gesteuert, die über jeweilige Relaistreiberschaltungen 220-223 arbeitet. Die Treiberschaltungen 220 und 223 sind über eine Vorsparschaltung 224, die von einem ITAlTD-Glied 225 gesteuert wirä, mit einer Steuerrückleitung an Masse versehen. Ein

609834/0337

erster Eingang des FAlH)-Gl iedes liegt über Kontakte 226 an der auf ITuIl YoIt liegenden Sammelschiene. Diese Kontakte sprechen auf die Betätigung eines Schalterschlosses an, das das fahrzeug zum Betrieb mit Energie versorgen kann. Der zweite Eingang des ITlHD-Gliedes 225 liegt an der auf Hull YoIt befindlichen Sammelschiene und zwar über Kontakte 227, die normalerweise und außer dann geschlossen sind, wenn eine nicht dargestellte Schaltung die Verbindung zu einem ladegerät für die Antriebsbatterie feststellt. Es ist durchaus gebräuchlich, die Verbindung eines Steckers zu überwachen und Kontakte 227 zu öffnen, wenn festgestellt wird, daß ein solcher Stecker vorhanden ist. Bei der oben beschriebenen Schaltungsanordnung kommt der Ausgang des FAITD-G-Iiedes 225 immer dann auf einen niedrigen Pegel, wenn kein Ladegerät angeschaltet ist und das Schalterschloß betätigt ist. Unter diesen Umständen ergibt die Yorspannungsschaltung 224 eine Steuerrückleitung an Masse für die Relaistreiberschaltungen 220 und 223. Im Gegensatz dazu sind die Relaistreiberschaltungen 221 und 222 direkt mit einer Rückleitung verbunden. Die Treiberschaltungen 221 und 222 arbeiten daher unabhängig davon, ob eine Aufladung erfolgt oder ob der Motorbetrieb vorliegt, wahrend die Treiberschaltungen 220 und 223 £tur während des Hotorbetriebes arbeiten können und bei der Aufladung gesperrt sind.

Ein zweiter Satz von gewöhnlich geschlossenen Ladungsüberwachungskontakten 229 ist zwischen die auf ITuIl YoIt liegende Sammelschiene und die Steuereingänge der FAFD-Glieder 230, 231 und 241 geschaltet. Wenn kein Ladegerät angeschlossen ist, liegt ein erster Eingang jedes der oben genannten ITAITD-Glieder auf einem hohen Pegel. Zusätzlich liegt das über den gewöhnlich geschlossenen Kontakt 229 herangeführte Signal direkt am Eingang der ReIaistreibersehalt ung 223, was zur Folge hat, daß ein Strom durch die Kontaktgeberspule

609834/0337

2605155

1050 fließt und die Kontakte 105 schließt. Die Kontakte 105 sind wahrend des Motorbetriebes immer geschlossen und hauptsächlich zur Sicherheit vorgesehen, um den ■Ankerkreis zu unterbrechen, wenn der Fahrer während einer Störung das Schaltschloß ausschaltet.

Eine vorrangige Bedingung zum Erregen der Kontaktgeber,um den Leistungs- oder Hetzteil auf die Arbeitsweise der Ankersteuerung zu bringen, besteht darin, daß der Richtungswähler sich entweder in der Vorwärtsstellung oder der Rückwärtsstellung befinden muß und daß das Beschleunigungspedal zum Schließen des Schalters 53 herabgedrückt sein muß. Ein Verstärker 224 spricht auf die gleichseitige Erfüllung dieser Bedingungen an, was zur Folge hat, daßssin Ausgang auf einen niedrigen Pegel kommt. Im einzelnen zeigt sich, daß das Schließen des Schalters 46 oder des Schalters 47 auf die Wahl des Torwartsganges oder des Rückwärtsganges hin den Ausgang des Inverters 113 auf einen niedrigen Pegel bringt, was über den Widerstand 235 dazu führt, daß sich die Vorspannung -am nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 234 verringert. Ähnlich hat ein Schließen des Beschleunigungssshalters 53 über den Widerstand 236 zur Folge, daß die dem invertierenden Eingang des Verstärkers 234 gelieferte Vorspannung ansteigt. Die Erfüllung dieser beiden Bedingungen reicht aus, um den Ausgang des Verstärkers auf einen niedrigen Pegel zu bringen. Dieses Niederpegelsignal liegt am Eingang des NAND-Gliedes 238, dessen Ausgang auf einen hohen Pegel kommt, wodurch somit ein zweites Steuersignal dem NAND-Glied 230 geliefert wird. Das letzte Eingangssignal zum NAND-Glied 230 wird vom NOR-Glied 239 geliefert, dessen erster Eingang mit dem Q-Ausgang des Betriebswähl-Flip~Flop3 129 gekoppelt ist. Wenn das Flip-Flop sich somit im Zustand der Arbeitsweise der Ankersteuerung befindet, liest der erste Eingang des NOR-Gliedes 239 auf einem niedrigem Pegel. Das zweite Eingangssignal für das HOR-Glied 239 wird vom Bremsschalter 60 geliefert. Wenn der Brems-

609834/0337

2805165

schalter offen ist, legt die negative Yorspannungsversorgung für den Eingang des Inverters 200 ein negatives Signal an den Eingang des NOR-G-liedes 239. Unter diesen Bedingungen kommt der Ausgang des NOR-G-liedes 239 auf einen hohen Pegel, wodurch bei Lieferung eines dritten Hochpegelsignals zum ITAJD-Gl ied 230 dessen Ausgang auf einen niedrigen Pegel kommt. Das Niederpegelsignal vom NAND-Glied 230 wirkt über den Inverter 240, dessen Ausgang auf einen hohen Pegel kommt, erregt die Relaistreiberschaltung 220, was dazu führt, daß ein Strom durch die Spule 101C fließt, und schließt die Kontakte 101. In ähnlicher Weise führt das Niederpegelsignal des ITAIiD-G-Iiedes 230 durch das NAND-G-lied 241 dazu, daß dessen Ausgang auf einen hohen Pegel kommt, was zur Folge hat, daß die ReIaistreibersehaltung 221 erregt wird, ein Strom durch die Spule 102C fließt und die Kontakte 102 geschlossen werden. Auf diese Weise wird der Leistungs- oder Netzschalterteil der Schaltung in der Arbeitsweise der Ankersteuerung erregt und kann das Tastverhältnis des Zerhackers zur Beschleunigung des Motors erhöht werden. Ein NAND-Glied 242 dient dazu, die Schaltung nach einem Freigeben des Beschleunigungspedals auf der Arbeitsweise der Ankersteuerung zu halten, bis der Ankerstrom auf einen annehmbaren Wert abgesunken ist. Der erste Eingang des NAND-Gliedes 242 liegt am Ausgang des NAND-Gliedes 241 und bleibt somit solange auf einem hohen Pegel, wie die logische Schaltung die Arbeitsweise der Ankersteuerung beibehält. Der zweite Eingang des EAHD-G-I ied es 242 wird vom Verstärker 204 versorgt, der, wie bereits erwähnt, seinen Ausgang solange auf einem hohen Pegel hält, wie die Anlcerstromstärke über 60 Ampere liegt. Wenn das Beschleunigungspedal freigegeben wird, bleiben somit die Relais 101 und 102 erregt, bis die Ankerstromstärke unter 60 Ampere fällt. Dann ist der Bedingung des NAiTD-G-Iiedes 233 G-emlge getan, die zu einem Absinken des Signals an seinem Ausgang auf einen niedrigen Pegel führt, wodurch das 3JAITD-Glied 230 gesperrt wird.

609834/0337

Um die Hetzkontakte von der Arbeitsweise der Ankersteuerung auf die Arbeitsweise der PeIdwicklungssteuerung zu verschieben, ist eine als BAND-Glied 244 dargestellte Sinrichtung vorgesehen, die den Übergang des Betriebssteuer-Flip-Plops 129 erfaßt. Der erste Eingang des iTAED-Gliedes wird vom Inverter 200 versorgt, der den Eingang auf einem hohen Pegel hält, es sei denn, daß die Bremse betätigt wird. Das zweite Eingangssignal des 1LA2TD-G1 iedes 244 wird von Vorwärts-ZEückwärtswählern 4-6, 47 geliefert, so daß das ITAITD-Glied nur dann angesteuert werden kann, wenn ein Gang der Schaltung des Pahrzeuges eingelegt ist. Das letzte Eingangssignal des .HAITD-G-Iiedes 244 wird vom Q-Ausgang" des Betriebssteuer-Plip-Plops 129 geliefert. Wenn sich somit der Q-Ausgang auf einem hohen Pegel befindet, was eine Arbeitsweise der Peldwicklungssteuerung bewirkt, kommt der Ausgang des ÜAND-Gliedes 244 auf einen niedrigen Pegel. Dieses Έiederpegelsignal liegt am Eingang des IAlD-Gliedes 231, dessen Ausgang auf einen hohen Pegel kommt, wodurch bewirkt wird, daß die EeIaistreiberschaltung 222 erregt wird, ein Strom durch die Spule 1030 fließt und die Kontakte 103 geschlossen werden. In ähnlicher Weise hat ein Eochpegelslgnal am Q-Ausgang des. Betriebssteuer-Plip-Plops eine derartige Wirkung auf den Eingang des 3UTQE-Gliedes 239, daß dessen Ausgang auf einen niedrigen Pegel kommt. Dieses Hiederpegelsignal liegt am Eingang des IfAND-Gl iedes 230, wodurch dessen Ausgang auf einen hohen Pegel umgeschaltet wird. Dieses Hochpegelsignal entregt über das NAND-Glied 241 und den Inverter 240 die Eelaistreiberschaltungen 220, 231, 30 daß die Kontakte 101 und 102 öffnen. Es ist ersichtlich, daß Kontaktgeber entsprechender Größe wesentlich schneller schließen als sie öffnen, insbesondere, wenn die den Einschaltstoß unterdrückenden Schaltungen um die Spulen der Kontaktgeber geschaltet sind. Obwohl somit die Signale zum Anziehen des Eelais 103 und-zum Abfallen der Eelais 101 und 102 gleichzeitig auftreten, zieht das Eelais 103 an, bevor die E_elais 101 und 102 abfallen, wodurch die oben

809834/0337

beschriebene Umschaltung bei voller Spannung erreicht wird.

Bei der beschriebenen Vorrichtung wird ein stabilisierter fremderregter Reihengleichstrommotor 102 verwandt. Während ein derartiger Aufbau zur Drehzahlregelung des Motors günstig ist, hat das stabilisierende PeId der Reihenschlußfeldwicklung einen nachteiligen Einfluß bei der Nutzbremsung , da es dem Feld der Nebensehlußfeldwicklung entgegenwirkt. Es ist daher eine Einrichtung vorgesehen, die die stabilisierende Reihenschlußfeldwicklung während der Nutzbremsung aus der Schaltung herausnimmt. Unter Berücksichtigung der bereits erwähnten Satsache» daß einer der Eingänge des NAND-Gliedes 244 am Ausgang des Inverters 200 liegt, der seinerseits auf ein Herabdrücken des Brenisschalters anspricht, ergibt sich, daß beim Niederdrücken des Bremspedals der Ausgang des NAND-Gliedes 244 auf einen hohen Pegel kommt. Als Antwort darauf kommt der Ausgang des NAND-G-liedes 231 auf einen niedrigen Pegel, wodurch somit die Relaisspule 103C entregt und die Eontakte 103 geöffnet werden. Während der Zeitspanne, während der die Beschleunigung bereits eingestellt wurde und mit dem. Bremsen gerade begonnen wurde, wird das Tastverhältnis des Zerhakkers erhöht, was somit zu einer Abnahme des positiven Stromes in der Ankerwicklung führt. Wenn dementsprechend die Kontakte 103 geöffnet werden, ist der über die Eontakte geführte Strom nicht außerordentlich groß. Auf ein Signal vom Potentiometer 61 hin, das den Bremsstrom anfordert, vzird das [Tastverhältnis durch die zugehörige Steuerschaltung erhöht, wodurch das PeId der Feldwicklung ansteigt und bewirkt wird, daß der Anker Energie zur Batterie zurückführt. Dieser Strom kann durch eine Schalteinrichtung fließen, die als Diode 103 dargestellt ist. Diese Diode befindet sich zwischen der negativen Sammelschiene 41 und der Reihenschlußfeldwicklung, so daß sie die Reihenschlußfeldwicklung für den Ankergegenstrom überbrückt ·_αΠα diese

609834/0337

Feldwicklung aus der Schaltung "bei der nutzbremsung nimmt. Es ist ersichtlich, daß die Diode 103 erforderlichenfalls durch eine Reihe von Kontakten ersetzt werden kann.

Der Leistungsregler kann auch zeitweise in einer dritten Arbeitsweise, der Arbeitsweise der Aufladung arbeiten. Um

bei dieser Arbeitsweise ein Rückkopplungssignal zu liefern, ist ein Ladenebenschluß 107 in Reihe zu einem Ladegerät 110, dem Zerhacker 70 und der Antriebsbatterie 21 geschaltet. Wie oben beschrieben, kann das Ladegerät 110 in Form einer einfachen Anordnung eines !Dransformators und eine3 Gleichrichters vorgesehen sein, die eine nicht stabilisierte Gleichströmen erg ie liefert, die durch den Regler reguliert wird. Damit der Ladestrom vom Ladegerät zur Batterie fließen kann, werden die Kontakte 102 und 103 bei dieser Arbeitsweise geschlossen. Aus der bereits erwähnten Tatsache, daß dann, wenn ein Ladegerät mit dem Fahrzeug verbunden ist, die Kontakte 229 offen sind, ergibt sich, daß diese Kontakte das Hochpegelsignal vom Eingang der HAHD-Glieder 231 und 341 abnehmen, so daß deren Ausgänge auf einen niedrigen Pegel komiaen. Daraufhin werden die Relaistreiberschaltungen 221 und 222 erregt, was zum Schließen der Kontakte 102 und 103 führt.

Um das Tastverhältnis des Zerhackers in Abhängigkeit vom tatsächlichen Ladestrom zu steuern, ist eine Ladesteuerung 250 vorgesehen, deren zwei Eingänge 255, 256 über den Ladenebenschluß 107 geschaltet sind. Da die Schaltungen zum Laden der Batterie und ihre Steuerungen bekannt sind, und zahlreiche Schaltungen aufgebaut werden können, die ein Steuersignal mit geeignetem Pegel zum Steuern des Tastverhältnisses des Zerhackers liefern, sind Einzelheiten der Steuerung 250 nicht dargestellt. Im Hinblick auf die obigen Ausführungen ergibt sich jedoch, daß vorzugsweise der Auf-

609834/0337

"bau. des Verstärkers 251, der schematisch in der Ladesteuerung 250 dargestellt ist, gleich dem des auf den Ankerstrom ansprechenden Verstärkers 120 ist, so daß er ein Signal erzeugt, das proportional zur tatsächlichen Stärke des Ladestromes ist. Ein Widerstand 254·, der den Ausgang des Verstärkers 251 mit dem Eingang eines Verstärkers 252 verbindet, zeigt an, daß das vom Verstärker 251 erzeugte, dem tatsächlichen Ladestrom entsprechende Signal an einem summierenden Verbindungspunkt liegen kann, an dem es mit dem Anforderungssignal für den Ladestrom verglichen wird, so daß der Verstärker 252 in ähnlicher Weise wie der Verstärker 118 arbeitet. Das Anforderungssignal für den Ladestrom kann von verschiedenen Einrichtungen geliefert werden. Ein einfaches Beispiel ist ein geeignet vorgespanntes Potentiometer, dessen Schleifkontakt mit dem summierenden Verbindungspunkt am Eingang des Verstärkers 252 in Verbindung steht. Schließlich ist der Ausgang der La&esteuerung 250 über eine Diode 253 mit dem Eingang des phasenverzögerten !Comparators 171 gekoppelt, so daß der phasenverzögerte Komparator auf das vom Steuerverstärker 135 für das tastverhältnis erzeugte Signal anspricht.

Um zu verhindern, daß das Fahrzeug benutzt wird, wenn die Batterie nahezu entladen ist, ist eine ITnterspannungsschaltung 254' vorgesehen, die mit dem Ausgang der Antriebsbatterie in Verbindung steht und dem Verstärker 113 ein Signal liefern kann. Dieses Signal simuliert einen positiven Ankerstrom, »wenn die Klemmenspannung der Batterie unter einen erwünschten Viert fällt. Wenn somit die Klemmenspannung der Batterie unter dem Uormalwert liegt, wird die Fahrgeschwindigkeit des fahrzeuges stark begrenzt, was die Notwendigkeit einer Wiederaufladung für den Fahrer erkennbar macht.

■*σ

Ein Überspannungsschutskreis 255*spricht ebenfalls auf die Klemmenspannung der Batterie an, um das Tastverhältnis de3 Zerhackers zu begrenzen, wenn die Klemmenspannung einen erwünschten Wert überschreitet. Diese Schaltung soll eine Be-

609834/0337

Schädigung der Batterie während der Aufladung durch Überspannungen verhindern. ■

Um zu vermeiden, daß die ..Ankerwicklung einen übermäßig großen Strom führt, ist ein Strombegrenzer 256 mit einem summierenden Verbindungspunkt an seinem invertierenden Eingang vorgesehen. Der Verbindungspunkt liegt am-Ausgang des den Ankerstrom bestimmenden Verstärkers 120 und am Q-Ausgang des Betriebssteuer-Flip-Flops 129. ¥enn somit bei der Arbeitsweise der Ankersteuerung vom Verstärker 120 übermäßig große Ströme wahrgenommen werden, wird der Ausgang des als Yerstärker 256'vorgesehenen Strombegrenzers negativ. Da der Ausgang des Verstärkers 256 am invertierenden Eingang des Steuerverstärkers 135 für das !Tastverhältnis liegt, führen übermäßig große Stromstärken zu einerVerminderung des Tastverhältnisses. Auf diese ¥eise_liegt ein oberer Grenzwert für den Ankerstrom fest.

Schließlich ist noch eine Drehzahlbegrenzerschaltung vorgesehen, um die maximale Drehzahl des Motors zu. begrenzen. Eine derartige Schaltung ist wichtig, um das Fahrzeug dann zu schützen, wenn der Motor mit einem kleinen anliegenden Gegendrehmoment arbeitet, was dazu führt, daß die Drehzahl, im Bemühen, die notwendige gegenelektromotorische Kraft zu erzeugen, sehr schnell ansteigt. Das kann beispielsweise dann auftreten, wenn das Fahrzeug auf Eis fährt. Falls ein Drehzahlbegrenzer Gicht vorgesehen ist, und das Beschleunigungspedal andauernd niedergedrückt wird, wird der Motor weiter beschleunigt, bis die Zentrifugalkräfte schließlich den Motor zerstören.

Um das zu vermeiden, liefert die DrehzahXbegrenzerschaltung, die ausschließlich auf Signale innerhalb der Steuerschaltung anspricht, einen unteren Grenzwert für den Feldfluß bei der Feldwicklungssteuerung und verhindert, daß da3 last-

$09834/0337

26O516S

Verhältnis unter den Wert sinkt, an dem der minimale Feldfluß erzeugt wird. Der minimale Fluß, der erforderlich ist, um zu verhindern, daß die Drehzahl des Motors den berechneten Wert überschreitet, kann aus den folgenden Gleichungen bestimmt werden:

• IT + E. I (i)

mm max Aa ^v '

wobei E_Q die Ankerspannung, K_e eine Motorkonstante, φ der minimale, zum Begrenzen der Drehzahl auf U _ erf orderliehe Fluß, ΪΓ die maximale Drehzahl des Motors, R. der Widerstand der Ankerwicklung und I der Ankerstrom sind.

"Der Feldfluß kann ausgedrückt werden als:

(2)

wobei φ der totale Feldfluß, Kφ eine Motorkonstante, H₃ die Windungszahl in der Eeihenschlußfeldwicklung,. I_ der

CL

Ankerwicklungsstrom, IT™ die Windungszahl der ITebenschlußfeldwicklung und Ip der Strom durch die üTebenschlußfeldwicklung sind.

Eine Auflösung der Gleichung (1) nach φ_πι^_η und ein Einsetzen dieses Ausdrucks in die Gleichung (2) und eine Auflösung nach Ip ergibt:

Ia (3)

¹F . = ^Ea

min -=-

^Ke^K

Es ist ersichtlich, daß alle Faktoren im Nenner des ersten Ausdrucks sowie alle Faktoren im Klaramerausdruck konstant sind und daß deren ΐ/erte für einen gegebenen Motor bestimmt werden können. Bei einem bestimmten Motor reduziert sich die

609834/0337

Gleichung somit auf

\_i =^KA-^EA (4)

Da bei der Arbeits v/eise der Eeldwicklungssteuerung die Batterie direkt über die Ankerwicklung geschaltet ist, kann die Klemmenspannung der Batterie gemessen werden, um einen Wert für E_ zu erhalten.

el

Um ein Maß für den 3?eldwicklungsstrom zu erhalten, ist die ITebensehlußfeldwicklung über den Schalter 43 mit Hilfe des Ladenebenschlusses 107 an die positive Sammelschiene angeschlossen. Bei dieser Anordnung arbeitet der zum Erzeugen eines zum !Ladestrom beim Aufladen proportionalen Signals vorgesehene Verstärker 251 auch während des Motorbetriebes, v/ährend dem er den Eeldwieklungsstrom anzeigt. Dementsprechend ist der Ausgang des Verstärkers 251 über einen Widerstand 281 an den invertierenden Eingang. des Drehzahlbegrenzungsverstärkers 282 angeschlossen. Der Verstärker 282 dient dazu, das Signal des EeIdwicklungs— stromes mit einem zum Ankerstrom in Beziehung stehenden Signal, das vom Verstärker 120 über den Widerstand 283 geliefert wird, und einem mit der Ankerspannung in Beziehung stehenden Signal zu vergleichen, das über Widerstände 284, 285 geliefert wird, die mit der Antriebsbatterie in Verbindung stehen. Die relativen Widerstandswerte der Widerstände sind so gewählt, daß sie in Gleichung (4) als Konstante anzusehen sind, so daß der Verstärker 282 nach dieser Gleichung arbeitet und einen unteren Grenzwert für den EeIdwicklungsstrom festlegt. Wenn der Eeldwicklungsstrom vergleichsweise stark ist, wird das vom Verstärker 250 erzeugte Ausgangssignal vom Euhewert aus negativ. Dementsprechend bewirkt das Ausgangesignal vom Verstärker 250, daß ein Strom durch den Widerstand 281 vom summierenden Verbindungspunkt am invertierenden Eingang des Verstärkers 282 abfließt, wö-

609834/0337

durch dessen Ausgang auf einem relativ hohen Pegel "bleibt. Wenn jedoch der Eeldwicklungsstrom derart abnimmt oder wenn die Größe des Ausdruckes auf der rechten Seiten der !figur 4 derart ansteigt, daß der Ausdruck K..E_e - K₀I den Eeldwick-

ί a £.a

lungsstrom überwiegend bestimmt, wird das Ausgangssignal des Yerstärkers 282 negativ. Das Ausgangssignal des Verstär— ■ kers liegt über einen Widerstand 286 am summierenden Verbin— dungspunkt am invertierenden Eingang des Steuerverstärkers 135 für das Tastverhältnis. Das Ausgangssignal des Yerstärkers 135, das sich auf diese Weise in positive Bichtung ändert, wirkt auf den phasenverzögerten Komparator 171 derart, daß das Tastverhältnis erhöht und dadurch das Ausgangssignal des Zerhaclcars zur ITebenschlußfeldwicklung- vergrößert wird.

Bei einem Fahrzeug der beschriebenen Art ist es ebenfalls wünschenswert, den tatsächlichen Ladezustand der Batterie anzugeben. Die dazu vorgesehene Schaltung ist als Block 260 dargestellt. Es ist ersichtlich, daß die Anzeige für den Ladezustand der Batterie nur fünf Eingänge von verschiedenen Punkten der dargestellten Steuerschaltung benötigt. Diese Schaltung verarbeitet diese Signale in der Weise, daß die tatsächliche in der Batterie noch zur Verfügung stehende verwendbare Energiemenge angegeben wird. In einer solchen Schaltung werden, die folgenden Eingangssignale verwandt. Der Eingang 261 ist mit dem Ausgang des phasenverzögerten Kompa— rators verbunden, um das Verhältnis der Leitungsdauer zur GesamtperiöoefcTes Zerhackers anzuzeigen. Der Eingang 262 ist mit dem Q-Ausgang des Betriebssteuer-Plip-Elops 129 verbunden, um anzuzeigen, daß die Ankerwicklung direkt bei der Arbeitsweise der Peldwicklungssteuerung über die Batterie geschaltet ist (field mode). Der Eingang 263 steht mit dem Ausgang des Verstärkers 120 in Verbindung, um den tatsächlichen Strom durch die Ankerwicklung anzugeben (I_arm)· ^Ser Eingang 264 ist mit dem Ausgang des Digitalanalogwandlers 160 gekoppelt, um ein sägezahnförmiges Signal zur Erzeugung eines inneren Signals für das Tastverhältnis zu liefern (Ramp). 603*3M0337

Schließlich steht der Eingang 265 mit dem Ausgang des Inverters 240 in Verbindung, um einen Faktor zu liefern, der mit dem !Feldwicklungsstrom bei der Arbeitsweise der Ankersteuerung in Beziehung steht (Armature mode). Natürlich mißt der Anzeiger für den Ladezustand der Batterie auch die tatsächliche Klemmenspannung der Antriebsbatterie.

Wie oben erwähnt, liefert die Hilfsbatterie 24, die elektrisch gegenüber dem Antrieb isoliert ist, die Energie für die Zubehörteile des Fahrzeugs. Diese Zubehörteile sind schematisch bei 25 in Figur 3a dargestellt. Es können Einrichtungen vorgesehen sein, die diese Batterie wirkungsvoll dadurch aufladen, daß ein Teil der Überschußenergie von der invertierenden Kommutatorschaltung entnommen und der Hilfsbatterie geliefert wird. Wie es schematisch in Figur 3a dargestellt ist, kann das Ladegerät 270 die Hilfsbatterie 24 mit Energie aufladen, die induktiv über die schematisch dargestellte Spule 271 von der Antriebsschaltung geliefert wird, so daß die elektrische Isolierung beibehalten wird. Die oben beschriebene, für den Saugtransformator 77 verwandte Leistungssteuerschaltung kann auch für den Eeilnehmerbetrieb verwandt werden. Wie es in der US-Patentanmeldung 548 912 beschrieben ist, liefert der Aufbau des Saugtransformators einen magnetischen Nebenschluß, der eine Reiheninduktivität zwischen dem Ausgang des Wandlers und dem Eingang der Energie verbrauchenden Einrichtung simuliert. Vfenn die die Energie verbrauchende Einrichtung die Antriebsbatterie selbst ist, wie es beim Aufladen der Fall ist, ist diese Induktivität wichtig für die Begrenzung hochfrequenter Einschaltstöße. Wenn die Ströme jedoch ansteigen, neigt der magnetische Nebenschluß zur Sättigung, was zur Folge hat, daß die Reiheninduktivität verschwindet. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Reiheninduktivität bei der vorliegenden hohen Stromausnutzung des Zerhackers nicht wichtig ist, da starker Strom nur beim Motorbetrieb verwandt wird, bei dem die In-

609834/0337

- 43 -

daktivität des Motors zur Begrenzung derartiger Einschaltstöße dient.

609834/0337

Claims

Patentansprüche

1.J Antrieb für ein elektrisches Fahrzeug mit zwei G-leichstromeingangsklemmen, einem Gleichstrommotor mit einer Ankerwicklung und einer Feldwicklung, die beide derart geschaltet sind, daß sie über die Eingangsklemmen mit Strom versorgt werden, einem Proportionalregler und einem Regler zum Steuern der Arbeitsstufe des Proportionalreglers, gekennzeichnet durch eine Schalteinrichtung (36 bis 38), die wahlweise betätigbar ist und den Proportionalregler (24) zur Steuerung des Ankerstromes an den Schaltkreis mit der Ankerwicklung (30) oder zur Steuerung des Feldwicklungsstromes an den Schaltkreis mit der Feldwicklung (31) anschaltet.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Proportionalregler einen Sensor (182, 183) aufweist, der auf den Betriebszustand eines Motors anspricht und bewirkt, daß die Schalteinrichtung den Proportionalregler von der Arbeitsweise der Steuerung einer Wicklung (30 oder 31) auf die Arbeitsweise der Steuerung der anderen Wicklung (31 oder 30) umschaltet, wenn der Proportionalregler (24) auf der höchsten Arbeitsstufe arbeitet.

3. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (132, 183) den augenblicklichen Strom mißt, der durch die Motorankerwicklung fließt.

4. Antrieb nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die höchste Arbeitsstufe des Proportionalreglers (24) im wesentlichen gleich der an den G-leichstromeingangsklemmen liegenden Spannung ist und daß die Schalteinrichtung (36 bis 38) den Proportionalregler (24) im wesentlichen unterbrechungslos umschaltet, wenn die an der Ankerwicklung (30) und an der Feldwicklung (31) liegenden

609834/0337

~ 50 -

Spannungen beide im v/es entlichen gleich der Spannung, über den G-leichstromeingangsklemmen ist.

5. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Steuerung (55 und 56), die ein Befehls— signal zum Anfordern eines Ankerstroms mit einer gewünschten Stärke liefert, durch eine Schaltung (120),

- die ein Rückkopplungssignal liefert, das den tatsächlichen Ankerstrom angibt, und durch einen Komparator (113), der das Befehlssignal und das Rückkopplungssignal vergleicht und ein Steuersignal erzeugt, wobei der Regler zur Steuerung des Proportionalreglers auf das Steuersignal anspricht und die Arbeitsstufe des Proportionalreglers (24) auf eine Höhe festlegt, an der die gewünschten und die tatsächlichen Werte der Ankerstrom,— stärke zusammenfallen.

6. Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (55 und 56) ein Bremssignal zum Anfordern eines Ankerrückstromes mit gewünschter Stärke liefern kann, wobei der Komparator (118) auf das Bremssignal anspricht und das Tastverhältnis derart vergrößert, daß die Ankerwicklung (30) den Strom zur Batterie zurückleitet.

7. Antrieb nach Anspruch S, gekennzeichnet durch eine Überwachungseinrichtung, die auf den tatsächlichen Ankerstrom anspricht und ein Rücksetzsignal erzeugt, wenn die Stromstärke des Ankerrückstromes unter einen vorher festgelegten minimalen Wert fällt, wobei die Schalteinrichtung (36 bis 33) auf das Rücksetzsignal anspricht und die elektrische Verbindung der beiden Wicklungen (30, 31) umschaltet.

8. Antrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstrommotor (22) eine stabilisierende Reihenschlußfeldwicklung (33), die mit der Ankerwicklung verbunden ist

609834/0337

2505165

und einen Schalter (52) enthält, um die stabilisierende Eeihenschlußfeldwiclclung(33) nebenzusehließen, damit der Ankerrückstrom um die stabilisierende Reihenschlußfeldwicklung (33) herumfließen kann, wodurch die Wirkung der nutzbremsung verstärkt wird.

9. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Proportionalregler (24) einen Doppelzerhacker enthält«

1Ö. Antrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Proportionalregler (24) einen koramutierenden Inverter zum Kommutieren des Zerhackers aufweist, der eine erste Induktivität (74-1) zum Leiten oszillierender Ströme und eine zweite Induktivität (75-1) enthält, die mit der Zerhackerschaltung verbunden ist und magnetisch mit der ersten Induktivität (74-1) gekoppelt ist, wobei das Zünden der Inverter dazu dient, der Zerhackerschaltung zum Kommutieren Energie zu liefern.

11. Antrieb für ein elektrisches Fahrzeug, gekennzeichnet durch zwei Gleichstromeingangsklemmen, einen fremderregten Gleichstromantriebsmotor zum Antreiben des Fahrzeugs, der eine Ankerwicklung und eine Feldwicklung enthält, einen Regler mit veränderlichem Tastverhältnis, der mit den Eingangsklemmen in Verbindung steht, eine Schalteinrichtung, die wahlweise eine der beiden Wicklungen des Motors mit dem Regler und die andere Wicklung mit den Gleichstromeingangsklemmen verbindet, wobei der Regler den Stromfluß durch die mit ihm in Verbindung stehende Wicklung steuert, und eine Steuereinrichtung für das Tastverhältnis zum Ändern des Arbeitstastverhältnisses des Reglers, um dadurch die Drehzahl des Motors zu regeln, wobei die Schalteinrichtung auf das Tastverhältnis des Reglers anspricht

609834/0337

und die Verbindung der beiden Wicklungen umschaltet.

12. Antrieb nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die ein Befehlssignal zum Anfordern eines Ankerstromes gewünschter Stärke liefert, eine Einrichtung, die ein Rückkopplungssignal liefert, das den tatsächlichen Ankerstrom anzeigt und eine Einrichtung, die das Befehls- und das Rückkopplungssignal vergleicht und ein Steuersignal erzeugt, wobei die Steuereinrichtung für das Tastverhältnis auf das Steuersignal anspricht und das Tastverhältnis auf einen Wert festlegt, bei dem der tatsächliche Ankerstrom dem geforderten Ankerstrom entspricht.

13- Antrieb nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die ein Bremssignal zum Anfordern eines Ankergegenstromes gewünschter Stärke liefert, wobei die Tergleichseinrichtung auf das Bremssignal anspricht und das Tastverhältnis derart erhöht, daß die Ankerwicklung den Strom zur Batterie zurückleitet.

14. Antrieb nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine auf den tatsächlichen Ankerstrom ansprechende Einrichtung, die ein Rucksetzsignal erzeugt, wenn die Stärke des Ankerrückstromes unter einen vorbestimmten kleinsten Wert fällt, wobei die Schalteinrichtung auf das Rücksetzsignal anspricht and die Verbindung der beiden Wicklungen umschaltet.

15« Antrieb nach Anspruch 14-, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstrommotor eine stabilisierende Reihensehlußfeldwicklung, die mit der Ankerwicklung verbunden ist und eine Schalteinrichtung enthält, um die stabilisierende Reihenschlußfeldwicklung nebenzusefclisßen, damit der Ankerrückstrom um die stabilisierende Reihenschluß-

609834/0337

feldwicklung fließen kann, wodurch die Wirkung der Nutzbremsung erhöht wird.

16. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler einen Doppelzerhacker enthält.

17. Antrieb nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler einen kommutierenden Inverter zum Kommutieren des Zerhackers enthält, der eine ".erste Induktivität zum Leiten oszillierender Ströme und eine zweite Induktivität aufweist, die in die Zerhackerschaltung geschaltet ist und magnetisch mit der ersten Induktivität gekoppelt ist, wobei ein Zünden des Inverters dazu dient, Energie der Zerhackersehaltung zu liefern, um diese zu kommutieren.

18. Antrieb nach Anspruch 17₅ dadurch gekennzeichnet, daß der kommutierende Inverter auf einer festen Frequenz arbeitet und daß die Steuereinrichtung für das !Tastverhältnis die Zündphase des Zerhackers bezüglich des kommutierenden Inverters verändert, so daß sich eine Festfrequenzreglung des Tastverhältnisses ergibt.

19. Antrieb für ein elektrisches Fahrzeug, gekennzeichnet durch ein erstes Paar von Eingangsklemmen, die mit einer Batterie verbunden werden können, einen G-leichstromantriebsmotor zum Antreiben des Fahrzeugs, einen Proportionalregler, eine Einrichtung, die den Regler zwischen das erste Paar von Eingangsklemmen und den Motor schaltet, um. die dem Motor gelieferte Energie zu regeln, ein zweites Paar von Eingangsklemmen, die mit einer Gleichst romladequelle verbindbar sind und eine Einrichtung, die den Regler zwischen das erste und das zweite Paar von Klemmen schaltet, um den von den zweiten zu den ersten Klemmen gelieferten Strom zu regeln, wodurch der

609834/0337

Regler sowohl als Motorregler als auch als Laderegler dient.

20. Antrieb nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor eine Ankerwicklung und eine Feldwicklung sowie eine Schalteinrichtung enthält, die wahlweise den Regler mit der Ankerwicklung oder der Feldwicklung des Motors verbindet, wodurch der Regler zeitweise als Laderegler, als Ankersteuerung oder als Feldwicklungssteuerung arbeitet.

21. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Drehzahlbegrenzer, der auf die Yerhältnisse im Regler anspricht und die maximale Drehzahl des Motors begrenzt.

22. Antrieb nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlbegrenzer einen Begrenzungsverstärker aufweist, der ein dem Feldwicklungsstrom proportionales Signal empfängt und mit den Eingangsklemmen verbunden ist, um einen kleinsten Sicherheitswert für den Feldfluß festzulegen.

23. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine ünterspannungs einrichtung, die auf die Spannung an den Gleichstromeingangsklemmen anspricht und die Drehzahl des Motors begrenzt, wenn die ' Spannung über den Gleichstromeingangskl.emmen anzeigt, daß die mit den Eingangsklemmen in Verbindung stehende Batterie nahezu entladen ist.

24. Antrieb nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Ünterspannungseinrichtung eine Einrichtung aufweist, die am Regler einen Anstieg des Ankerstromes simuliert.

609834/0337

25· Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Strombegrenzer, der auf den Ankerstrom anspricht, wenn der Regler mit der Ankerwicklung in Verbindung steht und der arbeitet, wenn
die Stärke des Ankerstroms einen bestimmten größten
¥ert überschreitet, um die Arbeit des Reglers zu begrenzen.

26. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ums ehalt einrichtung zum Wählen des 3?ahrzeugbetriebes in die Vorwärts- und die Rückwärtsrichtung, wobei die Umsehalteinrichtung einen
Stromrichtungsschalter enthält, der zur Steuerung der Drehrichtung des Motors mit der Ankerwicklung in Verbindung steht.

27· Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleichstromquelle zum Aufladen der Batterie vorgesehen ist, daß die Schalteinrichtung (36 bis 33) eine Einrichtung enthält, die den Regler (24) zwischen die GleichstromqLuelle und die Antriebsbatterie schaltet, um die Aufladung der Batterie zu regeln, wodurch der Regler (24) auch als Laderegler arbeitet.

609834/0337