DE1438016B2

DE1438016B2 - Anordnung zur Speisung eines Gleichstromreihenschlußmotors

Info

Publication number: DE1438016B2
Application number: DE19621438016
Authority: DE
Inventors: Johannes Dr.-Ing. 1000 Berlin Förster
Original assignee: Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH, 6OOO Frankfurt
Priority date: 1962-11-02
Filing date: 1962-11-02
Publication date: 1970-11-05
Also published as: DE1438016A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Speisung eines Gleichstromreihenschlußmotors eines elektrisch betriebenen Fahrzeuges aus einer Gleichstromquelle über mindestens ein zum Anker und zur Feldwicklung in Reihe geschaltetes, im Tastbetrieb arbeitendes steuerbares Stromrichterventil in Verbindung mit mindestens einem parallel zum Gleichstromreihenschlußmotor liegenden Freilaufventil.

Eine solche Anordnung ist aus der Zeitschrift »The Engineer«, September 1961, S. 480, bekannt. Durch Zünden des zum 'Anker und zur Feldwicklung in Reihe geschalteten Thyristors wird die Batteriespannung an den Motor gelegt. Mit Hilfe einer parallel zu diesem Thyristor liegenden Löschanordnung, die aus einem Kondensator, einem weiteren Thyristor, einer Umschwingdrossel und einer Diode besteht, kann der Thyristor wieder gelöscht werden. Durch Tasten, d. h. Ein- und. Ausschalten dieser Thyristoranordnung kann der Mittelwert der dem Motor zugeführten Spannung gesteuert bzw. geregelt werden. Bei dieser Anordnung entspricht der Feldstrom immer dem Ankerstrom.

Es ist in Verbindung mit Gleichstromreihenschlußmotoren für Fahrzeugantriebe allgemein bekannt, bei maximaler Motorspannung zum Zwecke der Feldschwächung einen Teil des Motorstromes an der Feldwicklung vorbeizuführen (Sachs: »Elektrische Triebfahrzeuge«, Bd. II, 1953, S. 81).

Aus der österreichischen Patentschrift 209 439 ist eine Anordnung zur Speisung eines Gleichstromreihenschlußmotors bekannt, bei der die Feldwicklung kurzgeschlossen wird, wenn die Ankerspannung einen bestimmten Schwellwert überschreitet, und bei der der Kurzschluß wieder aufgehoben wird, wenn die Ankerspannung dadurch wieder abgesunken ist. Der Kurzschluß wird durch unmittelbar parallel zur Feldwicklung liegende Schaltelemente bewirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Feldschwächung nach einem ähnlichen Prinzip auch bei Anordnungen der eingangs genannten Art zu verwirklichen.

Würde man das Prinzip dieser bekannten Anordnung übertragen und bei einer Anordnung der eingangs geschilderten Art unmittelbar parallel zur Feldwicklung zum Zwecke der Feldschwächung ein im Tastbetrieb arbeitendes steuerbares Stromrichterventil vorsehen, so müßten die Steuerimpulse der beiden tastbaren Stromrichterventile miteinander synchronisiert werden. Das parallel zur Feldwicklung liegende Stromrichterventil könnte nämlich immer nur dann gezündet werden, wenn das in Reihe zum Anker und zur Feldwicklung liegende tastbare Stromrichterventil gerade Strom führt. Während der Zeit, in der das in Reihe geschaltete Stromrichterventil gesperrt ist, könnte das parallel geschaltete Stromrichterventil dagegen nicht gezündet werden, weil seine Anoden-Kathoden-Spannung wegen des im Freilauf weiterfließenden Feldstromes zu dieser Zeit negativ ist. Eine solche Synchronisierung ist bei der beanspruchten Anordnung nicht erforderlich.

Ausgehend von einer Anordnung der eingangs genannten Art ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß sowohl parallel zur Feldwicklung als auch parallel zum Anker des Gleichstromreihenschlußmotors je ein Freilaufventil geschaltet ist und daß ein zusätzliches, zu einer unter Umgehung der Feldwicklung erfolgenden direkten Speisung des Ankers bestimmtes, im Tastbetrieb arbeitendes steuerbares Stromrichterventil vorgesehen ist, dem ein Stromregler zugeordnet ist, der den durch dieses Stromrichterventil fließenden Nebenschlußstrom in Abhängigkeit von der Spannung des Ankers regelt.
Die gewünschte Abhängigkeit von der Ankerspannung kann dadurch erzielt werden, daß der Stromsollwerteingang des Stromreglers mit einer Schwellwertvorrichtung verbunden ist, die einen Sollwert für den Nebenschlußstrom bildet, wenn die Ankerspannung einen einstellbaren Schwellwert überschritten hat. Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. Fig. 1 zeigt zunächst noch einmal eine bekannte Grundschaltung für den Betrieb eines Gleichstromreihenschlußmotors mit Hilfe einer Tastschaltung, und

F i g. 2 und 3 zeigen verschiedene erfindungsgemäße Schaltungsanordnungen zur Erzielung der gewünschten Feldschwächung.

Der Anfahrvorgang soll mit dem höchstmöglichen Erregerfluß begonnen werden, der durch die Größe des zulässigen Stromes begrenzt ist. Erst wenn die Ankerspannung des Motors bei einer bestimmten Drehzahl etwa die Höhe der Spannung der Speisequelle erreicht hat, soll eine Feldschwächung einsetzen.

Zwecks optimaler Ausnutzung des Motors muß dabei angestrebt werden, daß die Feldschwächung erst dann einsetzt, wenn die Ankerspannung des Motors um höchstens 10% von der Speisespannung abweicht.

In F ig. 1 ist eine bekannte Grundschaltung für den Betrieb eines Gleichstromreihenschlußmotors mit einem Anker 1 und einer Feldwicklung 2 mit den Klemmen / und K dargestellt, der aus einer Gleichstromquelle 3 mit konstanter Spannung gespeist wird. Eine stetige Veränderung des Mittelwertes der an den Gleichstromreihenschlußmotor gelegten Gleichspannung ist möglich, wenn ein steuerbares Stromrichterventil 4, vorzugsweise auf der Halbleiterbasis in Reihe zum Gleichstromreihenschlußmotor geschaltet und im sogenannten Impuls- bzw. Tastverfahren betrieben wird. Solche im Tastverfahren betriebenen steuerbaren Stromrichterventile werden auch häufig als Gleichstrompulswandler bezeichnet. Das steuerbare Stromrichterventil 4 wird dabei in an sich bekannter Weise mit Hilfe einer besonderen nicht dargestellten Löschschaltung wieder zum Verlöschen gebracht, wenn der mit einem Stromwandler 5 erfaßte Ankerstrom J_A einen vorgegebenen Ankerstrom-Sollwert J _A* erreicht hat. Der im Motorkreis fließende Strom wird dabei auf ein Freilaufventil 6 kommutiert. Die für die Zündung und Löschung des Stromrichterventils 4 benötigten Zündimpulse werden von einem Stromregler 7 geliefert. Ein Betrieb des Motors zum Zwecke der Beschleunigung und des Fahrens ist durch Vorgabe des Ankerstromsollwertes J_A* möglich. Die Vorgabe dieses Ankerstromsollwertes J_A* wird entweder von Hand oder, wie im Ausführungs-

beispiel, von einem weiteren Regler vorgenommen. Dieser arbeitet als überlagerter Drehzahlregler, indem die Drehzahl η des Motors bzw. die Geschwindigkeit des Fahrzeuges mit einer Tachometermaschine 8 erfaßt und mit einer vorgegebenen Solldrehzahl n* verglichen wird. Die Differenz wird in einem Drehzahlregelverstärker 9 zur Umwandlung in den Stromsollwert/,,* benutzt. Bei einer solchen Anordnung handelt es sich um die Übertragung des bekannten Leit-

Stromverfahrens auf den Betrieb eines Gleichstromreihenschlußmotors. Eine Überlastung des Motors ist dadurch sicher vermeidbar, daß Z₄* einen bestimmten Maximalwert nicht überschreiten kann.

Die erfindungsgemäße Shuntung der Feldwicklung 2 erfolgt über verschleißfreie Ventile in einer Tastschaltung, wie es in F i g. 2 dargestellt ist. Hier wird ein im Tastbetrieb arbeitendes steuerbares Stromrichterventil 12, dessen Zünd- und Löschvorrichtung ebenfalls nicht näher dargestellt ist, parallel zum steuerbaren Stromrichterventil 4 und zur Feldwicklung 2 geschaltet. Die für das Stromrichterventil 12 benötigten Steuerimpulse werden von einem Stromregler 13 geliefert. Die getrennte Anordnung der Freilauf ventile 6 a und 6 b für Anker und Feld ist unerläßlich, um das steuerbare Stromrichterventil 12 löschen zu können. Die Regelung des Nebenschlußstromes J_n erfolgt so, daß dieser Nebenschlußstrom J_n über einen weiteren Stromwandler 14 erfaßt und mit einem Nebenschlußstrom-Sollwert J_n* verglichen wird. Letzterer hat eine bestimmte Schwellwertabhängigkeit von der Ankerspannung. Nach dem Ausfüh- } rungsbeispiel ist dies in der Weise zu erreichen, daß die Ankerspannung mit einem Teil der Spannung der Gleichstromquelle 3, abgegriffen am Potentiometer 15, verglichen wird. Eine aus einer Hilfsdiode 16 und einem Widerstand 17 bestehende Schwellwertvorrichtung arbeitet wie folgt: Überschreitet die Ankerspannung den am Potentiometer 15 abgegriffenen Wert, so fließt über die Hilfsdiode 16 ein Strom, der am Widerstand 17 einen Spannungsabfall hervorruft. Dieser Spannungsabfall am Widerstand 17 wird als Nebenschlußstrom-Sollwert J_n* verwendet.

In F i g. 3 ist eine Schaltungsanordnung dargestellt, die es ermöglicht, für einen solchen Betrieb des Motors mit dem gleichen Aufwand an steuerbaren Stromrichterventilen auszukommen, wie er für den normalen Betrieb des Motors mit vollem Ankerstrom benötigt wird. Die steuerbaren Stromrichterventile sind hier in verschiedene Gruppen 4 α, 4b und 4 c aufgeteilt, die mit einer Umschaltvorrichtung 18 α bis 18 d verbunden sind. In Abhängigkeit von der Ankerspannung und/oder der Drehzahl des Motors bzw. T\ der Geschwindigkeit des Fahrzeuges können diese ^ steuerbaren Stromrichterventile 4 a, 4 b, 4 c mit ihren Steuer- und Löschvorrichtungen so umgeschaltet werden, daß sie je nach Bedarf zum Speisen der Feldwicklung 2 und des Ankers 1 (4 a und 4 b) oder zum Überbrücken der Feldwicklung 2 (4 c) herangezogen werden können.

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Speisung eines Gleichstromreihenschlußmotors eines elektrisch betriebenen Fahrzeuges aus einer Gleichstromquelle über mindestens ein zum Anker und zur Feldwicklung in Reihe geschaltetes, im Tastbetrieb arbeitendes steuerbares Stromrichterventil in Verbindung mit mindestens einem parallel zum Gleichstromreihenschlußmotor liegenden Freilaufventil, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl parallel zur Feldwicklung (2) als auch parallel zum Anker (1) des Gleichstromreihenschlußmotors je ein Freilaufventil (6 a, 6 b) geschaltet ist und daß ein zusätzliches, zu einer unter Umgehung der Feldwicklung (2) erfolgenden direkten Speisung des Ankers (1) bestimmtes, im Tastbetrieb arbeitendes steuerbares Stromrichterventil (12) vorgesehen ist, dem ein Stromregler (13) zugeordnet ist, der den durch dieses Stromrichterventil (12) fließenden Nebenschlußstrom (J_n) in Abhängigkeit von der Spannung des Ankers (1) regelt (Fig. 2).

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromsollwerteingang des Stromreglers (13) mit einer Schwellwertvorrichtung (16, 17) verbunden ist, die einen Sollwert (J_n*) für den Nebenschlußstrom bildet, wenn die Ankerspannung einen einstellbaren Schwellwert überschritten hat.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Klemme des Ankers (1) mit einer Klemme eines parallel zur Gleichstromquelle (3) liegenden Potentiometers (15), die andere Klemme des Ankers über einen ohmschen Widerstand (17) und eine Hilfsdiode (16) mit einem Abgriff des Potentiometers (15) und der ohmsche Widerstand (17) mit dem Stromsollwerteingang des Stromreglers (13) verbunden ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der im Tastbetrieb arbeitenden steuerbaren Stromrichterventile (4a, 4b, 4c), die für den Betrieb des Motors mit vollem Ankerstrom ausgelegt sind, mit einer Umschaltvorrichtung (18 a bis 18 d) versehen ist, mit deren Hilfe dieser Teil (4 c) der Stromrichterventile in Abhängigkeit von der Ankerspannung und/oder der Drehzahl des Motors so umschaltbar ist, daß er zur direkten Speisung des Ankers (1) dient (F i g. 3).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen