DE2325988A1

DE2325988A1 - Elektroantrieb

Info

Publication number: DE2325988A1
Application number: DE2325988A
Authority: DE
Inventors: Gerard Lacroux; Jacques Lecoeche
Original assignee: RAGONOT ETS
Current assignee: RAGONOT ETS
Priority date: 1972-05-24
Filing date: 1973-05-22
Publication date: 1973-12-13
Also published as: FR2201990B1; NL7307181A; IT988658B; LU67636A1; BE799882A; GB1425848A; IE37687L; US3872362A; IE37687B1; FR2201990A1

Description

PATLr^A,://ALT 22.5.1973

8 AkKim 21 - £*&»**. 81 75O8-IV/He

ί7έβ

Ets. E. Ragonot , F-92 Malakoff, BId. Gabriel Peri 7-15

(Prankreich)

"Elektroantrieb"

Priorität vom 2k. Mai 1972 aus der französischen Patentanmeldung Nr. 72 18 489

Die Erfindung betrifft einen Elektroantrieb^ bestehend aus einem Gleichstrommotor mit getrennter Erregung, einer Ankerstrom-Steuerschaltung und einer Erregerstrom-Steuerschaltung. Derartige Elektroantriebe werden insbesondere für Fahrzeuge verwendet.

Bekannte Elektroantriebe arbeiten häufig mit Hauptschlußmotoren, bei denen der dem Ankerstrom proportionale Induktionsfluß in vorteilhafter Weise ein hohes Motordrehmoment ergibt, sobald ein Widerstandsmoment auftritt. Jedoch hängt der Induktionsfluß im Betrieb solcher Motoren lediglich von einem einzigen Parameter, nämlich dem Ankerstrom ab und die Drehmoment-Drehzahlcharakteristik dieser Motoren, die bei deren Konstruktion festgelegt wird, ist nicht beeinflußbar. Das Betriebsverhalten derartiger Elektroantriebe erweist sich als relativ starr, d.h. wenig anpassungsfähig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektroantrieb der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, der diesen Nachteil vermeidet und bei dem der Ankerstrpm und der Erre-

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gerstrom des Motors von mehreren Parametern abhängen, um dadurch einen weiten Spielraum in der Anpassung der Betriebscharakteristik des Motors und demzufolge eine große Flexibilität im Betriebsverhalten des Elektroantriebes zu erreichen.

Diese Aufgabe i-st erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen dem Anker des Motors und der Gleichstromquelle eine Anzahl parallelgeschalteter Ankerstrom-Unterbrecher liegen, deren jeder aus einem Transistor oder mehreren parallelgeschalteten Transistoren besteht und deren jeder einerseits mit einer in Serie mit dem Motoranker liegenden Induktivität und andererseits mit einer den Motoranker und die Induktivität überbrükkende Diode versehen 3st.

-Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des
Elektroantriebs nach der Erfindung bilden den Gegenstand von
Unteransprüchen.

In der Zeichnung sind beispielsweise gewählte Ausführungsformen des Elektroantriebs nach der Erfindung anhand von
Blockschaltbildern und Schaltbildern in schematischer Vereinfachung dargestellt. Es zeigen:

Pig. I eine vereinfachte Darstellung eines Elektroantriebes

nach der Erfindung, wobei insbesondere die Ankerstrom-Steuerschaltung dargestellt ist,

Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung des Elektroantriebes nach Fig. 1, wobei insbesondere die Erregerstrom-Steuerschal-' tung dargestellt ist,

Fig. 3 eine vereinfachte Darstellung des Elektroantriebes nach Fig. 1, wobei insbesondere ein Ankerstrom-Unterbrecher dargestellt ist,

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Fig. 4 eine vereinfachte Darstellung des Elektroantriebes nach Fig. 1, wobei insbesondere ein Impulsgenerator der Ankerstrom-Steuerschaltung dargestellt ist/

Fig. 5 eine vereinfachte Darstellung des Elektroantriebes nach Fig. 1, wobei insbesondere ein Schwellwert-Impulsgenerator der Ankerstrom-Steuerschaltung dargestellt ist,

Fig. 6 zwei Spannungsdiagramme, das eine an den Eingängen_s das andere am" Ausgang der Schwellwertschaltung der Ankerst rom-St euer schalt ung₃

Fig. 7 eine vereinfachte Darstellung der Schaltung zur Rückgewinnung der Energie während der Abbremsung des Elektroantriebes nach Fig. 1.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Elektroantrieb be-· steht aus einem Gleichstrommotor mit getrennter Erregung., dessen Anker mit 1 (Fig. 1) und dessen Erregerwicklang mit 2 (Fig.2) bezeichnet sind., sowie aus einer Ankerstrom-Steuerschaltung (Fig. 1) und einer Erregerstrom-Steuerschaltung (Fig. 2).

Der Anker 1 des Motors wird aus einer Gleichstromquelle beispielsweise einer Akkumulatorenbatterie, versorgt. Nach einem vresentliehen Merkmal der Erfindung wird der Anker 1 über einen Unterbrecher oder mehrere parallele Unterbrecher 4. bis 4 gespeist und jedem dieser Unterbrecher ist in Serie eine Induktivität 5 und eine Sicherung 6 vorgeschaltet sowie ein Widerstand 7 nachgeschaltet. Jede der Einheiten Anker I₁ Induktivität 5, Sicherung 6 wird durch eine Diode 8 überbrückt. Hieraus ergibt sich_a daß für η Unterbrecher η Induktivitäten 5^ bis 5 , η Sicherungen 6^ bis 6 , η Widerstände 7^ bis 7_n

und η Dioden 8. bis 8 vorhanden sind. 1 η

Wenn beispielsweise der Unterbrecher 4. geschlossen ist, fließt ein Strom von der Gleichstromquelle 3 über den Anker 1,

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die Induktivität 5^, die Sicherung 6^, den Unterbrecher 4^ und den Widerstand 7-t zurück in die Gleichstromquelle 3· Die somit aus der Gleichstromquelle 3 entnommene Energie

sich
setzt/in diesem Kreis aus zwei Anteilen zusammen, einem" in dem Motor verwendeten Anteil und einem in der Induktivität 5^ gespeicherten Anteil. Sobald der Unterbrecher 4. öffnet, wird die Diode 8. leitend und die in der Induktivität 5-i gespeicherte Energie wird dem Motor zugeführt« Der Motor erhält Energie während der Zeit t, während derer der Unterbrecher 4^ geschlossen ist, sowie während der Zeit t^ der Rückgewinnung der Energie durch die Induktivität 5-. während des Öffnens des Unterbrechers 4-. Somit ist der Motor während der Zeit t + t, in Betrieb j entnimmt aber aus der Gleichstromquelle 3 Energie nur während der Zeit t.

Da die Ankerstrom-Unterbrecher 4. bis 4 parallelgeschaltet sind und jeder von ihnen seine eigene Induktivität 5 und seine eigene Diode 8 besitzt, brauchen die Unterbrecher nicht völlig synchron geschältet zu werden..Dagegen wäre Synchronismus erforderlich, wenn nur eine einzige, allen Unterbrechern 4^ bis 4 gemeinsame Induktivität verwendet würde.

Der durch die Verwendung mehrerer paralleler Unterbrecher 4^ bis 4 erzielte Vorteil ist ganz erheblich, da,bei Ausfall eines der Unterbrecher die anderen Unterbrecher weiterhin die Stromversorgung des Motors 1 sicherstellen und der Elektroantrieb nicht ausfällt.

Der Anker eines Nebenschlußmotors besitzt gewöhnlich einen geringen Widerstand in der Größenordnung von einigen zehn Milliohm und eine vernachlässigbare Induktivität. Wenn der Motor blockiert ist und direkt durch die Gleichstromquelle 3 . gespeist wird, wobei der Strom den Anker durchfließt, ist der Kurzschlußstrom enorm hoch und liegt in der Größenordnung vom mehreren tausend Ampere. Ohne die Induktivitäten 5 müßßten

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die Unterbrecher 4,, bis 4 sehr groß bemessen sein, um dieser Stromspitze standzuhalten. Mit den Induktivitäten 5^ bis 5_n können die Unterbrecher 4. bis 4 kleiner bemessen und in bezug auf den normalen Betriebsstrom des Motors und nicht für seinen Kurzschlußstrom berechnet sein.

Das öffnen und Schließen der Unterbrecher 4^ bis 4 wird über drei Impulsgeneratoren 9₅ 10, 11 und eine elektronische Kippschaltung 12 gesteuert.

Die,elektronische Kippschaltung 12 ist in bekannter Weise aufgebaut und besitzt zwei Eingänge 13 und 14 sowie zwei Ausgänge 15 und- 16; sie weist zwei stabile elektrische Zustände auf. In ihrem ersten stabilen Zustand liegt ihr Ausgang 15 auf dem Potential Null und ihr Ausgang 16 auf dem Potential der Gleichstromquelle 3· In ihrem zweiten stabilen Zustand liegt ihr Ausgang 15 auf dem Potential" der Gleichstromquelle 3 und ihr Ausgang 16 auf dem Potential Null. Ein an ihren Eingang 13 angelegter Impuls bringt die Kippschaltung 12 in ihren ersten Zustand, während ein an ihren Eingang 14 angelegter Impuls die Kippschaltung 12 in ihren zweiten Zustand bringt.

Die Kippschaltung 12, die durch die von den Impulsgeneratoren 9j10, 11 gelieferten Impulse gesteuert wird, steuert ihrerseits über ihren Ausgang 16 das öffnen und Schließen der Unterbrecher 4^ bis 4 . Diese Unterbrecher schließen, wenn das Potential des Ausganges 16 der Kippschaltung 12 gleich Null ist und öffnen, wenn der Ausgang 16 das Potential der Gleichstromquelle 3 hat. Der Impulsgenerator 10 ist ebenfalls in bekannter Weise aufgebaut und liefert an seinem Ausgang 17 Impulse einer festen Frequenz. Dieser Pestfrequenz-Impulsgenerator wird über einen Schalter 18 eingeschaltet. Die Impulse des Pestfrequenz-Impulsgenerators 10 gelangen auf den Eingang 14 der Kippschaltung 12 und lösen das Schließen der Unterbrecher 4., bis 4 aus. Der Pestfrequenz-Impulsge-

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nerator 10 wird daher im 'folgenden der Einfachheit halber als Schließgenerator bezeichnet.

Die Impulserzeugung des Impulsgenerators 9 wird selbsttätig blockiert, sobald bestimmte vorgegebene Zustände der Kippschaltung 12 und/oder des Schließgenerators 10 auftreten. Der Impulsgenerator 9 liefert an seinem Ausgang 21 Impulse j die von dem- Bedienenden des Elektroantriebs von einer hohen Frequenz, die über der höchsten Frequenz der Impulse des Schließgenerators 10 liegt, bis zu einer niedrigen Frequenz unterhalb dieser festen Frequenz 'einstellbar sind. Die Einstellung dieser Frequenz kann beispielsweise über eine Schaltung erfolgen, die ein Potentiometer 19 enthält, dessen Schleifer mit einem Pedal 20 verbunden ist. Wenn 20 in Ruhe ist, ist die Frequenz der Impulse des Impulsgenerators 9 höher als diejenige der Impulse des Schließgenerators 10. Die Impulsfrequenz des Impulsgenerators 9 nimmt in dem Maße ab wie das Pedal niedergedrückt wird. Die von dem Impulsgenerator 9 gelieferten Impulse gelangen von seinem Ausgang 21 auf den Eingang 13 der Kippschaltung 12 und rufen damit das öffnen der Unterbrecher H^ bis ^_n hervor. Der Impulsgenerator 9 wird daher im folgenden der Einfachheit halber als Öffnungsgenerator bezeichnet.

Der Öffnungsgenerator 9 besitzt außer seinem Ausgang 21 einen mit dem Ausgang 15 der Kippschaltung 12 verbundenen Anschluß, sowie einen mit dem Ausgang 17 des Schließgenerators 10 verbundenen Anschluß 23·

Der Öffnungsgenerator 9 ist blockiert und liefert keine Impulse, sobald sein Anschluß 22 sich auf dem Potential Null befindet. Der Öffnungsgenerator ist freigegeben und liefert Impulse, sobald sein Anschluß 22 sich auf dem Potential der Gleichstromquelle 3 befindet. Ebenso ist der Öffnungsgenerator

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9 blockiert,, sobald sein Anschluß 23 einen Impuls von dem Schließgenerator 10 erhält und liefert in diesem Fall keinerlei Impuls an seinem Ausgang 21.

Sobald ein von dem Schließgenerator 10 gelieferter Impuls am Eingang 14 der Kippschaltung 12 ankommt, kippt diese- in ihren zweiten Zustand_s in welchem der Ausgang 15 sich auf dem Potential der Gleichstromquelle 3 und der Ausgang auf dem Potential Null befinden. Die Unterbrechet» ¹L bis 4 schließen, der Ausgang 16 der Kippschaltung 12 befindet sich auf dem Potential Null und der Öffnungsgenerator 9_S dessen Anschluß 22 auf dem Potential des Ausganges 15 der Kippschaltung 12 liegt, das in diesem Augenblick gleich dem Potential der Gleichstromquelle ist, wird freigeschaltet und liefert nach einer Zeit t an seinem Ausgang 21 einen Impuls, der. auf den Eingang 13 der Kippschaltung 12 gelangt und somit diese in Ihren ersten stabilen Zustand übergehen lä&v= Der Ausgang 15 der Kippschaltung 12 fällt auf das Potential Null zurück, der Öffnungsgenerator 9 wird von neuem blockiert und hat folglich in'der Zwischenzeit einen einzigen Impuls abgegeben. Der Ausgang 16 der Kippschaltung 12 nimmt wieder das Potential der Gleichstromquelle 3 an, die Unterbrecher 4^ bis 4_n öffnen. Der Zyklus beginnt von vorne, sobald ein Impuls des Schließgenerators 10 am Eingang 14 der Kippschaltung 12 eintritt.

Die Unterbrecher 4^ bis 4_n schiießen^omit bei jedem Impuls des Schließgenerators 1Oj d.h. alle T Sekunden, wobei T durch die feste Frequenz der Impulse des Schließgenerators bestimmt ist. Die Unterbrecher öffnen nach t Sekunden, beim Eintreffen eines Impulses des Öffnungsgenerators 9 am Ein-^ gang 13 der Kippschaltung 12. Die Unterbrecher 4* bis 4 sind folglich während einer Zeit t geschlossen und bleiben während einer Zeit T - t geöffnet.

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Die Zeit t ist kurz., wenn das Pedal 20 zur Einstellung der Frequenz der Impulse des Öffnungsgenerators 9 sich in Ruhe befindet; die Zeit t wächst in deaiselben Maße, wie dieses Pedal 20 betätigt wird, d.h. durch die Bedienungsperson des Elektroantriebes niedergedrückt wird.

Solange die Zeit t kleiner als die Zeit T ist, hat der an dem Anschluß 23 des Öffnungsgenerators 9 eintreffende Impuls des Schließgenerators 10 keinerlei Wirkung, da der Öffnungsgenerator 9 nach Abgabe öines Impulses in der Zwischenzeit bereits blockiert ist, da sich sein Anschluß 22 auf dem Potential Null befindet. Wenn jedoch t größer als T wird, blockiert der Impuls, der an dem Anschluß 23 des Öffnungsgenerators 9 ankommt, den letzteren, da. der Öffnungsgenerator 9 inzwischen entsperrt ist. Der Öffnungsgenerator 9 liefert keinerlei Impuls. Die Kippschaltung 12 bleibt in ihrem zweiten Zusta.nd und die Unterbrecher 4. bis 4 bleiben geschlossen. Auf diese-Weise wird erreicht, daß die Unterbrecher 4. bis 4 dauernd geschlossen bleiben.

Der Impulsgenerator 11 dient dem Schutz der Unterbrecher 4. bis 4 gegen Überlastung. Dieser Impulsgenerator wird daher der Einfachheit halber im folgenden als Schutz-generator bezeichnet. Der Schutzgenerator 11 ist ein blockierbarer Schwellwert-Impulsgenerator. Er liefert lediglich dann Impulse an seinen Ausgang 24, wenn sich sein Eingang 25 auf einem höheren Potential als einem vorbestimmten Potential, dem Schwe°llwert ,befindet. Der Schutzgenerator ist blockiert, wenn sein Anschluß 2ö sich auf dem Potential Null befindet. Der Schutzgenerator 11 besitzt ein beispielsweise mittels eines Potentiometers 27 einstellbares Schviellwertpotential (Fig. 1). Sein Ausgang 24 ist mit dem Eingang 13 und sein Anschluß 26 mit dem Ausgang 15 der Kippschaltung 12 derart verbunden, daß der Schutzgenerator 11 blockiert ist. sobald die Unterbrecher 4. bis 4 geöffnet sind, wobei der Ausgang 15 der Kippschaltung 12 sich in diesen; Moment auf dem Potential Null befindet.

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Der Eingang 25 des ,Schutzgenerators 11 ist mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt 28 der Kathoden der η Dioden 29.. bis 29_n verbunden, deren Anoden jeweils mit den Verbindungspunkten der Widerstände 7*- bis 7_n und der Unterbrecher 4. bis 4 verbunden sind. Wenn die Unterbrecher 4^ bis 4 geschlossen sind, treten an den Anschlüssen der Widerstände 7^ bis 7 Spannungen auf, die proportional den jeweiligen Strömen durch die Unterbrecher sind. Die Dioden 29^ bis 29 gestatten, die höchste dieser Spannungen dem Eingang 25 des Schutzgenerators 11 zuzuführen. Sobald diese Spannung höher als die Sehwellwertspannung des Schutzgenerators 11 ist, liefert letzterer einen Impuls. Dieser Impuls gelangt auf den Eingang 13 der Kippschaltung 12, ändert-den elektrischen Zustand dieser Kippschaltung 12 und bringt damit deren Ausgang 16 auf das Potential der Gleichstromquelle 3, was das öffnen der Unterbrecher 4^ bis 4_n zur Folge hat. Auf diese Weise ist ein Schutz der Unterbrecher gegen überlastung sichergestellt. Die 'Einstellung der Grenzstromstärke durch die Unterbrecher 4,, bis 4 geschieht somit durch eine einfache Einstellung der Schwellwertspannung in dem Schutzgenerator 11.

Besonders vorteilhaft besteht jeder der Ankerstrom-Unterbrecher 4^ bis 4 aus einem Transistor oder mehreren parallel-geschalteten Transistoren. In dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel besteht ein Unterbrecher 4^ aus drei parallel-geschalteten Transistoren 30, 31, 32. Dieser Unterbrecher liegt einerseits auf der Kollektorseite dieser Transistoren mit der Induktivität 5₁ und dem Anker 1 des Motors in Serie, wobei die Diode S₁ diese Induktivität 5., und den Anker 1 überbrückt, und andererseits auf der Emitterseite der Transistoren in Serie mit den Widerständen 33, 34, 35· Die den Widerständen 33, 3¹*, 35 zugeordneten Dioden 36, 37, 38 dienen dem Abgriff der höchsten Spannung derjenigen Spannungen, die proportional den Strömen durch den Unterbrecher 4^, d.h. durch die Transistoren 30, 31> 32 sind. Diese höchste Spannung wird dem Eingang 25 des Schutz-

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generators 11 zugeführt. 'Die parallelgeschalteten Transistoren 30, 31 , 32 werden durch einen Transistor 39 gesteuert, der seinerseits über den Ausgang 16 der Kippschaltung 12 und zwei durch einen Kondensator 42 überbrückte Dioden 40 und 41 gesteuert wird. Das Basispotential des Transistors 39 ist durch einen Widerstand 43 festgelegt.

Der Öffnungsgenerator 9 besteht vorzugsweise aus einem Impulsgenerator der in Fig. 4 dargestellten Art. Dieser Öffnungsgenerator" enthält einen Unijunktiontransistor 44, dessen ,, Basis 45 über einen Widerstand 46 am negativen Pol der Gleichstromquelle 3 und über eine Diode 47 an dem Ausgang 21 des Generators liegt; die Basis 48 liegt über einen Widerstand 49 an dem positiven Pol der Gleichstromquelle 3. Der Emitter 50 des Unijunktiontransistors 44 ist über einen Kondensator §>2 mit dem negativen Pol der Gleichstromquelle 3 und über ein Potentiometer 19 mit dem positiven Pol der Gleichstromquelle 3 verbunden. Gleichzeitig ist der Emitter über eine Diode 51 mit dem Anschluß 22 des Öffnungsgenerators 9 verbunden. Der Kondensator 52 ist durch den Kollektor-Emitter-Widerstand eines Transistors 53 überbrückt, dessen Basis über eine Diode 54 mit dem Anschluß 23 des öffnungsgenerätors 9 in Verbindung steht. Das Potentiometer 19 wird über das bereits erwähnte Pedal 20 betätigt. Dieses Pedal 20 wird im folgenden als Beschleunigungspedal des Elektroantriebes bezeichnet.

Wenn der Anschluß 22 des Öffnungsgenerators 9 sich auf dem Potential des positiven Poles der Gleichstromquelle 3 befindet, lädt der Kondensator 52 sich über das Potentiometer 19 auf, und zwar um so rascher, je geringer der Widerstandswert des Potentiometers 19 ist, d.h. je weniger das Beschleunigungspedal 20 gedrückt ist. Sobald die Spannung an den Anschlüssen des Kondensators 52 einen bestimmten Wert erreicht hat, der von den Eigenschaften des UniiSjunktiontransistors 44 abhängt, entlädt der Kondensator 52 sich rasch über die Emitter-Basis-

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Strecke. 5O₅ 45 des Unijunktiontransistors 44 und den Widerstand 46. Es tritt somit ein positiver Impuls an den Anschlüssen des Widerstandes 46 auf und dieser Impuls wird über die Diode 47 an den Ausgang des Öffnungsgenerators 9 übertragen.

Wenn der Anschluß 22 des Öffnungsgenerators 9 sich auf dem Potential Null befindet _s mit -anderen Worten auf dem Potential des negativen Poles der Gleichspannungsquelle J>_s schließt die Diode 51 den Kondensator 5-2 kurz, der sich daher nicht aufladen kann, so daß am Ausgang 21 des Öffnungsgenerators 9 keine Impulse auftreten.

Sofern während der Aufladung des Kondensators 52 an den Anschluß 23 des öffnungsgenerators 9 ein Impuls gelangt, wird der Transistor 53 leitend und entlädt den Kondensator 52. In diesem Fall werden ebenfalls keine Impulse am Ausgang 21 des Öffnungsgenerators 9 erzeugt.

Der Schutzgenerator 11 besteht vorzugsweise aus einem Impulsgenerator der in Fig. 5 dargestellten Art. Dieser Schutzgenerator 11 besitzt ebenso wie der Öffnungsgenerator 9 einen Unijunktiontransistor 55, dessen Basen 56 bzw. 57 über die Widerstände 58 bzw. 59 mit dem negativen Pol bzw. dem positiven Pol der Gleichstromquelle 3 verbunden sind. Der Emitter des Unijunktiontransistors 55 ist über den Kondensator 6l mit dem negativen Pol der Gleichstromquelle verbunden. Die Basis 56 des Unijunktiontransistors 55 ist über eine Diode 62 mit dem Ausgang 24 des Schutzgenerators 11 verbunden. Der Anschluß ist mit dem Emitter des.Unijunktiontransistors 55 über eine Diode 63 verbunden. Der in Fig. 4 den Kondensator 52 überbrükkende Transistor 53 ist weggelassen und das Potentiometer 19 ist in Fig. 5 durch einen Widerstand 64 ersetzt. Außerdem ist ein an die Gleichstromquelle 3 direkt angeschlossenes Potentiometer 27 mit seinem Schleifer mit dem Emitter des Unijunktion-

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transistors 55 über eine Diode 65 verbunden. Ein Transistor 66 verbindet über seinen Emitter-Kollektorwiderstand und einen in Serie liegenden Widerstand 67 die Basis 57 des Unijunktiontransistors 55 mit dem negativen Pol der Gleichstromquelle 3. Die Basis des"Transistors 66 ist mit dem Eingang 25 des Schutzgenerators 11 über einen Widerstand 68 verbunden. Der Eingang 25 des Schutzgenerators 11 ist mit dem negativen Pol der Gleichstromquelle 3 über einen Widerstand 69 verbunden.

Das .Potentiometer 27 legt die Schwellwertspannung des Schutzgenerators 11 fest. Wenn die Spannung am Eingang 25 Null ist, lädt der Kondensator 61 sich über den Widerstand 64 auf. Wenn die Spannung an den Anschlüssen des Kondensators 61 das Potential des Schleifers des Potentiometers 27 erreicht hat, wird die Diode 65 leitend und begrenzt die Ladung dieses Kondensators 6l auf diesen Wert.

Wenn die an dem Eingang 25 anliegende Spannungjwächst, wird der Transistor 6 zunehmend leitend und läßt das Potential an der Basis 5,7 des Unijunktiontransistors 55 absinken. Wenn dieses Potential einen bestimmten,· durch das Potential des Schleifers des Potentiometers 27 festgelegten Wert erreicht, wird der Unijunktiontransistors 55 schlagartig leitend und der Kondensator 61 entlädt sich über die Emitter-Basis-Strecke 60, 56 des Unijunktiontransistors 55 und den Widerstand 58. Es entsteht folglich ein Impuls, der an den Ausgang 2k des Schutzgenerators 11 weitergeleitet wird.

Die Steuerschaltung für den Erregerstrom des Motors des Antriebssystems ist in.Fig. 2 dargestellt. Diese Steuerschaltung gestattet eine beliebige Änderung des Wertes des Erregerstromes, ein Anbinden des Erregerstromes an den¹'Ankerstrom zur automatischen Erhöhung des Motordrehmomentes bei Auftreten eines Widerstandsmomentes und das Herstellen einer Abhängigkeit des Erregerstroms von der Ankerdrehzahl, um nach Belieben

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oberhalb einer bestimmten, vorgegebenen Motordrehzahl eine Drehzahlbeschleunigung des Motors zu erreichen.

Bei einem bevorzugten, in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Erregerwicklung 2 des Motors mit der Gleichstromquelle 3 über einen aus einem Transistor 70 bestehenden Schalter oder Unterbrecher verbunden. Der Kollektor des Transistors 70 ist mit der einen Klemme der Erregerwicklung 2 verbunden, deren andere.Klemme mit dem positiven Pol der Stromquelle 3 in Verbindung steht; der Emitter des Transistors ist mit dem negativen Pol der Gleichstromquelle 3 verbunden. Eine als .Rückgewinnungsdiode bezeichnete Diode 71 überbrückt die Erregerwicklung 2.

Das öffnen und Schließen des aus dem Transistor 70 bestehenden Schalters wird durch eine Schaltung bewirkt, die eine Schwellwertschaltung 72 enthält, deren Ausgang 73 die Basis des Transistors 70 steuert und deren Eingang 7^ mit einer weiteren Schaltung verbunden ist, die eine Verbindung bzw. Abhängigkeit von dem Ankerstrom und von einer Steuerung zum zyklischen Öffnen und Schließen des Erregerstrom-Schalters herstellt. Ein Eingang 75 der Schwellwertschaltung 72 ist einerseits mit einer Schaltung zur Einstellung der Schwellwertspannung und andererseits mit einer Schaltung zur Herstellung einer Abhängigkeit von der Motordrehzähl verbunden.

Die Schaltung zur Herstellung einer Abhängigkeit von dem Ankerstrom und von der Steuerung zum zyklischen Öffnen und Schließen des Erregerstromgchalters umfaßt einen Sägezahn-Impulsgenerator 76, einen Verstärker 77 und einen Addierer 78, Der Sägezahn-Impulsgenerator J6 liefert eine sägezahnförraige Steuerspannung. Mit anderen Worten steigt die ^Spannung am Ausgang 79 des Sägezahn-Impulsgeneratora 76 von Null beginnend linear an und wird nach Ablauf eine*· Zeit T rasch wieder zu Null, wonach der Zyklus von neuem beginnt. Die Sägezahnspannung

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des Impulsgenerators 76 wird dem Eingang 80 des Addierers 78 zugeführt., Der Verstärker 77 besitzt einen Eingang 8l, der eine dem Ankerstrom des Motors 1 proportionale Spannung, welche am gemeinsamen Verbindungspunkt 28 der Kathoden der Dioden 29.. bis 29 (Fig. 1) entnommen ist, erhält. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 77, die einen Kondensator 82 lädt, liegt am Eingang 83 des Addierers 78«

Der Ausgang 84 des Addierers 78_S dessen Eingänge 80 bzw. . 83 mit dem Ausgang 79 des Sägezahn-Impulsgenerators 76 bzw. mit dem Ausgang des Verstärkers 77 verbunden sind, liefert die arithmetische Summe S (vgl. Fig. 6) einer Sägezahnspannung und einer dem Ankerstrom des Motors proportionalen Spannung. Diese Summenspannung wird dem Eingang 74 der Schwellwertschaltung 72 zugeführt.

Der Eingang 75 der Schwellwertschaltung 72 erhält über eine Diode 85 eine über ein Potentiometer 86 einstellbare Spannung. Diese Spannung wird als Schwellwertspannung bezeichnet.

Solange die am Eingang ¹Jk der Schwellwertschaltung 72 an-liegende Spannung kleiner als die am Eingang 75 der Schwell wertschaltung 72 anliegende Spannung bleibt, hat der Ausgang 73 der Schwellwertschaltung das Potential Null und der aus dem Transistor 70 bestehende Schalter ist offen. Für jeden Spannungswert am Eingang 74, der größer als die Schwellwertspannung am Eingang 75 ist, nimmt der Ausgang 73 der Schwellwertschaltung 72 das Potential des positiven Polte der Gleichstromquelle an und der Schalter wird geschlossen.

Der aus dem Transistor 70 bestehende Schalter wird somit zyklisoh betätigt. Ein Zyklus setzt sich aus einer Schließzeit t und einer Öffnungszeit T - t zusammen, wobei die Zeit T konstant und gleich der Perlodendauer der Sägezahnausgangsspannung des Sägenzahn-Impulsgenerators 76 ist. Je länger die Zeit t

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- 15 ist j desto größer ist der Erregerstrom.

Wenn" der Ankerstrom zunimmt, nimmt die Spannung I₃--d.h. die Spannung am Eingang 83 des Addierers 78 ebenfalls zu, so daß die Sägezahnspannung eine senkrechte Verschiebung in Richtung auf positive Potentiale erfährt und die Zeit t für einen gegebenen Wert X der Schwellwertspannung der Schwellwertschaltung 72 wächst (vgl. Fig. 6). Der Schalter bleibt während einer längeren Zeit innerhalb einer Periode geschlossen..Der Erregerstrom nimmt zu. Auf diese Weise ist eine Abhängigkeit des Erregerstroms vom Ankerstrom hergestellt. Der Schalter bleibt dauernd geschlossen, wenn die Spannung I am Eingang des Addierers 78 die Schwellwertspannung X überschreitet.

Für eine gegebene Spannung I am Eingang 83 der; Addierers 78, d.h. für einen bestimmten Ankerstrom, ändert sich die Zeit t mit dem Wert der Schwellwertspannung X. Sie wächst bei einer Verminderung dieser Schwellwertspannung und nimmt.bei einer Erhöhung der Schwellwertspannung ab. Durch Einstellung des Schwellwertpotentiometers 86, d.h. der Schwellwertspannung, wird der Erregerstrom eingestellt. Man erhält auf diese Weise eine Kennliniensehar des Motors.

Ein anderes wesentliches Merkmal besteht in einer Abhängigkeit des Erregerstroms von der Drehzahl des Motors durch Änderung der Schwellwertspannung X. Ein Potentiometer 87, dessen Schleifer durch das bereits erwähnte Beschleunigungspedal 20 betätigt wird, das auch das Potentiometer 19 des'Öffnungsgenerators 9 betätigt, liegt über eine weitere Schwellwertschaltung 89 an der Gleichstromquelle 3· Der Schleifer des Potentiometers 87 ist über eine Diode 88 mit dem Eingang 75 der erstgenannten Schwellwertschaltung 72 verbunden. Die weitere Schwellwertschaltung 89 wird über einen Eingang 90 durch eine der Motordrehzahl proportionale Spannung gesteuert. Diese

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Spannung wird von. einem Tachymeter 91 erzeugt , das auf der Welle des Ankers 1 des Motors angeordnet ist.

Solange die an dem Eingang 90 der weiteren Schwellwertschaltung 89 anliegende Spannung kleiner als ein vorgegebener Viert ist j der einem bestimmten Drehzahlbereich des Motors entspricht, gelangt keine Spannung an des Potentiometer 87, unabhängig von der Stellung des Beschleunigungspedals 2O₅ so daß die Spannung an dem Schleifer des Potentiometers 87 Null ist. Die Diode 88 ist gesperrt. Die erstgenannte. Schwellwertschaltung 72 wird ausschließlich durch die von dem Potentiometer 86 abgegebene Schwellwertspannung gesteuert. Das Potentiometer 87 hat .folglich keinen Einfluß auf die Arbeitsweise der Schaltung.

Sobald die Spannung am Eingang 90 der weiteren Schwellwertschaltung 89 größer als der erwähnte vorgegebene Wert wird, d.h. sobald der Motor eine bestimmte gegebene Drehzahl überschritten hat, liegt über die weitere Schwellwertschaltung 89 Spannung an dem Potentiometer 87. Im gleichen Maße wie das Beschleunigungspedal 20 gedrückt wird, wächst die von dem Schleifer des Potentiometers 87 abgegriffene Spannung. Solange jedoch der Wert dieser Spannung unter dem von dem Potentiometer 86 abgegriffenen Spannungswert bleibt, bleibt die Diode 88 gesperrt und die »Drehzahl des Motors unverändert.

Wenn das Beschleunigungspedal 20 weiter niedergedrückt wird, wird die Spannung am Schleifer des Potentiometers 87 größer als diejenige des Potentiometers 86, die Diode 85 sperrt und die Diode 88 wird leitend. Die von dem Potentiometer 87 abgegriffene Spannung tritt an die Stelle derjenigen des Potentiometers 86 und steuert die erstgenannte Schwellwertschaltung 72.

Diese Steuerspannung ist um so größer, je weiter das Beschleunigungspedal 20 niedergedrückt wird und die Schließzeit t

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des aus dem Transistor 70 bestehenden Schalters nimmt ab. Die Erregung des Motors wird geringer. Der Motor beschleunigt und erreicht eine hohe Drehzahl. ·-

Es muß daher sowohl das Beschleunigungspedal 20 hinreichend niedergedrückt werden als auch der Motor eine gewisse Drehzahl erreicht haben, um den Motor zu beschleunigen und hohe Drehzahlen zu erreichen. Ein plötzliches Niederdrücken des Beschleunigungspedales 20 beim Anlauf gestattet weder eine Beschleunigung noch eine hohe Drehzahl- da der Motor sich in diesem Augenblick sehr langsam dreht. Selbst bei hoher Drehzahl bleibt der Erregerstrom an den Ankerstrom angebunden, was eine Zunahme des Motordrehmomentes bei Auftreten eines Widerstandsmomentes gestattet.

Ein elektrischer Antrieb der vorstehend beschriebenen Art eignet sich vorzüglich als Fahrzeugantrieb. Der Fahrer dieses Fahrzeugs betätigt zur Änderung der Drehzahl des Motors des Antriebes, d.h. zur Änderung der Geschwindigkeit des Fahrzeuges das Pedal 20. Er kann gleichzeitig die Potentiometer 27 ₃ 86 einstellen, um andere Betriebs- oder Fahrzustände des Fahrzeuges zu erreichen. Die Flexibilität des Betriebsverhaltens ist demzufolge sehr groß.

Der vorstehend beschriebene Elektroantrieb kann außerdem eine Schaltung zur Rückgewinnung der Energie während der Bremszeiten enthalten (vgl. Fig. 7). Der Motor I₃ 2 arbeitet dann als Generator und liefert seine Energie zurück an die Gleichstromquelle 3·

Nach einer bevorzugten Ausführungsform (Fig. 7) enthält die Energierückgewinnungsschaltung einerseits eine Diode 92 _s deren Anode mit dem negativen Pol der Gleichstromquelle 3 und deren Kathode mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Induktivitäten 5-, bis 5_n und der Klemme des Ankers 1 des Motors verbunden

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sind; außerdem ist ein Schaltungsteil vorgesehen, der aus einem Spannungsvergleicher 93₃ einem Potentiometer 9^, dessen Schleifer mit einem schematisch in unterbrochenen Strichen gezeichneten Bremspedal 95 verbunden ist, sowie aus einem Verstärker 96 und einer Verbindungsdiode 97 besteht. Die Kathode der Verbindungsdiode 97 ist mit der Kathode der Diode 92 verbunden, die Anode steht mit einem.Eingang des Spannungsvergleichers 93 in Verbindung; dessen anderer Eingang ist mit dem Potentiometer $h verbunden. Der Spannungsvergleicher 93j der in bekannter Weise aufgebaut ist, vergleicht die Spannung V, an den An-schlüssen der Diode 92 und die von dem Potentiometer 9^ abgegriffene Spannung V . Das Ergebnis j nämlich die Differenz der Spannungen V- V,,wird am Ausgang des Vergleichers 93 abgenommen_s durcjh den Verstärker 96 verstärkt und dem Eingang 83 des Addierers 78 zugeführt, der Teil der Erregerstrom-Steuerschaltung nach Fig. 2·ist.

Sobald bei dem hier beschriebenen Elektroantrieb das Beschleunigungspedal 20 wieder freigegeben wird, sind die Unterbrecher k* bis 4 geöffnet.

Beim Bremsen wird das Potentiometer Sk durch das Bremspedal 95 derart betätigt, daß die von dem Potentiometer 9** abgegriffene Spannung V im selben Maße steigt, wie das Bemspedal 95 niedergedrückt wird. Der Motor des Elektroantriebes arbeitet folglich als Generator, wobei die Erregung des Generators eine Punktion der Ausgangsspannung des Verstärkers 96, die am Eingang 83 des Addierers 78 der Erregerstrom-Steuerschaltung anliegt, ist.

Die Erregung des Motors im Generatorbetrieb wird folglich automatisch so geregelt, daß die Spannung V_d an den Anschlüssen der Diode 92 etwa gleich der von dem Potentiometer Sh abgegriffenen Spannung V ist. Die Spannung V^ är&fe an den Klemmen

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der Diode 92 steht in einer von der Kennlinie der Diode 92 abhängigen Beziehung zu dem Rückspeisestrom₃ der durch diese Diode 92 hindurchfließt. Jeder von dem Potentiometer Sh abgegebenen Spannung V₅ folglich jeder Stellung des Bremspedals 953 entspricht ein bestimmter Rückspeisestrom. <Te. weiter das Bremspedal niedergedrückt wird., desto größer ist dieser Rückspeisestrom«

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Die Spannungsversorgung des Spannungsvergleichers 92 und des Verstärkers 96 erfolgt vorzugsweise über einen normalerweise geöffneten Schalter 98, der schließt, sobald das Bremspedal 95 betätigt wird.

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Claims

Dipl.-Ing. Dipl. o*c. puM. £ J 4 O >J ö Ö TR[C- !.f-V/INSKY. 9.0 ? ΑΊί: tr Al·-.-.ΑΠ 22.5.1972 7508-IV/He. Ets. E. Ragonot , F-92 Malakoff, Bid. Gabriel Peri 7 -" 15 (Prankreich) Patentansprüche: (1. ^Elektroantrieb, bestehend aus einem Gleichstrommotor mit getrennter Erregung., ein.er Ankerstrom-Steuerschaltung und einer Erregerstrom-Steuerschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Anker des Motors und der Gleichstromquelle eine Anzahl parallelgeschalteter Ankerstrom-Unterbrecher (4. bis 4 ) liegen, deren jeder aus einem Transistor oder mehreren parallelgeschalteten Transistoren (3O3 3I3 32) besteht und deren jeder einerseits mit einer in Serie mit dem Motoranicer liegenden Induktivität (5. bis 5 ) und andererseits mit einer den Motoranker und die Induktivität überbrückenden Diode (8. bis 8 ) versehen ist. 2. Elektroantrieb nach Anspruch I3 dadurch gekennzeichnet, daß jedem der Ankerstrom- Unterbrecher (4. bis 4 ) ein Serienwiderstand (71 bis In) und ei,ne Diode (2^ bis 29n) vorgeschaltet sind, wobei die Anode der Diode an dem Verbindungspunkt zwischen dem Unterbrecher und dem Serienwiderstand und:die Kathode an einem gemeinsamen Verbind\mgspunkt (28) aller Kathoden aller entsprechenden Dioden (29^ bis 29n) benachbarter Unterbrecher liegen. Elektroantrieb nach Anspruch I3 dadurch gekennzeichnet, daß bei den jeweils aus parallelgeschalteten Transistoren beste henden Ankerstrom-Unterbrechern (4^ bis 4fi)jedem Transistor ein Serienwiderstand (33, 3^, 35) und eine Diode (36, 37, 38) vorgeschaltet sind, wobei die Anode der Diode an dem 309850/0888 25988 Verbindungspunkt zwischen dem Emitter des Transistors und dem Serienwiderstand und die Kathode an einem gemeinsamen Verbindungspunkt (28) aller Kathoden aller entsprechenden Dioden (36, 373 38) benachbarter Transistoren liegen. Elektroantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerstrom-Steuers'chaltung eine elektronische Kippschaltung (12) mit zwei stabilen elektrischen Zuständen, die einen oder mehrere Steuertransistoren (39) für die aus parallelgeschalteten Transistoren (30, 31 s 32) bestehenden Ankerstrom-Unterbrecher (4^ bis 4") steuert, sowie drei die elektronische Kippschaltung (12) betätigende Impulsgeneratoren umfaßt, nämlich einen Festfrequenz-Impulsgenerator (10), der zyklisch das Schließen der Unterbrecher C4j bis 4 ) bewirkt,einen Impulsgenerator (9) veränderbarer Frequenz, der das wählbare öffnen der Unterbrecher steuert, und einen Schwellwert-Impulsgönerator (11), der das automatische öffnen der Unterbrecher auslöst und letztere gegen eine vorbestimmte überlastung schützt. Elektroantrieb nach Anspruch 43 wobei der Impulsgenerator (9) veränderbarer Frequenz mit einem Unijunktiontransistor (44) und mit einem den Emitter (50) und die Basis (45) überbrückenden Kondensator (52), dessen Entladung über die Emitter-Basis-Strecke (50, 45) dieses Transistors an seinem Ausgang (21) einen Impuls ergibt, ausgerüstet ist, und die Basis (45) mit dem negativen Pol der Gleichstromquelle (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet3daß der Impulsgenerator (9) veränderbarer Frequenz mit einem zwischen dem Verbindungspunkt des Kondensators (52) mit dem Emitter (50) des Unijunktiontransistor (44) und dem positiven Pol der Gleichstromquelle (3) liegenden, mittels eines Pedals (20) einstellbaren Potentiometer (19) ausgerüstet ist. - 3 8098S0/0888 232598a 6. Elektroantrieb nach Anspruch 4, wobei der Impulsgenerator (9) einstellbarer Frequenz mit einem Unijunktiontransistor (44.)' und mit einem den Emitter (50) und die Basis (45) überbrückenden Kondensator (52) s dessen. Entladung über die Emitter-Basis-Strecke (5O3 45) dieses Transistors an seinem Ausgang (21) einen Impuls ergibt, ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Impulsgenerator (9) einstellbarer Frequenz einen Transistor (53) enthälts dessen Kollektor und Emitter den Kondensator (52) überbrücken und dessen Basis über eine Diode (5*0 mit einem Anschluß (23) dieses Impulsgenerators (9) verbunden ist, der mit dem Ausgang (17) des Festfrequenz-ImpulsgeneratoisifiÄfetääfeäa (10) verbunden ist. 7· Elektroantrieb nach Anspruch 4, wotei der Sch,wellwert-Impulsgenerator (11) mit einem Unijunktion-Transistor (55) und einem den Emitter (60) und die Basis (56) dieses Transistors überbrückenden Kondensator (61) ausgestattet ist, dessen Ladung durch das Potential eines mit dem Ausgang (15) der elektronischen Kippschaltung (12) verbundenen Anschlusses (26) gesteuert wird und dessen Entladung über die Emitter-Basis-Strecke (60, 56) einen Impuls am Ausgang (24) erzeugt, wobei die Basis (56) mit dem negativen Pol der Gleichstromquelle (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Schwellwert-Impulsgenerator (11) einerseits ein über eine Diode (65) an dem Verbindungspunkt des Kondensators (61) mit dem Emitter ('6O) des Uniöjunktiontransistors (55) liegendes Potentiometer (27) und andererseits einen ' Transistor (66) umfaßt, dessen Kollektor und Emitter die Basen (56, 57) des Unijunktiontransistors (55) überbrücken und dessen Basis mit einem Anschluß (25) verbunden ist, der mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Kathoden der den Ankerstrom-Unterbrecher vorgeschalteten Dioden (36, 37, 38) verbunden ist. _ 4 _ 309850/0888 8. Elektroantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerstrom-Steuerschaltung einerseits mindestens einen Transistor (70) zur Unterbrechung des Erregerstromes und eine Schwellwertschaltung (72) umfaßt3die, mit ihrem Ausgang (73) mit der Basis des Transistors (70) verbunden, das Durchlässigschalten dieses Transistors9d.h. das öffnen und Schließen des Erregerstrom-Unterbrechers steuert, und daß die Erregerstrom-Steuerschaltung andererseits eine Schaltung enthält, die aus mindestens einem Sägezahn-Impulsgenerator (76)s aus einem eine dem Ankerstrom proportionale? an dem gemeinsamen Verbindungspunkt (28) der Kathoden der den Ankerstrom-Unterbrechern vorgeschalteten Dioden (36, 37, 38) abgenommene Spannung verstärkenden Verstärker (77) und aus einem Addierer (78) besteht, dessen beide Eingänge (80, 83) jeweils mit dem Ausgang (79) des Sägezahn-Impulsgenerators bzw. mit dem Verbindungspunkt zwischen einem Ladekondensator (82) und dem Ausgang des Verstärkers (77) verbunden' sind, und dessen Ausgang (8*1) mit dem Eingang (7^0 der Schwellwertschaltung (72) verbunden ist» 9· Elektroantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuerung der Schwellwertschaltung (72) einerseits ein den Schwellwert bestimmendes Potentiometer (86), dessen Schleifer- über eine Diode (85) mit dem Eingang (75) der Schwellwertschaltung (72) -verbunden ist, und andererseits eine Schaltung vorgesehen ist, die ein weiteres Potentiometer (87) enthält, dessen Schleifer durch ein Beschleunigungspedal (29) steuerbar und über eine Diode (88) mit. dem Eingang (75) der Schwellwertschaltung (72) verbunden ist, wobei eine weitere Schwellwertschaltung (89) über ihren Ausgang (92) das weitere Potentiometer (87) speist, sobald ein mit ihrem Eingang (10) verbundenes Tachymeter (91) eine bestimmte Drehzahl des Ankers (1) des Motors anzeigt. - 5 309850/088Ö

1.0. Elektroantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit
einer Schaltung zur Energierückgewinnung beim Bremsen, dadurch'gekennzeichnet5 daß diese Schaltung einerseits eine Rücltspeisediode (92) . deren Anode .mit dem negativen Pol der Gleichstromquelle (3) verbunden ist, und deren Kathode an dem Verbindungspunkt der Induktivitäten (5-, bis 5 )mit der Ankerklemme des Motors liegt, und andererseits einen Schaltungsteil enthält, der aus einem Spannungsvergleicher (93)₃ einem Potentiometer (9*0 _s dessen Schleifer mit einem Bremspedal (95)und einen Eingang-des Vergleichers (93) verbunden ist, einer Verbindungsdiode (97) _s deren Anode mit einem anderen Eingang des Vergleichers (93) und deren Kathode mit der Kathode der Rückspeisediode (92) verbunden ist, und einem Verstärker -(96) besteht, dessen Eingang mit dem Ausgang des Vergleichers (93) und dessen Ausgang mit dem Eingang (83) des Addierers (78) der Erregerstrom-Steuerschaltung des Motors des Elektroantriebs verbunden sind.

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