DE2735965A1

DE2735965A1 - Drehmomentanalog-fahrmotorsteuerungssystem

Info

Publication number: DE2735965A1
Application number: DE19772735965
Authority: DE
Inventors: Robert James Griffith; Allan Barr Plunkett
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1976-08-12
Filing date: 1977-08-10
Publication date: 1978-02-16
Also published as: JPS5330517A; US4090119A; FR2361242B1; FR2361242A1; JPS6027246B2; BR7705362A; ES461372A1

Description

Dr. rer. not. Horst Schüler -_S-

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? 7 "i S 9 fi S Telex: 04-16759 mopot d

Postschedc-Konto: 282420-602 Frankfurt/M.

Bankkonto: 225/0389

Deutsche Bank AG. Frankfurt/M.

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road
Schenectady, N.Y./U.S.A.

Drehmomentanalog-Fahrmotorsteuerungssystem

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrische Motorfahrzeuge und im einzelnen auf ein System zum Erzielen eines Signals, das repräsentativ für das Drehmomentverhalten eines elektrischen Reihenschluß-Gleichstromfahrmotors in einem widerstandsgesteuerten Motorfahrzeug ist.

Transportfahrzeuge, wie Untergrundwagen, werden in typischer Weise in Zügen betrieben, das heißt, es wird eine Vielzahl von Wagen bzw. Fahrzeugen zum Betreiben als einzelne bzw. zusammenhängende Einheit mechanisch und elektrisch gekoppelt. Jedoch hat jedes Fahrzeug in dem Zug sein eigenes Antriebs- und Steuerungssystem. Das Steuerungssystem empfängt Betriebsbefehlssignale von einem Führungswagen in dem Zug. Historisch gesehen waren die Antriebs- und Steuerungssysteme in jedem Wagen im wesentlichen übereinstimmende elektrische Systeme, wobei Reihenschluß-Gleichstrommotoren für die Antriebsleistung sorgten und ein Nockensteuerapparat die von den Gleichstrommotoren gelieferte Leistung regelte. Da die elektrischen Antriebsleistungssysteme der Fahrzeuge im wesentlichen übereinstimmten, führte ein zu einem Fahrzeugzug geleiteter Befehl einer Bedienungsperson dazu, daß jedes Fahrzeug im

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~-ϊ~ 27 3b Job

wesentlichen übereinstimmend ansprach. Somit muß das Antriebsleistungssyst <^m eines jeden Fahrzeugs nur die für das Fahrzeug erforderliche Leistung liefern können. Dieser maximale Pegel an geforderter Leistung wird zu einem fundamentalen Gesichtspunkt, da zur wirtschaftlich praktischen Herstellung eines Transport- oder Untergrundfahrzeugs der Fahrgastraum auf Kosten des zur Verfügung stehenden Raumes für die Antriebsanlage maximal gemacht werden muß. Wenn das Antriebsleistungssystem an einem der Fahrzeuge eines Zuges eine größere Beschleunigung zu entwickeln versucht als andere Fahrzeuge des Zuges, dann neigt dieses Fahrzeug zum Schaden seines Antriebsleistungssystems zum Ziehen des gesamten Zuges.

In einem nockengesteuerten Gleichstromfahrmotor-Leistungssystem bzw. -Antriebssystem ist eine Vielzahl von Nocken iac chanisch an eine zentrale Welle angekoppelt, um eine Vielzahl von elektromechanischen Kontakten bzw. Schaltern selektiv zu betätigen. Diese Kontakte dienen dazu, die Gleichstromfahrmotoren an dem Fahrzeug in die jeweiligen Schaltungskonfigurationen zu bringen. Beispielsweise können die Ankerwicklungen verschiedener Motoren in einer Position in Reihe an eine Gleichstromversorgungsquelle angeschlossen werden, so daß jeder Motor mit einem Teil der gesamten Versorgungsspannung arbeitet. In einer zweiten Position kann die Ankerwicklung eines jeden Motors an die Gleichstromversorgungsquelle angeschlossen werden, so daß für jeden Motor die volle Versorgungsspannung zur Verfügung steht. Der Nockensteuerapparat steuert auch Kontakte bzw. Schalter, die bezüglich des Ankerstrompfades der Motoren Serienwiderstände addieren oder subtrahieren, um den Ankerstrom zu regeln bzw. einzustellen oder ihn auf einem konstanten Pegel zu halten, bis die Gleichstrommotoreigenschaften den Strom zu einem Abfallen unter den geregelten Pegel veranlassen. Somit wird die von den Gleichstrommotoren erzeugte Antriebsleistung durch Steuern der Betriebsart der Motoren statt durch direktes Regeln der Ausgangsleistung gesteuert.

Wenn in ausgewählten Fahrzeugen eines Zuges eine abweichende Art eines Antriebsleistungssystems benutzt werden soll, wobei andere Fahrzeuge des Zuges nockengesteuerte Reihenschluß-Gleichstrommotoren anwenden, ist es klar, daß die Steuerungssysteme eines Typs der Antriebsleistungssysteme modifiziert werden müssen, damit sie auf den Bedienungtperson-Befehlstyp ansprechen,

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der von dem anderen Leistungssystemtyp benutzt wird. Wenn beispielsweise ein Wechselstrominduktionsmotor zum Antreiben eines Fahrzeuges eines Zuges benutzt werden soll, muß das Steuerungssystem für den Wechselstrommotor geeignet sein, um diesen in einer solchen Weise zu steuern, daß/Drehmoment oder die Leistung, die von dem wechselstrombetriebenen Fahrzeug entwickelt wird, äquivalent zu der von jedem der gleichstromgetriebenen Fahrzeuge entwickelten Leistung ist bzw. hiermit zusammenpaßt. Ein ähnliches Problem tritt auf, wenn der Fahrmotor ein separat erregter Gleichstrommotor oder ein Nebenschluß-Gleichstrommotor ist. / das

Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Ableiten einer Drehmomentanaloggröße eines elektrischen Reihenschluß-Gleichstromfahrmotors für eine Verwendung zum Steuern* von Fahrmotoren anderer Typen zu schaffen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung befaßt sich mit einer Anordnung ^2um Ableiten eines

Signals, das repräsentativ für das von einem Reihenschluß-Gleichstrommotor entwickelte Drehmoment ist, und zwar als Funktion einer Vielzahl von zustandsbestimmenden Eingangssignalen, wobei das Drehmomentsignal dann zum Steuern eines anderen Motors benutzt werden kann. Im einzelnen betrifft die Erfindung ein System,das eine Vielzahl von Eingangssignalen in Form solcher Signale empfängt, die ausgewählte Betriebsparameter für einen Gleichstrommotor spezifizieren. Die Eingangssignale spezifizieren die dem Motor zugeführte Betriebsspannung, ob der Motor bei vollem oder geschwächtem Feld arbeiten soll, und die geregelte Größe des Ankerstroms für den Reihenschluß-Gleichstrommotor. Die Gleichstrombetriebsspannung wird modifiziert, indem hiervon ein für die inneren Spannungsverluste bzw. -abfalle des Motors repräsentatives Signal subtrahiert wird, um hierdurch ein für die wirksamen Ankerspannungswerte repräsentatives Signal zu erzeugen. Das effektive Ankerspannungssignal wird danach durch ein Signal geteilt, das repräsentativ für die Rotationsgeschwindigkeit bzw. Drehzahl des gesteuerten Motors ist, um ein für die Volt pro Umdrehung pro Minute (RPM bzw. U/min) repräsentatives Signal zu erzeugen, welches repräsentativ für den Motorfluß ist. Ein Funktionsgenerator

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wandelt dann das Volt pro 'JMn Signal zu einem Signal um, das dem Gleichstrommotor-Feldstrom entspricht, der bei diesem Wert der Volt pro U/minauftreten würde. Das Feldstromsignal wird mit einem den Grad der Feldschwächung entsprechenden Faktor multipliziert, um hierdurch ein Signal zu erzeugen, das repräsentativ für den Motorankerstrom des Reihenschluß-Gleichstrommotors ist. Das Ankerstromsignal wird mit dem Volt proU/ndn Signal erzeugt, um das für das Drehmoment des Reihenschluß-Gleichstrommotors repräsentative Signal zu erzeugen. Das Ankerstromsignal wird auch durch eine Rückführungs- bzw. Rückkopplungsschleife geleitet, um ein für die inneren Motorspannungsverluste bzw. -abfalle repräsentatives Signal zu erzeugen.

Die Erfindung bezieht sich auf Steuerungssyysteme für elektrische Fahrmotoren, wie für solche, die zum Antreiben von Schienenfahrzeugen benutzt werden. Das System leitet ein Motordrehmomentsignal (T) ab, welches über eine Motorsteuerung einen Fahrmotor, der kein Serienfeld-Gleichstrommotor ist, in Übereinstimmung mit Signalen von einem Serienfeld-Gleichstrommotor-Steuerapparat und in Übereinstimmung mit Betriebsbedingungen des angetriebenen Fahrzeugs steuern kann. Das System sorgt für ein mathematisches Kombinieren bzw. Zusammenfassen der Leitungsspannung (E ), der Fahrzeuggeschwindigkeit (S) und der Steuerapparatsignale (SER/PAR, SW, MF, IF), um das Motordrehmomentsignal (T) zusammenzusetzen, das dem Motormoment entspricht, das von einem Gleichstromrteihenschluß-Motor erzeugt werden würde. Die Erfindung ist besonders nützlich für Fahrzeuge, die von Motoren angetrieben werden, welche keine Serienfeld-Gleichstromfahrmotoren sind, und zwar in Zügen, welche eine Vielzahl von selbstangetriebenen Fahrzeugen und eine Steuervorrichtung haben, die zum Steuern von Serienfeld-Gleichstromfahrmotoren bestimmt ist.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 - eine Transportfahrzeuganordnung mit einer Darstellung der Verbindung von verschiedenen Typen von Antriebssystemen,
Figur 2 - in einem vereinfachten schematischen Schaltungsdiagramm ein bekanntes widerstandsgesteuertes Gleichstrommotorsystem,

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Figur 3 - in einer graphischen Darstellung typische Gleichstromitiotor-Betriebskennlinien und

Figur 4 - in einem schematischen Diagramm die vorliegende Erfindung.

In Figur 1 ist eine Vielzahl von elektrisch angetriebenen Transportfahrzeugen 1o dargestellt, die mechanisch und elektrisch verbunden sind, um in einem Zug in Abhängigkeit von Steuerbefehlen von einer Bedienungsperson 12 zu arbeiten. Jedes Fahrzeug 1o enthält einen Scherenstromabnehmer 14, der von einer oberirdischen Fahrleitung 16 Leistung abnehmen und durch ein Steuerungssystem 18 elektrischen Fahrmotoren 2o zuführen kann, die in Antriebsbeziehung mit Fahrzeugrädern 22 angebracht sind. Die allgemein als Zugleitungssignale bezeichneten Steuerbefehle der Bedienungsperson werden den Steuerungssystemen 18 über Zugleitungskabel 24 zugeführt, die die Transportfahrzeuge elektrisch verbinden. Die Zugleitungssignale sind Zustandssignale, die die befohlenen Fahrrootorenbetriebszustände, welche bei Gleichstrom-Reihenschlußmotoren allgemein 'volles Feld", 'mittleres Feld¹ oder 'minimales Feld¹ sind, zusammen mit einem bestimmten maximalen Ankerstrompegel spezifizieren. Die Bedienungsperson 12 kann auch eine Reihen- oder Parallelschaltung der Motoren an einem Fahrzeug anfordern. Demnach kann eine ausgewählte Anzahl von Motoren in Reihe geschaltet werden, so daß nur ein Teil der Spannung an der Fahrleitung 16 für jeden Motor zur Verfügung steht. Stattdessen kann jeder Motor parallelgeschaltet werden, wodurch die volle Fahrleitungsspannung für jeden Motor zur Verfügung steht. Es ist festzustellen, daß die Zugleitungssignale für jedes Fahrzeug 1o identisch sind und daß somit jedes Fahrzeug im wesentlichen in gleicher Weise ansprechen muß, wenn das Ziehvermögen des Zuges gleichförmig über den Zug verteilt werden soll, so daß keines der Fahrzeuge 1o versucht, den gesamten Zug zu ziehen.

In Figur 2 ist ein vereinfachtes Schema einer kontakt- bzw. schaltergesteuerten Leistungsschaltung, wie der Schaltung 18 aus Figur 1, für ein Paar von elektrischen Gleichstrom-Reihenschlußfahrmotoren 26 und 28 dargestellt. Der Fahrmotor 26 enthält einen Anker 3o und eine hiermit in Reihe geschaltete Feldwicklung

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32. Der Fahrmotor 28 enthält einen Anker 34 und eine hiermit in Reihe geschaltete Feldwicklung 36.

Die Schaltung ist auch mit einer Reihe von Schützen bzw. Schaltern 38 bis 5o versehen, die von einem motorgetriebenen Steuerapparat (nicht dargestellt) in einer vorgewählten Folge nocKenbetätigt werden, um zum Steuern des ZugVermögens der Motoren 26 und 28 Widerstände aus der Schaltung herauszunehmen (step out). Die Schalter 38 bis 5o sind entsprechenden Lastwiderständen 52 bis 64 zugeordnet, die gemäß der Darstellung angeschlossen sind, um den Stromfluß durch die Fahrmotoren sowie deren zugeordneten Feldwicklungen zwecks Steuerung der Motorbeschleunigung zu begrenzen.

Den Motorfeldwicklungen 32 und 36 sind Nebenschluß-Schaltung smittel in Form von Widerständen 66 bis 72 und Kontakten bzw. Schaltern 74 bis 8o zugeordnet. Die Schalter 74 bis 8o ermöglichen es, daß die Widerstände 66 bis 72 den Feldwicklungen 32 und 36 wahlweise parallel>jeschaltet werden, um das Feld der Motoren 26 und 28 bei höheren Motordrehzahlen zu schwächen.

In der Schaltung aus Figur 2 befinden sich vier nockenbetätigte Umkehr- bzw. Wendekontakte oder -schalter 82, 84, 86 und 88. Die Umkehrschalter sind in form einpoliger Umschalter ausgebildet und so angeordnet, daß sie die Fahrmotorfeldwicklungen entweder für den Vorwärts- oder den Rückwärtsbetrieb anschließen. Das Zug- bzw. Fahrsystem erhält eine Netzleitungsspannunq E₁ von einer Gleichstromquelle (nicht dargestellt), die mit dem System über die zuvor genannte Fahrleitung 16 sowie den Stromabnehmer 14 und einen Schalter 9o verbunden sein kann.

Ein relaisbetätigter Schalter 92 sorgt für eine Reihenschlußverbindung der zwei Fahrmotoren 26 sowie 28 und ihrer entsprechenden Feldwicklungen mit den Lastwiderständen 6o, 62 und 64, um eine Verbindung hohen Widerstandes zu bilden, die über die niedrigeren Drehzahlbereiche benutzt wird, wo die erzeugte gegenelektromotorische Kraft (EMF) der Fahrmotoren eine kleinere Größe hat. Eine zur Verwendung bei höheren Drehzahlbereichen geeignete Parallelverbindung ergibt sich durch öffnen des Schalters 92 und Schließen der relaisbetätigten Schalter 94, 96 und 98. Bei dem letztgenannten Aufbau sind zwei Reihenschaltungen parallel zuein-

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ander angeschlossen, wobei eine Reihe von der Reihenverbindung des Fahrmotors 26 mit seiner Feldwicklung 32 sowie den Lastwiderständen 56 und 58 und die andere Reihe von der Reihenverbindung des Fahrmotors 28 mit seiner Feldwicklung 36 sowie den Lastwiderständen 52 und 54 gebildet werden.

Es ist festzustellen, daß bei der Reihenverbindung, bei der der Schalter 92 geschlossen und die Schalter 94, 96 sowie 98 geöffnet sind, die Lastwiderstände 52, 54, 56 und 58 aus der Schaltung herausgenommen sind, und bei dieser Verbindungsart erfolgt das Widerstandsschalten der Lastwiderstände 6o, 62 und 64 für die Steuerung des Zugvermögens bzw. der Ziehkraft. Bei der Parallelverbindung sind der Schalter 92 offen und die Schalter 94, 96 sowie 98 geschlossen. Die Lastwiderstände 6o, 62 und 64 sind durch den von dem Schalter 98 gebildeten Nebenschluß aus der Schaltung herausgenommen, und bei diesem Aufbau erfolgt die Steuerung des Zugvermögens durch ein Widerstandsschalten der Widerstände 52, 54, 56 und 58.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die Schaltung aus Figur 2 stark vereinfacht ist und daß die Stufungswiderstände 52 bis 64 in einer tatsächlichen Leistungs- bzw. Versorgungsschaltung wahrscheinlich zumindest die doppelte Anzahl von dargestellten Widerständen aufweisen würde, und die Kontakte bzw. Schalter 38 bis 5o würden noch mehr vermehrt und so angeordnet, daß sie für Reihen- und Parallelanschlüsse der zugeordneten Widerstände sorgen. In ähnlicher Weise weisen die für die Feldschwächung sorgenden Nebenschlußwiderstände 66 bis 72 eine Vielzahl von Widerständen auf, die relativ kleine Nebenschlußstromstufen ermöglichen, wodurch der Ankerstrom auf eine im wesentlichen konstante Größe geregelt werden kann, bis alle Widerstandsstufen benutzt sind.

Im Betrieb der Schaltung aus Figur 2 ergibt sich bei geschlossenen Schaltern 9o und 92 ein Leistungsfluß durch den Motor 26, den Schalter 92, den Motor 28 und die Widerstände 6o, 62 sowie 64, und es fließt ein Anfangsstrom durch diesen Schaltungspfad. Wenn die Motoren bezüglich ihrer Drehzahl hochgefahren zu werden beginnen, wirkt die gegenelektromotorische Kraft der Motoren im Sinne einer Subtraktion von der angelegten Spannung, wodurch der Motorstrom zu fallen beginnt. Der motorgetriebene Steu-

erapparat beginnt damit/ seine verschiedenen Stufenpositionen zu durchzufahren und nacheinander die Schalter 46, 48 und 5o zu schließen, um den Stromfluß durch die Motoren 26 und 28 auf einem geregelten bzw. konstanten Pegel zu halten. Nachdem die Widerstände 6o, 62 und 64 aus der Schaltung herausgenommen und die Motoren 26 S. .vie 28 direkt an die Versorgungsquelle angeschlossen sind, durchläuft der Steuerapparat eine andere Stufenfolge, und er öffnet den Schalter 92, während die Schalter 94, 96 und 98 geschlossen werden. Dies führt dazu, daß die Motoren 26 und 28 parallel an die Versorgungsquelle angeschaltet werden, wobei die Widerstände 52, 54, 56 und 58 in Reihe zu ihren entsprechenden Motoren liegen. Es wird darauf hingewiesen, daß die Widerstände 52, 54, 56 und 58 so gewählt sind, daß dann, wenn die Motoren parallel an die Versorgungsquelle angeschaltet werden, die Anfangsspannung am Motor dieselbe wie gerade vor dem Schaltvorgang bleibt. Der Steuerapparat setzt dann seinen Stufungsvorgang durch die verschiedenen Positionen fort und schließt selektiv die Schalter 38, 4o, 42 und 44, um hierdurch den zusätzlichen Reihenwiderstand von den entsprechenden MotorSchaltungen zu entfernen, was dazu führt, daß die Motoren 26 und 28 direkt parallel an die Versorgungsquelle angeschaltet werden.

Wenn zu dieser Zeit nichts weiteres unternommen würde, würde die gegenelektromotorische Kraft der Motoren mit der Drehzahl fortgesetzt steigen, und das Drehmoment würde längs der charakteristischen Motorkurven zu fallen beginnen, und zwar als Ergebnis der Abnahme im Motorfluß und Ankerstrom mit der Zunahme der Motordrehzahl. In bekannter Weise werden jedoch zum Erhalten des Ankerstroms auf dem eingeregelten Pegel und dadurch zum Beibehalten des Motordrehmoments auf einem höheren Pegel die Widerstände 66, 68, 7o und 72 zu den ihnen zugeordneten Motorfeldwicklungen parallelgeschaltet, um hierdurch einen Teil des Ankerstroms von der entsprechenden Feldwicklung im Nebenschluß abzuführen. Der Motorsteuerapparat beginnt somit seinen Stufungsvorgang durch zusätzliche Positionen, wobei selektiv die Kontakte bzw. Schalter 74, 76, 78 und 8o geschlossen und hierdurch die Motoren 26 und 28 in eine Schwachfeld-Betriebsart gebracht werden. In diesem geschwächten Feldzustand fällt das Drehmoment, wenn auch nicht so

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schnell wie bei einem konstanten Feld, doch wird die

Leistung der zwei Motoren auf einem konstanten Pegel gehalten. Nachdem alle Schalter 74, 76, 78 und 8o geschlossen worden sind, beginnt der Motorankerstrom zu fallen, wenn die gegenelektromotorische Kraft der Motoren 26 und 28 ansteigt, wodurch ein Abfallen der Drehmomentabgabe der Motoren längs der charakteristischen Motorkurven begründet wird.

Für ein besseres Verständnis der Betriebsweise der Motoren 26 und 28 kann auf Figur 3 Bezug genommen werden, in der eine typische Drehmoment-Drehzahl-Kurve für einen elektrischen Reihenschluß-Gleichstromfahrmotor dargestellt ist. Wie es ersichtlich ist, steigt beim Anlegen der elektrischen Versorgung das Motordrehmoment schnell bis zu einem eingeregelten Pegel, und zwar als Ergebnis eines Ansteigens?durch den Motor fließenden Ankerstroms auf einen eingeregelten Pegel. Der Ankerstrom wird von der Drehzahl ο bis zur Drehzahl A auf einen im wesentlichen konstanten Ptjcl eingeregelt, und zwar durch nacheinander erfolgendes Herausnehmen der Widerstände aus dem Motorstrompfad, wie es zuvor unter Bezug auf Figur 2 beschrieben wurde. Dementsprechend bleibt das Motordrehmoment über diesen Bereich im wesentlichen konstant. Am Punkt A ist der gesamte Widerstand aus dem Motorpfad herausgenommen, und der Motor liegt direkt an der Versorgungsquelle. Wenn nichts weiteres unternommen würde, würde das Motordrehmoment längs der mit FF bezeichneten Kurve für das 'volle Feld¹ abfallen. Dieser Abfallvorgang würde schnell erfolgen, da der Ankerstrom als Ergebnis der mit zunehmender Motordrehzahl ansteigenden gegenelektromotorischen Kraft abfällt. Wie es jedoch zuvor beschrieben wurde, wird an dem Punkt A eine Feldschwächung eingeleitet, indem Nebenschlußwiderstände der Motorfeldwicklung parallelgeschaltet werden, so daß der Motorankerstrom im Bypass um die Feldwicklung geführt und hierdurch der Ankerstrom auf dem eingeregelten Pegel gehalten werden. / ^s

Gemäß der vorherigen Beschreibung enthält eine tatsächliche Motorleistungsschaltung eine Vielzahl von Nebenschluß-Widerständen, durch die der Ankerstrom im wesentlichen gleichförmig geregelt bzw. eingestellt werden kann. Allgemein führt ein Steuerbefehl für einen 'mittleres Feld' (IF) Zustand dazu, daß

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eine Vielzahl von Widerständen selektiv bzw. wahlweise parallel zu der Motorfeldwicklung geschaltet wird, so daß das Motordrehmoment der mit 1oo bezeichneten Kurve von der Drehzahl A zur Drehzahl B folgt. Bei der Drehzahl B hat das Verhältnis des Feldstroms zum Ankerstrom den befohlenen Wert für einen IF Zustand erreicht, und der Feldstrom kann 4o % des Ankerstroms für IF betragen. Ohne Änderung bezüglich des Befehlswertes wird der Ankerstrom nicht mehr langer geregelt, und das Drehmoment beginnt dann schnell längs der mit IF bezeichneten Kurve abzufallen. Wenn jedoch am Punkt B ein 'minimales Feld¹ (MF) Zustand befohlen wird, erfolgt eine zusätzliche Widerstandsstufung, und das Motordrehmoment folgt der mit Io2 bezeichneten Kurve vom Punkt B zum Punkt C. Am Punkt C ist der MF Zustand erreicht, bei dem der Feldstrom beispielsweise 1/3 des Ankerstroms ausmachen kann, und aas Drehmoment beginnt schnell längs der MF Kurve zu fallen.

Für die dargestellte Motorschaltung sind nur zwei Widerstandsstufen aufgezeigt; deshalb ermöglicht es die Drehmomentregelungs- bzw. -einstellschaltung, daß das Motordrehmoment der dem vollen Feld (FF) entsprechenden Kurve bis zur Drehzahl A¹ folgt, bevor ein Widerstand parallel zum Feld geschaltet wird. Wenn der IF Widerstand in den Nebenschluß geschaltet wird, springt das Motordrehmoment schnell auf den Punkt 1o4, um dann längs der IF Kurve bis zur Drehzahl B¹ zu fallen. Bei der Drehzahl B¹ wird der MF Widerstand in den Nebenschluß geschaltet, und das Drehmoment springt auf den Punkt I06, um dann längs der MF Kurve zu fallen. Dem Fachmann ist es klar, daß die mit I00 und 1o2 bezeichneten Kurven die erwünschten Motorkurven sind und den theoretischen Mittelwert des Drehmomentenverlaufes über den Arbeitsbereich des Motors repräsentieren. Im einzelnen ist jedoch festzustellen, daß wegen der Ausbildung der Steuerung als Widerstandssteuerung, mittels derer Widerstandsstufen in die Schaltung eingeschaltet und aus dieser herausgenommen werden, die tatsächliche Drehmomentenkurve als eine Serie bzw. Folge von Sägezahnwellenformen erscheint, deren Mittelwert im wesentlichen so verläuft, wie es durch Liniensegmente I00 und 1o2 dargestellt ist. Je mehr Widerstandsstufen in den Motorstrompfad eingebracht werden, desto kleiner sind natürlich diese Drehmomentenstufen und desto mehr nähert sich der tatsächliche Drehmomentenwert dem erwünschten Drehmomentenwert.

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In Figur 4 ist ein schematisches Diagramm eines Systems nach der vorliegenden Erfindung dargestellt, das analog zur Motorschaltung aus Figur 2 ausgebildet ist und ein Ausgangssignal erzeugt, welches repräsentativ für das von einem der Motoren der Schaltung aus Figur 2 entwickelte Drehmoment ist. Das durch das erfindungsgemäße System entwickelte Drehmomentsignal kann zum Steuern eines Nebenschluß- oder separat erregten Gleichstrommotors odei eine*, Wechselstrommotorsystems benutzt werden, wie desjenigen aus Figur 4. Die DrehmomentbefehlsSignaIe können beispielsweise als ein Eingabebefehl einem Steuerungssystem 1o8 zugeführt werden, welches über Leitungen X, Y, Z eine Wechselstromerregung eines Wechselstrom-Induktionsmotors 11o vornimmt. Das Steuerungssystem 1oö kann beispielsweise ein solches sein, wie es in dem US-Patent 3 899 725 beschrieben ist. Ein Tachometergenerator (TG) 112 ist mit dem Rotor des Motors 11o verzahnt bzw. verbunden und bildet bei 112A ein Ausgangssignal, das repräsentativ für die tatsächliche Winkelgeschwindigkeit oder Drehzahl (S) des Motors ist.

Die Eingangssignale zum System aus Figur 4 sind die Zustandssignale oder Zugleitungssignale, die normalerweise den Widerstandssteuerungsschaltungen zum Steuern der Reihenschluß-Gleichstrommotoren zugeleitet werden, wie es im Zusammenhang mit Figur 2 beschrieben wurde. Die Versorgungsleitungs- bzw. Netzspannung Ε,, die Last (LW, load weight) und die Drehzahlrückführungssignale können jedoch durch direkte Messung abgeleitet werden. Das Entwickeln dieser Zugleitungssignale ist bekannt und in einer Form im US-Patent 2 566 898 beschrieben. Da das erfindungsgemäße System so ausgelegt ist, daß diese Zugleitungssignale interpretiert und ein Ausgangssignal gebildet werden, das repräsentativ für das Drehmoment ist, welches in Abhängigkeit von diesen Signalen von einem Reihenschluß-Gleichstrommotor entwickelt wird, muß das System das Ansprechverhalten des Gleichstrommotors auf die Zugleitungssignale simulieren bzw. nachbilden. Obwohl das erfindungsgemäße System zum Simulieren eines Reihenschluß-Gleichstrommotors unter dynamischen Betriebsbedingungen bestimmt ist,ist zu beachten, daß das System ein Ausgangssignal erzeugt, welches repräsentativ für den Ankerstrom und das Drehmoment eines Gleichstrommotors unter statischen Bedingungen ist. Beispielsweise kön-

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nen alle Systemeingangssignale beliebig gewählt werden, einschließlich des Drehzahlsignals, und das System erzeugt den gewählten Eingangssignalen entsprechende Ausgangssignale.

Das erfindungsgemäße System bestimmt anfänglich die Spannung, die an den Reihenschluß-Gleichstrommotor angelegt wird. In diesem Zusammenhang wird ein für die Spannung der Gleichstromleitung oder -quelle repräsentatives Signal E₁. einer ersten Maß-

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Stabsschaltung (scaling circuit) 114 zugeführt, wo das Leitungsspannungssignal mit einer Konstanten multipliziert wird, um ein Signal in dem Spannungsbereich des elektronischen Systems zu erzielen. Diese Spannung wird in einem Summierverbindungsglied (summing junction) 116 modifiziert, indem ein zusätzlicher Wert addiert wird, wenn die Motoren parallel statt in Reihe betrieben werden, das heißt wenn die volle Versorgungsspannung statt eines Teils derselben an den Motor angelegt wird.

Das Summierverbindungsglied 116 kann beispielsweise einen in einer Operationsverstärkerkonfiguration angeschlossenen Verstärker 116a aufweisen. Bei einem Reihenmotorbetrieb beträgt die Spannung eines jeden der zwei Motoren des beispielhaften Systems aus Figur 2 ungefähr die halbe Leitungs- bzw. Netzspannung. Das Verbindungsglied 116 steuert diese Relation mittels eines Schalters 116b, der auf ein mit SER/PAR (für Reihen- oder Parallelschaltung) bezeichnetes Zugleitungszustandssignal anspricht, um den Eingangswiderstand zum Verstärker 116a zu steuern. In bekannter Weise ist die Verstärkung eines Operationsverstärkers proportional zum Rückkopplungswiderstand geteilt durch den Eingangswiderstand. Um die Parallelmotorverbindung zu simulieren, wird somit der Schalter 116b geschlossen, wodurch eine Parallelschaltung von zwei Widerständen gleichen Wertes hergestellt wird. Hierdurch werden der Eingangswiderstand auf die Hälfte reduziert und di Verstärkung des Verstärkers verdoppelt. Der Schalter 116b kann beispielsweise ein Analogschalter vom Typ CD4o16 sein, wie er von der RCA Corporation hergestellt und vertrieben wird. Die am Summierverbindungsglied 116 entwickelte Ausgangsspannung repräsentiert deshalb die bei einer Motorserien-oder -parallelverbindung angelegte Motorspannung.

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Um die effektive Arbeits- bzw. Betriebsspannung des Motors zu erzielen, muß das Spannungssignal vom Verbindungsglied 116 weiter modifiziert werden, indem hiervon ein für die inneren Motorspannungsverlustc bzw. -abfalle repräsentativer Wert subtrahiert wiru. Diese Verluste werden berechnet, indem der Motorinnenwiderstand mit dem tatsächlichen Wert des Ankerstroms in einer nachfolgend zu beschreibenden Weise multipliziert wird. Die Motorspannung und die 'Verlust'-Spannung werden in einem ebenfalls als Operationsverstärker dargestellten Summierverbindungsglied 118 addiert, um ein für die effektive Ankerspannung repräsentatives Ausgangssignal zu erzeugen. Dieses letztgenannte Signal wird dann einem ersten Eingangsanschluß einer Teilerschaltung 12o zugeleitet, von der ein zweiter Eingangsanschluß mit 122 und 112a verbunden ist, um das Drehzahlsignal (S) von TG 112 zu empfangen und das effektive Ankerspannungssignal hierdurch zu teilen. Da die Ankerspannung durch die Drehzahl des Motors zu teilen ist, begrenzt eine in Reihe zwischen TG 112 und der Teilerschaltung 12o liegende Minimumgrenzschaltung 122 das Drehzahlsignal auf einen Wert, der größer als ο ist, um eine Teilung durch einen Nullzustand zu vermeiden. Die Teilerschaltung 12o kann beispielsweise ein Einquadrantenteiler vom Typ 429o sein, wie er von Burr-Brown, Inc. erhältlich ist. Der Minimumgrenzschalter 122 kann beispielsweise eine OperaLxonsverstärkerschaltung mit einer vorgespannten Diodenrückkopplung gemäß der Darstellung sein. Solche Grenzschaltungen sind bekannt und im Abschnitt 6.2 ff. des Handbuches 'Operational Amplifiers-Design And Applications', hergestellt von Burr-Brown Research Corp. und 1971 veröffentlicht von McGraw-Hill Book Company, dargestellt sowie beschrieben. Dementsprechend kann eine detaillierte Beschreibung der Grenz- bzw. Begrenzungsschaltung 122 an dieser Stelle entfallen.

Das von der Teilerschaltung 12o ertwickelte Ausgangssig nal repräsentiert die Spannungen in Volt pro Umdrehungen/Minute (E/RPM) des Motors 11o, und in bekannter Weise entspricht die Spannung in Volt pro Umdrehungen/Minute eines Motors im wesentlichen dem Flußpegel des Motors. Das E/RPM Signal wird über eine Leitung 124 einem Diodenfunktionsgenerator 126 des Typs zugeführt, wie er in dem Handbuch 'Applications Manual For Operational

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Amplifiers', zweite Ausgabe, Seiten 5o-51 , 1966 veröffentlicht von der Teledyne-Philbrick Company aus Dedham, Mass., USA, beschrieben ist. Dieser Funktionsgenerator 126 ist bezüglich eines ersten Eingangs so angeschlossen, daß er das E/RPM Signal empfängt und hierauf anspricht, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches dem Feldstrom entspricht, der den bestimmten Wert von E/RPM in einem elektrischen Reihenschluß-Gleichstrommotor erzeugt. Die in dem Funktionsgenerator 126 verwirklichte bestimmte Funktion ist von dem Typ, der auf Seite 13b des Handbuches 'Electric Machinery¹ von Fitzgerald und Kingsley, zweite Ausgabe, Copyright 1961 von McGraw-Hill Book Company, Inc., beschrieben ist. Für irgendeinen bestimmten elektrischen Reihenschluß-Gleichstrommotor können die Abhän- «jigkeitskurven zwischen E/RPM und dem Feldstrom so, wie es in dem oben genannten Handbuch 'Electric Machinery¹ erklärt ist, von den Hotordaten des Herstellers oder von gemessenen Charakteristiken bzw. Eigenschaften abgeleitet werden.

Um das von dem Funktionsgenerator 126 entwickelte Feldstromsignal in ein Ankerstromsignal umzusetzen, wird das Feldstromsignal mit einem Faktor multipliziert, der repräsentativ für den von den Zugleitungssignalen befohlenen Wert der Feldschwächung ist. Im einzelnen empfängt ein Multiplizierglied 128 über einen ersten Eingangsanschluß das Feldstromsignal und über einen zweiten Eingangsanschluß einen Multiplikator, wobei dieser Faktor im Falle eines 'volles Feld¹ Zustandes '1' und im Falle eines 'minimales Feld¹ Zustandes '3' oder mehr beträgt. Das Multiplizierglied 128 kann beispielsweise ein Analogmultiplizierer des Typs AD532 sein, wie er von Analog Devices, Inc., hergestellt und vertrieben wird. Das Ausgangssignal des Gliedes 128 ist ein für den Ankerstrom des Gleichstrommotors repräsentatives Signal.

Bei gewissen Steuerungsanwendungen ist das Steuerungssystem dazu bestimmt, ein Strombefehlssignal zum Steuern des Betriebes des elektrischen Fahrmotors zu empfangen. Ein solches System ist beispielsweise im US-Patent 3 911 34o dargestellt. Bei dieser Systemart kann das von dem Glied 128 entwickelte Ankerstromsignal vorteilhaft als ein Steuerungssignal benutzt werden. Jedoch ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beabsichtigt, das Ankerstromsignal zu einem Drehmo-

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mentsignal umzusetzen, bevor es an das Motorsteuerungssystem angelegt wird.

In bekannter Weise ist das Produkt zwischen dem Ankerstrom und E/RPM repräsentativ für das Drehmoment eines Gleichstrommotors. Dementsprechend wird in einem zweiten Multiplizierglied 13o das AnkerStromsignal vom Glied 128 mit dem am Ausgang der Schaltung 12o entwickelten E/RPM Signal multipliziert. Das Mi; Ltiplizierglied 13o kann auch ein Glied wie das zuvor genannte Analogglied AD532 sein. Das Ausgangssignal des Multipliziergliedes 13o repräsentiert das Drehmoment, das von einem der Reihenschluß-Gleichstrommotoren in dem Steuerungssystem aus Figur 2 entwickelt wurde. Wie es sich aus Figur 3 ergibt, wird das Drehmoment des Gleichstrommotors zwischen der Drehzahl ο bis zur Drehzahl A durch Konstanthalten des Ankerstroms konstant gehalten; statt jedoch diese konstante Funktion durch Hinzufügen einer zusätzlichen Rückführungsschleife zu verwirklichen, wurde festgestellt, daß es wirtschaftlicher ist, den maximalen Drehmomentpegel am Ausgangsanschluß des Multipliziergliedes 13o zu begrenzen. Dementsprechend wird das Drehmomentausgangssignal des Multipliziergliedes 13o einer Maximumgrenzschaltung 132 zugeführt, die das Drehmomentsignal an einen Pegel anklammert, der dem von dem ReihenschlußrGleichstromfahrmotor zu entwickelnden maximalen Pegel entspricht. Die Maximumgrenz- bzw. -begrenzungsschaltung 132 ist von dem Typ, der in dem zuvor erwähnten Handbuch Operational Amplifiers-Design and Applications¹ beschrieben ist.

In bekannter Weise wird bei den meisten Transportfahrzeuganwendungen der maximale Drehmomentpegel durch das Fahrzeuggewicht verändert. Somit wird ein Lastgewichtssignal (LW) über einen Widerstand 133 einer Maßstabsschaltung 134 zugeführt, die das LW Signal maßstäblich auf einen Wert verändert, der für die Verwendung in der elektronischen Schaltung geeignet ist, wobei dann das veränderte Signal als Eingangssignal der Maximumgrenzschaltung 132 zugeführt wird, um den maximalen Drehmomentpegel als Funktion dee Fahrzeuggewichts einzustellen. Es ist ersichtlich, daß die maximale Drehmomentpegeleinstellung durch Verändern der Vorspannung erfolgt, die an eine Rückkopplungsdiode 132a in der die Grenzschaltung 132 bildenden Operationsverstärkerschaltung angelegt wird.

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Das LW Signal ist ein zum Fahrzeuggewicht proportionales Signal und wird allgemein in der Transportfahrzeugpraxis von einem an dem Fahrzeug angebrachten Druck- oder Gewichtswandler (nicht dargestellt) erzielt. Es ist festzustellen, daß das Stromreferenzssignal (REF) über einen Widerstand 135 auch der Maßstabsschaltung 134 zugeführt wird. Das REF Signal fungiert auch in der Weise, daß der maximale Drehmomentsignalpegel verändert wird, aber in Abhängigkeit von dem maximal befohlenen Strompegel.

Der zum Umwandeln des Feldstromsignals zu einem Ankerstromsignal in dem Multiplizierglied 128 benutzte Multiplikationsfaktor wird durch eine Rückkopplungsschleife gesteuert, die das für den tatsächlichen Ankerstrom vom Glied 128 repräsentative Signal mit einem Ankerstromreferenzsignal summiert. Das Ankerstromreferenzsignal ist der Wert des Ankerstroms, den die Steuerschaltung für den Reihenschluß-Gleichstrommotor als einen geregelten Wert des Ankerstroms verwerten würde. Die Zugleitungssignale enthalten ein Referenzsignal, welches eine gewünschte Größe des Ankerstroms für das widerstandsgesteuerte Motorsystem herstellt. Jedoch wird diese Größe durch das Gewicht des zugeordneten Transportfahrzeugs modifiziert, da die Beschleunigung des Fahrzeugs für ein gegebenes Motordrehmoment proportional zum Fahrzeuggewicht ist. In dem erfindungsgemäßen System werden das Referenzsignal (REF) und das LW Signal in einem Summierverbindungsglied 136 addiert, um ein Fahrzeuggewicht-modifiziertes Referenzsignal zu erzeugen. Das modifizierte Referenzsignal und das Ankerstromsignal werden dann in einer Operation^verstärkerschaltung 138 kombiniert bzw. zusammengefaßt. Im einzelnen sind der Ausgangsanschluß des Summierverbindungsgliedes 136 und der Ausgangsanschluß des Multipliziergliedes 128 (über einen Widerstand 129) mit einem invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 138 verbunden. Die Schaltung 138 ist von bekannter Art, und sie dient außer dem Aufsummieren des Referenzsignals sowie des Ankerstromsignals zum Erzeugen eines Fehlersignals dazu, eine Übertragungsfunktion der Type K₁ZS + K₂ zum Verstärken des Fehlersignals zu bilden, um ein passendes Feldsteuerungssignal zu liefern, und zwar als Multiplikationsfaktor zum Anlegen an das Glied 128. Die Schaltung 138 ist von dem Typ, wie er im Handbuch 'Feedback Control Systems, Analysis And Synthesis' von D'Azzo und

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Houpis, zweite Ausgabe, veröffentlicht 1966 von McGraw-Hill Book Company, Inc., New York, USA, beschrieben ist.

Das von der Verstärkerschaltung 138 entwickelte Ausgangssignal zum Steuern des Multipliziergliedes 128 ist begrenzt auf ausgewählte Maximum- und Minimumwerte, und zwar als Funktion davon, ob der simulierte Gleichstrommotor unter Bedingungen eines 'vollen Feldes', eines 'mittleren Feldes' oder eines 'minimalen Feldes' zu betreiben ist. Die Begrenzungsfunktionen werden durch Zugleitungssignale gesteuert, die den Befehlswert der Feldschwächung spezifizieren. Im einzelnen sind die Steuerungssignale für die Feldschwächung mit IF für ein mittleres Feld und MF für ein minimales Feld gleichgesetzt. Beim Fehlen beider dieser Signale wird der Befehl so verstanden, daß er ein 'volles Feld' beinhaltet, das heißt, daß der Ankerstrom und der Feldstrom gleich sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verhältnis des Ankerstroms zum Feldstrom entsprechend auf 1, 2,5 und 3,ο für volle, mittlere und minimale Feldbedingungen begrenzt. Bei dem AD532 Analogmultiplizierer, der für den Multiplizierer 128 nach der vorliegenden Erfindung benutzt wird, und der gewählten Maßstabsänderung wird ein Multiplikationsfaktor von 1 erreicht, wenn eine negative Spannung von 3,3 Volt an einen zweiten Eingangsanschluß des Gliedes angelegt wird. Es ergibt sich ein Multiplikationsfaktor von 2,5, wenn eine negative Spannung von 8,3 Volt angelegt wird, während ein Multiplikationsfaktor von 3 erreicht wird, wenn eine negative Spannung von 1o Volt angelegt wird. Deshalb bildet die Ankerstromrückkopplungs- oder -regelschleife unabhängig von der Größe des Ankerstroms für einen Vollfeldzustand ein negatives Ausgangssignal von 3,3 Volt; jedoch entwickelt die Regelschleife bei einer mittleren oder einer minimalen Feldbedingung ein Ausgangssignal, das von einer negativen Spannung von 3,3 Volt bis zu ein^m negativen minimalen Spannungspegel von 8,3 oder 1o Volt als eine Funktion der Betriebsweise des Systems reichen kann. Zum Erreichen des begrenzten negativen Ausgangssignals von 3,3 Volt enthält die Regelschleife einen ersten Verstärker 14o mit einem Widerstandsspannungsteiler-Vorspannetzwerk, das Widerstände 142 sowie 144 aufweist und angeschlossen ist, um eine negative Spannung von 3,3 Volt an den nichtinvertierenden Eingangsanschluß

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2a

des Verstärkers anzulegen. Ein Ausgangsanschluß des Verstärkers 14o ist über eine Diode 146 mit dem invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers verbunden, um hierdurch die Rückkopplungsschleife zu bilden, die es ermöglicht, daß die Ausgangsspannung des Verstärkers 14o auf einen maximalen negativen Pegel von 3,3 Volt festgelegt wird. Es ist ersichtlich, daß jedes an dem Anodenanschluß der Diode 146 entwickelte Signal, welches positiver als eine negative Spannung von 3,3 Vo.lt zu werden neigt, dazu führt, daß der Verstärker 14o an seinem Ausgangsanschluß eine Spannung zu erzeugen versucht, die negativer als 3,3 Volt ist, und die Diode 146 wird in einer solchen Weise zur Stromleitung veranlaßt, daß ihre Anode auf einen negativen Spannungspegel von 3,3 Volt festgelegt ist. Eine solche Spannungsanklanunerung ist bekannt und in dem zuvor genannten Handbuch Operational Amplifiers-Design And Applications¹ beschrieben. Da der Anodenanschluß der Diode 146 mit dem Ausgangsanschluß des Verstärkers 138 verbunden ist, begrenzt die Regelschleife die dem Glied 128 zugeführte maximale Spannung auf einen negativen Wert von 3,3 Volt.

Ein zweiter Verstärker 148 bildet für die Regelschleife die negativen Grenzwerte von 8,3 Volt und 1o,o Volt. Der Verstärker 148 empfängt mit einem nichtinvertierenden Eingangsanschluß über einen Widerstand 15o das MF Signal. Der nichtinvertierenae Eingangsanschluß empfängt ferner eine Vorspannung, die durch einen Spannungsteiler mit Widerständen 152 und 154 gebildet wird. Das Vorspannungsnetzwerk der Widerstände 152 und 154 liegt in Reihe zwischen einer positiven Spannungsversorgung und dem Anodenanschluß der Diode 146. Die Werte der Vorspannungswiderstände sowie 154 und des Widerstandes 15o sind so gewählt, daß dann, wenn das MF Signal ο Volt beträgt und hierdurch angezeigt wird, daii die Betriebsart entweder mit einem vollen Feld oder einem mittleren Feld erfolgt, die am nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 148 erscheinende Spannung null Volt beträgt, wenn die Spannung an der Anode der Diode 146 negative 8,3 Volt ausmacht. Die Widerstände 15o, 152 und 154 sind auch so gewählt, daß dann, wenn das MF Signal einen positiven Pegel einnimmt und hierdurch angezeigt wird, daß sich das System in einem Zustand eines minimalen Feldes befindet, die Spannung an dem nichtinvertierenden Ein-

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gangsanschluß des Verstärkers 148 null Volt beträgt, wenn die Spannung an der Anode der Diode 146 bei negativen 1o,o Volt liegt. Der Verstärker 148 enthält eine Rückkopplungsschaltung mit einer Diode 156, die in derselben Weise wie beim Verstärker 14o zwischen den Ausgangsanschluß und den invertierenden Eingangsanschluß geschaltet ist, so daß die an dem Anodenanschluß der Diode 156 erscheinende Ausgangsspannung des Verstärkers 148 auf Werte begrenzt wird, die zumindest nicht negativer als die zum nichtinvertierenden Eingangsanschluß geleitete Vorspannung aind. Statt einer direkten Begrenzung der vom Verstärker 138 entwickelten Ausgangsspannung ist der Anodenanschluß der Diode 156 mit dem invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 138 verbunden, wodurch der Verstärker 148 als eine Stromsenke arbeitet, um jeglichen zusätzlichen Strom zum Verstärker 138 zu begrenzen und hierdurch die Spannung an der Anode der Diode 146 zu begrenzen.

Der nichtinvertierende Eingangsanschluß des Verstärkers 138 empfängt eine Vorspannung von einem Vorspannungsnetzwerk mit Widerständen 158 und 16o, wobei die Vorspannung durch den Zustand des IF Eingangssignals von den Zugleitungen hergestellt wird. Das IF Signal beträgt in typischem Weise ο Volt für mittlere und minimale Feldbedingungen, während sich jedoch eine positive Spannung für Bedingungen eines vollen Feldes ergibt. Somit wird wahrend eines Vollfeldbetriebes die Ausgangsspannung des Verstärkers 138 zu einer positiven Spannung verschoben, wodurch sichergestellt wird, daß sich die Regelschleife in einer vom Verstärker 14o gesteuerten Begrenzungsbetriebsart befindet. In dem dargestellten Beispiel hat das Ankerstromsignal anfänglich einen grossen negativen Wert, und das Signal steigt bis zum Wert o, wenn das Feldstromsignal ansteigt. Die übertragungsfunktion des Verstärkers 138 ist so gewählt, daß dann, wenn ein mittlerer Feldzustand verwirklicht wird, die Spannung am invertierenden Eingangsanschluß als Ergebnis der Vergrößerung im Ankerstromsignal etwa ο Volt beträgt. Wenn der mittlere Feldbetrieb (IF gleich o) verwirklicht wird, beginnt die Ausgangsspannung des Verstärkers 138 ins Negative zu gehen. Wenn diese Spannung kleiner als der Anklammerungspegel von 3,3 Volt wird, steuert die Regelschleife die 'Verstärkung¹ des Multipliziergliedes 128 in einer entsprechenden Weise, um das Ankerstromsignal auf den Referenzpegel zu regeln.

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Zusätzlich zu der Ankerstromsignal-Rückkopplungsregelschleife ist auch eine Ankerstromsignal-Rückkopplungsschleife vorhanden, aie das für den inneren Motorspannungsabfall repräsentative Signal erzeugt. Diese letztgenannte Rückkopplungsschleife enthält ein Summierverbindungsglied 162, das im wesentlichen dem Summic. /erbindungsglied 116 entspricht und in dem das Ankerstromsignal zu einem Signal umgesetzt wird, welches proportional zum inneren Spannungsabfall des Motors ist. Die Schaltung 162 enthält einen Verstärker 162a mit einem Rückkopplungswiderstand 162b und einem Eingangswiderstand 162c, wobei diese Widerstände den Verstärkungsgrad im Verhältnis zum Widerstand des simulierten Reihenschluß-Gleichstrommotors steuern. Es ist festzustellen, daß ein zusätzlicher Eingangswiderstand 162d in Reihe mit einem Schalter 162e geschaltet ist, wobei die Kombination des Widerstandes 162d und des Schalters 162e parallel zum Eingangswiderstand 162c liegt. Der Widerstand 162d ermöglicht es, daß der Verstärkungsgrad der Schaltung 162 geändert wird, wenn das Transportfahrzeug in einer Schaltbetriebsart (SW) betrieben wird. Der Schaltbetrieb wird normalerweise benutzt, wenn das Fahrzeug bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten mit einem großen Startdrehmoment betrieben wird, wie es in einem Verschiebebahnhof vorkommt. Im Schaltbetrieb veranlaßt das SW Zugleitungssignal den Schalter 162e zum Schließen, um hierdurch dfeii Eingangswiderstand der Schaltung 162 zu vermindern und dementsprechend ihren Verstärkungsgrad zu erhöhen, so daß das Ankerstromrückkopplungssignal beim Anlegen an. das Summierverbindungsglied 118 einen höheren Wert hat und das effektive Ankerspannungssignal reduziert, das das Verbindungsglied 118 erzeugt. Die Schaltung 162 ermöglicht somit eine Simulation des Schaltbetriebes einer schaltergesteuerten Gleichstrommotorschaltung, bei der ein Reihenwiderstand in Reihenschaltung mit einem Gleichstrommotor gehalten wird. Der Schalter 162e kann beispielsweise ein CD4o16 Analogschalter des zuvor identifizierten Typs sein.

Wie es ersichtlich ist, simuliert der erfindungsgemäße Schaltungsaufbau in wirksamer Weise den Vorgang eines augleitungsgesteuerten Reihenschluß-Gleichstrommotors und erzeugt ein Ausgangssignal, welches proportional zum Ankerstrom und zum Drehmoment ist, das von dem Gleichstrommotor in Abhängigkeit von den Zugleitungsbefehlssignalen erzeugt wird.

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-S sr-

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. /Steuerungssystem für ein 'spezielles' Fahrzeug von individuell elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, wobei das 'spezielle' Fahrzeug mit anderen 'speziellen' und 'regulären' Fahrzeugen einen durch eine externe Quelle angetriebenen Zug bilden kann, dessen Fahrzeuge gewissen gemeinsamen Betriebsbedingungen, wie der Fahrzeuggeschwindigkeit, unterworfen sind, wobei ein solches spezielles Fahrzeug im Gegensatz zu den regulären Fahrzeugen von elektrischen Motoren angetrieben wird, die nicht rileichetran-Reihenschlußmotnren sind, wobei ferner das Steuerungssystem den Steuerbefehlen einer Bedienungsperson unterworfen ist, die eine Vielzahl von Zugleitungssignalen an die regulären und speziellen Fahrzeuge abgibt, und wobei jedoch die Zugleitungst.ignale und die diese enthaltenden Befehle grundsätzlich allein mit Betriebseigenschaften kompatibel sind bzw. in Einklang stehen, die den Gleichstrom-ReihenscMußmotoren der regulären Fahrzeuge eigen sina, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerungssystem Mittel (114, 116) zum Zuführen eines für die Spannungsgröße der externen Leistungs- bzw. Versorgungsquelle repräsentativen ersten Signals (von E.)zum System hat, ferner gekennzeichnet durch Subtraktionsmittel (118) zum Subtrahieren eines für den inneren Spannungsabfall eines Gleichstrom-Reihenschlußmotors repräsentativen zweiten Signals von dem ersten Signal, um ein die effektive Ankerspannung des Motors repräsentierendes Differenzsignal zu erhalten, durch Mittel (112, 122) zum Erzielen eines dritten Signals, das repräsentativ für die Winkelgeschwindigkeit bzw. Drehzahl des Motors eines Reihenschluß-Gleichstrommotors bei der Geschwindigkeit des gesteuerten Fahr-

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') 7 < s ¹^ ι-ί ¹^

zeuges ist, durch Mittel (12o) zum Teilen des Differenzsignals durch das dritte Signal, um ein für die Volt pro Umdrehung pro Minute repräsentatives viertes Signal zu erhalten, durch Funktionsgeneratormittel (126) zum Umsetzen des vierten Signals in ein fünftes Signal, das repräsentativ für die Größe des Feldstroms ist, der bei der Größe des vierten Signals in dem Reihenschluß-Gleichstrommotor auftreten würde, durch erste Multipliziermittel (128) zum Multiplizieren des fünften Signals mit einem Faktor, der repräsentativ für den Wert der Feldschwächung ist, welcher von den Zugleitungssignalen für den Reihenschluß-Gleichstrommotor befohlen wurde, um an einem Ausgangsanschluß der ersten Multipliziermittel ein sechstes Signal zu erzeugen, welches repräsentativ für den Ankerstrom in dem Reihenschluß-Gleichstrommotor ist, und durch ein zweites Multipliziermittel (13o) zum Multiplizieren des sechsten Signals mit dem vierten Signal, um ein Drehmomentsignal zu erhalten, das repräsentativ für das GIeichstronunotordrehmoment ist, welches als das Fahrmotorsteuvjrungssignal zu benutzen ist.

2. System nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch eine Rückkopplungsschaltung (162) zum Erzeugen des zweiten Signals, wobei diese Schaltung einen Operationsverstärker (162a) enthält, der zwischen den Ausgangsanschluß des ersten Multipliziermittels (12b) und einen Eingangsanschluß des Subtraktionsmittels (118) geschaltet ist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das erste Multipliziermittel einen Analogmultiplizierer (128) aufweist, dessen erster Eingangsanschluß das fünfte Signal und dessen zweiter Eingangsanschluß einen Multiplikationsfaktor empfangen, wobei der Multiplizierer (128) an einem Ausgangsanschluß das sechste Signal erzeugt, und ferner gekennzeichnet durch ein erstes Summierverbindungsglied (129, 136) zum Empfangen des sechsten Signals sowie eines Ankerstromreferenzsignals (REF) und zum Erzeugen eines für die Differenz zwischen diesen Signalen repräsentativen Fehlersignals, durch eine Begrenzungsschaltur^;(l38/ ¹⁴°) ²^m Empfangen des Fehlersignals

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sowie zum Umsetzen desselben zu dem Multiplikationsfaktor, wobei die Begrenzungs schaltung auf Betriebszustandssignale (MF, IF, REF, LW) anspricht, um den Multiplikationsfaktor auf ausgewählte Maximum- und Minimumwerte zu begrenzen, wodurch das sechste Signal auf eine vorbestimmte Größe geregelt bzw. eingestellt ist, wenn der Multiplikationsfaktor zwischen den Maximum- und Minimumwerten liegt, und wobei das sechste Signal bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit (rate) abnimmt, wenn der Multiplikationsfaktor bei den Maximum- oder Minimumwerten begrenzt ist.

4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner dadurch gekennzeiciiiiet, daß die Betriebszustandssignale Zugleitungssteuerungs-Feldschwächungssignale (MF, IF), die das befohlene Verhältnis des Feldstroms zum Ankerstrom für den Reihenschluß-Gleictistrommotor anzeigen, ein Referenzsignal (REF) , das die gewünschte Größe des Ankerstroms anzeigt, und ein Lastgewichtsignal (LW) zum Modifizieren des Referenzsignals als Funktion der auf dem Fahrzeug ruhenden Last aufweisen.

5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsschaltung (162) einen Rückkopplungswiderstand (162b) sowie einen ersten Eingangswiderstand (162c) enthält, und zwar in einer entsprechenden Bemessung zum Bilden einer zur ohmschen Größe des Innenwiderstandes des Reihenschluß-Gleichstrommotors proportionalen Verstärkung, ferner einen zweiten Widerstand (162d) sowie einen hierzu in Reihe geschalteten steuerbaren Schalter (162e), wobei die Reihenschaltung aus dem steuerbaren Schalter (162e) und dem zweiten Widerstand (162d) parallel zum ersten Eingangswiderstand (162c) geschaltet ist, und schließlich Mittel, die ausgewählte Zustandssignale (SW) mit dem steuerbaren Schalter verbinden, wodurch der zweite Widerstand wahlweise parallel zu dem ersten Eingangswiderstand geschaltet werden kann.

6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel (116b), die mit den Mittein (114, 116) zum Zufüh-

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ren des für die Versorgungsquellenspannung repräsentativen ersten Signals verbunden sind und auf ausgewählte Zugleitungssignale (SER/PAR) zum Modifizieren des ersten Signals ansprechen, um die einzelnen Motorspannungsänderungen zu simulieren, wenn ein Umschalten einer Vielzahl von Reihenschluß-Gleichstrommotoren zwischen Reihen- und Parallelverbindung bzw. -schaltung erfolgt.

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