DE2007703B2 - Anordnung zur drehzahlsteuerung eines aus einer gleichspannungsquelle gespeisten gleichstromnebenschlussmutors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Drehzahlsteuerung eines aus einer Gleichspannungsc|iicllc gespeisten Gleichstlomncbenschlußmotors, dessen Erregerwicklung über einen mittels eines Löschihyristors und eines Löschkondensators löschbaren Hauptthyristor F.rregerstromimpulse erhält, derart, daß sich in Abhängigkeit von einem Ankerstrom-F.rregcrstrom-Vergleieh bei großem motorischem Ankerstrom auch ein großer Erregerstrom ergibt.

Bei der wegen ihrer Vcriustfreiheit und stufenlosen Linstellbarkeit besonders vorteilhaften Steuerung eine? Gleichstrommotors durch veränderbare Errcgerstromimpulse bedarf es besonderer Maßnahmen zur Leistungsanpassung an die beim Anfahren vorliegenden Bedingungen, Dies gilt insbesondere für Gleichstromnebenschlußmotoren und spielt vor allem bei deren Anwendung für den Fahrzeugantrieb eine Rolle. Hierzu dient bei Anordnungen der genannten Art die durch Stromvergleich selbsttätig gesteuerte Anpassung des Erregerstroms an den Ankerstrom.

Bei einer aus der österreichischen Patentschrift 809 bekannten Anordnung dieser Art dient zum Vergleich zwischen Ankerstrom und Erregerstrom eine galvanische Vergleichsanordnung mit einem zwischen zwei vom Anker- bzw. Erregerstrom durchflossenen Widerständen liegenden, aus Transistoren, ahmsehen Widerständen und Kondensatoren bestehenden Fühler. Bei dieser Anordnung sind zwei getrennte Impulsgeneratoren für die Zündimpulse des Haupt- und des Löschthyristors notwendig, und ferner kann diese bekannte Anordnung nicht vero hindern, daß der durch Stromvergleich gesteuerte Erregerstrom unter bestimmten Betriebsbedingungen entweder übermäßig ansteigt oder — insbesondere bei zu niedriger Belastung, z. B. Abwärtsfahrt — auf einen zu niedrigen Wert absinkt.

Ausgehend von einer derartigen Anordnung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Stromvergleichseinrichtung einerseits zu vereinfachen und andererseits so auszugestalten, daß sie einen selbsttätig wirkenden Schutz gegen ein zu starkes Ansteigen oder Abfallen des Erregerstroms aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Anordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen mit dem Hauptthyristor und dem Löschthyristor verbundenen Zündimpulsgenerator, durch eine magnetische Drehzahlsteuervorrichtung, in der ein vom Ankerstrom, von der Einstellung eines Drehzahlstellgliedes und von dein dazu entgegengesetzt svirksamen Erregerstrom abhängiger magnetischer Fluß erregbar ist, und durch eine Zündsperrvorrichtung, die die Zündung des Löschthyristors verhindert, wenn der magnetische Fluß in der Drehzahlsteuervorrichtung einen vorgegebenen Wert überschreitet.

Durch diese Anordnung wird der Vorteil erzielt. daß durch die entgegengesetzte Ausrichtung der vom Anker- und vom Erregerstrom erzeugten Magnetflüsse in der magnetischen Drehzahlsteuervorrichtung und durch die auf die resultierende Magnetflußstärke ansprechende Steuerung der Zündimpulse für den Löschthyristor neben dem gewünschten Stromvergleich gleichzeitig eine wirksame Begrenzung des Erregerstroms nach oben und nach unten bewirkt wird. Die Verwendung eines einzigen Inipulsgenerators zum Erzeugen der Zündimpulse für den Haupt- und ■15 den Löschthyrislor ist bei einer ähnlichen Anordnung an sich bekannt (französische Patentschrift I 364 235). Ferner sind magnetische, mittels eines Dauermagneten beeinflußbare und in ihren Wicklungen vom A.iker- bzw. vom Erregerstrom durchflossene Steucreinrichtungen bekannt (USA.-Patentschrift 2 696 583, österreichische Patentschrift 271 639). Hierbei handelt es sich aber nicht tun Einrichtungen, bei denen eine stromvergleichsabhängige Steuerung des Erregerstroms in der Weise durchgeführt wird, daß bei einem Ansteigen des Ankerstroms auch der Erregerstrom ansteigt. Infolgedessen wird bei den bekannten Einrichtungen auch nicht der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung im Hinblick auf eine selbsttätige Begrenzung des Erregerstroms nach oben und unten erzielt.

Die Zündsperrvorrichtung kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung in besonders einfacher Weise dadurch in die Drehzahlsteuervorrichtung integriert werden, daß die Zündsperrvorrichtung als Impedanzglicd mit einer von der magnetischen Flußdichte in der Drehzahlsteuervorrichtung abhängigen Impedanz ausgebildet und im Nebenschluß zwischen dem Zündimpulsgenerator und dem Löschthvristor

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angeordnet ist. Je geringer die Impedanz ist, dusln mehr Zündimpulse werden über den Nebenschluß nach Masse abgeleitet und erreichen den Löscluhyristor nicht. In bevorzugter Ausführungsform besteht die Drehzahlsteuervorrichlung aus einem Magnetkern, der vom Erregerstrom und vom Ankerstrom durchllossene Wicklungen sowie eine das Impedanzglied bildende Wicklung trägt.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert, die ein vereinfachtes Schaltbild darstellt.

Die Zeichnung zeigt eine Batterie 10, deren positiver und negativer Pol an eine positive bzw. negative Leitung 11 und 12 angeschlossen ist. Zwischen den Leitungen 11 und 12 sind in Serie eine aus einer einzigen Windung bestehende Wicklung 13 und tier Anker 14 eines Gleichstromnebenschlußmotors ungeordnet. Dem Anker 14 ist eine Ankerstromiteuerordnung 15 zugeordnet, die verschiedene Schalter und Startwiderstände enthalten kann oder iiuch in jeder beliebigen Weise als Impulsanordnung zum Speisen des Ankers mit Stromimpulsen und zum Festlegen der Stromrichtung im Anker ausgebildet sein kann.

Die positive Leitung 11 ist über einen Schalter 16 mit dem Erregerwicklungskreis des Motors verbunden. Dieser enthält eine Erregerwicklung 17 in Serie mit einer Wicklung 18, deren Zweck noch erläutert wird. Eine Freilaufdiodc 19 ist parallel zur Reihenschaltung der Erregerwicklung 17 und der Wicklung 18 angeordnet.

Das untere Ende der Erregerwicklung 17 ist mit der negativen Leitung 12 über einen Hauptthyristor

20 verbunden. Der Hauptthyristor 20 ist in einer Kommutatieriingsschaltung mit einem Löschthyristor

21 verbunden. Ein Löschkondensator 22 koppelt die Anoden der beiden Thyristoren 20 und 21. Wie bekannt, wird durch den leitenden Zustand eines der Thyristoren der leitende Zustand des jeweils anderen Thyristors gelöscht.

Die Anode des Lösclithyrstors 21 ist über eine Diode 23 und eine Induktivität 24 mit der negativen Leitung 12 sowie über einen ohmschen Widerstand 25 mit einem Verbindungspunkt zwischen dem oberen Ende der Wicklung 18 und der Anode der Freilaufdiode 19 verbunden. Durch die Induktivität ver-{;rößer* sich in bekannter Weise die Ladung, die sich η dem Löschkondensator 22 zwischen zwei Kommulicrungsvorgängen ansammelt. Die Diode 23 dient dazu, die Ladung im Löschkondensator 22 zu halten. Als Ziindimpulsgcnerator 26 zur Erzeugung von Zündimpulsen Tür die Thyristoren 20 und 21 ist ein !stabiler Multivibrator vorgesehen, der Ausgangsim- |uilse abwechselnd einer Triggerschaltung 27 und tincr Triggcrschaltung 28 zuführt. Die Ausgänge der Triggerschalttingen sind an die Steuerelektroden des Löschthyristors 21 bzw. des Hauptthyristors 20 angeschlossen.

Zwischen einem Ausgang des Zündimpulsgenerators 26 und dem Hingang des Triggerkreises 27 ist ein Spannungsteiler angeordnet, der aus einem ohmschen Widerstand 2V und einem von einer Wicklung 30 gebildeten Impedanzglied besteht, Diese Wicklung 30 wird von einem Schenkel des schematisch angedeuteten Magnetkerns 31 eines Transduktors getragen, der als Drehzahlsteuervorrichtung wirkt. Auf anderen Schenkeln des Magnetkerns 31 sind die vom Ankerstrom duichflossene Wicklung 13 und die vom Erregerstrom durchfiossene Wicklung 18 angeordnet. Ein einstellbarer Permanentmagnet 32 ist so angeordnet, daß er in dem Magnetkern 31 einen magnetischen Fluß erzeugt, der sich normalerweise zu dem von der Wicklung 13 erzeugten magnetischen Fluß addiert. Diese gleichsinnig gerichteten magnetischen Flüsse sind normalerweise dem magnetischen Fluß entgegengerichtet, der von der Rückkopplungswicklung 18 erzeugt wird.

ίο Der Permanentmagnet 22 ändert die magnetische Flußdichte im Magnetkern unabhängig von den durch den Ankerstrom und den Erregerstrom erzeugten Magnetflüssen. Die wesentliche Aufgabe des Permanentmagneten 22 ist es, die von dem Motor abgegebene Leistung zu bestimmen. Die Position des Permanentmagneten 32 wird durch ein Drehzahlstellglied 33 in Gestalt ein..-. Pedals gesteuert, das, wie schematisch dargestellt, mii dem Permanentmagneten 32 gekuppelt ist.

Man erkennt, daß, wenn der Magnetkern 31 des Transduktors gesättigt ist, die Impedanz der Wicklung 30 sehr klein ist und infolgedessen die durch einen Impuls des Zündimpulsgenerators 26 an der Wicklung 30 erzeugte Spannung nicht ausreicht, um die Triggerschaltung 27 in Tä'igkeit zu setzen. Dies bedeutet, daß, falls der Magnetkern 31 des Transduktors gesättigt ist, der Löschthyristor 21 nicht gezündet werden kann. Wenn jedoch der Magnetkern 31 des Transduktors nicht gesättigt ist, ist die Impcdanz der Wicklung 30 relativ hoch, so daß die an ihr durch einen Impuls des Zündimpulsgenerators 26 erzeugte Spannung ausreicht, um den Triggerkreis 27 zum Zünden des Löschthyristors 21 zu veranlassen. Man sieht ferner, daß der andere Ausga/ig des Zündimpulsgenerators 26 ständig Zündimpulse abgibt, die den Triggerkreis 28 betätigen und infolgedessen den Hauptthyristor 20 zünden.

Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt. Wenn der Permanentmagnet 32 ta eingestellt ist,

v< daß er in dem Magnetkern 31 einen maximalen magnetischen Fluß erzeugt, wird die Zündung des Löschthyristors 21 so lange unterdrückt, bis der magnetische Fluß, der von dem in der Wicklung 18 fließenden Erregerstrom erzeugt wird, eine ausreichende Dichte hat, um den von dem Permanentmagneten 32 erzeugten magnetischen Fluß zu überwiegen. Die Erregerstromstärke des Motors stellt sich deshalb so ein, daß sich die beiden magnetischen Flüsse die Waage halten. Dieses Niveau der Erreger-Stromstärke kann als Dauererregerstrom bezeichnet werden und ist von der Stellung des Permanentmagneten 32 bestimmt. Eine Bewegung des Permanentmagneten 32 von dem Magnetkern 31 weg läßt die Flußdichtc in dem Magnetkern bis unter den Sättigungswcrt abfallen, so daß auch die Erregerstromstärke abfällt, bis sich ein neues Gleichgewicht der magnetischen Flüsse ergibt. Wevin der Permanentmagnet 32 vollständig nach außen bewegt ist, gibt es keine Unterdrückung der vom Zündimpulsgenerator 26 zur Triggerschaltung 27 gehenden Zündimpulse, und die Erregerstromstärke hat dann einen vorgegebenen schwachen Wert.

Wenn der Permanentmagnet 32 vollständig aus dem magnetischen Kreis herausbewegt worden ist,

hat der in dem Magnetkern 31 durch den Ankerstrom erzeugte magnetische Fluß dieselbe Wirkung wie der vom Permanentmagneten 32 erzeugte magnetische Fluß, und infolgedessen steigt die Stärke

des Lrregerstroms bei einer Zunahme des Ankerst roms in gleichem Maße an. Es ist jedoch erwünscht, daß diese Wirkung nur dann eintritt, wenn die Ankerstromstärke oberhalb eines festgelegten Wertes liegt. Dies kann leicht dadurch erreicht werden, daß verschiedene nicht magnetische Teile in dem Magnetkreis angeordnet werden. Das Verhältnis, in dem sich bei einem Ansteigen des Ankerstromes die F:rregerMronistärke erhöht, ist bestimmt durch das Verhältnis der Windungszahlen der Wicklung 18 und der Wicklung 13. Wenn die Ankerstromstärke einen ausreichend hohen Wert hat. werden alle Zündimpulse, die sonst vom Zündimpulsgenerator 26 dem Löschthyristor 21 zugeführt werden, unterdrückt und der Hauptthyristor 20 bleibt ständig leitend, wodurch die Erregerstromstärke auf einen Maximalwert ansteigt.

Während der Beschleunigung des Motors ist der Ankerstrom hoch. Auf Grund des im magnetischen Kreis sich einstellenden Gleichgewichtes wird jedoch ein geeigneter Anteil der Zündimpulse für den Löschthyristor 21 unterdrückt, und die Erregerstromstärke steigt entsprechend an. Wenn die Drehzahl des Motors sich dem Maximum nähert, fällt die Stromstärke im Anker auf ein Niveau ab. das ausreicht, um das Zünden des Löschthyristors 21 zu unterdrücken, so daß tue Erregerstromstärke auf den (»benerwähnten schwachen Wert abfällt.

Wenn ein vom Motor angetriebenes Fahrzeug mit \ oller Geschwindigkeit fährt und auf eine Steigung gerät, steigt der Ankerstrom notsvendigerweise über die normale Stromstärke an, wodurch ebenfalls mehr Zündimpulse für den Loschthyristor 21 unterdrückt werden und die Erregerstromstärke wie vorher ansteigt. Hierdurch erhöht sich das Drehmoment des Motors.

Da der Zündimpulsgenerator 26 seine Zündimpulse abwechselnd den beiden Thyristoren zuführt, kann die Schaltung im Betrieb nicht in einen Zustand geraten, in dem der Löschthyristor 21 ständig leitend ist. Infolgedessen kann die Erregerstromstärke nicht unter den vorgegebenen schwachen Wert abfallen. Hierdurch wird insbesondere ein übermäßiges Ansteigen der Drehzahl des Motors bei geringer Belastung verhindert.

Der dem »Dauererregerstrom« entsprechende Zustand bestimmt die Erregerstromstärke bei der Widerstands- und Nutzbremsung. Im ersteren Fall fließt, sobald der Motor zum Stehen gekommen ist. kein Strom durch den Anker und die Wicklung 13. und in diesem Fall erscheint kein vom Ankerstroni erzeugter magnetischer Fluß im Magnetkern 31. Im /weiten Fall sind die normalen Richtungen des Ankerstroms und des von ihm erzeugten magnetischen Flusses im magnetischen Kreis umgekehrt. Somit ist nun dieser magnetische Fluß dem \oti dem Permanentmagneten 32 cr/eugten Fluß entgegeneerichtet. und die sich hieraus ergebende S'romsiärke in der Erregerwicklung verringert sich boi einem Anstieg der Stärke des rückgespeisten Ankerstromes.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

1999

Claims (3)

1. Palentansprüche:

   I. Anordnung zur Drehzahlsteuerung eines aus einer Gleichspannungsquelle gespeisten Gleichstromnebenschlußmotors, dessen Erregerwicklung über einen mittels eines Löschthyristors und eines Löschkondensators löschbaren Hauptthyristor Erregerstromimpulse erhält, derart, daß sich in Abhängigkeit von einem Ankerstrom-Erregerstrom-Vergleich bei großem motorischem Ankerstrom auch ein großer Erregerstrom ergibt, gekennzeichnet durch einen mit dem Hauptthyristor (20) und dem Löschthyristor (21) verbundenen Zündimpulsgenerator (26), durch eine magnetische Drehzahlsteuervorrichtung, in der ein vom Ankerstrom, von der Einstellung eines Dreh?ahlstellgliedes (33) und von dem dazu entgegengesetzt wirksamen Erregerstrom abhängiger magnetischer Fluß erregbar ist, und durch eine Zündsperrvorrichtung, die die Zündung des Löschthyristors (21) verhindert, wenn der magnetische Fluß in der Drehzahlsteuervorrichtung einen vorgegebenen Wert überschreitet.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündsperrvorrichtung als Impcdanzglied mit einer von der magnetischen Flußdichte in der Drehzahlsteuervorrichtung (31) abhängigen Impedanz ausgebildet und im Nebenschluß zwischen dem Zündimpulsgenerator (26) und dem Löschtln ristor (21) angeordnet ist.
3. 3. Anordnung nach Ansprr ·η 2, dadurch cckennzeicnnet, daß die Drehzahlsteuervorrichtung (31) aus einem Magnetkern besteht, der vom Erregerstrom und vom Ankerstrom durchflossene Wicklungen (13,18) sowie eine das Impedanzglicd bildende Wicklung (30) trägt.