DE2538043C2 - Steuerschaltung für den Motor- und Bremsbetrieb eines Gleichstrom-Nebenschlußmotors - Google Patents

Description

Band 94, beschreibt und zeigt insbesondere in Bild 5 eine Schaltung des Anker- und Feldkreises einer fremderregten Gleichstrommaschine mit Umschaltung der Feldwicklung für den Fahr-, Brems- und Rückfahrbetrieb. Dort ist ein Feldumpolschalter erforderlich, der zum Bremsen die Stromrichtung im Feld umkehrt

Ferner ist aus der DE-Z ETZA, Band 94, (1973), Heft 11, Seiten 686, 687 bekannt, daß bei Antrieben durch Auslegung des Erregerstromkreises für beide Stromrichtungen eier Umpoler eingespart werden kann.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Steuerschaltung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 derart auszugestalten, dal) der Lrrcgcrumpolschalier eingespart wird

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Ein Glättungskondensator ist an sich aus der DE-AS 14 38 021 bekannt, in der auch ein Bremswiderstand mit Steuerthyristor beschrieben ist

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch den einseitigen Anschluß der Erregerwicklung an die eine Ankerklemme die eine Hälfte der Thyristorbrücke eingespart wird, da sich das Potentia! an diesem Punkt automatisch zumindest tendentieli richtig einstellt Die Vermeidung elektromechanischer Schalter vermeidet auch die Lichtbogenbildung bei einer Stromunterbrechung.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 — ein vereinfachtes Schaltbild eines Motorsteuerungssystems nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 2 — ein schcmatisches Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 3 — ein vereinfachtes Schaltbild einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

F i g. 1 zeigt in vereinfachter Form ein Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung. Es enthält im Motorankerkreis einen Zerhackerkreis, der zum Steuern des Ankerstroms während des Bremsens und Antreibens ohne Änderung der Verbindungen verwendbar ist Leitungen 10 und 14 können mit positiven und negativen Anschlüssen einer Gleichstromquelle verbunden werden. Im Fall elektrischer Lokomotiven oder Transportfahrzeuge sind diese gewöhnlich durch Fahrleitungsscherenstromabnehmern oder einer dritten Schiene und Stromabnehmersystemen gebildet Ein Kondensator 12 stellt einen Teil eines Filtersystems dar, das genauer in Verbindung mit Fig.3 beschrieben wird. F i g. I zeigt einen Gleichstrommotor mit einem Anker 16 und einer Feldwicklung 18. Der Anker 16 ist mit einer mechanischen Last 22 gekoppelt, wie es schematisch durch die Linie 20 dargestellt ist Im Fall von Zugfahrzeugen ist die Last normalerweise eine angetriebene Radachse des Fahrzeugs. Mehrere Motoren können in Reihe, parallel oder in Reihen-Parallel-Kombination geschaltet sein, wie es beispielsweise in Verbindung mit F i g. 2 und 3 beschrieben wird. Ein Anschluß des Ankers 16 führt über eine Motordrossel 24 und einen Ankerzerhacker 26 zu der positiven Leitung 10. Der andere Anschluß des Motorankers ist über einen Unterbrecherschalter 30 mit der negativen Leitung 14 verbunden. Der dargestellte Unterbrecher ist vorzugsweise ein einpoliger Hebelausschalter, der während des Motorbetriebes geschlossen und während des Bremsbetriebes geöffnet ist Daher ist der Motoranker während des Motorbetriebes bei geschlossenem Unterbrecher 30 in herkömmlicher Weise durch einen Reihenkreis zwisehen die Leitungen 10 und 14 geschaltet Der Reihenkreis enthält den Zerhacker 26, die Motordrossel 24, den Anker 16 und den Unterbrecher 30.

In bekannter Weise ist der Zerhacker im wesentlichen ein periodisch geöffneter und geschlossener Schalter. Der Steuervorgang wird durch eine Ankerzerhackersteuerung 172 bewirkt die dem Zerhacker auf der Leitung 36 ein »Ein« Tastsignal und auf der Leitung 38 ein »Aus« Taktsignal zuleitet. Der DurchM-'halliiiigszyklus kann in herkömmlicher Weise durch eine Zeitverhältnissteuerung der »Ein« und »Aus« Perioden des Zerhakkers gesteuert werden. Bei Zerhackern wird gewöhnlich als Schalter ein gesteuerter Gleichrichter verwendet, der durch Beeinflussung des Zerhackersteuerkreises kapazitiv umgeschaltet wird. Zerhackerkreise sind beispielsweise im General Electric Company SCR Manual, Ausgabe 4, Abschnitt IL23 und im US-r-v'xnt 3515 970 beschrieben.

Beim Motorbetrieb wird der Zerhacker 26 periodisch geschlossen, damit ein Stromfluß durch den Ankerkreis auftreten kann. In herkömmlicher Weise ist eine Diode 40 zwischen die Leitung 14 und die Verbindung 118 des Zerhackers sowie der Motordrossel 24 geschaltet und so gepolt daß während der Ausschaltintervalle des Zerhackers ein Ankerfreilaufstrom fließen kann.

Gemäß der nachfolgenden Beschreibung.sorgt die erfindungsgemäße Anordnung für eine Änderung des Betriebszustandes des Antriebssystems zwischen Motor- und Bremsbetrieb, und zwar durch Betätigung des Unterbrechers 30. Das System wird durch öffnen des Unterbrechers vom Motor- zum Bremsbetrieb umgeschaltet wobei die Gleichstromerregung vom Anker abgenommen und gleichzeitig die Richtung des Feldstromflusses in einer zu beschreibenden Weise umgekehrt werden. Wegen der Feldstromumkehrung arbeitet -der Motor während des Bremsbetriebes als ein Generator mit in derselben Richtung wie während des Motorbetriebet iortgesetztem Ankerstromfluß, wobei jedoch die Ankerspannung umgekehrt ist
In der beschriebenen Ausführungsforrr. kann der Ankerzerhacker 26 periodisch im Bremsbetrieb geschaltet werden, wobei sein Durchschaltzyklus vom gewünschten Bremsmoment abhängt Eine Diode 116 ist zwischen die Leitung 10 und eine Verbindung 119 zwischen dem Anker 16 sowie dem Unterbrecher 30 geschaltet und so gepolt daß es während der Bremsumkehrung leitet und den Ankerkreis, bestehend aus dem Anker 16, der Leitung 10, dem Zerhacker 26 und der Motordrossel 24, vervollständigt Während der Ausschaltungsintervalle des Zerh"M:kers wird der erzeugte Ankerstrom in einem Belastungskreis abgebaut Für die Widerstandsbremsung sind ein gesteuerter Gleichrichter 122 und ein Widerstand 120 in Reihe zwischen die Leitung 10 und die Verbindung 118 und damit parallel zum Zerhacker 26 geschaltet Bei durchgeschaltetem Gleichrichter 122 fließt der erzeugte A.ikerstrom in dem aus dem Anker 16, den Vorrichtungen 116 sowie 122, dem Widerstand 120 und der Motordrossel 24 bestehenden Kreis. Während der Widerstandsbremsung sind der Anker- und Widerstandsbremskreis gewöhnlich von der Gleich-Spannungsquelle abgeschaltet, beispielsweise durch Unterbrechen der Leitung 10 vom positiven Anschluß der Gleichstromquelle. Bei der Nutzbremsung kann der erzeugte Ankerstrom der äußeren Gleichstromquelle zu-

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geführt werden und in dem aus dem Anker 16, der Vor- Während der Bremsung wird der erzeugte Anker-

richtung 116, der Leitung 10, der Gleichstromquelle (in strom über die Diode 116 fließt {dieser Strom übersteigt

Fig. 1 nicht dargestellt), der Leitung 14, der Vorrich- beträchtlich den Feldstrom), isl die Spannung am Ver-

tung 40 und der Motordrossel 24 bestehenden Kreis bindungspunkt 119 näherungsweise der Spannung an

fließen. 5 die Leitung 10 gleich. Die Spannung bei 119 unterschei-

Es folt jetzt eine Beschreibung der Felderregungsan- det sich von derjenigen an der Leitung 10 nur durch den Ordnung. Eine steuerbare Feldspannungsquelle 31 ist Spannungsabfall an der Diode 116 in Durchlaßrichtung, mit ihren Eingängen an die Leitungen 10 sowie 14 ange- Das Potential an der Verbindung 119 ist somit vom schlossen und erzeugt an ihrem Anschluß 244 eine steu- Potential an der Leitung 14 auf das Potential an der erbare Ausgangsspannung. Ein Feldsteuerungskreis 33 to Leitung 10 umgeschaltet Wenn das Potential an der wird dazu benutzt, die Ausgangsspannung am Anschluß Verbindung 244 als zwischen den Potentialen an den 244 zwischen den an den Leitungen 10 und 14 erschei- Leitungen 10 und 14 liegend angenommen wird, ist das nenden Potentialen zu verändern. Die Feldspannungs- Potential an der Feldwicklung 18 zu dem während des quelle 31 kann variable Impedanz-oder Torglieder auf- Motorbetriebes vorherrschenden Zustand umgekehrt, weisen, die entsprechend zwischen die Leitung 10, die is und der Strom fließt in entgegengesetzter Richtung. So-Ausgangsklemme 244 und die Leitung 14 geschaltet mit führt ein Wechsel zwischen den Brems- und Motorsind. Eine bevorzugte und in Verbindung mit Fig. 2 betriebsamen zu einer Potentialumkehrung an der Feldbeschriebene Anordnung verwendet gesteuerte Ventile wicklung und zu einer Umkehrung des Feldstromes, oder Thyristoren, die in einer Selbstkommutierungsan- Während der Bremsung wird der erzeugte Ankerordnung des allgemeinen Typs gegensinnig geschaltet 20 strom Ober die Diode 116 durch den Belastungs- oder sind, wie er in »Principles of Inverter Circuits« von Bed- Zerhackerkreis geführt, wie es vorher beschrieben wurford und Hoft, John Wiley & Sons, 1964, Abschnitt 7.4, de. Zusätzlich liefert der Anker den notwendigen Feld-Seite 190, beschrieben ist Der dort erläuterte deich- strom in einer selbsterregten Systembetriebsart Beistromsteller (auto-impulse commutative inverter) hat spielsweise wird während der Leitungsintervalle der abwechselnd leitende, gegensinnig geschaltete gesteu- 25 Freiiaufdiode 40 über den Anker 16, die Feldwicklung crte Ventile, deren relative Durchschaltzeit in Abhän- 18. das Impedanzsegment der Vorrichtung 31 zwischen gigkcit von äußerlich zugeführten Torsignalen verän- der Klemme 244 und der Leitung 14, die Diode 40 und dert werden kana Die mittlere Spannung an der Aus- die Reaktanz 24 ein Strompfad aufgebaut Der Bremsgangsklemme 244 kann so zwischen den Potentialwer- zyklus wird wie folgt eingeleitet Der Ankerzerhacker ten an den Leitungen 10 und 14 verändert werden, und 30 26 wird in den nicht leitenden Zustand getastet bzw. zwar durch Steuern des zeitlichen Auftretens der von gebracht, um das Motordrehmoment und den Strom mit der Feldsteuerung 33 zu den gesteuerten Ventilen gelei- einer von dem Ankersteuerkreis 172 bestimmten Geteten Steuerimpulse. schwindigkeit auf Null zu reduzieren. Wenn der Anker-

Die Feldwicklung 18 ist zwischen den Verbindungs- strom den Wert Null oder etwa diesen Wert erreicht punkt 119 und die Ausgangsklemme 244 geschaltet 35 hat, wird der Schalter 30 in seine Öffnungsposition B Während des Motorbetriebes ist der Unterbrecher 30 gemäß F i g. 1 gebracht Gewöhnlich sind die Leitungen geschlossen, um einen EndanschiüS der Feldwicklung an i0 and 14 im FsI! der Widerstandsbremsung vor. der die negative Leitung 14 anzulegen. Da der andere An- Versorgungsquelle abgeschaltet, während sie im Fall eischluß der Feldwicklung an die Ausgangsklemme 244 ner Nutzbremsung angeschaltet bleiben. Zunächst wird angeschlossen ist, fließt der Feldstrom von der positiven 40 der Fall der Widerstandsbremsung betrachtet NachLeitung 10 durch die Quelle 31, über die Ausgangsklem- dem die Vorrichtung 30 geöffnet ist, werden der Zerhakme 244, über die Feldwicklung 18 und über den Unter- ker 26 angeschaltet und die Feldsteuerung 33 so gesteubrecher 30 zur negativen Leitung 14. Die Größe des ert, daß die Klemme 244 im wesentlichen auf die Lei-Feldstroms entspricht der mittleren Spannungsdifferenz tung 14 geschaltet ist Es ist ersichtlich, daß dann ein zwischen der Klemme 244 und der Leitung 14 geteilt 45 Strom vom Filterkondensator 12 über die Leitung 10. durch den Widerstand der Feldwicklung 18. Somit fließt den Zerhacker 26, die Drossel 24, den Anker 16, die der Feldstrom während des Motorbetriebes in einer er- Feldwicklung 18 und in die Leitung 14 fließt Dieser stcn Richtung, und er hat eine durch die Feldsteuerung Strom kehrt den RestfluB in der Feldwicklung 18 um, 33 steuerbare Größe. wodurch die Polarität der Ankerklemmenspannung um·

Während des Bremsbetriebes ist der Unterbrecher 30 50 gekehrt wird Wenn die Ankerspannung die kombiniergeöffnet Da der erzeugte Ankerstrom durch die Diode ten Spannungsabfälle der Diode 116 und des Zerhackers 116 fließt (dieser Strom übersteigt beträchtlich den 26 übersteigt, fließt ein Strom im Pfad 116, im Zerhacker Feldstrom), ist die Spannung am Verbindungspunkt 119 26, in der Drossel 24 und im Anker 16. Der Stromfluß näherungsweise der Spannung an die Leitung 10 gleich. setzt sich von der Klemme 119 in die Feldwicklung 18 Die Spannung bei 119 unterscheidet sich von derjenigen 55 fort, wodurch ein weiteres Anwachsen des Stromes bean der Leitung 10 nur durch den Spannungsabfall an der gründet wird. Wenn der Ankerstrom in der Diode 116 Diode 116 in Durchlaßrichtung. Das Potential an der den Feldstrom übersteigt, fließt der Strom in der Feld-Verbindung 119 ist somit vom Potential an der Leitung wicklung 18 hauptsächlich vom Kondensator 12 über 14 auf das Potential an der Leitung 10 umgeschaltet die Leitung 10, »rückwärts« durch die Diode 116, wie Wenn das Potential an der Verbindung 244 als zwischen so zuvor durch die Feldwicklung 18 und zurück zur Leiden Potentialen an den Leitungen 10 und 14 liegend tung 14. Wegen des kleinen Gleichstromwiderstandes angenommen wird, ist das Potential an der Feldwick- im Anker-Zerhacker-Pfad wächst der Ankerstrom weilung 18 zu dem während des Motorbetriebes vorherr- ter als gewöhnlich erwünscht an. Der Zerhacker wird sehenden Zustand umgekehrt, und der Strom fließt in zum Abschalten veranlaßt und der Strom wird verminentgegengesetzter Richtung. Semit führt eir. Wechsel ss dert. Das EIN-AUS-Zeitverhältnis des Zerhackers unzwischen den Brems- und Motorbetriebsarten zu einer terliegt einer ständigen Einstellung, um den Ankerstrom Potentialumkehrung an der Feldwicklung und zu einer auf den erwünschten Wert zu regeln. Üblicherweise Umkehrung des Feldstromes. kann dieser erwünschte Strom eine Rampcnfunktion

annehmen, um Stöße an einem bremsenden Zugfahr-/fiiK y.ii begrenzen. Wenn iler Zerhacker iuisgesehiillcl ist, fließt der Ankerstrom in die Leitung 10, den Kondensator 12. die Leitung 14, das Glied 40, die Drossel 24 und in die Ankerwicklung 16. Durch diesen Vorgang erfolgt eine Energiespeicherung im Filterkondensator, der während der Feldstrom-Umkehrungsperiode teilweise entleer', wurde. Wenn die Spannung am Kondensator 12 einen vorbestimmten Wert erreicht, schaltet eine nicht beschriebene und nicht zur vorliegenden Beschreibung ι ο gehörige Steuervorrichtung die Vorrichtung 122 durch, um einen vom Kondensator 12 abweichenden Pfad für den Ankerstrom zu bilden. Bei der Schrittfolge des dynamischen bzw. Widerstandsbremse^ wird zuerst der Zerhacker 26 eingeschaltet, der in Abhängigkeit von dem ansteigenden Strom umschaltet Dann erfolgt ein Einschalten des Gliedes 122 in Abhängigkeit von einem anderen Steuerparameter, der beispielsweise die zwischen den Leitungen 10 und 14 erfaßte Spannung sein kana Der Kondensator 12 ist dann die wirkliche Stromquelle für die Feldwicklung 18, und die Energie wird gemäß der Beschreibung periodisch gespeichert Wenn angenommen wird, daß in einem numerischen Beispiel der Erregungsstrom 10 Ampere und der Ankerstrom 100 Ampere betragen, ist es ersichtlich, daß eine mittlerc Ankerstromkomponente von 10 Ampere in den Kondensator 12 und schließlich in die Feldwicklung 18 fließt, während eine mittlere Komponente von 90 Ampere in den Widerstand 120 fließt Steuermittel können das Tastenverhältnis der Glieder 26 und 122 einstellen, um zwischen den Leitungen 10 und 14 eine im wesentlichen konstante Spannung aufrecht zu erhalten.

Der Kreis verhält sich bei der Nutzbremsung in ähnlicher Weise wie oben beschrieben, jedoch mit dem Unterschied, daß der Filterkondensator nicht wie zuvor ein wichtiges Teil darstellt, da die Versorgungsquelle eine konstante Spannung zwischen den Leitungen 10 und 14 aufrecht cfhälL Da der Kondensator 12 nicht auf ein größeres Potential als dasjenige an der Leitung 10 aufgeladen werden kann, würde dor Thyristor 122 nicht durchgeschaltet werden. Es ergäbe sich dann nur der Zustand des eingeschalteten Zerhackers, wobei der Strom im Anker zu einem Anwachsen durch den beschriebenen Pfad (das Glied 116, den Zerhacker 26, die Drossel 24 und den Anker 16) veranlaßt würde, während der Strom bei abgeschaltetem bzw. unterbrochenem Zerhacker über das Glied 116 in die Leitung 10 und die Quelle (nicht dargestellt) durch die Leitung 14, das Glied 40, die Drossel 24 und den Anker 16 abnimmt Dieses Ansteigen und Abfallen des Ankerstroms stellt die mit Zerhackerkreisen verbundene Welligkeitskomponente dar. Das Ein-Aus-Verhältnis des Zerhackers wird gesteuert, um den mittleren Ankerstrom auf den erwünschten Wert einzustellen.

Es seien zwei unabhängige spezielle Vorteile hervorgehoben. Erstens wird die im Motorfeld gespeicherte magnetische Energie nicht in einem Lichtbogen beim Umschalten verbraucht, wie es bei Verwendung elektromechanischer Schalter zur Feldumkehr der Fall sein würde. Wenn der Schalter 30 geöffnet wird, während eo der Feldstrom in der ersten Richtung von der Klemme 244 in die Wicklung 18 fließt, dann klemmt die Diode 116 die induzierte Feldspannung auf die Spannung des Kondensators IZ

Zweitens wird das Feld in Bremsrichtung durch Verwenden der in F i g. i dargesteiHen Sieuerbsiterie verstärkt. Wenn die Spannung am Kondensator 12 aus irtrendeinem Grunde zusammenbricht, bevor der Fluß in der Feldwicklung 18 in geeigneter Weise für den Brcmsfnll aufgebaut wurde, kunit ein Schalter .101 geschlossen werden. Hierdurch kann ein Strom von der Batterie durch eine Blockierdiode 300 zum Verbindungspunkt 119, durch die Feldwicklung 18. durch das Steuerglied 31 und zurück über die Leitung 14 zur Steuerbatterie 302 fließen. Wenn der Selbstaufbau in normaler Weise fortschreitet, blockiert die Diode 300 schließlich den Rückstrom und hindert diesen daran, in die Batterie zu fließen, wenn die Spannung an der Leitung 10 die Batteriespannung übersteigt

Fig.2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform, bei der die in Verbindung mit F i g. 1 oben beschriebene Anordnung und parallel angeschlossene Sätze von zwei in Reihe geschalteten Motorankerkreisen benutzt werden. Ähnliche Komponenten sind daher mit gemeinsamen Hinweiszahlen belegt.

Die positive Klemme 2 ist über einen geeigneten Unterbrechungs- sowie Leitungsschalter 6 und Filterdrosseln 8, 8' mit der positiven Leitung 10 verbunden. Der Filterkondensator 12 ist an den Verbindungspunkt der Filter 8,8' und über einen Widerstand 256 an die negative Leitung 14 angeschlossen. Ein Filterkondensator 12' führt von der Verbindung zwischen der Spule 8' sowie der Leitung 10 zum Widerstand 256, dem ein Schalter 2S8 parailelgeschaltet ist. Unter normalen Bedingungen ist der Kontaktgeber geschlossen, um den Widerstand 256 zu überbrücken. Er wird jedoch geöffnet, wenn die Spannung am Kondensator 12' erheblich abfällt Dies kann durch einen nicht dargestellten und über den Filterkondensator geschalteten Spannungsfühler erfolgen. Hierdurch ergibt sich ein weicher Ladevorgang, das heißt es wird eine übermäßige Stromüberlastung des Filters während der Erregung vermieden. Ein solcher weich bzw. allmählich ladender Kreis kann selbstverständlich auch an einer anderen Position des Reihenkreises aus den Leitungsklemmen 2 sowie 4 und dem

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Der dem im US-Patent 35 15 970 offenbarten Typ ähnelnde Ankerzerhacker 26 ist zwischen die Leitung 10 und den Verbindungspunkt 118 geschaltet Der Zerhakker enthält eine Zerhackerhauptreaktanz 200 und einen gesteuerten Hauptgleichrichter 2OZ wobei diese Glieder in Reihe zwischen der Leitung 10 und dem Verbindungspunkt 118 liegen. Ein Kommutierungs- bzw. Umschaltkondensator 204 liegt parallel zur Kommutierungsreaktanz 206 und zum umschaltgesteuerten Gleichrichter 208, wobei diese Glieder 206,208 in Reihe geschaltet sind Die Reaktanzen 206 und 200 sind an die Leitung 10 angeschaltet, und die Kathode des Gleichrichters 208 ist über die in Reihe geschaltete KopplungsdioHe 210 an die Verbindung 118 angeschlossen. Die gesteuerten Gleichrichter 202 und 208 sind in Vorwärtsrichtung gepolt, und ihre Steueranschlüsse sind mit der »Ein«-KIemme 36 und der »Aus«-Klemme 38 verbunden. Eine Kommutierungsdiode 212 ist gegensinnig parallel zum Gleichrichter 208 geschaltet. Ein einen Widerstand 214 und eine Diode 216 aufweisendes Ladenetzwerk führt von der negativen Leitung 14 zum Verbindungspunkt der Dioden 210 sowie 21Z des Gleichrichters 206 und des Kondensators 204.

Zwischen den Verbindungspunkt 118 und die negative Leitung 14 sind vier Motoren in Reihen-Parallelschaltung angeschlossen. Ein erster Kreis weist in Reihe geschaltet eine Motordrossel 24, Bremswiderstände 23 sowie 25, die durch Kontakte 27 und 29 überbrückhar sind, einen ersten Motoranker 218, einen zweiten Motoranker 16 und einen Unterbrecherschalter 30 auf. Qn

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zweiter und zum ersten parallel geschalteter Motoren- Durchschaltzeiten der Glieder 236 und 238 modifiziert kerkreis enthalt in Reihe geschaltet eine Motordrossel werden. Das mitjere Potential an der Klemme 244 ent-24', Bremswiderstande 23' sowie 25', die durch Kontakte spricht dem Verhältnis der Durchschaltzeit des Gliedes 27' und 29* überbrückbar sind, einen dritten Motoranker 236 zur gesamten Leitungszeit der Glieder 236 sowie 218', einen vierten Motoranker 16' und einen Unterbre- s 238 pro Zyklus.

cherschalter 3C. Die Unterbrecherschalter 30 und 30" F i g. 3 zeigt eine alternative Ausführungsform, die

sind jeweils als einpolige und mechanisch gekoppelte von den in Verbindung mit F i g. 1 und 2 beschriebenen Ausschalter dargestellt, die somit eine einpolige Um- Beispielen dadurch abweicht, dafl der Ankerzerhacker schaltanordnung bilden können. Zwischen die Leitung an die Zuleitung 14 statt an die Zuleitung 10 angeschlos-14 und den Verbindungspunkt 118 ist eine Freilaufdiode ίο sen ist Der Unterbrecher 30 führt von der positiven 40 geschaltet Eine Diode 116 fahrt von der Verbindung Leitung 10 zur Verbindung zwischen dem Motoranker des Ankers 16 sowie des Schalters 30 zur Leitung 10, 218 und der Diode 116. Während des Motorbetriebes wahrend eine Diode 116' zwischen die Verbindung des ergibt sich ein Stromkreis über den Unterbrecher 30, die Ankers 16' sowie des Schillers 30' und die Leitung 10 in Reihe geschalteten Motoranker 218 und 16. die Mogeschaltet ist. Die Dioden 116 sowie 116' sind so gepolt, is tordrossel 24 und den Ankerzerhacker 26 zur Leitung daB sie den erzeugten Ankerstrom wahrend des Brems- 14.

betriebes leiten. Die oben beschriebene Anordnung aus Der den Widerstand 120 und den gesteuerten Gleich-

F i g. 2 ähnelt derjenigen, die in Verbindung mit der ge- richter 122 enthaltende Widerstandsbremskreis liegt nannten US-Patentanmeldung erläutert wurde. parallel zum Ankerzerhacker 26. Der Bremswiderstand

Ein dynamischer bzw. Widerstandsbremskreis, der ei- 20 23 ist mit der Freilaufdiode 40 zwischen der Klemme der nen gesteuerten Gleichrichter 122 und einen Bremswi- Motordrossel 24 sowie des Zerhackers 26 und der Leiderstand 120 enthält, liegt zwischen der Leitung und tung 10 in Reihe geschaltet In bekannter Weise liegt der dem Verbindungspunkt 118. Schalter oder Kontaktgeber 27 parallel zum Bremswi-

Die zwischen die Leitungen 10 und 14 geschaltete demand und ist bis auf bestimmte Perioden einer N utzsteuerbare Feldspannungsquelle 31 hat eine Ausgangs- 2s bremsung geschlossen. Die Diode 116 führt von der klemme 244. Die erste Motorfeldwicklung 220 und die Leitung 14 zum Verbindungspunkt 119 zwischen dem zweite Motorfeldwicklung 18 sind zwischen der Klem- Anker 218, dem Unterbrecher 30 und der Feldwicklung me 244 und dem Punkt 119 in Reihe geschaltet, der die 18. Während der Nutzbremsung besteht ein Leitungs-Verbindung zwischen dem Anker 16, dem Unterbrecher pfad über die Ankerwicklungen 218 bzw. 16, die Motor-30 und der Diode 116 darstellt In ähnlicher Weise sind so drossel 24, den Bremswiderstand 23, die Diode 40, die vierte und dritte Motorfeldwicklungen 18' und 22P zwi- Leitung 10, die äußere Gleichstromquelle (nicht dargeschen der Klemme 244 und dem Punkt 119* in Reihe stellt), die Leitung 14 und die Diode 116. Die FeWspangeschaltet der die Verbindung zwischen den Gliedern nungsquelle 31 kann von derselben Art sein, wie sie bei 16', 30" und 116' darstellt den Ausführungsformen aus F i g. 1 und 2 benutzt wird.

Die in der bevorzugten Ausführungsform benutzte 3s Die Feldwicklungen 220 und 18 sind zwischen die Aus-Feldspannungsquelle 31 stellt einen Gleichstromsteller gangsklemme 244 der Feldspannungsquelle 31 und den mit komplementärer Ansteuerung des in Abschnitt 7.4 Verbindungspunkt 119 in derselben zuvor beschriebedzr eben s~5hr.isr. Liieraiursidk von Bedford und nen Weise angeschaltet

Hoft erwähnten Art dar. Eine Reihenschaltung zwi-

sehen den Leitungen 10 und 14 enthält gesteuerte « Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Gleichrichter 236 sowie 238 und eine mittlere mit Mit-

telanzapfung versehene Induktivität 242. Die Anode des Gliedes 236 ist mit der Leitung 10 verbunden, während seine Kathode zu einer Endklemme der Spule 242 führt Die Anode des Gliedes 238 ist mit der anderen End- 45 klemme der Spule 242 verbunden, während seine Kathode zur Leitung 14 führt Zwischen der Leitung 10 und dem Verbindungspunkt 244 sind eine Rückkopplungsdiode 245 und ein kleiner Widerstand 248 in Reihe geschaltet In ähnlicher Weise liegen eine Rückkopplung- 50 diode 246 und ein Widerstand 250 in Reihe zwischen der Leitung 14 und dem Verbindungspunkt 244. Kommutierungskondensatoren 252 und 254 sind zwischen den Verbindungspunkt 244 und die entsprechenden Leitungen 10 sowie 14 geschaltet Die gegensinnig parallel zu ss den gesteuerten Gleichrichtern geschalteten Dioden sorgen «sch dem Kommutiercn für ein Zurückführen der in der Spule 242 gespeicherten Energie, die in den Widerstanden verbraucht wird. Die gesteuerten Gleichrichter 236 sowie 238 werden aufeinanderfolgend bei w vorbestimmter Frequenz mittels periodischer Zündimpulse vom Feldsteuerungskreis 33 aus Fig. 1 getastet wobei der Steueranschluß 256 des Ventils 236 und der Steoeranschluß 2SS des Ventils 238 erregt werden. Die beschriebene Anordnung sorgt für eine Selbstkommu- 65 !!»rang der gesteuern Ventile 236 scyje 23S und sosat für deren abwechselndes Durchschalten. Durcs Verändern des Zündzeitpunktes können die entsprechenden

Claims (5)

1 2 des Feldflusses. Patentansprüche: Das Antriebsmoment eines Gleichstrommotors ist proportional zum Produkt des Ankerstroms und der

1. Steuerschaltung für den Motor- und Bremsbe- Feldstarke. Während des Antriebes, d. h. im Motorbetrieb eines Gleichstromebenschlußmotors, 5 trieb, kann daher eine maximale Drehmomentsteuerung

durch separates Steuern der Anker- und Feldströme

1. mit einem gesteuerte Ventile aufweisenden An- von Gleichstrommotoren bewirkt werden. Bei geringen kerstromsteller zwischen der ersten Anker- Motordrehzahlen ist die Gejfen-EMK. sehr kiein, was zu klemme und dem ersten Pol der Gleichspan- einem großen Ankerstrom führt Er kann bei kleinen nungsquelle, io Drehzahlen durch Steuern der Ankerspannung auf an-

2. mit einem bei Fahrbetrieb geschlossenen und nehmbare Werte begrenzt werden, indem beispielsweibei Bremsbetrieb geöffneten Schalter zwischen se zwischen die Quelle und den Anker ein Stellwiderder zweiten Ankerklemme und dem zweiten Pol stand geschaltet wird. Für diesen Zweck werden geder Gleichspannungsquelle, wohnlich Zerhackerschaltkreise benutzt, wobei der Zer-

3. mit einer bezügüch der Versorgungsspannung 15 hacker periodisch geschaltet wird, so daß sein Arbeitsin Sperrichtung gepolten Diode zwischen der zyklus bzw. seine Einschaltdauer variabel und umgezweiten Ankerklemme und dem ersten Pol der kehrt proportional zu der effektiven Impedanz ist, die Gleichspannungsquelle, und mit dem Anker in Reihe geschaltet werden solL Bei

4. mit einem aus gesteuerten Ventilen bestehen- solchen Zerhackerschaltungen werden gewöhnlich auch den Εφ-egerstromsteller, 20 unilateral leitende Glieder, die als Freilaufdioden bezeichnet werden, parallel zum Ankerkreis geschähet,

dadurch gekennzeichnet, daß der erste beispielsweise zur Ankerwicklung und MotordrosseL

Anschluß der Erregerwicklung (18) mit der zweiten Sie sind so gepolt, daß sie den während der Ausschaltin-

Ankerklemme verbunden ist, und daß der Erreger- tervalle des Zerhackerschalters fließenden Strom leiten,

stromsteller (31) den zweiten Anschluß der Erreger- 25 Durch einen ausreichenden Feldstrom kann sogar bei

wicklung durch einen ersten Zweig mit dem ersten fremderregten Motoren ein genügenaas Anfahrmo-

PoI der Gleichspannungsquelle (10, 14) und durch ment erreicht werden. So ermöglicht die Steuerung der

einen zweiten Zweig mit dem zweiten Pol der Ankerspannung und des Feldstroms geeignete Drehmo-

Gleichspannungsquelle verbindet . mente über einem großen Drehzahlbereich.

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch ge- 30 Die Steuerung der elektrischen Bremsung kann in kennzeichnen daß die gesteuerten Ventile in den bei- ähnlicher Weise durch eine Anker- und Feldsteuerung den Zweigen des Eire;erstroirttellers (31) komple- erreicht werden. Während des elektrischen Bremsens mentär ansteuerbar sind. wird der Ankerstrom des als Generator arbeitenden

3. Steuerschaltung nach Ansr-ruch 1 oder 2, da- Motors zu einer Brems- bzw. Verbrauchslast geleitet, durch gekennzeichnet, daß eine Rückspeisediode 35 die im Fall einer dynamischen Bremsung welche geveni zweiten Po! der Stromversorgung zur ersten wohnlich a!s »Widerstandsbremsung« bezeichnet wird, Ankerklemme (118) führt eine Widerstandslast ist Im FaU einer Nutzbremsung

4. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch ge- stellt die Last die Energiequelle des Motors dar. In.Zerkennzeichnet, daß ein Kondensator (12, 12⁷) zwi- hackerschaltungen kann das siektrvxhe Bremsen daschen den ersten und zweiten Pol der Gleichstrom- 40 durch erreicht werden, daß der Motorankerkreis im Nequelle (10,14) geschaltet ist benschluß zur Verbrauchslast, beispielsweise zum

5. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch ge Bremswiderstand oder der Gleichstromquelle, geschalkennzeichnet, daß zum Verstärken des im Bremsbe· tet wird. Der Zerhackerschalter ist gewöhnlich parallel trieb durch die Feldwicklungen fließenden Stroms zum Ankerkreis geschaltet, so daß eine Veränderung eine Spannungsquelle (302) ein Stromventil (300) 45 seines Einschaltzustands den Ankerstrom über einem und ein Schalter (301) in Reihenschaltung zwischen Drehzahlbereich und den sich ergebenden Bereich der die zweite Ankerklemme und den zweiten Pol der Ankerspannung steuert Gleichspannungsquelle geschaltet sind. Antriebssysteme der genannten Art müssen einfach

zwischen dem Motor- und Bremsbetrieb umschaltbar 50 sein. Dies erfordert einen Wechsel des Betriebszustands,

wie eine Umkehrung des Feld- oder Ankeranschlusses.

Des wird beispielsweise durch entsprechendes Um-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerschaltung schalten der Ankerklemmen erreicht, um die Ankerpofür den Motor- und Bremsbetrieb eines Gleichstrom- larität in bezug auf die Feldpolarität umzukehren. Es Nebenschlußmotors gemäß dem Oberbegriff des Pa- 55 treten jedoch übermäßige Ströme auf, wenn die Schalttentanspruchs 1. Eine derartige Steuerschaltung ist in zeit nicht genau gesteuert wird und beispielsweise vorder DE-Z ETZ-A₁ Band 94 (1973), Heft 11, Seiten 646 bis zeitig erfolgt wenn noch Motorstrom fließt Alternativ beschrieben. kann das Feld umgekehrt werden. Dieses Umschalten

Elektrische Antriebssysteme für große Trägheitsla- muß so erfolgen, daß ein geeigneter Feldstrom zum sten, wie Zugfahrzeuge, müssen zum Antreiben und 60 Überwinden des remanenten Motorflusses aufgebaut elektrischen Bremsen der Last (gewöhnlich als »elektri- wird. Ganz allgemein treten beim Umschalten der geschc Bremse« bezeichnet) für vorbestimmte Drehmo- wohnlich verwendeten selbsterregten Gleichstrom-Reimcnt, Drehzahlverhältnisse und andere ausgewählte Pa- henschlußmaschinen von Motor- auf Generator- oder rameter ausgelegt sein. Gleichstrommotoren mit An- Bremsbetrieb transiente oder flüchtige Spannungsstöße ker- und Feldwicklungen werden gewöhnlich durch 65 auf, die aus der Änderung der induktiven Ankerströme Verändern ihrer Anker- und Feldflüsse gesteuert Bei- resultieren und Verzögerungen beim Durchführen der spielsweise beschreibt das US-Patent 35 15 970 eine An- Betriebsumschaltung zur Folge haben. Ordnung zum wahlweisen Steuern des Ankerstroms und Die eingangs genannte Druckschrift DE-Z ETZ-A,