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Einrichtung zur Drehzahlsteuerung eines über mit Hilfe einer Zählringschaltung
gesteuerte Ventile gespeisten Drehstrommotors Die Erfindung betrifft eine Einrichtung
zur Drehzahlsteuerung eines über mit Hilfe einer Zählringschaltung gesteuerte Ventile
gespeisten Drehstrommotors.
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Es sind zwar schon photoelektrische Impulsgeber mit Lichtblenden für
Steuerzwecke vorgeschlagen worden. Auch Zählringschaltungen sind an sich bekannt.
Ihre Ausführung, Anordnung und Anwendung erfolgte jedoch bisher so, daß sie nicht
ohne weiteres für den der Anmeldung zugrunde liegenden Zweck verwendbar waren, zumal
sie umständliche zusätzliche mechanische Schaltkontakt-Einrichtungen erforderten,
die häufig Anlaß zu Störungen oder ungenauem Arbeiten gaben.
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Zweck der Erfindung ist die Beseitigung dieser Nachteile und die Schaffung
einer vollelektrischen Drehzahlsteuerung ohne irgendwelche mechanischen Schaltkontakte.
Erreicht wird dies dadurch, daß bei einer Einrichtung zur Drehzahlsteuerung der
vorerwähnten Art erfindungsgemäß die Zählringschaltung von den Impulsen einer Photozelle
gesteuert wird, auf die durch eine mit Löchern versehene Blende in Abhängigkeit
von deren Geschwindigkeit und dem gegenseitigen Abstand der Löcher intermittierend
Lichtblitze einer Glühlampe treffen. Dabei sind die Abstände der Löcher zur Erzielung
einer periodisch ungleichförmigen Winkelgeschwindigkeit des Motors voneinander ungleichförmig
entfernt angeordnet.
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Als Blende kann eine mit konstanter Winkelgeschwindigkeit rotierende
Lochscheibe oder ein mit konstanter Geschwindigkeit bewegtes, perforiertes Band
verwendet werden.
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Es ist bemerkenswert, daß kein mechanisches Verbindungsglied zwischen
der angetriebenen Welle und der treibenden Welle vorgesehen ist, so daß die Erfindung
in Zusammenhang mit empfindlichen Antriebsmechanismen verwendet werden kann, die
selbst keine wesentliche Arbeit verrichten können.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung
eines in der schematischen Zeichnung als Schaltbild dargestellten Ausführungsbeispiels.
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Die beschriebene Ausführungsform gemäß der Erfindung ist insbesondere
so gebaut, daß eine mit gleichbleibender Drehzahl umlaufende Scheibe eine angetriebene
Welle veranlaßt, sich aus dem Stillstand zu beschleunigen, bis eine gleichbleibende
Winkelgeschwindigkeit erreicht ist, diese gleichbleibende Winkelgeschwindigkeit
während einer gewissen Zeitspanne beizubehalten und sich dann wieder, zwangläufig
gesteuert, zu verlangsamen, bis endlich innerhalb einer festgesetzten Zeitspanne
der Stillstand erreicht ist, wobei der gesamte Bewegungszyklus der angetriebenen
Welle genau mit der die Scheibe tragenden Antriebswelle abgestimmt ist.
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In der Zeichnung trägt eine nicht gezeigte Antriebswelle, die mit
einer gleichbleibenden Drehzahl umläuft, eine Scheibe mit einer Serie von Löchern
131,
die auf einer konzentrisch zur Drehachse der Scheibe liegenden Linie
mit Abständen voneinander angeordnet sind. Bei der dargestellten Ausführungsform
sind zweiunddreißig Löcher vorgesehen, von denen sechsundzwanzig in einem gleich
großen winkelmäßigen Abstand voneinander angeordnet sind, und drei an jedem Ende
der im gleichen Abstand voneinander liegenden Gruppe einen ungleichmäßigen Abstand
haben. Zwischen dem ersten und dem letzten Loch der Serie ist eine Lücke vorgesehen.
Mit der Scheibe wirkt eine Lichtquelle 31 a und eine photoelektrische Zelle
31 zusammen. Es ist klar, daß beim Umlaufen der Scheibe mit einer gleichmäßigen
Drehzahl von der photoelektrischen Zelle 31 drei Impulse erzeugt werden,
die in geringer werdenden Zeitabständen auftreten, gefolgt von sechsundzwanzig Impulsen
in gleichen Zeitabständen, worauf drei Impulse in größeren Abständen folgen und
darauf eine Ruhepause eintritt.
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Die photoelektrische Zelle 31 steht über eine Relaisröhre
34 mit den Eingangsklemmen einer Kaltkathoden-Zählröhre 35, die zwölf Kathoden
35a bis 351 besitzt, in Verbindung. Diese Kathoden sind mit Steuergittern von zwölf
zugehörigen Thyratrons 36 a bis 361 mit Hilfe von Potentiometern 37 verbunden.
Ein
Ende eines jeden Potentiometers ist mit der zugehörigen Kathode der Zählröhre 35
verbunden, während die anderen Enden mit einem gemeinsamen Punkt negativer Vorspannungen
verbunden sind. Die Anzapfung für die Verbindung mit dem Steuergitter des zugehörigen
Thyratrons ist so gewählt, daß das Thyratron nicht übermäßig belastet ist.
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Als Zählröhre 35 wird eine bekannte Zählröhre verwendet, wie
sie in den letzten Jahren zum Zwecke des Zählens aufeinanderfolgender Impulse entwickelt
wurde. Um die Anwendung dieser Röhre bei der Erfindung klar zu erläutern, ist darauf
hinzuweisen, daß bei Einwirkung elektrischen Stromes auf eine solche Röhre eine
Glimmentladung zwischen der Anode und nur einer Kathode entsteht, und bei einem
weiteren Impuls diese Glimmentladung sich selbst von der ersten Kathode auf die
nächste benachbarte Kathode in einer vorgeschriebenen Richtung überträgt.
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Weiterhin setzt sich die Glimmentladung bei nachfolgenden Impulsen
weiter in einer Richtung fort. Bei der vorstehenden Art der Anwendung dieser Zählröhre
wird beispielsweise eine Folge von mindestens zwölf Impulsen auf die Zählröhre 35
gegeben, um die richtige Reihenfolge der Arbeitsvorgänge zu bewirken, bevor die
Kraftzufuhr zu dem nachstehend beschriebenen Motor eingeschaltet wird. Danach verursacht
jeder nachfolgende Impuls auf die Zählröhre, daß der Motor eine Teildrehung ausführt,
wie nachstehend erklärt wird.
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Die Anode eines jeden Thyratrons, die von einer Gleichspannung gespeist
wird, ist über einen Kondensator 39 mit der Anode eines anderen Thyratrons
des Satzes verbunden. So sind die Anoden folgender Thyratrons miteinander verbunden:
36a mit 36g, 36b
mit 36 h, 36 c mit 36i, 36 d mit 36
j, 36 e mit 36 k,
361 mit 361, und die zusammengehörigen Paare
arbeiten als gegenseitige Löschventile. Die Thyratrons 36a, 36
b, 36 e, 36 f, 36 i und 36 j haben in Kathodenzuleitungen die
Arbeitsspulen der schnell schaltenden Relais 40, die im Nebenschluß zu Kondensatoren
40 a liegen. Die restlichen Kathoden sind direkt mit der Hochspannungs-Minusseite
verbunden.
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Jedes der Relais 40 hat einen einzigen beweglichen Kontakt
50, der nur eine von zwei Stellungen einnehmen kann, und zwar mit einem Widerstand
41 verbunden ist, wenn das Relais 40 unter Strom gesetzt ist, oder
mit einem Widerstand 42 verbunden ist, wenn das Relais 40 stromlos
ist. Die Widerstände 41 sind alle mit der positiven Motorstromzuleitung verbunden
und die Widerstände 42 mit der negativen Motorstromzuleitung. Die beweglichen
Kontakte 50, die zu jedem Paar des Thyratrons 36 a und 36 b, 36 e
und 361, 36i und 36i gehören, sind miteinander verbunden, und jedes
Paar ist mit einer der drei Spulen 43 a, 43 c und 43 i eines Drehstrommotors
43 verbunden.
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Der Drehstrommotor 43 ist einer der bekannten Reluktanzmotoren,
der drei in Sternschaltung verbundenen Statorwicklungen und einen Rotor mit Polansätzen
wie bei einem Synchronmotor besitzt, der je nach Verteilung der Statorströme eine
besondere Winkellage gegenüber diesen Statorströmen einnimmt. Wenn die Verteilung
der Statorströme verändert wird, nimmt der Rotor eine neue Winkellage ein, die der
neuen Verteilung entspricht. Durch Zuführen von Spannungen zu der Statorwicklung
in einer Serie von z. B. zwölf Impulsen kann der Rotor veranlaßt werden,
in einer entsprechenden Serie von zwölf Impulsen eine Umdrehung auszuführen. Ein
solcher Reluktanzmotor ist für Synchron-Übertragungssysteme wohl bekannt, wo er
im Zusammenhang mit einem Geber verwendet wird, der einen umlaufenden Bauteil hat
und in der Lage ist, die notwendigen Spannungen den Statorwicklungen zuzuführen,
um den Motor zu veranlassen, sich im wesentlichen synchron mit dem umlaufenden Teil
des Gebers zu bewegen.
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Um in einem solchen System irgendeine besondere Art von Bewegung bei
dem Motor oder dem Empfänger hervorzurufen, ist es notwendig, die erforderliche
Bewegungsart in dem sich drehenden Teil des Gebers zu verursachen. Im Gegensatz
dazu ist dies bei der vorliegenden Erfindung nicht notwendig, denn sie beruht auf
der Verwendung einer elektronischen Impulsquelle (die nicht von einem umlaufenden
oder sich nicht gleichmäßig bewegenden Teil abhängen muß), um eine ungleichmäßige
Bewegung in dem Motor hervorzurufen.
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Jede Statorspule des Motors 43, die in bereits beschriebener
Weise mit je zwei Relais so zusammenwirkt, ist leitend mit der positiven Speiseleitung
verbunden oder ausgeschaltet oder mit der negativen Speiseleitung verbunden, je
nachdem ob beide oder nur eine oder keine der dazugehörigen Gitter gesteuerten Gasentladungsröhren
36 leitet. Jede dieser Gasentlad'ungsröhren zündet in Hintereinanderfolge
und wird nach sechs Stufen gelöscht, wenn die dazugehörige Gasentladungsröhre anspricht,
während sie beim Ansprechen die Löschung der damit zusammenhängenden Gasentladungsröhre
bewirkt.
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Auf diese Weise ist jede Statorspule des Motors 43 mit der positiven
Speiseleitung während fünf Schritten verbunden, erhält dann bei einem Schritt keinen
Strom zugeführt, ist anschließend mit der negativen Speiseleitung während fünf Schritten
verbunden, erhält dann während eines Schrittes wieder keinen Strom zugeführt
und danach wiederholt sich der Zyklus wie vorstehend beschrieben. Der Zyklus von
Stufen, der mit der ersten Statorspule 43 a zusammenhängt, wird in der zweiten
Statorspule 43 b vier Stufen später, und in der dritten Statorspule
43 i acht Stufen später wiederholt. So bewegt sich der Drehstrommotor
43 im wesentlichen in der gleichen Weise, als ob er in der wohlbekannten
Art und Weise mit Hilfe eines Gebers gesteuert worden wäre, wie er oben beschrieben
ist. Er wird veranlaßt, sich im wesentlichen in übereinstimmung mit den gegebenen
Impulsen zu bewegen, d. h. entsprechend der Vorbeibewegung der Löcher
131 der Scheibe an der photoelektrischen Zelle 31.
In den Zeichnungen
sind die Relaiskontakte für den Schritt 1 eingestellt.
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Wird die Glimmfolge in der Zählröhre 35 in umgekehrter Richtung
bewirkt, so kann die Drehrichtung des Motors umgekehrt werden. Dies kann mit Hilfe
einer bekannten Steueranordnung bewirkt werden, so daß die Umkehrung der Drehrichtung
des Motors 43
durch einfaches Schalten bewirkt werden kann.
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In einer solchen Steueranordnung sind zwei Relaisröhren
34 mit der Zählröhre 35 gekoppelt, die eine Doppelimpulsröhre mit erster
und zweiter Führung ist. Der Ausgang der ersten Führung der Relaisröhre ist über
Kreuz mit dem zweiten Führungsausgang der anderen durch zwei Gleichrichter verbunden,
die entgegengesetzt gepolt sind, wobei die Führung zur Verbindungsstelle der Gleichrichter
geführt ist. Die andere Führung ist mit zwei weiteren Gleichrichtern verbunden,
die in gleicher Art und Weise mit den Führungsspeisepunkten
verbunden
sind. Auf diese Weise hängt die Richtung der Glimmbewegung in einfacher Weise davon
ab, welche von den beiden Eingangsrelaisröhren 34 gewählt wird, wobei die
genannte Auswahl durch einfaches Schalten von Hand in vorstehend erwähnter Weise
erfolgt.
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Dabei ist jedoch die Bewegungsrichtung des Motors 43 nicht
von der Drehrichtung der Scheibe abhängig.