DE1463772A1 - Einrichtung zur Drehzahlsteuerung eines Gleichstrommotors - Google Patents

Description

Einrichtung zur Drehzahleteuerung eines Gleichstrommotors

(Se wird die Priorität der US-Anmeldung Serial No. 341 594 vom 31.1.1964 beansprucht).

Die vorliegende Erfindung bezieht eich auf einen drehzahlgesteuerten elektrischen Gleichstromantrieb. Derartige Antriebe weisen den Nachteil auf, daß die Drehzahl nicht lastunabhängig ist, in der Weise, daß die bei Leerlauf bzw. bei geringer Last eingestellte Drehzahl bei zunehmender Belastung abfällt. Besonders erschwerend fällt dieser Umstand ins Gewicht bei kleinen Leerlaufdrehzahlen.

- 1 -909827/0331

Neue

BAD ORIGINAL

. - PLA 64/8260

I H63772

Aufgabe der Erfindung i.st es, die Lastabhängigkeit der Drehzahl bei Gleichstrommotoren zu vermindern. Ihr Kennzeichen besteht darin, daß die Motorankerwicklung in Reihe mit einem Stromtor an einer periodisch veränderlichen Speisespannung liegt und die Steuerspannung für das Stromtor von einem durch die Stromtorspannung beaufschlagten,phasendrehenden Netzwerk veränderbarer Impedanz abgeleitet ist. Wesentlich bei dieser Einrichtung ist, daß durch die Wirkung der Gegen-EMK des Motors ein zusätzlicher, auf den Zündwinkel des Stromtores Einfluß nehmender Regeleffekt auftritt.

Als Speisespannung kann eine an sich weitgehend beliebig periodisch veränderliche Spannung dienen, also z.B. eine Wechselspannung oder eine pulsierende Gleichspannung. Einen besonders großen Drehzahlsteuerbereich erhält man gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung mit einer gleichgerichteten Vollwellenspannung, welche beispielsweise mit einer Graetz-Brückenschaltung gewonnen werden kann. Es kann auch hierzu eine Mittelpunktschaltung Verwendung finden.

Die Erfindung samt ihren weiteren Ausgestaltungen soll im Folgenden an Hand der Figuren näher erläutert werden.'Es ist dargestellt

in Fig. 1 ein Schaltbild» welches die Anwendung der Erfindung bei • einem Gleichstromnebenschlußmotor zeigt und in Fig. 2 ej.n Teilschaltbild, welches zeigt, wie die Erfindung bei .einem Reihenschlußmotor Anwendung finden kann.

Ih Fig. 1 ist mit 10 ein Motor bezeichnet, welcher von der Ausgangsspannung eines Brückengleiehrichtera 12 gespeist wird, wobei mit H und 16 dessen Eingangsklemmen und mit 17 und 18 dessen Gleichstrom-

₂ BADORIGiNAL

909827/0*331

„ _/v.. xia/ito

PLA 64/8260

3 H63772

ausgangsklemmen bezeichnet sind. Die Eingangsklemmen 14 und 16 sind mit einer geeigneten W.echaelSpannungsquelle 19 über einen in geschlossener Stellung gezeichneten Schalter 20 verbunden. Parallel zur WechselSpannungsquelle 19 liegt ein aus dem Widerstand R und der Kapazität C bestehender Strompfad 21 zur Unterdrückung von etwa auftretenden Überspannungen. Die Gleichriehteranordnung 12 erzeugt bekanntlich an ihren Ausgangsklemmen 17 und 18 eine periodische Folge unipolarer sinusförmiger Halbwellen, wobei wesentlich ist, daß jede Halbwelle mit einem Minimalwert beginnt und endet und eine dazwischen liegende Kuppe aufweist. '.

Zwischen den Ausgangsklemmen 17 und 18 der Gleichriehteranordnung liegt die aus dem Stromtor 26 und den Motorkreis 28A bestehende Reihenschaltung 24'. 'im Beispiel der Fig. 1 besteht der Motorkreis 28A aus der Ankerwicklung A. eines Gleichstromnebenschlußmotors'M₁, dessen Felderregerwicklung F₁ an die Ausgangsklemmen 17 und 18 des Gleichrichters 12 je nach Stellung des Überbrückungskontaktes 32 entweder direkt oder über einen Widerstand 30 angeschlossen ist. Indem so ein zusätzlicher Widerstand in den Feldkreis eingeführt werden tenn, läßt sich der mögliche Drehzahlregelbereich-in bekannter Weise erhöhen.

Die Anode des Stromtores 26 ist mit 34, die Kathode mit 36 und die Steuerelektrode mit 38 bezeichnet. Unter der Voraussetzung einer positiven Anodenspannung wird das Stromtor 26 nach Anlegen eines nach Größe und Polarität geeigneten Steuersignals an die Steuerelektrode hochleitend, wobei dieser Zustand so lange andauert, bis der Laststioin durch das Stromtor einen bestimmten Mindestwert, den sogenannten Halteatro'm, unterschreitet. Das so charakterisierte

BAD

. H63772

Stromtor kann an sich von beliebiger Art sein, inabesondere kann es in einem gesteuerten Halbleitergleichrichter, z.B. in einem gesteuerte. ■Siliziumgleichrichter, bestehen.

Die Anoden-Kathodenstrecke des Stromtores 26 ist zwischen der Aungangsklemme 17 des Gleichrichters 12 und einem Punkt 40 angeschlos*- sen und liegt in Reihe mit der Motorwicklung A^. Die Ausgangs spannung des Gleichrichters 12 besteht in einer periodischen Folge von unmittelbar aufeinanderfolgenden unipolaren Halbwellen in Durchlaßrichtung des Gleichrichters 26, wobei jeweils zwei unipolare Halbwellen der Gleichrichterausgangsspannung für jede Periode der Wechselspannung 19 entstehen. Die Drehzahl des Motors M₁ wird durch die Zeitdauer, in welcher während der einzelnen Halbwelleri der gesteuerte Gleichrichter leitend ist, festgelegt._> Dies erfolgt durch entsprechende Einstellung des Zündwinkels, der durch Amplitude und Phase des art der Steuerelektrode 38 wirksamen Steuersignals bestimmt ist. Die Steuersignale werden von einem Steuerkreis 42 in Form eines von der Spannung des Gleichrichters 26 gespeisten RC-Netzwerkes bereitgestellt und können durch Einstellmittel bezüglich Amplitude verändert werden.

Der Steuerkreis 42 besteht aus mehreren in Kaskade hintereinandergeschalteten RC-Gliedern. 'Der erste RC-Kreis liegt der Anoden<Kathodenstrecke des Stromtores 26 parallel; der Ausgang des letzten EC-Kreises ist an die Steuerstrecke des Stromtoree 26 angeschlossen. Ia einzelnen enthält der Steuerkreis 42 einen Spannungsteiler 44, beispielsweise ein Potentiometer, das an die Ausgangsklemme 17 des . Gleichrichters 12 und an den Punkt 40 über die Leitung 48 angeschlossen ist. Das auf diese Weise den lastelektroden des Stromtores 26 ' parallel geschaltete Potentiometer 44 besitzt einen Gleitkontakt 50V

909827/0331

BAD ORIGiNAL " ⁴ ~ Ha/K*

PLA 64/8260

5* "H63772

der über die Widerstände 52, 54 sowie die Diode 56 mit der Steuerelektrode 38 dea Stromtorea 26 in Verbindung steht. Die Impedanzen 44, 52 und 54 sind im dargestellten Beispiel als ohmsehe Widerstände wiedergegeben. Ein Energiespeicher, beispeilsweise eine Kapazität verbinde^ die Leitung 48 mit dem Punkt 59 zwischen dem Gleitkontakt 50 und dem Widerstand 5^2, Ein zweiter Energiespeicher in Form des Kondensators 60 ist zwischen der Leitung 48 und dem Punkt 62 zwioohen den Widerständen 52 und 54 geschaltet.

Potentiometer 44 und Kondensator 58 bilden einen ersten RC-Tiefpaß RC₁, dessen Eingang zwischen den Leitungen 46 und 48 liegt, und dessen Ausgang der Punkt 59 und die Leitung 48 an den beiden Belägen des Kondensators 58 bildet. Der Widerstand 52 und der Kondensator 60 bilden einen zweiten Tiefpaß RC₉, dessen Ausgang die Leitung 48 und der Punkt 62 ist. Eingangseeitig ist dieser Tiefpaß mit den Belägen des Kondensators 58 des Tiefpasses RC₁ verbunden. Der Ausgang des Tiefpasses RCp ist mit der Steuerelektrode des Stromtores 26 durch den Widerstand 54 und die Diode 56 verbunden/ welche die Aufgabe hat, die Sperrschicht des Stromtores 26 gegen schädliche Rückströme zu schützen. · .

Der Kondensator 58 liegt in Reihe-mit dem Teil des Widerstandes 44, der sich zwischen dem Abgriff 50 und der Leitung 46 befindet, so daß daduroh ein als Tiefpaßfilter wirkendes Reihen-RC-Glied erhalten wird. Bin Ventil 64 ist dea Stromkreis 28A als sogenannte Freilaufanode parallelgeaohaltet, um einen Entladungsweg für die in der Ankerwicklung gespeicherte Energie während der Zeit bereitzustellen, in der das Stromtor 26 durch das fehlen eines Zündimpulses gesperrt ist. Daduroh kann am Bude jeder Halbperiode der Laststrom unterhalb des '

„Haltestromwertes sinken und das Stromtor 26 stromlos werden. ' ..

909827/0331 .

"" ⁵'" · *-■■ Ha/Kö '

U63772

Amplitude und Phase des vom Steuerkreis 42 gelieferten Steuersignals werden nun verändert durch Auf- bzw. Abwärtsbewegungen des Potentiometerabgriffes 50, dessen Stellung das Verhältnis von ohmschem Widerstand zu Blindwiderstand des Netzwerkes RCj bestimmt. Sowohl Amplitude als auch Phasennächeilung der Ausgangsspannung des Netzwerkes RC. zwischen Punkt 59 und Leitung 48 hängen daher von der Stellung des Abgriffes 50 ab. Durch das RC-Glied des Kreises RC₂ erfolgt eine nochmalige Spannungsteilung und Phasenverzögerung.

Der Zündwinkel, d.h. der Winkel, bei welchem die Stromführung des ' Stromtores 26 eingeleitet wird, ist sowohl von der Phase als auch von der Amplitude des an die Steuerelektrode 38 angelegten Signals abhängig. Mit R₁ sei der Teil des Potentiometers .44 bezeichnet, der zwischen Leitung 46 und dem Abgriff 50 liegt. Ist R₁ sehr hoch gewählt, so wird«das Stromtor 26 infolge zu geringer Amplitude seiner Steuerspannung nicht gezündet und die ganze Spannung des Gleichrichters -12 fällt zwischen der Klemme 17 und dem Punkt 40 ab. Unter diesen Umständen bleibt der Motor ausgeschaltet, d.h. im Ruhezustand.

Wenn der Potentiometerabgriff 50 nun so lange zur Verminderung des Widerstandes R₁ aufwärts bewegt wird, bis das Stromtor 26 .gerade beim Maximum der Halbwellenspeisespannung des Gleichrichters 12 gezündet wird, ist unter Umständen mehr als eine Halbwelle der Speisespannung erforderlich, damit die Kondensatoren sich zur nächsten Zündung'wieder genügend aufgeladen haben. Es wird dann eventuell eine Zündung nur in jeder zweiten Halbwelle erfolgen können, wobei der zugehörige Zündwinkel zwischen 120 und 180° elektrisch betragen würde.

Wird dtr Potentiometerabgriff 50 weiter nach oben bewegt, so.daß der Widerstand R₁ noch mehr vermindert wird, dann wird das Stromtor 26

909827/0331

⁶ " Ha/Kö

• ■ PLA 64/8260

schließlich in jeder Halbwelle der Speinespannung gesundet. Die Wider3tandsverminderung bewirkt eine Vorverlegung der? Zündzeitpunktes bzw. Verkleinerung des Zündwinkels. Daraus resultiert eine Vergrößerung des Laststromes und damit der Motordrehzahl. Durch eine genügende Verminderung*von R₁ kann der Zündwinkel so weit verkleinert werden, daß eine Stromführung durch das Stromtor 26 praktisch während der ganzen Periode jeder Halbwelle der Speisespannung erfolgt und der Motor mit seiner größtmöglichen Drehzahl läuft. Bei diesem Betriebszustand· liegt dann die volle Speisespannung an der Last.

Wenn die Stromführung des Stromtores 26 einmal eingeleitet ist, wird die Motordrehzahl mitbestimmt durch den'Rückführungseinfluß der Anker-öegen-EMK. Diese Spannung liegt in-Reihe mit dem Stromtor 26 und wird bei kleinerer Belastung größer sein als bei größerer Belastung. Wenn eine schwere Last einen entsprechenden Abfall der , Motordrehzahl gegenüber ihrem Leerlaufwert bewirkt, nimmt die induzierte Gegen-EMK ab und erhöht damit die verbleibende Spannung zwischen den Leitungen 46 und 48. Dieses vergrößert die Amplitude und vermindert den Phasenwinkel de3 Steuersignals, verkleinert also den Zündwinkel, wodurch eine Zunahme der Motordrehzahl erreicht wird. Der dadurch zusätzlich dem Motor geliefert.e Strom stellt da,s erforderliche Drehmoment zur Verfügung, um den durch die Last bedingten Drehzahlabfall weitgehend auszugleichen. Umgekehrt wird eine schwächere Belastung· eine Zunahme de^r.Motordrehzahl*und damit eine Vergrößerung der Gegen-EMK bewirkt. Als Folge hiervon nimmt die Spannung zwischen den Leitungen 46 und 48 ab, vermindert so die Amplitude und vergrößert die Phasenniacheilung des Steuersignals für die Steuerstrecke des Stromtores 26. Die daraus resultierende Zündwinkelvergrößerung vermindert die dem am Knoter zugeführte Spannung.,, bis die j durch Laatyei^inderung. ^ewlpkta
geglichen ist; 909827/0331

~* T ■· „ «,.„

Ha/ Lo

PLA 6478260

· H637.72

In Pig. 2 ist die Anwendung der Erfindung bei einem Reihenschlu.?- . motor dargestellt. Wi-e ein Vergleich mit Fig. 1 zeigt, ist der Motorkrei3 28A durch den Motorkreis 28B ernetzt worden. Dieser besteht aus einem Reihenschlußmotor Mp mit einer Feldwicklung Fp und einer Ankerwicklung Ap» welche in Reihe miteinander geschältet sind. Wenn die Anordnung entsprechend Fig^. 1 in Verbindung mit dem Motorkreis 28B anstelle von dem Motorkreis 28A verwendet wird, kann auf den in Fig. 1 dargestellten Erregerkreis, bestehend aus der Feldwicklung F.j dem. Widerstand 30 und dem Schalter 32, verzichtet werden, es sei denn, ein Nebenschluß.feld wäre Zur Erzielung eines Compoundi'erungseffekte3 erwünscht.

Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß insbesondere bei geringen Motordrehzahlen durch die ankerspannungsabhängige Zündzeitpunktbeeinflussung ein wesentlich größeres Motormoment bereitgestellt werden kann als mit den herkömmlichen Drehzahlsteuereinrichtungen. Dadurch wird für jede Art von Gleichstrommotoren, seien es nun Gleichstromnebenschluß- oder Gleichstromreihenschlußmotoren, ein großer Drehzahlsteuerbereich erzielt.

4 Patentansprüche ' · . -

2 Figuren ', '

- 8 - BADORIGiNAL

90982*7/03^1

Claims (2)

1. Patentansprüche

   /1J Einrichtung zur Brehssahl st eue rung eines Gleichstrommotors, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerwicklung in Reihe mit einem Stromtor an einer periodisch veränderlichen Speisespannung liegt" und" die Steuerspannung für das Stromtor von einem durch die Strom-'" torspanhung beaufschlagten phasendrehenden Netzwerk veränderbarer Impedanz abgeleitet ist*
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisespahnung die Ausgangsspannung einer Graetz-Brückenschaltung ist. ■■-·-.■ '

   3· Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch ein Netzwerk aus einem oder mehreren hintereinander angeordneten Tiefpaö-RC-Gliedern. .

   4, Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Lastatroepfad des Gleichstrommotors eine Freilaufanode in Porm eines ungesteuerten Ventils parallelgeschaltet ist.

   909^827/0331

   v. 4.

   Leerseite