DE1588947A1

DE1588947A1 - Anordnung zur Drehzahlregelung eines Motors

Info

Publication number: DE1588947A1
Application number: DE19671588947
Authority: DE
Inventors: Schlabach Leland A
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1966-07-13
Filing date: 1967-07-12
Publication date: 1970-09-03
Also published as: JPS4517508B1; US3441823A

Description

WESTINGHOUSE Erlangen, 10. 7. 1967

ELECTRIC CORPORATION Werner-von-Siemens-Str.

Pittsburgh, Pa., USA

PLA 67/8233

Anordnung zur Drehzahlregelung eines Motors

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Drehzahlregelung eines Motors mit Hilfe eines z. B. mit Thyristoren arbeitenden Stellgliedes, das mit einer von der Regelabweichung abhängigen Stellgröße gesteuert wird.

Bei bekannten Anordnungen dieser Art ist die Stellgröße von der

tr

Abweichung der Regelgröße, nämlich der Drehsahl, von einem konstanten Sollwert abhängig. Hierzu ist eine der Regelgröße, nämlich der

- ¹ - 009838/0253 Hab/Hai

- WE-Case 38.118

Drehzahl, proportionale Größe erforderlich, die in der Regel mit Hilfe eines Tachometer-Generators erzeugt wird.

Ein solcher Tachometer-Generator zur Bildung des Istwertes ist jedoch relativ teuer und wie alle beweglichen Teille dem Verschleiß, unterworfen.

Durch die Erfindung läßt sich ein Drehzahlregelkreis ohne Tachometer-Generator aufbauen.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Stellgröße des Regelkreises die Differenz zwischen einer der Gegen-EMK und einer dem Laststrom des Motors proportionalen Größe ist.

Die Erfindung ist bei Gleichstrom- und Wechselstrommotoren anwendbar. Bei einem Gleichstrommotor dient als Gegen-BiK die Ankerspannung und als Laststrom der Ankerstrom des Motors. Bei einem Induktionsmotor dagegen dient als Gegen-EMK die Spannung an einer Feldwicklung und als Laststrom der diese Feldwicklung durchfließende Strom. Die Erfindung bringt hierbei besondere Vorteile, da der Eingangswiderstand bei gegebener Drehzahl und wechselnder Last im wesentlichen konstant bleibt. Dies ist nur dann nicht der Fall, wenn der Magnetisierungswiderstand nicht Tolletändig linear ist.

Die Stellgröße wird vorzugsweise von den Ausgangsklemmen einer Widerstandsbrücke mit mindestens einen veränderbaren Wideretand abgegriffen, der eingangseeitig die Summe der beiden, der Gegen-EMK und dem Laststrom proportionalen Größen augeführt wird* Mit

009836/0253

- 2 - Hae/Hal

PLA 67/8233

Hilfe des veränderbaren Widerstandes kann der gewünschte Sollwert der Drehzahl eingestellt werden.

In vielen Fällen wird man die Nenndrehzahl des Motors konstant . halten wollen. In diesem Fall ist die Gegen-EMK verhältnismäßig groß und der Laststrom verhältnismäßig klein. Man müßte daher in den Laststromkreis einen relativ hochohmigen Widerstand legen, um zwei gleich große Spannungen zu erhalten. Zweckmäßiger ist es jedoch, einen verhältnismäßig niederohmigen Wideretand in den Laststromkreis zu legen und mit der an ihm abfallenden Spannung nur einen Teil der Gegen-EMK des Motors zu vergleichen. Bei einem Induktionsmotor kann man statt dessen auch die an einem verhältnismäßig niederohmigen Widerstand abfallende, dem Laststrom proportionale Spannung mit Hilfe eines Transformators auf einen mit der Gegen-EMK- die ebenfalls mit Hilfe eines Transformators verändert werden kann - vergleichbare Größe bringen. Zweckmäßigerweise wird man dann aber die Wechselspannungen vor eines Vergleich erst gleichrichten und glätten.

Das von der Stellgröße beeinflußte Stellglied kann im Anker- oder im Erregerkreis einer Gleichstrommaschine bzw. in dem Kreis der Ständerwicklungen eines Induktionsmotors, insbesondere eines Asynchronmotors liegen.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungebeispieles in Verbindung mit der Figur näher erläutert. Die beiden wesentlichen Bestandteile der Schaltungeanordnung sind der Netzteil und der Regelkreis. Der Netzteil besteht aue einem Netz 14» einer Gleich-

_ 3 . 009836/0253 _Hab/Hal

PLA 67/8233

richterbrücke 26 mit einem zwischen ihren Gleichstromklemmen liegenden Thyristor 24 und einem Induktionsmotor 10 mit zwei Erregerwicklungen.Die Erregerwicklung 12 ist über einen Widerstand 3 4, die Wechaeletromklemmen der Gleichrichterbrücke 26 und einen Schalter 15 an das Heta 14 angeschlossen. Die Erregerwicklung 13 ist eine Hilfserregerwicklung, die während des Anlaufens des Motors über einen Kondensator 16 und den Schalter 18 an der Speisespannung liegt. Der Regelkreis zur Drehzahlregelung des Motors 10 besteht aus einer Anordnung 30 zur Bildung der Hegelabweichung und aus einem Stellglied 22. Die Einrichtung 30 zur Bildung der Regelabweichung setzt eich aus zwei Gleichrichterbrücken 38 und 46 zusammen. Dabei erhält die Gleichrichterbrücke 38 über den Transformator 36 die am Widerstand 34 abfallende, dem Motorstrom proportionale Spannung. Die Gleichrichterbrücke 46 wird über den Transformator 44 mit einer Spannung gespeist, die der Spannung an der Erregerwicklung

Motors

12 des/unmittelbar proportional ist. Die beiden Gleichrichterbrücken 38 und 46 sind mit je einem LC-Glied 40, 41; 48, 49 abgeschlossen, deren Kondensatoren mit je einem Widerstand 42 bzw. 50 überbrückt sind. Die Differenz der an diesen Widerständen abfallenden Spannungen, die zwischen dem Punkt 51 und dem d«n beiden Widerständen 42 und 50 gemeinsamen Punkt auftritt, wird einem Regelver^irfer 32 sugfiilihrt, dessen Ausgang mit einem Steuersatz 2c "Ki-^'Vi-''^Λ .L w . ^x?- υ er iod. ig eh Zünä impulse für den Thyri;··;.. ·. M :/·■■: . ■'-, ^:·;■-,::.m *:)',.■*;,-*>\hAffβ ^on der Ausgangsgröße

g wird von dem Zu-

-'.V-.--ν·-.- 10 mit Nenn-

ORIGINAL INSPECTED

Häö/Kal

drehzahl dreht. Dem entspricht ein bestimmter, durch die Brücke 26 eingestellter angeschnittener Wechselstrom. Vergrößert pich beispielsweise die Drehzahl des Rotors durch Vermindern der Belastung, so nimmt der induktive Wideretand der Motorwicklung zu. Als Folge dee steigenden induktiven Widerstandes nimmt der Motorstrom ab. Dadurch sinkt auch die Spannung am Widerstand 42. Wegen der Widerstandserhöhung der Erregerwicklung 12, steigt aber gleichzeitig bei konstanter Speisespannung die Spannung am Wideretand 50. Am Eingang des Regelverstärkers 32 ttitt somit eine Spannungsdifferenz auf, die von der Regelabweichung abhängt. Die am Ausgang des Regelverstärkers 32 auftretende Spannung wird dem Steuersate 28 zugeführt. Dieser verschiebt den Zündzeitpunkt des Thyristors 24 in Richtung größerer Ansteuerwinkel, so daß dem Motor 10 nunmehr eine geringere Speisespannung zugeführt wird· Damit' sinkt Drehzahl und induktiver Widerstand; der Motorstroe steigt an. Die Spannungen an den Widerständen 42 und 50 ändern sich eo lange gegenläufig, bis ihre Differenz wieder zu Hull wird. Dann ist die Umdrehzahl erreicht. Die am Eingang des Regelveretärkere liegende Spannung ist unabhängig von dem Phasenwinkel zwischen Speisespannung und -strom, da die Spannungen vor dem Vergleich gleichgerichtet und geglättet werden.

Wird die Belastung des Motore 10 «teteigert, so fällt die Drehzahl des Motors ab· Damit verringert eich der induktiv· Widerstand und der Spannungeabfall an der Irregerwieklung 12,

009836/0253

PLA 67/8233

während die dem Motorstrom proportionale Spannung anwächst. Die Spannung am Widerstand 50 fällt und die am Wideretand

steigt an.

Am Eingang des Regelverstärkers 32 liegt nun eine Spannung, die das umgekehrte Vorzeichen wie im zuerst geschilderten Fall hat. Dem-entsprechend bewirkt das Ausgangssignal des Verstärkers eine Zündwinkelverschiebung im Sinne abnehmenden Ansteuerwinkels. Damit steigt die Motorspannung, die Drehzahl und der Eingangswideratand des Motors an, während der Strom sinkt. Die Drehzahl des Motors nimmt so lange zu, bis die Eingangsspannung am Regelverstärker 32 Null wird. Damit ist der stationäre Zustand wieder erreicht.

Die Übersetzungsverhältnisse der Transformatoren 36 und 44 sind zweckmäßigerweise so gewählt, daß die an den Widerständen 42 und 50 abfallenden. Spannungen bei Nenndrehzahl des Motors wenigstens annähernd gleich sind. Der Widerstand 42 ist als Potentiometer ausgeführt, durch dessen Verstellung ein mehr oder weniger großer Bruchteil der am Gesamtwiderstand abfallenden Spannung zur Differenzbildung herangezogen wird. Durch Verstellen des Potentiometers kann daher die Solldreheahl des Motors 10 verändert werden· Zwischen dem Abgriff des Wideretandes 42 und de« einen Ende des Widerstandes 50 sind Widerstand« 52 bsw. 54 vorgesehen,

- 6 - Hab/Hai

009836/0253

tt PLA 67/8233

die mit den Widerständen 42 und 50 eine Brücke bilden, an deren einen Diagonale die Differenzspannung auftritt.

Für ein stabiles Arbeiten des Regelkreises ist der Regelverstärker 32 mit einer Rückführung versehen, die aus dem Widerstand 58 und dem Kondensator 60 besteht. Diese differenzierende Rückführung gibt dem Regelverstärker Pl-Verhalten. Die Zeitkonstante der Rückführung ist den sonstigen im Regelkreis vorhandenen Zeitkonstanten angepaßt. Dadurch kommen Störsignale höherer Frequenz im Regelkreis nicht zur Auswirkung, wodurch die Stabilität des Regelkreises ansteigt. Dies gilt insbe-

sondere für den P 11, daß sich der Rotor mit Solldrehzahl dreht und kein Differenzsignal am Punkt 51 auftritt. Zweckmäßigerweise ist die Rückführung so ausgelegt, daß sich eine Spannungsverstärkung von eins ergibt. Damit wird eine gute Linearität erreicht, während gleichzeitig eine genügend hohe Stromverstärkung vorhanden ist, die ein sicheres und schnelles Ansprechen des Steuersatzes 2& ermöglicht. Dadurch wird die
Stabilität des Systems weiter erhöht.

Zweckmäßigerweise sind die Widerstände 52 und 54 und der Wider· stand 58 in der Rückführung des Regelverstärkers gleich groß, so daß die in Verbindung mit der Spannungsrückführung von
den Transformatoren 36 und 44 benötigten Verstärkungseigenschaften erreicht werden, Aus dem gleichen Grund sind die LO--Siebglieder 48, 4g und 40, 41 sowie die Widerstände 42, 50 gleich groß gewählt.

PLA 67/8233

Der besondere VorWLl dieser Anordnung besteht gegenüber einer Regelanordnung, bei der nur die Motorspannung ale Kriterium zur Drehzahlregelung herangezogen wird, darin, daß sich, konstante Netzspannung vorausgesetzt, die durch die Drehzahlschwankungen ergebenden SpannungsSchwankungen am Widerstand 34 und ander Motorwicklung gegenläufig ändern. Dadurch erhält man ein genaueres Arbeiten des Regelkreises, als wenn die dem Motorstrom proportionale Spannung mit einer festen Bezugsspannung verglichen würde.

4 Patentansprüche

1 Figur

009836/0253

-R-

Claims

PLA 67/8233

Pa tentanaprüche

j) Anordnung zur Regelung der Drehzahl eines Motors mit Hilfe eines Stellgliedes, das mit einer von der Regelabweichung abhängigen Stellgröße gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß diese Stellgröße die Differenz zwischen einer der Gegen-EMK und einer dem Laststrom des Motors proportionalen Größe ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellgröße von den Ausgangsklemmen einer Widerstandsbrücke (42, 50, 52, 54) mit mindestens einem veränderbaren Widerstand (42) abgegriffen wird, der eingangsseitig die Summe der beiden Größen zdgeführt wird.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer der Ausgangsklemmen und einer der Eingangsklemmen der Widerstandsbrücke ein Widerstand (42) mit einem verstellbaren Abgriff liegt, und daß die andere Ausgangsklemme (51) über einen Widerstand (52) mit diesem Abgriff verbunden ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Induktionsmotor, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Größe durch Gleichrichtung und Glättung der Spannung an einer vom Laststrom des Motors durchfloeseilen Motorwicklung und die andere Größe durch Gleichrichtung und Glittung einer an einem von diesem Laststrom durohfloseentn Widerstand abfallenden Spannung gewonnen wird, 009836/0253

Leerseite