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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Steuern der Geschwindigkeit von Elektromotoren.
Gegenstand der Erfindung ist eine einfache, zuverlässige und wirksame Anordnung, damit der Motor über einen sehr grossen Drehzahlbereich zufriedenstellend arbeitet.
Mittels bekannter Anordnungen kann man einen Geschwindigkeitsbereich von 10 : 1 zwischen dem höchsten und dem kleinsten Wert erreichen. Bei bekannten Einrichtungen dieser Art ist es ausser- dem nachteilig, dass der Motor bei den hohen Geschwindigkeiten äusserst unstabil ist und daher nicht zufriedenstellend arbeitet.
In einigen Fällen von Motorsteuerungen wird ein wesentlich grösserer Drehzahlbereich gefordert, als durch die bisher vorgeschlagenen Anordnungen zufriedenstellend erreicht werden kann. Beispielsweise in Bühnenbeleuchtungsanlagen, in welchen ein motorisch angetriebener Hauptsehalter verwendet wird, ist es häufig notwendig, dass die für eine vollständige Verdunklung geforderte Zeit zwischen einer Dauer von drei Sekunden bis zu drei Minuten veränderbar ist. Das bedeutet, dass der Motor zum Antrieb des Hauptsehalters einen Geschwindigkeitsbereich haben muss zwischen höchster und kleinster Geschwindigkeit von 60 : 1. Die Erfindung sieht eine Einrichtung vor, die ein zufriedenstellendes Arbeiten des Motors innerhalb des ganzen Bereiches 60 : 1 ermöglicht.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung der Drehzahl von'Gleichstrommotoren in weitem Bereich, deren Anker-und Feldkreis je durch gittergesteuerte Entladungsgefässe, vorzugsweise mit ionisierbarem Medium, gespeist werden und ist gekennzeichnet durch die Anwendung mehrerer aneinander anschliessender Drehzahlbereiche, in denen abwechselnd entweder der Anker-oder der Feldkreis konstante Spannung und der jeweils andere Kreis eine infolge der Gittersteuerung veränderliche Spannung erhält.
Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, angewendet bei einem kleinen Gleichstrommotor, der den Hauptschalter einer Theaterbeleuchtungsanlage betätigt. Jedoch soll die Anwendung der Erfindung nicht hierauf beschränkt sein, sondern sie kann ebenso bei jeder andren Motorsteuerung mit erforderlichem grossen Drehzahlbereich verwendet werden.
In Fig. 1 der Zeichnung ist ein kleiner-Motor 1 mechanisch gekuppelt mit einer passenden Last z. B. einem Hauptverdunkelungsschalter 2, mittels eines Reduktionsgetriebes 3. Der Motor 1 ist ein Gleichstrommotor und enthält einen Anker 4 und eine getrennte Erregerwicklung 5. Der Motor ist so ausgelegt, dass eine höhere als normale Spannung seinem Anker ohne Schaden zugeführt werden kann.
Dem Anker 4 wird Gleichstrom von einer passenden Wechselstromquelle mittels der gittergesteuerten Entladungsgefässe 6 und 7 zugeführt, die über einen Transformator 8 von einem Mehrphasensystem 9 gespeist werden. In ähnlicher Weise erhält die Feldwicklung. 5 mittels der Entladungsgefässe 10 und 11 und des Transformators 12 Wechselstrom aus dem Netz 9.
Die Entladungsgefässe 6 und 7 sind vorzugsweise Dreielektrodenröhren mit je einer Anode, Gitter und Kathode. Entsprechendes gilt auch für die Entladungsgefässe 10 und 11.
Obwohl jede passende Entladungsröhre verwendet werden kann, sollen doch vorzugsweise Dreielektrodenröhren verwendet werden, die ein ionisierbares Medium, beispielsweise Queeksilberdampf. enthalten.
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Die Gefässe 6'und 7 sind in Vollweggleichrichterschaltung angeordnet. Die Anoden sind an die entgegengesetzten Enden der Sekundärwicklung des Transformators 8 angeschlossen, dessen Primärwicklung von einer Phase des Mehrphasennetzes 9 gespeist wird. Die Heizung der Glühkathoden erfolgt durch die Sekundärwicklung eines Heiztransformators 13, dessen Primärwicklung ebenfalls von einer Phase des Mehrphasensystems ss gespeist wird.
Die Gitter sind an entgegengesetzte Enden der Sekundärwicklung eines Gittertransformators 14 angeschlossen, dessen Primärwicklung an einen Drehtransformator 15 angeschlossen ist, welcher vom Mehlphasennetz 9 gespeist wird.
Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, dienen die Entladungsgefässe 10 und 11 in ähnlicher Weise, wie eben bei den Entladungsgefässen 6 und 7 beschrieben ist, dazu. der Feldwicklung 5 einen gleichgerichteten Strom zuzuführen, deren Enden an den Ausgangskreis dieses Vollweggleiehrichters angeschlossen sind, d. h. die Feldwicklung ist einerseits an die Mittelanzapfung der Sekundärwicklung des Transformators 12 und anderseits an die Mittelanzapfung der Sekundärwicklung des Heiztransformators 26 angeschlossen.
Wie vorher erwähnt ist, wird der Anker 4 des Motors durch die Entladungsgefässe 6 und 7 gespeist, d. h. der Anker ist sowohl an die Mittelanzapfung der Sekundärwicklung des Transformators 8 als auch an die Mittelanzapfung der Sekundärwicklung des Heiztransformators 18 angeschlossen.
Die Grösse des im Ausgangskreis der Entladungsgefässe fliessenden Stromes kann geändert werden durch Veränderung der Phasendifferenz zwischen der Anodenwechselspannung und der Gitterwechselspannung. Hiefür dient ein Drehtransformator 15, der zwischen die Gitterkreise der Gefässe 6 und 7 und das Weehselstromnetz 9 eingeschaltet ist. Der Drehtransformator 15 enthält einen Ständer 16, der als Mehrphasenwicklung ausgeführt ist, und einen Läufer 17 mit einer Einphasenwicklung. Der Ständer ist an das Weehselstromnetz 9 und der Läufer an die Primärwicklung des Gittertransformators 14 angeschlossen.
Wenn der Induktionsregler vom Mehrphasenstrom erregt wird, so wird ein Drehfeld erzeugt, wele ! es mittels der Wicklung 17 den Gitterkreisen eine Spannung zuführt.. Die Phase der den Gittern zugeführten Spannung kann in bezug auf die Anodenspannung geändert werden, indem man die Stellung des Läufers zum Ständer ändert.
Ein Drehtransformator 18, der im übrigen ähnlich dem Drehtransformator 15 ist. ist zwischen
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in gleicher Weise der der Feldwicklung 14 zugeführte Strom geändelt. Die Zahnräder 20 und 21 sind auf der Welle der Läufer von 15 bzw. 18 befestigt. Ein Hauptsteuersystem ist in der Zeichnung durch einen handbetätigten Knopf 22 schematisch dargestellt, der auf einer Welle 23 montiert ist. Die Zai n- segmente 24 und 25 sitzen auf der Welle 2. 3 und bewegen die Zahnräder 20 und. M abwechselnd und in vorbestimmter Reihenfolge je nach der Stellung bzw. Bewegung des Knopfes 22.
Die Grösse und die Winkelbeziehung der Zahnsegmente 24 und 25 auf der Welle 2. 3 werden so gewählt. dass, wenn der Knopf 22 gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird, der Läufer 17 des Induktions-
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rad 21 entkuppelt. und das Segment 24 wird von neuem das Zahnrad 20 und damit den Läufer 17 um einen Winkel von annähernd 55 drehen und damit den Vorgang beenden.
Zu Anfang wird die Phasenbeziehung zwischen den Wicklungen 16 und 17 des Drehtransformators 15 so gewählt, dass die Entladungsgefässe 6 und 7 keinen Strom führen, während die Phasenbeziehung zwischen
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und 11 ihren grössten Strom der Feldwicklung 14 zuführen.
Die Wirkungsweise der Einrichtung mit den eben beschriebenen Stellungsmögliehkeiten ist folgen- dermassen : Der Hauptsteuerknopf 22 wird gegen den Uhrzeigersinn gedreht, verändert so die Phasen-
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Geschwindigkeit laufen, die dem Punkt a auf der Kurve 27 der Fig. 2 entspricht. Die Kurve 27 gibt die Umdrehungen pro Minute als Ordinate und die Winkeldrehung des Hauptsteuerknopfes 22 als Abszisse an. Wenn die Drehzahl den durch den Punkt Cl gekennzeichneten Wert erreicht hat, wird das Zahnsegment. ? -1 entkuppelt, und das Zahnsegment 25 wird mit dem Zahnrad 21 gekuppelt.
Wird der Knopf 22 weiter gedreht, so wird auch der Läufer des Induktionsreglers 18 gedreht werden, u. zw. wird er die Phasenlage zwischen den Anodenspannungen und Gitterspannungen der Gefässe 10 und 11 derart ändern, dass die Geschwindigkeit des Motors weiterhin steigt bis zu einem Wert auf der Geschwindigkeitskurve 27, der
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dessen blieb der Läufer li in Ruhe und der Ankerstrom annähernd konstant während dieses Zeitab- schnittes.
Wenn die Geschwindigkeit des Motors den durch den Punkt b gekennzeichneten Wert erreicht hat, wird das Zahnsegment 25 vom Zahnrad 21 entkuppelt, und das Zahnsegment 24 und das Zahnrad 20 werden von neuem gekuppelt. Der von Hand betätigte Knopf 22 wird bei weiterer Drehung gegen den
Uhrzeigersinn bewirken, dass der dem Anker 4 zugeführte Strom wächst, bis der Läufer 17 des Induktions- reglers 15 sich etwa annähernd 55 weitere Grade gedreht hat. Der Ankerstrom wird annähernd den doppelten
Wert haben, und die Geschwindigkeit des Motors wird einen durch den Punkt c in der Kurve 27 gekenn- zeichneten Wert erreichen.
Ein Zifferblatt 28 ist in Umdrehungen pro Minute des Motors eingeteilt, und ein auf der Welle 2. 3 sitzender Zeiger 29 gibt die Geschwindigkeit an, mit der der Motor bei einer gegebenen Winkelstellung des Hauptsteuerknopfes 22 rotiert.
Aus der obigen Beschreibung ist zu ersehen, dass bei voller Felderregung der Ankerstrom von Null bis annähernd Normalspannung verändert wird und eine nennenswerte Geschwindigkeit des Motors erreicht wird. Durch die volle Felderregung für die niedrigen Geschwindigkeiten kann man eine befrie- digende Drehmomentcharakteristik erhalten, so dass der Motor den Hauptschalter 2 bei kleinen Geschwin- digkeiten durchzieht. Hat der Motor eine gewisse, durch den Punkt a gekennzeichnete Geschwindigkeit erreicht, so wird der Feldstrom geschwächt, wodurch die Geschwindigkeit des Motors steigt, aber die Drehmomentcharakteristik nicht wesentlich verschlechtert wird, da der Ankerstrom einen nennenswerten
Wert erreicht hat und annähernd konstant ist während der Zeit, während der der Feldstrom geschwächt wird.
Das weitere Ansteigen der Spannung und des Stromes im Anker von seinem normalen Wert zu angenähert dem doppelten Wert dient dazu, den Drehzahlbereich des Motors, wie oben auseinandergesetzt ist, bis zu einem Wert, der durch den Punkt c dargestellt ist, zu erhöhen. Durch die Anwendung der Erfindung ist man somit in der Lage, den Anker-und Feldstrom des Motors abwechselnd und in einer vorbestimmten Reihenfolge zu ändern. Infolgedessen arbeitet der Motor bei jeder Geschwindigkeit innerhalb des Bereiches von 60 : 1 zwischen grössten und kleinsten Werten, und diese Arbeitsweise ergibt sich aus der einfachen Handhabung des Hauptsteuerknopfes, der gedreht wird, bis der Zeiger auf dem Zifferblatt 28 die gewünschte Geschwindigkeit anzeigt.
PATENT-ANSPRÜCHE : J. Einrichtung zur Regelung der Drehzahl von Gleichstrommotoren in weitem Bereich, deren Ankerund Feldkreis je durch gittergesteuerte Entladungsgefässe. vorzugsweise mit ionisierbarem Medium, gespeist werden, gekennzeichnet durch die Anwendung mehrerer aneinander anschliessender Drehzahl- teilbereiche, in denen abwechselnd entweder der Anker-oder der Feldkreis konstante Spannung und der jeweils andere Kreis eine infolge der Gittersteuerung veränderliche Spannung erhält.