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Servoregelvorrichtung zur Regelung und Stabilisierung der Umlaufzahl elektrischer Motoren Die Erfindung betrifft eine Servoregeivorrichtung zur Regelung und Stabilisierung der Umlaufzahl elektrischer Motoren in beiden Drehrichtungen mittels eines durch einen Servomotor betätigten Regeltransformators.
In der Literatur (z. B. Gorelik"Industrielle Elektronik"und Dr. Kretzmann"Handbuch der industriellen Elektronik"und"Schaltungsbuch der industriellen Elektronik") ist eine ganze Reihe von Vorrichtungen zur Regelung der Umlaufzahlen von Elektromotoren beschrieben. Manche von ihnen arbeiten nach dem Prinzip der Frequenzänderung, bei andern werden die Umlaufzahlen mittels Entladungsröhren oder magnetischen Reglern u. dgl. geregelt. Alle diese Regelvorrichtungen sind sehr kompliziert und kostspielig, wobei ausserdem noch die Regeleinheiten der Motorleistung angepasst werden müssen.
Zur Steuerung der Umlaufzahlen von elektrischen Motoren werden auch Regeltransformatoren oder Booster verwendet. Es ist eine Vorrichtung dieser Art mit Druckschaltern bekannt geworden, bei welcher die Schalter einen Servomotor betätigen, der seinerseits einen Regeltransformator auf die gewünschte Lage einstellt. Die durch diese manuelle Einstellung geregelten Umlaufzahlen des Elektromotors können jedoch infolge von Änderungen der Netzspannung oder der Belastung wesentlich schwanken, weshalb eine weitere Nachregulierung oder Stabilisierung von Hand aus durchgeführt werden muss.
Diese Mängel werden durch die Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung beseitigt, die eine völlig automatische Regelung und Stabilisierung der Umlaufzahlen eines Elektromotors ohne Hilfe einer Bedienungsperson ermöglicht. Erreicht wird dieses Ziel durch die Einbeziehung eines an sich bekannten, beispielsweise in der österr. Patentschrift Nr. 204134 beschriebenen Integrationsrelais-Servoreglers, durch welchen der erwähnte Servomotor, der zur Einstellung der Lage eines Regeltransformators bzw. Boosters dient, betätigt wird. Die Spannung aus diesem Transformator oder Booster wird, wie an sich bekannt ist, als Erregerspannung für den Elektromotor verwendet, dessen Umlaufzahlen geregelt bzw. stabilisiert werden sollen.
Als Vergleichsspannung, d. i. die sogenannte Normalspannung, für den ersten Integrationskreis des Servoreglers wird eine Spannung von einer z. B. durch eine Entladeröhre stabilisierten Gleichstromquelle verwendet, während als eigentliche Regelspannung für den zweiten Integrationskreis des Servoreglers die Spannung einer mit dem Motor, dessen Umlaufzahlen geregelt werden sollen, mechanisch verbundenen Tachodynamo dient. Durch Einstellung eines Regelgliedes, z. B. eines Potentiometers, wird die dem zweiten Integrationskreis zugeführte Spannung um einen Teil der stabilisierten Spannung von der besagten Gleichstromquelle vergrössert. Durch die Änderung der Lage des Potentiometerschleifers können dann die Umlaufzahlen des Motors in einem weiten Bereich geregelt werden.
Zusammenfassend lässt sich die Erfindung demnach dadurch kennzeichnen, dass der Servomotor durch einen Integrationsdreilagen-Servoregler geregelt wird, von dem ein Eingangskreis über eine Hilfsstabilisierungsspannung aus einer Stromquelle gespeist wird, während dem zweiten Eingangskreis eine Spannung zugeführt wird, die durch die Summe der Spannung der mit dem zu regelnden Motor mechanisch verbundenen Tachodynamo und der durch die Einstellung eines Potentiometers verringerten Spannung der Quelle gegeben ist, wobei die Stellung des Schleifers am Potentiometer die Umlaufzahlen des Motors bestimmt.
Weitere alternative Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden Darstellung in den Zeichnungen beschrieben.
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Die Zeichnungen veranschaulichen zwei alternative Ausführungen der erfindungsgemässen Vorrichtung, u. zw. zeigt Fig. 1 eine schematische Anordnung der Servoregelvorrichtung zur Regelung und Stabilisie- rung der Drehzahlen eines Servomotors bei Verwendung eines Tachodynamos mit permanenten Magneten,
Fig. 2 schematisch die erforderliche Anpassung, wenn ein Tachodynamo mit Erregung verwendet wird und Fig. 3 die Möglichkeit einer vorteilhaften konstruktiven Lösung des Tachodynamos ohne Bürsten und
Ringe, die Fehler bei der geforderten Genauigkeit der Regelung und Stabilisierung verursachen könnten.
Fig. 1 veranschaulicht einen Regelelektromotor l, der aus einem Wechselstromnetz gespeist und mit der Spannung aus einem Regeltransformator 3 bzw. Booster erregt wird, welch letzterer durch einen in beiden Drehsinnen gedrehten Servomotor 4 betätigt wird, so dass die Drehung in einem Drehsinn die Span- nung des Boosters erhöht, während die Drehung im entgegengesetzten Sinn die Boosterspannung verringert.
Durch eine Änderung der Boosterspannung werden dann die Umlaufzahlen des Motors 1 geregelt. Die Achse des Motors 1 ist einerseits mit der angetriebenen Maschine 2, anderseits mit dem Tachodynamo 6 mecha- nisch verbunden. Das Anlassen des Servomotors 4 in beiden Regelrichtungen erfolgt mittels des Integra- tionsrelais-Servoreglers 5.
Die Umlaufzahlen des Motors 1 werden mit dem Tachodynamo gemessen, der im wesentlichen ent- weder ein Gleichstrom- oder ein Wechselstromgenerator mit einem Dauermagneten ist. Bei der Verwen- dung eines Wechselstrom-Tachodynamos muss natürlich die gewonnene Wechselspannung zuerst durch einen Gleichrichter 7 gleichgerichtet und vermittels eines Kondensators 8 geglättet werden. Die Spannung am Kondensator 8 wird dabei über Widerstände 9 abgeleitet.
Die Gleichspannung aus der Quelle 10, die z. B. durch eine Entladungsröhre 11 (gegebenenfalls durch eine andere geeignete Vorrichtung) stabilisiert ist, dient als Regel- und Vergleichsspannung (Normal- spannung) zur Ladung der Integrationskreise des Relais-Servoreglers 5.
Die Umlaufzahlen des Motors 1 werden durch die Stellung des Schleifers am Potentiometer 13 geregelt. Der Widerstand 12 dient zur Einstellung der Maximalspannung am Potentiometer 13, die mit der Spannung des Tachodynamos 6 bei maximalen Umlaufzahlen übereinstimmen muss. Einer der Integrationskreise des Relais-Servoreglers 5, der aus Widerstand 14 und Kondensator 15 besteht-welch letzterer mit der am Teiler 12 und 13 gewonnenen konstanten Spannung geladen wird-dient als Vergleichsnormalspannung. Der zweite Integrationskreis 16,17 wird durch die Summe der Spannung aus dem Tachodynamo
6 und der Spannung am Läufer des Potentiometers 13 geladen.
Wenn die Summe dieser zwei dem Stromkreis 16, 17 zugeführten Spannungen der Spannung im ersten Stromkreis 14,15 gleich ist, entsteht ein Gleichgewichtszustand, und der Servomotor 4 befindet sich in Ruhe. Wenn sich die Summe der Spannungen von Tachodynamo 6 und Potentiometer 13 um einen bestimmten Wert ändert, was entweder durch eine Änderung der Umlaufzahlen des Motors 1 unter Einfluss von Schwankungen in der Netzspannung oder Belastung verursacht wird, oder wenn die Stellung des Potentiometers 13 absichtlich geändert wird, beginnt die Servoregelvorrichtung den Regeltransformator (Booster) 3 so lange in demjenigen Sinne zu verstellen-u. zw. in periodischen Intervallen - bis an beiden Integrationskreisen des Servoreglers 5 ein Gleichgewichtszustand wieder hergestellt wird.
Die Genauigkeit der beschriebenen Vorrichtung hängt nur von der Stabilität der Spannung der Quelle 10 ab. Bei Verwendung einer Entladungsröhre 11 üblicher Bauart kann annähernd eine Stabilität von; 1 % der Umlaufzahlen des Motors erzielt werden.
Wenn diese Genauigkeit bzw. Stabilität der Umlaufzahlen des Motors für bestimmte Zwecke nicht ausreicht, empfiehlt es sich, eine weitere, in Fig. 2 veranschaulichte Anordnung zu treffen. Durch diese Anordnung wird dann der Einfluss der Schwankungen der Spannung aus der Quelle 10 beseitigt. An Stelle desTachodynamos 6 mit einem Dauermagneten wird ein erregter Tachodynamo 6'verwendet, dessen Erregungswicklung 18 gleichfalls mit der stabilisierten Spannung aus derselben Quelle 10 gespeist wird. Der Widerstand 19 dient in diesem Falle zur Einstellung des erforderlichen Erregerstromes.
Bei der Verwendung eines Wechselstrom-Tachodynamos 6'mit Erregung können Änderungen von Übergangswiderständen zwischen den Bürsten und Ringen Fehler bei der Regelung hervorrufen. Diesen Fehlern kann durch die Anordnung des Tachodynamos gemäss Fig. 3 vorgebeugt werden. Hier ist ein Ring 20 aus magnetisch weichem Material mit Polansätzen 21 und 23 aus demselben Material versehen. In Fig. 3 sind zwei Polansätze dargestellt, deren Anzahl jedoch höher sein kann. An den Ansätzen 21 sind Wicklungen 18 angeordnet, die als Magnetisierungswicklungen arbeiten. An den Ansätzen 23 sind Sekundärwicklungen 24 aufgewickelt, in denen bei der Drehung des Ankers 22 aus magnetisch weichem Material eine dem Magnetisierstrom sowie der Drehzahl des Ankers 22 proportionale Wechselspannung hervorgerufen wird.