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Selbsttätiger Regler
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein selbsttätiger Regler, der namentlich zur Drehzahlregelung von Reihenschluss-Elektromotoren kleinerer Leistungen (etwa bis 250 W) geeignet ist.
Die Erhaltung einer konstanten Drehzahl von Reihenschluss-Elektromotoren durch selbsttätige Regler wird meist so ausgeführt, dass von der Drehzahl des Motors ein Regelimpuls abgeleitet wird, durch welchen ein ohmscher Widerstand im Kreis des Reihenschluss-Elektromotors ein-und ausgeschaltet wird. Der bewegliche Kontakt ist auf einer Feder befestigt und liegt an einen festen Kontakt an. Mit Rücksicht auf die abgefederte Lagerung des beweglichen Kontaktes kommt das Regeln durch Schwingen dieses Kontaktes gegenüber dem festen Kontakt zustande und der Regelimpuls verursacht lediglich das Entfernen des beweichen Kontaktes vom festen Kontakt. Dadurch kann man die Zeit der Verbindung beider Kontakte regeln und den Elektromotor in den betreffenden Grenzen regeln.
Es sind zwei Lösungen des selbsttätigen Reglers zur Erhaltung konstanter Drehzahl bei ReihenschlussElektromotoren bekannt.
Die erste Lösung beruht darauf, dass der durch eine Flachfeder getragene schwingende Kontakt exzentrisch an einer Scheibe befestigt ist, die auf der Welle des. Reihenschluss-Elektromotors gelagert ist und durch die Fliehkraft, die von der Drehzahl des Reihenschluss-Elektromotors abhängt, der Flachfeder eine Zugkraft übermittelt wird, durch welche die Zeitspanne des geschlossenen und offenen Zustandes des schwingenden Kontaktes mit dem zweiten Kontakt bestimmt wird, wodurch die Drehzahl des Reihenschluss-Elektromotors kontinuierlich eingestellt wird. Diese Lösung ist im Buch von C. G. Veinott :"Frac- tional horsepower electric motors", McGraw-Hi1l, New York 1948, Seiten 289-296 beschrieben.
Die zweite Lösung, die im Buch "Prehled a technologie svarovani", Teil I, SNTL, Prag, Seiten 640 - 641 beschrieben ist, leitet die Zugkraft für die Flachfeder mit dem schwingenden Kontakt von einer Wirbelstrombremse ab, deren zylinderförmigerPermanentmagnet auf der Welle des Reihenschluss-Elektromotors fest gelagert ist.
Die erste Lösung besitzt den Nachteil eines beschränkten Regelbereiches und arbeitet namentlich bei niedriger Drehzahl sehr unvollkommen, denn die auf die Flachfeder mit dem schwingenden Kontakt ausgeübte Zugkraft ist vom Quadrat der Drehzahl des Reihenschlussmotors abhängig.
Die zweite Lösung hat den Nachteil, dass die Lagerung der Trommel der Wirbelstrombremse sehr schwierig Ist ; die Trommel ist aus Kupfer und besitzt eine bedeutende Trägheitsmasse, die die schnelle Reaktion auf die Regelausschläge vermindert. Die Wirkung der Zugkraft auf die Flachfeder mit dem schwingenden Kontakt in Abhängigkeit von der Drehzahl des Reihenschlussmotors ist zwar glinstiger als im vorher erwähnten Beispiel, ist jedoch gleichfalls nicht linear. Dieser selbsttätige Regler kann am Reihenschluss-Elektromotor nur in einer Lage befestigt werden, die Drehrichtungsumkehr ist weniger bequem.
Beide bekannten Systeme haben den gemeinsamen Nachteil, dass sie hohe Ansprüche an die zentrische Lagerung des Ankers mit der Welle des Reihenschlussmotors stellen, sowie eine dauernd hohe Qualität. der Lager und einen tadellosen Massenausgleich aller rotierenden Teile auf der Welle des Reihenschlussmotors erfordern, um Schwingungen vorzubeugen, die die Wirkungsweise des schwingenden Kontaktes beeinträchtigen würden.
Ein weiterer gemeinsamer Nachteil beider Systeme ist, dass die selbsttätigen Regler auf der verlän-
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diglich bei stehendem Motor erfolgen kann. Die Abhängigkeit der Zugkraft auf die Flachfeder mit dem schwingenden Kontakt kann man nicht bequem nach Bedarf ändern.
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Alle erwähnten Nachteile werden durch den erfindungsgemässen Regler behoben, wo die Drehzahl von Rethenschluss-Eleklromotoren auch in Abhängigkeit von ändern physikalischen Werten als lediglich dieser Drehzahl eingestellt werden kann, welche Werte in elektrischer Spannung mit einer Leistung im Bereich von Zehnteln oder Einheiten von Watt dargestellt werden können. Das Wesen der Erfindung beruht in der Anwendung eines Elektromagnets, an dessen Joch eine durch eine der Regelgrösse proportionale Gleichspannung gespeiste Wicklung vorgesehen ist und dessen drehbar gelagerter Anker in Abhängigkeit von dieser Spannung mittels eines nachgiebigen Zugelementes den beweglichen Kontakt steuert.
Dieser Kontakt schaltet, wie bekannt, den ohmschen Widerstand aus dem elektrischen Kreis des Elektromotors bei seinem Schwingen aus, falls er während einer gewissen Zeitspanne mit dem festen Kontakt in Berührung steht. Andere wesentliche Merkmale des Erfindungsgegenstandes, durch welche die Einstellung des Regelvorganges ermöglicht wird, werden in der folgenden Beschreibung näher erörtert.
In der Zeichnung sind Anwendungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Fig. 1 zeigt ein Schaltbild eines selbsttätigen Reglers für konstante Drehzahl von Reihenschluss-Elektromotoren. Fig. 2 stellt eine Analogie der Anwendung des selbsttätigen Reglers zum Regeln des Schweissstromes an einem Automat für Unterpulverschweissen vor.
In Fig. l tat ein Elektromotor 1 dargestellt mit einer Ständerwicklung 2, der an das Netz durch die Klemmen 18 und 19 über einen einstellbaren ohmschen Widerstand 3 geschaltet ist. Dieser Widerstand wird (vollkommen oder teilweise) mittels eines Kontaktschalters kurzgeschlossen, der aus einem auf einer Flachfeder 21 angeordneten Kontakt 5 und einem unbeweglichen Kontakt 6 auf einer zweiten Feder 22 besteht. Beide Federn sind in einem Isolationsmaterial 23 eingebettet. Der Feder 21 wird durch eine Stellschraube eine einstellbare Vorspannung erteilt, durch deren Drehen im voraus der geregelte Wert eingestellt werden kann. Der Kontakt 6 schwingt mit einer Frequenz von 100 bis 200 Hz. Parallel zum Schalter ist ein Kondensator 4 geschaltet, dessen Aufgabe es ist, die lästige Funkenbildung der Kontakte 6 und 7 aufzuheben.
Der Reihenschluss-Elekttomotor 1 ist mittels seiner Welle mit der Last 20 gekoppelt Auf der Welle sitzt fest der Läufer 14 des tachometrischen Generators 15, der zum Messen der Drehzahl des Elektromo-
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der Drehzahl des Läufers 14 proportional ist, im Gleichrichter 16 gleichgerichtet und nach Anpassung durch den Widerstand 17 in die Spule 10 des Joches des Elektromagneten 9 geführt wird, zwischen dessen Polansätzen 930 der Anker 11 drehbar gelagert Ist. Der Anker 11 ist mit einer nichtmagnetischen Scheibe 13 mit einer Schraube 12 versehen, gegebenenfalls mit einer geeigneten Erhebung, an deren Ende ein nachgiebiges Zugelement 8 angegliedert ist.
In der Zeichnung ist dieses Zugelement als Kette dargestellt, durch welche auf die mit dem beweglichen (schwingenden) Kontakt 5 versehene Flachfeder ein, der Drehzahl des Reihenschlussmotors 1 direkt proportionaler Zug übermittelt wird.
Zwecks Erreichen einer geeigneten Kennlinie des Regelvorganges ist es nötig, dass das magnetische Feld zwischen den Polansätzen 9a des Elektromagneten 9 nicht gleichförmig verteilt ist, sondern dass sich das magnetische Moment des Ankers 11 in Abhängigkeit Von dessen Winkellage ändert. Die ungleichförmige Verteilung des magnetischen Feldes zwischen den Polansätzen 9a wird zum Beispiel durch Einkerbungen 9b erzielt, wie in Fig. l angedeutet ist. Es ist jedoch möglich, zu diesem Zweck andere Vorkehrungen zu treffen, z. B. die Form des Ankers anzupassen, oder sich erweiternde Luftspalte vorzusehen u. dgl.
Am Elektromagnet 9 kann ausser der Wicklung 10 noch eine weitere Wicklung 26 vorgesehen sein, durch welche man elektrisch das Einstellen des Regelwertes bestimmen oder korrigieren kann, u. zw. so, dass an deren Klemmen 24 und 25 eine veränderliche Quelle einer Gleichspannung angeschlossen wird.
Dieselbe Wicklung 26, gegebenenfalls noch weitere durch die Kontaktgleichspannung gespeiste Spu- len, können für eine Vormagnetisierung des Elektromagneten 9 verwendet werden, soweit auf diese Weise der erforderliche Verlauf der Regelkennlinie eingestellt wird. Anstatt einer elektromagnetischen Vorerregung kann jedoch in vielen Fällen eine einfachere Vorerregung mittels eines permanenten Magneten angewendet werden, welcher in den magnetischen Kreis eingeschaltet und ausgeschaltet wird.
Es ist bekannt, dass sich die magnetischen Eigenschaften vieler magnetischer Materiale mit der Temperatur ändern. Diese Erscheinung kann erfindungsgemäss vorteilhaft ausgenützt werden. Einerseits kann man in manchen Fällen durch die Wahl geeigneten Materials für das Joch des Elektromagneten 9 und den Anker 11 die Temperatureinflüsse (der Umgebung oder die Erwärmung der Leitung 11. dgl.) voll zu kom- pensieren, anderseits kann in andem Fällen der Temperatureinfluss auf das Regeln absichtlich erhöht werden.
Das schematisch in Fig. l dargestellte Gerät arbeitet folgendermassen.
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Falls sich die Drehzahl des Reihenschlussmotors 1 über den Sollwert erhöht, erhöht sich die durch das nachgiebige Zugelement 8 (Kette) auf die Flachfeder 21 einwirkende Zugkraft und der schwingende Kontakt 5 entfernt sich etwas von den Kontakten 6 und die folgende Kurzschlusszeitspanne des ohmschen Widerstandes 3 wird verkürzt. Dadurch wird über die Klemmen 18 und 19 dem Reihenschlussmotor 1 weniger elektrische Energie zugeführt und seine Drehzahl sinkt. Ein entgegengesetzter Regelausschlag der Dreh-
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Wirkung desReg1. erselektrische Energie über die Klemmen 18 und 19 zugeführt wird und der Reihenschlussmotor 1 erzielt wieder die eingestellte Drehzahl. Als Stabilisator des ganzen Regelkreises dient hier die Flachfeder 21, deren Vorspannung dauernd konstant verbleibt.
Die Fig. 2 stellt die Anwendung des selbsttätigen Reglers für das automatische Unterpulverschweissen vor, wo 27 die Zuftihrungsrollen des Schweissautomaten vorstellen, mittels welcher der auf eine Scheibe gewundene Schweissdraht kontinuierlich in Richtung des geschweissten Materials 33 zugeführt wird. Die Zuführungsrollec 27 werden über einen Getriebekasten durch den Reihenschluss-Elektromotor 1 angetrieben. An die Klemmen 31 und 32 ist die Spannung des Schweisstransformators angeschlossen, dessen Strom durch den Stromwandler 28 gemessen wird. Die Grösse des Schweissstromes wird durch den Widerstand 29 in elektrischer Spannung ausgedrückt. Diese durch den Gleichrichter 30 gleichgerichtete Spannung wird über den Anpasswiderstand 34 an die Spulen 10 des Joches des Elektromagneten angeschlossen.
Die Wirkungsweise des selbsttätigen Reglers ist in diesem Falle analog der gemäss Fig. 1, es wird jedoch selbsttätig der Schweissstrom auf einen, durch die Schraube 7 vorher bestimmten Wert geregelt.
Der Erfindungsgegenstand kann sowohl zum Regeln der Motordrehzahl oder zum Regeln des Schweissstromes eines Automaten, als auch zum Regeln anderer physikalischer-Werte verwendet werden, welche in elektrischer Spannung überprüft werden können. Zur Erhöhung der Stabilität ist es möglich, ausserhalb der Hauptregelschleife der Wicklung 10 noch weitere Schleifen anzuwenden, die gegebenenfalls eine weitere Wicklung am Joch des Elektromagneten 9 erfordern.
Falls man vs einer entfernten Stelle, wo der Regler nicht angeordnet ist, in kleinem Bereich den Regelwert korrigieren bzw. nachregeln soll, dient zu diesem Zweck die Fernleitung mit den Klemmen 24 und 25 und die Spule 26 am Joch 9 des Elektromagneten, die durch stabilisierten, in kleinen Grenzen einstellbaren Gleichstrom gespeist wird.
PATENT ANSPRÜCHE :
1. Selbsttätiger Regler, namentlich zum Regeln der Drehzahl von Reihenschluss-Elektromotoren, der einen Kontaktschalter mit einem unbeweglichen und einem zweiten beweglichen Kontakt verwendet, der durch sein Schwingen im Stromkreis des Elektromotors einen ohmschen Widerstand ausschaltet, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Beeinflussung der Zeit des Schliessens der Kontakte (5 und 6) der bewegliche Kontakt (5) durch ein nachgiebiges Zugelement (Kette 8) vom Anker (11) eines Elektromagneten betätigt wird, auf dessen Joch (9) eine mit einer dem Regelwert proportionalen Gleichspannung gespeiste Wicklung (10) vorgesehen ist.