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Verfahren und Vorrichtung zum Regeln der Drehzahl eines Motors
Die Erfindung bezieht sich auf Regeleinrichtungen für Motore und insbesondere auf Einrichtungen zum Regeln der Drehzahl von kleineren, wechselstromgespeisten Serien-Kommutatormotoren.
Es ist bekannt, drehzahlabhängige Regler zu verwenden, um den einen Serienmotor speisenaen Strom einzuschalten oder zu unterbrechen und so die Drehzahl solcher Motoren zu regeln. Gegen solche Regler besteht u. a. der Einwand, dass der starke Kontaktabbrand die Lebensdauer dieser Regler nachteilig beein- flukst; ausserdem sind solche Regler trägheitsbehaftet, was ein Ansprechen mit Verzögerung verursacht.
Eine andere Art eines Drehzahlreglers verwendet ein Vibrationsrelais, das durch die von der sich ver- ändernden Gegen-EMK des Motorankers hervorgerufenen Unbalance eines Brückenstromkreises betätigt wird.
Die vorhegende Erfindung bezweckt, einen Drehzahlregler für Serien-Kommutatormotore zu schaf- fen, der schnell anspricht und dem Abbrand unterliegende Kontakte vermeidet. Dabei soll sich der er- findungsgemässe Regler dadurch auszeichnen, dass er aus nur wenigen, kleinen, einfachen Teilen besteht.
Das vorliegende Verfahren zum Regeln der Drehzahl eines Elektromotors, der eine Feldwicklung und eine damit in Serie geschaltete Ankerwicklung besitzt, kennzeichnet sich nun erfindungsgemäss dadurch, dass eine elektrische Wechselspannung über die Motorwicklungen gelegt und gleichzeitig eil1e Bezugsspan- mung einer vorbestimmten Grösse und konstanter Polarität an die Ankerwicklung so gelegt wird, dass die
Bezugsspannung der durch den Anker erzeugten Gegen-EMK entgegenwirkt und eine resultierende Span- nung erzeugt, welche die algebraische Summe der Bezugsspannung und der Gegen-EMK ist, wobei die resultierende Spannung als Regelspannung dient, und je nach ihrer Polarität den Stromfluss durch die Mo- torwicklungen sperrt oder freigibt.
Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Pol einer Gleichrichtereillrichtung'111t dem beweglichen, den einen Ast der Brückenschaltung bildenden Arm eines Potentiometers verbunden ist, während die andern Brückenäste durch die Feldwicklung des Motors, die Ankerwicklung des Motors und einen Fixwiderstand gebildet sind, wogegen der andere Pol der Gleichrichtereinrichtung mit dem Emitter des Transistors verbunden ist, dessen andere Elemente mit dem elektrisch benachbarten Ende der Feldwicklung bzw. der Ankerwicklung des Elektromotors verbunden sind, so dass der gesamte Arbeitsstrom des Motors durch den Transistor fliesst.
Die Zeichnung zeigt das Schaltschema einer beispielsweisen Ausuhrungsform der Erfindung.
Die Feldwicklung 10 und die Ankerwicklung 11 des Motors bilden zwei Äste einer Brückenschaltung, deren andere beiden Zweige von einem durch einen Kondensator 13 überbrückten Fixwiderstand 12 und durch ein Potentiometer 14 gebildet sind, das einen veränderlichen Zweigwiderstand 15 schafft. Die Einstellung des Potentiometers 14 bestimmt die Drehzahl des Motors gemäss nachstehender Beschreibung :
Die Feldwicklung 10 und die Ankerwicklung 11 sind jeweils an die Basis-und KollektoranschlBsse 16, 17 eines Verbund-Transistors 18 der p-n-p-n-Type gelegt, der mitunter als geregelter Siliziumtrockengleichrichter bezeichnet wird.
Eine Wechselstromquelle 19 ist an die Verbindungsstelle des Fixwiderstandes 12 und der Feldwicklung 10 bzw. an die Verbindungsstelle der Ankerwicklung 11 und des Potentiometer-Widerstandes 15 angeschlossen.
Der Emitter 20 des Transistors 18 ist durch eine Kristalldiode 21 mit dem Arm 22 des Potentiometers 14 verbunden und die Diode 21 ist derart gepolt, dass sie nur das Anlegen einer positiven Spannung an den
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Emitter 20 gestattet. Es ist ersichtlich, dass die an den Emitter 20 des Transistors 18 angelegte Spannung die nichtausbalancierte Brückenspannung ist, die durch die Diode 21 gleichgerichtet ist.
Der Transistor 18 ist handelsüblich und dadurch gekennzeichnet, dass er eine kurze Ansprechzeit hat und befähigt ist, starke Ströme zu leiten. Die Kristalldiode 21 ist eine übliche Germaniumdiode. Der
Fixwiderstand 12 hat einen Wert von4000 Ohm und das Potentiometer 14 von 10000hm. Wenn es sich um eine Einrichtung zum Regeln eines üblichen Serien-Kommutatormotors für den Antrieb einer Haushalt-
Nähmaschine handelt, ist der Kondensator 13 ein Papierwickel-Kondensator von 0,47 mF.
In der Praxis bilden der Fixwiderstand 12 und der Potentiometerwiderstand 15 einen Spannungsteiler, der vermittels einer verschiebbaren Anzapfung 22 zum Einstellen einer veränderbaren Bezugsspannung für den Emitter 20 dient. Die durch die'Drehbewegung des Ankers 11 erzeugte Gegen-EMK ist gegen den
Emitter 20 negativ und wirkt daher als negative Vorspannung am Emitter.
Es sei angenommen, dass der Anker 11 sich mit einer Geschwindigkeit dreht, die durch das Potentio- meter 14 eingestellt worden ist. Falls der durch die Widerstände 12 und 15 gebildete Spannungsteiler nicht vorhanden wäre, um eine Bezugsspannung anzulegen, würde der Transistor 18. "weglaufen" und der Motor würde zum Stillstand kommen. Jedoch ist die Einstellung des Potentiometers 14 derart, dass die Bezugs- spannung die Vorspannung bei einer bestimmten Motorgeschwindigkeit überwindet und den Transistor 18 betätigt. Der Motor läuft daher schneller und erhöht die Gegen-EMK, um die Bezugsspannung zu überwinden und den Transistor 18 nichtleitend zu machen.
Daher arbeitet der Transistor 18 wie ein Schalter zum Ein- und Ausschalten von Strom für den Motor mit einer Geschwindigkeit, die notwendig ist, um eine vorbestimmte Geschwindigkeit herzustellen, die durch das Potentiometer 14 eingestellt worden ist.
Die Kapazität 13, die parallel zum Widerstand 12 liegt, schafft eine Zeitkonstante, um die Tätigkeit des Transistors im richtigen Zeitablauf zu steuern.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Regeln der Drehzahl eines Elektromotors, der eine Feldwicklung und eine damit in Serie geschaltete Ankerwicklung besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Wechselspannung über die Motorwicklungen gelegt und gleichzeitig eine Bezugsspannung einer vorbestimmten Grösse und konstanter Polarität an die Ankerwicklung so gelegt wird, dass die Bezugsspannung der durch den Anker erzeugten Gegen-EMK entgegenwirkt und eine resultierende Spannung erzeugt, welche die algebraische Summe der Bezugsspannung und der Gegen-EMK ist, wobei die resultierende Spannung als Regelspannung dient und je nach ihrer Polarität den Stromfluss durch die Motorwicklungen sperrt oder freigibt.