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Drehzahlregeleinrichtung für einen Elektromotor
Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehzahlregeleinrichtung für einen Elektromotor, der in Serie geschaltete Feld- und Ankerwicklungen besitzt, die aus einer Wechselspannungsquelle gespeist werden können, mit einem gesteuerten'Feststoffgleichrichter, der eine Anode, eine Kathode und ein Tor auf- weist, wobei die Anode und die Kathode in einen Serienstromkreis mit dsr Feldwicklung und der Anker- wicklung geschaltet sind.
Die Erfindung besteht darin, dass ein Transformator vorgesehen ist, der primär- seitig an die Speisewechselspannung angeschlossen ist und dessen Sekundärseite eine Bezugsspannung lie- fert und mit einem Stromkreis, der die Bezugsspannung in Serie mit der Ankerwicklung der Kathode und dem Tor des Gleichrichters aufdrückt, wobei die magnetische Kopplung zwischen Primär- und Sekundärseite des Transformators veränderbar ist, so dass die Bezugsspannung einstellbar ist.
Bei bekannten Ausführungen wird die Bezugsspannung durch eine leitende Verbindung mit d Speisespannung über einen Widrstands-Spannungstei1erstromkreis erhalten. Durch die USA-Patentschrift Nr. 2, 987, 666 ist ferner ein steuerbarer Trockengleichrichter bekanntgeworden, der auf magnetischem Wege geregelt werden kann. Zu diesem Zwecke sind im Torkreis Induktanzen vorgesehen, die auf Sättigung gebracht werden können müssen. Die Regeleinrichtung erfordert nicht sättigungsfähige Teile, sondern arbeitet mit mechanischer Verschiebung eines magnetischen Fluss führenden Elementes. Bei der älteren Einrichtung findet zudem ein Motor anderer Art als vorliegendenfalls Anwendung.
Ein Zweck der Erfindung besteht darin, eine auf die Drehzahl ansprechende Regeleinrichtung für Reihen-Kommutatormotoren zu schaffen, welche gegenseitig gekoppelte Induktanzen verwendet, um die Bezugsspannung zu erhalten.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
Fig. l ist ein Schaltschema eines Stromkreises gemäss der Erfindung ; Fig. 2 gibt eine Abänderung der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wieder ; Fig. 3 zeigt eine Abänderung der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform.
Gemäss Fig. l ist ein Reihen-Kommutatormotor, der in Serie geschaltete Feldwicklungen 10 und eine Ankerwicklung 11 aufweist, mit dar Anode 12 und der Kathode 13 eines gesteuerten Siliciumgleichrichters 14 und einer Wechselspannungsquelle L-L in Reihe geschaltet. Ein Differentialtransformator 15 hat zwei Primärwicklungen 16 und 17, die in Reihe, aber in Gegenschaltung an die Spannungsquelle L-L angeschlossen sind. Ein Widerstand 18 kann, wie dargestellt, mit den Primärwicklungen 16 und 17 in Reihe geschaltet sein, um die an die Wicklungen angelegte Spannung zu reduzieren. Die notwendige Impedanz kann natürlich gegebenenfalls in den Primärwicklungen 16 und 17 selbst vorgesehen werden.
Eine Sekundärwicklung 19 des Transformators 15 ist symmetrisch zwischen den Primärwicklungen 16 und 17 angeordnet, und es wird ein bewegbarer magnetischer Kern 20 verwendet, um die gegenseitig induktiveKopplung zwischen den Wicklungen zu ändern. Wenn der magnetische Kern 20 sich beispielsweise in seiner in Fig. 1 dargestellten Mittelstellung befindet, bewirkt die gleiche Kopplung zwischen jeder der Primärwicklungen 16 und 17 und der Sekundärwicklung 19 das Verschwinden des gegenseitigen Flusses (zufolge der entgegengesetzt in Reihe geschalteten Wicklungen 16 und 17), so dass in der Sekundärwicklung 19 keine Spannung induziert wird.
Wenn der Kern 20 beim Betrachten der Fig. 1 nach oben bewegt wird, wird die Kopplung zwischen den Wicklungen 16 und 19 erhöht und diejenige zwischen den Wicklungen 17 und 19 vermindert. Diese
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Differentialwirkung führt dazu, dass in der Sekundärwicklung 19 eine Wechselspannung von vorbestimmter Augenblickpolarität induziert wird, wobei die Grösse der Spannung im wesentlichen linear proportional der Kernbewegung ist. Auf entsprechende Weise wird, wenn der Kern 20 aus der in Fig. 1 wiedergegebenen Mittelstellung nach unten bewegt wird, in der Sekundärwicklung 19 eine Wechselspannung induziert, 5 deren Augenblickspolarität derjenigen entgegengesetzt ist, die durch die Aufwärtsbewegung des Kernes aus der Mittelstellung induziert wird, und ihre Grösse ist ebenfalls im wesentlichen linear proportional der Kernbewegung.
Die Sekundärwicklung 19 des Transformators 15 liefert daher eine Bezugswechselspannung von umkehrbarer Phase und einer Grösse, die der Kernbewegung proportional ist. Diese Bezugsspannung wird in 0 Reihe mit der Ankerwicklung 11 an das Tor 21 und die Kathode 13 des gesteuerten Gleichrichters 14 angelegt. In diesem Stromkreis ist eine Diode 22 angeordnet, die eine solche Polarität hat, dass sie nur das Anlegen einer positiven Spannung an das Tor 21 gestattet.
Da der Gleichrichter 14 nur leitend ist, wenn das Tor 21 und die Anode 12 mit Bezug auf die Kathode 13 positiv sind, und da diese Spannungsphasenbedingung nur für die eine Bewegungsrichtung des Kernes aus seiner Mittelstellung existiert, ist einleuchtend, dass jede andere Stellung des Kernes keine effektive Torspannung erzeugt, so dass der Motor in diesem Bereich der Kernbewegung stehen bleibt. Auf diese Weise ist es mittels des Differentialtransformators leicht möglich, für den Kern eine der Drehzahl Null entsprechende Stellung zu erhalten. Wenn der Kern 20 in der Richtung bewegt wird, in der eine Bezugsspannung von der richtigen Phase zum Zünden des Gleichrichters 14 geliefert wird, wird eine stufenlose Drehzahlregelung erhalten, die im wesentlichen linear proportional der Kernbewegung ist.
Zufolge des Umstandes, dass in diesem Stromkreis die Bezugsspannung von der Speisespannung elektrisch isoliert ist, ist in der Anordnung des gesteuerten Gleichrichters 14 selbst eine bestimmte Freiheit möglich. Beispielsweise wurde der Stromkreis gemäss Fig. 1 funktionell nicht verändert werden, wenn die Feldwicklung 10 zwischen der Anode 12 und der Verbindungsstelle der Wicklung 17 mit der einen Seite der Spannungsquelle L-L in Reihe angeordnet würde.
Fig. 2 zeigt eine Abänderung des Stromkreises gemäss Fig. 1, die sich von diesem im wesentlichen dadurch unterscheidet, dass die Primärwicklung 16 weggelassen ist, was einen einfachen Regler 23 mit zwei Wicklungen und gegenseitiger Induktanz an Stelle des Differentialtransformators 15 der Fig. 1 ergibt.
In diesem Stromkreis wird nur eine Primärwicklung 17 verwendet, und die Kopplung zwischen der Primärwicklung 17 und der Sekundärwicklung 19 wird durch Bewegen des magnetischen Kernes 20 geändert.
Die Arbeitscharakteristiken sind im wesentlichen die gleichen, wie die des DifferentialtransforrnatorStromkreises gemäss Fig. 1, mit einer einzigen Ausnahme. Die minimale Drehzahl des Motors bei dem Stromkreis gemäss Fig. 2 wird durch die Minimumkopplung zwischen der Primärwicklung 17 und der Sekundärwicklung 19, z. B. durch die dargestellte Kernstellung bestimmt. Da zwischen diesen beiden Wicklungen stets eine gewisse Kopplung vorhanden ist, ist es unmöglich, eine Null-Bezugsspannung zwangsläufig herzustellen, so dass sich eine langsame Drehung des Motors ergeben kann.
Ein möglicher Vorteil des Stromkreises gemäss Fig. 2 liegt in dem Umstand, dass die Bewegung des Kernes eine logarithmische Änderung der Bezugsspannung bewirkt, wodurch der Regelbereich für niedrige Drehzahlen ohne die Verwendung komplizierter mechanischer Lenkverbindungen erweitert werden kann.
Weitere Abänderungen des Stromkreises gemäss Fig. 1 sind durch die Hinzufügung von einem oder beiden zweier Kondensatoren 24,25 (in Fig. 1 durch gestrichelte Linien dargestellt) möglich, die über die Primärwicklungen 16 und 17 geschaltet sind. Diese Kondensatoren haben die Wirkung, dass sie die Drehzahl-Drehmoment-Kurve durch Verschieben der Phase der Bezugsspannung ändern.
In ähnlicher Weise kann bei dem Stromkreis gemäss Fig. 2 ein Kondensator 26 (in gestrichelten Linien dargestellt) hinzugefügt werden, um die Phase der Bezugsspannung relativ zur Spannung der Energiequelle L-L zu verschieben.
Fig. 3 zeigt einen Stromkreis, der im wesentlichen der gleiche wie der in Fig. 2 dargestellte ist, mit der Ausnahme, dass er bequem mit einem Reihenmotor verbunden werden kann, bei dem das Feld gewöhnlich in zwei Wicklungen 10a, 10b aufgeteilt ist, die auf jeder Seite der Ankerwicklung 11 symmetrisch angeschlossen sind. Es ist ersichtlich, dass in diesem Fall die Wicklung 10b einen Teil des Serienstromkreises zwischen dem Tor 21 und der Kathode 13 des gesteuerten Gleichrichters 14 bildet.
Eswurde gefunden, dass die Anordnung der einen Hälfte der Feldwicklung in dem Torstromkreis auf diese Weise die Drehzahl-Drehmoment-Kurve nicht merklich verschlechtert und einen bei Motoren mit geteilter Feldwicklung anwendbaren Stromkreis darstellt, der einfacher ist als derjenige, der die Inreiheschaltung des Anoden-Kathodenstromkreises des gesteuerten Gleichrichters 14 zwischen dem Anker und die eine der Feldwicklungen enthält. Der Stromkreis gemäss Fig. 3 liegt daher ebenfalls im Rahmen der Erfindung.