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Verfahren zur Einstellung einer zu regelnden Grösse
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung einer zu regelnden Grösse, beispielsweise einer Motordrehzahl, in Abhängigkeit eines Sollwertes in Form einer wählbaren Spannung, wobei die zu regelnde Glösse in Beziehung zu der EMK-Spannung eines Gleichstrommotors gesetzt wird, der über ein gesteuertes
Stromventil gespeist wird. Ferner betrifft die Erfindung auch eine Einrichtung zur Durchführung dieses
Verfahrens, wobei ein Gleichstrommotoranker sowohl über ein gesteuertes Stromventil an eine Speise- stromquelle als auch an eine Spannungsvergleichseinrichtung angeschlossen ist.
Es ist eine Schaltung zur Schnellbremsung, also zur schnellen Abwärtssteuerung der Drehzahl eines
Motors bekannt, bei der die Klemmenspannung des Motorankers unmittelbar einer Vergleichseinrichtung zugeführt wird, die als Kreis mit einer Gleichstromquelle mit einstellbarer Gleichspannung, einem Span- nungsteiler und der Zündstrecke einer gasgefalltenentladungsröhre ausgebildet ist. Bei Störung des Gleich- gewichtes zündet die Röhre, so dass ein von ihr gesteuertes Relais mit seinem Kontakt einen Bremswiderstand einschaltet, wodurch die Motordrehzahl herabgesetzt wird.
Andere, beispielsweise zur Drehzahlregelung dienende Verfahren und dazu vorgesehene Vorrichtungen arbeiten ohne zusätzliche Gleichspannungsquelle und sind also von der Netzspannung abhängig. So ist es zur Speisung eines Gleichstrommotors aus einem Wechselstromnetz bekannt, ein gesteuertes blromventil zu verwenden, wobei zur Steuerung des Ventils ein Teil der Netzspannung an einem Potentiometer abgegriffen und aber einen Gleichrichter der Steuerelektrode des gesteuerten Ventils zugeführt wird. Bei allen diesen Verfahren wird der ohmsche Spannungsabfall miteinbezogen, d. h. die Regelung erfolgt nicht auf Grund der reinen Anker-EMK, sondern unter Einbeziehung des Spannungsabfalls und kann also nicht völlig genau sein.
Gegenuber dem Bekannten zeichnet sich das erfindungsgemässe Verfahren im wesentlichen dadurch aus, dass die EMK-Spannung während der Pause zwischen zwei vom Stromventil durchgelassenen Strom- impulsen, während welcher Pause der Anker frei von Speisestrom ist, dadurch gemessen wird, dass die vom Anker abgenommene Spannung über ein Filter geleitet wird, in dem die durch den ohmschen Spannungabfall am Anker erzeugte Wechselspannung, die auf Grund der Speisestromimpulse entsteht, zurückgehalten wird, und dass die reine EMK-Spannung mit der wählbaren Spannung mit Hilfe einer Messeinrichtung verglichen wird und die bei dem Vergleich sich ergebende Differenzspannung zum Ingangsetzen eines Impulsgenerators benutzt wird, dessen Ausgangsspannung der Steuerelektrode des Stromventils zugeführt wird.
Für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird eine Einrichtung vorgesehen, die sich im wesentlichen dadurch auszeichnet, dass die Steuerelektrode des Stromventils an einen Impulsgenerator angeschlossen ist, welcher Generator durch ein Signal von der Spannungsvergleichseinrichtung inTätigkeit setzbar ist, die an eine Sollwertspannungsquelle und an eine ein Filter zur Aussiebung der EMK- Spannung des Motorankers enthaltende, an denselben angeschlossene Messeinrichtung angeschlossen ist.
Bei dieser Ausführung ist es zweckmässig, wenn am Anker eine Diode parallelgeschaltet ist, die bei Stromunterbrechung durch das Steuerventil entstehende Induktionsspannung mit umgekehrter Polarität ableitet.
In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel das Schema einer erfindungsgemässen Regeleinrichtung dargestellt.
Ein Gleichstrommotor mit Anker M, Fremderregungswicklung F, Kommutatorwicklung K und einem indenAnkerstromkreisreihegeschalteten sogenannten Steuergleichrichter oder Stromventil S wird von einem
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Ganzwellengleichrichter L gespeist, der an ein Wechselstromnetz mit beispielsweise 50 Hz angeschlossen ist. Durch Beeinflussung der Anzahl je sec der dem Anker M des Motors zugeführten Gleichstromwellen mit Hilfe des gesteuerten Stromventils S wird die Drehzahl des Motors geregelt.
Da das Trägheitsmoment des Ankers verhältnismässig gross ist und die Gleichstromwellen durch die von der Induktivität der Wicklung K und dem ohmschen Widerstand des Ankerkreises herrührenden Zeitkonstanz etwas ausgeglichen werden, wird die Drehzahl des Motors und somit die gewünschte Regelgenauigkeit durch einen einzelnen der zum Anker M gefahrten Impulse des Gleichrichters L nicht beeinflusst und geändert, sondern nur durch die Impulse in ihrer Gesamtheit. Um jedoch die gewünschte Regelgenauigkeit erreichen zu können, wird die Frequenz der zum Stromventil S geführten Steuerspannung wesentlich höher gewählt als die der Gleichstromwellen. Als zweckmässige Frequenz für die Steuerspannung hat sich 800 Hz ergeben, so dass auch Teile einer einzigen Gleichstromwelle geregelt werden können.
Die Wahl der gewünschten Motordrehzahl wird dadurch vorgenommen, dass ein Spannungsteiler P, z. B. ein Potentiometer, eingestellt wird, das an eine Gleichstromquelle angeschlossen ist. Die eingestellte, dem Sollwert der Drehzahl entsprechende Spannung wird einer Vergleichseinrichtung J zugeführt, wo diese Spannung mit einer der Drehzahl des Motorankers M entsprechenden Spannung einer Drehzahlmesseinrichtung V verglichen wird, die an den Anker M angeschlossen ist und aus einer mit einem Filter kombinierten Potentiometerschaltung besteht. Wenn die Drehzahlspannung der Einrichtung V mit dem bei P eingestellten Sollwert nicht im Gleichgewicht ist, welches Gleichgewicht in der Einrichtung.
T mit Hilfe einer mit Transistoren ausgerüsteten Messschaltung geprüft wird, wird ein selbstschwingenderVierkantwellen-Schwingungserzeuger B in Gang gesetzt, dessen Schwingungsfrequenz bei dem obengenannten Beispiel von 800 Hz der Steuerspannung 400 Hz beträgt. Diese Wechselspannung des Generators B wird einem Ganz- wellengleichrichter E zugeführt, der die 400 Hz-Spannung in die genannte 800 Hz-Steuerspannung umwandelt, die bei Ungleichheit zwischen der Spannung von P und der von V der Steuerelektrode des Gleichrichters S zugeführt wird. Die Steuerspannung öffnet das Stromventil S zum Stromdurchgang vom Gleichrichter L zum Motoranker M, wobei der Ankerstrom und somit auch die Motordrehzahl sich erhöht, bis zwischen den verglichenen Spannungen bei P und V Gleichgewicht herrscht, d. h. bis die Motordrehzahl dem bei P eingestellten Sollwert entspricht.
Bei erreichtem Gleichgewicht hören die Schwingungen des Generators B auf, so dass die Steuerspannung an der Steuerelektrode des Stromventils S gleich Null wird. Jetzt wird die Leitfähigkeit des Stromventils S aufgehoben, was zur Folge hat, dass die Drehzahl des Motors sinkt, wodurch anderseits ein erneuter Unterschied zwischen der Spannung von V und dem eingestellten Sollwert bei P hervorgerufen wird. Hiedurch wird der Schwingungserzeuger B erneut in Gang gesetzt und eine neue Steuerspannung dem Stromventil S zugefÜhrt. Dies bewirkt, dass der Motor mit Strom vom Gleichrichter erneut gespeist wird, wodurch die Drehzahl des Motors sich auf den gewünschten Wert erhöht. Dieser Regelverlauf wiederholt sich mit kurzen Abständen.
Die Erhöhung und Verringerung der Motordrehzahl ist praktisch sehr klein und kurzzeitig, so dass der Motor als mit konstanter Drehzahl laufend angesehen werden kann ; Wenn die Leitfähigkeit des Steuergleichrichters aufgehoben wird, nämlich bei Unterbrechung des Ankerstromes, erzeugt die induktive Energie der Wicklung K und des Ankers M eine unerwünschte Induktionsspannung mit umgekehrter Polarität. Diese Spannung wird. mittels einer Diode D beseitigt, die den aus Anker M und Wicklung K bestehenden Stromkreisteil überbrückt. Ausserdem hat die Diode D den Vorteil, dass die Stromänderungen im Anker M so langsam wie möglich erfolgen.
Die Drehzahlmesseinrichtung V, bei der die am Anker M entstehende EMK-Spannungausgewertet wird, erfasst gleichzeitig den ohmschen Spannungsfall am Anker M, welcher an und für sich einen gewissen Fehler in die Messung einführt, der besonders bei recht niedrigen Drehzahlen zur Auswirkung kommt.
Da jedoch der Ankerstrom zwischen zwei Gleichstromquellen immer den Nullwert durchgeht und somit eine Pause entsteht, wird der ohmsche Spannungsfall in diesem Augenblick E. I = 0, so dass auch die die Vergleichseinrichtung J beeinflussende EMK-Spannung von einer durch den genannten ohmschen Spannungsfall bewirkten Komponente völlig frei ist. Ein Ausgleich dieses Spannungsfalls ist deshalb nicht erforderlich.
Das beschriebene Regelungsprinzip ist selbstverständlich auch bei andern zu regelnden Messgrössen, z. B. Strom, Spannung usw. anwendbar. Das Verhältnis zwischen dem Höchst-und dem Mindestwert der geregelten Grösse kann bei dieser Regeleinrichtung recht gross gewählt werden, beispielsweise kann bei der oben beschriebenen Motorregeleinrichtung die Drehzahl zwischen nahezu. Null und 1500 Umdr/min oder einer höheren Drehzahl verändert werden. Die Regelungsgenauigkeit erreicht hiebei Werte unter 10/0.