Vorrichtung zum mindestens annähernden Konstanthalten der innerhalb eines bestimmten Regelbereiches beliebig einstellbaren Drehzahl eines fremderregten Gleichstrommotors.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vor richtung, die dazu dient, die innerhalb eines bestimmten Regelbereiches beliebig einge stellte Drehzahl eines fremderregten Gleich strommotors, bei dem die Klemmenspannung des Ankers durch eine oder mehrere steuer bare, gas- oder dampfgefüllte Entladungsröh ren bestimmt wird, mindestens annähernd konstant zu halten. Bei bekannten derartigen Vorrichtungen wird die . Steuereinrichtung der Röhren von dem Unterschied, zwischen einer für die gewünschte Drehzahl vorher ein gestellten konstanten Gleichspannung (Ver gleichsspannung) und einer der elektromotori schen Gegenkraft des Ankers proportionalen Gleichspannung beeinflusst.
Die letztgenannte Spannung wird gewon nen als Unterschied zwischen einer der Klem- menspannung des Ankers proportionalen Gleichspannung und einer dem Ankerstrom proportionalen Gleichspannung, die meistens über einen Stromtransformator erhalten wird.
Trotz dieser Massnahme ist eine konstante Drehzahl bei einem veränderlichen Belastungs strom nicht unter allen Umständen gesichert. Als Hauptursache dieses Übelstandes sei der sogenannte Formfaktor erwähnt, das heisst der Quotient zwischen der effektiven und der mittleren Stromstärke. Dieser Formfaktor des Wechselstromes, der dem Stromtransformator im Belastungskreis der gesteuerten Entla dungsröhren in Reihe mit dem Anker des Mo- tors entnommen wird, ist bei niedrigeren Stromstärken prozentual höher als bei grossen Belastungsströmen.
Der relative Unterschied kann sogar 30 % betragen. Dies liat zur Folge, dass der Ausgleich bei niedrigen Drehzahlen zu stark und bei hohen Drehzahlen zu schwach ist. Obwohl es durch eine geeignete Einstel lung des Steuerapparates der steuerbaren Ent ladungsröhren möglich ist, z.
B. die Drehzahl bei einer Maximaldrehzahl im ganzen Bereich der Belastungsströme nahezu konstantzuhal- ten, ist dies nicht zugleich für die Drehzahl bei einer Minimaldrehzahl durchführbar; es wird im allgemeinen diese Drehzahl in dem Masse zunehmen, wie der Belastungsstrom wächst. ' Als zweite Ursache der Abweichung von dem eingestellten Wert der Drehzahl sei die Ankerrückwirkung erwähnt, was aus folgen dem hervorgehen dürfte.
Der Ankerstrom erzeugt im Anker ein Magnetfeld, das senkrecht zur Richtung des Flauptfeldes steht. Durch die Kombination dieser beiden Felder entsteht ein resultieren des Feld, das auf der einen Seite eines Pol schuhes durch Addition und auf der andern Seite dieses Polschuhes durch Subtraktion der beiden Felder erhalten wird. Das durch Ad dition erhaltene Feld entspricht aber nicht der Summe der beiden einzelnen Felder, sondern ist beträchtlich niedriger, da die Sättigung des Eisenkreises wächst.
Auf der andern Seite des Polschuhes ist durch Subtraktion das re sultierende Feld schwach, wodurch die Sätti gung des Eisenkreises an dieser Stelle ab nimmt. Es leuchtet ein, dass die Feldzunahme auf der einen Seite des Polschuhes geringer ist als die Abnahme auf der andern Seite des Polschuhes. Durchschnittlich hat also das Hauptfeld infolge des Ankerfeldes abgenom men. Durch diese Schwächung des Hauptfel des wird auch die Drehzahl beeinflusst, und zwar derart, dass der Einfluss bei hohen Dreh zahlen, absolut betrachtet, grösser als bei den niedrigeren Drehzahlen ist. Durch Anwendung der Erfindung kann der obengenannte Nachteil vermieden werden.
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung zum wenigstens annähernd Konstanthalten der innerhalb eines bestimmten Regelbereiches be liebig eingestellten Drehzahl eines Gleich stromnebenschlussmotors, bei der die Klem- menspannung am Anker durch steuerbare, gas- oder dampfgefüllte Entladungsröhren be stimmt wird, deren Steuereinrichtung beein- flusst wird durch die Differenz zwischen einer für die gewünschte Drehzahl vorher einge stellten konstanten Gleichspannung (Ver gleichsspannung)
und einer der gegenelektro- motorischen Kraft des Ankers proportionalen Gleichspannung, ist dadurch gekennzeichnet, dass in den Steuerkreis, der die einstellbare konstante Gleichspannung enthält, eine dem Ankerstrom proportionale Gleichspannung (Ausgleichsspannung) derartiger Grösse in Reihe geschaltet ist, und zwar verbunden mit derjenigen Klemme der konstanten Gleich spannung, die für die Einstellung der nied rigsten Drehzahl bestimmt ist, dass die Dreh zahl auch bei veränderlichen Belastungsströ men praktisch konstantgehalten wird.
Es ist von der Konstruktion des verwen deten Motors mit Nebenschlusskennlinie ab hängig, ob die Ausgleichsspannung im posi tiven oder aber im negativen Sinne mit der konstanten Gleichspannung in Reihe geschal tet werden soll. An Hand einiger Versuche lässt sich dies leicht feststellen. Durch Ände- rung der Ausgleichsspannung, z. B: mittels eines Regelwiderstandes, kann auch ihre rich tige Grösse versuchsweise ermittelt werden.
Bei einer Ausführungsform der Vorrich tung kann die Steuereinrichtung zwei parallel geschaltete Steuerkreise (z. B. zwischen Ka thode und Steuerelektrode der Entladungs röhren, vorzugsweise steuerbaren Verstärker röhren) enthalten, und es ist in einen der Kreise die konstante Gleiehspannung und die Ausgleichsspannung und in den andern Kreis die Differenzspannung einer der Klemmen spannung einerseits und einer dem Anker strom anderseits proportionalen Gleichspan nung aufgenommen.
An Hand der beiliegenden Zeichnung wird die Erfindung nachstehend beispiels weise näher erläutert.
In Fig. 1 ist. der Anker eines Gleichstrom motors mit einer fremderregten Ständerwiek- lung 2 versehen, die auf bekannte Weise zum Beispiel über einen gesonderten, gegebenen falls regelbaren Gleichrichter aus einem Wechselstromnetz gespeist wird. Dieser Gleich richter ist einfachheitshalber im Schaltbild weggelassen.
Die Klemmenspannung am Anker 1 des Motors wird geliefert von einem Gegentakt- Gleichriehter mit zwei steuerbaren gas- oder dampfgefüllten Röhren 3 und 4, die aus dem Transformator 5 gespeist werden.
Eine an sich bekannte, z. B. eine in der Phase verschiebbare Zündwechselspannung liefernde Vorrichtung 6 (die zum Beispiel meistens einen Verstärker enthält) an dem Gitter 7 der Entladungsröhre 3 ist an zwei parallel geschaltete Steuerkreise angeschlos sen. Der eine Kreis enthält, von der Vorrich tung 6 aus gesehen, den Gitterwiderstand Ri, einen Teil des einstellbaren Spannungsteilers R2 für die konstante Gleichspannung (Ver gleichsspannung), einen Teil des Spannungs- teilers R;, (der einstweilen ausser Betracht ge lassen wird) und ist dann an die Kathode der Röhre 3 angeschlossen.
Die konstante Ver gleichsspannung wird von einer Gleichspan- nungsquelle 8 geliefert, die durch die Röhre 9 stabilisiert und (über R3) mit dem Span- nungsteiler R2 verbunden ist. Der zweite Kreis enthält den Gitterwiderstand R4, den Widerstand R5 und einen Teil des Spannungs- teilers R6 und ist dann ebenfalls an die Ka thode der Röhre 3 angeschlossen.
Bei der be kannten Schaltung fehlt der Widerstand R3, und es sind die obere Seite des Spannungstei- lers und die Unterseite des Widerstandes Rs unmittelbar mit der Kathode verbunden. Bei dieser bekannten Schaltung wird die Vorrich tung 6 somit durch die Differenz zwischen der konstanten Vergleichsspannung am Span nungsteiler R2 und der im andern Kreis R4, R5, R6 -vorhandenen Spannung beeinflusst.
Die resultierende Gleichspannung in diesem Kreise ist der Gleichspannung im andern Git terkreis entgegengesetzt, was aus den -i- und -Zeichen hervorgeht, so dass man in bezug auf die Vorrichtung 6 also von dem Unter schied zwischen den beiden Gleichspannungen sprechen darf.
Die Gleichspannung im Kreis R4, R5 und R6 ist der gegenelektromotorischen Kraft des Ankers bei einer bestimmten Drehzahl propor tional und wird aus dem Unterschied erhal ten zwischen einer der Klemmenspannung proportionalen Gleichspannung an den Wider ständen R5 und R6, die über einen -Wider stand R7 an den Anker 1 angeschlossen sind, und einer dein Ankerstrom proportionalen Gleichspannung am Widerstand R6, der über R?, und R$ mit einem Gleichrichter 10 ver bunden ist.
Dieser Gleichrichter wird aus einem Strom transformator 11 gespeist, dessen Primärwick lungen 12 in die Anodenkreise der Entla dungsröhren 3 und 4 aufgenommen sind, so dass die gelieferte Gleichspannung ein Mass für die Grösse des Ankerstromes bildet. Auch die Gleiehspannung am Widerstand R6 ist somit der Grösse des aufgenommenen Ankerstromes proportional, wenn die Ankerspannungskom- ponente aus R5, R6, R7 vorläufig ausser Be tracht gelassen wird.
Diese Spannung wird im Gitterkreis R4, R5, R6 und Kathode der Röhre 3 von der Spannung an den Wider ständen R5 -Lind R6 abgezogen, die der Klem menspannung des Ankers 1 proportional ist, so dass in diesem Gitterkreis eine resultierende Gleichspannung verbleibt, die der gegenelek- tromotorischen Kraft des Ankers proportional und entgegengesetzt zu der Vergleichsspan nung am Widerstand R2 gerichtet ist.
Die ge wünschte Drehzahl des Motors wird durch die Einstellung des Kontaktes 13 des Widerstan des R2 bestimmt. Steht der Kontakt unten am Widerstand R2 (-I- Klemme der Batterie 8), so erreicht man die Maximaldrehzahl, in der obern Lage (Ende) die Minimumdrehzahl. Die Steuerung der Röhre 3 erfolgt zum Bei spiel durch Phasenverschiebung einer Steuer wechselspannung (gegebenenfalls von spitzer Form), die von der Vorrichtung 6 geliefert wird, die wieder durch die resultierende Gleichspannung aus den genannten Gitterkrei sen auf bekannte Weise beeinflusst wird.
Bei richtiger Anordnung dieser Brücken schaltung ist es möglich, z. B. die Umdrehun gen bei der Maximaldrehzahl konstantzuhal- ten bei veränderlichem Belastungsstrom durch den Anker 1. Dies ist aber nicht möglich (immer noch vorausgesetzt, dass der Wider stand R3 im Schaltbild fehlt) bei der Mini maldrehzahl.
Durch Anwendung der Erfindung, das heisst durch Reihenschaltung einer dem An kerstrom proportionalen Gleichspannung (am Widerstand & ) mit der Vergleichsspannung am Widerstand R2 - und zwar an derjenigen Klemme desselben, die mit der niedrigsten Drehzahl übereinstimmt, also am obern Ende (Erde) von R2 - lässt sich ein Ausgleich er zielen, wodurch auch die niedrigeren Dreh zahlen bei veränderlichen Belastungsströmen praktisch konstant bleiben.
Wenn die Wider stände R2 und R3 wie in Fig.1 geschaltet sind, wird die Gleichspannung an R3 von der Gleichspannung anR2 abgezogen, da die Gleich spannung bei den niedrigen Drehzahlen, wenn der Kontakt 13 oben steht, bereits einen be stimmten, dein Ankerstrom proportionalen negativen Wert (die Spannung an R3) im Gitterkreis R1, R2, R3, Kathode hat.
Entsprechend der Konstruktion und Schaltung des verwendeten Motors kann es aber auch erforderlich sein, von R3 einen in bezug auf die Spannung an R2 positiven Wert abzugreifen. Das Schaltbild soll dann etwas geändert werden, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Entsprechende Teile sind in dieser Figur mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig.1 ver sehen.
Da der Widerstand R3 jetzt zwischen der positiven Klemme der Gleichrichterschal- tung 10, 11 und der Kathode der Entladungs röhre 3 angeordnet ist, wird die Spannung an R3 iin Kreis Kathode-R3-R2-RI Vorrichtung 6 der konstanten Vergleichsspannung an R2 hinzugefügt. Aus den Zeichen - und -i- an diesen Widerständen ist dies auf einfache Weise erkennbar.
Versuchsweise lässt sich leicht feststellen, ob die Schaltung von R3 nach Fig. 1 oder nach Fig. 2 verwendet werden soll.
Wenn R3 als Spannungsteiler ausgebildet wird, ist die Grösse der erforderlichen Aus gleichsspannung, die davon abgegriffen wird, ebenfalls leicht einstellbar.
Aus dem oben Geschilderten geht hervor, dass man sieh auch Nebenschlussmotoren den ken könnte, bei denen die Spannung an R3 weder zugefügt noch abgezogen zu werden braucht, das heisst dass der Spannungsteiler R3 entfallen könnte.