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Anordnung zur Regelung der Drehzahl eines Gleichstrommotors Das Hauptpatent Nr. 306468 betrifft eine Anordnung zur Regelung der Drehzahl eines Gleichstrommotors, der mittels einer in seinem Anker untergebrachten Tachometerwicklung gemessen wird. Die Differenz aus der Tachometerspannung und der Spannung eines Sollwertpotentiometers dient dazu, einen magnetischen Verstärker zu steuern, der im Stromkreis der Motorwicklung liegt. Die Tachometerwicklung und die Arbeitswicklung des Motors stehen unter der Einwirkung einer gemeinsamen fremderregten Feldwicklung.
Zur Erzielung einer von Netzspannungsschwankungen annähernd unabhängigen Solldrehzahleinstellung ist ein Sollwertpotentiometer in Reihe mit der Tachometerwicklung geschaltet. Wegen der Nichtlinearität der Magneti- sierungskennlinie führt aber eine lineare Abhängigkeit des Sollwertes vom Erregerstrom nicht zum gewünschten Erfolg. Daher ist bei der Anordnung nach dem Hauptpatent zur Kompensation von Änderungen des Stromes in der Feldwicklung parallel zu dieser eine Glühlampe und in Serie mit dieser Kombination das Sollwertpotentiometer geschaltet. Die Glühlampe stellt in diesem Fall einen nichtlinearen Widerstand dar.
Eine noch genauere Kompensation der Feldstromänderungen, die durch Netzspannungsschwan- kungen oder Erwärmung der Feldwicklung hervorgerufen werden, wird gemäss der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, dass der Sollwert aus einem konstanten und einem dem Erregerstrom proportionalen Anteil gebildet wird. Diese Massnahme beruht auf der überlegung, dass die nichtlineare Magnetisierungskennlinie innerhalb des Änderungsbereiches des Feldstromes durch eine Gerade, z.
B. durch eine Tangente, durch den mittleren Arbeitspunkt oder eine Sekante durch die beiden Extremwerte, angenähert ersetzt werden kann, und zwar ergibt sich dies aus folgender Betrachtung: Es sei angenommen, dass ein drehzahlregelbarer Gleichstrommotor für irgendwelche Antriebszwecke vorliegt und dass dabei seine Drehzahl fortlaufend gemessen wird. Zu dem Zweck ist in dem Anker des Motors eine Tachometerwicklung untergebracht und die Tachometerspannung dient als Istwert für die Drehzahl.
Sowohl die motorische Arbeitswicklung des Ankers als auch die Tachometerwicklung stehen unter dem Einfluss einer gemeinsamen Feldwicklung. Ändert sich der Erregerstrom und damit der Fluss 0 des Motors, so ändert sich auch der für die Drehzahlregelung massgebende Istwert. Die Aufgabe besteht darin, dass durch gleichzeitige Änderung des Sollspannungswertes in Abhängigkeit von der Änderung des Feldstromes, die Änderung des Istwertes kompensiert werden soll.
Dabei gelten folgende Beziehungen: Die- Tachometerspannung ist proportional der Motordrehzahl und dem Fluss, das heisst UT - n - 0. Der Verlauf des Flusses 0 bzw. die Leerlaufkennlinie ist in der beiliegenden Zeichnung (Fig. 1) in Abhängigkeit vom Erregerstrom i, dargestellt.
Der Fluss 0 ist eine Funktion des Erregerstromes ie. Ersetzt man die Leerlaufkennlinie in dem in Frage kommenden Bereich der Erregerströme durch eine Gerade, so ergibt sich dabei beim Erregerstrom Null auf der Drdinatenachse ein Wert 0, Demzufolge gilt für den Fluss die Bezeichnung = f (Ze) -zz# 0o + lYL # Z' und für die Tachometerspannung die Bezeichnung UT=C#n#(0o+nz- Nennt man US die Sollspannung, so ist es Ziel der Regelung, dass US - Uz,
= s # U3 wird, wobei a den Betrag der bleibenden Regelab-
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weichung repräsentiert und möglichst wenig von Null verschieden sein soll. Daraus folgt, dass Ur #z-- Us (1- s) ist. Somit gilt C#n(0o+m-ie)=US(1-a) oder nach Umformung
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Da die Drehzahl konstant zu halten ist, lautet die Bedingung hierfür
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Ändert sich der Erregerstrom ie, z.
B. auf Grund von Temperatureinflüssen, so ist die Bedingung n = const nur erfüllt, wenn Us-0-0o+m#ie das heisst die Sollspannung muss sich ebenfalls aus einem konstanten Wert und einem dem Erregerstrom proportionalen Wert wie folgt zusammensetzen
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In Fig. 2 ist als Ausführungsbeispiel eine auf Grund der vorstehend geschilderten Überlegungen aufgebaute Schaltung schematisch dargestellt, unter Benutzung eines magnetischen Verstärkers zur Speisung der Arbeitswicklung des Gleichstrommotors. Der Motor besitzt eine Tachometerwicklung 1, eine motorische Arbeitswicklung 2 und eine fremderregte Feldwicklung 3.
Ausserdem ist ein Sollwertpotentio- meter 4 und eine Drossel 5 vorhanden, die dazu dient, den Vormagnetisierungsstrom eines magnetischen Verstärkers 6 möglichst gut zu glätten. Die Klemmen 7, 8 des magnetischen Verstärkers sind mit den entsprechend bezeichneten Klemmen im Stromkreis der Tachometerwicklung 1 verbunden. In den Ankerkreis der Arbeitswicklung 2 ist eine Glättungs- drossel 9 eingeschaltet; sie dient dazu, den Ankerstrom möglichst gut zu glätten und seinen Effektivwert möglichst niedrig zu halten. Die Speisung der Arbeitswicklung 2 erfolgt aus einem Wechselstromnetz mit der Spannung U1 über Gleichrichter 11.
Aus einem Wechselstromnetz mit der Spannung U." wird über Gleichrichter 10 die Sollspannung entnommen. Der Kondensator 24 dient dazu, die Welligkeit der gleichgerichteten Spannung zu verringern..
Der magnetische Verstärker 6 arbeitet in der Form der einphasigen Brückenschaltung. Seine Vormagnetisierungswicklung liegt in dem Stromkreis, der aus dem Sollwertpotentiometer 4, der Tachometerwicklung 1 und der Glättungsdrossel 5 besteht.
Die Speisung der Feldwicklung 3 des Motors erfolgt über Wandler 20 und Gleichrichter 21 von der Spannung Ui.
Zusätzlich zu diesen Schaltungselementen ist noch ein aus den Einstellwiderständen 22 und 23 bestehender Potentiometer vorhanden. Diese Einstell- widerstände. 22, 23 sind notwendig, um zu erreichen, dass im Sinne der Erfindung der Sollwert aus einem konstanten und einem dem Erregerstrom proportionalen Anteil gebildet wird. Es liegt nämlich der Einstellwiderstand 23 an der konstanten Spannung Uz, während der Einstellwiderstand 22 über den Gleichrichter 21 gespeist und zufolge der gewählten Schaltung von dem Strom der Feldwicklung 3 durchflossen wird.
An den Enden der aus den Einstellwiderständen 22, 23 bestehenden Reihenschaltung tritt daher eine Spannung auf, die sich aus einem konstanten und aus einem dem Erregerstrom proportionalen Anteil zusammensetzt. An die Enden der Reihenschaltung der Einstellwiderstände 22, 23 ist der Sollwertpotentiometer angeschlossen, so dass sich die am Sollwertpotentiometer 4 auftretende Spannung aus einem konstanten und einem dem Erregerstrom proportionalen Teil zusammensetzt.
Durch diese Anordnung kann der aus der Magne- tisierungskennlinie der Maschine ermittelte und zur Kompensation erforderliche konstante und der dem Erregerstrom proportionale Anteil der Sollspannung U5 durch Änderung bzw. Bemessung der Widerstände 22, 23 exakt eingestellt werden. Desgleichen kann der auftretende maximale Restfehler graphisch oder rechnerisch bestimmt werden. Auf jeden Fall ist es mit dieser Anordnung möglich, eine sehr hohe Drehzahlkonstanz innerhalb der möglichen Erregerstrom- änderungen zu erreichen. Ein weiterer Vorteil der Anordnung besteht darin, dass bei der Sollwertbil- dung keine zusätzliche Leistung durch Einschaltung nichtlinarer Widerstände verbraucht wird.