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Regeleinrichtung für Elektromotoren Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Regelsystem, und zwar auf ein Regelsystem für einen Gleichstrommotor, der aus einer Wechselstromquelle gespeist wird. Die Speisung von Gleichstrommotoren aus Wechselstromquellen mit Hilfe von Regeleinrichtungen mit elektronischen Hilfsmitteln, in manchen Fällen auch elektromagnetischen Hilfsmitteln, ist bekannt. Die bekannten Einrichtungen sind jedoch recht kompliziert; im übrigen wurde gefunden, dass sie bei einigen Anwendungen nicht sehr zuverlässig sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches Regelsystem für einen Gleichstrommotor zu schaffen, der aus einer Wechselstromquelle gespeist ist.
Nach der Erfindung wird dies dadurch. erreicht, dass bei einer Einrichtung zur Regelung der Drehzahl eines durch einen gleichgerichteten Wechselstrom gespeisten Gleichstrommotors, bei der der Ankerstrom des Motors vor seiner Gleichrichtung die Wechselstromarbeitswicklungen einer sättigbaren Drossel durchfliesst, die durch einen von der Differenz einer Soll- Spannung und der Ist-Spannung des Motorankers abhängigen Gleichstrom vormagnetisiert ist, in neuer Weise parallel zu den von der Differenzspannung gespeisten Vormagnetisierungswicklungen der Drossel die Reihenschaltung eines Widerstandes und eines Gleichrichters gelegt wird, der bezüglich der Soll-Spannung in Sperrichtung geschaltet ist.
Auf diese Weise werden sättigbare Drosseln und elektrische Regelmittel in solcher Weise in Zusammenwirkung gebracht, dass sie den Drehzahlabfall, der bei einer Steigerung der Last auftritt, ausgleichen, so dass unabhängig von Änderungen der Last eine ausgewählte Drehzahl mit geringem Aufwand eingehalten werden kann. Da hierbei ein Teil der Wechselstromkomponente des in den Vormagnetisierungswick- Lungen fliessenden Steuerstromes, insbesondere der in diesem enthaltenen Oberwellen für die Steuerung als Einflussgrösse für die Regeleinrichtung ausgenutzt werden kann, wird bei Vergrösserung der Belastung die bleibende Regelabweichung vermindert werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung besprochen, die .ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt, wobei noch zusätzliche Verbesserungen und Vorteile erwähnt werden.
In der Zeichnung ist M ein Gleichstrommotor mit einer Ankerwicklung A und einer Feldwicklung F, wobei die Feldwicklung an den Felderregungsgleichrichter FER angeschlossen ist, dessen Gleichstromanschlüsse mit der Feldwicklung und dessen Wech.selstroman- schlüsse mit den Leitern L 1 und L2 verbunden werden, die ihrerseits an einer geeigneten Wechselstromquelle liegen. Für die Anwendung, auf die die Erfindung im besonderen Bezug nimmt, wird die Felderregung auf einen konstanten, ausgewählten Wert eingestellt. Es können jedoch auch ohne weiteres Widerstandsmittel im Feldkreis angeordnet werden, so dass die Felderregung auf einen von mehreren ausgewählten Werten eingestellt werden kann.
Die Ankerwicklung A des Motors wird aus einer durch die Leiter L1 und L2 angedeuteten Wechselstromquelle über die folgenden Schaltelemente gespeist: Wenn der Leiter L1 positiv ist, führt ein Stromweg von diesem Leiter durch die Wechselstrom- bzw. Hauptwicklungen 1 und 2 der sättig-baren Drossel SR, den Gleichrichter 3 der Leistungs-Gleichrichteran- ordnung PR, der Leiter 4, die auf den Laststrom ansprechenden Steuerwicklungen 5 und 6 der sättig- baren Drossel SR, die Ankerwicklung A des Motors M und den Gleichrichter 7 zum negativen Leiter L2.
Wenn der Leiter L2 positiv ist, kann der Weg für den Strom der Ankerwicklung A verfolgt werden
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über den Einzelgleichrichter 8 der Leistungsgleichrichteranordnung PR, den Leiter 4, die Wicklungen 5 und 6, den Motoranker A, den Einzelgleichrichter 9 des Leistungsgleichrichters, die Wicklungen 2 und 1 der sättigbaren Drossel SR bis zum Leiter Ll.
Zur wirksamen Regelung des Motors wird eine Sollwertspannung an die Ankerwicklung des Motors mit Hilfe des als Spartransformator AV ausgebildeten Stufentransformators, dessen Spannung .einstellbar ist, über die Regel-Gleichrichteranordnung CR angelegt. Der Transformator AV ist an die Sekundärwicklung TS des Isoliertransformators T angeschlossen:, dessen Primärwicklung TP an die Leiter L1 und L2 angeschlossen ist, welche beim Betrieb an einer geeigneten Wechselstromquelle liegen.
Diese Sollwertspannung wird über die Steuerwicklungen 13 und 14 an den Motor angelegt. Der Stromweg für diese Steuerwicklungen kann verfolgt werden von der Anzapfung 10 über den Gleichrichter 11 der Regelgleichrichteranordnung CR, den Leiter 12, die Steuerwicklungen 13 und 14, die Ankerwicklung des Motors M, den Einzelgleichrichter 15 der Gleichrichteranordnung CR zum unteren Anschluss des Transformators.
Wenn der untere Anschluss des Transformators positiv ist, werden die Steuerwicklungen 13 und 14 durch einen Kreis gespeist, der aus dem Einzelgleichrichter 16 der Gleichrichteran- ordnung CR, dem Leiter 12, den Steuerwicklungen 13 und 14, der Ankerwicklung A des Motors M, dem Einzelgleichrichter 17 der Anordnung CR besteht und an der Anzapfung 10 endet.
Die Grösse des Regel- oder Abweichungssignals kann nach Wahl dadurch gesteuert weden, dass die Anzapfung 10 am Transformator AV eingestellt wird.
Von dem Wechselstrom wird über die als Transformator wirkenden Magnetverstärkerkerne in den Wicklungen 13 und 14 eine Wechselspannung induziert. Diese Wechselspannungen heben sich infolge der symmetrischen Ausbildung und der Gegeneinan- derschaltung hinsichtlich der Grundwelle auf.
Das ist jedoch hinsichtlich der Oberwellen nicht der Fall. Wenn man während des Ablaufs solcher Halbwellen die in den Sekundärwicklungen induzierten Spannungen in den :einzelnen Augenblicken betrachtet, so ist festzustellen, dass diese beim Magnetisieren in dem einen Kern einerseits und beim Entmagnetisieren in dem anderen Kern anderseits verschiedene Werte aufweisen. Da diese Werte gegeneinandergerichtet sind, :erhält man in jedem Augenblick eine Differenzspannung, deren Wert während der einzelnen Halbwellen der Grundwelle wechselt. Diese Differenzspannung stellt also eine überwiegend aus Oberwellen bestehende Wechselspannung dar.
Diese Spannungen und somit ein Teil der Wechsel- stromkomponente des in den Vormagnetisierungs- wicklungen fliessenden Steuerstroms werden hier ausgenützt, um bei steigender Belastung die Sollspannung zu erhöhen. Die Wechselstromkomponente des Abweichsignals wächst nämlich bei zunehmender Be- lastung infolge der Phasenverschiebung zwischen der Sollwertspannung und der Motorspannung.
Für die einen Oberwellen-Halbwellen ist der Weg durch die Gleichrichter des Brückensatzes CR gesperrt, in der anderen Richtung besteht an sich ein Stromweg über den Motoranker und die Gleichrichterbrücke, der jedoch im Hinblick auf die Induktivität des Motorankers einen verhältnismässig grossen Widerstand aufweist. Durch den Gleichrichter AR wird nun den Halbwellen der entsprechenden Polarität ein Weg mit erheblich geringerem Widerstand gegeben, der durch die Bemessung des.
Reihenwiderstandes R so eingestellt werden kann, dass sich ein entsprechend der Einweggleichrichtung inter- mittierender Gleichstrom über die Wicklungen 13, 14 und die Leitung 12 ergibt, der die Vormagnetisierung in dem gewünschten Sinne verstärkt.
Beim Betrieb wird die Einstellung der Drehzahl dadurch erreicht, dass lediglich der Anschluss 10 am Transformator verstellt wird; da jede Änderung der Spannung an den Motoranschlüssen infolge einer Änderung der Last sich automatisch in der Schaltung auswirkt, die die Steuerwicklungen 13 und 14 enthält, ist es ersichtlich, dass der Ausgleich bei Last- änderungen automatisch erfolgt, da jeder Spannungsabfall die Wirkung der Steuerwicklungen 13 und 14 in dem Sinne erhöht, dass ein zusätzlicher Strom durch diese Steuerwicklungen fliesst und auf diese Weise die Drossel gesättigt wird, so dass jede Vergrösserung des Spannungsabfalles kompensiert wird.
Das vorliegende Regelsystem ist für solche Anwendungen bestimmt, bei denen der Motor eine Last mit konstantem Drehmoment antreibt; es ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt. Es ist ersichtlich, dass das Regelsystem äusserst einfach ist; bei seiner praktischen Verwendung hat die Erfahrung gezeigt, dass die Drehzahl durch Einstellung der Anzapfung 10 sehr genau gewählt werden kann, und dass die gewählte Drehzahl innerhalb eines erheblichen Belastungsbereiches des Motors eingehalten wird.
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Control device for electric motors The present invention relates to an electrical control system, specifically to a control system for a direct current motor which is fed from an alternating current source. The supply of direct current motors from alternating current sources with the aid of control devices with electronic aids, in some cases also electromagnetic aids, is known. However, the known devices are quite complicated; moreover, it has been found that they are not very reliable in some applications.
The object of the present invention is to create a simple control system for a direct current motor which is fed from an alternating current source.
According to the invention this is thereby. achieved that in a device for regulating the speed of a direct current motor fed by a rectified alternating current, in which the armature current of the motor flows through the alternating current work windings of a saturable choke before it is rectified, which is determined by one of the difference between a target voltage and the actual voltage of the Motor armature dependent direct current is biased, in a new way in parallel to the bias windings of the choke fed by the differential voltage, the series connection of a resistor and a rectifier which is connected in reverse direction with respect to the set voltage.
In this way, saturable throttles and electrical regulating means are brought into cooperation in such a way that they compensate for the drop in speed that occurs when the load increases, so that a selected speed can be maintained with little effort regardless of changes in the load. Since part of the alternating current component of the control current flowing in the bias windings, in particular the harmonics contained therein, can be used for the control as an influencing variable for the control device, the remaining control deviation will be reduced when the load is increased.
In the following the invention will be discussed with reference to the drawing, which represents an embodiment of the invention, with additional improvements and advantages being mentioned.
In the drawing, M is a direct current motor with an armature winding A and a field winding F, the field winding being connected to the field excitation rectifier FER, whose direct current connections are connected to the field winding and whose alternating current connections are connected to the conductors L 1 and L2, which in turn connected to a suitable AC power source. For the application to which the invention is particularly referred, the field excitation is set to a constant, selected value. However, resistance means can also be arranged in the field circle without any additional means, so that the field excitation can be set to one of several selected values.
The armature winding A of the motor is fed from an alternating current source indicated by the conductors L1 and L2 via the following switching elements: If the conductor L1 is positive, a current path from this conductor leads through the alternating current or main windings 1 and 2 of the saturable choke SR, the rectifier 3 of the power rectifier arrangement PR, the conductor 4, the control windings 5 and 6 of the saturable choke SR that respond to the load current, the armature winding A of the motor M and the rectifier 7 to the negative conductor L2.
When conductor L2 is positive, the path for armature winding A current can be followed
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Via the individual rectifier 8 of the power rectifier arrangement PR, the conductor 4, the windings 5 and 6, the motor armature A, the individual rectifier 9 of the power rectifier, the windings 2 and 1 of the saturable choke SR to the conductor Ll.
For effective control of the motor, a setpoint voltage is applied to the armature winding of the motor with the help of the step transformer designed as an autotransformer AV, the voltage of which is adjustable, via the control rectifier arrangement CR. The transformer AV is connected to the secondary winding TS of the insulating transformer T: whose primary winding TP is connected to the conductors L1 and L2, which are connected to a suitable alternating current source during operation.
This setpoint voltage is applied to the motor via control windings 13 and 14. The current path for these control windings can be followed from the tap 10 via the rectifier 11 of the control rectifier arrangement CR, the conductor 12, the control windings 13 and 14, the armature winding of the motor M, the individual rectifier 15 of the rectifier arrangement CR to the lower connection of the transformer.
When the lower connection of the transformer is positive, the control windings 13 and 14 are fed by a circuit consisting of the individual rectifier 16 of the rectifier arrangement CR, the conductor 12, the control windings 13 and 14, the armature winding A of the motor M, the individual rectifier 17 of the arrangement CR exists and ends at the tap 10.
The size of the control or deviation signal can be controlled as desired by setting the tap 10 on the transformer AV.
From the alternating current, an alternating voltage is induced in the windings 13 and 14 via the magnetic amplifier cores acting as a transformer. These alternating voltages cancel each other out due to the symmetrical design and the mutual connection with respect to the fundamental wave.
However, this is not the case with regard to harmonics. If one looks at the voltages induced in the secondary windings in the individual moments during the course of such half-waves, it can be seen that these have different values when magnetizing in one core on the one hand and when demagnetizing in the other core on the other. Since these values are directed against each other, a differential voltage is obtained at every instant, the value of which changes during the individual half-waves of the fundamental wave. This differential voltage therefore represents an alternating voltage consisting mainly of harmonics.
These voltages and thus part of the alternating current component of the control current flowing in the premagnetization windings are used here in order to increase the nominal voltage with increasing load. This is because the alternating current component of the deviation signal increases with increasing load as a result of the phase shift between the setpoint voltage and the motor voltage.
For one of the harmonic half waves, the path through the rectifier of the bridge set CR is blocked, in the other direction there is a current path via the motor armature and the rectifier bridge, which, however, has a relatively high resistance with regard to the inductance of the motor armature. The rectifier AR now gives the half-waves of the corresponding polarity a path with significantly lower resistance, which is determined by the dimensioning of the.
Series resistance R can be set so that there is an intermittent direct current through the windings 13, 14 and the line 12 corresponding to the half-wave rectification, which increases the premagnetization in the desired sense.
During operation, the setting of the speed is achieved in that only the connection 10 on the transformer is adjusted; Since every change in the voltage at the motor connections as a result of a change in the load has an automatic effect on the circuit that contains the control windings 13 and 14, it can be seen that the compensation takes place automatically when the load changes, since every voltage drop has the effect of the control windings 13 and 14 increased in the sense that an additional current flows through these control windings and in this way the inductor is saturated, so that any increase in the voltage drop is compensated.
The present control system is intended for those applications in which the motor drives a load with constant torque; however, it is not limited to this application. It can be seen that the control system is extremely simple; In its practical use, experience has shown that the speed can be selected very precisely by setting the tap 10, and that the selected speed is maintained within a considerable load range of the motor.