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Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Motorimpulsen Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Motorimpulsen, bei der der Motor mit einem Anker und einem Erregerfeld ausgerüstet ist und von einer Wechselstromquelle aus mit Strom beschickt ist. In Servo-Systemen ist es besonders vorteilhaft, einen Motor zu verwenden, der seine Kraft in einer Reihe von Impulsen im Unterschied zu fortgesetzter Kraftwirkung erzeugt, da die Impulswirkung dazu geeignet ist, für grössere Empfindlichkeit im Betrieb einer Vorrichtung oder eines Elementes zu sorgen, der bzw. dem die Kraft zuzuführen ist.
Wo der Impulseffekt elektrisch im Motor entwickelt wird, ist dieser mit einer Einrichtung zu vergleichen, mit der mechanisch durch Anstossen erreicht wird, diesen Teil genau in eine bestimmte Lage zu bringen. Es hat sich herausgestellt, dass ein Teil in genaue Lage bezüglich eines anderen leichter durch solch ein mechanisches Anstossen in einer Reihe von Schlägen geringer Stärke bewegt werden kann, als wenn er in kontinuierlicher Bewegung bewegt und angehalten würde, wenn er die genaue oder vorher bestimmte Lage erreicht hat.
Im Fall eines Servo-Systems, bei dem beispielsweise der Motor zum Antrieb einer Anzeigevorrichtung ausgebildet ist, ermöglicht die Tatsache, dass der Motor nach der Erfindung seine Kraft in einer Reihe von Impulsen entwickelt, eine hochgradige Genauigkeit für das angetriebene Element, so dass es genauer und schneller in die gewünschte Endstellung gebracht werden kann, als wenn der Motor so betrieben wird, dass er das Element mit einer kontinuierlichen Kraft antreibt.
Es ist ein Zweck der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Motorimpulsen zu schaffen, die einfach im Aufbau, in ihren Steuerstromkreisen frei von umlaufenden oder sich bewegenden Teilen und verlässlich und zufriedenstellend im Betrieb ist.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine Ausführungsform, die einen Gleichrichter in dem Stromkreis der Feldwicklung benutzt; Fig. 2 eine weitere Ausführungsform, die die Benutzung eines Kondensators zur Unterstützung des Gleichrichters nach Fig. 1 zeigt; Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel, das zeigt, wie das magnetische Feld über einen Vollweggleichrichter beschickt werden kann;
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel, das die Benutzung eines Permanent-Magnetfeldes zeigt, und Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel, das einen abgewandelten Stromkreis zur Überwindung des mechanischen Trägheitsmomentes des Motorankers und der von ihm getriebenen Teile zeigt.
Nach Fig. 1 ist eine Wechselstromquelle mit L1, L2 bezeichnet, die die Sekundärwicklung eines Transformators sein kann, dessen Primärwicklung von irgendeinem geeigneten Netz, beispielsweise einem 60-Hertz-Lichtnetz, beschickt wird. Das Vorhandensein des Transformators ist nicht notwendig, es sei denn in Fällen, in denen es erwünscht ist, dem Motor die elektrische Energie mit einer Spannung zuzuführen, die sich von derjenigen des Netzes unterscheidet.
Die Feldwicklung F des Motors ist mit der Klemme L1 über zwei Gleichrichter R1 und R2 in Reihenschaltung verbunden, während das gegenüberliegende Ende der Feldwicklung unmittelbar mit der Klemme L2 verbunden ist. Es können irgendwelche geeignete Gleichrichter benutzt werden, vorzugsweise jedoch kommen Trockengleichrichter in Betracht. Ein dritter Gleichrichter R3 ist parallel zur Feldwicklung Fgeschaltet und in der dargestellten Richtung angelegt, so dass er den
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Stromfluss von den Zuführungsleitungen durch R3 blok- kiert, aber einen umlaufenden Strom durch die Feldwicklung gestattet.
Der Anker M des Motors ist, wie gezeigt, an einem Punkt zwischen den Gleichrichtern R 1 und R2 angeschlossen, während seine andere Seite zur entgegengesetzten Seite der Leitung L2 geführt ist.
Die Schaltung arbeitet in folgender Weise: Während abwechselnder Halbperioden fliesst der Strom von der Klemme L1 über die Gleichrichter R1 und R2 in die Feldwicklung F und baut ein magnetisches Feld auf und speichert darin Energie. Dieser Stromfluss ist während der anderen Halbperioden blockiert. Wenn jedoch der Stromfluss durch die Feldwicklung aufhört und der magnetische Fluss beginnt zu zerfallen, induziert diese Änderung des magnetischen Flusses einen Strom in der Feldwicklung in der gleichen Richtung wie der Original- stromfluss, und dieser Strom findet einen Weg über den Gleichrichter R3, so dass ein Ringstrom während solcher anderer Halbperioden fliesst.
Auf diese Weise fliesst durch die in dem magnetischen Feld gespeicherte Energie ein Strom weiterhin durch die Feldwicklung, und das gleichgerichtete magnetische Feld wird während der gesamten Periode aufrechterhalten.
Der Anker kann Strom von der Zuführungsleitung L1 über den Gleichrichter R1 nur während abwechselnder Halbperioden aufnehmen, und irgendwelches Bestreben, Strom über den Anker zurückfliessen zu lassen, wird durch die Wirkung des Gleichrichters R2 unterbunden. Es wird daher Halbwellen-Strom dem Anker zugeführt, und der Strom fliesst dort nur während der Zeiträume, die abwechselnden Halbperioden entsprechen.
Der Motor entwickelt so ein Drehmoment in Abhängigkeit von dem fortgesetzt beschickten magnetischen Feld und dem pulsierenden Stromfluss im Anker, was Kraftimpulse zum Ergebnis hat, und die so der Abtriebswelle des Motors zugeführt werden, um die gewünschte pulsierende Kraftabgabe zu erzeugen.
Fig. 2 zeigt einen Stromkreis, in dem ein Kondensator C mit dem Gleichrichter R3 kombiniert ist. Der Kondensator wirkt dahingehend, dass er eine elektrostatische Ladung während der Zeit speichert, wenn der Stromkreis über die Gleichrichter R1 und R2 leitend ist, und schafft einen örtlichen Stromkreis für einen Ringstrom über die Feldwicklung, um den Stromfluss durch diese aufrechtzuerhalten und so die Aufrechterhaltung eines fortgesetzten magnetischen Flusses im Feld sicherzustellen. Es hat sich Herausgestellt, dass dieser Stromkreis verbesserte Betriebsergebnisse liefert, um einen nahezu gleichförmigen Stromfluss durch die Feldwicklung aufrechtzuerhalten, der gleichförmiger ist, als wenn nur der Gleichrichter oder der Kondensator allein benutzt würde.
Es hat sich herausgestellt, dass es vorteilhaft ist, den Kondensator C in jedem Fall zu benutzen, wenn der Anker des Motors mechanische Energie über dynamische Bremswirkung zu absorbieren hat. Beim dynamischen Bremsen kehrt sich der Stromfluss durch den Anker um, und eine Betrachtung des Stromkreises zeigt, dass ein solcher Stromfluss bestrebt ist, den Magnetfluss zu erhöhen, und dass der Konden- sator solche Stromstösse abfängt und für gleichförmi- geren Betrieb sorgt.
Fig. 3 zeigt eine weitere abgeänderte Schaltung, bei der der Anker des Motors in gleicher Weise wie vorher über den Gleichrichter R1 beschickt wird, in der aber das Feld über einen Vollweg-Gleichrichter R4 erregt wird. Ein solches Vollweg-Gleichrichten schafft eine ständig aufrechterhaltene Felderregung und ergibt einen hochgradig zufriedenstellenden Betrieb des Ankers mit den in ihm erzeugten Impulsen.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der der magnetische Fluss des Feldes durch einen Permanentmagneten erzeugt wird, während der Anker über einen Einweg-Gleichrichter R1 beschickt wird. Da ein Permanent-Magnet benutzt wird, können die Gleichrichter R2 bis R4 und der Kondensator C bei ähnlicher Entwicklung der Kraftimpulse entfallen.
Die beschriebene Schaltung zeichnet sich durch Einfachheit und Betriebssicherheit aus. Es benötigt keinerlei bewegliche Schalter oder Kontakte. Es hat sich herausgestellt, dass es für die beschriebenen Zwecke sehr zufriedenstellende Ergebnisse liefert.
In manchen Fällen kann es wünschenswert sein, die Wirkung des mechanischen Trägheitsmomentes im Motor-Ankersystem herabzusetzen oder zu überwinden, so dass jeder einzelne Kraftimpuls unabhängig von den vorhergehenden Impulsen seine Wirksamkeit entfaltet. Dies wird durch einen Widerstand X erreicht, der, wie in Fig. 5 gezeigt, parallel zum Gleichrichter R1 geschaltet ist. Es ist zu verstehen, dass der gleiche Widerstand auch in jeder der anderen Schaltungen, wie sie in der Zeichnung gezeigt sind, benutzt werden kann.
Die Betrachtung dieser Schaltung zeigt, dass zusätzlich zu den Stromimpulsen, die durch den Einweg- Gleichrichter R1 übertragen werden, und die beispielsweise als positive Impulse bezeichnet werden können, der Widerstand X einen kleineren Strom während der anderen Halbperiode in umgekehrter Richtung fliessen lässt. Solche Stromimpulse sind dann bestrebt, Kraftimpulse in umgekehrter Richtung bzw. im negativen Sinne im Anker zu erzeugen. Durch geeignete Wahl oder Einstellung des Widerstandswertes können diese entgegengesetzten oder negativen Kraftimpulse so geregelt werden, dass sie das Trägheitsmoment des Ankers teilweise oder vollständig ausgleichen, und so die positiven Kraftimpulse im wesentlichen unabhängig voneinander halten.
Die oben beschriebenen Beispiele erschöpfen natürlich nicht die durch die Erfindung gegebenen Schaltungsmöglichkeiten. Es sind vielmehr die verschiedensten Abänderungen und anderen Ausführungsformen denkbar, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
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Circuit arrangement for generating motor pulses The invention relates to a circuit arrangement for generating motor pulses, in which the motor is equipped with an armature and an excitation field and is supplied with current from an alternating current source. In servo systems, it is particularly advantageous to use a motor that generates its power in a series of pulses as opposed to continuous force action, since the pulse action is suitable for providing greater sensitivity in the operation of a device or element that or to which the power is to be supplied.
Where the impulse effect is developed electrically in the motor, this is to be compared with a device with which it is achieved mechanically by pushing this part into a specific position. It has been found that a part in precise position with respect to another can more easily be moved by such mechanical beating in a series of small impacts than if it were moved in continuous motion and stopped if it were in the precise or predetermined position has reached.
In the case of a servo system in which, for example, the motor is designed to drive a display device, the fact that the motor according to the invention develops its power in a series of pulses enables a high degree of accuracy for the driven element, making it more accurate and can be brought to the desired end position more quickly than if the motor is operated so that it drives the element with a continuous force.
It is an object of the invention to provide a circuit arrangement for generating motor pulses which is simple in construction, free of rotating or moving parts in its control circuits, and which is reliable and satisfactory in operation.
Exemplary embodiments of the circuit arrangement according to the invention are shown in the drawing. 1 shows an embodiment using a rectifier in the field winding circuit; Fig. 2 is another embodiment showing the use of a capacitor to aid the rectifier of Fig. 1; 3 shows an exemplary embodiment which shows how the magnetic field can be fed via a full-wave rectifier;
FIG. 4 shows an embodiment which shows the use of a permanent magnetic field, and FIG. 5 shows an embodiment which shows a modified circuit for overcoming the mechanical moment of inertia of the motor armature and the parts driven by it.
According to FIG. 1, an alternating current source is designated by L1, L2, which can be the secondary winding of a transformer, the primary winding of which is fed by any suitable network, for example a 60 Hertz light network. The presence of the transformer is not necessary, except in cases where it is desired to supply the motor with electrical energy at a voltage different from that of the network.
The field winding F of the motor is connected in series to terminal L1 via two rectifiers R1 and R2, while the opposite end of the field winding is directly connected to terminal L2. Any suitable rectifier can be used, but dry-type rectifiers are preferred. A third rectifier R3 is connected in parallel to the field winding F and applied in the direction shown so that it
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Current flow from the supply lines blocked by R3, but a circulating current is permitted through the field winding.
The armature M of the motor is, as shown, connected at one point between the rectifiers R 1 and R2, while its other side is led to the opposite side of the line L2.
The circuit works in the following way: During alternating half-periods, the current flows from terminal L1 via rectifiers R1 and R2 into field winding F and builds up a magnetic field and stores energy in it. This current flow is blocked during the other half periods. However, when the current flow through the field winding stops and the magnetic flux begins to decay, this change in magnetic flux induces a current in the field winding in the same direction as the original current flow, and this current finds its way through rectifier R3 so that a ring current flows during such other half-periods.
In this way, due to the energy stored in the magnetic field, a current continues to flow through the field winding, and the rectified magnetic field is maintained during the entire period.
The armature can only receive current from the supply line L1 via the rectifier R1 during alternating half-periods, and any attempt to allow current to flow back via the armature is prevented by the action of the rectifier R2. Half-wave current is therefore fed to the armature, and the current only flows there during the periods of time that correspond to alternating half-periods.
The motor thus develops a torque as a function of the continuously supplied magnetic field and the pulsating current flow in the armature, which results in force pulses which are thus fed to the output shaft of the motor in order to generate the desired pulsating force output.
Fig. 2 shows a circuit in which a capacitor C is combined with the rectifier R3. The capacitor acts to store an electrostatic charge during the time when the circuit through rectifiers R1 and R2 is conductive and creates a local circuit for a ring current across the field winding to keep current flowing through it and thus maintain a ensure continued magnetic flux in the field. This circuit has been found to provide improved operating results for maintaining a nearly uniform flow of current through the field winding that is more uniform than if the rectifier or capacitor alone were used.
It has been found that it is advantageous to use the capacitor C in any case when the armature of the motor has to absorb mechanical energy via dynamic braking. During dynamic braking, the current flow through the armature is reversed, and an examination of the circuit shows that such a current flow tends to increase the magnetic flux and that the capacitor absorbs such current surges and ensures more uniform operation.
3 shows a further modified circuit in which the armature of the motor is charged in the same way as before via the rectifier R1, but in which the field is excited via a full wave rectifier R4. Such full wave rectification provides a sustained field excitation and results in a highly satisfactory operation of the armature with the pulses generated within it.
Fig. 4 shows a further embodiment in which the magnetic flux of the field is generated by a permanent magnet, while the armature is fed via a half-wave rectifier R1. Since a permanent magnet is used, the rectifiers R2 to R4 and the capacitor C can be omitted if the force pulses develop in a similar manner.
The circuit described is characterized by its simplicity and operational reliability. It doesn't require any moving switches or contacts. It has been found that it gives very satisfactory results for the purposes described.
In some cases it can be desirable to reduce or overcome the effect of the mechanical moment of inertia in the motor armature system, so that each individual force pulse develops its effectiveness independently of the previous pulses. This is achieved by a resistor X which, as shown in FIG. 5, is connected in parallel with the rectifier R1. It is to be understood that the same resistor can be used in any of the other circuits as shown in the drawing.
Examination of this circuit shows that in addition to the current pulses which are transmitted through the half-wave rectifier R1 and which can be referred to as positive pulses, for example, the resistor X allows a smaller current to flow in the opposite direction during the other half cycle. Such current pulses then endeavor to generate force pulses in the opposite direction or in the negative sense in the armature. By suitable choice or setting of the resistance value, these opposing or negative force pulses can be regulated in such a way that they partially or completely compensate for the moment of inertia of the armature, and thus keep the positive force pulses essentially independent of one another.
The examples described above do not, of course, exhaust the circuit possibilities given by the invention. Rather, a wide variety of modifications and other embodiments are conceivable without deviating from the inventive concept.