CH450528A

CH450528A - Verfahren zur Drehzahl- und Drehmomentregelung eines Gleichstromhauptschlussmotors, und Thyristorschaltung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: CH450528A
Application number: CH577966A
Authority: CH
Inventors: Dosch Peter; Oehmann Manfred
Original assignee: Heberlein & Co Ag
Priority date: 1966-04-21
Filing date: 1966-04-21
Publication date: 1968-01-31

Description


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 Verfahren zur Drehzahl- und    Drehmomentregelung   eines    Gleichstromhauptschlussmotors,   und    Thyristorschaltung   zur Durchführung des Verfahrens Es ist ein Verfahren zur    Drehzahl-   und    Drehmo-      mentregelung   eines    Gleichstromnebenschlussmotors      bekannt,   bei welchem eine    Thyristorsch.altung      mit      Pha-      senanschnittsteuerung   verwendet wird und eine    Mischung   von    Istwertspannung   und    Sollwertstrom   in zwei    aufeinander   folgenden    Zeittakten   derart vorgenommen wird,

   dass im ersten Taktschritt die vorliegende    Istwertspannung   in einen    Analogwertspeicher      eingespeichert   wird und dass im nachfolgenden zweiten Taktschritt ein aus der    Differenz   von Netzwechselspannung und    Istwertspannung   gebildeter,    veränderbarer      Sollwertstrom   die    Istwertspannung   im    Analogwertspei-      cher   bis zu einem festen    Schwellwert   abbaut,

   wobei die Zeit vom Beginn des zweiten Taktschrittes bis zum Erreichen des    Schwellwertes   die Grösse des    Stellstro-      mes   im Stellglied    beeinflusst.   Die vorliegende Erfindung    betrifft   ein Verfahren zur    Drehzahl-   und    Dreh-      momentregelung   eines    Gleichstromhauptschlussmotors,   das dieselben    Verfahrensschritte   aufweist wie das erwähnte für einen    Glei.chstromnebenschlus.smotor   bekannte    Verfahren,      und;

     das sich ferner dadurch auszeichnet, dass die    Istwertspannung   im ersten Taktschritt von einem durch die    Hauptschluss-Feldwicklung      fliessenden   Strom im Rotor    induziert   wird. 



  Die Erfindung    betrifft   auch eine    Thyristorschaltung   zur    Durchführung   dieses    Verfahrens,   bei welcher der Rotor und die damit in Serie geschaltete Feldwicklung des    Hauptschlussgleichstrommotors   mit einem    Thyri-      stor   in Serie    geschaltet   sind.

   Diese Schaltung zeichnet sich dadurch aus, dass sie einen Zündkondensator aufweist, der einerseits mit der Kathode des    Thyristors   und anderseits über ein    Triggerelement   mit der Steuerelektrode des    Thyristors   verbunden ist, und dass die von der Kathode    abgekehrte      Kondensatorklemme      mit      einer      Entladedio.de,   sowie mit einem    Einstellwiderstand   verbunden ist, über    welchen   der Zündkondensator in jeder positiven Halbwelle der Netzspannung aufgeladen wird, bis der    Thyristor   über das    Triggerelement   gezündet wird, und dass ferner der Rotor und der Zündkondensator in einem Stromkreis    liegen,

     in dem der Zünd-    kondensator   während jeder negativen    Halbwelle   im    umgekehrten   Sinne wie    während   der positiven Halbwelle auf eine Spannung aufgeladen wird, die einer    während   der negativen Halbwelle im Rotor von der Feldwicklung induzierten    EMK   und    damit   der Rotordrehzahl mindestens angenähert    proportional   ist. 



  In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, wobei    Fig.   1 und    Fig.   2 je    eine   Ausführungsform der    erfindungsgemässen      Thyristor-      schaltung      darstellen.   



  Gemäss    Fig.l      isst   der Rotor 1 eines üblichen Gleichstrommotors in Serie mit dessen    Feldwicklung   2, der    Anoden-Kathodenstrecke      A-K   eines    Thyristors   3 und einer Diode 4 zwischen den nichtbezeichneten, an ein Wechselstromnetz    .angeschlossenen   Eingangsklemmen der Schaltung angeordnet. Dabei liegt die Diode 4 an der einen, und die    Thyristorkathode   K an der anderen Eingangsklemme. Ein    Zündkondensator   9 ist einerseits an die Kathode K des.    Thyristors   3 und anderseits über einen    Gleichrichter   12 und eine als    Triggerele-      ment   dienende Glimmlampe 7 an dessen Steuerelektrode G angeschlossen.

   Die von der Kathode K abgekehrte Klemme des Zündkondensators 9 ist über eine Diode 6 und,    parallel   dazu, über einen Einstellwiderstand 8 mit der am Rotor 1 angeschlossenen Anode A verbunden. 



  Parallel zur Feldwicklung 2 ist eine Diode 11' geschaltet, deren    Durchlassrichtung   derjenigen der Diode 4 entgegengesetzt ist. Parallel zur    Serieschaltung   des Rotors 1 und des    Thyristors   3 ist eine aus einem Widerstand 10 und einer    Diade   17 bestehende Serieschalturig vorgesehen, wobei die    Durchlassrichtung   der Diode 17 gleich derjenigen der Diode 4 und des    Thyri-      stors   3 ist. 



  Die beschriebene Schaltung arbeitet wie folgt: Die Diode 4 gestattet das    Fliessen   eines Eingangsstromes nur    während   der Halbperiode, in welcher die in der Figur obere    Eingangsklemme   gegenüber der unteren Eingangsklemme positiv ist. Bei Beginn dieser  positiven     Halbperiode   fliesst zunächst ein kleiner 

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 Strom über die    Feldwicklung   2, den Rotor 1, und den    Einstellwiderstand   8, wodurch der    Zündkondensator   9 geladen wird, so    dass      seine   von der    Kathode   K abgekehrte Seite positiv ist.

   Hat die    Zündkondensatorspan-      nung   die Zündspannung der Glimmlampe 7 erreicht, so wird letztere    niederohmig   und es fliesst ein Impuls im Stromkreis 9, 12, 7, G, K, wodurch der    Thyristor   3 gezündet wird. Der Zeitpunkt, in dem die    Zündspan-      nung   erfolgt, bzw. der    Phasenanschnittwinkel,   hängt natürlich von der Einstellung des Einstellwiderstandes 8 ab. Nach der Zündung des    Thyristors   3 entlädt sich der Zündkondensator 9 über die Diode 6 und die    A-K   Strecke des    Thyristors   3. 



  Bei Beginn der negativen Halbperiode sperren die Diode 4 und der    Thyristor   3 den Stromkreis 4, 2, 1, 3. Die in diesem Zeitpunkt im magnetischen Feld der Feldwicklung 2    gespeicherte   magnetische Energie bewirkt,    dass   in der    Feldwicklung   2 ein abklingender Strom im Stromkreis dieser Wicklung und der Diode 11'    weiterfliesst.   



  Der in der Feldwicklung 2 fliessende Strom induziert im Rotor 1 eine    EMK,   deren Polarität in    Fig.   1 angegeben ist. 



  Die    Rotor-EMK   treibt nun einen Strom über Diode 17, Widerstand 10, Zündkondensator 9 und Diode 6. Dieser Strom lädt den Zündkondensator 9, wobei aber    jetzt   die von der Kathode K    abgekehrte   Seite dieses Kondensators negativ ist. Bei Beginn der negativen Halbperiode ist die    Rotor-EMK   am grössten, indem sie nachher wegen des    Abklingens   des    Feldwick-      lungsstromes      rasch   abnimmt.

   Der Kondensator 9 kommt aber nahezu auf den anfänglichen grössten    Wert   der    Rotor-EMK   und bleibt bei demselben Istwert, weil einerseits der    Thyristor   3 und die Diode 12 sperren und    anderseits   die Diode 17 eine Entladung des Zündkondensators 9 auch im Stromkreis 9, 8, 1, 17, 10    verhindert,   indem die Diode 17 sperrt, sobald die    Rotor-EMK   kleiner wird als die    Zündkondensator-      spannung.   Da die im Rotor    induzierte      EMK   der Rotordrehzahl proportional ist, gilt dies praktisch auch für die    Zündkondensatorspannung.   



  In der nächsten positiven Halbperiode beginnt wieder ein Strom über Diode 4,    Feldwicklung   2, Rotor 1 und Einstellwiderstand zu    fliessen,   der den    Zündkon-      densator   9 wieder    umlädt,   bis er die Zündspannung der    Glimmlampe   7 erreicht. Dies geschieht mit der    Zeitkonstanten   R,.    C9,   welche die    gewünschte   Drehzahl des Motors festlegt    (Sollwert).   Sobald der    Zünd-      kondensator   9 die Zündspannung erreicht hat, wird der    Thyristor   3 wieder gezündet, und das Spiel wiederholt sich. 



  Es ist ersichtlich, dass wenn die Drehzahl des Motors infolge    grösserer   Belastung abnimmt, die    Rotor-EMK   und somit auch die negative    Aufladung      des      Zündkondensators   9 kleiner wird, was bei dessen    Umladung   eine schnellere Erreichung der    Zündspan-      nung   zur Folge hat. Dadurch wird der    Phasenan-      schnittwinkel   kleiner und somit der    Mittelwert   der dem Rotor 1 während der positiven    Halbperiode   zugeführten Spannung    grösser,   was dem Abnehmen der Drehzahl entgegenwirkt. 



  Es wird noch bemerkt,    dass      während   der positiven Halbperiode in der    Serieschaltung   17, 10 natürlich auch ein gewisser Strom    fliesst,   der aber wegen des hohen    Widerstandswertes   des Widerstandes 10, von z. B. 33 K    n,   nur einen ganz    vernachlässigbaren   Verlust bedingt. Die Schaltung nach    Fig.   2 unterscheidet sich von derjenigen nach    Fig.   1 zunächst dadurch, dass die Reihenfolge von Feldspule 2, Rotor 1 und    Thyristor   3 in bezug auf den    Stromfluss   bei    gezündetem      Thyristor      vertauscht   ist.

   Ferner    befindet   sich die Diode 4 nicht im Haupt- oder Laststromkreis,    sondern   ist dem Einstellwiderstand 8 vorgeschaltet. Der Zündkondensator 9 ist wiederum einerseits mit der Kathode K und anderseits über die Diode 12 und das wieder als Glimmlampe dargestellte    Triggerelement   7    mit   der Steuerelektrode G des.    Thyrostors   3 verbunden. Die Serieschaltung des Widerstandes 10 und der Diode 17 befindet sich mit der Diode 4 in Serie zwischen den Eingangsklemmen. Die Diode 6 ist wieder    parallel   zum Einstellwiderstand 8 und die Diode 11' parallel zur    Feldwicklung   2 angeordnet. 



  Der    Zündkondensator   9 wird anfangs der negativen Halbperiode durch die    Rotor-EMK   im Stromkreis 6, 17, 10, 11', 1 in bezug auf die Kathode K negativ geladen und bleibt bis zum Ende dieser Halbperiode auf der erreichten Spannung, weil die Dioden 6, 12 und 17, sowie der    Thyristor   3 sperren. In der positiven Halbperiode wird dann die von der Kathode K abgekehrte Seite des Zündkondensators 9 positiv, wobei die Umladung über die Diode 4 und den Einstellwiderstand erfolgt, und zwar umso schneller, je kleiner die vorangehende der    Rotor-EMK   und damit der Drehzahl    proportionale,   negative    Aufladung   ist.

   Damit wird wieder die Drehzahl auf einen praktisch konstanten, von der Motorbelastung unabhängigen, mittels    des   Einstellwiderstandes 8    wählbaren      Wert   geregelt. Nach dem Zünden des    Thyristors   3    entlädt   sich der Kondensator 9 über die Elemente 6, 17, 10, 11'. 



  Die Schaltung nach    Fig.   2 eignet sich    besonders   für    Gleichstromhauptschlussmotoren   grösserer Leistung, da die Diode 4 nur von einem kleinen Strom durchflossen wird, und daher keiner    Kühlung   bedarf. Dagegen muss der    Thyristor   3 für eine grössere Spannung ausgelegt sein,    als   im Fall von    Fig.   1, wo die Diode 4    als      Schutzdiode   wirkt. 



  Die    Drehzahl-Drehmoment-Charakteristiken   der    Hauptschlussmotoren   1, 2 sind in den beschriebenen Schaltungen denen von    Nebenschlussmotoren   sehr ähnlich. Die Verlustleistung in den Feldwicklungen 2 ist aber wesentlich kleiner als bei bekannten Schaltungen für    Nebenschlussmotoren,   in denen der Strom durch    diese      Wicklung   während der ganzen negativen Halbperiode praktisch auf der gleichen Höhe wie während der positiven Halbperiode aufrecht erhalten wird, während er bei den    beschriebenen   Ausführungsbeispielen    rasch   abklingt, ohne allerdings vollständig zu    Null   zu werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur Drehzahl- und Drehmomentrege- lung eines Gleichstromhauptschlussmotors, dadurch gekennzeichnet, dass eine Thyristorschaltung mit Pha- senanschnittsteuerung verwendet wird und eine Mischung von Istwertspannung und Sollwertstrom in zwei aufeinander folgenden Zeittakten derart vorgenommen wird,

dass im ersten Taktschritt die vorliegende Istwertspannung in einen Analogwertspeicher eingespeichert wird und dass im nachfolgenden zweiten Taktschritt ein aus der Differenz von Netzwechselspannung und Istwertspannung gebildeter, veränderbarer Sollwertstrom die Istwertspannung im Analogwertspei- cher bis zu einem festen Schwellwert abbaut,

wobei die Zeit vom Beginn des zweiten Taktschrittes bis zum <Desc/Clms Page number 3> Erreichen des Schwellwertes die Grösse des Stellstro- mes im Stellglied beeinflusst, und ferner dadurch ge- kennzeichnet, dass die Istwertspannung im ersten Taktschritt von .einem durch die Hauptschluss-Feldwicklung fliessenden Strom im Rotor induziert wird.

Il. Thyristorschaltung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, bei welchem der Rotor (1) und die damit in Serie geschaltete Feldwicklung (2) des Hauptschlussgleichstrommotors mit einem Thyri- stor (3) in Serie geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Zündkondensator (9) aufweist, der einerseits mit der Kathode (K) des Thyristors (3) und anderseits über ein Triggerelement (7) mit der Steuerelektrode (G)

des Thyristors verbunden ist, und dass die von der Kathode (K) abgekehrte Kondensator- klemme mit einer Entladediode (6), sowie mit einem Einstellwiderstand (8) verbunden ist, über welchen der Zündkondensator (9) in, jeder positiven Halbwelle der Netzspannung aufgeladen wird, bis der Thyristor (3) über das Triggerelement (7) gezündet wird, und dass ferner der Rotor (1) und der Zündkondensator (9) in einem Stromkreis (1, 17, 10, 9, 6, Fig. 1;

1, 9, 6, 17, 10, 11', Fig. 2) liegen, in dem der Zündkondensator während jeder negativen Halbwelle im umgekehrten Sinne wie während der positiven Halbwelle auf eine Spannung aufgeladen wird, die einer während der negativen Halbwelle im Rotor (1) von der Feldwicklung (2) induzierten EMK und damit der Rotordreh- zahl mindestens angenähert proportional ist. UNTERANSPRÜCHE 1.

Schaltung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Feldwicklung (2) eine Diode (11') parallel geschaltet ist, durch welche während der negativen Halbwelle der Netzspannung ein abklingender Strom fliesst, welcher von der während der positiven Halbwelle im magnetischen Feld der Feldwicklung (2) gespeicherten magnetischen Energie erzeugt wird. 2.

Schaltung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldwicklung (2) einerseits über eine Schutzdiode (4) an eine Eingangsklemme und. anderseits an eine im genannten Stromkreis (1, 17, 10, 9, 6) liegende Seriesch.altung eines Widerstandes (10) und einer Diode (17) von gleicher Durchlassrichtung wie der Thyristor (3) angeschlossen ist, wobei der Einstellwiderstand (8) und die Entladediode (6)

parallel zueinander zwischen der von der genannten Kondensa- torklemme und der an den Rotor (1) angeschlossenen Anode (A) des Thyristors (3) liegen (Fig. 1). 3.

Schaltung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Diode (4) von gleicher Durch- lassrichtung wie der Thyristor (3) einerseits an eine Eingangsklemme und anderseits an eine im genannten Stromkreis (1, 9, 6, 17, 10, 11') liegende Serieschal- tung eines Widerstandes (10) und einer Diode (17) von gleicher Durchlassrichtung wie der Thyristor (3) angeschlossen ist, wobei der Einstellwiderstand (8) und die Entladediode (6)

parallel zueinander zwischen der genannten Kondensatorklemme und der erstgenannten Diode (4) liegen und diese Serieschaltung (10, 17) über die zur Feldwicklung (2) parallele Diode (113 mit dem Rotor (1) verbunden ist (Fig. 2).