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Steuerschalteinrichtung für einen Motor Gegenstand der Erfindung ist eine Steuerschaltein- richtung für einen Motor mit einem Läufer und wenigstens einer Feldwicklung zur Erzeugung eines magnetischen Flusses, der bei drehendem Läufer unter Erzeugung einer Gegen-EMK durch den Läufer geschnitten wird.
Wie an sich bekannt, können Gleichstrommotoren innerhalb eines weiten Drehzahlbereiches in der Weise betrieben werden, dass sowohl der Läufer als auch das Feld des Motors beeinflusst wird. Bei älteren Schaltungen wird ein Gleichstrommotor in der Weise mit Strom versorgt, dass der Läufer des Motors über gesteuerte Gleichrichter, z. B. gesteuerte Si-Gleichrichter an eine Dreiphasenwechselstromquelle angeschlossen wird. Der von jedem Gleichrichter hindurchgelassene Teil der Halbperiode der Wechselspannung bestimmt die an den Läufer angelegte Gleichstromklemmenspannung zum Steuern des Motors bei niedrigen Drehzahlen.
Um den Motor bei höheren Drehzahlen steuern zu können, wurde bei den älteren Schaltungen die Läuferklemmenspannung konstant gehalten, während die Stärke des durch die Feldwicklung fliessenden Gleichstromes ver- ändert wurde.
Soll ein Gleichstrommotor rasch auf eine niedrige Drehzahl verlangsamt oder angehalten werden, bevor der Drehsinn umgekehrt wird, so müssen die gesteuerten Si-Gleichrichter umgesteuert werden, damit zum Abbremsen des Motors der Gleichstrom in der umgekehrten Richtung fliesst. Unglücklicherweise erzeugt ein laufender Motor ungleich den meisten anderen Arten von Verbrauchern am Läufer eine Gegen-EMK mit einer grossen Amplitude, die die entgegengesetzte Polarität ausweist wie die von den gesteuerten Si-Gleichrichtern normalerweise hindurchgelassene Spannung.
Werden die entgegengesetzt gepolten gesteuerten Si-Gleichrichter zum Abbremsen des Motors gezündet, so addiert sich die Spannung der Gegen-EMK zu der Spannung, die in der Bremsrichtung hindurchgelassen wird, wobei grosse Stromstösse erzeugt werden, die den Motor heftig abbremsen. Diese heftigen Stromstösse können zu einer Zerstörung des Motors führen sowie auch zur Zerstörung der vom Motor betriebenen Einrichtung. Diese heftige Abbremsung wird bei höheren Motordrehzahlen in steigendem Masse gefährlicher, da hierbei bei der Gegen-EMK noch höhere Amplituden erzeugt werden.
Zweck der Erfindung ist es, die erwähnten Nachteile weitgehend zu vermeiden. Zu diesem Zweck ist die vorgeschlagene Einrichtung gekennzeichnet durch eine Steuersignalquelle, deren Steuersignal eine den Betriebszustand des Motors darstellende Amplitude aufweist, durch eine an den Läufer gekoppelte Läufersteuerein- richtung, die auf einen ersten Amplitudenbereich des genannten Steuersignals anspricht, um dem Läufer Spannungen aufzudrücken, die innerhalb eines zweiten Amplitudenbereiches liegen und die unabhängig von der Amplitude der Gegen-EMK sind, wobei die Differenz zwischen den zweiten Spannungen und der Gegen-EMK massgebend für den Läuferstrom ist,
sowie durch eine an den Läufer gekoppelte Vorsteuereinrichtung, die mindestens auf die Gegen-EMK anspricht, um die Betriebsweise der Läufersteuereinrichtung zu verändern und um damit die zweiten, dem Läufer zugeführten Spannungen zu beeinflussen.
Die Erfindung wird nunmehr beispielsweise be- schrieb,-n. In den beiliegenden Zeichnungen ist die Fig. 1 ein Schaltplan für eine Ausführungsform der Erfindung, Fig. la ein Schaltplan für einen abgeänderten Teil der Schaltung nach der Fig. 1, Fi & 2 ein Schaltplan für die Verstärker, Begren- zungs- und Phasengegenkreise, die in der Fig. 1 symbolisch dargestellt sind, Fig. 3 ein Schaltplan für die Feldsteuer- und Feldab- sperrkreise, die in der Fig. 1 symbolisch dargestellt sind, Fig. 4 bis 7 je eine Darstellung einer Signalwellenform,
die in verschiedenen Teilen der Einrichtung auftreten, wobei die Fig. 4 die Wellenform bei der Dreipha- senstromquelle zeigt, die in der Fig. 1 dargestellt ist, während die Fig. S den Rechteckwellenausgang der Dioden in der in der Fig. 1 dargestellten Antriebseinrich-
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tung zeigt. Die Fig. 6 zeigt die Sägezahnwelle, die dem Impulsformer zugeführt wird, der in der Fig. 1 dargestellt ist, während die Fig.7 eine Rechteckwelle zeigt, die von dem Impulsformer nach der Fig. 1 erzeugt wird.
Fig. 8 eine PS-Drehzahlkurve für einen Gleichstrommotor, der von der Einrichtung nach obenstehenden Figuren gesteuert wird, und die Fig.9 eine Drehmoment-Drehzahl-Kurve für einen Gleichstrommotor, der von den Einrichtungen nach den obenstehenden Figuren gesteuert wird.
Arbeitsweise der Steuerschaltung Die Fig. 1 stellt einen Schaltplan für eine Schaltung zum Steuern der Drehzahl eines Gleichstrommotors 13 dar. Der einen Läufer 12 und eine Feldwicklung 57 aufweisende Motor 13 wird entsprechend einer Information gesteuert, die in einem Eingangssteuersignal aus einer Steuersignalquelle 28 enthalten ist. Die Polarität des Steuersignals zeigt an, in welchem Drehsinne der Motor 13 arbeiten soll, während die Stärke des Steuersignals der gewünschten Drehzahl des Motors proportional ist. Als Grunddrehzahl des Motors 13 wird diejenige Drehzahl angesehen, die dann vorliegt, wenn an den Läufer 12 die höchstzulässige Spannung angelegt wird, und wenn durch die Feldwicklung 57 ein Strom mit der höchstzulässigen Stärke fliesst.
Beträgt die Grunddrehzahl eines Motors z. B. 850 U/min, so wird eine Änderung der Drehzahl von l0:1 von ungefähr 85 U/min bis 850 U/min erhalten, wenn die Läuferspannung ungefähr in demselben Grössenbereich verändert wird, z. B. von 24 bis 240 Volt, während der Feldstrom konstant gehalten wird. Nachdem einmal die Grunddrehzahl erreicht worden ist, kann die Drehzahl auf ungefähr das Vierfache erhöht werden, wenn die Stärke des durch die Feldwicktung fliessenden Stromes leerabgesetzt und die Läuferspannung konstant gehalten wird.
Die Steuerschaltung verändert selbsttätig auf Grund des Eingangssteuersignals die Stromversorgung des Läufers und des Motorfeldes in Proportionen, die erforderlich sind, um den Motor von '/io bis zu dem Vierfachen der Grundgeschwindigkeit in direkter linearer Beziehung zur Stärke des Eingangssteuersignals zu betreiben.
Die Fig. 8 zeigt die PS-Drehzahl-Kurve für den Motor 13, wenn der Nennstrom durch den Läufer 12 fliesst. Die Drehmoment-DCelizalil-Kurve ist in der Fig. 9 dargestellt. Wird der Motor vom Stillstand bis zur Nenndrehzahl betrieben, so ist das Feld jederzeit gesättigt, w 'ilirend die Läuferklemmenspannung verändert wird. Hierbei wird ein konstantes Drehmoment erzeugt, das für Werkzeugmaschinen gut geeignet ist. Tatsächlich stellt dieser Bereich ein konstantes Drehmoment pro .Ampere dar. Wenn der Motor eincii schwächeren Strom als den Nennstrom zieht, so wird die Drchmoment- Drehzahl-Kurve nach unten versetzt, behält jedoch immer noch die gleiche Form.
Ebenso ist bei einem schwä- cliercn Strom als dem Nennstrom die PS-Leistung kleiner, und die Linie zwischen dein Nullpunkt und der Nenndrehzahl auf der PS-Drelizalil-Kurve ist weniger steil. Nachdem einmal der Motor die Nenndrehzahl erreicht hat, so wird die an den Läufer angelegte Spannung auf dem höchstzulässigen Wert gehalten, während das Feld des Motors geschwächt wird durch Schwächen des zur Feldwicklung 57 geleiteten Stromes. Ob- wohl die Drehzahl des Motors sich erhöht, so vermindert sich das Drehmoment proportional mit der Schwächung des Feldes.
Da die PS-Leistung eine Funktion des Ausdrucks Drehzahl X Drehmoment ist, so arbeitet der Motor zu dieser Zeit in seinem konstanten Leistungsbereich.
Die Arbeitsweise des Läufersteuerteiles der Schaltung wird nur soweit beschrieben, wie es zum Verständnis der Erfindung erforderlich ist. Eine Dreiphasenstromquelle 10 mit den Anschlussklemmen 1l', 11" und 11"' steht mit dem Läufer 12 über eine Gatterschaltung 15 in Verbindung, die aus impulsbetätigten und in einer Richtung leitenden Stromventilen besteht, z. B. aus gesteuerten Si-Gleichrichtern. Wie aus der Fig.4 zu ersehen ist, stehen an den betreffenden An- schlussklemmen 1l', 11" und 11"' die Spannungswellen 17', 17" und 17"' (Fig.4) einer Dreiphasenwechsel- spannung von 220 Volt zur Verfügung, die um 120 gegeneinander versetzt sind.
In der nachfolgenden Beschreibung beziehen sich Bezugszeichen mit der gleichen Anzahl von Apostrophen (', ", "') auf dieselbe Phase des Dreiphasenstromes aus der Stromquelle 10.
Die Gatterschaltung 15 enthält die gesteuerten Si- Gleichrichter 20, von denen jeder Gleichrichter mit einer Phase der Dreiphasenstromquelle in Verbindung steht und so gepolt ist, dass der Strom in einer Richtung hindurchgelassen wird, die willkürlich als Vorwärtsrichtung bezeichnet wird, d. h. der Läufer 12 dreht sich in der Vorwärtsrichtung, wenn die gesteuerten Gleichrichter leitend sind. Die gesteuerten Gleichrichter 21 sind in der umgekehrten Richtung gepolt und mit einer Phase der Stromquelle 10 verbunden. Der Punkt auf der Wellenform 17, an dem der zugehörige Gleichrichter zu leiten beginnt, bestimmt die Höhe der Läuferspannung.
Zwischen die Steuersignalquelle 28 und die gesteuerten Gleichrichter ist für jede Phase des Dreiphasenstromes eine Vorwärtsimpulse erzeugende Einrichtung 23 und eine Rückwärtsimpulse erzeugende Einrichtung 24 geschaltet. Die Ausgangsleitungen 26 eines jeden Vorwärtsimpulserzeugers 23 sind direkt verbunden mit dem entsprechenden Eingang der in der Vorwärtsrichtung jepolten gesteuerten Gleichrichter 20.In der gleichen Weise sind die Ausgangsleitungen 27 der Rückwärtsimpulserzeu- ger 24 mit dem betreffenden Eingang der in der Rückwärtsrichtung gepolten gesteuerten Gleichrichter 21 direkt verbunden.
In irgendeinem Zeitpunkt wird nur der Vorwärts- oder der Rückwärtsimpulserzeuger erregt und erzeugt Impulse auf einer der Ausgangsleitungen 26 oder 27, wobei der angeschlossene gesteuerte Gleichrichter dann gezündet wird.
Die Impulserzeuger 23 und 24 werden in Abhängigkeit von. ccm Vorliegen oder der Abwesenheit eines Steuersi-nals aus der Steuersignalquelle 28 gesteuert. Das St:uersignal kann von einem äusseren Bandgerät zugeführt werden, dessen Ausgangskommandosignal die Gewünschte Motordrehzahl anzeigt. Mit dem Ausgangssignalkreis kann ein Drehzahlmesser in einer geschlossenen Schleife verbunden werden, der die Momentandrelizahl des Motors anzeigt. Diese Signale können zu einem Steuersignal miteinander vereinigt werden, das die Aufjage des Motors zum Erreichen der gewünschten Drehzahl anzeigt.
Dieses Steuersignal wird zu einem Differentialverstärker 74 in der Steuersignalquelle 28 und über einen einen Spannungsabfall erzeugenden Widerstand 85 von 5,6 Kiloohm zu einer Leitung 29 geleitet, die mit dem Läufersteuerkreis verbunden ist. Die Po- laritii#_ des Steuersijnals zeigt den Drehsinn an, in dem der Nlotor 13 sich drehen soll, während die Stärke des Steuersignals die gewünschte Motordrehzahl anzeigt.
Z. B. kann das Steuersignal an einem Verbindungs-
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punkt A zwischen dem Verstärker 74 und dem Widerstand 85 eine Spannung von 0- 6 Volt aufweisen, wobei 1,5 Volt die Nenndrehzahl des Motors 13 darstellt. Die Klemmenspannung am Läufer 12 wird erhöht, wenn das Steuersignal am Verbindungspunkt A von 0-t 1,5 Volt ansteigt, wonach der durch die Feldwicklung 57 fliessende Strom geschwächt wird, wenn die Steuerspannung sich von 1,5 Volt über den Höchstwert hinaus verändert.
Vorzugsweise wird vom Steuersignal die Drehzahl linear verändert von Null bis zur Höchstdrehzahl (d. h. entspricht ungefähr der vierfachen Nenndrehzahl) in bezug auf das Steuersignal am Verbindungspunkt A.
Um die Klemmspannung am Läufer 12 zu bestimmen, wenn das Steuersignal am Verbindungspunkt A sich zwischen :1u11 bis 1,5 Volt verändert, wird der Zündzeitpunkt für die Gleichrichter 20 und 21 entsprechend der absoluten Stärke des Steuersignals ver- ändert. Zu diesem Zweck wird das Steuersignal auf der Leitung 29 zu einer Emitterfolgeschaltung 31 geleitet, die einen Teil einer Vorwärtsvorspannungseinrichtung 32 und einer Rückwärtsvorspannungseinrichtung 33 bildet. Die Ausgangsleitungen 36 und 39 der genannten Einrichtungen führen ein Vorspannungsausgangssignal, das innerhalb eines Höhenbereichs beeinflussbar ist.
An jeder der genannten Leitungen 36 und 39 liegt bei Abwesenheit eines Steuersignals auf der Leitung 29 eine feststehende Spannung. Die Emitterfolgeschaltung 31 bewirkt einen Stromfluss durch die Vorspannungsein- richtungen, der sich entsprechend der Polarität und der Stärke des Signals auf der Leitung 29 verändert. Dieser sich verändernde Strom bewirkt, dass die Vorspannungs- , ausgangssignale auf den Ausgangsleitungen 36 und 39 e el t' sich um den feststehenden Wert herum in derselben Richtung verändern wie das Ausgangssignal auf der Leitung 29.
Zum Bestimmen der in einem bestimmten Zeitpunkt bestehenden Phase der jedem Paar Gleichrichter zugeführten Spannung ist an die Klemmen 11 eine Treibereinrichtung 43 für jede Phase der Stromquelle 10 angeschlossen. Jede Treibereinrichtung 43 enthält einen Begrenzer und einen Integrator, welche Mittel die Wellenformen 17 in eine treibende Wellenform 44 (Fig. 6) umwandeln, die auf den Ausgangsleitungen 45 verfügbar ist. Die in der Fig. 6 dargestellte treibende Wellenform 44' für die Treibereinrichtung 43' weist einen Betäti- gungs- oder Spitzenpunkt 47' auf, der am Ende einer Jeden Halbperiode der betreffenden Wellenform 17' auftritt, die in der Fig. 4 dargestellt ist.
In der gleichen Weise werden von den Treibereinrichtungen 43" und 43'"' für jede der beiden anderen Phasen gleiche (nicht dargestellte) Wellenformen 44 erzeugt, die die gleiche Phasenbeziehung wie die Wellenformen 17' und 44' zueinander aufweisen (vgl. Fig. 4 und 6).
Jede Impulsformungseinrichtun ; 23 und 24 spricht auf die relativen Höhen der treibenden Wellenformen 44 und auf den Vorspannun;sausgang auf einer der Leitungen 36 oder 39 an und erzeugt einen Impuls, der vor clem Spitzenpunkt 47 der treibenden Wellenform 44 um eine Zeitspanne früher auftritt, die der Höhe der Vor- spznnung proportional ist, die ihrerseits der Stärke des Steuersignals auf der Leitung 29 proportional ist.
Dieser, auf den Leitungen 26 oder 27 auftretende Impuls betätigt den angeschlossenen Gleichrichter, wobei dem Läufer 12 des Motors gleiche Teile von mir einer Halbperiode der Wellenformen 17 zugeführt werden. Die Vorwärts- und Rückwärtsvorspannungseinrichtun- gen können, wenn gewünscht, so eingerichtet werden, dass sie dem Läufer 12 bei Abwesenheit eines Steuersignals Querfeuerspitzen zuführen.
Steigt das Steuersignal am Verbindungspunkt A über den Übergangspunkt hinaus an, d. h. wird die Trennlinie zwischen den Bereichen eines konstanten Drehmomentes und einer konstanten PS-Leistung (die auch der Nenndrehzahl entspricht) überschritten, so schwächt die Steuerschaltung den durch die Feldwicklung 57 fliessenden Strom. Zu diesem Zweck wird das Steuersignal am Verbindungspunkt A über einen Verstärker 200 zu einem Feldsteuerkreis 201 geleitet. Der Feldsteuerkreis 201 leitet durch die Feldwicklung 57 einen Sättigungsstrom. Übersteigt jedoch das Steuersignal am Verbindungspunkt A entweder in der positiven oder in der negativen Richtung den Wert von 1,5 Volt, so bewirkt der Feldsteuerkreis 201 eine Schwächung des durch die Feldwicklung 57 fliessenden Stromes, wobei die Motordrehzahl erhöht wird.
Während der Zeit, in der die Feldsteuerschaltung 201 wirksam ist, hält die Läufersteuerschaltung die am Läufer liegende Spannung auf einem festgesetzten Wert, der der Nennspannung für den Läufer 12 entspricht. Dies wird in der Weise erreicht, dass das Steuersignal auf der Leitung 29 auf einen Höchstwert begrenzt wird, der bewirkt, dass an den Läufer 12 die Nennspannung angelegt wird. Zu diesem Zweck sind zwischen die Leitung 29 und einem Erdungspunkt 51 zwei einander nachgestellte Dioden 88 und zwei entgegengesetzt gepolte und einander nachgeschaltete Dioden 89 hinter dem Widerstand 85 von 5,6 Kiloohm geschaltet.
Die Dioden 8 und 89 bestehen aus den gesteuerten Si-Dio- den der Type 1.-"-1696 und erzeugen einen Spannungsabfall von 0,6 Volt, wenn sie leitend sind. Obwohl die absolute Spannung am Verbindungspunkt A den Übergangswert von 1,5 Volt übersteigen kann, so kann jedoch die Spannung auf der Leitung 29 einen Höchstwert von = 1,2 Volt nicht übersteigen.
Wenn der Läufer 12 sich dreht, so wird eine Ge- gen-EMK erzeugt, deren Wert kleiner ist als die Höhe der Spannung, die von den gesteuerten Si-Gleichrichtern an den Läufer angelegt wird. Die Differenz zwischen der zugeführten Spannung und der Spannung der Gegen- EiLIK bewirkt, dass durch den Läufer 12 ein Strom fliesst, der ein Drehmoment erzeugt, das zum über < vin- den der von der Motorbelastung und der Reibung verursachtet: Verluste ausreicht. Erhöht sich die Belastung des Motors, so wird der Läufer 12 stärker abgebremst, so dass die Drehzahl entsprechend absinkt.
Hierbei sinkt auch die vom Läufer erzeugte Gegen-ERIK ab, so dass die Spannungsdifferenz grösser wird mit der Folge, dass durch den Läufer ein stärkerer Strom fliesst. Der Läufer 12 kann einen Drehzahlmesser antreiben, der mit der Steuersigralquelle 28 in einer geschlossenen Schleife verbunden ist. Bei einer solchen Schaltung führt eine verminderte Drehzahl des Läufers als Folge einer erhöhten äusseren Belastung zu einem stärkeren Steuersignal, das den Motor auf die ursprüngliche Drehzahl zurückführt.
Die vom Läufer 12 erzeugte Gcgen-ENIK übersteigt zuweilen die Höhe der dem Läufer zugeführten Spannung und kann derart hohe unerwünschte Werte erreichen, dass der Motor und/oder die Steuerschaltung beschädigt wird. Um diese Gefahr zu vermeiden, ist ein Feldabschaltungskreis 203 vorgesehen, der die überschüssige EPIK ableitet. Der Eingang des Feldabschalt- kreises 203 ist mit einem Verbindungspunkt B verbunden, der mit der einen Seite des Läufers 12 direkt in
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Verbindung steht.
Da die andere Seite des Läufers 12 direkt mit dem Erdungspunkt 51 verbunden ist, so besteht die am Verbindungspunkt B liegende Spannung aus der vom Motor erzeugten Gegen-EMK. Übersteigt die Gegen-EMK einen vorherbestimmten, übermässig hohen Wert, so erzeugt der Feldabschaltkreis 203 ein Ausgangssignal, das die Feldsteuerung 201 unwirksam macht, wodurch der Stromfluss durch die Feldwicklung 57 unterbrochen und die Spannung gleichmässig abgeleitet wird, die an der Wicklung 57 von dem zusammenfallenden Magnetfluss erzeugt wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass, wenn die Gegen- EMK den Höchstwert der Spannung aus der Stromquelle 10 übersteigt, die gesteuerten Gleichrichter, die normalerweise einen Strom durch den Läufer 12 leiten, während dieser Zeit unter der Einwirkung einer Rückwärtsvorspannung stehen und daher unwirksam sind. Da durch den Läufer 12 kein Strom fliesst, so befindet sich der Motor im Leerlauf, und es ist daher möglich, den zur Feldwicklung 57 fliessenden Strom zu unterbrechen, ohne dass die normalerweise zu erwartende Erhöhung der Drehzahl erfolgt.
Die Feldsteuereinrichtung 201 und die Feldausschalteinrichtung 203 stellt zusammen mit der Läufersteuerschaltung eine wirksame Motorsteuerschaltung dar, mit der ein Gleichstrommotor mit dem höchsten Wirkungsgrad betrieben werden kann. In gewissen kritischen Fällen, wenn z. B. der Motor in Werkzeugmaschinen verwendet wird, treten jedoch besondere Schwierigkeiten auf, die die Verwendung der Motorsteuer- schaltung auf Zwecke begrenzen würden, bei denen eine weniger grosse Genauigkeit erforderlich ist.
Die eine dieser Schwierigkeiten tritt auf, wenn der Motor seinen Lauf rasch verlangsamt oder die Laufrichtung umkehrt. Wenn der Klotor seinen Lauf allmählich verlangsamt, so treten keine Schwierigkeiten auf, denn das Steuersignal am Verbindungspunkt A wird nur langsam schwächer, und die Steuerschaltung vermindert dementsprechend langsam die Drehzahl des Motors. Sinkt die Drehzahl des Motors jedoch rasch ab, so kann das Steuersignal am Verbindungspunkt A seine Polarität umkehren. Dies kann erfolgen, auch wenn der Motor seinen Lauf auf eine niedrigere Drehzahl verlangsamt und die Drehrichtung nicht umkehrt, wenn der Motor in eine geschlossene Schleife eingeschaltet ist, z. B. mittels eines mit dem Läufer in Verbindung stehenden Drehzahlmessers.
Kehrt das Steuersignal seine Polarität um, so werden die entgegengesetzt gepolten gesteuerten Si-Gleichrichter gezündet und führen dem Läufer 12 einen Bremsstrom zu. Zu dieser Zeit wird jedoch immer noch die Gegen- EMK erzeugt und weist eine Polarität auf, die den Stromfluss aus den Gleichrichtern zum Abbremsen des Motors verstärkt. Infolgedessen werden dem Läufer 12 starke Bremsstromstösse zugeführt, so dass der Motor heftig und ungleichmässig abgebremst wird. Obwohl einige Gleichstrommotoren diesen Betriebsbedingungen widerstehen können, so können dies im allgemeinen jedoch nicht die vom :Motor angetriebenen Einrichtungen.
Um diese Schwierigkeit zu beseitigen, ist eine Gegen- phascnschaltung 20-1 vorgesehen, die den Motor auf die neue gewünschte Drehzahl gleichmässig verlangsamt ungeachtet der Geschwindigkeit, mit der das Steuersignal seinen Wert ändert. Der eine Eingang der Gegenphasenschaltung 204 steht mit dem Verbindungspunkt C am Ausgang des Verstärkers 200 in Verbindung. Der andere Eingang der Gegenphasenschaltung 204 steht mit einem Punkt in Verbindung, an dem ein Signal auftritt, das die Richtung anzeigt, in der der Motor 13 augenblicklich läuft, wie der Verbindungspunkt B im Läuferkreis. Die Schaltung 204 spricht darauf an, in welcher Weise diese Signale ihren Wert ändern, und erzeugt nur dann ein Gegenphasensignal, wenn der Motor verlangsamt werden soll.
Dieses Gegenphasensignal bewirkt eine Zündung der gesteuerten Si-Gleichrichter zu einem späteren Punkt auf der Wellenform, als es sonst der Fall sein würde, wodurch die zum Läufer 12 geleiteten Stromstösse vermindert werden, wie später noch beschrieben wird. Nachdem der Motor seinen Lauf ausreichend verlangsamt hat, schaltet sich der Gegenpha- senkreis 204 selbständig ab und übt keinen Einfluss mehr auf die Zündungszeit der gesteuerten Si-Gleich- richter aus.
Läuft der Motor mit einer hohen Drehzahl und erzeugt daher eine Gegen-ENIK mit einer grossen Amplitude, so können die Bremsstromstösse trotz der Wirkung der Gegenphasenschaltung 204 eine unerwünschte Stärke aufweisen. In einem solchen Falle würde eine heftige Abbremsung erfolgen, wie bereits beschrieben, wenn das Eingangssteuersignal die Polarität umkehren würde, bevor die Gegenphasenschaltung 204 reagieren und den Zündwinkel der gesteuerten Si-Gleichrichter verzögern könnte.
Selbst wenn die Gegenphasenschal- tung 204 wirksam ist, könnte es umgekehrt erwünscht sein, die Abbremsung vors den Gleichrichtern aus zu verhindern, bis die Gegen-ENIK auf eine zulässige Höhe herabgesetzt worden ist. Zu diesem Zweck ist eine Begrenzungsschaltung 205 vorgesehen, die eine Erregung der entgegengesetzt gepolten abbremsenden Gleichrichter verhindert, bis die Gegen-EMK unter einen vorherbestimmten Wert abgesunken ist. Der Eingangskreis für die Begrenzungsschaltung 205 steht mit der Gegen- E11IK am Verbindungspunkt B in Verbindung.
Läuft der Motor mit einer oberhalb von ungefähr =/a der Nenndrehzahl gelegenen Drehzahl, so wird die Begrenzungsschaltung 205 wirksam und hält die Spannung auf der Leitung 29 auf einer vorherbestimmten iiIindesthöhe. Bei der vorliegenden besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die Spannung auf der Leitung auf einen absoluten Wert von mindestens 0,2 Volt festgelegt, der das Mindestkommando darstellt, um einen Lauf des Motors 13 in derselben Drehrichtung aufrechtzuerhalten. Ist z. B. das Steuersignal auf der Leitung 29 positiv und zeigt einen Lauf in der Vorwärtsrichtung an, so hält die Begrenzungsschaltung 205 auf der Leitung 29 ein Signal mit einer Spannung von -4-0,2 Volt mindestens aufrecht.
Die Schaltung 205 verhindert, dass das Eingangssteuersignal seine Polarität umkehrt, wenn die Gegen-EMK einen vorherbestimmten Wert übersteigt, wodurch ferner verhindert wird, dass die. entgegengesetzt gepolten gesteuerten Si-Gleichrichter zünden, bis der Wert der Gegen-E14K auf eine sichere Höre absinkt.
Nunmehr folgt eine ausführliche Beschreibung der verschiedenen einzelnen Schaltungen, aus denen sich die dargestellte Motorsteuerschaltung zusammensetzt. Der Verstärker Das am Verbindungspunkt A auftretende Steuersignal wird zu einem aus einer Emitterfolgeschaltung bestehenden Verstärker 200 geleitet, der in der Fig.2 ausführlich dargestellt ist, und dessen Ausgang die Feld- l# 201 und die Gegenphasenschaltung 204 betreibt. Der Verstärker 200 weist einen NPN-Transi-
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stor 210 z. B. der Type 2N1304 und einen PNP-Tran- sistor z.
B. der Type 2N305 auf, welche Transistoren zusammen eine Emitterfolgeschaltung bilden, um eine Isolierung zu bewirken. Der Verstärker 200 könnte natürlich auch so eingerichtet werden, dass eine Verstärkung von mehr als Eins erfolgt, wenn gewünscht. Die zusammengeschalteten Basiselektroden der Transistoren 210 und 211 stehen über einen Widerstand 212 von 5,6 Kiloohm mit dem Verbindungspunkt A in Verbindung. Zwischen dem Basiselektrodenkreis und Erde 51 ist ein überbrückungskondensator 213 von 0,22 ,tcF geschaltet.
Die Kollektor- und Emitterelektroden der Transistoren 210 und 211 stehen mit einem Spannungsteiler- netzwerk in Verbindung, das zwischen Spannungsquellen mit gleichen positiven und negativen Potentialen geschaltet ist. Die mit + bezeichnete positive Spannungsquelle, die aus jeder herkömmlichen Gleichspannungsquelle bestehen kann, weist einen Ausgang von z. B. -@ 15 Volt auf. Ebenso kann die mit - bezeichnete negative Spannungsquelle aus jeder herkömmlichen Spannungsquelle bestehen und weist einen Ausgang von -15 Volt auf.
Das Spannungsteilernetzwerk besteht aus den einander nachgeschalteten Widerständen 216 von 2,7 Kiloohm, 217 von 27 Ohm, 218 von 27 Ohm und 219 von 2,7 Kiloohm. Da die Widerstände 216 und 219 sowie 217 und 218 den gleichen Wert aufweisen, so liegt am Verbindungspunkt C zwischen den Widerständen 217 und 218 eine Spannung von null Volt in bezug auf die Erdung 51, wenn kein Signal vorliegt, und zwar auf Grund der gleichen und entgegengesetzten Spannungsabfälle an den einander nachgeschalteten Widerständen.
Die Kollektorelektrode des Transistors 210 steht mit der positiven Spannungsquelle in Verbindung, während die Emitterelektrode mit dem Widerstand 218 verbunden ist. Ebenso weist die Kollektorelektrode des Transistors 211 eine Verbindung mit der negativen Spannungsquelle und die Emitterclektrode eine Verbindung mit dem Widerstand 217 auf. An den Widerständen 217 und 218 fällt eine kleine Spannung von etwa 0,3 Volt ab, die an der Emitterelektrode des Transistors 211 positiv und an der Emitterelektrode des Transistors 210 negativ ist, so dass an der Emitter-Basis-Verbindung eines jeden Transistors eine Vorspannung in der Vorwärtsrichtung liegt.
Liegt an den Basiselektroden der Transistoren kein Signal vor, so leitet jeder Transistor einen nur schwachen Strom.
Tritt z. B. am Verbindungspunkt A eine positive Spannung auf, so leitet der Transistor 210 einen stärkeren Strom und der Transistor einen schwächeren Strom, so dass die am Verbindungspunkt C liegende Spannung positiver ist in bezug auf das Potential am Erdungspunkt 51, da der Transistor 210 einen Teil des Stromes vorbeileitet, der normalerweise an den Widerständen 216, 217 und 218 einen Spannungsabfall verursachen würde. Der Emitterfolge-Verstärker 200 bewirkt daher, dass das Ausgangssignal am Verbindungs- punkt C sich in derselben Richtung ändert wie das Eingangssteuersignal am Verbindungspunkt A.
Wenn bei den gegebenenWerten das Steuersignal amVerbindungs- punkt A eine Spannung von 11,5 Volt aufweist, so wird am Verbindungspunkt C ein Signal mit einer Spannung von @ 1,2 Volt erzeugt.
Die Feldsteuerung Das Ausgangssignal am Verbindungspunkt C des Verstärkers 200 wird zur Feldsteuerschaltung 201 geleitet, die in der Fig. 3 ausführlich dargestellt ist. Zwischen eine Wechselstromquelle 227 und die Feldwicklung 57 sind zwei gegenpolig zusammengeschaltete gesteuerte Si-Gleichrichter 224 und 225 zusammen mit einem Vollwellengleichrichter 226 geschaltet, um die Stärke des Magnetfeldes zu beeinflussen.
Die Feldsteuerschaltung 201 soll bewirken, dass die Gleichrichter 224 und 225 im wesentlichen beide Teile der Wechselstromwellenform aus der Quelle 227 weiterleiten, wenn das Signal am Verbindungspunkt C eine Spannung von weniger als 1,2 Volt aufweist, so dass ein starker Vollwellengleichstrom zur Feldwicklung 57 geleitet wird, das das Magnetfeld des Motors sättigt.
übersteigt das Eingangssignal entweder positiv oder negativ den Schwellenwert von 1,2 Volt am Verbindungspunkt C, so versetzt die Feldsteuerschaltung 201 den Zündwinkel der Gleichrichter 22.1 und 225 zurück, wodurch der zur Feldwicklung 57 geleitete Strom geschwächt wird. Wie bereits ausgeführt, bewirkt die Schwächung des Feldes, dass der Motor seine Drehzahl erhöht.
Bei Gleichstrommotoren ist normalerweise eine Hilfsfeldwicklung vorgesehen, die beständig mit einem Gleichstrom gleichbleibender Stärke versorgt wird, um zu verhindern, dass die Drehzahl bis zu einer gefährlichen Höhe ansteigt, wenn das Motorfeld zu irgendeiner Zeit ausfällt. Ohne eine solche Hilfsfeldwicklung würde die Drehzahl theoretisch auf einen unendlich grossen Wert ansteigen, wenn durch die Feldwicklung 57 plötzlich kein Strom mehr fliessen würde, z. B. als Folge eines Ausfalles der Feldwicklung selbst oder bei einem Versagen gewisser Schaltungselemente in der Feldsteuerschal- tung 201. Wenn ein solcher Fall eintritt, so könnte der Motor zerstört werden.
Um aus Sicherheitsgründen ein It-lindestmagnetfeld aufrechtzuerhalten, ist eine Hilfswicklung 230 vorgesehen, die über einen Vollwellengleichrichter 231 an die Wechselstromquelle 227 angeschlossen ist. Die Hilfswicklung 230 und die zugehörige Schaltung kann natürlich weggelassen werden, wenn andere Mittel vorgesehen werden, die ein Ansteigen der Drehzahl auf einen ausserordentlich hohen Wert verhindern.
Die Feldsteuerschaltung 201 weist ein Eingangsnetzwerk 233 auf, das die Feldsteuerschaltung aktiviert, wenn das Steuersignal am Verbindungspunkt C absolut über 1,2 Volt hinaus ansteigt. Zu diesem Zweck ist ein aus vier Dioden bestehender Vollwellengleichrichter zwischen den Verbindungspunkt C und den Erdungspunkt 51 geschaltet. An jeder Diode 234 tritt ein Spannungsabfall von 0,6 Volt auf, wenn die Diode leitend ist. Diese, sowie alle anderen Dioden in der Schaltung, die einen Spannungsabfall von 0,6 Volt in der Durchlassrichtung erfordern, können aus Si-Gleichrichtern der Type W1696 bestehen.
An den Ausäang der Diodenschaltung ist der Reihe nach angeschlossen ein Widerstand 236 von 2,7 Kiloohm, ein Widerstand 237 von 56 Kiloohm und ein Widerstand 238 von 2,7 Kiloohm. Zum Widerstand 237 ist ein Kondensator 239 von 3,3 Mikrofarad parallelgeschaltet.
An das Eingangsnetzwerk 233 ist eine Differenz- Ernitterfolgeschaltung 242 mit zwei Ausgangsleitungen 23=l und 2.14 angeschlossen. Wie später noch erläutert wird, liegen an den Ausgangsleitern 243 und 244 jederzeit gleiche Ausgangsspannungen, die die entgegengesetzte Polarität in bezug auf die Polarität einer Bezugsleitung 245 aufweisen. Steigt die Spannung des Eingangs-
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signals am Verbindungspunkt C über 1,2 Volt hinaus an, so erhöhen sich die Spannungen auf den Leitungen 243 und 244 proportional gegenüber der Spannung auf der Leitung 245.
Die Differenz-Emitterfolgeschaltung 242 besteht aus einem NPN-Transistor 248, z. B. aus der Type 2N1304, und einem PNP-Transistor 249, z. B. aus der Type 2N305. Zwischen die Basiselektroden der beiden Transistoren 248 und 249 ist ein Widerstand 237 geschaltet. Die Kollektor- und die Emitterelektroden der beiden Transistoren sind zwischen die 15 Volt- und die -15 Volt-Gleichspannungsquelle geschaltet.
Diese Serienschaltung besteht aus einem Widerstand 251 von 680 Ohm, der zwischen die -f-15 Volt-Spannungsquelle und die Kollektorelektrode des Transistors 248 geschaltet ist, aus zwei 100-Ohm-Widerständen 252 und 253, die zwischen die Emitterelektroden der Transistoren 248 und 249 geschaltet sind, und aus einem zweiten 680-Ohm-Widerstand 254, der zwischen die Kollektorelektrode des Transistors 249 und die -15-Volt-Span- nungsquelle geschaltet ist. Die Bezugsleitung 245 ist an den Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 252 und 253 angeschlossen.
Die Ausgangsleitungen 243 und 244 der Differenz-Emitterfolgeschaltung stehen mit den Widerständen 252 und 253 in Verbindung.
Das am Verbindungspunkt C auftretende Signal, ganz gleich ob dieses positiv oder negativ ist, in bezug auf die Erdung 51, wandert durch die beiden entsprechend gepolten Dioden 234 zur Serienschaltung des Eingangsnetzwerkes 233. Bei Signalen, die unter dem Schwellenwert liegen, erfolgt der grösste Spannungsabfall an den leitenden Dioden. Da jedoch die Dioden 234 einen Spannungsabfall von höchstens 0,6 Volt erzeugen, bewirkt ein Eingangssignal, das den Wert von 1,2 Volt absolut übersteigt, dass die zu einer Basiselektrode der Transistoren 248 und 249 geleitete Spannung zur Stärke des Signals direkt proportional ansteigt. Es sei beispielsweise angenommen, dass am Verbindungspunkt C ein Signal mit einer Spannung von -4,0 Volt vorliege.
Im Bereiche der konstanten PS-Leistung wird dieses willkürlich gewählte Signal in Verbindung mit den Zeichnungen zum Beschreiben der Arbeitsweise der Schaltung für ein bestimmtes Signal benutzt.
Liegt am Verbindungspunkt C eine Spannung von -4,0 Volt, so tritt an den beiden leitenden Dioden 234 ein Spannungsabfall von insgesamt -1,2 Volt auf, während am übrigen Teil des Eingangsnetzwerkes 233 ein Spannungsabfall in Höhe der restlichen -2,8 Volt auftritt. Da der Widerstand 237 einen viel höheren Wert aufweist als die Widerstände 236 und 238, so tritt an diesem Widerstand im wesentlichen der gesamte Spannungsabfall auf. An der Basiselektrode des Transistors 248 liegt daher eine Spannung, die im wesentlichen gleich dem Spannungsabfall an der Diode 234 ist, nämlich -0,6 Volt. Ein weiterer Spannungsabfall von -2,8 Volt erfolgt am Widerstand 237, der bewirkt, dass an der Basiselektrode des Transistors 249 eine Spannung von ungefähr -3,4 Volt liegt. An der anderen leitenden Diode 234 erfolgt ein Spannungsabfall in Höhe der restlichen -0,6 Volt.
Die an der Basiselektrode des Transistors 249 liegende Vorspannung von -3,4 Volt bewirkt, dass in der an die Kollektor-Emitter-Elektroden angeschlossenen Serienschaltung ein starker Strom fliesst. Da die Emit- ter-Basis-Verbindung des Transistors 248 von dem negativen Eingangssignal noch nicht beeinflusst worden ist, so weist der Transistor 248 einen verhältnismässig ho- hen Widerstand in bezug auf den Widerstand des Transistors 249 auf. Der resultierende Stromfluss zwischen der positiven und der negativen Spannungsquelle bewirkt einen Spannungsabfall von 2,4 Volt an den Widerständen 252 und 253.
Da die Transistoren 248 und 249 in der Serienschaltung verschiedene Impedanzen darstellen, so liegt an dem der Leitung 245 entsprechenden Verbindungspunkt nicht mehr eine Spannung von im wesentlichen null Volt, sondern diese Spannung ändert sich proportional zum Signal am Verbindungspunkt C. Da jedoch die Widerstände 252 und 253 den gleichen Wert aufweisen, so weisen die Spannungen an den Leitungen 243 und 244 immer den gleichen absoluten Wert auf in be- zug auf die an der Leitung 245 liegende Momentanspannung und die entgegengesetzte Polarität. Die Diffe- renz-Emitterfolgeschaltung 242 erzeugt daher zwei Ausgangssignale mit der gleichen Stärke und mit der entgegengesetzten Polarität, deren Amplitude von der Amplitude des Signals am Verbindungspunkt C abhängt.
Da die Spannung des Signals bei C zwischen Null und 1,2 Volt schwankt, so verbleibt die Spannung an den Leitungen 243 und 244 im wesentlichen auf dem Wert Null. Erhöht sich die Spannung am Verbindungspunkt C in positiver oder negativer Richtung über 1,2 Volt hinaus, so erhöhen sich die absoluten Werte der Spannungen an den Leitungen 243 und 244, von der Spannung auf der Bezugsleitung 245 ausgehend in direkter Proportion zur Amplitude des Signals am Verbindungspunkt C.
Die Ausgangssignale auf den Leitungen 243 und 244 der Impulsformungsschaltungen 257 und 258 bestimmten den Zeitpunkt der Erzeugung der Impulse, die die gesteuerten Si-Gleichrichter 224 und 225 zünden. Weisen die Ausgangssignale auf den Leitungen 243 und 244 eine Spannung nahe am Wert Null auf, so erzeugen die Impulsformungsschaltungen 257 und 258 einen Impuls, der im wesentlichen am Anfang einer jeden Halbperiode der Wechselspannung aus der Stromquelle 227 liegt mit der Folge, dass die Gleichrichter 224 und 225 im wesentlichen die ganze Welle der Wechselspannung weiterleiten. Erhöht sich jedoch der absolute Wert der Signale auf den Leitungen 243 und 244, so wird der Zeitpunkt des Zünders der Gleichrichter verzögert, wobei der zur Feldwicklung 57 geleitete Strom geschwächt wird.
Die in jedem Zeitpunkt vorliegende Phase des Wechselstromes aus der Stromquelle 227 muss überwacht werden, damit der richtige Zeitpunkt zum Zünden der Impulsformungsschaltungen 257 und 258 bestimmt werden kann. Zu diesem Zweck ist an die Wechselstromquelle 227 eine Treibereinrichtung 260 mit einer treibenden Wellenform als Ausgang auf einer Leitung 261 angeschlossen. Die Leitung 261 steht mit beiden Im- C, 257 und 258 in Verbindung. Durch Vergleichen der relativen Höhe des treibenden Signals auf der Leitung 261 mit dem Vorspannungs- signal auf den Leitungen 243 und 244 wird der Zeitpunkt des Zündens der gesteuerten Gleichrichter 224 und 225 festgesetzt.
Die Stromquelle 227 besteht aus einem Transformator 263 mit einer Primärwicklung 264 und einer Sekundärwicklung 265. Da die Wellenform der Wechselspannung aus der Spannungsquelle 227 zur Phase dem Läufer des 'Motors zugeführten Wellenformen 17 keine Beziehung aufzuweisen braucht, so kann die Primärwicklung 264 an jede Phase der in der Fig. 1 darge-
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stellten Spannungsquelle 10 angeschlossen werden oder auch an eine unabhängige Spannungsquelle. Die Sekundärwicklung 265 ist einseitig geerdet, während die andere Seite eine Wechselspannung von 160 Volt rms in bezug auf Erde 51 aufweist.
Die Sekundärwicklung 265 ist ferner mit einer Anzapfung 267 versehen, an die ein Vollwellengleichrichter 231 angeschlossen ist, der einen konstanten Gleichstrom für die Hilfsfeldwicklung 230 erzeugt. An der Anzapfung 237 liegt eine Spannung von 55 Volt (quadrat. illittelwert) in bezug auf die Seite 266.
Das Einphasenwechselstromsicnal auf der Leitung 266 wird über einen Gleichstromsperrkondensator 270 zu einer Leitung 271 geleitet, die zu den Gleichrichtern 224 und 225, dem Eingang der Treiberschaltung 260 und zum Vollwellengleichrichter 231 führt.
Die Treiberschaltung 260 zusammen mit den Impulsformungsschaltungen 257 und 258 wirkt in der gleichen Weise wie die Treib--rschaltung 43 und die Impulsformungsschaltungen 23 und 24 für eine Phase des Wechselstromes in der Läufersteuerschaltung.
Die Wellenform der Wechselspannung auf der Leitung 271 gleicht der in der Fig.4 dargestellten Wellenform 17'. Diese Wellenform wird über einen 20- Kiloohm-Widerstand 273 zu den entgegengesetzt gepolten Dämpfungsdioden 274 und 275 geleitet. Der 0,6-Volt-Vorwärtsspannungsabfall an jeder leitenden Diode erzeugt ein Rechteckwellensignal mit niedriger Amplitude gleich der Rechteckwelle 98', die in der Fig.5 dargestellt ist. ES wird darauf hingewiesen, dass die Wellenformen in den Figuren 5, 6 und 7 in bezug auf die in der Fig. 4 dargestellte Wellenform stark vergrös- sert gezeichnet sind.
Die Rechteckwelle 98' wird von einem 1000-Ohm- Widerstand 276 und einem 3,3-Mikrofarad-Kondensa- tor 277 integriert, wobei auf der Leitung 261 eine säge- zahnförmige Wellenform erzeugt wird, ähnlich der in der Fig. 6 dargestellten Wellenform 44'. Diese treibende Wellenform weist einen Betätigungs- oder Spitzenteil auf gleich dem Teil 47'. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die treibende Wellenform auf der Leitung 261 sich in bezug auf das an der Leitung 245 liegende Potential verändert und nicht in bezug auf Erde 51 wie die treibende Wellenform aus der Treiberschaltung 43 in der Fig. 1.
Die treibende Wellenform auf der Leitung 261 weist ein Spitzenpotential von 1,1 Volt auf. Diese Wellenform wird über einen 5,7-Kiloolim-Widerstand 280 zur Basiselektrode eines NPN-Transistors 281 in der Impulsformungsschaltung 257 und über einen 2,7-Kiloohm- Widerstand 282 zur Basiselektrode eines PNP-Tran- sistors 283 in der Impulsformungsschaltung 258 geleitet. Die Emitterelektrode des Transistors 281 steht über einen 100-Ohm-Widerstand 285 mit derAusgangsleitung 243 der Differcnz-Emittertolgeschaltung 242 in Verbindung.
Ebenso steht die Emitterelektrode des Transistors 283 über einen 100-Ohm-Widerstand 282 mit der Ausgangsleitung 2=44 der Differenz-Emitterfolgeschaltung in Verbindung.
Die Transistoren 281 und 283 erzeugen einen Impuls, wenn die Potentialdifferenz zwischen den Wellenformen auf der Leitung 261 im Vergleich zu den Wellenformen auf einer der Leitungen 243 oder 244 die Emitter-Basis-Verbindung des Transistors in der Vorwärtsrichtung vorspannt. Wenn die Steuerschaltung im Bereich eines konstanten Drehmomentes arbeitet, so liegt an den Leitungen 243 und 244 ein Potential von im wesentlichen Null. Die in der Fig. 6 dargestellte treibende Wellenform versetzt den Transistor 281 während der ersten oder positiven Halbperiöde in den leitenden Zustand, wenn die treibende Wellenform die Nullachse überquert und am Punkt 153 positiv wird.
Ebenso versetzt die negative treibende Wellenform den Transistor 283 in den leitenden Zustand während der zweiten oder negativen Halbperiode, wenn die Wellenform die Nullachse wieder überschreitet und negativ wird. Diese Kreuzungspunkte liegen ungefähr 30 nach dem Anfang einer jeden Halbperiode der Wellenform 17. Die Transistoren 281 und 282 sind daher für ungefähr 150 jeder Halbperiode der Wellenform auf der Leitung 271 leitend. Dies reicht aus, um der Feldwicklung 57 einen im wesentlichen vollständig gleichgerichteten Strom zuzuführen.
Die übrigen Schaltungselemente in den Impulsfor- mungsschaltungen 257 und 258 sind lediglich für die Bildung und Gestaltung des Impulsausganges von Nutzen, wenn an den Transistoren 281 und 283 eine Vorspannung in der Vorwärtsrichtung liegt. Die Impulsformungsschaltung 258 erzeugt einen Ausgangsimpuls auf den Leitungen 289, der den zugehörigen Gleichrichter im wesentlichen zu der Zeit triggert, in der die Transistoren 281 oder 283 leitend werden.
Wenn das Eingangssteuersignal am Verbindungspunkt C über den Cbertragungspunkt hinaus ansteigt, so erhöhen sich die absolutenWerte der Spannungen auf den Leitern 243 und 2.14, die die Transistoren im Rückwärtssinne vorzuspannen suchen, in bezug auf die an der Leitung 245 liegende Spannung. Dies hat zur Folge, dass die Transistoren in der Halbperiode in einem späteren Zeitpunkt eine Vorspannung im Vorwärtssinne erhalten, wenn das Potential der treibenden Wellenform die Höhe des Vorspannungsausgangssignals aus der Diffe- renz-Emitterfolgeschaltung 242 übersteigt.
Da die Leitung immer positiv und die Leitung 244 immer negativ in bezug auf die Leitung 2=t5 ist, so können die Transistoren 281 und 283 nur während der positiven und negativen Halbperioden der Wellenform auf der Leitung 271 erregt werden.
Liegt z. B. am Verbindungspunkt C ein -4-Volt- Signal vor, so wird die Leitung 243 um ungefähr 1,2 Volt positiv und die Leitung 2:14 um ungefähr 1,2 Volt negativ in bezug auf die Leitung 245. Da die sägezahn- förmige treibende Wellenform auf der Leitung 261 niemals den Wert von ungefähr 1,1 Volt in bezug auf die Leitung 145 übersteigt, so erhalten beide Transistoren eine Vorspannung im Rückwärtssinne. Hierbei wird verhindert, dass ein Impuls erzeugt wird und dass die Gleichrichter 224 und 225 einen Teil der Wellenform zum Vollwellenglcichrichter 226 leiten.
Infolgedessen hört der Stromfluss in der Feldwicklung 57 auf, so dass der Motor mit seiner Höchstdrehzahl läuft. Die Werte für die Widerstände und anderen Schaltungselemente können natürlich verändert werden und damit die Stärke des Steuersignals am Verbindungspunkt C, das den Stromfluss zur Feldwicklung 57 sperrt.
Da die entgegengesetzt gerichteten Teile der treibenden Wellenform auf der Leitung 261 symmetrisch sind, und da die Vorspannungssignale auf den Leitungen 243 und 244 jederzeit das gleiche, jedoch entgegengesetzte Potential aufweisen, so leiten die Gleichrichter 224 und 225 gleiche Teile der Wellenform, z. B. die letzten 120 jeder Halbperiode, weiter, so dass der Gleichstromausgang aus dem Gleichrichter 226 die geringste Welligkeit
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aufweist.
Die Differenz-Emitterfolgeschaltung sowie die Impulsformungsschaltung und die Gleichrichterdurch- lass-Schaltung sind vielfach von Nutzen, wenn ein Strom zu einem Verbraucher geleitet werden soll, und deren Verwendung ist nicht auf eine 1,Iotorsteuerschaltung begrenzt.
Der Vollwellengleichrichter 226 besteht aus vier Dioden 291, 292, 293 und 294, die so gepolt sind, dass ein in einer Richtung leitender Strompfad zur Feldwicklung 57 gebildet wird, wobei abwechselnd weitergeleitete Teile der Wechselspannung gleichgerichtet werden. Die verhältnismässig grosse Impedanz der Feldwicklung unterstützt die Glättung des gleichgerichteten Stromes.
Wird ein Stromfluss in einer Induktivität geschwächt, so versucht das zusammenfallende Magnetfeld um die induktivität herum den Stromfluss in der ursprünglichen Richtung aufrechtzuerhalten, wie an sich bekannt. Infolgedessen sinkt die Spannung an der Feldspule langsam ab, welcher Vorgang bei Schaltungen zum Regulieren der h,Iotordrehzahl unerwünscht ist. Hier sind jedoch die Dioden 293 und 294 vorgesehen, die einen Nebenschlusspfad für die Feldwicklung 57 bilden. Eb,nso bilden die Dioden 291 und 292 einen zur Erdung 51 führenden Nebenschlusspfad für die Feldwicklung 57.
Die Dioden 291-29=1 sind so gepolt, dass die von dem zusammenfallenden Magnetfeld um die Feldspule herum erzeugte Spannung kurzgeschlossen wird, wobei diese unerwünschte Energie rasch abgeleitet wird, so dass der 'Motor auf neue Drehzahlkommandos rasch reagieren kann.
Die Feldabschalteinrichtung Die Feldabschalteinrichtung 203, die die gesteuerten Si-Gleichrichter 224 und 225 sperrt, ist in der Fig. 3 dargestellt. Es sind zwei Feldabschaltsteuerungen vorgesehen, und zwar eine selbsttätige Steuerung, die auf übermässig hohe Werte der Gegen-EIIK anspricht, und eine von Hand bedienbare Steuerung zum Abschalten der Feldwicklung, um die Erhitzung des Motors herabzusetzen, wenn der Motor nicht läuft.
Für die selbsttätige Abschaltungssteuerung wird die Gegen-EMK am Läufer auf einen Wert herabgesetzt, der bei Transistoren verwendet werden kann. Zwischen den Verbindungspunkt B und die Erdung 51 ist ein Spannungsteilernetzwerk geschaltet, das aus einem 330Kiloohm-Widerstand 300 und aus einem 560-Ohm-Wi- derstand 301 besteht. Zum Widerstand 301 ist ein 0,2-Mil;rofarad-Kondensator 302 parallelgeschaltet. Die Widerstandswerte des Spannungsteilers sind so gewählt, dass an einem Verbindungspunkt 303 zwischen den Widerständen 300 und 30l eine Spannung von 10,8 Volt liegt, wenn die Gegen-EMK einen übermässig HohenWert erreicht, z. B. 280 Volt.
Der Verbindungspunkt 303 ist mit den Basiselektroden eines NPN-Transistors (z. B. Type 2N1304) 305 und eines PNP-Transistors 306 (z. B. Type 2N1305) direkt verbunden. Die Emitterelcktrode des Transistors 305 ist über eine Diode 307 mit der Erdung 5 1 verbunden. Ebenso ist die Emitterelektrodc des Transistors 306 über eine entgegengesetzt gepolte Diode 308 mit der Erdung verbunden. Die Dioden 307 und 308 sind so ge vählt, dass an diesen ein Spannungsabfall von 0,6 Volt auftritt, wenn sie leiten.
Da ungefähr 0,2 Volt erforderlich sind, um die Emitter-Basis-Verbindung der Transistoren 305 und 306 im Vorwärtssinne vorzuspannen, so bewirkt ein 0,8-Volt-Signal am Verbindungs- punkt 303, dass entweder der Transistor 305 oder der Transistor 306 leitend wird, je nach der Polarität der Spannung.
Die Transistoren 305 und 306 bilden einen Teil eines Spannungsschaltkreises, der mit dem Eingang der Differenz-Emitterfolgeschaltung 2:12 in der Feldsteuereinrichtung 201 verbunden ist. Die Kollektorelektrode des Transistors 305 steht über einen 5,6-Kiloohm-Wi- derstand 310 mit der -,15-Volt-Spannungsquelle in Verbindung und mit der Basiselektrode eines PNP- Transistors 311 über einen 2,7-Kiloohm-Widerstand 312.
Die Emitterelektrode des Transistors 311 steht mit der +l5-Volt-Spannungsquelle in Verbindung, während die Kollektorelektrode über einen 56-Kiloohm- Widerstand 313 mit der Basiselektrode des Transistors 248 in der Emitterfolgeschaltung 242 in Verbindung steht. Ebenso steht die Kollektorelektrode des Transi- tors 306 über einen 5,6-Kiloohm-Widerstand 315 mit der -15-Volt-Spannungsquelle in Verbindung sowie mit der Basiselektrode eines NPN-Transistors 316 über einen 2,7-Kiloohm-Widerstand 317.
Die Emitterelektrode des Transistors 316 steht mit der -15-Volt-Spannungs- quelle in Verbindung, während die Kollektorelektrode über einen 56-Kiloohm-Widerstand 318 mit dem Basiseingang des Transistors 249 in der Emitterfolgeschaltung 242 in Verbindung steht.
Angenommen, die Gegen-EVIK erreicht bei einem im Vorwärtssinne laufenden Motor einen Wert von 280 Volt, so liegt am Verbindungspunkt 303 eine Spannung von -0,8 Volt. Diese Spannung versetzt den Transistor 306 in den leitenden Zustand, wobei die Spannung an der Basiselektrode des Transistors 316 auf einen Wert festgesetzt wird, der fast gleich dem Potential der Erdung 51 ist. Infolgedessen ist der Transistor 316 gu@ leitend und führt die -15 Volt an der Emit- terelektrode dem Widerstand 318 im Kollektorkreis zu.
Diese Spannung von -15 Volt wird über den Widerstand 318 zur Basiselektrode des Transistors 249 geleitet und bewirkt, dass die Diff,renz-Emitterfolgeschaltung 242 zwei Vorspannungssignale erzeugt, die die gesteuerten Si-Gleichrichter 224 und 225 sperren, wie bereits beschrieben für den Fall, wenn ein -4,0-Volt-Steuersignal am Verbindungspunkt C bewirkt, dass die Basiselektrode des Transistors 249 negativ wird.
Liegt am Verbindungspunkt 303 ein +0,8-Volt- Signal vor, so werden die Transistoren 305 und 311 iii den leitenden Zustand versetzt und treiben die Basiselektrode des Transistors 248 ins Positive. Hierbei werden Vorspannungssignale erzeugt, die das Auftreten der Leitimpulse so weit verzögern, dass die gesteuerten Si- Gleichrichter 224 und 225 gesperrt werden.
Bei der beschriebenen Schaltung werden die gesteuerten Gleichrichter von einer übermässig hohen Gegen- ENIK rasch gesperrt, die den Strom zur Feldwicklung 57 leiten. Weiterhin leiten die Dioden 291-1-94 die Spannung ab, die von dem zusammenfallenden Magnetfeld der Wicklung 57 erzeugt wird, so dass die übermässig hohe Gegen-ENIK am Läufer rasch auf eine sichere Höhe zurückgeführt wird, zu welcher Zeit die Feldsteuerung selbsttätig in Betrieb gesetzt wird und die weitere Steuerung des Motcrs übernimmt.
Soll die Feldwicklung von Hand abgeschaltet wer- d;,n, so wird ein Schalter 320 geschlossen, wobei die -15-Volt-Spannungsquelle mit der Kollektorelektrode des Transistors 316 direkt verbunden wird, wobei die gesteuerten Si-Gleichrichter in der gleichen Weise gesperrt werden, als wenn der Transistor 316 selbsttätig
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umgeschaltet würde. Der Schalter 320 könnte natürlich auch zwischen die +l5-Volt-Spannungsquelle und die Kollektorelektrode des Transistors 311 geschaltet werden.
Die Gegenphasenschaltung Soll der Lauf des Motors verlangsamt werden, so wird die in der Fig. 1 dargestellte Gegenphasenschaltung 204 wirksam und verzögert die Zündwinkel für die gesteuerten Si-Gleichrichter 20 und 21 im Motorläuferkreis. Die Gründe zum Verzögern des Zündwinkels und die allgemeine Arbeitsweise der Gegenphasenschaltung werden nunmehr unter Hinweis auf die Fig. 1 und auf die in den Figuren 4-7 dargestellten Wellenformen erläutert. Jede Wellenform 17 aus der Stromquelle 10 wird über 24-Kiloohm-Widerstände 94 zu den Dioden 95, 96 in der Sägezahnwellen erzeugenden Schaltung 43 geleitet, wobei ein Rechteckwellenausgang 98 erzeugt wird.
Diese Rechteckwelle wird von einem Widerstand 99 und einem Kondensator 100 integriert und die sägezahnförmige treibende Wellenform 44 erzeugt, die die Transistoren in den Impulsformungsschaltungen 23 und 24 erregt, übersteigt die treibende Wellenform 44 den Pegel der Vorspannung 127 auf der Ausgangsleitung 39 oder den Pegel 128 auf der Ausgangsleitung 36, so wird die Rückwärtsimpulsformungsschaltung 24 oder die Vorwärtsimpulsformungsschaltung 23 erregt und erzeugt einen Ausgangsimpuls 139 zum Beeinflussen des zugehörigen Gleichrichters 21 oder 20.
Dieser Vorgang ist der gleiche, wie in bezug auf die Fig. 3 für die Impulsformungsschaltungen 257 und 258 beschrieben, bei denen an der Leitung 261 eine sägezahnförmige treibende Wellenform und an den Leitungen 2=13 und 244 ein Vorspannungseingang liegt.
Liegt z. B. am Verbindungspunkt A ein negatives Eingangssignal vor, das bei 39' eine durch die Linie 127 in der Fig. 6 dargestellte Vorspannung erzeugt, so wird die Rückwärtsimpulsformungsschaltung 24' zu der Zeit erregt, in der die Sägezahnwelle 44' den Vorspannungs- pegel, d. h. den Punkt 129 überschreitet. Die Schaltung 24' erzeugt einen Impuls 139, der den Gleichrichter 21' zu einem Zeitpunkt erregt, der dem Punkt 47' um ungefähr 100' vorangeht, wie durch die unterbrochene Linie 330 dargestellt. Der Gleichrichter 21' leitet jedoch nicht während der übrigen 100 der Halbperiode der @N'ellen- form 17' als Folge der Art der Motorbelastung.
D. h., unter der Annahme, dass der Motor sich fortlaufend in Betrieb befindet, und dass die am Läufer erzeugte Ge- gen-ENIK den in der Fig.4 bei 331 dargestellte Höhe aufweist, die nur etwas niedrigerer ist als der Scheitel der Wellenform 17', so wird der Gleichrichter 21' nur im Vorwärtssinne vorgespannt, bis die Wellenform 17' unter die Höhe der Gegenvorspannung 331 am Punkt 332 absinkt, so dass die Vorspannung des Gleichrichters wieder umgekehrt wird. Dieser kleine Winkel des leitenden Zustandes führt dem Läufer eine Spannung zu, die höher ist als die Spannung der Gegen-ENIK, wobei ein Stromfluss bewirkt wird, der die Verluste gerade überwindet und bei dem Läufer dieselbe Drehzahl aufrechterhält.
Es sei nunmehr angenommen, dass der Motor seine Drehrichtung umkehren soll, und dass die Gegenphasenschaltung 204 aus der Steuerumschaltung entfernt ist. Das Eingangssteuersignal am Verbindungspunkt A wird positiv, kurz nachdem der Punkt 332 aufgetreten ist (wodurch verhindert wird, dass die Rückwärtsimpuls- formungs-Schaltung 24 erneut Impulse erzeugt). Zugleich werden alle Vorwärtsimpulsformungsvorspan- nungspegel 128 positiver in Richtung zu den negativen Spitzen 47 der treibenden Wellenformen. Welcher Gleichrichter 20 zuerst in der Strombremsrichtung zuerst gezündet wird, hängt von der Geschwindigkeit ab, mit der der Vorspannungspegel 128 sich ändert.
Als Beispiel sei angenommen, dass der Pegel 128 zuerst die treibende Wellenform auf der Linie 45"' überschreitet, wobei der Gleichrichter 20"' zu der Zeit des Auftretens eines Punktes 334 auf der Wellenform 17"' in der Fig. 4 betätigt wird.
Da der Punkt 334 nur um einige Grade vor dem Überschreiten der Null-Achse gelegen ist, so wäre zu erwarten, dass vom Gleichrichter ein kleiner Stromimpuls zur Belastung weitergeleitet wird, der proportional der kleinen negativen Spannung am Punkt 334 ist. Da die Belastung jedoch aus dem sich drehenden Läufer besteht, so liegt an der Anode des gesteuerten Si-Gleichrichters nicht eine Spannung von null Volt, sondern der Pegel der positiven Gegen-ENIK, die immer noch am Läufer besteht. Wenn der Gleichrichter 20"' gezündet wird, so leitet er einen Stromimpuls weiter, der proportional dem gesamten schraffierten Bezirk 335 in der Fig. 4 ist, d. h. proportional der Differenz zwischen der Spannung 17"' am Punkt 334 und dem Spannungspegel 331.
Dieser starke Stromimpuls bremst den Motor heftig ab und kann zu einer Beschädigung führen, wie bereits ausgeführt.
Die Gegenphasenschaltung 204 verhindert das Auftreten starker Bremsstromstösse, wie in der Fig.4 bei 335 dargestellt. Wenn die Änderung der Drehzahl, die durch eine Änderung des Steuersignals am Verbindungspunkt A angezeigt wird, und wenn die augenblickliche Drehrichtung und Drehzahl des Motors, die von der Gegen-EMK am Verbindungspunkt B bestimmt wird, anzeigt, dass der Lauf des Motors verlangsamt werden soll, so wird ein in der Fig. 1 nicht dargestelltes Relais RR im Gegenphasenkreis 204 mit Strom versorgt, wobei die Kontakte R', R" und R"' sich schliessen.
Der einpolige Einwegkontakt R ist zwischen einen Verbindungspunkt 336 zwischen den Widerständen 94 und 95 und einen 36-Kiloohm-Widerstand 337 für jede Phase der Stromquelle 10 geschaltet. Jeder Widerstand 337 ist seinerseits mit der Phase der Wellenform verbunden, die der Wellenform am Verbindungspunkt 336 um 120 nacheilt, der mit dem zugehörigen Relaiskontakt R in Verbindung steht. Erhält das Relais RR in der Gegenpliasenschaltung 204 Strom, so addiert sich die um 120 \ nacheilende Sinuswelle zur Sinuswelle aus der Stromquelle 10. Hierbei wird auf den Leitungen zwischen den Widerständen 94 und 99 eine neue Sinuswelle erzeugt, die bei den gegebenen Werten der ursprünglichen Sinuswelle um 55 nacheilt.
Da die neuen Sinuswellen zu den Dioden 95 und 96 geleitet werden, so wird für jede Phase eine neue Rechteckwelle erzeugt, die in bezug auf die in der Fig. 5 dargestellte Stelle 98 um 55' verzögert ist. Diese phasenverschobene Rechteckwelle wird vom Widerstand 99 und vom Kondensator 100 für jede Phase integriert, wobei drei treibende Wellenformen erzeugt werden, die um 55 in bezug auf die in der Fig. 6 dargestellte Stelle 44 verzögert sind.
Die verzögerten treibenden Wellenformen bewirken, dass die Impulsformungseinrichtunb 24 auf den Leitungen 27 einen Impuls erzeugt, der um 55 in bezug auf die in der Fig. 7 dargestellte Stelle 139 nacheilt. Der gesteuerte Si-Gleichrichter 21"' leitet daher die Wellenform 17"' am Punkt 334 nicht weiter, sondern vielmehr
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an einem neuen Punkt 340, der in bezug auf den Punkt 334 um 55 verzögert ist. Der durch den Gleichrichter 21"' fliessende resultierende Bremsstrom ist dem schraffierten Bezirk 341 proportional und daher wesentlich schwächer als der Stromimpuls 335, der andernfalls ohne die Gegenphasenschaltung 204 weitergeleitet werden würde.
Der vom Gleichrichter 21"' weitergeleitete Strom- stoss bewirkt, dass die Drehzahl des Läufers 12 absinkt. Da bei kleineren Drehzahlen eine schwächere GegenEMK erzeugt wird, so sinkt die Gegen-EMK auf einen neuen Pegel 343 ab, der niedriger ist als der Pegel 331, der zuvor am Läufer bestand.
Angenommen, der Motor 13 laufe nunmehr in der Vorwärtsrichtung, so verstärkt sich das Steuersignal am Verbindungspunkt A nach dem Überqueren der Null- Achse immer noch positiv und bewirkt, dass die Läufersteuerschaltung den Zündwinkel der gesteuerten Gleichrichter 21 vergrössert. Jeder Gleichrichter 21 wird der Reihe nach bei einem Winkel gezündet, der vorherigen Zündwinkel um einen kleinen Wert vorangeht. Hierbei wird in der Folge dem Läufer 12 ein Bremsstromimpuls zugeführt, der die Drehzahl des Läufers herabsetzt und den Pegel der Gegen-EMK auf einen neuen Wert vermindert, wie in der Fig. 4 für mehrere Arbeitsperioden dargestellt.
Nachdem je nach der ursprünglichen Drehzahl des Motors dem Läufer 12 eine genügende Anzahl von Bremsstromstössen zugeführt worden sind, sinkt die Ge- gen-EMK auf einen Pegel 345 ab, der nicht ausreicht, um die Gegenphasenschaltung 20-1 erregt zu halten. Zu dieser Zeit wird die Stromversorgung des Relais RR in der Gegenphasenschaltung 204 unterbrochen, wobei die Kontakte R geöffnet werden, so dass der nächste Zünd- winkel um 55 zu einem Punkt 346 vorverlegt wird, wie aus der Fig.4 zu ersehen ist.
Der resultierende Stromstoss, der stärker ist als die vorhergehenden Strom- stösse, bewirkt eine zu grosse Korrektur im Vergleich zu den bisherigen Änderungen der Drehzahl des Motors. Da der Motor im allgemeinen in eine eine geschlossene Schleife bildende Anlage eingeschaltet ist, z. B. durch einen Drehzahlmesser, der mit der Steuersignalquelle 28 in Verbindung steht und bei Drehzahländerungen das Steuersignal ändert, so wird sofort ein Steuersignal mit einer kleineren Amplitude erzeugt, um diese Oberkorrektur zu kompensieren. Die Läufersteuerschaltung spricht auf dieses schwächere Steucrsignal an und setzt den Zündwinkel auf einen neuen Punkt 347 zurück, der die gewünschte Geschwindigkeitsänderung darstellt.
Wenn die Drehzahl des Motors in der entgegengesetzten Richtung ansteigt, so erhöht sich der absolute Pegel der Gegen-EMK in bezug auf die Null-Achse 151. Der Pegel der Gegen-EMK steigt an, bis ein Dauerzustand erreicht ist, bei dem die Spannungsdifferenz bewirkt, dass ein Strom mit einer Stärke fliesst, der zum Überwinden der Verluste des laufenden Motors ausreicht.
Aus der obenstehenden Beschreibung geht hervor, dass die Gegenphasenschaltung 204 selbsttätig den Zündwinkel der gesteuerten Gleichrichter zurücksetzt, um den Lauf des Motors allmählich zu verlangsamen, und die Schaltung schaltet sich selbst ab, nachdem der Motor genügend abgebremst worden ist. Obwohl ein besonderes Ausführungsbeispiel gewählt und ein Phasenwinkel von 55 benutzt wurde, so können jedoch auch andere Winkel, z. B. 80 , gewählt werden. Da der Läufer 12 induktiv ist, so bleibt die Spannung am Läu- fer selbst noch etwas stehen und bewirkt, dass während einer verhältnismässig unbedeutenden Periode noch ein Strom fliesst, nachdem die Gleichrichter gesperrt worden sind.
Ausf ührliche Beschreibung der Gegenphasenschaltung Die Fig. 2 zeigt die Gegenphasenschaltung 204 zum Erregen des Relais RR, wobei die drei Kontakte R in der Fig. 1 geschlossen werden. Das Eingangssteuersignal am Verbindungspunkt C wird über einen 5,6-Kiloohm- Widerstand 350 zur Gegen-EMK über einen 220-Kilo- ohm-Widerstand 351 und einen 1,5-Megohm-Wider- stand 352 addiert.
Das resultierende summierte Signal, das an einem Verbindungspunkt 353 zwischen den Widerständen 350 und 352 auftritt, weist eine positive oder eine negative Polarität auf je nach der relativen Stärke der Signale an den Verbindungspunkten B und C. Dieses summierte Signal wird von einem Differentialverstärker 355 verstärkt und über eine Emitterfolge- schaltung 356 zu den Doppeltransistoren 358 und 359 geleitet. Von dem Signal am Verbindungspunkt 353 wird nur einer der Doppeltransistoren erregt und bildet einen in einer Richtung leitenden Strompfad zu der einen Seite des Relais RR. Die andere Seite des Relais RR steht mit dem Verbindungspunkt 361 in Verbindung, an dem die Gegen-EMK von den Zehnerdioden 362 und 363 auf eine kleine Amplitude von z. B. -1-18 Volt begrenzt wird.
Das begrenzte Signal ist entweder positiv oder negativ je nach der augenblicklichen Polarität der Gegen-EMK.
Die Widerstandswerte sind so gewählt, dass der Verbindungspunkt 353 das entgegengesetzte Potential aufweist wie der Verbindungspunkt 361. Soll der Lauf des Motors verlangsamt werden, so ändert sich die Polarität des Potentials am Verbindungspunkt 353, wobei der andere der Doppeltransistoren 358 und 359 erregt wird, wodurch über das Relais RR ein leitender Strompfad zur Erdung 51 gebildet wird. Hierbei fliesst ein Gegenphasensignal zwischen dem Verbindungspunkt 361 und Erde 51. Da das Relais RR mit dem Signalpfad in einem Stromkreis liegt, so wird es zu dieser Zeit erregt, so dass die normalerweise offenen Kontakte R (Fig. 1) geschlossen werden mit der Folge, dass der Zündwinkel der Läufer-Transistoren verzögert wird, wie bereits beschrieben.
Der Wert des Widerstandes 350 ist so bemessen, dass bei einem stetigen Lauf des Motors durch den Widerstand 350 ein stärkeres Signal geleitet wird als durch den Widerstand 352, so dass am Verbindungspunkt 353 das gleiche Potential liegt wie am Verbindungspunkt C. Da die Gegen-EMK immer das entgegengesetzte Potential aufweist wie das Steuersignal, so weist auch der Verbindungspunkt 353 immer das entgegengesetzte Potential auf wie der Verbindungspunkt 361, wenn der Motor stetig läuft.
Soll die Drehzahl des Motors erhöht werden, so wird das Signal am Verbindungspunkt C verstärkt. Hierbei wird lediglich das summierte Signal am Verbindungspunkt 353 verstärkt, während die Polarität dieselbe bleibt. Soll jedoch der Lauf des Motors verlangsamt werden, so wird das Signal am Verbindungspunkt C geschwächt, d. h. das Potential gleicht sich dem Potential der Gegen-EN1K an, so dass das Potential am Verbindungspunkt 353 die Polarität ändert und die gleiche Polarität aufweist wie das Signal am Verbindungspunkt 361.
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Der Verbindungspunkt 353 steht mit der Basiselektrode eines NPN-Transistors 366 (z. B. Type 2N1613) in Verbindung, der einen Teil des Differentialverstärkers 355 bildet.
Die Kollektorelektrode des Transistors 366 steht über einen 2,7-Kiloohm-Widerstand 367 mit der 15-Volt-Spannungsquelle in Verbindung. Die Emit- terelektrode des Transistors 366 steht über einen 1- Kiloohm-Widerstand 368, über einen von 0-800 Ohm einstellbaren Widerstand 369 und über einen 2,2-Kilo- ohm-Widerstand mit der -15-Volt-Spannungsquelle in Verbindung.
Ein zweiter NPN-Transistor 372, der aus derselben Type besteht wie der Transistor 366, steht mit der Kollektorelektrode über einen 5,6-Kiloohm-Wider- stand 373 mit der +15-Volt-Spannungsquelle in Verbindung, während die Emitterelektrode über einen 1- Kiloohm-Widerstand 375 mit dem Regelwiderstand 369 in Verbindung steht. Die Basiselektrode des Transistors 372 steht über einen 5,6-Kiloohm-Widerstand 375 mit Erde 51 in Verbindung.
Die Emitterfolgeschaltung 356 weist einen NPN- Transistor 378 auf (z. B. Type 2N1304), dessen Basiselektrode mit dem Widerstand 373 des Verstärkers 355 verbunden ist. Die Kollektorelektrode des Transistors 378 steht mit der -r 15-Volt-Spannungsquelle direkt in Verbindung. Die Emitterelektrode dieses Transistors steht über einen 5,6-Kiloohm-Widerstand 379 mit der -15-Volt-Spannungsquelle in Verbindung.
Die Emitterelektrode des Transistors 378 steht über einen 1,2-Kiloohm-Widerstand 380 mit den Basiselektroden der Doppeltransistoren 358 und 359 direkt in Ver- bindung,während die Emitterelektroden derDoppeltran- sistoren bei 51 geerdet sind. Die Kollektorelektrode des Transistors 358 steht über eine Diode (z. B. Type 1N4001) mit der einen Seite des Relais RR in Verbindung. Ebenso steht die Kollektorelektrode des Transistors 359 über eine Diode 383 (gleichfalls Type 1N4001), jedoch entgegengesetzt gepolt, mit derselben Seite des Relais RR in Verbindung. Die Doppeltransistoren 358 und 359 sind komplementär (wie die Typen 2N1304 bzw. 2N2305).
Nunmehr soll die Arbeitsweise der Gegenphasenschaltung 204 beschrieben werden, wobei ein gleich- mässiger Lauf des Motors angenommen wird, und wobei am Verbindungspunkt B eine Gegen-EMK von -+-240 Volt und an der Verbindungsstelle C ein Steuersignal von -4,0 Volt vorliegt. Der Widerstand 351 bewirkt einen Abfall der Gegen-EMK auf ungefähr l@a des Wertes an der Verbindungsstelle B oder auf -r80 Volt. Ein 0,46-pF-Kondensator 385 leitet alle der Ge- gen-E@-iK überlagerten Störspannungen zur Erde 51 ab. Das resultierende summierte Signal am Verbindungspunkt 353 beträgt ungefähr -0,2 Volt.
Der Regelwiderstand 369 wird so eingestellt, dass der Transistor 366 leitend wird, so dass der Verstärker 355 als herkömmlicher Differentialverstärker arbeitet und einen Gesamtverstärkungsgrad von ungefähr drei aufweist. Das resultierende -0,6-Volt-Signal am Widerstand 380 wirkt für den Transistor als Vorspannung in der Vorwärtsrichtung. Über das Relais RR wird jedoch kein Strompfad zur Erde 51 geschlossen, da die Emitter- elektrode des Transistors 359 und die Diode 383 so gepolt sind, dass sie für die positive Gegen-ENfK gesperrt sind, die nunmehr am Verbindungspunkt 361 liegt.
Soll die Drehzahl des Motors erhöht werden, so wird das -0,4-Volt-Signal am Verbindungspunkt C weiter negativ und bewirkt, dass das summierte Signal negativer wird. Dies führt lediglich dazu, dass der Tran- sistor 359 weiter leitend bleibt, so dass kein Strompfad für das Relais RR geschlossen wird. Ändert sich jedoch das Steuersignal am Verbindungspunkt C in Richtung zu 0 Volt, wodurch angezeigt wird, dass der Motor seinen Lauf verlangsamt, so steigt das Potential am Verbindungspunkt 353 auf einen Wert von -+-0,2 Volt an, so dass an die Basiselektroden der Doppeltransistoren eine Spannung von +0,6 Volt angelegt wird.
Dieses Signal versetzt beide Transistoren in den leitenden Zustand und den Transistor 359 in den nichtleitenden Zustand, während der Transistor 358 in den leitenden Zustand versetzt wird. Infolgedessen wird ein Strompfad geschlossen von dem Verbindungspunkt 361 aus über das Relais RR, die Diode 382 und den leitenden Transistor 358 zur Erde 51, wobei das Relais RR Strom erhält und die Ge- genphasenschaltung aktiviert.
Zum Erzeugen des begrenzten Gegen-EMK-Signals am Verbindungspunkt 361 wird der Verbindungspunkt B über einen 750-Ohm-Widerstand 386 und über die entgegengesetzt gepolten Zenerdioden 362 und 363 mit Erde 51 verbunden. Diese Zenerdioden weisen in der Sperrichtung einen Spannungsabfall von 18 Volt auf und erzeugen am Verbindungspunkt 361 ein Potential von 18 Volt je nach der Polarität der Gegen-ELIK. An die Zenerdioden sind zwei Relais 388 und 389 angeschlossen, wie in der Fig. 2 dargestellt.
Ist die Gegenvorspannung positiv, wodurch angezeigt wird, dass der Motor im Uhrzeigersinne oder im Rückwärtssinne läuft, so erhält das Relais 388 Strom, während das Relais 389 von der in der Vorwärtsrichtung leitenden Diode 363 kurzgeschlossen wird. In der gleichen Weise erhält das Relais 389 Strom bei einer negativen Gegen-ENIK, wodurch angezeigt wird, dass der Motor im Uhrzeigergegensinne oder in der Vorwärtsrichtung läuft. Diese Relais können mit einer äusseren Einrichtung verbunden werden, die den jeweiligen Drehsinn des Motors anzeigt. Wenn die beschriebene Steuerschaltung nicht in eine grössere Anlage eingeschaltet ist, so können die Relais 388 und 389 natürlich weggelassen werden.
Obwohl die Gegenphasenschaltung nach der Fig. 1 vorzuziehen ist, bei der eine Schalteinrichtung verwendet wird, die nur wirksam ist, wenn der Lauf des Motors verlangsamt, werden soll, so ist jedoch die in der Fig. la dargestellte abgeänderte Schaltung in gewissen weniger kritischen Verwendungsgebieten von Nutzen.
Die Schaltung nach der Fig. la wird verwendet anstelle der Gegenphasenschaltung 204, der Relaiskontakte R und der Widerstände 337 in der Fig. 1, wodurch eine wesentliche Vereinfachung erzielt wird, während anderseits einige erwünschte Merkmale der bevorzugten Einrichtung erhalten bleiben. Eine Gleichspannungs- quelle 160 steht über die Widerstände 161 mit allen Verbindungspunkten 336 in Verbindung, die mit den Dioden 95, 96 in der Fig. 1 verbunden sind. Die Spannungsquelle 160 weist einen positiven oder negativen Spannungsausgang auf, der entgegengesetzt zu der Spannung ist, die zum Läufer des Motors geleitet wird.
Diese Gleichspannung aus der Spannungsquelle 160 versetzt entweder die Diode 95 oder die Diode 96 in den leitenden Zustand, wodurch die scheinbare Null- Linie 151 in der Fig. 4 verändert wird. Daher wird der Teil der Wellenform 17, der zur Rechteck-welle 98 in der Fig.5 abgeschnitten wird, verändert, wodurch die Rechteckwelle nach rückwärts verschoben und der Zündwinkel der gesteuerten Gleichrichter verzögert wird wie bei der zuvor beschriebenen Gegenphasen- Schaltung.
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Für diese Schaltung ist jede Spannungsquelle 160 geeignet, deren Gleichspannung der vom Läufer erzeugten Gegen-EMK proportional ist.
Der Punkt 160 könnte z. B. mit einem Spannungsteiler verbunden werden, der zwischen den Verbindungspunkt B und Erde 51 geschaltet ist. Ferner könnte eine von einem mit dem Läufer verbundenen Drehzahlmesser erzeugte Spannung verwendet werden.
Obwohl die Schaltung nach der Fig.la jederzeit wirksam ist (unter Einschluss des grössten Teiles der Zeit, in der der Motor seinen Lauf nicht verlangsamt), so werden die gesteuerten Gleichrichter am meisten mit der Gegenphase beaufschlagt, wenn die Gegen-EMK sehr stark ist und daher dann, wenn die Verlangsamung des Motorlaufes die grössten Bremsstromstösse verursachen würde. Diese Schaltung bietet daher den gröss- ten Schutz, wenn er am meisten benötigt wird, obwohl die Schaltung das Arbeiten des Motors bei hohen Drehzahlen behindert.
Die Schaltung nach der Fig.la kann natürlich entsprechend der Gegenphasenschaltung nach der Fig. 1 dadurch abgeändert werden, dass zwischen dem Punkt 160 und den Widerständen 161 ein Relaiskontakt R eingeschaltet wird, der nur dann geschlossen wird, wenn der Motor langsamer laufen soll.
Die Begrenzungsschaltung Die Begrenzungsschaltung 205 (Linie 29 in der Fig. 1), die die Spannung am Verbindungspunkt D auf eine Mindesthöhe begrenzt, wenn der Motor fast mit der Nenndrehzahl läuft oder diese überschreitet, ist in der Fig. 2 ausführlich dargestellt. Die Schaltung enthält zwei Transistoren 400 und 401, die normalerweise gesperrt gehalten werden. überschreitet die Gegen-EMK am Punkt B einen vorherbestimmten Wert, so wird einer der beiden Transistoren 400, 401 erregt und begrenzt das Signal am Punkt D auf einen Mindestwert.
Zu diesem Zweck ist zwischen dem Widerstand 351 und Erde 51 ein Spannungsteilernetzwerk mit einem 100-Kiloohm-Widerstand 403 und einem 1-Kiloohm- Widerstand 404 eingeschaltet. Der Verbindungspunkt 405 zwischen den Widerständen 504 und 404 ist mit der Basiselektrode eines NPN-Transistors 407 direkt verbunden (Type 2N1304) und mit der Basiselektrode eines PNP-Transistors 408 (Type 2N1305). Die Kollek- torelektroden der Transistoren 407 und 408 stehen mit der -i-15-Volt-Spannungsquelle bzw. mit der -15-Volt- Spannungsquelle in Verbindung.
Die Emitterelektrode des Transistors 407 steht über zwei Dioden 410 und 411 (Type 1N4001), die in leitendem Zustand einen Spannungsabfall von 0,6 Volt aufweisen, mit der Emit- terelektrode des Transistors 408 in Verbindung. Der Verbindungspunkt 412 zwischen den Dioden 410 und 411 dient als Ausgangsklemme, die auf ein endliches Potential geschaltet wird, wenn der Motor eine vorherbestimmte Drehzahl überschreitet.
Die Werte für die Widerstände 403 und 404 sind so gewählt, dass am Verbindungspunkt 405 eine positive oder eine negative Spannung von 0,8 Volt liegt, wenn die Begrenzungsschaltung 205 erregt werden soll. Bei den angegebenen besonderen Werten liegt am Punkt 405 eine Spannung von 0,8 Volt, wenn am Verbindungspunkt B eine Spannung von ungefähr 240 Volt liegt.
Die Transistoren 407 und 408 erfordern eine Spannungsdifferenz von ungefähr 0,2 Volt zwischen Basis und Emitter, um in den leitenden Zustand versetzt zu werden. Da die Emitterelektrode eines jeden Transistors mit einer Diode in einem Stromkreis liegt, die in leitendem Zustand einen Spannungsabfall von 0,6 Volt erzeugt, so bleiben die Transistoren 407 und 408 gesperrt, bis an deren Emitter-Basis-Verbindung eine Spannungsdifferenz von 0,8 Volt in der richtigen Richtung auftritt, zu welcher Zeit die Transistoren in den leitenden Zustand versetzt werden.
Als Beispiel sei angenommen, dass die Gegen-EMTK am Punkt B auf -f-240 Volt ansteigt, so tritt am Verbindungspunkt 405 eine Spannung von +0,8 Volt auf, die den Transistor 407 in den leitenden Zustand versetzt. Infolgedessen wird die Spannung am Verbindungspunkt 412, die normalerweise 0 Volt beträgt, auf +5,0 Volt erhöht. Steigt die Gegen-EMK über 240 Volt hinaus an, so wird der Transistor 407 lediglich weiter in Richtung der Sättigung betrieben, wobei am Verbindungspunkt 412 eine positive Spannung mit einer grös- seren Amplitude erzeugt wird. Dieses positive Signal versetzt den Transistor 400 in den leitenden Zustand.
Läge am Verbindungspunkt =105 eine Spannung von -0,8 Volt, so würde der Transistor 408 eine Vorspan.- nung im Vorwärtssinne erhalten mit der Folge, dass am Verbindungspunkt 412 eine Spannung von -5,0 Volt auftritt, die den Transistor 401 in den leitenden Zustand versetzen würde.
Die Transistoren 400 und 401 sind komplementär (z. B. Type NPN 2N1304 bzw. PNP 2N1305). Die Basiselektroden der Transistoren 400 und 401 stehen über die 2,7-Kiloohm-Widerstände 414 und 415 mit dem Verbindungspunkt 412 in Verbindung. Zwischen die Basiselektrode des Transistors 400 und die -15-Volt- Spannungsquelle ist ein 47-Kiloohm-Widerstand 417 geschaltet. Ebenso ist ein 47-Kiloohm-Widerstand 418 zwischen die Basiselektrode des Transistors 401 und die + 15-Volt-Spannungsquelle geschaltet.
Die Emitterelektrode des Transistors 400 steht mit einer Quelle einer konstanten Spannung in Verbindung, die aus einem 2,7-Kiloohm-Widerstand 420 und einer 1N4001-Diode 412 besteht, welche Elemente zwischen Erde 51 und die -15-Volt-Spannungsquelle in Reihe geschaltet sind. Ein Verbindungspunkt 422 zwischen der Diode 421 und dem Widerstand 420 ist mit der Emitterelektrode des Transistors 400 direkt verbunden. Die Diode 421 wird so gewählt, dass sie in leitendem Zustand einen Spannungsabfall von -0,6 Volt erzeugt.
Da diese Diode so gepolt ist, dass sie den Strom beständig durch die Serienschaltung leitet, so liegt am Punkt 422 beständig eine Spannung von -0,6 Volt, d. h. der Spannungsabfall an der Diode 421 ungeachtet der in der Schaltung bestehenden anderen Spannungen.
Ferner ist eine zweite Spannungsquelle mit einer konstanten Spannung vorgesehen, die aus einer 1N-4001- Diode 425 und einem 2,7-Kiloohm-Widerstand 426 besteht und zwischen die +l5-Volt-Spannungsquelle und Erde 51 geschaltet ist. Ein Verbindungspunkt 427 zwischen der Diode 425 und dem Widerstand 426, an dem der Spannungsabfall der Diode 425 von +0,6 Volt liegt, ist mit der Emitterelektrode des Transistors 401 direkt verbunden. Die Kollektor; le'troden der Transistoren 400 und 401 stehen über die Dioden 429 und =130 mit dem Verbindungspunkt D in Verbindung. Die Dioden sollen in leitendem Zustand einen Spannungsabfall von 0,2 Volt erzeugen.
Sind im Betrieb die Transistoren 407 und 408 nichtleitend, so fliesst ein Strom aus der +l5-Volt-Span- nungsquelle aus über die Widerstände 418 und 415 zum Verbindungspunkt 412 und über die Widerstände 414
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und 417 zur -15-Volt-Spannungsquelle. Hierbei erhalten die Basiselektroden der Transistoren 401 und 400 eine Vorspannung von +0,5 Volt bzw. -0,5 Volt. Da jedoch an der Emitterelektrode des Transistors 401 eine Spannung von +0,6 Volt liegt und an der Emitterelek- trode des Transistors 400 eine Spannung von -0,6 Volt, so bleiben beide Transistoren gesperrt.
Die Kollektorelektroden der Transistoren liegen daher in einem offenen Stromkreis, und die Dioden 429 und 430 haben auf den Verbindungspunkt D keinen Einfluss, so dass an der Leitung 29 in der Fig. 1 jede Spannung zwischen dem höchsten positiven und dem höchsten negativen Wert liegen kann, der vom 1,2- Volt-Spannungsabfall an den Dioden 88 und 89 bestimmt wird.
Wird an den Verbindungspunkt 412 eine Spannung von -i-5 Volt angelegt, beispielsweise, so wird der Transistor 400 gesättigt. Der Verbindungspunkt D steht nunmehr über die Diode 429 und den Transistor 400 mit dem Verbindungspunkt 422 in Verbindung, an dem die Spannung von -0,6 Volt verbleibt. Es wird daran erinnert, dass zu dieser Zeit die Gegen-EVIK positiv ist, so dass das Steuersignal am Verbindungspunkt D negativ sein muss. Da an dem Verbindungspunkt 422 eine Spannung von -0,6 Volt verbleibt, so wird offenbar kein Strompfad geschlossen über die Diode 429 und die Kol- lektor-Emitter-Verbindung des Transistors 400, wenn am Verbindungspunkt D eine Spannung von -0,6 Volt oder negativer liegt.
Selbst wenn die Spannung am Verbindungspunkt D auf -0,4 Volt ansteigt, so dass am Verbindungspunkt 422 eine Spannung von -1-0,2 Volt in bezug auf den Verbindungspunkt D liegt, so wird kein Strompfad geschlossen, da eine Spannung von -f-0,2 Volt zum Umschalten der Diode 429 und weitere -j-0,2 Volt zum Umschalten der Kollektor-Emitter-Ver- bindung des Transistors 400 benötigt werden. Besteht jedoch die Tendenz, dass das Steuersignal am Verbindungspunkt D dem absoluten Wert nach unter -0,2 Volt absinkt, z.
B. auf -0,1 Volt, so wird der Verbindungspunkt 422 positiv in bezug auf den Verbindungspunkt D, wobei ein Wert erreicht wird, der zum Überwinden des gesamten Spannungsabfalls von 0,4 Volt ausreicht, der an der Diode 429 und am Transistor 400 benötigt wird, so dass die Spannung am Verbindungspunkt D auf einem absoluten Mindestwert von -0,2 Volt festgehalten wird.
Bei einem positiven Steuersignal würde die Gegen- EivIK negativ sein. Übersteigt die Gegen-EMK den vorherbestimmten Wert, so wird der Transistor 401 erregt, wobei am Verbindungspunkt D eine Spannung von -1-0,2 Volt oder positiver aufrechterhalten wird. Hieraus geht hervor, dass die Begrenzungsschaltung 205 auf der Leitung 29 eine absolute Spannung aufrechterhält, deren Wert so gewählt wird, dass ein Rückwärtszünden verhindert wird, wenn die Gegen-EMK einen vorherbestimmten Wert überschreitet.