CH491532A - Einrichtung zur Regelung der Drehzahl einschliesslich des Feldschwächbereiches eines Gleichstrom-Kollektormotors - Google Patents

Description

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 Einrichtung    zur      Regelung   der    Drehzahl      einschliesslich   des    Feldschwächbereiches   eines    Gleichstrom-Kollektorrnotors   Die    Erfindung   betrifft eine Einrichtung zur Regelung der Drehzahl einschliesslich des    Feldschwäch-      bereiches   eines aus einer Gleichstromquelle über einen Gleichstromsteller gespeisten    Kollektormotors,   bei welcher Einrichtung zwischen der Gleichstromquelle und dem Rotor ein Gleichstromsteller eingeschaltet ist und zum Rotor und der    Wendepolwicklung   die Feldwicklung in Serie mit einer ersten Diode    derart   parallelgeschaltet ist,

   dass die Ströme aus dem    Gleichstromsteller   und dieser Serienschaltung den Rotor in gleicher Richtung durchfliessen und der Feldwicklung eine zweite Diode derart parallelgeschaltet ist, dass beide Dioden mit gleicher Polarität mit der Feldwicklung verbunden sind. 



  Eine solche Einrichtung    bildet   den Gegenstand des Hauptpatentes. Sie ist schematisch in    Fig.   1 dargestellt. und ihre Wirkungsweise soll nachfolgend noch einmal in Kürze erläutert werden. Bei Unterbrechung des Stromes durch den Steller St kommutiert der    Rotorstrom      J"   auf die Feldwicklung F und die    Freilaufdiode   Dl. Schaltet der Steller wieder ein, so kommutiert der Feldstrom auf die    Feldfreilaufdiode.   D2. Wie ersichtlich, tritt eine Schwächung des Feldstromes gegenüber dem    Ro-      torstrom   dann ein, wenn das    Tastverhältnis      Einschalt-      zeit/Periodendauer   gegen 1 geht.

   Der Strom durch den Steller St ist dann Null, wenn D1 Strom zu führen beginnt. Den Beginn des Stromes    JFD   durch die Freilaufdiode D1    erfasst   man mit einem     Anodenstromwand-      ler    T. Um nun das nötige und    minimal   zulässige Erregerfeld zu garantieren, schaltet man    gleichzeitig   mit dem Beginn des Stromflusses    JFD   ein von der Motordrehzahl oder dem    Rotorstrom   abhängiges    Zeitglied   ein (z. B. einen monostabilen    Multivibrator)   und löst erst nach dessen Ablauf im Steller St den nächsten    Zünd-      impuls   aus. 



  Mit dieser Methode ist es aber nicht ganz einfach, eine    grosse   Genauigkeit zu erzielen, denn einerseits ist eine exakte Erfassung des Strombeginnes von    JFD   angesichts der    Beeinträchtigung   des    Stromanstieges   durch    Beschaltungskapazitäten   in der    Praxis   ziemlich schwer zu    verwirklichen,   anderseits ist aber die    Verzögerungszeit      des   Zeitgliedes klein gegenüber der Periodendauer, und schon kleine Zeitänderungen bewirken    grosse   Feldstärkeänderungen. Ausserdem erfordert die Abhängigkeit dieses Zeitgliedes vom    Rotorstrom   oder von der Drehzahl eine Berücksichtigung der Motorcharakteristik. 



     Erfindungsgemäss   wird nun eine Verbesserung der bekannten Einrichtung vorgeschlagen, die eine genauere Regelung der automatischen Feldschwächung eines Gleichstromstellers ermöglicht. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch Mittel zur direkten Messung von    Rotorstrom   und Feldstrom und weitere Mittel zur geregelten    Begrenzung   des Verhältnisses    Rotorstrom/Feld-      strom   auf einen vorgegebenen Wert in der Weise,    dass   das durch eine erste    Dioden-Extremwertschaltung   auf einen durch eine    konstante   Spannung gegebenen Höchstwert begrenzte Analogsignal des    Soll-Rotorstromes   über einen ersten Mischwiderstand einem ersten Mischpunkt zugeführt wird,

   welcher Mischpunkt zugleich auch über einen zweiten Mischwiderstand    derselben      Grösse   das von einem Gleichstromwandler gelieferte Analogsignal des    Ist-Rotorstromes   empfängt, dass dieses    Ist-Rotor-      strom-Analogsignal   ferner    wiederum   über einen Mischwiderstand derselben    Grösse   einem zweiten Mischpunkt    zugeführt   wird, welcher Mischpunkt zugleich auch über einen weiteren    Mischwiderstand,   dessen Grösse    fmal   so    gross   ist wie diejenige der anderen Mischwiderstände wobei f den    minimal   zulässigen Erregergrad bedeutet -, das von einem weiteren Gleichstromwandler    gelieferte,

     zum    Ist-Rotorstromsignal      entgegengesetzt   gerichtete    Analogsignal   des Feldstromes empfängt, dass der    erste      Mischpunkt   und der zweite Mischpunkt    ausgangsseitig   je direkt mit dem Eingang eines ersten und eines zweiten,    mit   je einem Stabilisierungsglied    beschalteten   Regelverstärkers verbunden ist und dass die    negativen      Aus-      gangsspannungen   der beiden Regelverstärker einer zweiten    Dioden-Extremwertschaltung      zugeführt   werden,

   die die    grössere   der beiden Spannungen auswählt und diese    negative      Stellspannung   der    Kommutierungseinrichtung   des Gleichstromstellers    zuführt.   

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 Die Erfindung sei jetzt anhand der    Fig.   2    näher   erläutert, die ein Ausführungsbeispiel der    Erfindung   darstellt. Der    Sollwert   des    Rotorstromes   wird durch ein dazu proportionales, positives Spannungssignal in Gestalt einer regelbaren    Gleichspannung   C vorgegeben.

   Die    positive      Spannung   D entspricht dem    maximal   zulässigen    Rotorstrom.   Sie begrenzt die    Spannung   C nach oben mittels einer aus den Dioden    G,   und    G8   bestehenden    Extremwertschaltung,   deren    Sternpunkt   mit einer positiven    Konstantstromquelle      Jong,   verbunden ist und die in bekannter Weise die kleinere der beiden Spannungen C und D zum    Sternpunkt   durchschaltet. 



  Dieses Signal, das dem nach oben begrenzten    Soll-      Rotorstrom      Jag   proportional ist, wird über einen ersten Mischwiderstand R    einem   ersten Mischpunkt M1 zugeführt, der zugleich auch über einen zweiten Mischwiderstand derselben    Grösse   R ein zweites Signal in    Gestalt   einer negativen Spannung empfängt, die dem    Rotor-Ist-      wert   Ja; proportional ist. Diese Spannung wird von einem Gleichstromwandler A    geliefert,   der    primärseitig   in den    Rotor-Stromkreis      eingeschaltet   ist    (Fig.   1).

   Durch additive Mischung der beiden Signale entsteht somit im    Mischpunkt   M1 ein    Regelabweichungssignal,   das der    Soll-Istwert-Differenz   des    Rotorstromes      proportional   ist;    dieses   Signal wird dem Eingang eines    Regel-Operations-      verstärkers   E    zugeführt.   



  Ein zweiter Regelverstärker F empfängt ein Regelsignal von einem zweiten Mischpunkt M2;    eingangs-      seitig   wird diesem Mischpunkt einmal - und zwar wiederum über einen Mischwiderstand der    Grösse   R - das besagte, dem    Rotorstrom-Istwert      (Jai)   proportionale Signal und zum anderen - über einen    fmal   so    grossen   Mischwiderstand (f - R), wobei f der    minimal      zulässige   Erregergrad ist - ein dem    Feldstrom-Istwert      (Jf)   proportionales Signal zugeführt;

   dieses Signal wird von einem zweiten Gleichstromwandler B geliefert, der    pri-      märseitig   in den    Erregerfeld-Stromkreis      eingeschaltet   ist    (Fig.   1). 



  Die beiden Regelverstärker E und F sind mit entsprechenden Stabilisierungsgliedern    T"   bzw.    Tf      be-      schaltet.   



  Solange nun der Quotient aus Feldstrom und Rotorstrom grösser ist als f, bleibt der Ausgang des Regelverstärkers F in der negativen Begrenzung. Droht dieser Quotient hingegen den    Wert   f zu unterschreiten, so wird die Ausgangsspannung von F gerade so positiv,    dass   der Quotient den Wert f nicht unterschreiten kann, weil die negative    Stellspannung   V entsprechend positiver wird. 



  Die Ausgänge der Regelverstärker E und F sind auf eine zweite    Dioden-Extremwertschaltung      geführt,   die aus den Dioden G; und    G8   besteht. Der Sternpunkt dieser Schaltung ist mit einer weiteren positiven Konstantstromquelle    J"",   verbunden und liefert die negative    Stellspannung   V. Die Dioden G, und    G8      sind   so gepolt, dass V dem Maximum der beiden negativen    Regelver-      stärker-Ausgänge      entspricht.   



  Die Stabilisierungsglieder    Ta   und    Tt   sind hinter den Dioden G, bzw.    G8   angeschlossen; dadurch werden Sättigungserscheinungen und    Übernahmeschwierigkeiten   zwischen den beiden    Regelverstärkern   vermieden. 



  Bei einer  schweren  Anfahrt mit maximalem    Strom      ist   also    anfangs   nur der Regelverstärker E in Betrieb und sorgt für maximalen Strom bei steigender Rotorspannung. Nach    Erreichen   der maximal möglichen Betriebsspannung über dem Rotor hält E den    Rotorstrom   weiterhin    konstant;      jetzt      vermindert   sich aber    das   Erregerfeld, und somit    nimmt   die Feldschwächung zu.

   Ist die    maximale   Feldschwächung    erreicht      (J,/J.=f),   so tritt der Regelverstärker F in Aktion, und es    ver-      mindern   sich beide Ströme    Jt   und Ja, wobei stets gilt    Jf/Ja=f.   



  Der Ausgang des Regelverstärkers E ist über eine Diode G, auf seinen Eingang zurückgekoppelt;    G,   verhindert,    dass   der Ausgang von E positiver als 0 Volt wird. 



  Der Ausgang des Regelverstärkers F ist über die    Serieschaltung   der Dioden    G9,      G,   (in Sperrichtung) und    GE   (in    Durchlassrichtung)   auf seinen Eingang zurückgekoppelt. Die miteinander verbundenen Anoden der beiden Dioden    G4   und    G,   sind über einen Widerstand    an   eine positive Spannung    geführt.   Diese drei Dioden verhindern,    dass   der    Ausgang   von F positiver wird,    als   -1    UD      (Schwellspannung)   und ermöglicht so den Start der Anordnung, denn sonst wäre ja beim    Start   das Verhältnis    Ja/Jf=0/0      undefiniert,

     und F könnte den Start    verhindern.   



  Die erfindungsgemäss vorgeschlagene Einrichtung ermöglicht eine    wirklich   exakte Regelung der automatischen Feldschwächung bei jeweils maximalem Rotorstrom. Damit wird ohne nennenswerten zusätzlichen Aufwand    eine      beträchtliche   Verbesserung der Leistungsfähigkeit erzielt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Einrichtung zur Regelung der Drehzahl einschliess- lich des Feldschwächbereiches eines aus einer Gleichstromquelle über einen Gleichstromsteller gespeisten Kollektormotors, bei welcher Einrichtung zwischen der Gleichstromquelle und dem Rotor ein Gleichstromsteller eingeschaltet ist und zum Rotor und der Wendepolwicklung die Feldwicklung in Serie mit einer ersten Diode derart parallelgeschaltet ist, wobei die Ströme aus dem Gleichstromsteller und dieser Serienschaltung den Rotor in gleicher Richtung durchfliessen und der Feldwicklung eine zweite Diode derart parallelgeschaltet ist,

   dass beide Dioden mit gleicher Polarität mit der Feldwicklung verbunden sind, gekennzeichnet durch Mittel zur direkten Messung von Rotorstrom (Ja) und Feldstrom (Jf) und weitere Mittel zur geregelten Begrenzung des Verhältnisses Rotorstrom/Feldstrom auf einen vorgegebenen Wert in der Weise, dass das durch eine erste Dioden-Extremwertschaltung (G5, G8) auf einen durch eine konstante Spannung (D) gegebenen Höchstwert begrenzte Analogsignal des Soll-Rotor-Stromes (Jag)

   über einen ersten Mischwiderstand (R) einem ersten Mischpunkt (M,) zugeführt wird, welcher Mischpunkt zugleich auch über einen zweiten Mischwiderstand (R) derselben Grösse das von einem Gleichstromwandler (A) gelieferte Analogsignal des Ist-Rotorstromes (J,i) empfängt, dass dieses Ist-Rotorstrom-Analogsignal ferner wiederum über einen Mischwiderstand (R) dersel- ben Grösse einem zweiten Mischpunkt (M,) zugeführt wird,

   welcher Mischpunkt zugleich auch über einen weiteren Mischwiderstand (f - R), dessen Grösse fmal so gross ist wie diejenige der anderen Mischwiderstände wobei f den minimal zulässigen Erregergrad bedeutet -, das von einem weiteren Gleichstromwandler (B) gelieferte, zum Ist-Rotorstromsignal entgegengesetzt gerichtete Analogsignal des Feldstromes (J,) empfängt, dass der erste Mischpunkt (M,) und der zweite Mischpunkt (M=)

   ausgangsseitig je direkt mit dem Eingang eines ersten und eines zweiten, mit je einem Stabilisierungsglied (T. bzw. TJ beschalteten Regelverstärkers (E bzw.

   F) verbunden ist und dass die negativen Ausgangsspannun- <Desc/Clms Page number 3> gen der beiden Regelverstärker einer zweiten Dioden- Extremwertschaltung (G,, GJ zugeführt werden, die die grössere der beiden Spannungen auswählt und diese negative Stellspannung (V) der Kommutierungseinrichtung des Gleichstromstellers (St) zuführt. UNTERANSPRÜCHE 1. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Stabilisierungsglieder (T, Tf) zwischen den Eingang des entsprechenden Regelverstärkers (E bzw.

   F) und den Sternpunkt der zweiten Dioden-Extremwertschaltung (G,, GB) geschaltet ist. 2. Einrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des ersten Regelverstärkers (E) auf den Eingang dieses Verstärkers über eine Diode (G1) zurückgekoppelt ist, die in Richtung Verstärkerausgang - Verstärkereingang stromdurchlässig ist. 3.

   Einrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Ausgang des zweiten Regelverstärkers mit seinem Eingang über eine Serienschaltung von drei Dioden (Gs, G,, G.) verbunden ist, von denen die ersten zwei (G" G,) - vom Verstärkerausgang aus gesehen - in Sperrichtung und die dritte (G4) in Durchlassrichtung gepolt ist und dass der Verbindungspunkt der zweiten Diode (G,) und der dritten Diode (G4) über einen Widerstand an eine positive Spannung geführt ist.