DE1077307B

DE1077307B - Einrichtung zur UEberwachung oder Regelung der Drehzahl von Elektromotoren

Info

Publication number: DE1077307B
Application number: DES58147A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Helmut Mueller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1958-05-08
Filing date: 1958-05-08
Publication date: 1960-03-10
Also published as: CH373093A

Description

DEUTSCHES

In der elektrischen Antriebstechnik liegt häufig die Aufgabe vor, die Drehzahl eines Elektromotors entweder konstant zu halten oder zu überwachen und beim Über- oder Unterschreiten einer Grenzdrehzahl den Motor auszuschalten. Bei der Drehzahlregelung wird meist eine durch eine Tachometermaschine gewonnene drehzahlabhängige Istspannung mit einer Sollspannung verglichen. Bei der Drehzahlüberwachung hat man bisher Drehzahl- oder Bremswächter verwendet, die beim Über- oder Unterschreiten der bestimmten Grenzdrehzahl den Motor stillsetzen. Die Grenzdrehzahl kann dabei entweder eine Maximal- oder eine Mimmaldrehzahl sein. Auch bei solchen Drehzahlwächtern werden häufig Tachometermaschinen zur Erfassung der Drehzahl verwendet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Überwachung oder Regelung der Drehzahl von Elektromotoren mit Hilfe von kontaktlosen logischen Elementen (Gattern) zu schaffen, bei der eine Tachometermaschine nicht erforderlich ist. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch eine fremdgesteuerte Kippstufe zur Erzeugung einer rechteckförmigen Signalspannung mit drehzahlabhängiger Frequenz, eine monostabile Kippstufe (Zeitglied) mit einstellbarer Kipplänge, die von jeder Periode der Signalspannung angestoßen wird, und durch Mittel zur Erzeugung eines nach Größe und Richtung von der Differenz zwischen der Halbperiodendauer der Signalspannung und der Kipplänge abhängigen Stelleinflusses.

Wenn es sich um einen Gleichstrommotor handelt, so kann zur Steuerung der fremdgesteuerten Kippstufe eine bekannte Einrichtung herangezogen werden, bei der mit Hilfe eines magnetfeldabhängigen Widerstandes, insbesondere eines Hallgenerators, mit periodischer Magnetisierung durch einen mit der Motorwelle gekuppelten Permanentmagneten eine Spannung mit konstanter Amplitude und drehzahl abhängiger Frequenz erzeugt wird. Diese Spannung muß nur so groß sein, daß sie zum Anstoßen der fremdgesteuerten Kippstufe ausreicht.

Besondere Bedeutung hat die Erfindung bei Drehstrommotoren, bei denen eine Spannung mit drehzahlabhängiger Schlupf frequenz zur Verfügung steht. Dies ist vor allem bei der Regelung und Überwachung niedriger Drehzahlen vorteilhaft.

Zur Bildung der Stellgröße können Undgatter herangezogen werden, die bereits in verschiedenen Formen bekannt sind. In einem solchen Undgatter werden das über eine Umkehrstufe geführte Ausgangssignal der fremdgesteuerten und das Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe, in einem weiteren Undgatter das Ausgangssignal der fremdgesteuerten und das über eine andere Umkehrstufe geführte Ausgangssignal der Einrichtung zur überwachung

oder Regelung der Drehzahl

von Elektromotoren

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing. Helmut Müller, Nürnberg,
ist als Erfinder genannt worden

monostabilen Kippstufe zusammengesetzt. Die Undgatter geben bekanntlich nur dann ein Ausgangssignal ab, wenn beide Eingangssignale vorhanden sind. Dies trifft im vorliegenden Fall abwechselnd je nach der Richtung der Regelabweichung immer nur bei einem Undgatter zu. Das eine Gatter kann also den positiven, das andere Gatter den negativen Regelabweichungen zugeordnet werden. Zum Zwecke der Abschaltung der Motoren bei einer Grenzdrehzahl braucht nur ein Undgatter vorhanden zu sein, das dann die Abschaltung bewirkt. Ist bei den Kippstufen ein komplementärer Ausgang zugänglich, der ein Umkehrsignal abgibt, so werden die Umkehrstufen entbehrlich.

Nähere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt in einpoliger Darstellung das Blockschaltbild einer Einrichtung zur Drehzahlregelung eines aus einem Drehstromnetz 1 gespeisten Drehstromwendermotors 2. Eine von ihm abgenommene Spannung mit Schlupffrequenz /₀ stößt in jeder Halbperiode eine fremdgesteuerte Kippstufe 3 an, an deren Ausgang eine rechteckförmige Signalspannung erscheint. Von jeder Periode dieser Signalspannung wird eine monostabile Kippstufe 4 angestoßen, dieeine rechteckförmige Spannung einstellbarer Kipplänge t_k abgibt. Dieses Ausgangssignal wird in einem Undgatter 5 mit dem auch über eine Umkehrstufe 7 geführten Ausgangssignal der fremdgesteuerten Kippstufe 3 zusammengesetzt. Das Undgatter 5 gibt, wie auch noch an Hand der Fig. 2 und 3 näher erläutert wird, nur dann ein Ausgangssignal ab, wenn die monostabile Kippstufe 4 ein Ausgangssignal, die fremd-

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gesteuerte Kippstufe 3 jedoch kein Ausgangssignal erzeugt.

Analog wird außerdem in einem anderen Undgatter 6 das Ausgangssignal der fremdgesteuerten Kippstufe 3 mit dem über eine andere Umkehrstufe 8 geführten Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe 4 zusammengesetzt. Demzufolge gibt, wie Fig. 2 zeigt, das Undgatter 6 nur dann ein Ausgangssignal ab, wenn die fremdgesteuerte Kippstufe 3 ein Ausgangssignal, die monostabile Kippstufe 4 jedoch kein Ausgangssignal erzeugt. An die Ausgänge der Undgatter 5 und 6 ist ein Stellglied 9 angeschlossen, das den Bürstensatz oder Drehregler des Motors 2 betätigt. In Fig. 1 sind gestrichelt die Schaltverbindungen für Kippstufen mit komplementärem Ausgang angedeutet.

Fig. 2 zeigt ein Zeitdiagramm der von den einzelnen Stufen gelieferten Signale. In der Zeile α ist die Ausgangsspannung der fremdgesteuerten Kippstufe 3 dargestellt. Es handelt sich um eine Rechteckspannung mit Schlupffrequenz. Die Zeile b zeigt das Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe 4, die von jeder Periode der Ausgangsspannung der fremdgesteuerten Kippstufe 3 angestoßen wird und für eine einstellbare Kipplänge t_k positiv bleibt. Am Ausgang der Umkehrstufe 8 entsteht gemäß Zeile c das dazu komplementäre Signal. Demzufolge liefert das Undgatter 6 bei gleichzeitigem Vorhandensein der Signale α und c Kommandoimpulse gemäß Zeile d.- Das Undgatter 5 gibt dagegen keine Ausgangsspannung ab, da die Ausgangsspannung der monostabilen Kippstufe 4 (Zeile b) und die von der Umkehrstufe 7 gemäß Zeile e abgegebene Signalspannung niemals gleichzeitig einen Signalwert aufweisen. Das fehlende Ausgangssignal des Undgatiers 5 zeigt die Zeile /.

In Fig. 3 ist ein Zeitdiagramm für eine Schlupffrequenz angedeutet, deren Halbperiodendauer kleiner als die eingestellte Kipplänge i„ der monostabilen Kippstufe 4 ist. Man erkennt ohne weiteres, daß nunmehr die umgekehrten Verhältnisse wie beim Betrieb nach Fig. 2 vorliegen, so daß das Undgatter 6 ohne Ausgangsspannung bleibt und nur das Undgatter 5 Stellimpulse abgibt.

Zur Abschaltung eines Drehstrommotors beim Über- oder Unterschreiten einer bestimmten Grenzdrehzahl kann man die gleiche Schaltung wie bei der Regelung verwenden, jedoch wirkt das Stellglied9 nicht auf einen Bürstensatz oder Drehregler, sondern schaltet den Motor vom Netz ab und kann gegebenenfalls eine Bremse betätigen. Dabei ist eines der Undgater mit der zugehörigen Umkehrstufe entbehrlich.

Das rechtzeitige Abschalten eines Elektromotors beim Unterschreiten einer Mindestdrehzahl ist insbesondere beim Gegenstrombremsen wichtig, wobei im Stillstand oder kurz davor die Stromzuführung rasch unterbrochen werden soll, damit der Motor nicht in entgegengesetzter Richtung wieder anläuft. Die nahezu trägheitslose Arbeitsweise der Einrichtung nach der Erfindung gestattet es, bei der Gegenstrombremsung den Bremsvorgang genau beim Motorstillstand zu beenden. Von Vorteil ist hierbei, daß im

Stillstand ein starkes definiertes Signal vorliegt, da die Schlupffrequenz dann gleich der Netzfrequenz ist. Die verschwindende Ausgangs spannung einer Tachometerinaschine bringt in diesem Fall grundsätzliche - Schwierigkeiten.

Die Ausgestaltung der einzelnen kontaktlosen Elemente (Gatter) ist für die Erfindung nicht wesentlich. Die Kippstufen können magnetisch oder elektronisch aufgebaut sein. Aus Gründen der Raumersparnis wird man zweckmäßig Transistorkippschaltungen verwenden. Als Umkehrstufe kann in bekannter Weise ein Transistor dienen, während als Undgatter im allgemeinen die bekannten Diodenschaltungen zweckmäßig sind. ■

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Überwachung oder Regelung der Drehzahl von Elektromotoren mit Hilfe von

. kontaktlosen logischen Elementen (Gattern), gekennzeichnet durch eine fremdgesteuerte Kippstufe (3) zur Erzeugung einer rechteckförmigen Signalspannung mit drehzahlabhängiger Frequenz (f₀), eine monostabile Kippstufe (Zeitglied 4) mit einstellbarer Kipplänge (t_n), die von jeder Periode der Signalspannung angestoßen wird, und Mittel zur Erzeugung eines nach Größe und Richtung von der Differenz zwischen der Halbperiodendauer der Signalspannung und der Kipplänge (i„) abhängigen Stelleinflusses.

2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Undgatter (5) das über eine Umkehrstufe (7) geführte Ausgangssignal der fremdgesteuerten Kippstufe (3) und das Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe (4) zusammengesetzt werden.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einem weiteren Undgatter (6) das Ausgangssignal der fremdgesteuerten Kippstufe (3) und das über eine Umkehrstufe (8) geführte Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe (4) zusammengesetzt werden.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Undgatter (5, 6) als Steuersignale für ein Stellglied (9) dienen.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3 zur Abschaltung eines Elektromotors bei einer Grenzdrehzahl, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Undgatter vorhanden ist und die Abschaltung bewirkt.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5 bei Überwachung oder Regelung der Drehzahl eines Drehstrommotors, dadurch gekennzeichnet, daß seine Schlupffrequenzspannung der fremdgesteuerten Kippstufe (3) zugeführt wird.

7. Einrichtung nach Ansprüche bei Drehzahlregelung eines Drehstromwendermotors, dadurch gekennzeichnet, daß sein Bürstensatz oder Drehregler vom Stellglied (9) betätigt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen