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Einrichtung zur Steuerung der Drehzahl eines zwei- oder mehrphasigen
Drehfeldmotors Es ist bekannt, zur Steuerung der Drehzahl eines Motors mit Hilfe
von elektronischen Steuerorganen am Umfang verteilte Ankerwicklungsgruppen derart
aus dem Netz zu speisen, daß ein zwei-, drei- oder mehrphasiges Drehfeld einstellbarer
Frequenz erzeugt wird. Dabei ist zu unterscheiden zwischen Einrichtungen mit unstetig
arbeitenden Organen (gas- oder dampfgefüllte Entladungsgefäße) und solchen mit Elektronenröhren.
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Unstetig arbeitende Organe können bekanntlich nur durch Herabsetzen
der Anodenspannung auf Null gelöscht werden. Sie müssen daher in einer der bekannten
Wechselrichterschaltungen verwendet werden, die wegen der erforderlichen Löschkondensatoren
mit beträchtlichem Aufwand behaftet sind. Ferner bringt die Brennspannung dieser
Organe, die für die Wicklungsspannung verlorengeht, eine beträchtliche Verminderung
des Wirkungsgrades mit sich, insbesondere bei niedrigeren Netzspannungen.
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Da Elektronenröhren stetig steuerbar sind, hat man sie durchweg zur
Erzeugung etwa sinusförmiger Drehspannungen herangezogen, indem man in Reihe oder
parallel zu den einzelnen Wicklungsgruppen Kondensatoren angeordnet oder die Endröhren
selbst bereits mit sinusförmigen Spannungen ausgesteuert hat. Auf diese Weise lassen
sich jedoch nur geringe Leistungen entsprechend der zulässigen Verlustleistung der
Röhren beherrschen, während für hohe Leistungen bisher die Wechselrichterschaltung
mit unstetig arbeitenden Organen verwendet werden.
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Es ist ferner bekannt, bei Uhrmotoren mit permanentmagnetischem Rotor
im Stromkreis einer Motorwicklung einen Schalttransistor anzuordnen, der durch die
in einer zweiten Motorsteuerwicklung durch den Rotor induzierte Spannung gesteuert
wird. Solche Motoren sind ein- und mehrphasig ausführbar. Die Anordnung ist jedoch
nicht zur Drehzahlsteuerung des Motors geeignet, und dieser kann auch nur verschwindend
geringe Leistungen abgeben, wie sie für den Betrieb einer Uhr erforderlich sind.
Der Transistor wirkt hier als Verstärker für den Steuerstrom der Steuerwicklung;
der verstärkte Strom speist die Motorwicklung.
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Der Erfindung liegt dagegen die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der
bekannten Drehzahlsteuerungen von zwei- oder mehrphasigen Drehfeldmotoren, deren
entsprechend der Phasenzahl am Ankerumfang verteilte Wicklungsgruppen aus einer
Gleichspannungsquelle über steuerbare Halbleiterkörper als Schaltorgane gespeist
werden, zu vermeiden. Sie baut auf den bekannten Einrichtungen auf, bei denen die
Schaltorgane durch die Impulse einer Ringkippschaltung derart gesteuert werden,
daß ein Drehfeld einstellbarer Frequenz entsteht. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß jedes der als steuerbarer Halbleiterkörper ausgebildeten Schaltorgane einer
Phasenwicklung des Drehfeldmotors in seinem Steuerkreis in der Weise mit je einem
von weiteren steuerbaren Halbleiterkörpern, die zusammen mit Widerständen einen
an sich bekannten, entsprechend der Phasenwicklungszahl aus mehreren durch Kondensatoren
gekoppelten Stufen bestehenden astabilen Kippgenerator bilden, durch je einen weiteren
steuerbaren Halbleiterkörper über einen Widerstand und gegebenenfalls einen Kondensator
zur Umkehrung der von dem Kippgenerator herrührenden Impulse elektrisch verbunden
ist, daß die Steuerelektrode jedes Schaltorgans einer Phasenwicklung mit einer Außenelektrode
(Emitter, Kollektor) eines der Umkehrung der Kippgeneratorimpulse dienenden Halbleiterkörpers
und die Steuerelektrode jedes der der Umkehrung der Kippgeneratorimpulse dienenden
Halbleiterkörpers mit einer Außenelektrode eines Halbleiterkörpers des Kippgenerators
gekoppelt ist, so daß den Schaltorganen der Phasenwicklungen Steuerimpulse zugeführt
werden, deren Dauer im Verhältnis zur Impulsfolge dem Reziprokwert der Phasenzahl
des Drehfeldsystems entspricht.
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Der astabile Kippgenerator, der über die Umkehrstufen unmittelbar
die in den Motorstromkreisen angeordneten Schalttransistoren steuert, macht die
Verwendung eines besonderen Impulsgenerators mit nachgeschalteter Rin-Zählschaltung,
wie sie für die Aussteuerung von Gasentladungsröhren angeregt wurde, entbehrlich.
Durch die Umkehrstufen kann man auf einfache Weise aus den Signalen dieses
astabilen
Kippgenerators Steuerimpulse für die Schalttransistoren erzeugen, deren Dauer dem
durch die Phasenzahl gegebenen Bruchteil einer Periode entspricht.
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Der Schaltbetrieb ermöglicht im Gegensatz zur stetigen Aussteuerung
die volle Ausnutzung der Leistungsfähigkeit der Halbleiterkörper. Berücksichtigt
man, daß diese ohne besondere Hilfsmaßnahmen jederzeit gesperrt werden können und
im Durchlaßzustand einen verschwindend geringen Spannungsabfall haben, also auch
die Verwendung niedriger Speisespannungen zulassen, so erkennt man, daß nunmehr
weit höhere Leistungen als mit Elektronenröhren bei besserem Wirkungsgrad und wesentlich
geringerem Aufwand sowie Raumbedarf als bei allen bekannten Einrichtungen dieser
Art beherrscht werden können. Beispielsweise sind Transistoren von 5 Watt Verlustleistung
imstande, einen Motor von 500 Watt in einem weiteren Drehzahlbereich zu steuern.
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In Fig. 1 ist eine Anordnung zur Speisung eines Drehstrommotors aus
einem Gleichstromnetz gezeigt. Mit 4, 5 und 6 sind die drei Phasenwicklungsgruppen
eines :Motors bezeichnet, der z. B. nach Art eines Kurzschlußläufermotors oder eines
Synchronmotors aufgebaut sein kann. Jeder Wicklung ist einer der Schalttransistoren
1, 2 und 3 in Reihe gelegt und diese drei Reihenanordnungen parallel geschaltet
an eine Gleichspannungsquelle 35 angeschlossen. An den Steuerelektroden 7, 8, 9
der Schalttransistoren 1, 2, 3 ist die dreiphasige Impulsspannung eines nachfolgend
noch näher erläuterten Impulsgebers geführt. Der Impulsgeber liefert um 120° gegeneinander
versetzte rechteckförmige Gleichstromimpulse, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind.
Das Tastverhältnis der einzelnen untereinander angeordneten und im selben Zeitsystem
dargestellten Impulsspannungen, d. h. das Verhältnis der Dauer des Impulses ti zur
Dauer einer Impulsdiode T, ist gleich dem reziproken Wert der Phasenzahl und auch
der Zahl der Ankerwicklungsgruppen, im betrachteten Falle also 1/3.
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Der Impulsgeber für eine Dreiphasenspannung besteht aus einem auf
drei Stufen erweiterten astabilen Kippgenerator. Er enthält die Taktgebertransistoren
20, 21 und 22, die in Reihe mit je einem Arbeitswiderstand 12, 14 und 16 parallel
zueinander an eine Taktgebergleichspannungsquelle 10 angeschlossen sind. Die Steuerkreise
der Taktgebertransistoren sind über Widerstände 11, 13 und 15 an den Pluspol der
Spannungsquelle 10 gelegt. Die einzelnen Stufen des Kippgenerators werden durch
Kondensatoren 17, 18 und 19 miteinander gekoppelt, die jeweils die Ausgangselektrode
des vorhergehenden mit der Steuerelektrode des folgenden Taktgebertransistors verbinden.
Die Schaltung ist zyklisch und stellt eine Ringschaltung dar. Sie arbeitet entsprechend
der bekannten Wirkungsweise einer astabilen Kippstufe mit zwei Stufen und braucht
daher nicht näher erläutert zu werden.
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Zur wesentlichen Verbesserung des um 120° versetzten Ablösens der
einzelnen Impulse werden vorteilhaft noch Hilfskondensatoren 17a, 18a und
19a zwischen der Steuerelektrode des vorangehenden und die Ausgangselektrode des
folgenden Taktgebertransistors in zyklischer Folge angeordnet. Versuche haben gezeigt,
daß die Kapazität der Hilfskondensatoren zweckmäßig etwa den zehnten Teil der Kapazität
der Kondensatoren 17, 18, 19 betragen sollte.
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Die Frequenzänderungen (zur Einstellung der Motordrehzahl) werden
an Stelle einer Änderung der Kopplungskondensatoren 17 bis 19 gemäß der weiteren
Ausgestaltung der Erfindung dadurch vorgenommen, daß die Steuerelektroden der Taktgebertransistoren
20 bis 22 je über einen Gleichrichter 40, 41 und 42 in Sperrichtung an eine gemeinsame
Gleichspannungsquelle angeschlossen werden, und zwar zweckmäßig an den Abgriff eines
von einer konstanten Gleichspannungsquelle 43 gespeisten Potentiometers 44. Somit
werden bei jedem Kippvorgang der Taktgebertransistoren die Steuerelektroden derselben
-bedingt durch die Kopplungskondensatoren 17 bis 19 - mit höherer Spannung in Sperrichtung
aufgeladen, um sich alsdann über die Widerstände 11, 13 und 15 wieder zu entladen.
Die Entladezeit ist durch die Höhe der in Sperrichtung wirkenden Spannungen gegeben,
und sie bestimmt die Taktgeberfrequenz. Durch die Gleichrichter 40 bis 42 und die
Gegenspannung Uf am Potentiometer 44 kann die Sperrspannung der Transistoren begrenzt
werden und somit die Taktfrequenz in einem gewissen Bereich verändert wird.
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In Fig. 3 ist für verschiedene Werte der Gleichspannung Uf der Spannungsverlauf
an der Basiselektrode eines Taktgebertransistors in Abhängigkeit von der Zeit t
dargestellt. Ein Taktgebertransistor benötigt zum Stromdurchlässigwerden z. B. eine
negative Spannung von 0,5 Volt. Durch den Kippvorgang würde an die Steuerelektrode
eine positive Spannung E -die gleich der Speisespannung des Impulsgebers ist - gelangen,
wenn die Gegenspannung Vf größer oder gleich E wäre. Bei einem Wert Ufi kann sich
der zugehörige Kopplungskondensator an der Steuerelektrode des Transistors nur auf
die Spannung Ufi entladen, die dann auch die Kondensatorentladezeit bestimmt, wie
aus der Entladekurve L1 ersichtlich ist. Erst nach der Zeit t1 kann nach Erreichen
der Entladekurve im Punkt P1 der besagte Grenzwert von 0,5 Volt erreicht und der
Transistor wieder stromdurchlässig werden. Bei einer Spannung Uf, ergibt sich eine
Entladekurve L2 mit einem Schnittpunkt P2 mit der Entladezeit t2. Es tritt
demnach eine unterschiedliche Kippspannungsfrequenz f2 auf.
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Der bisher beschriebene Teil des Impulsgebers erlaubt an den Ausgangselektroden
der Taktgebertransistoren 20 bis 22 die Abnahme von um 120° phasenverschobenen Impulsen,
wie sie in Fig. 4 gezeigt sind. Um jedoch die für die Steuerung des Motors besser
geeignete Impulsform nach Fig.2 zu erhalten, muß dafür gesorgt werden, daß zu jedem
Zeitpunkt stets nur ein Schalttransistor stromdurchlässig ist, im Gegensatz zu Fig.
4, wo stets zwei Schalttransistoren gleichzeitig stromführend sind. Dies wird durch
eine gesonderte Umkehrstufe erreicht. Diese kann Umkehrtransistoren 26, 27 und 28
enthalten, wobei jeweils ein Umkehrtransistor mit einem Arbeitswiderstand 32, 33
und 34 in Reihe liegend zwischen der Steuerelektrode eines Schalttransistors und
dem positiven Pol der Spannungsquelle 10 liegt. Die Basis jedes Umkehrtransistors
ist über einen Vorwiderstand 29, 30 und 31 an die Kollektorelektrode des zugeordneten
Taktgebertransistors 20 bis 22 angeschlossen. Die Umkehrung der Impulse wird durch
die Speisung der Basis der Umkehrtransistoren durch die Kollektorspannung des zugeordneten
Taktgebertransistors erreicht. Gegebenenfalls kann jedem Arbeitswiderstand der Umkehrtransistoren
ein gestrichelt eingezeichneter Kopplungskondensator C parallel geschaltet sein.
Durch den Zusammenschluß der Taktgeber und Umkehrtransistoren wird erreicht, daß
bei stromdurchlässigem Taktgebertransistor der zugeordnete Umkehrtransistor stromsperrend
ist, und umgekehrt. Aus Fig. 4 ergibt sich demnach, daß bei gleichzeitigem Durchlassen
zweier Taktgebertransistoren jeweils nur
der Umkehrtransistor des
sperrenden Taktgebertransistors durchlässig wird und seinen Schalttransistor in
den durchlässigen Zustand aussteuert.
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Die beiden Spannungsquellen 10 und 35 können gegebenenfalls auch durch
eine einzige Quelle ersetzt werden. An Stelle der gezeigten galvanischen Kopplung
aller Schaltelemente kann auch eine kapazitivgalvanische Kopplung mit Hilfe zusätzlicher
Kondensatoren erfolgen. So kann aber auch eine induktive Kopplung vorgenommen werden,
wozu jedem Schalttransistor ein nur für den Transistor 1 gestrichelt eingezeichneter
Transformator 36 zugeordnet ist. Die galvanische Verbindung zwischen den Transistoren
1 und 26 ist dabei als nicht vorhanden zu denken. Dieser Transformator kann gleichzeitig
zur Impulsstrom-bzw. -spannungswandlung mitbenutzt sein, um eine einwandfreie Aussteuerung
der Schalttransistoren zu erreichen.
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Es wird bevorzugt, den Transformatoren Kerne mit rechteckiger Magnetisierungsschleife
zu geben, weil dadurch eine besonders genaue Impulsübertragung erzielt wird. Man
wird die Transformatoren außerdem mit einer Hilfsmagnetisierungswicklung versehen,
um die durch die Impulse gegebene Aufmagnetisierung wieder rückgängig zu machen.
Dies kann durch einen konstanten Gleichstrom erfolgen, der so bemessen sein muß,
daß in jeder Impulsperiode zwischen den gleichen positiven und negativen Induktionswerten
ummagnetisiert wird. Im Falle eines Motors mit drei oder mehr Impulswicklungsgruppen
können die zur Übertragung der Impulse dienenden Transformatoren der einzelnen zugehörigen
Schalttransistoren nach Art eines Drehstromtransformators zusammengefaßt werden.
In diesem Fall ist eine besondere Rückmagnetisierungswicklung nicht erforderlich,
da die Rückmagnetisierung zwangläufig durch die Steuerimpulse der beiden anderen
Schalttransistoren eintritt.
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Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung von Schalttransistoren beschränkt,
sondern kann auch mit beliebigen anderen, z. B. magnetisch oder optisch steuerbaren
Halbleiterkörpern verwirklicht werden. Als magnetisch steuerbare Halbleiterkörper
kommen vor allem solche mit hoher Trägerbeweglichkeit, d. h. größer als 6000 cm°
Volt-1 sec-' in Frage, insbesondere aus Stoffen von der Form A"IBv, d. h. aus Verbindungen
eines der Elemente der III. Gruppe mit einem Element der V. Gruppe des Periodischen
Systems, wie etwa Indiumantimonid. Auch Halbleiterkörper mit sogenannter magnetischer
Sperrschicht können verwendet werden.
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Als Motorbetriebsspannung kann an Stelle einer Gleichspannung auch
eine Wechsel- oder eine Drehspannung dienen, wenn gleichzeitig zusätzliche Mittel
zur Vertauschung der Funktion von Emitter und Kollektor der Schalttransistoren bzw.
entsprechendeMaßnahmen bei anderen steuerbaren Halbleiterkörpern vorgesehen werden,
die bei Richtungsumkehr der Betriebsspannung wirken. In den folgenden Figuren sind
der Einfachheit halber die Impulsgeber nicht dargestellt.
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Die Fig. 5 und 6 zeigen Einrichtungen, bei denen als Betriebsstromquelle
eine nicht näher bezeichnete Wechselstromquelle und zusätzlich ein Motorläufer 51
mit einer Feldwicklung 50 vorgesehen ist. Diese Wicklung liegt im Falle der Fig.
5 im Hauptstromkreis des Motors, im Falle der Fig.6 in einem Nebenschlußkreis. Durch
Gleichrichteranordnungen 52 bzw. 53 ist für eine Gleichstromspeisung der Läuferwicklung
50 gesorgt. Ein Widerstand vor der Läuferwicklung 50 ist mit 54 bezeichnet. Fig.
7 zeigt, wie die Erfindung unter Anwendung einer dreiphasigen Drehstromquelle verwirklicht
werden kann. Hier liegen die Reihenschaltungen aus Transistor und Wicklungsgruppen
jeweils einerseits am gemeinsamen mit Null bezeichneten Steuerpunktanschluß und
andererseits an den Phasenanschlüssen R. S bzw. T eines Drehstromnetzes. Die Feldwicklung
50 des Läufers 51 ist in die Sternpunktzuführung über eine Gleichrichteranordnung
52 eingeschaltet. Der Läufer 51 kann auch fremdgespeist sein oder eine permanentmagnetische
Erregung besitzen.
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Die zum Betrieb mit Wechsel- oder Drehstrom zusätzlich erforderliche
Vertauschung der Funktion von Emitter und Kollektor der Schalttransistoren kann
durch eine Schaltung nach Fig. 8 erreicht werden. Dort ist ein Schalttransistor
3 in Reihe mit der Ankerwicklungsgruppe 6 eines nicht weiter ausgeführten Motors
dargestellt, der beispielsweise dreiphasig ausgeführt sein kann. Die Vertauschung
der Funktion von Emitter und Kollektor des Schalttransistors 3 erfolgt selbsttätig
in Abhängigkeit von der an dem Transistor liegenden Speisewechselspannung. Diese
ist durch einen Transformator 70 abgenommen und über eine Anordnung aus Widerständen
71 bis 74 und zwei Gleichrichtern 75 und 76 der nicht näher bezeichneten Basiselektrode
des Transistors 3 zugeführt. Die Zuführung der Impulssteuerspannung, durch die der
Transistor 3 gesteuert wird, erfolgt über einen Transformator 77, dessen Sekundärwicklung
in der Basiszuleitung des Transistors 3 liegt. Als Transistor 3 wird vorteilhaft
ein symmetrischer Transistor verwendet, bei dem die Sperrspannungen für die Emitterbasis-
und Kollektorbasisschicht einander gleich sind. Man wird außerdem solche Transistoren
auswählen, bei denen die Stromverstärkungsfaktoren in Basisemitter- und Basiskollektorrichtung
gleich sind. Erfolgt die Motorsteuerung nicht über Transistoren, sondern beispielsweise
über Halbleiterwiderstandskörper mit magnetischer Sperrschicht, so kann hierbei
die Umsteuerung der Durchlaßrichtung in Abhängigkeit von der Richtungsumkehr der
Betriebsspannung durch Umsteuern des den Halbleiterkörper beeinflussenden Magnetfeldes
erfolgen, während die eigentliche Schaltaussteuerung etwa durch eine Strahlung,
beispielsweise eine optische Strahlung, erfolgen kann entsprechend den besonderen
Eigenheiten und Verhältnissen der Halbleiterkörper mit magnetischer Sperrschicht.
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Für die Anwendung von Wechsel- oder Drehstrom bestehen zwei verschiedene
Möglichkeiten hinsichtlich des Betriebes der als Schalter benutzten steuerbaren
Halbleiterkörper. Es ist möglich, diese beständig mit nur einer Durchlaßrichtung
zu betreiben, so daß immer nur Ströme einer Richtung durch die Halbleiterkörper
und die damit in Reihe geschalteten Wicklungsgruppen fließen können, so daß dann
Drehmomente immer nur von den einzelnen Phasenwicklungsgruppen nacheinander erzeugt
werden. Es ist des weiteren möglich, die steuerbaren Halbleiterkörper mit zwei Durchlaßrichtungen
derartig zu betreiben, daß nicht nur wie oben in jeder Steuerphase ein Halbleiter
und seine Wicklungsgruppe angeschaltet ist, so daß auch durch die Wicklungsgruppen
Ströme fließen, die zur Drehmomentbildung beitragen. Dies sei an Hand einiger Beispiele
näher erläutert.
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Fig.9 zeigt zunächst unter Zugrundelegung eines an einphasiger Wechselspannung
betriebenen Motors mit drei Ankerwicklungsgruppen die Verhältnisse beim Betrieb
der mit den Wicklungsgruppen in Reihe liegenden Transistoren mit nur einer Durchlaßrichtung.
Jeder
der Transistoren 1 bis 3 (vgl. Zum Beispiel Fig.6) ist mit einer Umkehrschaltung
entsprechend Fig. 8 ausgerüstet. jedem der drei Eingangstransformatoren 77 der Umkehrschaltungen
wird einer der im unteren Teil der Fig. 9 dargestellten Impulse I, II, III zugeführt.
Der obere Teil von Fig. 9 zeigt den Verlauf der den Motor speisenden Wechselspannung
U. Dadurch daß die Schalttransistoren 1 bis 3 jeweils nur als steuerbare Ventile
einer Durchlaßrichtung benutzt «-erden, können nur die oberen negativen Halbwellen
Ströme in den Ankerwicklungsgruppen 4, 5, 6 erzeugen, so daß nur durch diese Drehmomente
zustande kommen. Wie sich aus Fig. 9 ergibt, erhält der Schalttransistor 1 während
der ersten negativen Halbwelle der Wechselspannung U und noch ein wenig länger,
entsprechend der gesamten Impulsdauer, einen Aussteuerimpuls. Dieser kann jedoch
nur während der ersten negativen Halbwelle wirksam werden, da- der Transistor während
der nunmehr folgenden positiven Halbwelle sperrt. Es fließt daher nur bis zum ersten
Nulldurchgang der Wechselspannung U ein Strom durch die Wicklungsgruppe 4. Bei Beginn
des Steuerimpulses 1I des Schalttransistors 2 sperrt dieser infolge der positiven
Spannungsrichtung zunächst ebenfalls. öffnet jedoch, sobald die Spannung U wieder
negativ wird. Die Öffnung dauert so lange an, wie der Impuls 1I vorliegt. Während
dieser Zeit fließt ein Strom durch die Ankerwicklungsgruppe 5. Nach Erlöschen des
Impulses 1I beginnt der Impuls III, der auf den Schalttransistor 3 wirkt. Da die
Spannung U dabei noch negativ ist, fließt durch die Ankerwicklungsgruppe 6 nunmehr
so lange ein Strom, bis die Spannung L' die negative Phase beendet hat. Die zweite
positive Halbwelle der Spannung L" wird dann wieder vollständig gesperrt. Der gegen
Ende dieser Halbwelle bereits vorliegende Steuerimpuls I am Transistor 1 wird erst
dann wirksam, wenn die Spannung (° wieder negativ wird. Dann fließt wieder ein Strom
durch die Ankerwicklungsgruppe 4. Des besseren Verständnisses halber sind die negativen
und positiven Spannungshalbwellen, soweit sie zu Strömen in den entsprechenden Ankerwicklungsgruppen
beitragen, in verschiedener Richtung schraffiert und mit den etn,hrechenden tummern
dieser Wicklungs-@rul3peti versehen.
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Ir. Fig. 10 ist im Gegensatz zu Fig.9 nicht eine einphasige Wechselspannung
verwendet, sondern eine drrihlia,ige Drehspannung mit den Phasen R, S, T, an denen
die einzelnen mit den Ankerwicklungsgruppen in Reitle -eschalteten Schalttransistoren
liegen, wie die, in Fig. 7 dargestellt ist. Entsprechend dem Betrieb der Schalttransistoren
in nur einer Durchlaßrichtung «-erden hier ebenfalls nur während der negativen Spannungshalbwellen
Ströme bzw. Drehinomente im Motor erzeugt, Im Falle des Betriebes der Schalttransistoren
in nur einer Durchlaßrichtung ist es vorteilhaft, die zur selbsttätigen Vertauschung
der Funktion von Emitter und Kollektor der Schalttransistoren dienenden '\laßnahmen
etwas unsymmetrisch zu machen. Im Falle der in Fig. 8 dargestellten Maßnahmen kann
bei-:1>ielswei:e die Sekundänvicklungsanzapfung des Transformators 70 anstatt in
der Mitte nach einer Seite hin verschoben angeschlossen werden. Es kann dadurch
eine Vorspannung des Transistors in einer Richtung erreicht werden, so daß der negativen
Halbwelle der Betriebswechselspannung sicher gesperrt wird.
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Soll der Betrieb der Halbleiterkörper bzw. Schalttranistoreii in zwei
Durchlaßrichtungen erfolgen, so daß die über sie fließenden Ströme in den zugehörigen
Ankerwicklungsgruppen gleichzeitig Drehmomente im Sinne derselben Drehmomentrichtung
erzeugen, so ist eine gleichzeitige Steuerung der Schalttransistoren durch alle
Steuerimpulse erforderlich, wobei die einzelnen Impulse auf die einzelnen Schalttransistoren
jedoch in verschiedener Richtung wirken müssen. Eine hierzu geeignete Schaltung
zeigt Fig. 11 als Beispiel. Die Schalttransistoren sind in Anlehnung an die vorhergehenden
Figuren wieder mit 1 bis 3 und die damit in Reihe liegenden Ankerwicklungsgruppen
mit 4 bis 6 bezeichnet. Ob die Schaltung, wie dargestellt, mit einphasigem Wechselstrom
betrieben wird oder mit Drehstrom, ist an sich gleichgültig. Den einzelnen Schalttransistoren
sind ähnlich wie in Fig. 8 Umkehrschaltungen zur Vertauschung der Funktion von Emitter
und Kollektor zugeordnet. Zu jeder Umkehrschaltung gehört ein Transformator 70,
dessen sekundärer Wicklungsteil nicht wie in Fig. 8 unmittelbar, sondern mittelbar
unter Zwischenschaltung der Sekundärwicklungen von drei Impulsübertragern
771, 7711
und 7711, miteinander verbunden sind. Dies gilt in gleicher
Weise für die beiden den übrigen Schalttransistoren zugeordneten Transformatoren.
Die Primärwicklungen der Impulsübertrager 771 bis 771,1 sind mit den Primärwicklungen
der anderen Schalttransistoren zugeordneten Impulsübertrager in Reihe geschaltet,
so daß jeder Impuls gleichzeitig auf alle Schalttransistoren jedoch in verschiedener
Richtung wirkt. Die Richtung ist derart gewählt, daß z. B. beim Steuerimpuls I und
Vorliegen einer negativen Spannungshalbwelle, wenn also der Transistor 1 durchläßt,
in der Ankerwicklungsgruppe 4 ein Strom hervorgerufen und damit ein Moment erzeugt
wird und daß in der folgenden positiven Halbwelle der Betriebswechselspannung die
Schalttransistoren 2 und 3 in den zugeordneten Ankerwicklungsgruppen 5 und 6 ebenfalls
Ströme, jedoch in umgekehrter Richtung - betrachtet von dem gemeinsamen Verbindungspunkt
der Ankerwicklungsgruppen - hervorgerufen werden. Hierdurch entstehen Momente, die
im gleichen Drehrichtungssinn wirken. Zur näheren Erläuterung sei bemerkt, daß die
Ankerwicklungsgruppen 4 bis 6 die in Fig. 12 dargestellte räumliche Anordnung
aufweisen. Die neben die Wicklungen gezeichneten Pfeile geben die Stromrichtung
an.
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Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 11 erklärt sich aus Fig.
13. Ähnlich wie in Fig. 9 ist der Schalttransistor 1 während der ersten negativen
Halbwelle der Wechselspannung U geöffnet. Dies bedingt einen Strom in der Ankerwicklunbsgruppe
4, weshalb die entsprechende Spannungsfläche ebenfalls mit 4 bezeichnet ist. Indessen
vermochte der Impuls I die Schalttransistoren 2 und 3 nicht zu öffnen, da diese
in Sperrichtung beaufschlagt waren. Nachdem nun aber die negative Halbwelle vorbei
ist, werden die Schalttransistoren 2 und 3 infolge der selbsttätigen Umkehrsteuerung
durchlässig, so daß während der restlichen Dauer des Impulses ein Strom durch die
Ankerwicklungsgruppen 5 und 6 fließen kann. Dies dauert bis zum Erlöschen des Impulses
I. Dann beginnt Impuls 1I zu wirken. Dieser läßt den Transistor 2 gesperrt, öffnet
aber die Transistoren 1 und 3, so daß durch die Ankerwicklungsgruppe 4 und 6 Ströme
entsprechend dem zweiten Teil der ersten positiven Spannungsfläche fließen können.
Nach Umkehr der Spannungsrichtung fließt nunmehr nur noch ein Strom durch die Ankerwicklungsgruppe
5. Dies dauert bis zum Ende des Impulses II, das gleichzeitig der Anfang des Impulses
III ist. Während der zweiten positiven Spannungshalbwelle
sind
die Transistoren 1 und 2 durch den Impuls III geöffnet, so daß Ströme durch die
Ankerwicklung 4 und 5 fließen. Bei der darauffolgenden negativen Halbwelle sind
dagegen die Transistoren 1 und 2 gesperrt, so daß nur durch die Ankerwicklungsgruppe
6 Strom fließt. Die verschiedenen Vorgänge wiederholen sich wie auch in den vorbeschriebenen
Schaltungen, wobei die Ablösungen der einzelnen Ankerwicklungsgruppen bezüglich
Stromführung durch die jeweils bestehenden Frequenz- und Phasenunterschiede zwischen
der Speisewechselspannung und der Impulsspannung gegeben sind. Liegt beim Ausführungsbeispiel
nach Fig. 11 im Gegensatz zur dargestellten Wechselstromspeisung eine Drehstromspeisung
vor, so ergeben sich ähnliche Verhältnisse wie bei Fig. 10 in bezug auf Fig. 9,
nur mit dem Unterschied, daß jetzt die Schalttransistoren, ähnlich wie in Fig. 13
dargestellt, während negativer und positiver Spannungshalbwellen zur Drehmomenterzeugung
beitragen. Dies zeigt Fig. 14.
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Die Erfindung ist nicht auf die an Hand der Zeichnung beschriebenen
Ausführungsbeispiele beschränkt. Außer den vorstehend bereits genannten Abwandlungsmöglichkeiten
können beispielsweise folgende Änderungen bzw. zusätzliche Maßnahmen getroffen werden.
An Stelle je eines mit einer Wicklungsgruppe in Reihe geschalteten Halbleiterkörpers
können mehrere parallel geschaltete Halbleiterkörper verwendet werden, um auf diese
Weise Motoren mit noch größerer Leistung steuern zu können. Die bei solchen Parallelschaltungen
gegebenenfalls erforderlichen Schaltungsmaßnahmen sind an anderer Stelle beschrieben.
Auf sie braucht hier nicht eingegangen zu werden, da sie für- das Wesen der Erfindung
an sich nicht ausschlaggebend sind. Um insbesondere bei Motoren größerer Leistung
Proportionalität zwischen Betriebsspannung und Betriebsfrequenz zu erzielen, kann
man die zur Frequenzeinstellung des Impulsgebers dienenden Mittel mit Mitteln zur
Änderung der Motorbetriebsspannung in eine selbsttätige Steuerverbindung bringen.
Wird zur Frequenzeinstellung eine Gleichspannung verwendet, wie dies beispielsweise
für die Schaltung nach Fig. 1 zutrifft, so kann man diese Spannung der speisenden
Netzspannung umgekehrt proportional machen, so daß bei größeren Netzspannungen die
an dem Abgriff des Potentiometers 44 vorliegende gemeinsame Steuerspannung U, kleiner
wird und sich die Frequenz erhöht. Näherungweise kann statt der Quotientenbildung
gegebenenfalls auch eine Differenzbildung vorgenommen werden, wobei die die Frequenz
bestimmende Spannung durch Subtraktion einer der Motorspeisespannung proportionalen
Spannung von einer konstanten Spannung hat. Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung
der vorbeschriebenen Steuerverbindung besteht darin, daß das Mittel zur Änderung
der Frequenz des Impulsgebers mit einem Mittel zur Änderung des Mittelwertes der
den Ankerwicklungsgruppen zugeführten Impulsspannung geändert wird. Zur Änderung
des Mittelwertes kann die den Ankerwicklungsgruppen zugeführte Impulsspannung durch
eine Hilfsimpulsspannung veränderbaren Tastverhältnisses moduliert werden. Die Hilfsimpulspannung
erzeugt man mit einem besonderen Impulsgeber, der in der Lag@ ist, eine Impulsspannung
mit veränderbarem Tastverhältnis abzugeben. Durch die so geschaffene Impulslängenmodulation
der eigentlichen Steuerimpulse wird zugleich eine besonders leistungsarme und verlustarme
Steuerung ermöglicht. Zur Anpassung des Motors an die bei irgendeinem bestimmten
Antrieb vorliegenden Erfordernissen kann das Mittel zur Änderung der Frequenz des
in Schalttransistoren steuernden Impulsgebers in Steuerabhängigkeit von der Drehzahl
und/oder vom Strom des Motors gebracht werden. Dadurch lassen sich verschiedene
Drehmoment-Drehzahl-Kennlinien erzielen. Die das Potentiometer 44 speisende Spannung
kann beispielsweise von einem mit dem Motor gekuppelten Tachometerdynamo entnommen
werden. Die Spannung Uf kann außerdem vom Strom des Motors abhängig gemacht sein.