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Anordnung zur Drehrichtungssteuerung eines Gleichstrommotors mittels
wechselweiser Steuerung zweier Rücklaufmagnetverstärker Bei Gleichstrommotoren,
die mit wechselnder Drehrichtung betrieben werden, erfolgt die Umkehrung der Drehrichtung
bzw. des Drehmomentes vielfach durch eine Umpolung des Erregerstroms. Es ist bekannt,
hierzu eine Erregerwicklung durch zwei Stromrichter in Kreuzschaltung zu speisen.
Bei mittleren und kleinen Motoren ist die Verwendung solcher Stromrichter aus wirtschaftlichen
Gründen nicht tragbar. Es ist für solche Fälle bekannt, für die Erregung des Motors
zwei Erregerwicklungen vorzusehen, die wechselweise so mit Gleichstrom gespeist
werden, daß sich bei einem solchen Wechsel eine Umkehrung der Feldrichtung ergibt.
Um die beiden Erregerwicklungen wechselweise mit einem steuerbaren Erregerstrom
zu speisen, wird mit Vorteil für jede Erregerwicklung ein Rücklaufmagnetverstärker
vorgesehen. Dabei wird mit der über Gleichrichter an den Eingangsklemmen eines jeden
dieser Magnetverstärker liegenden Steuerwicklung ein veränderbarer Widerstand oder
eine veränderbare Gleichspannungsyuelle verbunden. Diese Steuergröße bestimmt während
der Steuerhalbperioden der Rücklaufmagnetverstärker den magnetischen Rücklauf und
damit das Zeitintegral der während der Arbeitshalbperioden an den Ausgangsklemmen
entstehenden Impulse, die den Erregerstrom erzeugen.
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Bei der praktischen Ausführung solcher Anordnungen ist die Größe des
Stromes in einer der beiden Erregerwicklungen beispielsweise durch einen die Steuergröße
liefernden Stromregler zu verändern. Dabei wird von den beiden Erregerwicklungen
diejenige, in welcher der Erregerstrom je nach der jeweils vorgesehenen Drehrichtung
des Motors fließen soll, durch eine besondere Führungsgröße, beispielsweise durch
eine von der Soll-Istwert-Differenz der Motordrehzahl vorzugsweise mit wechselnder
Polarität abgeleitete Spannung, bestimmt. Um wechselweise den Strom in einer der
beiden Erregerwicklungen steuern zu können, könnte man die Steuergröße in Abhängigkeit
von der Führungsgröße durch ein Schaltrelais oder eine ähnliche Einrichtung von
der Steuerwicklung des einen Magnetverstiirkers auf diejenige des anderen umschaltbar
machen. Derartige Schaltvorrichtungen sind in modernen Regel- und Steuervorrichtungen
aber durchaus unerwünscht und werden daher - wenn irgendmöglich - vermieden. Eine
andere Möglichkeit zur wechselweisen Steuerung der beiden Magnetverstärker bestünde
darin, für jeden Magnetverstärker eine besondere Steuergröße bzw. einen besonderen
Regler vorzusehen, wobei die Wahl desjenigen Reglers, der jeweils in Aktion zu treten
hat, durch die Führungsgröße bestimmt wird. Bei derartigen Anordnungen ist aber
der erforderliche Aufwand an Material und Kosten nachteilig.
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Die Erfindung vermeidet die geschilderten Nachteile. Sie bezieht sich
auf eine Anordnung zur Drehrichtungssteuerung eines Gleichstrommotors mittels wechselweiser
Steuerung zweier Rücklaufmagnetverstärker mit elektrisch getrennten Ausgangsklemmen
und ist gekennzeichnet durch eine gemeinsame, den magnetischen Rücklauf jeweils
nur eines der beiden Verstärker bestimmende veränderbare Steuerspannung oder bestimmenden
veränderbaren Steuerwiderstand und durch zwei die Steuerspannung oder den Steuerwiderstand
nur für jeweils einen der beiden Verstärker in Abhängigkeit von einer Führungsgröße
überbrückende Schalttr-nsistoren und durch zwei die Entkopplung der Stel--trstromkreise
der Verstärker bewirkende Gleichrichterventile.
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In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. M
ist dabei der Anker eines Gleichstromnebenschlußmotors mit zwei getrennten Erregerwicklungen
El und E2, von denen je nach der jeweils vorgesehenen Drehrichtung des Motors die
eine oder die andere durch den ihr zugeordneten Rücklaufmagnetverstärker V1 bzw.
V2 mit steuerbarem Strom gespeist werden kann. An den über die beiden Gleichrichterventile
G1 und G2 parallel geschalteten
Steuerstromkreisen der Magnetverstärker
liegt die gemeinsame Steuergröße, die hier durch einen Stellwiderstand Rst angedeutet
ist, die - wie gesagt -aber auch aus einer veränderbaren Spannung bestehen kann.
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Parallel zu den Reihenschaltungen der Gleichrichter G1, G2 und der
Steuergröße R, liegen die Kollektor-Emitter-Strecken der Schalttransistoren Ti und
T2. Die Spannung zwischen Kollektor und Emitter der Transistoren wird bestimmt durch
die Spannung zwischen ihrer Basis und ihrem Kollektor und ist der letzteren nahezu
gleich. Ist diese Spannung bei einem der Transistoren, z. B. T1, gleich Null, so
ist auch die Spannung zwischen Kollektor und Emitter dieses Transistors nahezu gleich
Null. Diese Restspannung ist in der hier vorgesehenen Kollektor-Basis-Schaltung
der Transistoren praktisch unabhängig von dem durch den betreffenden Transistor
fließenden Strom. Der Transistor Ti verursacht daher in dem angenommenen Fall in
der Steuerwicklung des Magnetverstärkers V1 solche Stromimpulse, daß der Magnetverstärker
voll rückmagnetisiert wird und daß in der mit diesem Magnetverstärker verbundenen
Erregerwicklung El praktisch kein Strom fließt. Wird nun gleichzeitig zwischen der
Basis und dem Kollektor des Transistors T., eine Spannung mindestens gleich der
höchsten am Widerstand R, auftretenden Spannung angelegt, so kann dieser Transistor
keinen Strom führen, solange die Spannung an seiner Kollektor-Emitter-Strecke nicht
größer ist als die zwischen Basis und Kollektor angelegte Spannung, was aber voraussetzungsgemäß
nicht eintritt. Die Aussteuerung des Magnetverstärkers V2 durch die Steuergröße
Rsr wird also durch den Transistor T2 nicht beeinträchtigt. Durch das Gleichrichterventil
G1 ist auch eine Beeinträchtigung des Magnetverstärkers V2 durch den Transistor
T1 verhindert, so daß die Aussteuerung des Magnetverstärkers V2 und damit des Erregerstromes
in der Erregerwicklung E2 nur von der jeweiligen Größe des Steuerwiderstandes R"
bzw. der Steuerspannung abhängig ist. Der umgekehrte Fall ergibt sich, wenn an der
Kollektor-Basis-Strecke des Transistors T1 eine entsprechend hohe Spannung liegt
und die Spannung an der Kollektor-Basis-Strecke des Transistors T2 gleich Null ist.
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Dadurch, daß eine als Führungsgröße dienende, ausreichend hohe Spannung
an der Kollektor-Basis-Strecke des einen Transistors zur Einwirkung gebracht wird,
während die Spannung zwischen Basis und Kollektor des anderen Transistors zu Null
gemacht ist, wird also erreicht, daß nur in der einen oder der anderen der Erregerwicklung
El oder E, ein Strom fließen kann, der durch die gemeinsame Steuergröße Rst gesteuert
wird.
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Eine etwas andere Ausführungsform der Erfindung ist unter Verwendung
der gleichen Bezugszeichen in Fig. 2 dargestellt. Hier werden die in den Steuerstromkreisen
der Rücklaufmagnetverstärker V1 und V2 liegenden Transistoren Ti und T2 in Emitter-Basis-Schaltung
gesteuert. Die Wirkungsweise ist dabei im wesentlichen die gleiche wie bei der vorher
beschriebenen Anordnung. Die zwischen Basis und Emitter wirkenden Steuerspannungen
können hier wesentlich kleiner sein, sie haben aber in bezug auf die Sperrung und
Stromfreigabe der Transistoren die umgekehrte Wirkung wie bei der Anordnung nach
Fig. 1. Die Steuerung der Magnetverstärker ist hier jedoch nicht so eindeutig bestimmt,
insbesondere nicht so steuerstromunabhängig wie bei der vorher beschriebenen Anordnung,
da die Restspannung an den Transistoren von ihrem jeweiligen Strom abhängig ist.
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Um die aus einer Gleichspannung bestehende Führungsgröße auf die Basiselektroden
der Transistoren ohne die Betätigung von Schaltkontakten zur Einwirkung zu bringen,
kann beispielsweise eine Anordnung verwendet werden, wie sie in Fig. 2 unten dargestellt
ist. Die beiden Basiselektroden der Transistoren sind danach über einen Widerstand
W miteinander verbunden. Die Mitte dieses Widerstandes, an dem die führende Gleichspannung
U,: anliegt, ist mit den Emitterelektroden der Transistoren verbunden. Je nach der
Polarität dieser Spannung Up ist der eine oder der andere Transistor gesperrt
bzw. stromdurchlässig. Bei einem Wechsel der Polarität der führenden Spannung vertauschen
die Transistoren ihre Rollen.
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Bei den bisher beschriebenen Anordnungen muß die als Führungsgröße
dienende Spannung stets eine bestimmte Größe haben und zur Erzielung eines Wechsels
der Feldrichtung bzw. Drehrichtung des Motors ihre Polarität plötzlich umkehren.
Eine stetig durch Null gehende Führungsgröße ist bei diesen Anordnungen nicht
verwendbar, weil dabei die beiden Transistoren nicht mehr als Schalttransistoren
arbeiten, sondern Teilaussteuerungen erfahren würden, welche die gleichzeitige Speisung
beider Erregerwicklungen zur Folge hätte.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann dieser Mangel
dadurch behoben werden, daß zur Steuerung der beiden Schalttransistoren ein bistabiler
Multivibrator bekannter Art verwendet wird, der seinerseits von der Führungsgröße
gesteuert wird. Ein Ausführungsbeispiel dieser Art ist in Fig. 3 dargestellt. Gleiche
Teile wie in Fig. 1 und 2 sind wieder mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Schalttransistoren
T1 und T2 sind mit den Rücklaufmagnetverstärkern V1 und V2 in der gleichen Weise
verbunden wie in der Anordnung nach Fig. 1. Der an den Klemmen K1 und K., aus einer
Gleichspannungsquelle gespeiste bistabile Multivibrator S, dessen grundsätzliche
Wirkungsweise als bekannt vorausgesetzt werden kann, enthält im Beispiel als aktive
Teile die Transistoren T.3 und T4, welche derart miteinander gekoppelt sind. daß
stets der eine von ihnen vollständig gesperrt und der andere voll stromdurchlässig
ist. Je nachdem, welcher der beiden Transistoren T3 oder T4 stromdurchlässig ist,
entsteht an einem der Widerstände R3 bzw. R, eine Spannung, welche die Schalttransistoren
T1 und T2 in der früher beschriebenen Weise steuert. Die Transistoren T3 und T4
und damit auch die Schalttransistoren Ti und T, vertauschen ihre Rollen plötzlich,
wenn die an den Klemmenpaaren K.3 und K4 anliegende Gegentaktführungsspannung durch
den Wert Null hindurchgeht bzw. in der Änderungsrichtung die Nullgrenze um einen
kleinen, durch Änderung der Kopplungswiderstände einstellbaren Betrag überschreitet.
Diese Anordnung erfüllt somit den erstrebten Zweck auch bei einer stetig durch Null
hindurch veränderbaren Führungsspannung.
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Ein bistabiler Multivibrator in der hier dargestellten oder auch in
irgendeiner anderen bekannten Bauart kann ohne weiteres auch in Verbindung mit einer
Anordnung nach Fig. 2 verwendet werden.
Wenn die erforderliche Steuerleistung
der Magnetverstärker V, und V2 klein ist, so ist es unter Umständen auch möglich,
dieKipptransistoren T., und T4 des Multivibrators gleichzeitig als Schalttransistoren
für die Magnetverstärker zu verwenden.
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Wenn die Erfindung auch in erster Linie zur Steuerung eines Erregerstromes
bestimmt ist, der unmittelbar von einem der Rücklaufmagnetverstärker V1 bzw. V.=
geliefert wird. so ist sie doch keineswegs auf dieses Anwendungsgebiet beschränkt.
Sie ist z. B. auch dann anwendbar, wenn die Rücklaufmagnetverstärker zur Steuerung
von Stromrichtern dienen. die ihrerseits den Erregerstrom oder auch den Ankerstrom
eines Elektromotors liefern. Die Steuerimpulse für diese Stromrichter können dabei
in bekannter Weise an je einem an den Ausgangsklemmen der beiden Rücklaufmagnetverstärker
liegenden Widerstand abgegriffen werden.