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Anordnung zum Anlassen und zur Konstanthaltung der Drehzahl eines
Kommutatormotors mit Hilfe von Transistoren Gegenstand der vorliegenden Erfindung
ist eine Anordnung zum Anlassen und zur Konstanthaltung der Drehzahl eines elektrischen
Kommutatormotors, insbesondere eines kleinen Kommutatormotors, mit Hilfe von Transistoren.
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Solche Motoren, und vor allem Gleichstrommotoren, werden neuerdings
vielfach für den Antrieb des Aufzeichnungsträgers in tragbaren Geräten für die Aufnahme
oder Wiedergabe von Sprache bzw. Musik verwendet. Bei solchen und anderen Anwendungen
muß die Drehzahl möglichst konstant bleiben. Häufig wird hierbei der Motor aus einer
Batterie gespeist, wobei er mit einem mechanischen Drehzahlregler versehen ist,
der den größten Teil der erzeugten mechanischen Energie durch Reibung aufzehrt,
so daß der Wirkungsgrad des gesamten Antriebs sehr schlecht ist. Die Batterie muß
deshalb einen verhältnismäßig starken Strom liefern, und dies erhöht das Gewicht
des Apparates bzw. vermindert die Lebensdauer der Batterie beträchtlich.
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Unter diesen Umständen wäre es vorteilhaft, über einen Antrieb zu
verfügen, dessen Drehzahl ohne nutzlose Umwandlung mechanischer Energie in Wärme
innerhalb gewisser Grenzen des angegebenen Drehmomentes unabhängig von diesem Drehmoment
konstant gehalten wird. Zur Drehzahlkonstanthaltung hat man bereits früher in Abhängigkeit
vom Ankerstrom eines Gleichstromnebenschlußmotors steuerbare Widerstände in Reihe
mit der Nebenschlußerregerwicklung des Motors geschaltet, so daß das Motorfeld mit
zunehmendem Ankerstrom so weit geschwächt wird, daß die Drehzahl konstant bleibt.
Es ist auch bekannt, daß als steuerbare Widerstände mit Vorteil Transistoren verwendet
werden können.
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Demgegenüber ist nach der Erfindung die Anordnung zum Anlassen und
zur Konstanthaltung der Drehzahl eines Gleichstromnebenschlußmotors mit Hilfe von
Transistoren dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors
in Reihe mit der Erregerwicklung des Motors geschaltet ist und seine Basis an einem
Punkt festen Potentials liegt, daß in einem gemeinsamen Teil des Emitter-Basis-
und des Ankerstromkreises ein Steuerwiderstand angeordnet ist und daß der En-iitter
gegenüber der Bais durch einen Teil der Speisespannung in Durchlaßrichtung und durch
den ankerstromabhängigen Spannungsabfall am Steuerwiderstand in Sperrichtung vorgepsannt
wird, wobei das Verhältnis der Summe von Ankerwiderstand und Steuerwiderstand zum
Steuerwiderstand gleich dem Verhältnis der Speisespannung zur Differenz zwischen
dem im Emitter-Basis-Kreis wirksamen Teil der Speisespannung und der Emitter-Basis-Schwellenspannung
ist.
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Handelt es sich jedoch um einen Reihenschlußmotor, so kennzeichnet
sich sich die Anordnung zum Anlassen und zur Konstanthaltung seiner Drehzahl dadurch,
daß die Emitter-Kollektor-Strecke mindestens eines Transistors parallel zur Erregerwicklung
des Motors geschaltet ist und im Motorstromkreis ein Steuerwiderstand liegt und
daß die Basis des Transistors in Sperrichtung vorgespannt ist und durch den Spannungsabfall
am Steuerwiderstand derart gesteuert wird, daß der Kollektorstrom eine lineare Funktion
a - I"-b des Ankerstroms I" ist, wobei das Verhältnis der Konstante b zur
Differenz a-1 gleich dem Verhältnis der Speisespannung zur Summe des Ankerwiderstandes
und des Steuerwiderstandes ist.
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Aber auch bei Gleichstrommotoren mit Dauermagneterregung läßt sich
die Erfindung anwenden, wenn -auf dem Dauermagneten eine Steuerwicklung angeordnet
ist, die von einem den magnetischen Fluß des Dauermagneten schwächenden Strom durchflossen
werden kann. In diesem Falle kennzeichnet sich die Erfindung dadurch, daß die Emitter-Kollektor-
Strecke
eines Transistors in Reihe mit dieser Steuerwicklung geschaltet ist, wobei sein
Emitter mit einem Punkt festen Potentials verbunden ist, daß in einem gemeinsamen
Teil des Emitter-Basis- und des Ankerstromkreises ein Steuerwiderstand angeordnet
ist und daß die Basis gegenüber dem Emitter durch einen Teil der Speisespannung
in Sperrichtung und durch den ankerstromabhängigen Spannungsabfall am Steuerwiderstand
in Durchlaßrichtung vorgespannt wird, wobei das durch den Dauermagneten erzeugte
Feld, der Ankerwiderstand, der Steuerwiderstand, die Speisespannung und der im Emitter-Basis-Kreis
wirksame Teil der Speisespannung derart gewählt sind, daß die Drehzahl des Motors
vom Ankerstrom praktisch unabhängig ist.
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Es sei nebenbei bemerkt, daß eine Schwächung der Felderregung eines
Kommutatormotors bei zunehmendem Ankerstrom auch auf anderen Wegen erreichbar ist,
z. B. mittels einer Elektronenröhre. Jedoch ist eine solcheSteuerungmittels einerElektronenröhre
wirtschaftlich nicht interessant, weil man dann während des Betriebes dauernd für
die Heizung der Kathode der Röhre sorgen muß, was eine Komplikation der Schaltung
und einen nicht unerheblichen Leistungsverlust mit sich bringt. Darüber hinaus weisen
die Hochvakuumröhren einen hohen inneren Gleichstromwiderstand auf, so daß man in
manchen Fällen gezwungen wäre, die Spannung der Batterie erheblich zu erhöhen, wobei
ein großer Teil des durch die Röhre fließenden elektrischen Stromes in dieser in
Wärme umgesetzt würde. Eine Dampf- oder Gasentladungsröhre ist für eine derartige
Steuerung eines Gleichstrommotors ungeeignet, weil sie nach ihrer Zündung nicht
mehr löschen würde.
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Demgegenüber gestattet der Transistor eine gute Steuerung innerhalb
bestimmter Grenzwerte des Lastdrehmomentes ohne große Komplikation und ohne große
elektrische Verluste. Praktisch geht elektrische Energie fast ausschließlich in
der Steuerimpedanz verloren, und diese Verluste können durch Anwendung eines zweiten,
die Steuerspannung verstärkenden Transistors und einer verhältnismäßig kleinen Steuerimpedanz
klein gehalten werden.
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Die Zeichnung stellt verschiedene Ausführungsbeispiele von Anordnungen
nach der Erfindung schematisch dar.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 enthält einen Gleichstromnebenschlußmotor
mit einem Rotor 1, einer Erregerwicklung 2 und Bürsten 3 und 4. Der
Innenwiderstand der Ankerwicklung ist in 5 und der Innenwiderstand der Erregerwicklung
in 6 dargestellt. Die Nebenschlußerregerwicklung 2 mit ihrem Innenwiderstand 6 ist
mit der Emitter-Kollektor-Elektrodenstrecke eines Transistors 7 in Reihe geschaltet.
Der Emitter dieses Transistors liegt über einen Reihenwiderstand 8 und über einen
Steuerwiderstand 9 an der positiven Klemme einer Speisebatterie 10, 10a. Der Widerstand
9 wird gleichfalls vom Ankerstrom durchflossen, und die Batterie 10, 10a
ist mit einer Anzapfung 11 versehen, an welche die Basiselektrode des Transistors
7 angeschlossen ist.
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In erster Annäherung ist bekanntlich der mittels der Erregerwicklung
2 erzeugte magnetische Fluß 0 dem Strom 1, durch diese Erregerwicklung proportional,
so weit, wie die Magnetisierungskennlinie des magnetischen Kreises des Motors nicht
merklich gekrümmt ist. Die an der Ankerwicklung wirksame Spannung Ea ist ebenfalls
eine lineare Funktion des Feldes 0 und der Drehzahl n, so daß für den Nebenschlußmotor
die folgenden Gleichungen gelten:
| E" --. cl 0- n, (1) |
| Ua = Ea -i- Ia - R5, |
| M =cz'0'Ia- |
Darin ist cl eine Konstante, n die Drehzahl des Motors, Ua die Ankerklemmenspannung,
d. h. auch bei Vernachlässigung des Spannungsabfalls am Widerstand
9 die
Gesamtspannung der Batterie
10, 10a,
RS der Wert des Innenwiderstandes der
Ankerwicklung,
M das Drehmoment des Motors, I. der Ankerstrom und c, eine
andere Konstante.
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Bei Zunahme des Drehmomentes M nimmt der Ankerstrom Ia damit proportional
zu. Infolge des Spannungsabfalls im Ankerwiderstand R5 wird die im Anker wirkende
elektromotorische Kraft Ea kleiner, so daß die Drehzahl n abnimmt:
In kleineren Motoren ist der gewählte Wert des Ankerwiderstandes R5 ein Kompromiß
zwischen einem in bezug auf die Abmessungen des Motors günstigen Wert und einem
mit Rücksicht auf die Änderungen der Drehzahl n wünschbaren kleinen Wert. Bei ververhältnismäßig
großen Motoren wird öfters ein Teil der Erregerwicklung derart in Reihe mit der
Ankerwicklung geschaltet, daß das Feld bei zunehmendem Ankerstrom geschwächt wird.
Dadurch kann man innerhalb eines gewissen Gebietes der Werte des Lastdrehmomentes
eine teilweise Kompensation erreichen, so daß die Drehzahl sich weniger stark ändert.
Für kleine Motoren ist diese Aufteilung der Erregerwicklung jedoch unerwünscht,
weil dadurch die Abmessungen des Motors vergrößert werden und auch die Schaltung
des Motors selbst etwas komplizierter wird. Darüber hinaus ist ein solcher sogenannter
Kompoundmotor nicht sehr anpassungsfähig und in gewissen Fällen schwierig zu steuern.
Eine Steuerung von außen her bietet darum öfters Vorteile.
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Eine Steuerung nach dem bekannten Prinzip der Feldschwächung bei Zunahme
des abgegebenen Drehmomentes und des Ankerstromes la ist mittels eines Transistors
einfach zu verwirklichen. Wird im Beispiel der Fig. 1 die Spannung des zwischen
der Basiselektrode des Transistors 7 und der Bürste 3 des Motors geschalteten Teiles
10 der Batterie 10, 10a mit Va und die Spannung des anderen Teiles 10
a dieser Batterie mit Vb bezeichnet und wird ferner vorausgesetzt, daß der
Emitterstrom des Transistors 7 bei einer Emitter-Basis-Spannung von 0,1 Volt gesperrt
wird, so sind: der Erregerstrom I" = Ih (Kollektorstrom des Transistors),
der Emitterstrom
(wobei Ib der Basisstrom und
der Verstärkungsfaktor des Transistors 7 ist), die Sperrspannung V,_ b
= 0,1 Volt
Im Ankerstromkreis werden dann die Verhältnisse
durch folgende Gleichungen wiedergegeben: E. = ei ' I, - n, (4)
Im Emitter-Basis-Stromkreis des Tranistors gilt als Spannungsgleichung in Volt:
Aus den Gleichungen (4), (5) und (6) ermittelt man
Daraus kann man folgern, daß die Drehzahl n vom abgegebenen Drehmoment M und vom
Ankerstrom IQ unabhängig wird, falls
Aus den Gleichungen (7) und (8) ermittelt man die konstante Drehzahl:
welche auch vom Widerstand R$ abhängig ist.
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Aus den Gleichungen (8) und (9) und aus der Bedingung, daß Widerstand
R, viel größer als Widerstand R9 sein muß, kann man R8, R9 und den Teil 10a der
Speisespannung rechts von der Anzapfung 11 (Va) ermitteln. Das Drehmoment M = c2
- 1s - I" kann man mit Hilfe der Gleichung (6) als eine Funktion des
Ankerstromes I" ausdrücken:
Das maximale Drehmoment ist
und wird bei einem Ankerstrom
entwickelt. Ist Va viel größer als die Sperrspannung Ve_ b von z. B. 0,1 Volt, so
kann die Gleichung (8) vereinfacht werden, und die Bedingung für die Aufrechterhaltung
einer konstanten Drehzahl lautet dann
so daß die Drehzahl von der Spannung Va -E- Va der Speisebatterie 10, 10a unabhängig
ist. Bei annähernd gleicher Belastung der beiden Teile der Batterie bleibt das Verhältnis
konstant, und die gewählte Drehzahl ändert sich
nicht bei älter und schwächer werdender Batterie, nur das verfügbare Drehmoment
nimmt etwas ab. Für tragbare, batteriegespeiste Apparate ist dies eine wertvolle
Eigenschaft.
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Als praktisches Beispiel wird angenommen, daß der Motor einen Ankerwiderstand
R5 von 15 Ohm und einen Erregerwiderstand Re von 1500 Ohm besitzt und daß er bei
einer Nennspannung U" von 4,5 Volt und einer Leistungsaufnahme von 0,15 Watt mit
3000 Umdrehungen pro Minute läuft. Daraus findet man für den Gesamtstrom I einen
Wert von 33 mA, für den Ankerstrom Ia einen Wert von 30 mA und für den Erregerstrom
I, einen Wert von 3 mA. Die Kupferverluste ergeben sich dabei zu 13,5 -f- 13,5 =
27 mW, so daß die abgegebene Leistung, bei Vernachlässigen der Eisenverluste, 150-27
= 123 mW oder 1250 g cm/Sek. beträgt. Bei 3000 Umdrehungen pro Minute entspricht
dies einem Drehmoment M von
Unter diesen Umständen ergeben sich die Konstanten c, und e2 aus den Gleichungen
(1), (2) bzw. (3) zu
Bei der Annahme, daß die Spannung Va einen Wert von 1,5 Volt aufweist, ergibt sich
aus der Gleichung (8) für den Steuerwiderstand 9 der Wert R9=4,6Ohm.
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Aus der gewünschten konstanten Drehzahl von 3000 Umdrehungen pro Minute
und aus der Gleichung (9) ergibt sich für den Widerstand 8 der Wert R$ = 307 Ohm.
Dieser Wert erfüllt die Bedingung RB > R9.
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Das Drehmoment ist M = 32,25 - (4,5 - IS Ia)-la und erreicht ein Maximum
Mm" = 10,9 g cm für
Dabei ist die gesamte durch die Batterie 10, 10a abgegebene Leistung gleich
b Volt 151,7 mA, also 910 mW, so daß der Wirkungsgrad der gesamten Anordnung ungefähr
37 % beträgt.
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Beim Einschalten erreicht der Ankerstrom einen hohen Wert, so daß
das Feld sehr stark geschwächt
oder sogar vollständig unterdrückt
wird und der Motor unter Umständen nicht oder schlecht anläuft. Oft wird das Anlaufen
durch einen genügend hohen remanenten Magnetismus des Ankers doch noch ermöglicht.
Trotzdem ist es ratsam, besondere Maßnahmen zu treffen, um eine zu weitgehende Schwächung
des Erregerfeldes während des Einschaltstromstoßes und während des Anlaufens unmöglich
zu machen. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind zu diesem Zweck die Widerstände
8 und 9 durch einen Kondensator 12 in Reihe mit einem Widerstand 13 überbrückt.
Dieser Kondensator bewirkt eine Verzögerung der Steuerung des Erregerstromes. Der
Transistor 7 kann durch den Spannungsabfall am Widerstand 9 nicht gesperrt werden,
bevor der Kondensator 12 über die Widerstände 8 und 13 geladen ist und die resultierende
Spannung zwischen der Emitter- und der Basiselektrode kleiner als 0,1 Volt
geworden ist. Diese resultierende Spannung setzt sich jedoch zusammen aus der Spannung
Vb des rechten Teiles 10 der Batterie 10,
10a und aus den Spannungen
am Widerstand 13 und am Kondensator 12. Der Transistor 7 kann deshalb nur nach einer
Zeitspanne gesperrt werden, welche durch die Zeitkonstante des Kreises, bestehend
aus dem Kondensator 12 und den Widerständen 8, 9 und 13, bestimmt ist. Der Motor
erhält demzufolge die nötige Zeit, um mit verhältnismäßig gutem Anlaufdrehmoment
anzulaufen. Läuft er jedoch nicht an, so wird das Erregerfeld bald stark herabgesetzt
und unter Umständen beinahe oder vollständig unterdrückt, währenddem der große Anlaufstrom
durch die Ankerwicklung und den Widerstand 9 umsonst bestehenbleibt, was natürlich
unter Umständen unerwünscht sein kann.
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Die Schaltung der Fig. 2 gibt eine andere Lösung mit einer verbesserten
Anlaufeigenschaft für einen gesteuerten Nebenschlußmotor an. In allen Figuren sind
sich entsprechende Schaltelemente mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. In der
Variante nach Fig. 2 fehlen der Kondensator 12 und der Widerstand 13. Ein guter
Anlauf wird durch Begrenzung des Ankerstroms I" herbeigeführt. Diese Begrenzung
geschieht mittels eines zweiten Transistors 14, dessen Emitter-Kollektor-Elektrodenstrecke
im Stromkreise des Rotors 1 geschaltet ist und dessen Basis in Vorwärtsrichtung
vorgespannt ist, so daß dieser Transistor jederzeit leitend ist. Ein Widerstand
15 ist jedoch in den Basiskreis des Transistors 14 geschaltet, so daß dessen Basisstrom
nicht größer als va werden kann. Ris Damit ist der Ankerstrom I", der dem Kollektorstrom
des Transistors 14 gleich ist, begrenzt auf einen Wert
Demzufolge kann auch der Spannungsabfall am Widerstand 9 bei richtiger Wahl des
Widerstandes 15 nicht so groß werden, daß er eine vollständige Sperrung des Transistors
7 verursacht. Es bleibt eine Felderregung erhalten, und der Motor kann ohne Schwierigkeit
anlaufen. Wird das bremsende Drehmoment so groß, daß der Motor stillsteht, so ist
die Begrenzung seines Ankerstromes mittels des Transistors 14 ebenfalls vorteilhaft,
denn dadurch wird eine unter Umständen auf die Dauer unzulässige Erwärmung des Rotors
1 und des Widerstandes 9 verhindert. Ein solches Stillstehen des Motors kann in
Ton-Wiedergabe- oder -Aufnahmegeräten leicht und öfters geschehen und kommt sogar
in gewissen automatischen Plattenwechslern systematisch vor. Dadurch wird im Falle
eines tragbaren Gerätes eine nicht vernachlässigbare Mehrbelastung der Speisebatterie
verursacht. Diese Mehrbelastung wird mit der Variante nach Fig. 2 vermieden.
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Fig. 3 stellt eine zweite Variante des Ausführungsbeispiels nach Fig.
1 dar. In dieser Variante ist zur Verbesserung des Anlaufs ein Widerstand 16 mit
relativ hohem positivem Temperaturkoeffizienten dem Steuerwiderstand 9 parallel
geschaltet. Beim Anlaufen weist die Parallelkombination der Widerstände 9 und 16
einen verhältnismäßig kleinen Wert auf, so daß der Spannungsabfall an dieser Kombination
zu klein bleibt, um den Transistor 7 sperren zu können. Mit einer gewissen Verzögerung
erwärmt sich jedoch der Widerstand 16, so daß er viel größer wird als der Widerstand
9 und die weitere Steuerung der Felderregung des Motors praktisch nur noch durch
diesen Widerstand 9 zustande gebracht wird.
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Fig.4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, in welchem die Drehzahl
eines Gleichstromreihenschlußmotors nach dem gleichen Prinzip der Feldschwächung
erreicht wird. Der Motor dieses Ausführungsbeispiels besitzt den Rotor
1, welcher über Bürsten 3 und 4 in Reihe mit seiner Erregerwicklung
2
und einem Steuerwiderstand 9 durch einen Teil 10 der Batterie 10, 10a gespeist
wird. Die Bürste 3 ist unmittelbar mit der negativen Klemme der Batterie 10 verbunden,
und eine Klemme der Erregerwicklung 2 ist an der Anzapfung 11 der Batterie angeschlossen.
Der Steuerwiderstand 9 liegt zwischen der Bürste 4 und der anderen Klemme der Erregerwicklung
2. Wie in den vorhergehenden Beispielen stellen die Widerstände 5 und 6 den inneren
Widerstand der Ankerwicklung des Rotors 1 bzw. den inneren Widerstand der Erregerwicklung
2 dar. Die Emitter-Kollektor-Elektrodenstrecke des Transistors 7 ist zur Erregerwicklung
2 mit ihrem inneren Widerstand 6 parallel geschaltet, und die Basiselektrode dieses
Transistors ist über einen Spannungsteiler, bestehend aus Widerständen 17 und 18,
mit dem Steuerwiderstand 9 gekoppelt. Die Widerstände 17 und 18 sind im Verhältnis
zum Widerstand 9 relativ groß, so daß der Ankerstrom I" hauptsächlich durch den
Widerstand 9 fließt. Der Spannungsabfall an diesem Widerstand 9 steigt somit proportional
mit dem Ankerstrom I", und ein durch das Verhältnis der Widerstände 17 und 18 bestimmter
Teil dieses Spannungsabfalls wird der Basiselektrode des Transistors 7 aufgedrückt.
Diese Basiselektrode wird mittels des Teiles 10a der Batterie 10, 10a in Sperrichtung
vorgespannt, so daß der Transistor 7 erst von einem gewissen Wert des Stromes 1a
an leitend wird.
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Ähnlich wie in dem mit Bezug auf Fig. 1 durchgerechneten Beispiel
kann man zeigen, daß in diesem Falle die Aufrechterhaltung einer konstanten Drehzahl
möglich ist, wenn der Kollektorstrom des Transistors 7 eine lineare Funktion
a - I" - b des Ankerstromes I" ist, wobei a und b Konstanten
sind. Unter diesen Umständen bleibt die Drehzahl konstant, falls das Verhältnis
und das Verhältnis der Speisespannung Va zur Summe des Ankerwiderstandes R5 und
des Steuerwiderstandes R9 einander gleich sind. Durch Einsetzung der sich aus der
Schaltung von
Fig. 4 ergebenden Ausdrücke für die Konstanten a und
b erhält man
Daraus ergeben sich das maximale Drehmoment
und der entsprechende Wert des Ankerstromes und des Gesamtstromes
Werden für Vb, R5 und n dieselben Werte wie im Beispiel der Fig.l gewählt, so ergeben
sich bei Re, = R5 = 15 Ohm: c = 0,035 und c2 = 3500, und das maximale
Drehmoment Mn""; wird 9,85 g cm bei einem Gesamtstrom 1ä von 0,15 Amp. Diese Werte
sind scheinbar gleichwertig mit denjenigen, welche mit dem Nebenschlußmotor erreichbar
sind. Praktisch ist jedoch die Steuerung viel weniger gut, schon deshalb, weil nur
ein Teil der am Widerstand 9 erzeugten Steuerspannung der Basiselektrode des Transistors
7 zugeführt werden kann. Darüber hinaus ist die Drehzahl eines Reihenscblußmotors
im Betriebspunkt viel stärker abhängig von der Erregerfeldstärke und somit vom Strom
durch die Erregerwicklung 2, so daß dieser Strom mittels des über die Emitter-Kollektor-Elektrodenstrecke
des Transistors 7 abgeleiteten Stromes für eine gleiche, als zulässig vorausgesetzte
Änderung der Drehzahl viel besser stabilisiert werden muß. Für das maximale Drehmoment
wird im Falle des Nebenschlußmotors der Erregerstrom und der damit identische Kollektorstrom
des Transistors von 3 auf 1,67 mA heruntergesteuert. Demgegenüber ändert sich der
Erregerstrom des Reihenschlußmotors zwischen 30 und 132 mA. Dabei nimmt der Kollektorstrom
des Transistors von 0 auf 150 -132 = 18 mA zu. Sein Gleichstromwiderstand muß mit
demjenigen der Erregerwicklung (15 Ohm) vergleichbar sein, und man wird einen Leistungstransistor
verwenden müssen. Eine erwünschte Herabsetzung des Wertes des Steuerwiderstandes
R9 und eine viel bessere Steuerwirkung kann durch Verwendung eines zusätzlichen
Verstärkertransistors erreicht werden.
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Fig. 5 stellt eine beispielsweise Ausführungsform einer Einrichtung
mit einem Gleichstromreihenschlußmotor und einem zusätzlichen, als Verstärker wirkenden
Transistor dar. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Steuerwiderstand 9 zwischen
dem gemeinsamen Punkt der Erregerwicklung 2 und der Emitterelektrode des Transistors
7 einerseits und der positiven Klemme der Batterie 10, 10a andererseits geschaltet.
Die Summe des Spannungsabfalls am Widerstand 9 und der Spannung Vb des rechten Teiles
10a der Batterie 10, 10a liegt zwischen den Emitter- und Basiselektroden des Verstärkertransistors
19. Die Basiselektrode des Transistors 7, dessen Emitter-Kollektor-Elektrodenstrecke
zur Erregerwicklung 2 parallel geschaltet ist, ist mit der Kollektorelektrode des
Transistors 19 unmittelbar verbunden. Der Kollektorkreis des Transistors 19 umfaßt
einen Belastungswiderstand 20, über welchen seine Kollektorelektrode und die Basiselektrode
des Transistors 7 über den Rotorstromkreis des Motors mit der negativen Klemme der
Batterie 10, 10a verbunden sind. Der Strom im Basiskreis des Transistors
19 ist sehr klein, verglichen mit dem Ankerstrom I", so daß dieser praktisch gleich
dem Strom durch den Steuerwiderstand 9 ist. Wächst dieser Strom, so wird der Transistor
19 durch den Spannungsabfall am Widerstand 9 in Sperrichtung beeinflußt. Demzufolge
nimmt der Strom durch den Widerstand 20 und durch die Emitter-Kollektor-Elektrodenstrecke
des Transistors 19 stark ab, so daß das an die Basiselektrode des Transistors 7
gelegte Potential stärker negativ wird und dieser Transistor stärker leitend wird,
wobei der Strom durch seine Emitter-Kollektor-Elektrodenstrecke eine Herabsetzung
der Felderregung des Motors bewirkt. Die Steuerwirkung dieses Ausführungsbeispieles
ist naturgemäß viel besser als diejenige des Beispieles nach Fig.4. Außerdem bietet
die Ausführung nach Fig. 5 den Vorteil, daß der rechte Teil 10a der Batterie
10,10 a mit der Spannung Vb ungefähr mit dem gleichen Strom wie der
linke Teil derselben belastet ist, was im Beispiel der Fig. 4 nicht der Fall ist.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig.6 für einen Allstrommotor läßt sich
unmittelbar aus dem von Fig. 4 ableiten. Diese Anordnung besitzt zwei Transistoren
entgegengesetzter Leitfähigkeitstypen 7 und 7', deren entsprechende Elektroden miteinander
parallel angeschlossen sind. Der Rotor 1 und die Erregerwicklung 2 mit Kompensationswicklung
2' des Reihenschlußmotors werden in Serie mit einem Steuerwiderstand 9 durch
eine Spannungsquelle 21 gespeist. Diese Spannungsquelle kann sowohl eine
Gleichspannungsquelle beliebiger Polarität als auch eine Wechselspannungsquelle
sein. Im Falle einer Wechselspannungsquelle arbeiten die Transistoren 7 und 7' abwechslungsweise.
Die Emitterelektroden beider Transistoren sind an eine Anzapfung 11 eines
Spannungsteilers, bestehend aus Widerständen 22 und 23, angeschlossen. Allstrommotoren
werden gegenwärtig immer weniger gebraucht, so daß diesem Ausführungsbeispiel keine
große Bedeutung zukommt. Die Steuerung, die sich damit erreichen läßt, ist wegen
der im Widerstand 22 auftretenden Stromgegenkopplung und der Speisung der Erregung
mit einer höheren Spannung als der an den Emitterelektroden schlechter als im Falle
des Ausführungsbeispieles nach Fig. 4.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 veranschaulicht vollständigkeitshalber
die Möglichkeit der Anwendung der Schaltung nach Fig. 5 für die Steuerung eines
Wechselstromreihenschlußmotors. Im Beispiel nach Fig. 7 ist der Spannungsteiler
22, 23 der Fig. 6 ersetzt durch einen Spartransformator 24, und der Steuerwiderstand
9 aller bisherigen Ausführungsformen ist ersetzt durch eine Steuerinduktivität 25.
Die Schwächung der Felderregung wird mittels zweier parallel geschalteter Transistoren
von entgegengesetzten Leitfähigkeitstypen 7 und 7' hervorgerufen. Diese Transistoren
werden ebenfalls durch zwei parallel geschaltete Transistoren entgegengesetzter
Leitfähigkeitstypen 19 und 19' gesteuert. Im Prinzip sind Anordnungen wie diejenigen
nach Fig.6 oder 7 ebenfalls bei einem Repulsionsmotor oder bei einem
Reihenschlußkurzschlußmotor
anwendbar. Im ersten Fall könnte man eine Steuerimpedanz statt des üblichen Kurzschlusses
zwischen den Bürsten einschalten und die Emitter-Kollektor-Mektrodenstrecken zweier
Transistoren entgegengesetzter Leitfähigkeitstypen in Reihe mit der Erregerwicklung
anschließen. Im zweiten Fall wäre die Steuerimpedanz in Reihe mit der Statorwicklung
einzuschalten und die Emitter-Kollektor-Elektrodenstrecken der zwei Transistoren
entgegengesetzter Leitfähigkeitstypen zwischen den sogenannten Erregerbürsten als
Nebenschluß anzuschließen.
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Die Fig. 8 zeigt schließlich ein sechstes Ausführungsbeispiel mit
einem Gleichstrommotor, welcher mittels eines permanenten Magneten 27 erregt ist.
Dieser Magnet bildet das Joch eines ferromagnetischen Ständereisens 26. Auf den
Schenkeln dieser Anordnung ist eine Steuerwicklung 2" angebracht, die in den Kollektorkreis
eines Transistors 7 derart geschaltet ist, daß der Strom durch diese Wicklung dem
magnetischen Flusse des Magneten 27 entgegenwirkt. Zwischen der positiven Ankerklemme
des durch eine Batterie 10,
10a gespeisten Motors und der positiven Klemme
dieser Batterie ist ein Steuerwiderstand 9 angeordnet. Der Emitter des Transistors
7 ist über einen Widerstand 8 mit einer Anzapfung 11 der Batterie
10, 10a
verbunden, und seine Basiselektrode liegt an dem von der positiven
Klemme der Batterie 10 abgewendeten Ende des Widerstandes 9. Zwecks Gewährleistung
eines guten Anlaufes ist ein Kondensator 12 zwischen die Emitter- und die
Basiselektrode geschaltet. Der Motor besitzt eine Nebenschlußcharakteristik. Bei
zunehmendem Ankerstrom steigt der Spannungsabfall am Steuerwiderstand 9. Wird dieser
Spannungsabfall größer als die Spannung des rechten Teiles 10a der Batterie
10, 10a, so wird die Basiselektrode des Transistors 7 negativ in bezug auf
dessen Emitterelektrode. Der Transistor wird dann leiten, und der Erregerfluß wird
durch den Strom durch die Steuerwicklung 2" geschwächt.
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Zusammenfassend, und wie es aus den verschiedenen beschriebenen Beispielen
hervorgeht, bietet die Erfindung einfache und vorteilhafte Anordnungen zur Steuerung,
insbesondere zur Konstanthaltung der Drehzahl eines Kommutatormotors, insbesondere
eines kleinen Motors, durch Beeinflussung seiner Felderregung mit Hilfe von einem
oder mehreren Transistoren.