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Anordnung zur Speisung eines Wechselstrommotors über einen elektronischen
Leistungsverstärker In zunehmendem Maße werden zur Speisung von Wechselstrommotoren
elektronische Leistungsverstärker herangezogen, insbesondere dann, wenn man den
Motor mit höherer als der Netzfrequenz betreiben oder durch eine Frequenzänderung
eine Drehzahländerung bei Asynchronmotoren erreichen will. Die gewünschte Frequenz
wird hierbei dem Steuerstromkreis des Leistungsverstärkers zugeführt, dessen Endstufe
in ihrem Anodenkreis die Motorwicklung enthält.
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Die Endstufe derartiger Leistungsverstärker zur Speisung von Wechselstrommotoren
wurde bisher a_1-gemein in der sogenannten Kathodenbasisschaltung ausgeführt, bei
der die Kathode der Röhre wechselstrommäßig geerdet ist. Die von einer solchen Endstufe
gelieferte Spannung UA bzw. NA ist in Fig. 1 schematisch dargestellt, und
zwar als Funktion des Widerstandes RA der Motorwicklung. Man erkennt, daß bei einem
bestimmten optimalen Widerstand (RA "t.) die Leistung ein Maximum erreicht,
während mit steigendem Widerstand RA die Spannung UA zunimmt. Ist der Widerstand
RA klein, so ist auch die abgegebene Leistung NA gering.
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Bei der Speisung eines Wechselstrommotors durch einen Verstärker mit
dem angedeuteten Verhalten ergibt sich ein sehr ungünstiges Betriebsverhalten im
Anlauf und bei Laststößen. Beim Einschalten stellt nämlich die Motorwicklung einen
Kurzschluß dar, so daß der Verstärker an sie nur eine sehr kleine Leistung abgibt.
Diese reicht unter Umständen nicht einmal zum Aufbringen der nötigen Beschleunigungsarbeit
aus, so daß der Motor seine Nenndrehzahl, die der eingestellten Frequenz entspricht,
nicht erreichen kann. Noch schwieriger ist das Anlaufen unter Last. Ähnlich wirkt
auch die hohe Stromaufnahme des Motors bei einer plötzlichen Lastzunahme, wobei
die Verstärkerspannung abnimmt und der Betriebspunkt auf der Leistungskurve wieder
nach sehr niedrigen Werten abwandert. Es besteht dabei die Gefahr, daß der Motor
stehenbleibt, sobald der Widerstand RA kleiner als RA onr. wird. Dies kann
beispielsweise dann der Fall sein, wenn ein vom Motor angetriebenes Werkzeug an
einem Werkstück angreift. Der Motor kann dann von selbst nicht mehr hochlaufen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Speisung
eines Wechselstrommotors über einen elektronischen Leistungsverstärker und einen
an dessen Ausgangsklemmen liegenden Transformator zu schaffen, der die obengenannten
Nachteile nicht aufweist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Endstufe
des Leistungsverstärkers in Anodenbasisschaltung geschaltet und der Mittelpunkt
der Primärwicklung des Transformators geerdet ist. Die Anodenbasisschaltung ist
an sich bekannt und wird insbesondere dann verwendet, wenn niederohmige Verbraucher
an Röhren gekoppelt werden sollen. Wegen des sehr niedrigen Innenwiderstandes einer
Verstärkerstufe in Anodenbasisschaltung wird die Ausgangsspannung vom Strom und
damit von der Last nur noch in sehr geringem Maß abhängig. In Fig. 2 ist schematisch
zum Vergleich wieder die Lastspannung und die abgegebene Leistung als Funktion des
Außenwiderstandes dargestellt. Man erkennt, daß bei niedrigem Außenwiderstand -
was einem hohen Motorstrom entspricht - trotz der etwas gesunkenen Spannung die
abgegebene Leistung größer ist als im Normalbetrieb.
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Besonders vorteilhaft ist es für die Speisung von Wechselstrommotoren,
eine Gegentaktschaltung in der Endstufe vorzusehen, und zwar vorzugsweise in AB-oder
B-Betrieb. Dadurch kann man relativ hohe Leistungen bei niedrigem Ruhestrom und
kleinem Klirrfaktor, d. h. wenig verzerrter Ausgangsspannung, erhalten.
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Ein Beispiel für eine solche Anordnung ist schematisch in Fig. 3 dargestellt.
Darin sind mit 1 und 2 zwei Elektronenröhren bezeichnet, die in Gegentaktschaltung
zwischen der positiven Anodenspannung an der Klemme 3 und dem Nullpunkt an der Klemme
4 liegen. Der Nullpunkt kann hierbei geerdet sein. Zwischen den beiden Kathoden
der Röhre ist noch der Ausgangstransformator 5 angeordnet, dessen Mittelanzapfung
mit dem Nullpunkt 4 verbunden ist. Die Sekundärwicklung des Transformators 5 speist
die Motorwicklung
6. Die Steuerspannung für die Steuergitter der
beiden Röhren wird über einen Transformator 7 zugeführt, dessen Sekundärwicklung
eine Mittelanzapfung aufweist. Dieser Anzapfung wird über die Klemme 8 in an sich
bekannter Weise die Gittervorspannung für beide Röhren gemeinsam zugeführt. Die
Röhren 1 und 2 sind als Tetroden dargestellt, da es besonders vorteilhaft ist, Röhren
mit hoher Leerlaufverstärkung zu verwenden. Auf diese Weise erreicht man bekanntlich,
daß der Innenwiderstand besonders klein wird und daß das Verhältnis zwischen Ausgangs-
und Eingangsspannung sich dem Wert 1 immer mehr nähert. Die Schirmgitter der Tetroden
erhalten über die Klemme 9 und die Entkopplungsglieder 10, 11, 12 und 13 die erforderliche
Vorspannung. Noch günstiger als Tetroden sind Pentoden, die in bekannter Weise noch
ein mit der Kathode verbundenes Bremsgitter zwischen Schirmgitter und Anode besitzen.
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In Fig. 4 ist dargestellt, wie die Verbraucherspannung vom Verbraucherstrom
abhängig ist. Hierbei gilt die Kurve I für die übliche Kathodenbasisschaltung, die
Kurve 1I für die Anodenbasisschaltung. Man sieht, daß bei der Anodenbasisschaltung
auch bei relativ hohen Anodenströmen JA die Spannung UA nur wenig abgesunken ist,
was auf den sehr kleinen Innenwiderstand der Endstufe zurückzuführen ist.
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Selbstverständlich muß man beim Aufbau der Schaltung nach der Erfindung
die bekannten Vorschriften, diefürAnodenbasisschaltungenbestehen, entsprechend berücksichtigen.
Beispielsweise muß die Heizspannung für die in der Figur nicht dargestellten Heizwicklungen
aus getrennten, gegeneinander gut isolierten Heizwicklungen abgenommen werden. Da
die Ausgangsspannung niemals größer sein kann als die Eingangsspannung, wird es
im allgemeinen erforderlich sein, die letztere auf den erforderlichen Wert hochzutransformieren.
Als Vorteil der Schaltung ergibt sich noch, daß der Ausgangstransformator nicht
am Hochspannungspotential liegt, sondern geerdeten Mittelpunkt aufweist, so daß
geringe Anforderungen an die Wicklungsisolation gestellt werden können. Um bei dauerndem
Kurzschluß des Ausgangsstromkreises die Röhren vor Zerstörung zu schützen, kann
es vorteilhaft sein, in den Anodenstromkreis eine träge Sicherung zu legen. Falls
es erforderlich ist, einen Drehstrom höherer, gegebenenfalls steuerbarer Frequenz
zu erzeugen, wird entweder je eine Gegenkontaktschaltung pro Phase mit entsprechend
phasenverschobenen Steuerspannungen vorgesehen, oder man verwendet zwei Endstufen
mit um 90° verschobener Aussteuerung und setzt ihre Ausgangsspannungen mittels der
bekannten Scott-Schaltung zu einem Dreiphasensystem zusammen. Ferner ist es auch
möglich, eine Scott-Schaltung im Steuerkreis vorzunehmen, um die jeweils um 120°
phasenverschobenen Steuerspannungen zu erhalten.
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Die Speisung eines Wechselstrommotors nach der Erfindung führt zu
einem besonders stabilen Arbeiten trotz schwankender Last.