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Anordnung zur Dämpfung des Stellvorgangs eines als Stellmotor verwendeten
Zweiphasen-Induktionsmotors Die rechtzeitige Abbremsung der Stellbewegung eines
Stellmotors ist in der Regeltechnik eine bekannte Aufgabe. Sie soll verhindern,
daß der Motor über seine vorgegebene Stellung hinausläuft und diese erst nach mehreren
Pendelbewegungen erreicht. Das schädliche Überschießen wird im allgemeinen durch
die Trägheit der sich drehenden Masse des Motors hervorgerufen. Zum Beispiel wird
bei einem selbsttätig sich einstellenden Kompensator ein Servomotor durch den Spannungsunterschied
zwischen einer Meßspannung und einer Kompensationsspannung gesteuert. Der Motor
stellt den Schleifer eines Potentiometers ein, an dem die Kompensationsspannung
abgegriffen wird. Der vorerwähnte Spannungsunterschied soll den Motor sich so lange
drehen lassen, bis die abgegriffene Kompensationsspannung genau die Meßspannung
aufwiegt. Infolge der Trägheit des Rotors des Servomotors und der angeschlossenen
mechanischen Einrichtungen wird der Abgriff jedoch über die gewünschte Stellung
hinaus bewegt. Dadurch erhält der Motor eine Spannung, die ihn zur Umkehr veranlaßt.
Es ist nun möglich, daß der Motor laufend um den Sollwert der Einstellung pendelt
und ihn nie endgültig erreicht. Aber auch wenn er ihn nach mehreren abklingenden
Pendelungsamplituden schließlich erreichen sollte, ist diese Art der Einstellung
höchst unerwünscht.
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Die geschilderten Umstände machen es erklärlich, daß schon seit langem
nach Möglichkeiten gesucht wurde, Stellmotoren am überschießen der gewünschten Stellung
zu hindern. So sind auch schon verschiedene Dämpfungsanordnungen bekanntgeworden.
Einige dieser Anordnungen wirken so, daß einem dem Motor vorgeschalteten Verstärker
eine Gegenkopplungsspannung zugeleitet wird, die proportional seiner Drehzahl ist;
beispielsweise wurde mit dem Stellmotor ein Tachodynamo gekuppelt und die von diesem
erzeugte Spannung als Gegenkopplungsspannung benutzt. Es ist auch bekannt, eine
im laufenden Motor induzierte Gegenspannung, die proportional der Drehzahl ist,
zur gegenphasigen Aussteuerung eines dem Motor vorgeschalteten Verstärkers zu benutzen.
Auch diese Gegenkopplung ist von der Motordrehzahl abhängig und wird deshalb mit
abnehmender Drehzahl des Motors immer schwächer, so daß ein langsames Einlaufen
des Motors in seine Endstellung stattfindet. Dies wirkt sich nachteilig auf die
gesamte Einstellzeit des Motors aus. Es ist auch bekannt, einer Wicklung eines Wechselstrommotors
zur Dämpfung eine Gleichspannung oder eine Spannung von der doppelten Frequenz der
normalen Betriebsspannung zuzuführen. Bei einer ausgeführten Schaltung dieser Art
nimmt die Dämpfungsspannung zwar mit abnehmender Steuerspannung zu, die Dämpfung
jedoch beruht auf einer Wirbelstrombildung im Motorläufer und ist deshalb auch drehzahlabhängig.
Demgegenüber soll die vorliegende Erfindung eine Dämpfung erzielen, die nicht von
der jeweiligen Drehzahl des Motors abhängt, sondern dem Betrag nach konstant bleibt,
bis der Motor stillsteht.
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Ein anderes mit der Dämpfung der Stehbewegung eines Stellmotors für
einen selbsttätigen Kompensator zusammenhängendes Problem ist der Zeitpunkt, an
dem die Dämpfung eingeleitet wird. Es wird im allgemeinen dadurch gelöst, daß die
Steuerspannung für den Motor über einen empfindlichen Verstärker verstärkt wird
und im allgemeinen so groß gewählt ist, daß sie den Verstärker übersteuert. Dadurch
wird die während der ganzen Laufzeit des Motors ebenfalls am Verstärker anliegende
Gegenkopplungsspannung wirkungslos. Erst wenn die Steuerspannung bei Annäherung
des Motors an seine Sollstellung zurückgeht, überwiegt ällmählich die Gegenkopplungsspannung
und steuert den Verstärker aus. Die Lösung dieses Problems stellt jedoch keinen
Gegenstand der vorliegenden Erfindung dar. Sie wird als bekannt vorausgesetzt.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Dämpfung des Stellvorganges
eines als Stellmotor verwendeten Zweiphasen-Induktionsmotors mit einer Erregerwicklung
und einer über einen Verstärker gespeisten Steuerwicklung, vorzugsweise des Nullmotors
eines selbsttätigen Kompensators.
Gemäß der Erfindung ist die Anordnung
dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe eines Phasendiskriminators aus der Spannung
an der Steuerwicklung und der Spannung an der Erregerwicklung des Induktionsmotors
eine in ihrer Polarität von der Phasenlage dieser Spannungen abhängige Gleichspannung
abgeleitet wird und diese Gleichspannung eine Phasenwendeapordnung derart steuert,
daß diese dem Verstärker eine dem Betrag nach konstante Wechselspannung mit einer
der jeweiligen Spannung an der Steuerwicklung entgegengesetzten Phasenlage gegenkoppelnd
zuführt.
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Die vom Phasendiskriminator gelieferte Gleichspannung und damit auch
die Gegenkopplungsspannung für den Verstärker ist also nur von der Phasenlage der
Steuerspannung in bezug auf die Erregerspannung des Stellmotors und nicht von der
Drehzahl des Motors abhängig. Dadurch wird mit Sicherheit vermieden, daß die Dämpfung
bei Annäherung des Motors an seine Sollstellung langsam nachläßt.
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Der Phasendiskriminator und die Phasenwendeanordnung können so eingestellt
sein, daß bei fehlender Spannung an der Steuerwicklung des Stellmotors auch das
Gleichspannungssignal des Phasendiskriminators und damit die Ausgangsspannung der
Phasenwendeanordnung ausbleibt.
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Eine der Spannung an der Steuerwicklung des Stellmotors proportionale
Spannung für den Phasendiskriminator kann einer Ausgangsdrossel des der Steuerwicklung
vorgeschalteten Verstärkers entnommen werden.
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Zwischen den Phasendiskriminator und die Phasenwendeanordnung kann
eine Impedanzwandlerstufe geschaltet sein.
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Vor der Eingangsklemme der Impedanzwandlerstufe kann ein Siebglied
angeordnet sein, das einen einstellbaren Längswiderstand aufweist.
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Die Erfindung wird an Hand zweier Figuren, welche ein Ausführungsbeispiel
darstellen, näher erläutert.
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In der F i g. 1 ist die Schaltung des Verstärkerteiles und der Dämpfungsanordnung
für einen selbstabgleichenden Kompensator als Blockschaltbild dargestellt. Einem
Modulator oder Zerhacker 1 wird der Spannungsunterschied zwischen der Meßspannung
und der Kompensationsspannung als Gleichspannung bestimmter Polarität zugeführt.
Diese Spannung wird im Modulator 1 im Takt der Netzfrequenz zerhackt. In einer auf
den Modulator folgenden Filterstufe 2 wird die zerhackte Spannung von der 2. Harmonischen
der Netzfrequenz befreit. Die Ausgangsgröße des Filters 2 wird einer Vorverstärkerstufe
3 zugeführt. Auf diese Vorverstärkerstufe folgt ein Endverstärker 4, der
die Steuerwicklung eines Zweiphasen-Induktionsmotors 5 speist. Einem zweiten Ausgang
des Endverstärkers 4 wird eine der Spannung an der Steuerwicklung proportionale
Spannung entnommen und einem Phasendiskriminator 6 zugeleit. Die Vergleichsspannung
für den Phasendiskrimiuator wird einer Wechselspannungsquelle 7 entnommen, welche
Spannungen von Netzfrequenz außerdem für den Modulator 1, die Erregerwicklung
des Motors 5 und für eine Phasenwendestufe 8 liefert. In bekannter Weise ist dafür
gesorgt, daß die Spannungen an der Steuer- und Erregerwicklung des Motors um ± 901
gegeneinander verschoben sind. Das Ausgangsgleichstromsignal des Phasendiskriminators
6 steuert je nach seiner Polarität die Phase der Ausgangsspannung der Phasenwendestufe
8 um 180°. Diese Ausgangsspannung wird nochmal in einer Verstärkerstufe 9
verstärkt und dann als Gegenkopplungsspannung dem Endverstärker 4 zugeführt.
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In der F i g. 2 ist eine eingehendere Schaltskizze mit den Teilen
6, 7, 8 und 9 der F i g. 1 dargestellt. Links oben in der Figur ist
der Phasendiskriminator 6 zu erkennen, der aus Kondensatoren Cl und C2, aus Widerständen
R1 und R2 und aus Gleichrichtern G11 und G12 besteht. Die Eingangsspannung des Phasendiskriminators
wird aus einer nicht gezeichneten Hilfswicklung mit Mittelanzapfung einer Ausgangsdrossel
des Endverstärkers entnommen, die parallel zur Steuerwicklung des Motors liegt.
Eine Vergleichsspannung für den Phasendiskriminator wird durch einen Übertrager
ü1 geliefert. Je nach der gegenseitigen Phasenlage dieser beiden Spannungen entsteht
zwischen den Punkten A und B eine Gleichspannung, die positiv oder
negativ ist. Auf den Punkt A folgt ein Siebglied, welches aus Kondensatoren C4 und
C5 und einem einstellbaren Längswiderstand R$ besteht. Dieses Siebglied soll die
Netzfrequenz, die der Gleichspannung etwa noch anhaftet, zurückhalten. Eine auf
das Siebglied folgende Impedanzwandlerstufe, die durch einen Transistor V1 gebildet
wird, formt die positive oder negative Gleichspannung zwischen den Punkten
A und B in eine einseitig gerichtete Gleichspannung von wechselnder
Höhe um. Bei Fehlen einer Spannung an der Steuerwicklung des Motors hat der Punkt
B dasselbe Gleichstrompotential wie der Punkt A. Einer zweiten Sekundärwicklung
des Übertragers Uh wird über ein Phasendrehglied, das aus Widerständen R3, R4, R5
und einem Kondensator C3 besteht, eine Hilfswechselspannung entnommen und über eine
Reihenschaltung eines Widerstandes R11 und eines Kondensators C6 zwischen die Punkte
D und G gelegt. Eine dieser Hilfsspannung entsprechende Spannung kann über einen
Kondensator C7 und einen Widerstand R14 gleichphasig zwischen den Punkten E und
G entstehen. Sie kann zwischen diesen Punkten E und G aber auch entstehen, nämlich
über einen Widerstand R12, einen Transistor V2 und einen Widerstand R1.. Dadurch
herrscht zwischen den Punkten E und G beim Fehlen einer Spannung an der Steuerwicklung
des Motors praktisch nur eine halbwellige gleichgerichtete Restspannung von doppelter
Netzfrequenz. Liegt dagegen eine Spannung an der Steuerwicklung des Motors, so läßt
die zwischen den Punkten D und G entstehende, vom Phasendiskriminator 6 stammende
Gleichspannung, die vom Übertrager t71 kommende, über C6 und R11 geführte Wechselspannung
zwischen den Punkten E und G mit gegensinnigem, also dämpfendem Phasensinn erscheinen.
Diese Gegenkopplungsspannung wird durch nachfolgende Transistorstufen V3 und V4
verstärkt. Zwischen den Punkten F und G abgegriffen kann die verstärkte Gegenkopplungsspannung
der nicht besonders dargestellten Treibervorstufe des Steuerverstärkers 4 zugeführt
werden. Mit Hilfe des einstellbaren Längswiderstandes R8 läßt sich ein vollkommen
aperiodisches Einlaufen in die Sollstellung des Stellmotors erzielen. Der einstellbare
Widerstand R5 dient zur Einstellung der richtigen Phasenlage der Wechselspannung
für die Phasenwendestufe B. Die Widerstände R11 und R22 können zum Einstellen der
Höhe der Gegenkopplungsspannung dienen, während der Widerstand R14 dazu benutzt
wird, die Amplituden
der zwischen den Punkten E und G auftretenden,
einander entgegengerichteten Wechselspannungen einander anzupassen.