DE1195397B - Einrichtung zur Drehzahlsteuerung eines Gleichstrom-Reihenschlussmotors - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Drehzahlsteuerung eines Gleichstrom-Reihenschlußmotors Es sind Drehzahlsteuereinrichtungen für einen Gleichstrom-Reihenschlußmotor bekannt, bei welchen die Drehzahlsteuerung des Gleichstrom-Reihenschlußmotors über einen steuerbaren Gleichrichter erfolgt, der aus einer Wechselstromquelle gespeist wird.
• Ferner ist die Verwendung von induktiven Gebern zur Drehzahlsteuerung von Elektromotoren durch entsprechende Steuerung eines im Motorstromkreis befindlichen Gleichrichters an sich bekannt. Schließlich sind auch Differentialtransformatoren als induktive Geber bekannt.
• Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht darin, eine Einrichtung zur Drehzahlsteuerung der vorgekennzeichneten Art zu schaffen, bei welcher eine größere Freiheit in der Anordnung des gesteuerten Gleichrichters in dem Stromkreis möglich ist. Bei einer Einrichtung zur Drehzahlsteuerung eines über einen steuerbaren Gleichrichter aus einer Wechselstromquelle gespeisten Gleichstrom-Reihenschlußmotors wird der Gleichrichter erfindungsgemäß über eine Diode durch die Summe der Ankerspannung und einer einstellbaren Wechselspannung gesteuert, die als Sekundärspannung einem primärseitig an die Wechselstromquelle angeschlossenen induktiven Geber entnommen wird.
• Bei einer praktischen Ausführungsform der Erfindung kann ein Differentialtransformator als induktiver Geber verwendet werden, der zwei Primärwicklungen aufweist, die an die Wechselstromquelle in Reihe und induktiv einander entgegenwirkend angeschlossen sind, und der ferner eine Sekundärwicklung aufweist, die mit den Primärwicklungen durch einen einstellbaren Anker gekoppelt ist.
• Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Transformator als induktiver Geber vorgesehen, der eine an die Wechselstromquelle angeschlossene Primärwicklung und eine Sekundärwicklung aufweist, die mit der Primärwicklung durch einen einstellbaren Anker induktiv gekoppelt ist.
• Durch Ändern der induktiven Kopplung wird eine stufenlose Steuerspannungsänderung, die zufolge ihrer elektrischen Isolierung von der Speisespannung eine größere Freiheit in der Anordnung des gesteuerten Gleichrichters in dem Stromkreis zuläßt. Daraus ergibt sich weiterhin der Vorteil einer verringerten Energiestreuung, und das zuverlässige Arbeiten der Einrichtung wird durch den Wegfall irgendwelcher Gleitkontakte erhöht.
• Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. F i g. 1 ist ein Schaltschema einer Einrichtung gemäß der Erfindung; F i g. 2 gibt eine Abänderung der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform wieder; F i g. 3 zeigt eine Abänderung der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform.
• Gemäß F i g. 1 ist ein Gleichstrom-Reihenschlußmotor, der, in Serie geschaltet, eine Feldwicklung 10 und eine Ankerwicklung 11 aufweist, mit der Anode 12 und der Kathode 13 eines gesteuerten Siliziumgleichrichters 14 in Reihe an eine Wechselstromquelle L-L geschaltet. Ein Differentialtransformator als induktiver Geber 15 hat zwei Primärwicklungen 16 und 17, die in Reihe, aber induktiv einander entgegenwirkend an die Stromquelle L-L angeschlossen sind. Ein ohmscher Widerstand 18 kann, wie dargestellt, mit den Primärwicklungen 16 und 17 in Reihe geschaltet sein, um die an die Wicklungen angelegte Spannung zu reduzieren. Der notwendige Scheinwiderstand kann natürlich gegebenenfalls allein in den Primärwicklungen 16 und 17 selbst vorgesehen sein.
• Eine Sekundärwicklung 19 des Transformators ist symmetrisch zwischen den Primärwicklungen 16 und 17 angeordnet, und es wird ein einstellbarer Anker 20 verwendet, um die gegenseitig induktive Kopplung zwischen den Wicklungen zu ändern. Wenn der Anker 20 sich beispielsweise in seiner in F i g. 1 dargestellten Mittelstellung befindet, bewirkt die gleiche Kopplung zwischen jeder der Primärwicklungen 16 und 17 und der Sekundärwicklung 19 das Verschwenden des resultierenden Flusses (infolge der induktiv einander entgegenwirkenden Wicklungen 16 und 17), so daß in der Sekundärwicklung 19 keine Spannung induziert wird.
• Wenn der Anker 20 aus der in F i g. 1 dargestellten Lage nach oben bewegt wird, wird die Kopplung zwischen den Wicklungen 16 und 19 erhöht und diejenige zwischen den Wicklungen 17 und 19 vermindert. Diese Differentialwirkung führt dazu, daß in der Sekundärwicklung 19 eine Wechselspannung von vorbestimmter Phasenlage induziert wird, wobei die Größe der Spannung im wesentlichen linear proportional der Ankerbewegung ist. Auf entsprechende Weise wird, wenn der Anker 20 aus der in F i g. 1 wiedergegebenen Mittelstellung nach unten bewegt wird, in der Sekundärwicklung 19 eine Wechselspannung induziert, deren Phasenlage derjenigen entgegengesetzt ist, die durch die Aufwärtsbewegung des Ankers 20 aus der Mittelstellung hervorgerufen wird, und ihre Größe ist ebenfalls im wesentlichen linear proportional der Ankerbewegung.
• Die Sekundärwicklung 19 des Transformators liefert daher eine Steuerwechselspannung von umkehrbarer Phase und einer Größe, die der Ankerbewegung proportional ist. Diese Steuerspannung wird in Reihe zur Gleichspannung an der Ankerwicklung 11 zwischen der Steuerklemme 21 und der Kathode 13 des gesteuerten Siliziumgleichrichters 14 angelegt. In diesem Stromkreis ist eine Diode 22 angeordnet, die eine solche Polarität hat, daß sie nur eine positive Spannung an die Steuerklemme 21 durchläßt.
• Da der Gleichrichter 14 nur leitend ist, wenn die Steuerklemme 21 und die Anode 12 mit Bezug auf die Kathode 13 positiv sind, und da diese Bedingung nur bei der einen Bewegungsrichtung des Ankers 20 aus seiner Mittelstellung erfüllt wird, ergibt sich, daß jede andere Stellung des Ankers 20 keine derartige Steuerspannung erzeugt, so daß der Motor in diesem Bereich der Ankerbewegung stehenbleibt. Auf diese Weise ist es mittels des Differentialtransformators leicht möglich, für den Anker 20 eine der Drehzahl Null entsprechende Stellung zu erhalten. Wenn der Anker 20 in der Richtung bewegt wird, in der eine Steuerspannung von der richtigen Phasenlage zum Zünden des Gleichrichters 14 geliefert wird, wird eine stufenlose Drehzahlsteuerung erhalten, die im wesentlichen linear proportional der Ankerbewegung ist.
• Zufolge des Umstandes, daß in diesem Stromkreis die Steuerspannung von der Speisespannung elektrisch isoiiert ist, ist in der Anordnung des gesteuerten Gleichrichters 14 selbst eine bestimmte Freiheit möglich. Beispielsweise würde der Stromkreis gemäß F i g. 1 funktionell nicht verändert werden, wenn die Feldwicklung 10 zwischen der Anode 12 und der Verbindungsstelle der Wicklung 17 mit der einen Klemme der Stromquelle L-L in Reihe angeordnet würde.
• F i g. 2 zeigt eine Abänderung der Einrichtung gemäß F i g. 1, die sich von diesem im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß beim induktiven Geber 15 die Primärwicklung 16 weggelassen ist, was einen einfachen Transformator mit zwei Wicklungen und veränderter Kopplung an Stelle des Differentialtransformators der F i g. 1 ergibt. In dieser Einrichtung wird nur eine Primärwicklung 17 verwendet. Die Kopplung zwischen der Primärwicklung 17 und der Sekundärwicklung 19 kann wiederum durch Bewegen des Ankers 20 geändert werden. Die Arbeitscharakteristiken sind im wesentlichen die gleichen wie die des Differentialtransformator-Steuerkreises gemäß F i g. 1, mit einer einzigen Ausnahme. Die minimale Drehzahl des Motors bei der Einrichtung gemäß F i g. 2 wird durch die kleinste Kopplung zwischen der Primärwicklung 17 und der Sekundärwicklung 19 bestimmt. Da zwischen diesen beiden Wicklungen stets eine gewisse Kopplung vorhanden ist, ist es unmöglich, eine Steuerspannung Null zwangläufig herzustellen, so daß sich statt des Stillstands eine langsame Drehung der Motorwelle ergeben kann.
• Ein Vorteil der Einrichtung gemäß F i g. 2 liegt darin, daß die lineare Bewegung des Ankers 20 eine logarithmische Änderung der Steuerspannung bewirkt, wodurch der Steuerbereich für niedrige Drehzahlen ohne die Verwendung komplizierter mechanischer Lenkerverbindungen erweitert werden kann.
• Weitere Abänderungen des Stromkreises gemäß F i g. 1 sind durch die Hinzufügung eines oder zweier Kondensatoren 24, 25 (in F i g. 1 gestrichelt dargestellt) möglich, die parallel zu den Primärwicklungen 16 und 17 geschaltet sind. Diese Kondensatoren haben die Wirkung, daß sie die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie durch Verschieben der Phasenlage der Steuerspannung ändern.
• In ähnlicher Weise kann bei der Einrichtung gemäß F i g. 2 ein Kondensator 26 (gestrichelt dargestellt) hinzugefügt werden, um die Phasenlage der Steuerspannung relativ zur Spannung der Stromquelle L-L zu verschieben.
• F i g. 3 zeigt eine Einrichtung, die im wesentlichen der in F i g. 2 dargestellten gleicht, mit der Ausnahme, daß ein Gleichstrom-Reihenschlußmotor verwendet werden kann, bei dem zwei Feldwicklungen 10a, 10b vorgesehen sind, die auf jeder Seite der Ankerwicklung 11 symmetrisch angeschlossen sind. In diesem Fall bildet die Wicklung 10 b einen Teil des Steuerstromkreises zwischen der Steuerklemme 21 und der Kathode 13 des gesteuerten Gleichrichters 14. Es wurde gefunden, daß die Anordnung der einen Feldwicklung 10 b in dem Steuerstromkreis die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie nicht merklich verschlechtert und eine bei Motoren mit zwei Feldwicklungen anwendbare Schaltanordnung darstellt, die einfacher ist als eine, bei der der gesteuerte Gleichrichter 14 zwischen den Anker und die eine Feldwicklung geschaltet wäre. Die Einrichtung gemäß F i g. 3 liegt daher ebenfalls im Rahmen der Erfindung.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Einrichtung zur Drehzahlsteuerung eines über einen steuerbaren Gleichrichter aus einer Wechselstromquelle gespeisten Gleichstrom-Reihenschlußmotors, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß der Gleichrichter (14) über eine Diode (22) durch die Summe der Ankerspannung und einer einstellbaren Wechselspannung gesteuert wird, die als Sekundärspannung einem primärseitig an die Wechselstromquelle angeschlossenen induktiven Geber (15) entnommen wird.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Differentialtransformator als induktiver Geber (15), der zwei Primärwicklungen (16, 17), die an die Wechselstromquelle in Reihe und induktiv einander entgegenwirkend angeschlossen sind, und eine Sekundärwicklung (19) aufweist, die mit den Primärwicklungen durch einen -einstellbaren Anker (20) induktiv gekoppelt ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Transformator als induktiver Geber (15), der eine an die Wechselstromquelle angeschlossene Primärwicklung (17) und eine Sekundärwicklung (19) aufweist, die mit der Primärwicklung (17) durch einen einstellbaren Anker (20) induktiv gekoppelt ist. In. Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 981880, 2 981879, 2 939 064, 2 846 640, 2 416159; Feinwerktechnik 1959, .S. 393 bis 402; Werkstattstechnik 1960, S. 505.