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Anordnung zur Steuerung eines elektrischen Stellmotors Die Erfindung
bezieht sich auf eine Anordnung zur Steuerung eines elektrischen Stellmotors, der
innerhalb einer mittels einer konstanten Taktimpulsfrequenz vorgegebenen Periodendauer
über eine Zeit eingeschaltet wird, die proportional einer Steuergleichspannung ist.
Solche Stellmotorsteuerungen werden insbesondere bei den Schlingenregelungen und
Anstellungsregelungen von Walzgerüsten benötigt.
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Bei einer bekannten Anordnung, die nach dem vorgenannten Prinzip arbeitet,
wird die Steuergleichspannung als Gegenspannung in den Gitterkreis einer Dampf-
oder Gasentladungsröhre eingeführt. Dies erfordert eine erdpotentialfreie Steuerspannung.
Eine derartige Spannung ist aber - besonders wenn sie einer hochohmigen Quelle entstammt
- störanfällig, d. h., sie unterliegt Schwankungen. Dies hat zur Folge, daß auch
die Zündspannung, die sich als Differenzspannung aus der Spannung am Kondensator
im Gitterkreis und der Steuergleichspannung ergibt, schwankt.
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Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Sie besteht darin, daß die
Steuergleichspannung an ein RC-Glied gelegt ist, dessen Kondensator ein Transistorkippverstärker
nachgeschaltet ist, der ein Schaltglied für den Stellmotor speist, und daß dem Kondensator
ein Entladestromkreis mit einem Transistor parallel geschaltet ist, der von einem
Taktimpulsgeber mit der Taktimpulsfrequenz gesteuert wird.
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Die Erfindung vermeidet die oben beschriebenen Nachteile, weil eine
einpolig geerdete Steuergleichspannungsquelle verwendet werden kann. Ein weiterer
Vorteil der Erfindung besteht darin, daß standardisierte Bausteine der modernen
datenverarbeitenden Technik verwendet werden.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der nachfolgenden
Beschreibung zweier in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele zu entnehmen.
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F i g. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild einer Anordnung für eine Stellmotorsteuerung;
F i g. 2 veranschaulicht die Wirkungsweise der Steueranordnung nach F i g. 1, wobei
in Zeile a die von dem Impulsgenerator kommenden Taktimpulse, in Zeile b die am
Kondensator des RC-Gliedes auftretenden Spannungen und in Zeile c die für das Schaltglied
geltenden Spannungszeitflächen bei verschieden hohen Steuerspannungen dargestellt
sind; F i g. 3 zeigt eine andere Anordnung im Prinzipschaltbild; F i g. 4 veranschaulicht
die Wirkungsweise der Steueranordnung nach F i g. 3, und F i g. 5 und 7 zeigen verschiedene
Ausführungsbeispiele mit positiven und negativen Steuersignalen im Blockschaltbild.
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In F i g. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Stellmotorsteueranordnung
schematisch dargestellt. Mit 1
ist ein Stellmotor, beispielsweise ein selbstanlaufender
Einphasenmotor, bezeichnet, der mit Hilfe eines Kontaktes 2 eines Relais 3 an eine
Wechselstromquelle 4 gelegt werden kann. Mit 5 ist ein Modulator bezeichnet, der
von einem Taktimpulsgeber 6 gesteuert wird. Der Modulator 5 enthält ein aus einem
Widerstand 7 und einem Kondensator 8 bestehendes RC-Glied, einen dem Kondensator
8 parallelgeschalteten Transistor 9 mit Schutzwiderstand 10 sowie
einen Transistorkippverstärker 11. An die Eingangsklemmen 12,13 des Modulators 5
wird eine Steuergleichspannung angelegt.
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Beim Anlegen der Steuergleichspannung wird der Kondensator 8 über
den Widerstand 7 aufgeladen. Die Spannung U, am Kondensator 8 steigt an. Hat die
Spannung U, einen bestimmten Wert erreicht, beispielsweise nach einer Zeit t1 gemäß
F i g. 2, so spricht der Transistorkippverstärker 11 an und schaltet das Relais
3 ein. Das Relais 3 und somit der Stellmotor 1 bleiben so lange eingeschaltet, bis
vom Taktimpulsgeber 6 ein Taktimpuls an dem Transistor 9 eintrifft, wodurch dieser
leitend wird, so daß sich der Kondensator 8 über ihn entladen kann. Demzufolge kippt
der Verstärker 11 in seine Ruhelage zurück, und das Relais 3 fällt ab. Aus F i g.
2 ist ersichtlich, daß die Zeit für die Aufladung des Kondensators von Null bis
zur Ansprechspannung Uk des Transistorkippverstärkers und damit die Pause angenähert
umgekehrt proportional der
Steuerspannung ist. Durch entsprechende
Bemessung der Schaltglieder kann man im angenähert linearen Teil der Kennlinie in
Zeile b arbeiten.
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In F i g. 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel dargestellt, das zwar
nach dem gleichen Prinzip arbeitet, wobei aber nicht die Aufladezeit, sondern die
Ent- bzw. Umladezeit eines Kondensators verwendet wird. Gleiche Teile sind mit gleichen
Bezugszeichen wie in F i g. 1 versehen. Liegt an den Eingangsklemmen 15,16 des Modulators
eine Steuergleichspannung, so wird ein Kondensator 17 über einen Widerstand 18 und
die Emitter-Basis-Strecke eines Transistors 19 aufgeladen. Da der Transistor 19
geöffnet ist, ist der Transistor 20 gesperrt, so daß auch das Relais 3 entregt
ist. Kommt ein Taktimpuls vom Taktimpulsgeber 6, so wird der Transistor 21 leitend.
Dadurch wird eine Umladung des Kondensators 17 über den Widerstand
22 auf die in F i g. 3 mit 24 V angegebene Spannung eingeleitet. Die Basis
des Transistors 19 wird positiv, so daß dieser sperrt, dadurch öffnet der Transistor
20, und das Relais 3
schaltet den Motor ein. Damit der Umladevorgang
unabhängig von der Impulsdauer des Impulsgebers 6
vor sich gehen kann, wird
der Transistor 21 über einen Widerstand 23 an Transistor 19 rückgekoppelt. Solange
der Transistor 19 gesperrt ist, bleibt der Transistor 21 geöffnet. Sobald
die Spannung am Kondensator 17 den Wert Null erreicht hat, öffnet der Transistor
19 wieder. Hierdurch wird der Transistor 20 gesperrt, und das Relais 3 fällt ab.
Der Transistor 21 wird wiederum gesperrt und der Umladevorgang unterbrochen,
worauf der Kondensator 17 neuerdings mit der Steuergleichspannung aufgeladen wird.
Daraus ergibt sich, daß die Entladezeit, d. h. die beim Null-Durchgang unterbrochene
Umladezeit des Kondensators 17 proportional der Steuergleichspannung ist
und damit auch die Einschaltzeit des Relais 3. Aus F i g. 4 ist die Wirkungsweise
ersichtlich.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 ist es wichtig, daß die
Zeitkonstante des Aufladekreises wesentlich größer ist als die Zeitkonstante des
Entladekreises; bei Ausführung nach F i g. 3 umgekehrt.
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Zur Erzeugung der Taktimpulsfrequenz kann beispielsweise eine an sich
bekannte Multivibratorschaltung verwendet werden. Bei niedrigen Taktimpulsfrequenzen
kann in an sich bekannter Weise als Taktimpulsgeber auch ein von einem Synchronmotor
betriebener Nockenschalter verwendet werden.
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Die Modulatoren können nur Signale mit einer Polarität verarbeiten;
bei pnp-Transistoren nur negative Spannungen, bei npn-Transistoren nur positive
Spannungen. Sollen Signale mit verschiedenen Vorzeichen verarbeitet werden, entsprechend
verschiedenen Drehrichtungen des Stellmotors, bedarf die vorbeschriebene Lösung
einiger Ergänzungen.
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In F i g. 5 ist ein solches Ausführungsbeispiel dargestellt. Die positiven
und negativen Signalspannungen ± U werden auf einen Diskriminator 27 gegeben,
der die Signalspannungen je nach deren Polarität über eine Diode 28 oder
über eine Diode 29 und eine Umkehrstufe 30 dem Betrag nach auf einen Modulator
31 gibt. Die von dem Modulator kommenden Signale werden auf Undstufen 32
und 33 gegeben, die von dem Diskriminator 27 das entsprechende Vorzeichen erhalten.
Von den Undstufen 32 und 33 wird mit Hilfe der Relais 34 und 35 ein Stellmotor 36
mit entsprechender Drehrichtung gesteuert. F i g. 6 a zeigt im Gegensatz zu F i
g. 5 ein Ausführungsbeispiel mit zwei Modulatoren 37 und 38, wobei die Signalspannung
für den Modulator 37 über eine Umkehrstufe 39 zugeführt wird; alle anderen Teile
bleiben gleich.
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Wird der zweite Modulator 37 statt mit pnp-Transistoren mit npn-Transistoren
aufgebaut, so kann die Umkehrstufe 39 gemäß F i g. 6 a entfallen. Diese Möglichkeit
ist in F i g. 6 b wiedergegeben; der Modulator 38 ist hierbei mit pnp-Transistoren
und der Modulator 40 mit npn-Transistoren aufgebaut.
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Steht für das positive Signal auch eine negative Steuerspannung zur
Verfügung, so kann eine Schaltung gemäß F i g. 7 verwendet werden. Gleiche Teile
sind wieder mit gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 5 und 6 bezeichnet.
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Wird an Stelle eines Relais ein gittergesteuertes Gasentladungsgefäß
oder ein dementsprechendes Halbleiterbauelement für die Schaltung des Stellmotors
vorgesehen, so wird das Relais 3 durch einen Widerstand ersetzt. Mit dem Spannungsabfall
an diesem Widerstand wird das vorgenannte Entladungsgefäß gesteuert.
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Durch die Wahl der Taktimpulsfrequenz und der Größe des RC-Gliedes
kann das Gerät an jede Stellaufgabe angepaßt werden. Für die in Betracht gezogenen
Anwendungsfälle kommen Zeiten für die Spieldauer von etwa 1 bis 10 Sekunden in Frage.
Grundsätzlich kann aber jede kleinere oder größere Spieldauer eingestellt werden.
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Die Schaltanordnung ist vorzugsweise mit logischen Schaltelementen
aufgebaut.