-
Drehzahlregeleinrichtung für einen drehrichtungsumsteuerbaren Leonardmotor
Die Erfindung betrifft eine Drehzahlregeleinrichtung für drehrichtungsumsteuerbare
Leonardmotoren.
-
Bei Antrieben von Prüfanlagen und Werkzeugmaschinen besteht vielfach
der Wunsch, für die Steuerung und Regelung der Maschinen kleine Geräte für die Drehzahleinstellung
zur Verfügung zu haben, um beispielsweise eine Fernsteuerung bzw. -regelung mittels
eines ortsveränderlichen Tableaus oder ähnlicher Geräte zu ermöglichen. Weiterhin
ist es wünschenswert, unter Vermeidung der üblichen verlustbehafteten Feldsteller
Geräte zu verwenden, die an ihrer Einbaustelle wenig Raum benötigen und wenig Wärme
entwickeln.
-
Zum Regeln von elektrischen Maschinen sind bereits Kontaktregler bekannt,
die das Erregerfeld periodisch zu- und abschalten. Beim Antrieb großer Schwungmassen
ergeben sich durch diese Regelung jedoch unter Umständen unzulässig hohe Ströme.
-
Bei von Leonardgeneratoren gespeisten elektrischen Maschinen ist es
bekannt, die im Generatorerregerkreis liegenden Überbrückungskontakte von Stromrelais
zur Strombegrenzung zu verwenden. Außerdem ist es auch bekannt, bei Geschwindigkeitsregeleinrichtungen
den Ansprechwert des Tirillreglers selbsttätig bei von außerhalb des Regelsystems
kommenden Störungen zu verändern. Ferner ist eine stetigähnliche Regelung der Erregung
einer elektrischen Maschine mittels eines sogenannten Tirillreglers bekannt, dem
als Istwert die Maschinenspannung zugeführt wird und dessen Sollwert veränderbar
ist. Mit einer derartigen Einrichtung läßt sich jedoch das Erregerfeld und damit
die Drehrichtung nicht ohne weiteres umkehren.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine derartige Drehzahlregeleinrichtung
für einen drehrichtungsumsteuerbaren Leonardmotor, bei der die Erregung des zugehörigen
Leonardgenerators durch einen Kontaktregler erfolgt, dem in einer Vergleichsschaltung
eine dem Istwert und eine dem Sollwert der Drehzahl proportionale Spannung zuführbar
ist, derart zu verbessern, daß mit einer von einem Potentiometer abgeleiteten wahlweise
positiven oder negativen Sollwertspannung die Drehzahl und Drehrichtung des Antriebes
genau gesteuert bzw. geregelt werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß die Vergleichsschaltung für die den beiden Drehrichtungen entsprechenden
Stromrichtungen je einen Kontaktregler enthält, deren Kontakte in dem Erregerkreis
der Erregerwicklung des Leonardgenerators derart angeordnet sind, daß jedA Kontaktregler
eine bestimmte Durchflutungsrichtung der Erregerwicklung zugeordnet ist.
-
An Hand der Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert: Der von einem
Drehstrommotor 2 angetriebene Leonardgenerator 1 speist einen Leonardmotor 3. Die
Fremderregerwicklung des Leonardgenerators 1
ist in zwei Wicklungshälften
4 und 5 aufgeteilt, die mit Widerständen 6 und 7 von etwa gleichen Widerstandswerten
zu einer Brücke zusammengeschaltet sind. Die Brücke wird von den beiden Gleichrichteranordnungen
8 und 9 gespeist, die über Sekundärwicklungen 10 und 11 eines Transformators 12
mit einem Wechselstromnetz verbunden sind. Die Polarität der Gleichrichteranordnungen
8 und 9 ist dabei so gewählt, daß, wenn beide Schaltkontakte r 1 und r2 geschlossen
sind, beide Wicklungshälften 4 und 5 nicht erregt sind, so daß im Ankerkreis des
Generators auch keine Spannung induziert wird.
-
Zum Steuern des Leonardmotors ist nun eine Brücke B 1 - im folgenden
Spannungsmeßbrücke genannt - vorgesehen, die in einem Brückenzweig die beiden Kontaktregler
R 1 und R 2 mit den Schaltkontakten r1 und r2 enthält. Den beiden Kontaktreglern
sind Gleichrichter 13 und 14 vorgeschaltet, die entgegengesetzte Polung besitzen.
Die anderen Brückenzweige werden durch ohmsche Widerstände 15, 16 und 17 gebildet,
welche so bemessen sind, daß die Spannungsmeßbrücke abgeglichen ist. Die beiden
diagonal auseinanderliegenden Punkte e und f der Spannungsmeßbrücke sind mit den
Punkten a und b des Ankerstromkreises verbunden und liegen somit an der Ankerspannung
des Leonardmotors. Die beiden anderen Brückenpunkte c und d liegen an einer Gleichspannung,
die nach Größe und Richtung wählbar ist. Die Spannungsmeßbrücke stellt
also
im ganzen eine Spannungsvergleichsanordnung dar, bei der an der einen Brückendiagonale
der willkürlich eingestellte Sollwert und an der anderen Brückendiagonale der jeweils
vorhandene Istwert auftritt, wobei Abweichungen des Istwertes vom jeweiligen Sollwert
nach oben oder unten hin sich dahin gehend auswirken, daß entweder der Kontaktregler
R 1 oder der Kontaktregler R 2 anspricht.
-
Eine einfache Steuerung des Leonardsatzes würde sich nun bereits ergeben,
wenn man mit Hilfe eines Potentiometers od. dgl. an die Diagonale der Spannungsmeßbrücke
c, d wählbare Spannungen anlegen würde. Man könnte damit in beiden Drehrichtungen
vom Stillstand aus jede gewünschte Drehzahl erreichen und ebenso von jeder Drehzahl
aus in den Stillstand gelangen. Es können aber dabei beim Bremsen und Anfahren unter
Umständen unzulässig hohe Ströme auftreten. Entsprechend ist in Ausbildung der Erfindung
eine Strombegrenzungsregelung vorgesehen, die im nachfolgenden näher erläutert wird.
-
Zur Erzeugung der Spannung, die an den Brückenpunkten c und d gebildet
werden soll, dient eine Gleichrichteranordnung mit einem Potentiometer 23. Über
einen Transformator 18 wird die benötigte Spannung dem Wechselstromnetz entnommen,
wobei die beiden Sekundärwicklungen 19 und 20 über die Schaltkontakte
r3 und r4 an -zwei Gleichrichterbrücken 21 und 22 gelegt sind. Das Potentiometer
23 gestattet, ohne Verwendung von zusätzlichen Schaltern zur Umpolung, unmittelbar
eine Steuerung des Leonardsatzes in beiden Drehrichtungen. In seiner Mittelstellung
liegt der Abgriff 24 des Potentiometers 23 an einer Stelle, bei der kein Strom im
Brückenkreis fließt und somit der Sollwert für die Drehzahl Null ist. Die Remanenz
des Leonardgenerators 1 möge dabei vernachlässigbar sein.
-
Die Gleichrichter 21 und 22 sind so gepolt, daß an den Punkten
h und i die Summe ihrer Spannungen liegt. Wenn also der Abgriff 24
des Potentiometers 23 in Richtung auf den Punkt h verschoben wird, so werden Spannungswerte
entgegengesetzter Polarität wirksam im Vergleich zu einer Bewegung in Richtung auf
den Punkt i hin. Dementsprechend wird ein Brückenstrom unterschiedlicher Größe und
Richtung in der Spannungssmeßbrücke B 1 hervorgerufen, der entweder zu einer Erregung
des Kontaktreglers R 1 oder des Kontaktreglers R2 führt. Der betreffende Kontaktregler
bleibt so lange angezogen, wie die Spannung an den Punkten a, b im Ankerkreis
noch nicht nachgekommen ist. Sobald aber der erforderliche Wert der ersteren Spannung
erreicht ist, fällt das Relais, welches vorher angezogen hat, ab.
-
Um einen Lauf in einer bestimmten Drehrichtung, z. B. Rechtslauf des
Leonardmotors, hervorzurufen, wird der Abgriff 24 am Potentiometer 23 beispielsweise
in Richtung auf den Punkt h hin verschoben. Bei vorher stillstehendem Motor 3, also
beim Nullwert der Ankerspannung, wird nunmehr ein Strom in der Spannungsmeßbrücke
in der oben geschilderten Weise hervorgerufen, wobei der Punkt c gegenüber dem Punkt
d positiv wird. Der Strom fließt also über den Gleichrichter 13 durch die Spule
des Kontaktreglers R1. Die Folge davon ist, daß bei Ansprechen des Kontaktreglers
R 1 der Schaltkontakt r 1 (Ruhekontakt) geöffnet wird. Während die Ströme aus den
Gleichrichtem 8 und 9, die die beiden Felderregungswicklungshälften 4 und 5 des
Leonardgenerators 1 gegensinnig durchflossen, solange die Schaltkontakte
r 1 und r 2 geschlossen waren und sich wegen der Gleichheit der Gleichrichterbrücken
8 und 9 und der Sekundärwicklungen 10 und 11 des Transformators
12 gegeneinander aufhoben, ist nunmehr in den Wicklungshälften 4 und
5 der Erregerwicklung des Leonardgenerators 1 nur noch der aus der Gleichrichterbrücke
8 in beiden Wicklungshälften gleichsinnig fließende Strom wirksam. Daher steigt
die Ankerspannung in der oben beschriebenen Weise so lange an, bis an den Punkten
a, b und damit an der Brückendiagonale e, f der Spannungsmeßbrücke
etwa die gleiche Spannung entsteht, welche an die andere Diagonale c, d angelegt
ist. Der Kontaktregler R 1 fällt dann ab, und der Schaltkontakt r1 schließt wieder.
Infolgedessen heben sich die Ströme in den Wicklungshälften 4, 5 der Erregerwicklung
des Leonardgenerators 1 gegenseitig wieder auf. Die Ankerspannung fällt auf den
der Abfallerregung entsprechenden Wert zurück. Dabei ist aber auch wieder an den
Brückenpunkten e, f der Spannungsmeßbrücke eine geringe Spannung vorhanden,
so daß der Kontaktregler R 1 wieder anzieht. Dieses Spiel wiederholt sich ständig,
so daß mit Hilfe des Kontaktreglers R 1 die Ankerspannung auf einen Spannungsmittelwert
eingestellt wird, dessen Größe von dem Potentialunterschied zwischen den Punkten
c und d in der Spannungsmeßbrücke abhängt. Dagegen wird zunächst die Tatsache außer
acht gelassen, daß zum Ansprechen der Kontaktregler R1 und R2 ein bestimmter Ansprechstrom
notwendig ist, dem ein entsprechender Spannungsabfall an der Spule des Kontaktreglers
entspricht. Wird der Abgriff 24 am Potentiometer 23 in Richtung auf die Nullstellung
zurückgeführt, so überwiegt in der Spannungsmeßbrücke die Ankerspannung, so daß
dementsprechend der Kontaktregler R 2 anspricht. Die Spannung wird also dann nach
niedrigeren Werten hin geregelt, was einer Abbremsung des Leonardgenerators entspricht.
Bei einer weiteren Verschiebung des Abgriffs 24 in Richtung auf den Punkt i hin
wird ein Laufen des Motors in der entgegengesetzten Drehrichtung, also Linkslauf,
bewirkt. Durch Umkehrung der Polarität wird nunmehr die oben beschriebene Funktion
des Kontaktreglers R 1 durch den Kontaktregler R 2 übernommen.
-
In den Zuleitungen auf der Wechselstromseite der Gleichrichter 21
und 22 sind Schaltkontakte r3 und r 4 vorgesehen, die den beiden Relais R 3 und
R 4 angehören. Die zwei Relais R 3 und R 4 liegen in einer weiteren Brückenschaltung
B 2, welche nachfolgend als Strommeßbrücke bezeichnet wird. (Diese Schaltung dient
der Strombegrenzungsregelung, um den Ankerstrom auf einen wählbaren höchstzulässigen
Wert zu beschränken). Die Strommeßbrücke B 2 enthält in einem Brückenzweig die beiden
Relais R 3 und R4, denen die- beiden Gleichrichter 25 und 26 mit entgegengesetzter
Polarität vorgeschaltet sind. In den anderen Brückenzweigen liegen ohmsche Widerstände
27, 28 und 29. Zusätzlich sind noch zwei verstellbare Widerstände 30 und 31 vorgesehen,
um den höchstzulässigen Stromwert einstellen zu können. Die Einstellung an den beiden
Widerständen 30 und 31 ist dabei gleichzeitig in gleichem Sinne vorzunehmen, so
daß, falls eine Verstellmöglichkeit im Betrieb erwünscht ist, die beiden Widerstände
durch ein gemeinsames Betätigungsorgan zu verstellen sind. Um eine Strombegrenzung
vornehmen zu können, kommt es darauf an, daß die Rel4is R 3 und R 4 bei Erreichen
eines
höchstzulässigen Stromes zum Ansprechen gebracht werden und dadurch die Schaltkontakte
r3 und r4 öffnen. Damit wird die Drehzahlsteuerung für die Zeit der Unterbrechung
der Schaltkontakte r3 oder r4 insofern außer Betrieb gesetzt, als der Sollspannungswert
verkleinert wird.
-
Das Ansprechen der Relais R 3 und R 4 erfolgt in Abhängigkeit
von der Größe und der Richtung der Spannungen an den beiden Diagonalpunkten der
Strommeßbrücke, die der EMK des Leonardgenerators 1 bzw. Leonardmotors.
3 entsprechen. Eine der elektromotorischen Kraft des Leonardgenerators 1
entsprechende Spannung wird in an sich bekannter Weise dadurch erhalten, daß beispielsweise
der Widerstand 32 gleich einem Vielfachen des Widerstandes der Wendepolwicklung
33 und der Widerstand 34 gleich einem Vielfachen des Ankerwiderstandes gemacht wird.
In entsprechender Weise sind für den Motor 3 mit der Wendepolwicklung
35 die beiden Widerstände 36 und 37 vorgesehen. Beim Hochlaufvorgang arbeitet
der Leonardgenerator 1 als Generator und hat demzufolge eine elektromotorische Kraft,
die um die Spannungsabfälle in der Anker-und Wendepolwicklung größer ist als die
elektromotorische Kraft des Leonardmotors 3. Die Differenz dieser beiden Größen
ist dem im Ankerkreis fließenden Strom proportional. Bei Rechtslauf fließt beispielsweise
der Strom über den Gleichrichter 25 durch das Relais R 3, während das Relais
R 4 durch den Gleichrichter 26 gesperrt ist. Überschreitet der das Relais
R 3 durchfließende Strom den Ansprechwert, so zieht dieses an, und der Kontakt r
3 im Wechselstromkreis des Gleichrichters 21 wird geöffnet. Die Folge davon
ist, daß der Punkt d der Spannungsmeßbrücke potentialgleich mit dem Punkt h des
Potentiometers 23 wird. Damit dreht sich die Polarität zwischen den Punkten c und
d um, und der vorher angezogene Kontaktregler R 1 fällt ab. Auf diese Weise
schließt der Kontakt r1, und die Gegenerregung in den Spulenhälften 4 und 5 kommt
zustande, so daß die Spannung im Ankerkreis der Maschine 1 sinkt und der Strom kleiner
wird. Hieraufhin fällt das Relais R 3 ab, und der Kontaktregler R 1 zieht an. Das
Spiel wiederholt sich in der geschilderten Weise, und der Motor wird auf die am
Potentiometer 23 eingestellte Drehzahl hochgefahren.
-
Wird nunmehr der Abgriff 24 am Potentiometer 23 auf
eine niedrigere Drehzahl oder auf Null oder auch auf eine Gegendrehzahl gestellt,
so zieht zunächst in der Spannungsmeßbrücke der Kontaktregler R 2 an. Damit sinkt
die Ankerspannung, und der Leonardgenerator 1 geht in motorischen Betrieb
über. Die elektromotorische Kraft des nun als Generator arbeitenden Leonardmotors
3 wird höher als die des Leonardgenerators 1; somit fließt ein Strom in der Strommeßbrücke
über den Gleichrichter 26 und das Relais R 4. Sobald dieser Strom den Ansprechwert
des Relais R 4 überschreitet, wird der Kontakt r 4 in der Wechselstromzuleitung
des Gleichrichters 22 geöffnet. Dadurch wird die Polarität zwischen den Diagonalpunkten
c und d der Spannungsmeßbrücke umgedreht, und der Kontaktregler R 2 fällt ab, während
der Kontaktregler R 1 anspricht. Durch das Schließen des Kontaktes Y2 wird über
die Wicklungshälfte 4 der Erregerwicklung des Leonardgenerators 1 Gegenerregung
auf den Leonardgenerator 1 gegeben. Das Relais R 4 fällt ab, und das Spiel
wiederholt sich in der geschilderten Weise. Somit regelt das Relais R 4 den Leonardmotor
3 bei konstantem Strom auf die gewünschte niedrigere Drehzahl herunter.
-
Für das Arbeiten in der entgegengesetzten Drehrichtung gilt sinngemäß
das gleiche Verhalten der Strommeßbrücke B 2, wobei dann allerdings an Stelle des
Relais R 4 das Relais R 3 anspricht. Wie erwähnt, dient der Widerstand
30 dazu, den höchstzulässigen Strom im Ankerkreis von Fall zu Fall einstellen
zu können. Der entsprechende Widerstand 31 ist bei einer Verstellung am Widerstand
30 ebenfalls zu verändern, damit die Strommeßbrücke in abgeglichenem Zustand
bleibt. Gegebenenfalls kann es auch wünschenswert sein, beim Abbremsen oder bei
Umkehrung der Drehrichtung andere Maximalströme zuzulassen als beim Hochlaufen in
der normalen Drehrichtung. In diesem Fall kann man an Stelle eines Widerstandes
30, der für die beiden Relais R 3 und R 4 in gleicher Weise wirksam
ist, zwei einzeln einstellbare Widerstände verwenden, die jeweils in Reihe mit dem
Relais R 3 und R 4 liegen. Um auch bei stark abweichender Einstellung der beiden
Widerstände in diesem Fall eine in Ruhestellung exakt abgeglichene Strommeßbrücke
zu erhalten, müßten beim Ersetzen des Widerstandes 31 durch zwei Parallelwiderstände
diesen jeweils Gleichrichter vorgeschaltet werden, wobei diese Gleichrichter entgegengesetzte
Polarität aufweisen.
-
In F i g. 2 ist eine Variante für die Strommeßbrücke mit wesentlicher
Schaltvereinfachung veranschaulicht. Diese Schaltung ersetzt nicht nur die Strommeßbrücke
sondern auch die Widerstände 32, 34 und 36, 37. An die Stelle dieser Widerstandskombination
tritt eine Parallelschaltung von 2 Relais R 30 und R40, denen Gleichrichter 38 und
39 umgekehrter Polarität vorgeschaltet sind. Die Relais R 30 und R40 werden
hierbei für höhere Ströme bemessen. Die Arbeitsweise ist im übrigen entsprechend
der in Fig. 1.
-
In F i g. 3 ist eine weitere Abwandlung veranschaulicht, welche eine
Möglichkeit zeigt, den Ansprechwert der Kontaktregler R 1 und R
2 herunterzusetzen.. Es handelt sich hierbei um die beiden den Kontaktreglern
R 1 und R 2 (F i g. 1) entsprechenden Kontaktregler R 10 und R
20. Die Punkte c und e der Spannungsmeßbrücke der F i g. 1 sind hier mit
c und e' bezeichnet. In den Meßkreis wird eine Spannung d U eingespeist,
die einen Vorstrom durch die Spule des jeweiligen Kontaktreglers R10 und R20 treibt.
Dadurch sprechen die Kontaktregler schon bei kleinerer Differenzspannung zwischen
den Punkten c und e an. Eine ähnliche Maßnahme kann auch in der Strommeßbrücke für
die Relais R 3 und R 4 vorgesehen sein.