DE1231794B - Aus einer Gleichspannungsquelle ueber steuerbare Stromrichter gespeister Motor - Google Patents

Description

• Aus einer Gleichspannungsquelle über steuerbare Stromrichter gespeister Motor Die Erfindung geht aus von einem aus einer Gleichspannungsquelle über steuerbare Stromrichter gespeisten Motor gemäß der britischen Patentschrift 398 798 mit einer im Ständer angeordneten aus Teilwicklungen bestehenden Ankerwicklung, deren Teilwicklungen jeweils aus zwei am Ständerumfang um 1800 gegeneinander versetzten Wicklungshälften bestehen. Die Gleichspannungsquelle ist einerseits über je einen steuerbaren Stromrichter an das Ende jeder Wicklungshälfte der Teilwicklungen angeschlossen und andererseits an den Wicklungsmittelpunkt jeder Teilwicklung gelegt. Ferner ist parallel zu jeweils zwei an die Wicklungshälften einer Teilwicklung angeschlossenen Stromrichtern ein Löschkondensator geschaltet. Erfindungsgemäß sind bei einem derartigen Motor Hallgeneratoren mit einem Remanenzeigenschaften aufweisenden magnetischen Kreis vor-or - gesehen, die in Verbindung mit einer mit der Läufer welle gekuppelten nichtmagnetischen Steuerscheibe mit magnetischen Marken die als Stromrichter verwendeten Thyristoren drehwinkelabhängig steuern.
• Bei einem aus einer Gleichspannungsquelle gespeisten Stromrichtermotor mit Gasentladungsventilen, die von einem gemeinsamen Löschkondensator J, (Yelöscht werden, ist es beispielsweise, aus der deutschen Patentschrift 636 832 auch bekannt, die Gasentladungsventile durch einen mit der Läuferwelle gekuppelten Geber zu steuern. Nach der britischen Patentschrift 673 496 kann der Geber bei einem aus einer Wechselspannungsquelle über Stromrichter gespeisten Motor auch ein Hallgenerator mit einer mit der Läuferwelle gekuppelten perinanentmagnetischen Steuerscheibe sein.
• In Fernmeßanlagen hat man Hallgeneratoren in einem magnetischen Kreis aus ferromagnetischem Material angeordnet, der als Rückleitung des den Hallgenerator durchsetzenden Kraftflusses dient.
• Demgegenüber werden nach der Erfindung mit Hilfe der Remanenzeigenschaft des magnetischen Kreises des Hallgenerators die Anlaufschwierigkeiten beseitigt. Die Verwendung eines derartigen Magnetkreises in Verbindung mit einer Steuerscheibe aus nichtmagnetischem Material mit magnetischen Stiften ermöglicht genau definierte Steuerwinkel für die Thyristoren und eine eindeutige Momentenrichtung beim Anlauf. Rückdrehende Momente und Rüttelkräfte können nicht mehr auftreten.
• Der Motor nach der Erfindung zeichnet sich ferner durch besonders geringen Aufwand und günstige Steuereigenschaften aus. Durch Umkehren der Richtung des Hallgeneratorsteuerstromes läßt sich in bekannter Weise die Drehrichtung des Motors leicht umkehren. Hierzu reichen kleine Schaltmittel aus, da der Steuerstrom im Hallgenerator wesentlich kleiner als 1 Ampere ist.
• Um den Anlauf des Motors zu erleichtern, kann man im Ständer in bekannter Weise zwei oder mehrere Wicklungen in regelmäßigen Abständen vorsehen, denen jeweils zwei Thyristoren und ein Hallgenerator mit einem Remanenzeigenschaften aufweisenden magnetischen Kreis in Verbindung mit einer mit der Läuferwelle gekuppelten nichtmagnetischen Steuerscheibe mit magnetischen Masken zugeordnet sind.
• Die Steuerscheibe kann nach dem früheren Vorschlag der deutschen Patentschrift 1124 998 vorteilhaft so ausgebildet sein, daß in regelmäßig am Umfang verteilte Löscher permanentmagnetische Stifte eingesetzt sind, die an den Hallgeneratoren vorbeilaufen. Die Hallgeneratoren können zweckmäßig in Abtastköpfe eingesetzt sein, die mit Ferritpolschuhen ausgerüstet sind.
• Der Erregerstrom kann in bekannter Weise über Schleifringe einer Erreggerwicklung im Läufer zugeführt sein. Will man die, Schleifringe vermeiden, so kann man den Läufer in ebenfalls bekannter Weise mit permanenten Erregermagneten versehen oder Anordnungen anwenden, wie sie bei Klauenpolmaschinen oder bei Induktionsmaschinenkaskaden gebräuchlich sind. Verzichtet man auf die Schleifringe, so kann der Motor nur über die Ankerspannung gesteuert werden.
• Zum besseren Verständnis der Erfindung seien im folgenden Ausführungsbeispiele erläutert, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind.
• F i g. 1 zeigt den gesamten Aufbau eines Gleichstrommotors mit zwei Ständerwicklungen. Der Ständer ist mit 1 bezeichnet, der Läufer mit 2. Der Läufer trägt eine Erreggerwicklung 3, der über Schleifringe und Bürsten 4, 5 die Erregerspannung UE zugeführt wird. Es können in bekannter Weise Mittel zur Änderung der Erregerspannung vorgesehen sein, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind.
• Am Ständer ist eine Wicklung aus zwei um 180' versetzten Hälften 6A und 6B vorgesehen, die über Anlaßwiderstände 7, 8 von Thyristoren 9 und 10 abwechselnd eingeschaltet werden. Den beiden Thyristoren ist in an sich bekannter Weise ein Löschkondensator 11 parallel geschaltet. Zwischen die Mittelpunkte der Thyristoren und der Wicklung ist die Ankerspannung UA angeschlossen, die an Klemmen 12 und 13 zugeführt wird und ebenfalls einstellbar sein kann.
• Zur Steuerung der Halbleiterstromtore dient eine Steuerstufe 14 mit einem nicht dargestellten Hall-"enerator, der von permanentmagnetischen Stiften 17, 18 der Steuerscheibe 15, die mit der Motorwelle 16 gekuppelt ist, periodisch erregt wird.
• Ferner ist am Ständer eine, zweite Wicklung mit den beiden Hälften 19 A, 19 b vorgesehen, die analog zur Wicklung 6 über Anlaßwiderstände 20, 21 von Thyristoren 22, 23 mit parallelgeschaltetem Löschkondensator 24 gesteuert wird. Den beiden Thyristoren 22 und 23 ist eine weitere Steuerstufe 25 mit einem Hallgenerator zu 'geordnet.
• Eine Möglichkeit zur Ausbildung der Steuerstufen ist in F i g. 2 angedeutet, wobei gleichartige Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 bezeichnet wurden. Der in die Steuerscheibe 15 eingesetzte Perinanentmagnet 17 ist in der Stellung dargestellt, in der er die maximale Erregung des Hallgenerators 26 hervorruft. Der Steuerstrom Is des Hallgenerators wird über einen Umkehrschalter 27 einer geeigneten Steuergleichstromquelle entnommen, die an die Klemmen 28, 29 angeschlossen ist und die Steuerspannung Us liefert. An die Hallelektroden des Hallgenerators 26 ist ein Kippverstärker 30 angeschlossen, der aus zwei Transistoren 31, 32 in Gegentaktschaltung besteht. Die Transistoren sind mit Kollektorwiderständen 33, 34, einem gemeinsamen Emitterwiderstand 35 und Spannungsteilem 36, 37 bzw. 38, 39 versehen. Das Kippverhalten des Verstärkers wird durch die beiden Mitkopplungswiderstände 42 und 43 erreicht. Die beiden Widerstände 44 und 45 dienen dazu, Nebenwege für die Mitkopplungsströme zu unterbinden. Die Ausgangsspannung liegt an den Arbeitswiderständen 46 und 47 und steuert die Thyristoren.
• Die Speisespannung UV des Verstärkers wird an Klemmen 40, 41 zugeführt.
• Die Wirkungsweise des Gleichstrommotors ergibt sich wie folgt: Rotiert ein Permanentmagnet am Hallgenerator vorbei, so wird aus dem entstehenden Hallspannungssignal mit Hilfe des Verstärkers30 ein Zündimpuls für einen der beiden Thyristoren9 und 10 erzeugt. Dieser Thyristor zündet, und in der zugeordneten Ständerwicklunashälfte fließt Strom. Rotiert die Steuerscheibe weiter, so folgt der nächste Permanentmagnet mit entgegengesetzter Polarität. Nunmehr wird der andere Thyristor gezündet und die entsprechende andere Wicklungshälfte erregt, während in bekannter Weise der zuerst stromführende Thyristor durch den Kondensator 11 gelöscht wird. Im Gegensatz zur normalen Gleichstrommaschine steht also das Ankerfeld nicht im Raum fest, sondern wechselt seine Richtung jeweils um einen der Anzahl der Ständerwicklungen entsprechenden Winkel, z. B. bei einer Wicklung um 1801. Das maximale Moment tritt auf, wenn Anker- und Erregerfeld um 90' phasenverschoben sind. Liegen beim Einschalten des Motors mit nur einer Ständerwicklung beide Felder zufällig koaxial, dann ist das Moment gleich Null und der Motor läuft nicht an. Dies wird jedoch bereits durch eine zweite Ständerwicklung, die in F i g. 1 mit 19 A, 19 B bezeichnet ist, vermieden. Die Wicklungsachse ist gegenüber der Achse der Wicklung 6 um 901 versetzt. Die Steuerstufen sind so auszulegen, daß jeweils zwei nebeneinanderliegende Wicklungshälften Strom führen. Beispielsweise sollen zunächst die Thyristoren 9 und 23 gezündet werden. Das resultierende Feld liegt dann unter 450 im Quadranten 1. Beim Rotieren der Steuerscheibe wird nun die Wicklung 6 B erregt, während die Wicklung 6A strornlos wird. Der Ankerfeldvektor springt also um 901 in die Mitte des Quadranten II. Dann wird die Wicklung 19 A stromlos und die Wicklung 19 B erregt, so daß der Feldvektor in die Mitte des Quadranten III springt usw.
• Mit mehr als zwei Wicklungen im Ständer nähert man sich immer mehr einem stetig rotierenden Ankerfeld.
• Um beim Einschalten des Motors eine eindeutige Drehrichtung zu gewährleisten, wird der magnetische Kreis des Hallgenerators mit Remanenzeigenschaften versehen. Durch die remanente Speicherung der magnetischen Steuersignale im Hallgeneratorferrit läuft dann beim Einschalten der Motor je nach Wahl der Steuerstromrichtung in dem gewollten Drehsinn selbsttätig an. Durch Umpolen des Steuerstromes der Hallgeneratoren wird auch die Richtung der Hallspannungen umgekehrt, so daß die Zündimpulse nunmehr so an die Thyristoren gegeben werden, daß die Drehrichtung des Motors entgegengesetzt zu der früheren Drehrichtung ist.
• Die Auswertung der Hallspannung kann statt mittels eines Transistorkippverstärkers oder eines anderen geeigneten Schaltverstärkers auch mit an sich bekannten Schaltverstärkern mit Tunneldioden erfolgen. Hierzu kann eine bereits vorgeschlagene Zündschaltung dienen, die in F i g. 3 dargestellt ist. Ein Rechteckoszillator 48, vorzugsweise höherer Frequenz, oder eine andere Wechselstromquelle speist über die Sekundärwicklung 50 eines Transformators 49 den Hallgenerator 26, dessen Hallspannung je- weils mit einer Hilfswechselspannung aus Wicklungen 51, 52 und einer Tunneldiode 53, 54 in Reihe liegt. Die I-Elfswechselspannung ist so bemessen, daß bei nicht erregtem Hallgenerator die Kippunkte der Tunneldiodenkreise nicht überschritten werden. Erst wenn eine Hallspannung vorliegt, entstehen entweder in dem einen oder anderen Tunneldiodenkreis Impulse, die über Transformatoren 55, 56 das Stromtor 9 oder das Stromtor 10 zünden. Damit der Hallgenerator nur mit dem jeweils arbeitenden Tunneldiodenkreis belastet ist, sind Ventile 57, 58 vorgesehen.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Aus einer Gleichspannungsquelle über steuerbare Stromrichter gespeister Motor mit einer im Ständer angeordneten aus Teilwicklungen bestehenden Ankerwicklung, deren Teilwicklungen jeweils aus zwei am Ständerumfang um 1800 gegeneinander versetzten Wicklungshälften bestehen, bei dem die Gleichspannungsquelle einerseits über je einen steuerbaren Stromrichter an das Ende jeder Wicklungshälfte der Teilwicklungen angeschlossen und andererseits an den Wicklungsmittelpunkt jeder Teilwicklung gelegt ist sowie parallel zu jeweils zwei an die Wicklungshälften einer Teilwicklung angeschlossenen Stromrichtem ein Löschkondensator geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß Hallgeneratoren (26) mit einem Remanenzeigenschaften aufweisenden magnetischen Kreis in Verbindung mit einer mit der Läuferwelle gekuppelten nichtmagnetischen Steuerscheibe (15) mit magnetischen Marken (17, 18) die als Stromrichter verwendeten Thyristoren (9, 10; 22, 23) drehwinkelabhängig steuern.
2. 2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hallgeneratoren in Abtastköpfen angeordnet sind, die mindestens zum Teil aus einem magnetischen Material mit Remanenzeigenschaften bestehen. 3. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastköpfe mit Ferritpolschuhen versehen sind. 4. Motor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Steuerscheibe (15) permanentmagaetische Stifte (17, 18) eingesetzt sind. 5. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verarbeitung der Hallspannungssignale ein Schaltverstärker mit Tunneldioden (53, 54) dient. 6. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umkehr der Drehrichtung des Motors der Steuergleichstrom der Hallgeneratoren (26) umkehrbar ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 636 832; deutsche Auslegeschrift Nr. 1050 812; schweizerische Patentschrift Nr. 272 720; französische Patentschrift Nr. 1163 176; britische Patentschriften Nr. 398 798, 673 496; USA.-Patentschrift Nr. 2 980 839-2 Elektronische Rundschau 1960, S. 269, 270; Neues aus der Technik, Nr. 9, 1960, S. 2; Nr. 7/8, 1960, S. 4; Electronies, Januar 1956, S. 137. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsche Patente Nr. 1105 045, 1124 998.