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Drehzahlsteuereinrichtung für einen fremderregten Gleichstrommotor,
insbesondere in Leonardschaltung Die Erfindung betrifft eine Drehzahlsteuereinrichtung
für einen fremderregten Gleichstrommotor, insbesondere in Leonardschaltung, durch
die die Ankerspannung bei konstanter Erregerspannung zunächst erhöhbar und anschließend
die Erregerspannung bei konstanter Ankerspannung verringerbar ist und bei der die
Stellglieder für Anker- bzw. Erregerspannung je eine zusätzliche Steuerwicklung
aufweisen, die über Widerstände und Dioden an eine gemeinsame, sich selbsttätig
ändernde Steuerspannung angeschlossen sind.
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Fremderregte Gleichstrommotoren, insbesondere in Leonardschaltung,
werden häufig im unteren Drehzahlbereich bei voller Erregung ankerspannungsseitig
gesteuert; oberhalb der Nenndrehzahl dann durch Ändern der Felderregung.
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Bei einer derartigen bekannten, mit Drehzahlregelung versehenen Leonardschaltung
werden in einem Vergleichskreis eine Steuerspannung und die Ankerspannung gegeneinandergeschaltet;
abhängig von der Differenz beider Spannungen wird eine der Motorerregung entgegenwirkende
zusätzliche Feldwicklung ausgesteuert. Damit das Motorfeld nicht geschwächt wird,
bevor die Spannung des Generators einen vorgegebenen Wert (Nennspannung) erreicht
hat, ist in dem Vergleichskreis eine Schwellwertdiode angeordnet, die den Stromfiuß
unterhalb der Nennspannung unterbricht (vgl. britische Patentschritf 665 842).
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Bekannt ist es fernerhin, die Erregung des Generators bzw. die Erregung
des Motors im jeweiligen Drehzahlbereich mit Hilfe von Rückkopplungsschaltungen
konstant zu halten. Hierbei wird beim Erreichen der Grunddrehzahl die Rückkopplung
durch Dioden von der Generätorerregung auf die Motorerregung umgeschaltet (USA.-Patentschrift2
929 975).
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Da es sich in den bekannten Fällen um Regelschaltungen handelt, ist
der technische Aufwand verhältnismäßig groß.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einer Drehzahlsteuerung,
bei der die Stellglieder für Ankerspannung und Erregerspannung jeweils eine zusätzliche
Steuerwicklung aufweisen, dafür zu sorgen, daß durch einfache Mittel Generator-
bzw. Motorerregung in den jeweiligen Bereichen konstant gehalten werden und daß
bei der Grunddrehzahl von einem Bereich auf den anderen umgeschaltet wird. Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der der Ankerspannung zugeordneten
Steuerwicklung eine Zenerdiode mit einer wählbaren Durchbruchsspannung parallel
geschaltet und eine gleiche Zenerdiode mit der der Erregung zugeordneten Steuerwicklung
in Reihe geschaltet ist. Die Erfindung sei an Hand einer Zeichnung näher erläutert;
F i g. 1 zeigt die Strom-Spannungs-Kennlinie (I, E) einer Zenerdiode. Wie ersichtlich,
wirkt diese Diode unterhalb der Durchbruchsspannung E, im wesentlichen als unendlicher
Widerstand. Oberhalb der Durchbruchsspannung E, wirkt die Diode im wesentlichen
als Kurzschluß.
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Die Schaltung nach F i g. 2 zeigt eine Steuerung für einen Ward-Leonard-Antrieb.
Der Generator G liegt in Reihe mit einem Motor M, wobei der Generator G durch ein
Nebenschlußfeld GF und der Motor M durch ein Nebenschlußfeld MF gesteuert
wird. Das Generatorfeld GF wird durch einen Magnetverstärker 1 und das Motorfeld
MF von einem Magnetverstärker 2 gespeist.
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Der Magnetverstärker 1 enthält eine zusätzliche Steuerwicklung 3 und
der Magnetverstärker 2 eine zusätzliche Steuerwicklung 4. Die in F i g. 2 dargestellte
Anordnung wird an den beiden Eingangsklemmen 10 und 12 von einer in
ihrer Spannung veränderbaren Spannungsquelle 9 gespeist. Zwischen der Klemme 10
und der Steuerwicklung 3 ist ein Widerstand 7 eingeschaltet. Parallel zur Steuerwicklung
3 liegt eine Zenerdiode 5. Eine zweite Zenerdiode 6 und ein zweiter Widerstand 8
sind in Reihe mit der Steuerwicklung 4 geschaltet. Der letztere
Stromkreis
ist parallel zu dem die Steuerwicklung 3 enthaltenden Stromkreis geschaltet.
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Ändert sich die Spannung U der Spannungsquelle 9 entsprechend der
Spannungszeitkennlinie (U, t) in F i g. 3. so werden die Ströme il und i.
in den beiden Steuerwicklungen 3 und 4 ungefähr den in F i g. 4 und 5 dargestellten
Verlauf haben.
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Der Strom il in der Steuerwicklung 3 nimmt zunächst proportional mit
der Spannung der Spannungsquelle 9 zu (F i g. 4). Dies beruht auf der Tatsache,
daß die an der Zenerdiode 5 anstehende Spannung kleiner als die Durchbruchsspannung
E, ist, so daß über ihren praktisch unendlichen Widerstand kein Strom fließt. Da
die Spannung der Spannungsquelle 9 in diesem Bereich kleiner als die Durchbruchsspannung
der Zenerdiode 6 ist, wirkt die Zenerdiode 6 ebenfalls als unendlicher Widerstand,
so daß durch die Steuerwicklung 4 kein Strom fließt. Sobald die Spannung
der Spannungsquelle 9 die Durchbruchsspannung der Zenerdioden 5 und 6 erreicht
hat, verlieren die Zenerdioden 5 und 6 ihre Sperrwirkung und wirken praktisch als
Kurzschluß für die über die Durchbruchsspannung hinausgehende Spannung der Spannungsquelle
9. Bei jeder weiteren Zunahme der Spannung wird daher der Strom 1z der Steuerwicklung
3 durch die Zenerdiode 5 geshuntet. Dieser Fall tritt zur Zeit T 1 ein, die in den
F i g. 3, 4 und 5 eingezeichnet ist.
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Der Strom i2, welcher durch die Steuerwicklung 4
fließt, ist
für Eingangsspannungen U unter der Durchbruchsspannung E, der Zenerdiode 6 verschwindend
klein; bei einer über diesem Wert liegenden Spannung fließt ein Strom i2 durch die
Steuerwicklung 4,
der proportional dieser Differenz ist (F i g. 5).
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Aus F i g. 6 ist die Wirkungsweise der in F i g. 2 dargestellten Anordnung
ersichtlich. Die Kennlinie der Generator-Felderregung ist gestrichelt gezeichnet,
während die Kennlinie der Motor-Felderregung voll ausgezogen ist. Aus den Kennlinien
kann ersehen werden, daß bei Motordrehzahlen von Null bis zur Grunddrehzahl die
Motor-Felderregung konstant ist, während die Generator-Felderregung stetig zunimmt.
Soll die Motordrehzahl über diese Grundzahl zunehmen, so wird die Generatorerregung
konstant gehalten, während das Motorfeld geschwächt wird.
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Die Anordnung gemäß F i g. 2 arbeitet wie folgt: Bei dem Signal Null
an den Klemmen 10 und 12 wird die volle Felderregung dem Motorfeld MF von dem Magnetverstärker
2 zur Verfügung gestellt, während dem Generatorfeld GF über den Magnetverstärker
1 keine Erregerspannung zugeführt wird. Wenn die Spannung an den Eingangsklemmen
10 und 12 steigt (z. B. nach der Kennlinie in F i g. 3), so beginnt ein Strom durch
die Steuerwicklung 3 zu fließen. Die Generatorfelderregung nimmt dann proportional
zu (vgl. F i g. 6). Die Zenerdioden 5 und 6 haben eine bestimmte Durchbruchsspannung,
so daß sie leitend werden, wenn eine vorbestimmte Generator-Felderregung erreicht
ist. Von diesem Potentialniveau an wird der durch die Steuerwicklung 3 fließende
Strom im wesentlichen konstant bleiben, und es wird nun ein von der Spannung der
Spannungsquelle 9 abhängiger Strom durch die Steuerwicklung 4 des Motors
M fließen, der die Motor-Felderregung herabsetzt.
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Die Widerstände 7 und 8 dienen zur Strombegrenzung.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Durchbruchsspannung
der Zenerdioden 5 und 6 gleich groß; diese Werte können aber auch unterschiedlich
groß gewählt werden, um einen bestimmten Kurvenverlauf zu erzielen.