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Einrichtung zur Steuerung der Synchronisierung eines als Asynchronmotor
anlaufenden Synchronmotors Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung
der Synchronisierung eines als Asynchronmotor anlaufenden Synchronmotors durch Einschaltung
der Erregung zu einem Zeitpunkt, der durch Unterschreiten einer bestimmten Frequenz
der durch das Ständerdrehfeld in der Erregerwicklung induzierten Wechselspannung
einerseits und durch die Polarität dieser Wechselspannung andererseits bestimmt
ist, unter Verwendung die Frequenz und die Polarität erfassender und Schaltmittel
zur Einschaltung der Gleichstromerregung steuernder Meßglieder.
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In den bekannten Steuereinrichtungen zur Synchronisierung eines Synchronmotors
sind elektromechanische Relais verwendet, die verschiedenen Einflüssen unterworfen
sind, wie z. B. Vibrationen, Stößen oder verunreinigter Luft. Diese Steuereinrichtungen
beanspruchen viel Platz zur Aufstellung, der für andere Zwecke verlorengeht. Schließlich
ist die Reaktionsgeschwindigkeit der bekannten Synchronisierungssysteme für eine
befriedigende Synchronisierung des Motors in vielen Fällen unzulänglich. Die bekannten
elektromechanisch wirkenden Einrichtungen sind kompliziert und daher teuer in der
Herstellung.
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Bei einer bekannten Steuereinrichtung wird zunächst die Frequenz der
in der Erregerwicklung induzierten Spannung überwacht und, wenn diese verhältnismäßig
klein geworden ist, eine Überwachung der Stellung des Läufers relativ zum Drehfeld
ausgelöst. Hierzu werden netzsynchrone Impulse und von der Läuferstellung abhängige
Impulse gebildet. Sind die beiden Impulsfolgen koinzident, wird die Erregung eingeschaltet.
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In ähnlicher Weise arbeitet eine andere bekannte Steuereinrichtung,
bei der ein mechanisches Zeitglied mit einer Verzögerung, während welcher der Motor
bei allen Belastungsfällen mit Sicherheit bis zur synchronen Drehzahl hochlaufen
kann, die Überwachung der Läuferstellung auslöst. Zur Überwachung der Läuferstellung
sind eine Lochscheibe mit dem Motor und eine weitere Lochscheibe mit einem Hilfssynchronmotor
gekuppelt. Im Augenblick gleicher Lochstellung wird ein Zündimpuls für ein Entladungsgefäß
gegeben und dadurch eine die Erregung einschaltende Einrichtung ausgelöst.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der elektromechanischen
Einrichtungen zu vermeiden und den Zeitpunkt des Synchronismus in einfacher Weise
und mit geringem Aufwand festzustellen. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch
gelöst, daß unter Verwendung ruhender Schaltelemente eine Gedächtnisschaltung mit
einem Ausgang und zwei Gruppen von Eingängen vorgesehen ist, von denen zwei Eingänge
der ersten Gruppe, die bei Anlegen eines Eingangssignals kein Ausgangssignal ergeben,
mit dem Ausgang eines einen einmaligen Impuls bei Anlaßbeginn liefernden Impulsgliedes
und dem Ausgang des Frequenzmeßgliedes verbunden sind und zwei Eingänge der zweiten
Gruppe, die bei Anlegen eines Eingangssignals ein Ausgangssignal ergeben, mit dem
Ausgang einer Polaritätsmeßeinrichtung und mit dem Ausgang einer Einrichtung zur
Erfassung des Synchronlaufes auf Grund der in der Erregerwicklung bei Synchronlauf
nicht mehr induzierten Spannung verbunden sind, und daß ferner der Ausgang der Gedächtnisschaltung
mit den Schaltmitteln zum Einschalten der Gleichstromerregung verbunden ist.
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Die neue Steuereinrichtung arbeitet unabhängig von der Größe und der
Kurvenform des Stromes. Sie ist aus ruhenden Elementen aufgebaut, die eine bessere
Einstellung zulassen, eine höhere Zuverlässigkeit und Empfindlichkeit haben und
weniger Platz beanspruchen als die bekannten Steuereinrichtungen. Mit Hilfe der
Einrichtung zur Erfassung des Synchronlaufes wird erreicht, daß die Einschaltung
der Erregung sofort ausgelöst wird, wenn der Läufer direkt in den Synchronismus
gezogen wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und in den Unteransprüchen gekennzeichnete
Ausgestaltungen
sind an Hand der folgenden Beschreibung und Zeichnung
näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 das Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung,
F i g. 2 ein logisches Schaltelement, wie es im Ausführungsbeispiel Verwendung findet,
F i g. 3 eine oszillographische Darstellung des günstigsten Bereiches für die Synchronisierung,
F i g. 4 eine oszillographische Darstellung der Klemmenspannung der Feldwicklung
in Abhängigkeit von der Zeit während des Hochlaufes, F i g. 4 a die resultierende
Spannung nach Gleichrichtung, -F x g. 5 eine oszillographische Darstellung des in
der Feldwicklung induzierten Stromes bei Vollast und F i g. 6 das gleiche bei Leerlauf.
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Mit 2 ist ein Synchronmotor bezeichnet,- der eine Feldwicklung 4 aufweist.
Die Wechselstromquelle ist durch die Leitungen 6 und die Gleichstromquelle (Erregerstromquelle)
durch die Leitungen 8 dargestellt. Der Synchronmotor 2 wird durch Schließen eines
Schalters 12 angelassen. Gleichzeitig wird die Feldwicklung 4 über einen Entladewiderstand
22 mit Hilfe eines Erregerschützes 14 kurzgeschlossen. Das Schütz 14 besitzt eine
Wicklung 16, einen normal geschlossenen Kontakt 18 und einen normal geöffneten Kontakt
20. Der Motor 2 läuft sodann mit Hilfe zusätzlicher Anlaßwicklungen im Läufer, die
in der Zeichnung nicht dargestellt sind, asynchron hoch. Sobald der Motor die für
die Synchronisierung geeignete Geschwindigkeit erreicht, wird die Wicklung 16 des
Erregerschützes 14 erregt. Hierdurch wird der normal offene Kontakt 20 geschlossen
und die Felderregung eingeschaltet, während der Kontakt 18 geöffnet wird. Der Motor
kommt hierbei in Tritt und läuft sodann mit synchroner Geschwindigkeit weiter. Mit
Hilfe eines Feldwiderstandes 24 kann die Erregung der Feldwicklung 4 beeiuflußt
werden. Dies ist die bekannte Anordnung zur Anlaßsteuerung für einen Synchronmotor.
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Die vorliegende Erfindung verwendet ruhende Schaltkreise und logische
Elemente, mit welchen die optimalen Bedingungen für die Einschaltung der Erregung
sehr genau erfaßt und vorgewählt werden können. Es sind ein Frequenzmeßghed 26,
eine Polaritätsmeßeinrichtung 28, eine Verstärker- und Leistungsschalteinrichtung
30 sowie eine Einrichtung 32 zur Erfassung des Überganges in den Synchronismus vorgesehen.
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Die Einrichtungen 26, 28, 32 werden in Abhängigkeit von dem induzierten
Strom in der Feldwicklung während des Hochlaufes beeinflußt. Sie liefern Signale
an die Verstärker.. und Leistungsschalteinrichtung 30. Nach dem Eintritt einer geeignete
Beziehung zwischen den Eingangssignalen und der Läuferstellung wird die Verstärker-
und Leistungsschalteinrichtung 30 eingeschaltet, wodurch das Erregerschütz 14 betätigt
wird. Sollte der Motor in den Synchronismus kommen, bevor die Polaritätsmeßeinrichtung
anspricht, so wird von der Einrichtung 32 ein Signal bereitgestellt, das das Signal
der Polaritätsmeßeinrichtung 28 ersetzt.
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Sämtliche Einrichtungen benutzen NOR-Elemente bzw. NOR-Gatter und
Gedächtniselemente. Ein Gedächtniselement wird durch entsprechende Verbindung zweier
NOR-Gatter gebildet. Diese Elemente sind an sich bekannt. An Hand der F i g. 2 soll
die Wirkungsweise eines solchen NOR-Gatters erläutert werden. Das NOR-Gatter 34
enthält einen Transistor 36 eines geeigneten Typs, z. B. eines PNP-Typs. Dieser
Transistor besitzt eine Basiselektrode 38, eine Emitterelektrode 40 und eine Kollektorelektrode
42. Die Emitterelektrode 40 ist an Erde 44 gelegt. Die Basiselektrode 38 ist mit
mehreren Eingangsklemmen 46, 48 und 50 bzw. ihren Eingangswiderständen 47, 49 und
51 verbunden. Selbstverständlich kann die Zahl der Eingangklemmen und Widerstände
beliebig erhöht werden. Das NOR-Element 34 wird von einer Wechselstromquelle 54
gespeist, die mit einer Primärwicklung 56 eines Einphasentranformators 58 verbunden
ist. Die Sekundärwicklung 60 liegt mit dem einen Ende an Erde 62 und mit dem anderen
Ende über Gleichrichter und Glättungsglieder 66 an Leitungen 70 und 72. Auf diese
Weise können an der Leitung 70 beispielsweise -f-24 V und an der Leitung 72 -24
V abgenommen werden. Die Leitung 70 ist über einen Widerstand 74 mit der Basiselektrode
38 und die Leitung 72 über einen Strombegrenzungswiderstand 76 mit der Kollektorelektrode
42 verbunden. Die Kollektorelektrode 42 steht in Verbindung mit einer Ausgangsklemme
78.
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Die Wirkungsweise einer solchen Anordnung ist wie folgt: Wenn an keinem
der Eingänge 46, 48, 50 Signal anliegt, ist der Transistor 36 nichtleitend, so daß
die Klemme 78 ein negatives Potential annimmt, das ungefähr dem Potential der Leitung
72 entspricht. Der Ausgang 78 führt also in diesem Fall eine negative Signalspannung.
Wenn jedoch ein Signal an einer oder an mehreren Eingangsklemmen anliegt, wird der
Transistor 36 hochleitend, d. h., die Ausgangsklemme 78 wird ungefähr das Erdpotential
annehmen. Der Ausgang 78 führt also in diesem Fall kein Signal.
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Das Gedächtnis, das in dieser Anordnung Verwendung findet, wird durch
Verbindung der Aus- und Eingänge zweier NOR-Gatter gebildet. Man erhält auf diese
Weise eine bistabile Kippschaltung, d. h., das Gedächtnis wird beim Eintreffen eines
Signals in eine bestimmte Stellung geschaltet und verbleibt in dieser Stellung,
bis durch einen zweiten Eingangsimpuls die Rückschaltung erfolgt. Das Gedächtnis
bleibt in der jeweiligen Stellung, auch wenn das Schaltkommando nur von kurzer Dauer
ist.
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Wie zuvor ausgeführt, sind die Einrichtungen 26. 28, 32 so geschaltet,
daß sie in Abhängigkeit vom induzierten Strom in der Feldwicklung 4 während des
Anlaufes beeinflußt werden. Um eine genaue Messung des in der Feldwicklung induzierten
Wechselstromes zu erzielen, sind der Feldwicklung 4 ein Einstellpotentiometer 82
und Widerstände 80, 81 parallel geschaltet. Der induzierte Wechselstrom erzeugt
in dem Widerstand 80 ein Spannungssignal, welches in Phase mit dem induzierten Strom
ist. Der Widerstand 80 und das Potentiometer 82 erlauben eine genaue Einstellung
der Größe der an einem Gleichrichter 84 und an einer Zenerdiode 86 wirksamen Spannung.
Die Zenerdiode beschneidet die negative Halbwelle während des Anlaufes und macht
hierdurch das an dem Widerstand 80 abgegriffene Spannungssignal unabhängig von der
Maschinenspannung oder Wellenform. Der Gleichrichter 84 sperrt die positive Halbwelle
und schützt dadurch die Zenerdiode 86 gegen übermäßigen Strom in der anderen Richtung.
Die Wirkungsweise ist aus F i g. 4 und 4 a zu ersehen. F i g. 4 zeigt eine oszillographische
Darstellung der Klemmenspannung der Feldwicklung 4 während eines normalen Hochlaufvorganges.
F i g. 4 a zeigt eine
oszillographische Darstellung der Spannung
an dem Gleichrichter 84 und an der Zenerdiode 86. Wie ersichtlich, ist die zu überwachende
Spannung von der Maschinenspannung und Wellenform unabhängig. Die Amplitude der
beschnittenen Spannung ist in F i g. 4 a im Verhältnis zur Amplitude der Klemmenspannung
des besseren Verständnisses wegen größer dargestellt.
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Das Frequenzmeßglied 26 bestimmt, wann die Geschwindigkeit des Motors
für die Synchronisierung geeignet ist, und zwar durch Messung der Frequenz des induzierten
Wechselstromes. Die Frequenz des induzierten Wechselstromes ändert sich mit dem
Schlupf und nimmt mit der Beschleunigung des Synchronmotors ab.
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Das Frequenzmeßglied 26 ist der Reihenschaltung aus Gleichrichter
84 und Zenerdiode 86 parallel geschaltet, und zwar über einen Gleichrichter
88, der nur den Zutritt der negativen Halbwelle der beschnittenen Signalspannung
gestattet. Dem Gleichrichter 84 und der Zenerdiode 86 sind ein Widerstand 90 und
ein Gleichrichter 91 parallel geschaltet, um die positive Halbwelle der Signalspannung
auszugleichen, wodurch das Auftreten hoher positiver Spannungsspitzen in dem Steuersystem
verhütet wird.
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Das Frequenzmeßglied 26 weist ein Gedächtnis 93 auf, das durch Verbindung
einer NOR-Gatters 94 und eines NOR-Gatters 96 gebildet wird. Ein zweites
Gedächtnis 106 wird durch die NOR-Gatter 108 und 110 gebildet.
Der Ausgang des ersten Gedächtnisses 93 ist hierbei mit dem Eingang des zweiten
Gedächtnisses 106 über ein NOR-Gatter 98 gekoppelt.
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Weiter ist ein Impulsglied 103 vorgesehen, um die Gedächtnisse vor
dem Anlassen des Motors in eine geeignete Ausgangsstellung zu bringen. Zu diesem
Zweck ist ein Kondensator 102 in Reihe mit einem Begrenzungswiderstand
104 zwischen der negativen Leitung 72 und Erde 10 geschaltet. Wenn die negative
Leitung 72 vor dem Einschalten des Motors an Spannung gelegt wird, entsteht beim
Aufladen des Kondensators 102 an dem Widerstand 104 eine negative
Spannung, die einen Eingangsimpuls für das Gedächtnis 93 bildet und es in die »Ein«-Stellung
schaltet. In gleicher Weise wird auch das Gedächtnis 106
in die »Ein«-Stellung
umgeschaltet.
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Das Gedächtnis 93 verhindert, daß das Gedächtnis 106 in seine
Stellung zurückkehrt, bevor der Motor angelassen ist. Das Ausgangssignal von dem
Gedächtnis 93 sperrt ein Ausgangssignal von dem NOR-Gatter 98, bis
der negative Impuls, der von dem induzierten Strom in der Feldwicklung herrührt,
das Gedächtnis 93 abschaltet. Ein Widerstand 112 in Reihe mit einem Kondensator
114 ist mit dem Ausgang des Gedächtnisses 93 verbunden. Widerstand
112 und Kondensator 114 bilden ein Verzögerungsglied, welches ein
Eingangssignal an dem NOR-Gatter 98 so lange aufrechterhält, bis ein Kondensator
92 auf einen Wert aufgeladen ist, um ein Eingangssignal für das NOR-Gatter 98 bereitzustellen.
Während des Anlaufes wird der Kondensator 92, der zwischen dem Gleichrichter
88 und Erde 10 angeordnet ist, schnell auf den Scheitelwert der negativen
Signalspannung aufgeladen. Mit Hilfe eines Potentiometers 101 kann die Entladegeschwindigkeit
des Kondensators 92 eingestellt werden. Während der positiven Halbwelle der
Signalspannung entlädt sich der Kondensator 92 über die NOR-Gatter 96, 98 und das
Potentiometer 101. Zwischen dem Kondensator 92 und dem NOR-Gatter 98 ist
eine Zenerdiode 100 angeordnet. Die Werte des Kondensators 92, des
Potentiometers 101 und der NOR-Gatter 96, 98 sind so gewählt, daß die Spannung
an dem Kondensator 92 über dem Schwellwert der Zenerdiode 100 verbleibt und daher
ein Eingangssignal für das NOR-Gatter 98 aufrechterhalten kann, solange die Frequenz
des induzierten Stromes in der Feldwicklung 4 größer als ein vorbestimmter Wert
ist. Wenn die Länge der Halbwelle des induzierten Stromes die Entladezeit überschreitet,
wird die Spannung an dem Kondensator 92 unter den Schwellwert der Zenerdiode
100 absinken, und das Eingangssignal für das NOR-Gatter 98 verschwindet.
Daraus ist zu ersehen, daß von dem NOR-Gatter 98 kein Ausgangssignal abgegeben
wird, bis der Motor angelassen und auf eine vorgewählte Geschwindigkeit beschleunigt
worden ist. Sobald jedoch ein Ausgangssignal von dem NOR-Gatter 98 abgegeben
wird, wird das Gedächtnis 106 umgeschaltet, so daß an der weiter unten beschriebenen
Verstärker- und Leistungsschalteinrichtung 30 kein Signal gegeben wird.
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Um möglichst kleine Schaltstöße bei Einschaltung der Erregung zu erhalten,
muß die Erregung bei einer geeigneten Größe und Polarität des induzierten Stromes
in der Feldwicklung vorgenommen werden. Es ist bekannt, daß, wenn die Erregung zu
Beginn der negativen Halbwelle des induzierten Stromes eingeschaltet wird (unter
der Voraussetzung, daß die Gleichstromerregung positiv ist), das durch den Motor
entwickelte positive Drehmoment den Motor beschleunigen will, während die Erregerspannung
den Feldstrom zwingt, schnell gegen Null zu gehen. Diese Maßnahme begrenzt oder
reduziert das negative oder generatorische Drehmoment. Während der positiven Halbwelle
hat das Motorsystem Zeit, die elektrischen und mechanischen Stöße zu dämpfen, da
dann der volle Erregerstrom verfügbar ist, um ein maximales Intrittfall-Drehmoment
zu erzeugen, sobald die Pole ihre synchronisierte Stellung während der ersten positiven
Halbwelle erreichen. Diese Verhältnisse lassen sich klarer aus F i g. 3 ersehen,
welche eine oszillographische Darstellung des in der Feldwicklung induzierten Stromes
JF in Abhängigkeit von der Zeit zeigt. Hierin ist mit gestrichelten Linien der nach
der Synchronisierung zu erwartende Gleichstrom einer Erregergleichstromquelle von
positiver Polarität eingezeichnet. Der optimale Bereich für die Einschaltung der
Erregung ist durch die beiden Bezugspunkte A und b angegeben, welche in der ersten
Hälfte der negativen Halbwelle des induzierten Stromes liegen. Die günstigste Zeit
für die Einschaltung liegt zwischen den Punkten a und b, wie durch
Versuche festgestellt worden ist. Wenn jedoch die Gleichstromerregung negativ ist,
würde der optimale Bereich für die Einschaltung der Erregung ähnlich liegen, aber
in der positiven Halbwelle des induzierten Stromes.
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Im Ausführungsbeispiel wird die Einrichtung 28
zur Erfassung
der Polarität durch die NOR-Gatter 200 und 202 gebildet, wobei der
Ausgang des NOR-Gatters 200 mit dem Eingang des NOR-Gatters 202
verbunden
ist. Hierbei ist das NOR-Gatter 200 so ausgelegt, daß am Eingang ein negatives
Potential von wenigstens einigen Volt anliegen muß, bevor es abschaltet. Es wurde
bereits angedeutet, daß es wünschenswert ist, daß das NOR-Gatter 202 ein
Ausgangssignal an den Verstärker- und Leistungsschaltkreis 30 nur während eines
kurzen Intervalls zu Beginn der negativen Halbwelle abgibt. Das NOR-Gatter
200
ist daher so geschaltet, daß es ein Signal von dem Gleichrichter 84 und der Zenerdiode
86 empfangen kann. Während der positiven Halbwelle der Signalspannung stellt das
NOR-Gatter 200 dem NOR-Gatter 202 ein Signal zur Verfügung; daher kann der
Ausgang des NOR-Gatters 202 in diesem Fall kein Ausgangssignal führen. Während der
negativen Halbwelle gibt das NOR-Gatter 200 jedoch keinen Impuls an das NOR-Gatter
202, daher könnte an dem Ausgang des NOR-Gatters 202 bei jeder negativen
Halbwelle ein Signal auftreten. Die günstigste Zeit für die Synchronisierung ist
jedoch, wenn der induzierte Strom zu seinem negativen Maximum ansteigt, wie zuvor
ausgeführt worden ist. Daher sind ein Widerstand 204 und ein Kondensator
206 vorgesehen, die zusammen ein Verzögerungsglied bilden, so daß nach dem
Erscheinen der negativen Halbwelle innerhalb einer bestimmten Zeitverzögerung der
Kondensator 206 genügend aufgeladen ist, um ein Signal an das NOR-Gatter
202 abzugeben, so daß es abschaltet. Es wird also ein Ausgangssignal von dem NOR-Gatter
202 nur während des Ladeintervalls des Kondensators 202 gegeben. Die kurze Dauer
der Ladezeit zeigt also die optimalen Polaritätsbedingungen für die Einschaltung
der Erregerspannung an.
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Der Verstärker- und Leistungsschalteinrichtung 30 werden die Ausgangssignale
des Frequenzmeßgliedes und der Polaritätseinrichtung 26 bzw. 28 zugeführt. Nur beim
Zusammentreffen von beiden Signalen spricht die Verstärker- und Leistungsschalteinrichtung
30 an und schaltet das Erregerschütz 14. Die Ausgangssignale werden von NOR-Gattern
300 und 302 empfangen, welche zusammen ebenfalls ein Gedächtnis 304 bilden. Das
Gedächtnis 304 ist anfangs in die »Aus«-Stellung geschaltet worden, und zwar durch
das Impulsglied 103, das auch die Gedächtnisse 93 und 106 in ihre Ausgangsstellungen
gebracht hat.
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Während der Synchronmotor beschleunigt wird, erscheint an dem Eingang
von dem NOR-Gatter 300 von der Polaritätsmeßeinrichtung 28 periodisch ein Eingangssignal.
Die Anwesenheit eines Signals an einem Eingang des NOR-Gatters 302 vom Frequenzmeßglied
26 verhindert jedoch eine Umschaltung des Gedächtnisses 304 in die »Ein«-Stellung.
Sobald jedoch die gewünschte Geschwindigkeit für die Synchronisierung erreicht ist,
verschwinden die beiden Eingangsimpulse an dem NOR-Gatter 302, so daß das nächste
Signal von der Polaritätsmeßeinrichtung 28 zu dem NOR-Gatter 300 das Gedächtnis
304 umschaltet, wodurch ein Ausgangssignal am Gedächtnis 304 erscheint. Dieses Ausgangssignal
wird über einen Widerstand 306 der Basis 310 eines ersten Verstärkertransistors
308 zugeführt. Der Transistor 308 besitzt außerdem eine Kollektorelektrode 318 und
eine Emitterelektrode 316. Die Kollektorelektrode 318 ist über einen Ladewiderstand
320 mit der negativen Leitung 72 verbunden.
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Ferner ist ein Leistungstransistor 312 vorgesehen, der mit seiner
Basiselektrode 314 mit der Emitterelektrode 316 des Transistors 308 verbunden ist.
Der zweite Transistor 312 hat ebenso eine Kollektorelektrode 313 und eine Emitterelektrode
315. Die Basiselektrode 314 erhält über einen Widerstand 322 von der Leitung 70
eine positive Vorspannung.
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Wenn also an der Basiselektrode 310 ein Eingangssignal von dem Gedächtnis
304 erscheint, so wird der Transistor 308 leitend und wirkt wie ein Schalter in
der geschlossenen Stellung, wodurch von der Basiselektrode 314 des Verstärkers 312
Strom fließt. Der Leistungstransistor 312 wird sodann leitend und stellt einen Schalter
in der geschlossenen Stellung dar. Hierdurch wird die Wicklung 16 des Erregerschützes
14 von der Erregerstromquelle 8 erregt, so daß der normal offene Kontakt 20 geschlossen
und unmittelbar darauf der normal geschlossene Kontakt 18 geöffnet wird. Auf diese
Weise erhält die Feldwicklung 4 des Motors 2 die Erregungsspannung. Parallel zur
Wicklung 16 des Schützes 14 ist noch ein Gleichrichter 324 geschaltet, um
den Transistor 312 gegen überspannungen zu schützen, die auftreten können,
wenn der Transistor 312 nichtleitend wird.
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Es ist bekannt, daß ein wenig belasteter Synchronmotor bereits in
den Synchronismus übergehen kann, bevor die Felderregung eingeschaltet wird. Die
Synchronisierung erfolgt in diesem Fall durch das Reaktionsmoment, welches den Läufer
in die richtige Winkelstellung zum Stännderfeld überführt. Diese Verhältnisse sind
in F i g. 6 dargestellt. Wenn der Synchrönmotor unter Last hochläuft, wird in der
Feldwicklung ein Strom mit einer Frequenz induziert, welche sich entsprechend dem
Schlupf des Motors stetig vermindert (F i g. 5). Wenn die Zeit zwischen den negativen
Halbwellenimpulsen des induzierten Stromes größer ist als die Zeit, auf die das
Frequenzmeßglied 26 eingestellt ist, und wenn die Polarität der induzierten Spannung
in geeigneter Beziehung dazu steht, wird das Erregerschütz 14 erregt. In
F i g. 5 ist mit einer strichpunktierten Linie die Einschaltung der Felderregung
angedeutet.
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Wenn der Synchronmotor jedoch unbelastet hochläuft (F i g. 6), erreichen
der induzierte Feldstrom und die Spannung schnell einen gleichmäßigen Wert. Erfahrungsgemäß
wird die letzte positive Halbwelle von zu kurzer Dauer sein, um eine Schaltung des
Frequenzmeßgliedes 26 zu erlauben. Diese Einrichtung schaltet nur dann, sobald die
induzierte Spannung Null geworden ist. Daher i$t in diesem Fall nie länger ein Eingangssignal
für die Polaritätsmeßeinrichtung 28 vorhanden, so daß sie auch kein Ausgangssignal
abgeben kann. Um eine Einschaltung der Felderregung auch unter einer solchen Bedingung
zu gewährleisten, muß die Polaritätsmeßeinrichtung 28 umgangen werden und an ihrer
Stelle ein anderes Signal vorgesehen sein, um die Verstärker- und Leistungsschalteinrichtung
30 betätigen zu können.
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Es wird daher eine Einrichtung 32 zur Erfassung des Synchronlaufes
vorgesehen, welche ein Signal an die Verstärker- und Leistungsschalteinrichtung
30 bereitstellt, wenn der Motor vor dem Einschalten der Felderregung in den Synchronlauf
übergehen sollte. Die Einrichtung 32 enthält ein Verzögerungsglied 401, welches
der Einrichtung 32 erlaubt, ein Signal an die Einrichtung 30 zu liefern, wenn der
induzierte Strom in der Feldwicklung Null ist. Das Verzögerungsglied 401 ist so
gewählt, daß es eine größere Verzögerung hat, als dem Zyklus der Halbwellen des
induzierten Stromes entspricht, und zwar unter allen Bedingungen, so daß die Einrichtung
32 niemals ein Ausgangssignal abgibt, solange der Motor noch außer Tritt ist. Zu
diesem Zweck ist ein Gleichrichter 400 vorgesehen, der nur die negative Halbwelle
durchläßt. Die negative Halbwelle der beschnittenen Signalspannung lädt einen Kondensator
402 auf, welcher einseitig an Erde 10 liegt. Die negative Halbwelle bildet
somit ein Eingangssignal für ein NOR-Gatter
404, wodurch ein Ausgangssignal
nicht auftreten kann. Der Kondensator 402 entlädt sich hierbei über einen
Widerstand 406 und das NOR-Gatter 404. Die Verzögerung ist hierbei so gewählt, daß
an dem Kondensator eine Spannung von genügender Größe verbleibt, um das NOR-Gatter404
auch über die längste Halbwelle der positiven Signalspannung zu sperren. Wenn jedoch
der Synchronmotor in den Synchronismus übergeht, wird sich der Kondensator 402 entladen,
und das Eingangssignal an dem NOR-Gatter 404 verschwindet dann. Der Ausgang des
NOR-Gatters 404 stellt sodann ein Signal dem NOR-Gatter 300 in der Verstärker- und
Leistungsschalteinrichtung 30 zur Verfügung. Das Ausgangssignal von dem NOR-Gatter
404 ersetzt hierbei das Signal von der Polaritätsmeßeinrichtung 28, um die Felderregung
herbeizuführen.
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Die vorliegende Erfindung sieht also eine Synchronisiereinrichtung
für eine Anlaßsteuerung vor, welche schnell bei den optimalen Bedingungen anspricht
und die Felderregung herbeiführt. Hierdurch werden Stöße bei der Synchronisierung
auf ein Minimum herabgesetzt.
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Gelegentliche große Schaltschwingungen, welche sich beim Einlegen
des Hauptschalters ereignen können, werden auch auf die Feldwicklung 4 übertragen.
Um die messenden Einrichtungen gegen derartige flberspannungen zu schützen, ist
parallel zu den Widerständen 80 und 82 ein nichtlinearer Widerstand 514 geschaltet,
der beim Auftreten von erhöhten Spannungen hochleitend wird.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ist unabhängig von der Größe der Maschinenspannung
und ihrer Wellenform. Weiter kann die Geschwindigkeit, bei welcher die Feldwicklung
eingeschaltet werden soll, in der Einrichtung eingestellt werden. Ferner wird die
von dem Reaktionsmoment herbeigeführte Synchronisierung erfaßt, um auch in diesem
Fall die Einschaltung der Felderregung zu gewährleisten. Durch die Verwendung von
kontaktlosen ruhenden Schaltelementen und Einrichtungen wird die Genauigkeit und
Empfindlichkeit der Anordnung erheblich verbessert. Schließlich benötigt eine solche
Anordnung erheblich weniger Platz als die bekannten elektromechanischen Einrichtungen.
Die erfindungsgemäße Schaltung erlaubt also, eine Feineinstellung der für eine weiche
Synchronisation erforderlichen kritischen Werte.