DE1438273C - Anordnungen zur Verminderung der Zeit konstanten der Erregung und Entregung eines Steuergenerators - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf Anordnungen zur nung eine große Linearität, eine geringe innere Im-

Verminderung der Zeitkonstanten der Erregung und pedanz und eine große Eingangsimpedanz auf. Bei

Entregung eines mit pulsierendem Strom erregten dieser Anordnung kann der Generator mit einem

Steuergenerators bei veränderbarer Stärke des die Verstärker mit vollständiger Rückkopplung ver-

mit dem Anker des Generators in Reihe liegende Er- 5 glichen werden, wobei die Ausgangsspannung der

regerwicklung durchfließenden Stromes. Eingangsspannung entgegengerichtet ist und man

*Es ist bekannt, daß die Steuergeschwindigkeit folglich die klassischen Eigentümlichkeiten einer

eines Steuergenerators, wenn dessen Ankerspannung solchen Anordnung wiederfindet,

durch Verändern der Stromstärke in der Erreger- Darüber hinaus wird der Energieüberschuß des

wicklung gesteuert wird, durch die Zeitkonstante io Steuerkreises, der zur Verminderung der Zeitkon-

des Erregerkreises begrenzt wird, die durch die stanten erforderlich ist, nicht in einem zusätzlichen

Gleichung Widerstand in Wärme umgesetzt, sondern durch den

Generator als mechanische Energie zurückgewonnen.

χ _ _ Der Antriebsmotor des Generators wird also ent- r 15 lastet, und es braucht keine zusätzliche Wärme abgegegeben ist, wobei L die Induktivität des Erreger- führt zu werden. .
Wicklungskreises und r sein Widerstand ist. ^Bei einer bekannten Anordnung wird der Steuer-Es ist versucht worden, den Wert dieser Zeitkon- generator über ein Potentiometer mit Gleichstrom stanten durch verschiedene Maßnahmen zu verrin- g^e|P«^st- Diese Speisung unterscheidet sich von dem gern, unter anderem durch Serienschaltung eines ²⁰ erfindungsgemaßen Antrieb mittels pulsierenden großen Widerstands zur Erregerwicklung. Dabei er- ^Stromf grundsätzlich dadurch, daß bei Gleichgibt sich für die Zeitkonstante strombetneb keine Unterbrechungen des Stromes

vorkommen. Es ist daher nicht notig, eine Möglichkeit zur Ableitung der in der Erregerwicklung ge-

χ = 25 speicherten Ladung vorzusehen.

r + R Eine Ableitung dieser Ladung wäre zwar über das

bei der bekannten Anordnung vorhandene Potentio-

wobei R der Wert des Widerstandes ist. Diese Maß- meter möglich. Um dabei jedoch den Erregerwicknahme hat jedoch den Nachteil, daß sie durch einen lungskreis kurzzuschließen, müßte der Schleifer des erheblichen Wärmeverlust in dem zusätzlichen 30 Potentiometers verschoben werden. Dieser Vorgang Widerstand den Wirkungsgrad der Anlage verringert. erfordert eine relativ lange Zeitspanne. Außerdem ist Eine weitere bekannte Maßnahme zur Verringe- während dieser Zeit stets wenigstens ein Teil des rung der Zeitkonstanten liegt darin, den Anker des Potentiometerwiderstandes in den Erregerwicklungs-Generators mit der Erregerwicklung in Reihe zu kreis eingeschaltet, was zu einer stetigen Vergrößeschalten. Dadurch entsteht ein Stromkreis, in dem 35 rung der Zeitkonstanten führt. Da die Größe des in die Spannung des Ankers der Steuerspannung ent- den Erregerkreis eingeschalteten Teils des Potentiogegenwirkt. Es ergibt sich für die Zeitkonstante fol- meterwiderstandes je nach benötigter Spannung vergender Wert: schieden ist, ist auch mit einer in Abhängigkeit vom

Betriebszustand stark schwankenden Zeitkonstanten

χ = 40 zu rechnen. Die vorbekannte Anordnung ist also bei

K + r Betrieb eines Steuergenerators mit pulsierendem

Strom nicht verwendbar.

wobei K = f ist und E die elektromotorische Kraft .^E,^{s wäre} ™*\ ^denkbar> ,^das _t Potentiometer bei-

/ spielsweise mittels eines Schalters kurzzuschließen.

des Ankers und / die Stromstärke im Erregerkreis 45 Dann besteht jedoch, insbesondere wenn die volle bezeichnet, wobei in erster Näherung der sehr Potentiometerspannung am Generator Hegt, die Geschwache Spannungsabfall im Anker gegenüber E fahr einer Überlastung der Stromquelle,
vernachlässigt werden kann. Ziel der Erfindung ist es daher, Anordnungen der

Es wirkt also — mit anderen Worten — der eingangs genannten Art anzugeben, die eine wirk-Anker im Steuerkreis wie ein zusätzlicher, zur Er- 50 same Verminderung der Zeitkonstanten der Er- und regerwicklung in Serie geschalteter Widerstand von Entregung bei Antrieb mit pulsierendem Strom geder Größe K. stattet.

Für die Zeitkonstante T₂ erhält man: Diese Aufgabe wird bei einer solchen eingangs

1 genannten Anordnung erfindungsgemäß bei Speisung

T₂ = T . 55 durch pulsierenden Gleichstrom dadurch gelöst, daß

1 + K/r der Einheit aus Erregerwicklung und Anker unter

Vermeidung eines ohmschen Widerstandes ein

Die ursprüngliche Zeitkonstante T ist also durch Gleichrichter parallel geschaltet ist. Bei Speisung des den Faktor Generators durch pulsierenden Strom wechselnder

1 _l_ K/r = 1 + EIV ^6o Polarität schlägt die Erfindung zur Lösung der glei

chen Aufgabe vor, der Einheit aus Erregerwicklung

geteilt, wobei V die den Gleichstromkreis versor- und Anker wiederum unter Vermeidung eines ohmgende Gleichspannung ist, die am Anker eine Gleich- sehen Widerstandes einen Kondensator parallel zu spannung £ erzeugt. schalten. Ein »pulsierender Strom wechselnder PoIa-

Abgesehen von der unter Umständen erheblichen 65 rität« ist dabei ein Strom, dessen Effektivwert stets Verminderung der Zeitkonstanten der Erregung und eine Polarität hat, dessen Momentanwert jedoch Entregung durch die Wahl eines entsprechend kurzzeitig die entgegengesetzte Polarität annehmen großen Faktors E/V weist eine derartige Anord- kann.

Bei den erfindungsgemäßen Anordnungen wird dagegen im allgemeinen die Stromquelle vom Generator abgeschaltet, so daß keine Überlastungen der Stromquelle auftreten können. Dabei tritt unabhängig von den Verhältnissen vor der Abschaltung immer die gleiche Zeitkonstante auf, welche durch die Dimensionierung des Erregerwicklungskreises gegeben ist und verhältnismäßig klein gewählt werden kann. Dies ist insbesondere bei Verwendung von Steuereinrichtungen von Bedeutung, die die Zeit des Stromflusses steuern. Da es sich weder bei einem Gleichrichter noch bei einem Kondensator um ein mit wesentlichen Verlusten behaftetes Bauelement handelt, läßt sich auf diese Weise zusätzlich zur Verminderung der Zeitkonstanten eine beachtliche Steigerung des Wirkungsgrades erzielen.

Bei Speisung des Generators mit pulsierendem Gleichstrom könnte an Stelle des Gleichrichters auch ein Kondensator Verwendung finden. In diesem Fall ergibt sich jedoch eine andere Gleichrichtung der Speisespannung. Man erhält nämlich die Spitzenj'-N spannung und nicht den Mittelwert, was unter Um-' ) ständen die Verwendung eines Schutzwiderstandes erfordern kann.

Bei Speisung des Steuergenerators durch pulsierenden Strom wechselnder Polarität und Parallelschaltung eines Kondensators hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dem Speisestromkreis einen kleinen Schutzwiderstand zuzuordnen. Ein derartiger Schutzwiderstand dient dazu, um bei einer Spannungsquelle mit niedrigem Innenwiderstand die unter Umständen für die Gleichrichter der Spannungsquelle schädlichen, von der Entladung des Kondensators herrührenden Spannungsspitzen zu unterdrücken. Sein Wert kann im Vergleich zum Widerstand des Steuerkreises niedrig gehalten werden, so daß er nicht zu einer merklichen Verschlechterung des Wirkungsgrades beiträgt. Außerdem kann er ohne weiteres so ausreichend dimensioniert werden, daß keine störende Wärmeentwicklung zu befürchten ist.

Es ist zwar bereits bekannt, der Erregerwicklung eine mit einem Widerstand in Reihe liegende Diode parallel zu schalten. Dieser Schaltung haftet jedoch jj der große Nachteil an, daß die in der Erregerwicklung gespeicherte Energie als Wärme vernichtet wird. Außerdem kann mit dieser Schaltung nur die Zeitkonstante der Entregung verkleinert werden, während erfindungsgemäß die Zeitkonstanten der Erregung und Entregung dank eines einzigen Bauelements verringert werden.

Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch die Schaltungsanordnung bei Speisung des Generators mit pulsierendem Gleichstrom,

F i g. 2 die Schaltungsanordnung bei Speisung mit pulsierendem Strom wechselnder Polarität und

F i g. 3 und 4 Schaltungsanordnungen weiter ausgestalteter Anwendungsbeispiele.

In F i g. 1 der Zeichnung ist der Steuerkreis bei Speisung des Generators mit pulsierendem Gleichstrom dargestellt. Die Quelle S speist über den Schalter / die Erregerwicklung L des Generators G, dessen Ankerkreis mit einem mit M bezeichneten gesteuerten Organ verbunden ist.

Parallel zur Erregerwicklung L und zum Anker des Generators G ist eine Diode D geschaltet, die den Erregerstromkreis während der Unterbrechung des Speisekreises schließt. Infolge der Parallelschaltung der Diode zu der Reihenschaltung aus Erregerwicklung L und Anker läßt sich ein elektrische Energie verbrauchender ohmscher Widerstand vermeiden.

Bei den bekannten Anordnungen tritt eine zweite Zeitkonstante T des Entladekreises auf, welcher die Erregerwicklung, den Gleichrichter und den zusätzlichen Widerstand umfaßt, wobei der Widerstand in bekannter Weise mit dem Gleichrichter in Reihe geschaltet ist.

Im Gegensatz dazu ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung die Zeitkonstante T gleich der Zeitkonstanten T. Es ergibt sich somit:

Γ = —

K + r

Selbstverständlich wird bei dieser Anordnung der Wert für T und T unterhalb des zulässigen Grenzwertes der Zeitkonstanten gewählt. Er ist jedoch im allgemeinen größer als die Wiederholungsperiode der Steuerimpulse, so daß man unter den gegebenen Verhältnissen einen Erregerstrom erhält, der nicht auf den Wert Null zurückgeht oder sich dem Wert Null nähert und der dennoch sowenig wie möglich gestört ist.

Wird der Steuergenerator über pulsierenden Strom wechselnder Polarität gespeist, so ist, wie Fig. 2 erkennen läßt, der Einheit aus Erregerwicklung L und Anker des Generators G ein Kondensator C parallel geschaltet. Damit wird in gleicher Weise der Erregerstromkreis während der Zeit der Unterbrechung des Speisestroms geschlossen. Für die Zeitkonstante ergibt sich der gleiche Wert wie bei der Parallelschaltung eines Gleichrichters.

Bei der Schaltung nach F i g. 2 ist zwischen den Unterbrecher / und der Erregerwicklung L bzw. den Kondensator C ein Schutzwiderstand R eingeschaltet. Bei dieser Schaltung lädt sich die Erregerwicklung L bei jeder Periode mit einer Zeitkonstanten

K + r + R

auf. Andererseits vollzieht sich die Entladung über den durch die Erregerwicklung L, den Anker und die Kapazität C gebildeten Resonanzschwingkreis mit einer Zeitkonstanten T₄, welche kleiner als T_s ist. T₄ ist darüber hinaus um so kleiner, je kleiner die Kapazität C ist. Natürlich muß entgegengesetzt dazu die Überspannung an den Klemmen des Kondensators C größer und größer werden.

Die Werte von T₃ und T₄ können so gewählt werden, daß sie größer als die Periode des Unterbrechers / sind. Der Generator wird also quasikontinuierlich gesteuert, und die Anordnung wirkt als Gleichrichter mit einer Spitzenkapazität.

Die Anwendungsmöglichkeiten der beschriebenen Schaltungsanordnungen sind zahlreich. Im folgenden sei insbesondere die Anwendung dieser Anordnungen in Geschwindigkeits- bzw. Positionsregelkreisen aufgezeigt. Dabei zeichnen sich diese Regelkreise unter anderem wegen ihrer geringen Zeitkonstanten, ihres schnellen Ansprechens, des Fehlens wärmeerzeugender Bauteile im Erreger- und Steuerkreis sowie durch geringe Abmessungen aus. Außerdem

macht sich die Verwendung von Halbleitern besonders günstig bemerkbar.

In F i g. 3 der Zeichnung ist eine Schaltungsanordnung zur Geschwindigkeitsregelung eines Motors dargestellt. Dabei wird die aus den vier Gleichrichtern R₁, R<„ R₃, R₄ bestehende Brückenschaltung vom Netz S gespeist. Die Gleichrichter ihrerseits speisen einen Stromkreis mit der Erregerwicklung L des Generators G. Parallel zu diesem Stromkreis ist eine Diode D geschaltet. Der Generator G wird von einem Motor m angetrieben.

Die Ankerwicklung des Generators G ist mit dem gesteuerten Motor M, welcher einen Tachogenerator T antreibt, verbunden. Der Tachogenerator ist seinerseits an einen mit CC bezeichneten Steuerkreis angeschlossen, welcher von dem Steuerorgan O beeinflußt wird. Der Kreis CC steuert die beiden Gleichrichter R₃ und R_A der Brückenschaltung, welche beispielsweise Thyratrone sein können.

Ein solcher Stromkreis, dessen Quelle 5 ein kleiner, mit der Generatorwelle verbundener Wechselstromgenerator sein kann, besteht nur aus solchen Bauteilen, die leicht in einem Gehäuse untergebracht werden können, welches z. B. auf dem Generator angeordnet ist. Dies ermöglicht die Herstellung eines unabhängigen und beweglichen Verstärkersatzes mit den obenerwähnten Vorteilen.

In F i g. 4 ist schließlich eine Schaltungsanordnung zur Einstellung einer bestimmten Position dargestellt. Die Wechselstromquelle S speist über die beiden steuerbaren Gleichrichter ^₁ und R₂ den aus dem zusätzlichen Widerstand R, der Erregerwicklung L und dem Anker des Generators G mit der zur Erregerwicklung L und Anker parallelgeschalteten Kapazität C gebildeten Kreis.

Der Generator wird von einem mit konstanter Drehzahl laufenden Motor m angetrieben. An seinem Ankerkreis liegt der gesteuerte Motor M, an welchen andererseits ein fehlerverarbeitendes Organ, beispielsweise in Form eines Rückmelders SD, angeschlosesn ist. Dieses Organ beeinflußt den Steuerstromkreis CC, der seinerseits unter dem Einfluß des Steuerorgans O steht und auf die beiden Gleichrichter R₁ und R, einwirkt.

Diese Regelschaltung für die Stellung besitzt ebenfalls die im Zusammenhang mit der Geschwindigkeisregelung angeführten Vorteile. Der Wärmeverlust über den Schutzwiderstand R ist sehr gering. Außerdem ermöglicht der Austausch des fehlerverarbeitenden Organs gegen einen Tachogenerator eine Regelung der Geschwindigkeit im umgekehrten Sinn.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Verminderung der Zeitkonstanten der Erregung und Entregung eines mit pulsierendem Strom erregten Steuergenerators bei veränderbarer Stärke des die mit dem Anker des Generators in Reihe liegende Erregerwicklung durchfließenden Stromes, dadurch gekennzeichnet, daß bei Speisung durch pulsierenden Gleichstrom der Einheit aus Erregerwicklung (L) und Anker (G) unter Vermei- ' dung eines ohmschen Widerstandes ein Gleichrichter (D) parallel geschaltet ist.

2. Anordnung zur Verminderung der Zeitkonstanten der Erregung und Entregung eines mit pulsierendem Strom erregten Steuergenerators bei veränderbarer Stärke des die mit dem Anker des Generators in Reihe liegenden Erregerwicklung durchfließenden Stromes, dadurch gekennzeichnet, daß bei Speisung durch pulsierenden Strom wechselnder Polarität der Einheit aus Erregerwicklung (L) und Anker (G) unter Vermeidung eines ohmschen Widerstandes ein Kondensator (C) parallel geschaltet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Erregerstromkreis ein kleiner Schutzwiderstand (R) zugeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen