DE1463052C - Verfahren zur Steuerung der Drehzahl und der Orehnchtung eines eine Steuern richtung antreibenden Zweiphaseninduktions motors und Einrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens - Google Patents

Description

1 2

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur flusses der Ruhereibung bei elektrischen Stellein-Steuerung der Drehzahl und der Drehrichtung eines richtungen an sich nicht mehr neu sind. Die bekannteine Stelleinrichtung der Feinwerktechnik über ein gewordenen Verfahren benötigen aber zu ihrer Getriebe antreibenden Zweiphaseninduktionsmotors, Durchführung sehr aufwendige Anordnungen,
dessen Steuer- und Erregerwicklungen mit Wechsel- 5 Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachspannungen gleicher Frequenz gespeist werden, mit stehend an Hand der Fig. 1 und 2 der Zeichnung einem die Steuerwicklungen in Abhängigkeit von der näher beschrieben.

Amplitude und der Phasenlage einer Steuerwechsel- Die Fig. 1 zeigt das Schaltbild eines Kompen-

spannung derselben Frequenz speisenden Verstärker. sationsschreibers. Mit 1 ist eine Meßspannungsquelle

Eine Einrichtung, in der das eingangs genannte Ver- io angedeutet, welche eine Gleichspannung unverän-

fahren angewendet ist, ist bekannt (DT-Zeitschrift, derlicher Polarität, aber schwankender Größe liefert,

Siemens Zeitschrift, 27. Jahrgang [1953], S. 142 und z.B. ein Thermoelement oder ein Widerstandsther-

143). mometer. Der Schreiber hat die Aufgabe, die Meß-

Bei schreibenden Meßgeräten mit Motorantrieb größe als Funktion der Zeit aufzuschreiben. Mit 2

der Schreibvorrichtung macht sich stets der Einfluß 15 ist der Umschaltkontaktarm einer Zerhackeranord-

der Ruhereibung in dem zwischen Antriebsmotor nung bezeichnet, der von einem mit Spannung der

und Schreibstift befindlichen Getriebe nachteilig be- Netzfrequenz gespeisten Relais 3 dieser Anordnung

merkbar, da er eine Herabsetzung der Schreiber- angetrieben ist. Beide Gegenstücke des Umschalt-

Empfindlichkeit und -Genauigkeit bewirkt. Um diesen kontaktarms 2 sind mit den Enden der Primärwick-

Einfluß klein zu halten, hat man eine besondere 20 lung 4 eines Transformators 5 verbunden. Diese

sorgfältige Fertigung des mechanischen Getriebes, Wicklung ist in der Mitte angezapft. Die Anzapfung

welches ein Hebel- und/oder Rädergetriebe sein ist über einen Widerstand 6 mit dem anderen Pol

kann, angestrebt. Damit hat man jedoch den der Gleichspannungsquelle 1 (Masse) verbunden. v.

prinzipiell höheren Betrag der ruhenden Reibung Die Sekundärwicklung 7 des Transformators 5 liegt

gegenüber der gleitenden oder rollenden Reibung 25 wechselstrommäßig über einen Kondensator 8 an

nicht wesentlich reduzieren können.' , Masse; ihre beiden Enden sind mit dem Eingang

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Ver- eines Verstärkers 9 verbunden. Das Ausgangssignal fahren zur Steuerung einer Stellvorrichtung der dieses Verstärkers gelangt auf den Eingang einer eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die Transistorstufe 10 als Mischstufe, und zwar zusam-Ruhereibung auf den Betrag der gleitenden -Reibung 30 men mit dem Ausgangssignal eines eine Sinusspanherabgesetzt wird. nung liefernden Oszillators 11. Dieser Oszillator ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch in bekannter Weise aus zwei Halbleitern und RC-

gelöst, daß dem Eingang der Endstufe des Ver- Gliedern aufgebaut; die Frequenz (z. B. 70 Hz) der

stärkers außer der Steuerwechselspannung eine Hilfs- von ihm gelieferten Spannung hat die gleiche

wechselspannung konstanter, aber von der Frequenz 35 Größenordnung wie die von der Zerhackeranord-

der Steuerwechselspannung derart abweichender Fre- nung 2, 3 erzeugte Impulsfrequenz, ist jedoch ver-

quenz zugeführt wird, daß die Frequenzdifferenz schieden von ihr. Nach der Transistorstufe 10 wird

beider Wechselspannungen kleiner als die Frequenz die Mischspannung am Ausgangswiderstand 12 ab-

der Steuerwechselspannung ist. genommen. Sie wird zwei parallelliegenden Koppel-

Hierdurch wird nämlich erreicht, daß der An- 40 kondensatoren 13 und 14 zugeführt,
triebsmotor sowie das zwischen diesem und der Der Kondensator 13 ist mit der Basis eines Tran-Stellvorrichtung liegende Getriebe stets in einer sistors 15 für die Phasenumkehr verbunden, und oszillierenden Bewegung bleiben, so daß also vom dessen Kollektorwiderstand 16 ist über einen Kon-Motor nur die Reibung der Bewegung zu überwinden densator 17 mit der Basis eines Endstufentransistors ist. Die thermische Belastung des Zweiphaseninduk- 45 18 gekuppelt. Im unteren Zweig gelangt die Mischtionsmotors durch die Hilfswechselspannung ist hier- spannung direkt zur Basis eines Transistors 19.
bei vernachlässigbar, da die Aussteuerung nur mit Die Basen beider Transistoren 18 und 19 sind mit etwa 25 °/o der Nennaussteuerung erfolgt. Entspre- je einer Diode 20 und 21 und je einem parallel zu chend ist auch die Belastung des Getriebes uner- diesen liegenden Widerstand 22 und 23 mit Masse heblich. 50 verbunden. Zwei Widerstände 24 und 25 sind mit

Besonders vorteilhaft ist es, wenn man in einer den der Masseseite abgewandten Enden der Dioden Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens als 20 und 21 verbunden. Die Emitter beider Transisto-Motor einen solchen mit aufgeteilter Steuerwicklung, ren 18 und 19 sind über je einen Widerstand 26 und also z. B. einen Ferrarismotor mit zwei Steuerwick- 27 an Masse gelegt. An den Widerständen 26 und 27 lungen, und als Verstärkerendstufe eine Gegentakt- 55 wird die Steuerspannung für die Endstufentransistoendstufe wählt, welche die Motor-Steuerwicklungen ren 28 und 29 abgenommen, welche mit ihren Kolunmittelbar speist. Die Addition der Hilfswechsel- lektoren über Widerstände 30 und 31 mit den Kollekspannung in dem normalen Betriebs-Verstärker toren der Transistoren 18 und 19 verbunden sind, bringt den zusätzlichen Vorteil, daß die Ansprech- Zwischen den letztgenannten Verbindungen liegt schwelle des Verstärkers, bedingt durch den Gegen- 60 ein Kondensator 32. Auf die Gegentaktendstufe 18, takt-B-Betrieb der Endstufe, beseitigt wird. Es ist 19; 28, 29 folgt ein Ferrarismotor 33, dessen Steuerkeine temperaturkompensierte Arbeitspunkteinstel- wicklung in einzelne Wicklungen 34, 35, 36 und 37 lung mehr erforderlich. Wie sich gezeigt hat, besitzt aufgeteilt ist. Die Wicklungen 34 und 35 sind in ein nach dem Erfindungsvorschlag arbeitender Korn- Reihe geschaltet und liegen an den Kollektoren pensationsschreiber eine um den Faktor 10 erniedrigte 65 der Transistoren 19 und 20. Die Wicklungen 36 und Ansprechschwelle. 37 liegen gleichfalls in Reihe und erhalten ihre

Es sei noch vermerkt, daß auch elektrische Maß- Spannung von den Transistoren 18 und 28. Die den

nahmen schlechthin zur Verminderung des Ein- Transistoren abgewandten Enden der Steuerwick-

lungen sind miteinander verbunden und liegen am negativen Pol eines aus einem Transformator 39 und Gleichrichtern 40 und 41 gebildeten Doppelweggleichrichternetzteils, dessen positiver Pol an Masse liegt. Die Erregerwicklungen 38 des Motors 33 sind 5 gleichfalls in Reihe geschaltet und liegen über einen Kondensator 42 am Netz.

Der Läufer 43 des Motors 33 ist über eine Achse 44 mit einem z. B. als Zahnstirnradgetriebe ausgebildeten Getriebe 45 und einem Schreibstift 46 gekuppelt, der eine mit der Spannung der Meßspannungsquelle 1 variable Kurve auf einem Registerpapier 47 schreibt. Die Stellung des Schreibstifts 46 ist mittels eines Getriebeteils 48 auf die Drehachse eines Differentialdrehkondensators 49 übertragen.

Dieser Kondensator liegt in einer Kapazitätsmeßbrücke, die weiterhin die Kondensatoren 50 und 51 enthält. Ein Oszillator 52 liefert eine Speisespannung für diese Brücke über einen Transformator 53. Die Ausgangsspannung der Brücke ist mittels eines Gleichrichters 54 gleichgerichtet und dem Widerstand 6 zugeführt. An letzterem wird mittels der ausgesteuerten und gleichgerichteten Spannung die Meßspannung der Meßspannungsquelle 1 kompensiert.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist wie folgt:

Liefert die Meßspannungsquelle 1 keine Spannung, so liefert auch der Verstärker 9 kein mit der vom Oszillator 11 stammenden Hilfswechselspannung mischbares Ausgangssignal. Die Transistorstufe 10 verstärkt allein die Hilfswechselspannung des Oszillators 11. Diese wird im Transistor 15 um 180° gedreht und zusammen mit der nicht gedrehten Hilfswechselspannung mittels der Dioden 20 und 21 gleichgerichtet. Beide Spannungen werden der Gegentaktendstufe zugeführt. Diese arbeitet als Schalter im durch die Widerstände 22 bis 25 einstellbaren B-Betrieb, sie läßt also — sofern sie geöffnet ist — die unipolaren Sinusimpulse des Netzteils 39, 40, 41 durch.

Wird angenommen, daß die Frequenz des Oszillators 11 etwas größer ist als die der gleichgerichteten Netzfrequenz, so ergibt sich, daß stets etwas weniger als eine halbe Periode der gleichgerichteten 50-Hz-Netzwechselspannung bei einer Endstufentransistoröffnung durchgelassen wird.

In der Fig. 2 sind diese Verhältnisse dargestellt. Die obere Kurve Ub der Figur zeigt den zeitlichen Verlauf der gleichgerichteten 50-Hz-Netzwechselspannung, während die untere Ust den zeitlichen Verlauf der gleichgerichteten Steuerspannung, beispielsweise des Transistors 19, wiedergibt. Beim geöffneten Transistor 19 fließt jeweils über die zugehörige Endstufe ein der Spannung der oberen Kurve entsprechender Strom.

Auf Grund der beiden in den Steuerwicklungen 34, 35 und 36, 37 wirksamen Spannungen und der Netzspannung ergibt sich deshalb eine Spannung mit schwebungsartigem Verlauf, die eine derartige Drehmomentbildung zur Folge hat, daß der Läufer des Ferrarismotors eine oszillierende Bewegung ausführt. Diese Bewegung wird von dem Getriebeteil 48 nicht erfaßt, da das Spiel des Getriebes 45 durch eine vorgesehene federnde Vorspannung des letzten Zahnradpaares so eingestellt ist, daß die Größe des Spieles gerade die Oszillation aufnimmt; der Schreibstift also keine beim schnellsten Papiervorschub sichtbare Querbewegung ausführt.

Liegt nun eine Gleichspannung an der Zerhackeranordnung 2, 3 an, so wird diese in Stromimpulse mit 50-Hz-Frequenz zerlegt, welche über die Mittelanzapfung des Transformators 5 und durch den Widerstand 6 wieder zum negativen Pol der Meßspannungsquelle 1 fließt. Die an der Wicklung 7 des Transformators 5 abnehmbare 50-Hz-Impulsspannung wird im Verstärker 9 verstärkt und mit der aus dem Oszillator 11 stammenden sinusförmigen Hilfswechselspannung gemischt. Die von der Zerhackeranordnung 2,3 herrührende impulsförmige Steuerwechselspannung überlagert sich der vom Oszillator 11 herrührenden Hilfswechselspannung additiv, wodurch die oben erläuterten Verhältnisse dahin geändert werden, daß sich der oszillierenden Bewegung der Motorwelle eine gemäß der Größe der Steuerwechselspannung fortschreitende Drehbewegung überlagert.

Die Frequenzdifferenz der beiden gemischten Wechselspannungen muß kleiner sein als die Frequenz der Steuerwechselspannung, damit durch die Differenz nicht das Vorhandensein der letzteren vorgetäuscht wird.

Es ist möglich, statt der gewählten additiven Mischung eine multiplikative anzuwenden, jedoch muß dann sichergestellt sein, daß bei der Spannung Null der Meßspannungsquelle 1 die Oszillatorspannung 11 allein weiterverarbeitet wird.

Es ist zweckmäßig, als Antriebsmotor einen Ferrarismotor wegen seines kleinen Trägheitsmomentes zu verwenden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Steuerung der Drehzahl und der Drehrichtung eines eine Stelleinrichtung der Feinwerktechnik über ein Getriebe antreibenden Zweiphaseninduktionsmotors, dessen Steuer- und Erregerwicklungen mit Wechselspannungen gleicher Frequenz gespeist werden, mit einem die Steuerwicklungen in Abhängigkeit von der Amplitude und der Phasenlage einer Steuerwechselspannung derselben Frequenz speisenden Verstärker, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingang der Endstufe des Verstärkers außer der Steuerwechselspannung eine Hilfswechselspannung konstanter, aber von der Frequenz der Steuerwechselspannung derart abweichender Frequenz zugeführt wird, daß die Frequenzdifferenz beider Wechselspannungen kleiner als die Frequenz der Steuerwechselspannung ist.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem mit mindestens zwei Steuerwicklungen versehenen Ferrarismotor als Zweiphaseninduktionsmotor, dadurch gekennzeichnet, daß die Endstufe des Verstärkers eine die Steuerwicklungen speisende Gegentaktendstufe ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen