DE1909566C3 - Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines Motors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines Motors mit in Reihe geschalteten Feld- und Ankerwicklungen, mit einem Thyristor, dessen Anoden-Katoden-Strecke in Serie mit den Motorwicklungen an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen ist einem Zündsteuerkondensator, der mit der Steuerelektrode und der Katode des Thyristors verbunden ist und über einen eine ansteigende Spannung in jeder positiven Halbperiode der Wechselspannung erzeugenden Ladekreis mit derjenigen Klemme der Wechselspannungsquelle verbunden ist an die auch die Anode des Thyristors angeschlossen ist, und mit einem Drehzahlregelkreis, in dem eine der Motordrehzahl proportionale Spannung mit einer einstellbaren Bezugsspannung verglichen wird und die durch den Vergleich erhaltene resultierende Spannung die Kondensatorspannung zur Verschiebung des Zünd- Zeitpunktes im Sinne einer Konstanthaltung der Motordrehzahl beeinflußt.

Bei den bekannten Schaltungsanordnungen dieser Art erfolgt die Drehzahleinstellung dadurch, daß die

Zeitkonstante des Ladekreises verändert wird, so daß der Zündsteuerkondensator mehr oder weniger schnell aufgeladen wird und dadurch der Zündpunkt entsprechend früher oder später in jeder Periode erreicht wird. Dies geschieht beispielsweise bei einer aus der GB-PS 11 28 434 bekannten Schaltungsanordnung der eingangs angegebenen Art durch einen einstellbaren Ladewiderstand, über den der Zündsteuerkondensator von der Wechselspannungsquelle aufgeladen wird. Bei einer etwas abgeänderten Schaltung nach der US-PS 3165 688, bei welcher der gleichfalls über einen einstellbaren Ladewiderstand aufladbare Zündsteuerkondensator parallel zu einer Serienschaltung aus dem Motoranker und dem Stc-uerelektroden-Katodenkreis des Thyristors liegt, ist für die Zündung jeweils die is Differenz zwischen der Kondensatorspannung und der Ankerspannung maßgeblich, wodurch die Drehzahlregelung erzielt wird. Bei der Schaltungsanordnung nach der GB-PS 11 28 434, bei welcher der Anker des Motors außerhalb des Entladekreises des Zündsteuerkondensators liegt ist ein besonderer Tachogenerator vorgesehen, der eine der Motordrehzahl proportionale Spannung für die Drehzahlregelung erzeugt

Allen diesen bekannten Schaltungsanordnungen, bei denen die Einstellung der Solldrehzahl für die Drehzahlregelung durch Veränderung des Ladewiderstandes des Zündsteuerkondensators erfolgt, haften jedoch die gleichen Nachteile an. Zunächst muß der den veränderlichen Ladekreis bildende einstellbare Widerstand, je nach der Einstellung, eine beträchtliche Leistung vernichten. Dieser Widerstand muß aber unmittelbar an dem von der Bedienungsperson betätigten Einstellglied angebracht sein, also beispielsweise am Betätigungsknopf im Handgriff eines tragbaren Werkzeugs. Dadurch ergeben sich beträchtliche Probleme hinsichtlich der Erwärmung.

Ein weiterer Nachteil ergibt sich aus folgender Erscheinung: Bei der Aufladung eines Zündsteuerkondensators von einer Wechselspannung über einen Widerstandsladekreis hat die zeitlich ansteigende Kondensdtorspannung eine Consinus-Charakteristik, d.h. sie ändert sich am Beginn der positiven Halbperiode nur langsam, steigt dann in der Mitte der Halbperiode schnell an und nähert sich am Ende der Halbperiode nur langsam ihrem Höchstwert Der Zündzeitpunkt entspricht jeweils t'em Schnittpunkt dieser Cosinuskurve mit der die Zündspannung darstellenden Horizontalen. Die Verschiebung des Zündzeitpunktes durch Änderung der Ladezeitkonstante ergibt daher eine sehr richtlineare Charakteristik; der frühestmögliche Zeitpunkt in jeder positiven Halbperiode liegt verhältnismäßig rpät, und vor allem ergeben sich bei späten Zündzeitpunkten, also großen Zeitkonstanten, kleine Neigungswinkel und demzufolge schleichende Schnittpunkte, so daß der Zündzeitpunkt nicht präzise festgelegt ist und bereits durch geringfügige äußere Einflüsse beträchtlich verschoben werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Schaltungsanordnung der eingangs angegebenen Art die mit geringem Leistungsverbrauch eine präzise Drehzahlregelung in einem weiten Bereich ermöglicht.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine einstellbare Bezugsspannungserzeugerschaltung vorgesehen ist, die über ein Gleichrichterglied derart mit dem Zündsteuerkondensator verbunden ist daß sie diesen wenigstens am Beginn jeder positiven Halbperiode der Wechselspannung auf eine einstellbare Grundspannung auflädt, daß der die ansteigende Spannung erzeugende Ladekreis derart mit dem Zündsteuer kondensator verbunden ist, daß die ansteigende Spannung der Grundspannung überlagert wirci, und daß der Drehzahlregelkreis die Ankerwicklung des Motors, die Ausgangsklemmen der Bezugsspannungserzeugerschaltung, das Gleichrichterglied und den Zündsteuerkondensator enthält

Bei der Schaltungsanordnung nach der Erfindung bleibt die Ladezeitkonstante für die Aufladung des Zündsteuerkondensators unverändert; die Änderung des Zündzeitpunktes erfolgt vielmehr durch Änderung der Größe einer auf den Zündsteuerkondensator aufgebrachten Grundspannung, der die (»sinusförmig ansteigende Ladespannung überlagert wird. Die Höhe dieser Grundspannung ergibt sich als Resultierende einer die Solldrehzahl bestimmenden einstellbaren Bezugsspannung und der die Drehzahlregelung bewirkenden Gegen-EMK des Motorankers. Auf diese Weise kann durch verhältnismäßig geringfügige Änderung der Grundspamiung bei gleichbleibender '..adezeitkonstante der Zündzeitpunkt in weiten Gic/izen verschoben werden, wobei der Schnittpunkt mit der tiie Zündspannung darstellenden Geraden unter stets gleichbleibenden Bedingungen erhalten wird.

Die für die Änderung des Zündzeitpunkts erforderliche Einteilung der Grundspannung kann mit Bauteilen von sehr geringer Verlustleistung erreicht werden. Dadurch entfallen die Probleme der Erwärmung, und die Steueranordnung kann auf sehr kleinem Raum untergebracht werden, insbesondere auch im Betätigungsschalter im Handgriff eines tragbaren Werkzeugs. Ferner läßt sich der Zündzeitpunkt sehr viel weiter nach vorn verlegen, also zu höheren Motorleistungen hin. Das bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung angewendete Prinzip der Drehzahlregelung, bei welchem die Gegen-EMK des Ankers von der Grundspannung des Zündsteuerkondensators abgezogen wird, ergibt einen glatteren Motorbetrieb.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt Darin zeigt

F i g. 1 ein vereinfachtes Schaltbild zur Erläuterung des der Erfindung zugrundeliegenden Prinzips,

F i g. 2 das Schaltbild einer ersten Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach der Erfindung,

F i g. 3 das Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach der Erfindung,

F ig. 4 ein Drehzahl-Drehmoment-Kennliniendiagramm eines Motors, der einerseits mit einer Schaltungsanordnung bekannter Art und andererseits mit einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung ausgestattet ist, und

F i g. 5 bis 7 den zeitlichen Verlauf der Zündsteuer kondensatorspannung und der Thyristorspannung für verschiedene Belastungsfälle.

F i g. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines von einer Wechselspannungaquelle 2 gespeisten, durch den Anker A dargestellten Universalmotors.

Diese Schaltungsanordnung enthält einen Thyristor SCR mit einer Anode, einer Katode und einer Steuerelektrode. Die Anoden-Katoden-Streeke des Thyristors SCR ist in Reihe mit dem Motorar.ker A an die Wechselspannungsquelle 2 derart angeschlossen, daß sich der Anker zwischen der Katode und der Wechselspannungsqrelle befindet Mit der Steuerelektrode und der Katode des Thyristors ist ein Zündsteuerkondensator CI verbunden, dessen mit der Steuerelektrode verbundene Klemme über einen einstellbaren

Ladewiderstand RI mit der Anode verbunden ist, so daB der Zündsteuerkondensator C1 in jeder positiven Halbperiode der Wechselspannung mit einer durch den Ladewiderstand R1 bestimmten Zeitkonstante aufgeladen wird. Die am Zündsteuerkondensator C1 erzeugte ansteigende Spannung löst beim Erreichen eines bestimmten Wertes die Zündung des Thyristors SCR aus.

Der positive Pol einer Bezugsspannungserzeugerschaltung 6. welche in Form einer Batterie 4 mit einstellbarer Spannung dargestellt ist, ist über eine Diode DI mit der Steuerelektrode des Thyristors SCR verbunden, während ihr negativer Pol mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Motoranker A und der Wechselstromquelle 2 verbunden ist.

Die Gegen-EMK des Motors ist symbolisch durch eine Batterie CEMFm gestrichelten Linien dargestellt, die an den Motoranker derart angeschlossen ist. Haß ihr positiver Pol an der Katode des Thyristors und ihr negativer Pol an der Wechselstromquelle liegt.

Im Betrieb wird der Thyristor SCR einmal in jeder positiven Halbperiode der Wechselspannung gezündet, wenn angenommen wird, daß die Bezugsspannung der Batterie 4 und der Widerstand R i so eingestellt sind, daß die an den Klemmen des Zündsteuerkondensators Ci bestehende ansteigende Steuerspannung den Zündwert erreicht

Diese Steuerspannung besteht aus zwei Teilen, nämlich einer festen, aber mit Hilfe der Batterie 4 einstellbaren Grundspannung und einer durch den Ladewiderstand R 1 bestimmten ansteigenden Ladespannung, die sich der Grundspannung überlagert. Für die Grundspannung bewirkt die Batterie 4 das Fließen eines Stromes über die Diode Dl, wodurch der Kondensator Ci schnell auf eine bestimmte, von der Einstellung der Batterie 4 abhängige feste Spannung aufgeladen wird. Während jeder positiven Halbperiode der Spannungsquelle fließt ein Strom über den Widerstand Al, der den Zündsteuerkondensator Cl lädt, wodurch eine ansteigende Spannung entsteht, welche der von der Batterie 4 herrührenden Grundspannung überiagen ist. Die Spannung zwischen Steuerelektrode und Katode nimmt daher während jeder positiven Halbperiode zu, bis sie die Zündspannung des Thyristors SCR erreicht. Wenn die Zündspannung des Thyristors nicht erreicht wird, wird der Zündsteuerkondensator während der folgenden negativen Halbperiode um einen gleichen Betrag entladen, wodurch eine stufenweise Aufladung über mehrere Perioden verhindert wird. Dadurch wird die Hauptursache von Stoßen bei niedrigen Drehzahlen beseitigt

Diese ansteigende Spannung hat eine Cosinuscharakteristik gegenüber der an die Anode des Thyristors angelegten Sinusspannung. Da der über den Widerstand R 1 fließende Ladestrom des Zündsteuerkondensators Cl von der Größe der Sinusspannung der Wechselspannungsquelle 2 während der positiven Halbperiode abhängt, nimmt offenbar die ansteigende Spannung zu Beginn der Halbperiode langsam zu, worauf sie in der Mitte der Halbperiode, wenn die Sinusspannung ihren Höchstwert erreicht am schnellsten zunimmt, während am Ende der positiven Halbperiode der Spannungsanstieg wieder verlangsamt wird Die ansteigende Spannung hat daher die Form einer Sinuskurve, welche in der Phase um 90° gegenüber der Sinuskurve der am Thyristor anliegenden Wechselspannung nacheilt; dies entspricht einer negativen Cosinuskurve.

Diese einer konstanten aber einstellbaren Grund

spannung überlagerte, gemäß einer Cosinuskurve ansteigende Spannung ergibt einen linearen Zusammenhang zwischen der Eingangsleistung und der Ausgangsleistung, wobei eine geringe Änderung der Grundspan-

nung eine erhebliche Änderung des Zündphasenwinkels bewirkt. Die Linearität wird dadurch erhalten, daß die gemäß einer Cosinusfunktion ansteigende Spannung bei gegebener Erhöhung oder Erniedrigung der Grundspannung geringe Änderungen des Phasenwinkels im mittleren Bereich der positiven Halbperiode der Wechselspannung verursacht, wo deren Amplitude groß ist, während am Beginn und am Ende der positiven Halbperiode, wo die Amplitude kleiner ist, die gleichen Änderungen der Grundspannung größere Änderungen

ι ■> des Phasenwinkels zur Folge haben.

Wenn der Thyristor SCR in jeder positiven Halbperiode gezündet wird, fließt der Strom von der Wechselsnanniingsoiielle 2 über den Thyristor und Hen Motoranker A, so daß der Motor zu laufen beginnt. In

F i g. 1 stellt der Anker A symbolisch den ganzen Motor

einschließlich seiner Feldwicklung dar, welcher ein

Reihenschlußmotor sein kann, z. B. ein normalerweise in Geräten und Werkzeugen benutzter Universalmotor. Wenn sich der Motor dreht, wird eine durch die

2> Batterie CEMF dargestellte Gegen-EMK erzeugt. Während der Zeitintervalle zwischen den Stromimpulsen, d. h. "venn der Thyristor gesperrt ist, wird die Gegen-EMK aus dem restlichen Magnetfeld abgeleitet. Dieses restliche Magnetfeld bleibt während dieser

ίο Zeitintervalle verhältnismäßig konstant, so daß die Gegen-EMK der Drehzahl direkt proportional ist. Diese Gegen-EMK hat eine Polarität, welche derjenigen der Bezugsspannung der Batterie 4 entgegengesetzt ist. Infolgedessen wird die Gegen-EMK von der > Bezugsspannung abgezogen, so daß die zur Ladung des Zündsteuerkondensators Cl verbleibende Grundspannung die Differenz dieser Spannungen ist. Die Gegen-EMK hat daher den Charakter einer Gegenkopplungsspannung, welche zur Regelung der Motor- drehzahl bei veränderlicher Last ausgenutzt wird.

Wenn die von dem Motor angetriebene Last wächst, nimmt di·? Motordrenzani ab, damit auch die Gegen-EMK, deren Größe zu der Motordrehzahl proportional ist, folglich nimmt die auf den Zündsteuerkondensator

■»■> Cl aufgebrachte Grundspannung entsprechend zu. Dies hat zur Folge, daß die Ladespannung des Zündsteuerkondensators die Zündspannung früher erreicht, wodurch der Zündzeitpunkt nach vorwärts verschoben ist Diese Phasenverstellung des Zündwin-

ϊο kels liefert dem Motor mehr Leistung, da der Thyristor

SCR stets bis zum Ende der positiven Halbperiode der Wechselspannung leitend ist Diese Leistungserhöhung

erhöht die Drehzahl des Motors.

Wenn die von dem Motor angetriebene Last

abnimmt, läuft der Motor schneller, so daß die zu der Motordrehzahl proportionale Gegen-EMK zunimmt und eine entsprechende Abnahme der Grundspannung des Zündsteuerkoridensators Cl bewirkt Infolgedessen dauert die Aufladung des Zündsteuerkondensators bis auf die Zündspannung jetzt langer, wodurch der Zündzeitpunkt verzögert wird Diese Phasennachverstellung des Zündwinkels hat eine geringere Leistungslieferung an den Motor zur Folge, so daß die Motordrehzahl abnimmt

μ Die in F i g. 1 dargestellte Ausbildung der Bezugsspannungserzeugerschaltung 6 in Form einer Batterie mit einstellbarer Spannung dient dem besseren Verständnis der Wirkungsweise; in der Praxis wird man

aber die Bezugsspannung aus der Wechselspannung ableiten. Eine solche Schaltung ist in F i g. 2 dargestellt, in welcher gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 bezeichnet sind.

Bei der Schaltungsanordnung von F i g. 2 ist die obere Seite der Wechselspannungsquelle 2 über eine Leitung PL 1 uncj '-inen Schalter 8 mit der Anode des Thyristors SCR verbunden, während dessen Katode über die Ankerwicklung A, die Feldwicklung Fund die Leitung PL 2 mit der unteren Seite der Wechselspannutigsquelle 2 verbunden ist.

Der Schalter 8 ist mit einem verschieblichen Überbrückungskontakt 8a, einem länglichen ortsfesten Kontakt 86 und zwei weiteren ortsfesten Kontakten 8c und Sd versehen. Wenn der Überbrückungskontakt 8a in der Pfeilrichtung verschoben wird, verbindet er zunächst die Kontakte 86 und 8cund bei seiner weiteren

der Wechselspannungsquelle 2 ist mit dem ortsfesten Kontakt Sb verbunden, und der ortsfeste Kontakt 8c ist mit der Anode des Thyristors SCR verbunden, während der ortsfeste Kontakt 8c/mit der Katode des Thyristors SCR verbunden ist.

Der Zündsteuerkondensator Cl und der Ladewiderstand R'\ sind in gleicher Weise wie in F i g. t zwischen Steuerelektrode und Katode bzw. zwischen Steuerelektrode und Anode des Thyristors SCR angeschlossen, doch ist der Ladewiderstand R'i ein Festwiderstand. Die in dem gestrichelten Rechteck enthaltene Bezugsspannun^serzeugerschaltung 6' ist über die Diode DX mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Zündsteuerkondensator Ci und dem Ladewiderstand R'\ verbunden.

Die in dem Rechteck 6' befindliche Bezugsspannungserzeugerschaltung in F i g. 2 ersetzt die verstellbare Batterie 4 in dem Rechteck 6 der F i g. I und wird aus der gleichen Wechselspannungsquelle 2 wie der Motor gespeist.

Die Bezugsspannungserzeugerschaltung 6' enthält einen Spannungsteiler, an dessen Abgriff eine stetig 4« einstellbare Bezugsspannung abgenommen und über die Diode DX an den Zündsteuerkondensator Cl angelegt wird. Dieser Spannungsteiler ist an die Wechselspannungsquelle 2 angeschlossen und enthält in Reihe zwischen dem ortsfesten Kontakt 8c und der Leitung PL 2 einen Festwiderstand R 2 von verhältnismäßig hohem Widerstand, einen Festwiderstand R 3, einen Potentiometerwiderstand PR und eine Diode D 2. Ein Potentiometerschieber PS steht an einem Ende in Gleitkontakt mit dem Potentiometerwiderstand PR und an dem anderen Ende in Kontakt mit einem Kontaktstreifer. CS, welcher über die Diode D 1 mit der oberen Klemme des Zündsteuerkondensators Cl verbunden ist. Die gestrichelte Linie zwischen dem Überbrückungskontakt Sa und dem Potentiometerschieber PS bedeutet eine mechanische Verbindung, durch weiche diese beiden Teile beim Herunterdrücken eines Betätigungshebels gleichzeitig in den Pfeilrichtungen verschoben werden. Eine die Spannung konstant haltende Zenerdiode ZD ist in ihrer Durchbruchsrichtung parallel zu der Serienschaltung des Widerstands R 3 und des PotentiometerwiderstandesPRgeschaltet.

Die Schaltungsanordnung von Fig.2 enthält noch eine Einrichtung zur Entladung des Zündsteuerkondensators CX in jeder negativen Haibperiode der Wechselspannung, d.h. während der Zeit, während welcher die untere Seite der Wechselspannungsquelle positiv und die obere Seite derselben negativ ist, oder wenn die Kondensatorspannung höher als die Spannung der Wechselspannungsquelle ist. Zu diesem Zweck ist ein Stromkreis mit einem Widerstand Λ 4 und einer Diode D3 in Reihe zwischen der Steuerelektrode und der Anode des Thyristors SCR angeschlossen, wobei die Durchlaßrichtung der Diode D3 von der Steuerelektrode zu der Anode des Thyristors geht. Dieser Stromkreis bildet einen nur in einer Richtung leitenden Entladungsweg von kleinerer Impedanz im Nebenschluß zu dem Widerstand R'\ für die Entladung des Zündsteuerkondensators C 1 in die Wechselspannungsquelle während der negativen Halbperioden.

In Fig. 2 ist die Feldwicklung Fin Reihe mit der Ankerwicklung A in die Gegenkopplungsschleife eingeschaltet, doch kann die Feldwicklung auch außerhalb der Gcgenkopplungsschleife liegen, z. B. in der Leitung PL 2 zwischen der unteren Seite der r* i-Ci i.iCi.tj/"· KitirtgSCjuCiiC jb ti" Vi Vi C Γ u-iOviC t--r am.

Die Schaltungsanordnung von Fig. 2 arbeitet in folgender Weise:

Für den Anlauf des Motors wird der Überbrückungskontakt 8a des Schalters 8 in der Pfeilrichtung verschoben, so daß er die ortsfesten Kontakte 86 und 8c verbindet. Hierdurch wird ein Stromkreis von der oberen Seite der Wechselspannungsquelle 2 zu der Anode des Thyristors SCR geschlossen, dessen Katode über die Ankerwicklung A und die Feldwicklung Fmit der unteren Seite der Wechselspannungsquelle 2 verbunden ist.

Die Schalterkontakt 8a, 86 und 8c schließen ferner einen Stromkreis von der oberen Seite der Wechselspannungsquelle 2 über die Festwiderstände R 2 und R 3, den Potentiometerwiderstand PR und die Diode D 2 zu der unteren Seite der Wechselspannungsquelle, so daß in diesem Stromkreis während jeder positiven Halbperiode der Wechselspannung ein Strom fließt, wenn die gleiche positive Halbperiode der Wechselspannung auch an die Anode des Thyristors SCR angelegt ist.

Die Zenerdiode ZD hält die Spannung an den Widerständen R 3 und PR auf einem festen Wert. Sobald der Spannungsabfall an diesen beiden Widerständen größer als die Zenerspannung der Zenerdiode ZD wird, schlägt die Zenerdiode durch, und sie hält die Spannung am Verbindungspunkt der Widerstände R 2 und /?3 auf einem festen Wert, welcher gleich dem der Zenerspannung ist. Obwohl sich die Wechselspannung nach einer Sinusfunktion ändert, erreicht die an dem Potentiometerwiderstand PR auftretende Spannung nach einem schnellen Anstieg am Anfang der positiven Halbperiode einen konstanten Wert, so daß am Abgriff des Potentiometers eine Grundspannung für die Aufladung des Zündsteuerkondensators C1 abgegriffen werden kann, die innerhalb jeder positiven Haibperiode konstant ist.

Der Potentiometerschieber PS geht in der Richtung des Pfeils aufwärts, während der Überbrückungskontakt 8a vom Kontakt 86 auf den Kontakt 8c geht. Hierdurch wird ein zunehmender Teil des Potentiometerwiderstandes ΡΛ in die Gegenkopplungsschleife eingeschaltet. Die von dem Potentiometerwiderstand PR abgegriffene höhere Spannung erzeugt einen Stromfluß über den Kontaktstreifen CS, die Diode D1. den Zündsteuerkondensator Cl, die Ankerwicklung A und die Feldwicklung F, wodurch der Zündsteuerkondensator C1 in jeder positiven Haibperiode schnell auf eine feste Grundspannung aufgeladen wird. Diese feste Grundspannung kann durch die Verschiebung des Potentio-

meterschiebers PS nach oben oder nach unten erhöht oder erniedrigt werden. Wenn am Ende jeder positiven Halbperiode die angelegte Wechselspannung durch Null geht und ihre Polarität umkehrt, entlädt sich der Zündsteuerkondensator Cl über den Widerstand R 4 und die Diode D3 in die Wechselspannungsquelle. Ein geringer Entladestrom kann auch über den Widerstand R X fließen, jedoch hat der Widerstand Λ 4 einen viel kleineren Wert, so daß der maßgebende Entladestrom über diesen fließt. Infolgedessen hat die vom Bezugsspannungserzeuger 6' auf den Zündsteuerkondensator Cl aufgebrachte Grundspannung ν_ίυ eine steil ansteigende Vorderflanke, einen flachen Scheitel und eine scharf abfallende Hinterflanke.

Dieser Grundspannung wird über den Ladewiderstand R'\ eine cosinusförmig ansteigende Spannung Vc überlagert, die eine große Änderung des Zündwinkels bei einer kleinen Änderung der Höhe der Grundspannung und einen linearen Zusammenhang zwischen der Eingangsleistung und der Ausgangsleistung ergibt. Die Diode D 1 verhindert, daß Strom über den Widerstand R'\ in den Bezugsspannungserzeuger 6'zurückfließt, so daß sich der Kondensator Cl entsprechend dem cosinusförmigen Anstieg auf eine höhere Spannung als die Grundspannung laden kann. Die Steigung der ansteigenden Spannung kann durch Wahl des Wertes des Widerstandes R' 1 eingestellt werden.

Wenn die ansteigende Spannung an dem Zündsteuerkondensator Cl die Zündspannung erreicht, entlädt sich der Zündsteuerkondensator Cl in die Steuerelektrode des Thyristors SCR und macht diesen leitend. Der Strom fließt dann von der Wechselspannungsquelle über die Kontakte 8a, 8b und 8c des Schalters 8, die Anode und die Katode des Thyristors sowie die Ankerwicklung und die Feldwicklung des Motors, so daß der Motor anläuft. Dieser Strom fließt vom Zündzeitpunkt an über den Rest jeder positiven Halbperiode, so daß der Motor von Stromimpulsen durchflossen wird. Während jeder negativen Halbpenode entlädt der die Diode D 3 und den Widerstand /?4 enthaltende Stromkreis den Zündsteuerkondensator Cl, so daß dessen Aufladung in jeder positiven Haibperiode von demselben ipannungswert aus beginnt, wodurch die Stabilität des Betriebes gewährleistet wird, da dem Motor während jeder Periode der Wechselspannung ein Impuls zugeführt wird.

Die negativen Halbperioden der Wechselspannung führen dem Motor keine Leistung zu. Die Diode D 2 verhindert, daß ein Strom in die Bezugsspannungserzeugerschaltung 6' fließt, so daß dessen Leistungsverbrauch klein gehalten wird, und der Thyristor SCR leitet nicht in dem entgegengesetzten Sinn, so daß ein Stromfluß in den Motorstromkreis während der negativen Halbperioden verhindert ist

Die Schaltungsanordnung von F i g. 2 ermöglicht eine stetige Drehzahleinstellung von der Drehzahl Null bis zu der Drehzahl, mit welcher der Motor läuft, wenn der Thyristor während der ganzen Halbperiode leitend ist Diese Drehzahl, mit welcher der Motor läuft, wenn der Thyristor während der ganzen Halbperiode leitend ist, hängt von dem besonderen Motor, dem Getriebe und der Last, beispielsweise einer tragbaren elektrischen Bohrmaschine ab, doch liegt diese Drehzahl bei keiner Belastung wesentlich über der Hälfte der vollen Drehzahl, die erhalten wird, wenn der Motor direkt an die Wechselspannungsquelle angeschlossen wird.

Um die volle Drehzahl zu erhalten, wird der Überbrückungskontakt 8a soweit verschoben, daß er die ortsfesten Kontakte 8b und 8d miteinander verbindet. Wie yus Fig. 2 hervorgeht, sind dann die Bezugsspannungserzeugerschaltung 6' und er Stromkreis des Thyristors SCR abgetrennt, und der Motor ist unmittelbar an die Wechselspannungsquelle angeschlossen. In dieser Stellung liegt die volle Wechselspannung an dem Motor, so daß dieser mit seiner höchsten Drehzahl läuft; die Drehzahlregelschaltung ist unwirksam.

ίο Während jeder negativen Halbperiode verhindert die Diode D 2 einen Stromfluß von der Leitung PL2 nach oben über die Bezugsspanniingserzeugerschaltung 6', die Diode D1 und die Steuerelektroden-Katoden-Strecke des Thyristors SCR, d. h. den Stromkreis, welcher zu dem Motor im Nebenschluß liegt, wenn der Kontakt 8a auf dem Kontakt 8c/steht.

Die in F i g. 2 dargestellte Schaltungsanordnung kann leicht so abgewandelt werden, daß sie statt einer Einweggleichrichtung eine Vollweggleichrichtung ergibt, so daß der Thyristor SCR in jeder Halbperiode anstatt nur in jeder positiven Halbperiode gezündet wird. Dies erfolgt durch Einschaltung einer Vollweggleichrichterbrücke zwischen die Wechselspannungsquelle 2 und die beiden Leitungen PL 1 und PL 2. Durch diese Schaltung wird eine voll gleichgerichtete Spannung positiver Polarität an die Schaltungsanordnung angelegt. Die Diode D 2 kann dann fortfallen.

Die Schaltungsanordnung von Fig. 3 enthält noch weitere Verbesserungen. Diese Schaltungsanordnung ist in Verbindung mit einem zwei Feldwicklungen aufweisenden Motor dargestellt und zeigt, wie die beiden Feldwicklungen Fl und F2 geschaltet werden können. Man erhält die Schaltung für einen Reihenschlußmotor mit einer einzigen Feldwicklung durch Fortlassung der Wicklung F i in F i g. 3.

Die in Fig. 3 dargestellte Schaltungsanordnung enthält eine Verbindung von der oberen Seite der Wechselspannungsquelle 2 über die Leitung PL i und die Motorfeldwicklung Fl zu dem länglichen ortsfesten Kontakt 8b des Schalters 8. Der ortsfeste Kontakt 8c ist wie in F i g. 2 mit der Anode des Thyristors SCR verbunden, dessen Katode über die Ankerwicklung A und die Feldwicklung 12 sowie die Leitung PL 2 mit der unteren Seite der Wechselspannungsquelle verbunden ist. Der ortsfeste Kontakt 8d von F i g. 2 wird hier nicht benutzt, da die Bezugsspannungserzeugerschaltung 6" eine Wechselspannungsschaltung ist und während der negativen Halbwelle nicht, wie die als Gleichspannungsschaltung ausgebildete Bezugsspannungserzeugerschal- tung 6' von Fig. 2, durch die Diode D2 entkoppelt werden kann.

Die Schaltung des Zündsteuerkondensators Ci, des Ladewiderstandes RX und des Entladekreises mit dem Widerstand A4 und der Diode D3 ist in gleicher Weise wie in F i g. 2 ausgebildet und ergibt die gleiche Wirkung.

Dagegen ist die Bezugsspannungserzeugerschaltung 6" der Fig.3 gegenüber der Bezugsspannungserzeugerschaltung 6' von F i g. 2 abgeändert. Sie enthält einen Spannungsteiler mit einem Kondensator C2 kleinen Werts, einem Potentiometer und einem festen Abgleichwiderstand R 5. Das Potentiometer hat, wie in Fig. 2, einen Potentiometerwiderstand PR, einen Schieber PS und einen Kontaktstreifen GS. Der Spannungsteiler ist zwischen dem ortsfesten Kontakt 8c und dem Verbindungspunkt zwischen der Ankerwicklung A und der Feldwicklung F2 angeschlossen. Der Abgleichwiderstand R 5 liegt parallel zu dem Potentio-

meterwidersfand PR. Dieser Aügleichwiderstand soll die Spannungsteilerspannung auf den gewünschten Wert bringen und kann zum Abgleich mechanischer oder elektrischer Toleranzen oder anderer Änderungen dienen, welche bei Massenfertigung auftreten können. Die gestrichelte Linie zwischen dem beweglichen Überbrückungskontakt Sa und dem Potentiometerschieber PSstellt eine mechanische Verbindung über ein Betätigungsglied dar, z. B. einen Hebel, durch welchen der bewegliche Kontakt und der Schieber zusammen in der Richtung der Pfeile verschoben werden, um die Drehzahl des Motors einzustellen.

Die Schaltungsanordnung von F i g. 3 arbeitet folgendermaßen:

Der Motor wird dadurch in Gang gesetzt, daß der Kontakt 8a so verschoben wird, daß er die Kontakte Sb und 8c verbindet, wobei gleichzeitig der Potentiometerschieber PS so weit verschoben wird, daß der Thyristor SCR ZU Zünden Ο^ρσ!ΠΠ* W^pnⁿ d^r I Ihprhriirlrnniyc^ontakt 8a auf den Kontakt 8c gelangt. Das Schließen der Schalterkont^kte Sb und 8c bewirkt das Anlegen der positiven Halbwellen der Wechselspannung an die Anode des Thyristors SCR.

Das Schließen der Schalterkontakte Sb und 8c und die Verstellung des Potentiometerschiebers PShal auch zur Folge, daß Zündimpulse an die Steuerelektrode des Thyristors SCR angelegt werden, um diesen leitend zu machen. Hierfür fließt in jeder positiven Halbwelle der Wechselspannung ein Strom über den Leiter PL 1, die Feldwicklung Fl, die Schalterkontakte Sb, Sa und 8c, JO den Kondensator C2, die parallel geschalteten Widerstände PR und R 5. die Feldwicklung F2 und den Leiter PL 2. Die an dem unteren Abschnitt des Potentiometerwiderstands PR auftretende Spannung erzeugt einen über den Kontaktstreifen CS und die Diode D1 J5 fließenden Strom, welcher den Zündsteuerkondensator C 1 schnell auf die Grundspannung auflädt.

Der Zündsteuerkondensator C1 wird zu Beginn einer jeden positiven Halbperiode der Wechselspannung schnell auf die Grundspannung aufgeladen. Natürlich ist während der vorhergehenden negativen Halbperiode der Wechselspannung der Zündsteuerkondensator CI über den Widerstand R 4 und die Diode D3 in die Wechselspannungsquelle entladen worden.

Das Aufladen des Zündsteuerkondensators Cl am Beginn jeder positiven Halbperiode erfolgt sehr plötzlich; da die Bezugsspannungserzeugerschaltung 6" ein kapazitiver Stromkreis ist, eilt nämlich der über den Spannungsteiler fließende Strom der positiven Halbperiode der Wechselspannung um fast 90° voraus. Da dieser voreilende Strom die Bezugsspannung an dem aktiven Teil des Potentiometerv.'iderstandes erzeugt, eilt diese Bezugsspannung der Wechselspannung ebenfalls voraus, so daß sie ihren Höchstwert erreicht, wenn die positive Halbperiode der Wechselspannung beginnt Dies hat zur Folge, daß diese Bezugsspannung das schnelle Laden des Kondensators Cl auf den gewünschten Wert der Grundspannung sehr früh in der positiven Halbperiode der Wechselspannung bewirkt

Der Grundspannung an dem Zündsteuerkondensator C1 wird wieder eine ansteigende Spannung überlagert, die durch den Stromfluß von der Wechselspannungsquelle über die Leitung PL 1, die Feldwicklung Fl, den Schalter 8 und den Widerstand R'\ erzeugt wird. Da die ansteigende Spannung der Ladung durch die sinusförmige positive Halbperiode der Wechselspannung entspricht, hat sie wieder die zuvor geschilderte cosinusförmige Charakteristik, welche die Linearität zwischen der Eingangsleistung und der Ausgangsleistung bewirkt.

Wenn de;r Potentiometerschieber weit genug verschoben wird, wird der Thyristor SCR in jeder positiven Halbperiode gezündet, so daß Stromimpulse zu dem Motor geliefert werden.

Die Gegon-EMK des Motors, welche seiner Drehzahl proportional ist, hat eine Polarität, v/elche der Polarität der Spannung am Abgriff des Potentiometerwiderstandes PR entgegengesetzt ist, so daß sie als Gegenkopplungsspannung abgezogen wird; dadurch erfolgt die Regelung der Motordrehzahl bei veränderlicher Last in der zuvor beschriebenen Weise. Da die Grundspannung an dem Zündsteuerkondensator Cl infolge der Voreilung der Bezugsspannung frühzeitig in der positiven Halbperiode erzeugt wird, entsteht eine stabile Periode für den Vergleich der Gegenkopplungsspannung mit der Bezugsspannung, wodurch die Regelwirkung verbessert wird. Dies ergibt sich durch

Bezugsspan nungserzeugerschaltung.

Der Kondensator C2 verringert auch den Leistungsverbrauch gegenüber einem Widerstand in diesem Teil des Spannungsteilers, da er im wesentlichen ein Blindwiderstand ist, welcher keine merkliche Leistung verbraucht. Wie aus dem Vergleich mit Fig. 2 hervorgeht, ersetzt dieser Kondensator mehrere Bauteile, nämlich die Zenerdiode ZD, den Widerstand R 2 und die Diode D 2. Der Abgleichwiderstand /?5 ist eine zur Verglemhsmäßigung der Produktion hinzugefügte Verfeinerung. Obwohl bei dieser Schaltung keine Überbrückung des Thyristors SCR vorgesehen ist, kann trotzdem die volle Drehzahl für Anwendungen erhalten werden, bei welchen der Motor mit Einweggleichrichtung mit voller Drehzahl laufen soll.

Wie in F i g. 3 dargestellt, ist nur die Ankerwicklung A in die Gegenkopplungsschleife eingeschaltet, während die Feldwicklungen in die Zuleitungen geschaltet sind. Bei Benutzung eines Motors mit einer einzigen ReihenschkiCIfeldwicklung wird diese vorzugsweise an der Stelle d<:r Feldwicklung F2 der F i g. 3 eingeschaltet, damit die Verbindung zwischen der Feldwicklung und der Ankerwicklung nicht unterbrochen zu werden braucht.

In Fig. 3 ist die Spannung an den Klemmeii des Thyristors SCR mit Vscr und die Spannung an dem Zündsteuerkondensator Cl mit V_c bezeichnet.

Die Kennlinien dieser Spannungen unter Betriebsbedingungen, wenn der Motor belastet ist und die Drehzahlregdung arbeitet, sind in Fig. 5, 6 und 7 gezeigt. F i g. 5 zeigt die Form dieser Spannungen, wenn der Motor unbelastet ist und mit beispielsweise 250 Umdrehungen in der Minute läuft. F i g. 6 zeigt die Form dieser Spannungen, wenn der Motor mit 0,115mkp belastet ist und die Drehzahlregelung die Motordrehzahl auf 23<!) Umdrehungen in der Minute hält. F i g. 7 zeigt die Form dieser Spannungen, wenn der Motor mit einer erheblich größeren Last, nämlich 0,230 mkp, belastet ist end die Drehzahlregelung die Motordrehzahl auf 210 Umdrehungen in der Minute hält.

Bei der Kurve Vc von F i g. 5 ist der Kurvenabschnitt P in der Nähe des Beginns einer jeden positiven Halbperiode der Anodenspannung des Thyristors SCR die Vorderkante der Grundspannung, auf welche der Kondensator Cl durch die resultierende Spannung geladen wird, welche die Differenz zwischen der Bezugsspannung und der Gegenkopplungsspannung ist. Am Punkt X erreicht die Grundspannung ihren Höchstwert; diesen Wert würde die Ladespannung des

Zündsteuerkondensators Cl konstant beibehalten, wenn nicht zusätzlich die gemäß der Cosinusfunktion ansteigende Spannung aufgebracht würde, die durch den Kurvenabschnitt R dargestellt ist und der flachen Grundspannung überlagert wird.

Die Neigung dieser ansteigenden Spannung R bleibt konstant, wenn sie einmal durch den Wert des Ladewiderstandes R'i in Fig.3 eingestellt ist, und kennzeichnet die Verstärkung des Systems. Aus F i g. 6 und 7 geht hervor, daß diese Neigung der ansteigenden Spannung R unverändert bieibt wenn die Größe der Grundspannung geändert wird. Wenn dagegen der Ladewiderstand R1 durch einen kleineren Widerstand ersetzt wird, fließt ein stärkerer Strom, so daß der Kondensator schneller geladen wird. Dies ergibt eine größere Neigung der ansteigenden Spannung R. Wenn stattdessen ein größerer Widerstand benutzt wird, fließt ein kleinerer Strom, so daß der Kondensator langsamer geladen wird, was eine weniger schnell ansteigende Spannung R zur Folge hat. Durch diese Bemessung des Ladewiderslandes wird die Verstärkung beim Entwurf der Schaltung eingestellt Im Betrieb der Schalt·-ng bleibt dagegen der Ladewiderstand unverändert und die Verstellung des Zündzeitpunktes erfolgt ausschließlich durch die Veränderung der Grundspannung.

Wenn die ansteigende Spannung die Zündspannung des Thyristors SCR erreicht entlädt sich der Zündsteuerkondensator C1 in die Steuerelektrode, wodurch der Thyristor SCR leitend gemacht wird. Durch diesen leitenden Zustand fällt die Impedanz zwischen der Anode und der Katode des Thyristors SCR fast auf Null, so daß die Spannung an den Klemmen des Thyristors auf Null oder fast auf Null fällt, wie durch die Spannungskurve Vscr in Fig.5 dargestellt ist. Die Spannung Vscr bleibt dann auf Null, bis der Thyristor am Ende der positiven Halbperiode sperrt. In Wirklichkeit leitet der Thyristor, bis sein Strom auf Null abnimmt oder dem Wert Null so nahekommt, daß er gesperrt wird. Wie Fig.5 zeigt, leitet daher der Thyristor SCR noch jenseits des Endes der positiven Halbperiode, und er sperrt erst kurz nach dem Beginn der nächsten negativen Halbperiode. Dies rührt von der durch die Motorwicklungen verursachten Induktivität des Stromkreises her, wodurch der Strom gegenüber der Spannung verzögert wird und jenseits des Endes der positiven Halbperiode weiterfließt.

Nach der Zündung des Thyristors SCR geht die Spannung am Zündsteuerkondensatoi CI aufwärts und abwärts, da der starke, die Anoden-Katodenstrecke durchfließende Strom den Spannungsabfall zwischen der Steuerelektrode und der Katode des Thyristors vergrößert. Nach dem Beginn der negativen Halbperiode nimmt die Spannung Vcam Zündsteuerkondensator Ci ab, da sich dieser Ober den Widerstand RA und die Diode D 3 entlädt, wie dies durch den abwärtsgeneigten Kurvenabschnitt DS in Fig.5 dargestellt ist. Infolge dieses Entladekreises mit Diode und Widerstand entlädt sich der Zündsteuerkondensator stets in jeder Periode auf den gleichen Spannungswert, so daß der nächste Ladevorgang stets von dem gleichen Spannungswert aus beginnt. Hierdurch wird sichergestellt, daß keine restliche Ladung von der vorhergehenden Periode auf dem Zündsteuerkondensator bleibt und somit der Zündsteuerkondensator stets über die Diode D1 auf die richtige Grundspannung aufgeladen wird. Hierdurch wird insbesondere ein stoßweiser Betrieb bei niedrigen Drehzahlen in unbelastetem Zustand infolge der periodenweisen Aufladung vermieden.

Bei Belastung des Motors sucht dieser langsamer zi laufen. Hierdurch wird seine Gegen-EMK verringert, se daß weniger von der Bezugsspannung abgezogen wird was eine höhere Grundspannung zur Folge hat wie durch den Punkt X\n F i g. 6 und 7 dargestellt ist Der zi dem Punkt X aufwärts gehende Kurvenabschnitt P, d. h die Vorderkante der Grundspannung, ist ebenfall: steller, da sich der Zündsteuerkondensator schneller aul diese höhere resultierende Spannung lädt Bei gleich-

ίο bleibender ansteigender Spannung R verschiebt diese Zunahme der Grundspannung den Zündwinkel nacr vorwärts, d.h. in Fig.6 und 7 nach links. Da dei Thyristor SCR für den Rest der positiven Halbperiode leitet wird dem Motor mehr Leistung geliefert, so daC er seine Drehzahl in der Nähe des früheren Wertes zi halten sucht Der Fall von F i g. 6 ergibt einer Drehzahlabfall von der Leerlaufdrehzahl vor 250 U/min auf nur 230 U/min bei Anlegung einei Belastung von 0,115mkp. Im Fall von Fig.7 fällt die Drehzahl nur auf 210 U/min, wenn eine Last vor 0,230 mkp angelegt wird.

Die Kurven der Fig.4, in welcher die Drehzahl ir Umdrehungen in der Minute als Ordinaten und da; Drehmoment in Meterpond als Abszissen aufgetrager sind, zeigt die Verbesserung der Drehzahlregelung durch die beschriebene Schaltungsanordnung im Ver gleich zu einem nicht mit einer Gegenkopplung versehenen System. Die gestrichelten Kurven zeigen wie schnell die Drehzahl von verschiedenen eingestell

3b ten Leerlaufdrehzahlen bei Belastung abnimmt, wenr die Zündwinkelsteuerschallung keine Gegenkopplung durch ein Drehzahlsignal aufweist. Demgegenübei zeigen die ausgezogenen Kurven die Vergleichmäßi gung der Drehzahlregelung bei der zuvor beschriebe nen Schaltungsanordnung von F i g. 3 mit Gegenkopp lung durch die drehzahlabhängige Gegen-EMK de: Motors.

Die in Fig.4 angeschriebenen Zahlen 90°, 77°, 60° und 40° geben die Stromflußwinkel an, auf welche die Schaltungsanordnung jeweils vor Belastung des Motor! durch ein Dynamometer eingestellt wurde. Bei Bet räch tung dieser Kurven darf nicht vergessen werden, daß die Zündwinkelsteuerschaltung ohne Gegenkopplung aui dem Stromflußwinkel bleibt auf welchen es Ursprung lieh eingestellt wurde, während die hier beschrieben« Schaltungsanordnung bei Belastung den Stromflußwin kel automatisch vergrößert. Die in F i g. 4 dargestellter Stromflußwinkel gelten daher für die gestrichelter Kurven über ihre ganze Länge und für alle ausgezoge nen Kurven mit Ausnahme der beiden obersten nur füi den Schnittpunkt mit der Ordinatenachse, d. h. für da; Drehmoment Null. Dagegen gelten die Stromflußwinke für die obersten beiden ausgezogenen Kurven über ihn ganze Länge, da keine Drehzahlregelung vorhanden ist welche diesen Stromflußwinkel ändern könnte. Untei

Stromflußwinkel ist der Abschnitt einer jeden Periode

zu verstehen, während welchem der Strom über der

Thyristor SCR zu dem Motor fließt. Das oberste Kurvenpaar in gestrichelten unc

ausgezogenen Linien in Fig.4 zeigt das Arbeiten mit voller Drehzahl. Der Stromflußwinkel beträgt 360°, wa> bedeutet daß der Überbrückungsschalter bei dei Schaltungsanordnung von F i g. 2 geschlossen ist, so daO die gesamte Wechselspannung über die Kontakte 8a, 8/ und 8c/an den Motor angelegt wird. Die beiden Systeme arbeiten daher in der gleichen Weise, da keine Drehzahlregelung erfolgt. Bei Belastung fällt die Drehzahl von 1000 Umdrehungen in der Minute ir

gleicher Weise in beiden Systemen entsprechend den Kurven, welche einander überlagert sind.

In dem zweiten Kurvenpaar sind die Kurven ebenfalls einander überlagert und entsprechen einem Stromflußwinkel von 180°, d.h. der Thyristor ist für die ganze positive Halbperiode leitend und während der negativen Halbperiode gesperrt, so daß bei Belastung die Drehzahl von 825 Umdrehungen in der Minute in beiden Systemen in gleicher Weise entsprechend den Kurven abnimmt Der Stromflußwinkel bleibt in beiden to Systemen konstant, da keine Drehzahlregelung erfolgt

Bei dem dritten Kurvenpaar von oben ist der Unterschied in den beiden Systemen deutlich sichtbar. Ausgehend von einer eingestellten Leerlaufdrehzahl von 600 U/min bei einem Stromflußwinkel von 90° fällt die Motordrehzahl bei dem System ohne Gegenkopplung bei zunehmender Last schnell ab, wie dies durch den stellen Abfall der gestrichelten Linie dargestellt wird, da der Stromflußwinkel konstant bleibt Die Schaltungsanordnung von Fig.3 hält dagegen die Drehzahl nahezu konstant; diese nimmt bis zu der Nennlast nur einen geringen Betrag ab, wie durch die von 600 U/min ausgehende ausgezogene Linie dargestellt ist Jenseits der Nennlast nimmt die Drehzahl schneller ab, da sich die Kurve dem Stromflußwinkel von 180° und die Drehzahlregelung ihrer Grenze nähert

Die restlichen drei Kurvenpaare der F i g. 4 zeigen die Verhältnisse für Leerlaufdrehzahlen von 400, 200 und 50 U/min bei Stromflußwinkeln von 77°, 60° bzw. 40°. w Bei dem System ohne Gegenkopplung fällt in jedem Fall die Drehzahl schnell mit zunehmender Last ab, wie durch die gestrichelten Kurven dargestellt ist Bei den beiden letzten Beispielen bleibt der Motor in Wirklichkeit vor Erreichen der Nennlast stehen, wie durch den Schnitt der gestrichelten Linien mit der Abszissenachse dargestellt ist Die beschriebene Schaltungsanordnung mit Drehzahlregelung hält dagegen die Drehzahl fast konstant, da nur eine kleine Abnahme von 400 U/min bis zur Nennlast und darüber hinaus zu verzeichnen ist, wie durch die ausgezogene Kurve dargestellt ist. Die von der Leerlaufdrehzahl 200 U/min ausgehende Geschwindigkeits-Drehmomentkurve scheint infolge einer Motoreigenschaft verzerrt zu sein, welche einen schnelleren Abfall als bei der anderen ausgezogenen Kurve bis zu einem gerade jenseits der Nennlast liegenden Punkt bewirkt, während jenseits der Nennlast die Drehzahl praktisch konstant gehalten wird. Die ausgezogene Kurve für 50 U/min zeigt ebenfalls sehr gute Regeleigenschaften bis zur Nennlast und weit über diese hinaus.

Wie aus den Kurven der F i g. 4 hervorgeht, arbeitet die beschriebene Schaltungsanordnung mit einer ausgezeichneten Drehzahlregelung, obwohl in ihren Bauteilen nur eine sehr geringe Leistung verbraucht wird, so daß sehr kleine Bauteile verwendet werden können.

Durch Entfernen der Feldwicklungen aus der Gegenkopplungsschleife in der in F i g. 3 dargestellten Weise wird das Welligkeitsmoment unterdrückt, die Pendelneigung wird verringert die Verstärkung kann gesteigert werden, und es kann stoßfrei mit der Drehzahl Null eingeschaltet werden. Das Welligkeitsmoment entsteht durch die Transformatorwirkung zwischen der Ankerwicklung und der Feldwicklung in den Systemen, bei welchen die Ankerwicklung und die Feldwicklung beide in die Gegenkopplungsschleife geschaltet sind, was stufenweise Drehzahländerjngen infolge der welligen Phasenänderung durch die Drehzahländerung des Motors bewirkt Die Pendelneigung kann als eine weite Veränderung des Anfangspunkts gekennzeichnet werden. Der Vorteil einer möglichen Steigerung der Verstärkung besteht darin, daß bei höherer Verstärkung ein geringerer Drehzahlabfall bei hoher Belastung stattfindet Ein stoßfreies Anlassen mit der Drehzahl Null ermöglicht natürlich ein sanftes Anlaufen.

Das Problem einer mit Ausgleichsvorgängen verbundenen Entladung des Zündsteuerkondensators infolge hoher Ankerausgleichsspannungen bei der Unterbrechung wird durch die Diode in der Gegenkopplungsschleife gelöst Die Steuerung arbeitet daher bei allen Drehzahlen weich.

Der Entladungsweg mit der Diode D 3 und dem Widerstand R 4, welcher erforderlich ist wenn sich die Feldwicklung in der Gegenkopplungsschleife befindet, ist nur fakultativ, wenn die Feldwicklung aus der Gegenkopplungsschleife entfernt ist, wie in Fig.3. Wenn die Feldwicklung aus der Gegenkopplungsschleife herausgelassen wird, bewirkt die geringe Ankerinduktivität eine vernachlässigbare Ladung der Kapazität bei der Unterbrechnung, im Gegensatz zu der Entladung des Feldes in die Schleife. Bei der Herauslassung der Feldwicklung aus der Gegenkopplungsschleife wird jedoch die Gegenkopplung etwas verringert und die Verstärkung begrenzt, derart daß sie nicht ganz so hoch eingestellt werden kann. Infolgedessen wird dieser Entladungsweg mit Diode und Widerstand vorzugsweise beibehalten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines Motors mit in Reihe geschalteten Feld- und Ankerwicklungen, mit einem Thyristor, dessen Anoden-Kathoden-Strecke in Serie mit den Motorwicklungen an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen ist einem Zündsteuerkondensator, der mit der Steuerelektrode und der Katode des Thyristors verbunden ist und über einen eine ansteigende Spannung in jeder positiven Halbperiode der Wechselspannung erzeugenden Ladekreis mit derjenigen Klemme der Wechselspannungsquelle verbunden ist an die auch die Anode des Thyristors angeschlossen ist und mit einem Drehzahlregelkreis, in dem eine der Motordrehzahl proportionale Spannung mit einer einstellbaren Bezugsspannung verglichen wird und die durch den Vergleich erhaltene resultierende Spannung die Kondensatorspannung zur Verschiebung des Zündzeitpunktes im Sinne einer Konstanthaltung der Motordrehzahl beeinflußt dadurch gekennzeichnet, daß eine einstellbare Bezugsspannungserzeugerschaltung (6; 6'; 6") vorgesehen ist die über ein Gleichrichterglied (D X) derart mit dem Zündsteuerkondensator (CX) verbunden ist daß sie diesen wenigstens am Beginn jeder positiven Halbperiode der Wechselspannung auf eine einstellbare Grundspannung auflädt, daß der die ansteigende Spannung erzeugende Ladekreis (RX; R'X) derart mit dem Zündsteuerkondensator (CX) verbunden ist, daß die ansteigende Spannung der Grundspannung überlagert wird, und daß der Driiizahlregelkreis die Ankerwicklung (A) des Motors, die Ausgangsklemmen der Bezugsspannungserzeu; trschaltung (6; 6'; 6"), das Gleichrichterglied (D X) und den Zündsteuerkondensator (C X) enthält.

   2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspannungserzeugerschaltung (6'; 6") eine potentiometrische Schaltung (R2, R3, PR; C2, RS, PR) enthält, die parallel zu dem den Thyristor (SCR) und die Ankerwicklung (A) des Motors enthaltenden Schaltungszweig geschaltet ist und deren verstellbarer Abgriff (PS) über das Gleichrichterglied (DX) mit dem Zündsteuerkondensator (C X) verbunden ist.

   3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspannungserzeugerschaltung (6') Festwiderstände (R 2, R 3) in Reihe mit einem Potentiometerwiderstand (PÄ^enthält

   4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dcß die Bezugsspannungserzeugerschaltung (6') eine Zenerdiode (ZD) enthält, die parallel zu dem Potentiometerwiderstand (PR) in Reihe mit einem Festwiderstand (R 2) geschaltet ist.

   5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspannungserzeugerschaltung (6") eine Phasenschieberanordnung (C2, PR, R 5) enthält, die der Bezugsspannung eine Phasenvoreilung in Bezug auf jede positive Halbwelle der Wechselspannung erteilt.

   6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenschieberanordnung durch die Serienschaltung eines Phasenschieberkondensators (C2) und eines Potentiometerwiderstandes (W^gebildet ist.

   7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Potentiometerwiderstand (PR) ein Abgleich widerstand (RS) parallelgeschaltet ist

   8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspannungserzeugerschaltung (6') ein Gleichrichterglied (D 2) enthält, das so gepolt ist, daß es in den negativen Halbwellen der Wechselspannung einen Stromfluß über die potentiometrische Schaltung (R2,R3, PR) verhindert

   ίο 9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldwicklung (F) des Motors in dem den Thyristor (SCR) und die Ankerwicklung (A) enthaltenden, parallel zur potentiometrischen Schaltung (R 2, R 3,

   PR) liegenden Schaltungszweig Hegt.

   10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldwicklungen (FX, F2) des Motors in Reihe mit der potentiometrischen Schaltung (C2, PR, RS) und dem dazu parallelen, den Thyristor (SCR) und die Ankerwicklung (A) enthaltenden Schaltungszweig geschaltet sind.

   11. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

   der eine ansteigende Spannung erzeugende Ladekreis durch einen festen Ladewiderstand (R'X) gebildet ist

   12. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen nur in einer Richtung leitenden Entladestromkreis (R 4, D 3), der derart parallel zu dem Ladekreis (R'X) geschaltet ist, daß der Zündsteuerkondensator (CX) während jeder Sperrperiode des Thyristors (SCR) auf den gleichen Spannungswert entladen wird.

   13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladestromkreis einen Festwiderstand (R 4) in Reihe mit einer Diode CD 3) enthält

   14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11 und 13, dadurch gekennzeichnet daß der Ladewiderstand (R'X) und der Entladestromkreis (R4, D3) parallel zueinander zwischen Anode und Steuerelektrode des Thyristors (SCR) angeschlossen sind.