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Schaltunganordnung zur Drehzahlregelung einer Universalmaschine Die
Erfindnung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung einer
Universalmaschine.
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Es sind Schaltungsanordnungen zur Drehzahlregelung einer Universalmaschine
bekannt, bei denen in Reihe mit der Feldwicklung und dem Anker der Maschine ein
steucrbarer Halbleitergleichrichter (Thyristor) als Stellglied geschaltet ist, und
diese Reihenschaltung wird aus einer Wechselspannungsquelle (Netz) gespeist. Die
Anker-ESE der Maschine wird mit einer einstellbaren, z. B. rampenförmigen IIalbwellenspannung
verglichen, die von einem ebenfalls an der Wechselspannungsquelle liegenden Sollwert-Spanntingsteiler
abgeleitet ist (US-Patentschrift Re 25 903).
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Die Anker-EPJK hat die Polarität der in der vorangegangenen Stromflußzeit
anliegenden Wechselspannu.lg und ist in ihrer Größe von der Remanenzinduktion der
Maschine und deren Dreh; zahl abhängig. Dieser Gleichspannung überlagert sich eine
Wechselspannung, die durch Unsymmetrien der Wicklung und des magnetischen Kreises
verursacht wird, und deren Frequenz und Amplitude ebenfalls von der Remanenzinduktion
und deren Drehzahl abhängen. In ungünstigen Fällen lcann diese überlagerte Wechselspannung
sehr groß werden, was sich ungünstig auf das Regelverhalten und die Laufruhe der
Maschine auswirkt.
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Um dies Nachteil zu beheben, ist es bei solchen Thyristorregelungen
in Einwegschaltung bekannt, die Anlçer-EAS der Maschine künstlich durch eine lfechsel-
oder Pulsstromerregung der Feldwicklung der Maschine während der Stromflußpausen
zu erhöhen, so daß sich auch bei niedrigen Drehzahlen ein genügend großes Istfert-Signal
ergibt ( DAS 1 277 417.
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Der einfache Austausch des Thyristors bei den bekannten Anordnungen
gegen einen steuerbaren bidirektionalen Halbleitergleichrichter (Triac) ist nicht
möglich, da die Anker-E>-S jeweils die zur anliegenden Wechselspannung inverse
Polarität hat.
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Die bekannten,Thyristoren verlfendenden und in Einwegschaltung arbeitenden
Anordnungen haben den Nachteil, daß die Wicklung der Maschine für die Versorgung
mit Halbwellenspannung ausgelegt sein muß, wodurch sie für den direkten Betrieb
an Netzspannung ungeeignet sind und bei Ausfall des Stellgliedes leicht zerstört
werden können.
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Außerdem besteht ein Nachteil darin, daß bei der Anschnittsteuerung
im Halbwellenbetrieb das Drehmoment mit der relativ niedrigen Folgefrequenz von
50 Hz pulsiert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die obengenannte Nachteile
zu vermeiden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Stellglied
ein steuerbarer bidirektionaler llalbleitergleichrichter (Triac) ist und ts-x xxx
Mittel vorgesehen sind, durch die Vorzeichen von Soll- und Istwert gleich werden.
Einer weiteren Ausbildung entsprechend wird zur Vorzeichenuinicehr des Istwertes
die Polarität der Anker-EAS durch Felderregung der Maschine in den Stromflußpausen
geändert. Zweckmäßig ist in diesem Falle zur Reihenschaltung von Halbleitergleichrichter
und Maschinenanker ein Widerstand parallel geschaltet.
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Einer weitcren Ausbildung entsprechend ist zur Vorzeichenumkehr des
Sollwertes ein aus der Wechselspannungsquelle gespeistes phasendrehendes Glied vorgesehen
(z.B. Transformator), an das der Sollwertkreis der Ansclmittssteuerung für den Halbleitergleichrichter
geschaltet ist.
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Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten
Ausführungsbeispielen naher erläutert. Rs zeigen Fig. t eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung,
bei welcher die Polarität der Anker-EMK umgekehrt wird, Fig. 2 den Verlauf der speisenden
Wechselspannung, der Soll-Spannung (schemAtisiert) der durch die Remanenzinduktion
erzeugten Anker-EMR und der künstlichen EESç, wie sie sich durch die Anordnung nach
der Fig. 1 ergibt, Fig. 3 eine Schaltungsanordnung wie Fig. 1, jedoch mit geänderem
Steuerkreis, Fig. 4 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, bei welcher die Polarität
der Sollwertspannung umgekehrt wird.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist die Feldwicklung 1 einer Universalmaschine
mit einem steuerbaren bidirektionalen lfalbleitergleichrichter (Triac) 2 und dem
Anker 3 der Maschine in Reihe geschaltet. Diese Reihenschaltung ist über die Klemmen
4, 5 an eine nicht weiter dargestellte Wechselspannungs quelle (Netz) geschaltet.
Brfindungsgemäß ist parallel zur ,8- -Reihenschaltung von Halbleitergleichrichter
2 und Anker 3 ein Widerstand 6 angeordnet, der bewirkt, daß in den Stromflußpausen
des Halbleitergleichrichters 2 durch die Feldwicklung 1 der Maschine ein Strom fließt,
durch welchen wiederum die Spannung am Anker 3 in ihrer Polarität geändert wird,
Die Erzeugung der Sollspannung erfolgt durch den aus dem Widerstand 7 und den Zener-Dioden
8, 9 bestehenden Spannungsteiler in Verbindung mit dem maus den Widerständen 10,
11 bestehenden Spannungsteiler, den Widerständen 12, 13 und dem Kondensator 14.
Die Sollspannung besteht dabei aus einem Gleichspannungsanteil, welcher mit Hilfe
der Zenerdioden 8, 9 erzeugt lfird und einen lfechselspannungsanteil, so daß am
Kondensator 14 eine der speisenden Wechselspannung nacheilende Spannung-entsteht,
die zur erzeugten Gleichspannung addiert wird, Die Sollspannung hat damit eine Rampenform.
Diese Spannung tritt an der Steuerelektrode 15 des Halbleitergleichrichters 2 auf
und wird mit der am Anker 3 der Maschine entstehenden Spannung(Eathodenpotential
des Thyristors)verglichen. Die Differenzspannung zwischen der Ankerspannung und
der am Kondensator 14 auftretenden Spannung ist dabei did Steuerspannung für den
Halbleitergleichrichter 2. Der veränderte lfidefstand 13 ist der Sollwertsteller
der Anordnung. Zwischen der Steuerelektrode 15 und der Elektrode 16 des Halbleitergleichrichters
2 ist ein RC-Glied 17, 18 angeordnet, welches die Zündstrecke des Halbleitergleichrichters
gegen Kommutatorstörspannungen schützt.
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Die Wirkungsweise der Anordnung wird anhand des Diagrammes nach der
Fig. 3 näher erläutert.
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In dieser Figur ist die speisende Wechselspannung mit uv1 die Ankerspannung
mit Ua, die schematisierte Sollwertspannung mit Us, die durch die Remanenzinduktion
erzeugte BES mit EMK (gestrichelt angedeutet) und die künstlich erzeugte EEi mit
EES' bezeichnet. Wie aus der Figur ersichtlich, wird durch die künstliche Erregung
des Feldes der Maschine in den Stromflußpausen der Istwert eine Sinushalbwelle,-die
um die jeweilige Remanenz-Gleichspannung gegen die Nulllinie versetzt ist. Durch
die der Anker-EESi aufgesetzte Sinushalbwelle wird die Spannung am Anker umgepolt,
so daß diese Spannung mit der Speisespannung U in Phase liegt. Nur durch v diese
Spannungsumlcehr ist eine Regelung mit Hilfe des bidirektionalen Halbleitergleichrichters
möglich. Wird die Drehzahl der Maschine kleiner,so sinkt auch entsprechend die Anker-E.
Damit verschiebt sich der Schnittpunkt von künstlicher ESSÇ' und Sollspannung U
nach links, wodurch der An-5 schnitt kleiner wird und die Drehzahl wieder zunimmt.
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Die Anordnung nach der Fig. 3 unterscheidet sich von der nach der
Fig. 1 lediglich im Steuerteil. Um den Einfluß der Kollektor-Spannungsspitzen auf
den Zündzeitpunkt zu vermeiden, ist ein Übertrag 19 zwischen Steuerkreis und den
Steuerelektroden des Halbleitergleichrichters 2 vorgesehen. Die Spannung des Ankers
3 ist über ein RC-Glied (Tiefpaß) 20, 21 geführt, so daß sich am Kondensator 21
eine geglättete Ankerspannung ergibt, wodurch die steilen Kommutatorstörspannungen
von der Steuerschaltung ferngehalten werden. Am Kondensator 14 tritt wieder eine
Sollspannung mit Rampenform auf. Zwischen den Kondensatoren 14, 21 ist eine Reihenschaltung
eines Diacs 22 mit der Primärwicklung 23 des
Übertragers 19 angeordnet.
Unterscheiden sich die Spannungen an den Kondensatoren 14, 21 um die Zündspannung
des Diacs 22, so zündet dieser und liefert einen steilen Stromimpuls, durch den
auf der Sekundärseite des Ubertragers 19 ein entsprechender Zündimpuls für den halbleitergleichrichter
2 induziert wird.
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Die Fig. 4 zeigt eine Anordnung, bei welcher das Vorzeichen des Sollwcrtes
umgekehrt ist. Die Umkehr wird durch einen Übertrager 24 erreicht, dessen Primärwicklung
25 an die Versorgungsspannung geschaltet ist und an dessen Sekundärwicklung 26 der
Sollspannungslcreis angeschaltet ist. Wie ersichtlich, ist der Widerstand 6 der
Anordnungen nach den Fig. 1 und 3 entfallen.
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Durch die Erfindung wird der Vorteil erreicht, daß eine Drehzahlregelung
der Universalmaschine nunmehr bei Doppellfellenbetrieb erfolgt. Die Wicklung der
Maschine braucht nicht für einen Halbwellenbetrieb ausgelegt zu werden. Ferner ergibt
sich ein ruhighrer Lauf der Maschine, da die Folgefrequenz der Drehmomentschlfanlvung
jetzt 100 Hz beträgt.