DE1935130A1 - Regelsystem fuer die Amplitude und Phase der Klemmenspannung eines Synchronmotors mit einstellbarer Drehzahl - Google Patents

Description

DR. MÜLLER-BORE DIPL.-ΙΝΘ. GRALFS ι go CIO η

DIPL.-PHYS. DR. MANITZ DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL ^

PATENTANWALTE

10. Juli 1969 M/Hu - A 2021:

AlLIS-CHALMERS MMIB¹ACTUaIHG COMPANY, 1126 South 70th Street, West Alli-s. 14, Wisconsin, U.SoA.

Regelsystem für" die Amplitude und Phase der Klemmenspaniiung-"eines Syiichromnotors mit einstellbarer Drehzahl

Die Erfindung betrifft ein Regelsystem für elektrische Motoren, und insbesondere ein System zur Erzeugung eines Regelsignals für einen elektrischen Motor, welches in. Frequenz, Größe und Phase eine Wiedergabe der gewünschten Klemmenspannung ist, die an den Motor angelegt werden solle .,;

Synchronmofcoren- sind bekanntlich hervorragend zur Erzeugung konstanter Geschwindigkeiten geeignet, denn die MotorgeschwirLdigkeit ist der Frequenz der an die äatorv/icklung angelegten Leistung proportional, unl" die !Jetsfrequenz ist gev/Öhrilich fest» Zur Anwendung für regelbare Geschwindigkeiten v/erderi im allgemaiiien Gleichstrürainoto-^ -" ren mit nebengeschlossenen JPeldrheostäten benutzt, oder es Jcommen Induktionsrautoren mit gewickeltem Kotor und einer

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BBAUNSCHWEiÖ, AM BpRQERFARK β ^(0531) 2β^θ7 β MDNCHEN 22. RÖBEFTT-KOCH-STR. f φ (QStI) 235ItO

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sekundären Geschwindigkeitsregelung zur AnwenDÜng". S.yTichi*Q-ri'-motpren sind nicht von vornherein für Systeme mit re-ge'l-"¹ barer Geschwindigkeit geeignet, denn das durchschnittliche Drehmoment beim Stillstand ist praktisch gleich Hull, der Rotor muß fast'die Synchrongeschwindigkeit erreicht haben, damit die Feldpole am Rotor mit den Polen des umlaufenden Wicklungsfeldes in Eingriff kommen können, und der Rotor muß mit dem durch dir. Wicklung erzeugten sich drehenden Feld jederzeit synchron laufen. Wenn das durch die Belastung erforderliche Drehmoment den Entkopplungswert überschreitet,"wird der Synchronmotor nicht mehr~svnchron laufen, das durchschnittliche Drehmoment wird Null und der Motor kommt zum Stillstand.

Wenn ein Synchronmotor eines Sysiems konstanter Frequenz unter Belastung synchron läuft, bleiben die durch die. ü'-eic!.-wicklungen erzeugten Rotorpole hinter den Statprpolen um einen Belastungs- oder Verscuiebungswinkel genannten 'Winkel zurüct, Der Verschiebungswinfcel liegt 'zwischen " ' -der eingeprägten Klemmenspannung und der Gegen- oder Erregung s spannung und variiert in einem System konstanter Frequenz mit der Veränderung des Belastungs-Drehmomentes. Der Verschiebungswinkel D'f zwischen der.'" eingeprägten■'.-."■ Spannung VT und der Gegenspann a-g xiD wird'durch der. 3\ n.-chroneTi. Irapedanzäbfall IaZs verurBacüt. Fig. 1 ist ein Vektordiagramm für eine 'Synchronmaschine mit liehnbi-ia- - stung.-bei detv Grundgeschwindigkeit an der unteren Grenze des GescriwinuigktritabereioneSe In einem Synchron-—Kotor— system regelbarer Gesch>:ii!'ii_&*keit, ändert sich uer Verschiebungsv/inlt^l DT von i.'uli Grad beim -Stillstand bis etv;a yO Grad, -wie in Fig. 2 gezeigt, v/elcht graphisch: '; die Variation der Höhe de"" Motor-Klemmenspannung VT am

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lüülor und df-s.Pliasenvyinke la DT mit -cU-r Jfotorges-ehwindig*· kuit y^i^-t,,. die e-ri"οrd_:erIieh. ist,, ■ um im...gystem -inne.rjhal'b das ;&esqijKi?idigk:ei.t!3'beji'eiQ]aeG eine ,-lio.n.s.tan.te. !^stu

Um die Iiotorpple in (-iinoui .uVnchrontin Motor?,. £:t.om barer ü^SrChv/inJi j:\veit in ..Ve^riegeiung iai t ueji .r Riigl'ü-polcn Su₁ ,if·.JL-LQiJ,.,. „mim .rt.ie Franue^ deav ic. ..die torv. j clclyi;,-; -" in^epr!igten .. Kleininerispaiinunt; zu jeder 'öei I mit aer ■itotorg^schwi.Kdieiiieit .0,/HGrIrOn,. laufei;^ A-iid weitor utuii -.be:i aiitii .i-iqtor^e_:B_;C[iv/indifoiv=i:tfin a^r. Veraahiebnii^s— . .winkel- zviso-ht-n aetn dojireir deai darübe-r■ w-i-rkenden:;EoI str-οτη i;rze.y^ten ma^;ne tisohfcu /Pl·«^ :iand..döin ideir ...K spa-n-nuij^; ßn:tsp.re_;c_:handen-jna.gnetisch^n. J¹Iu^ der ßepnfciH?· Spannung in "er ..Ehase -voran ei Ifn« Wei-ter muii die -i&rö. ße * der ;auf 4(,.= ■/jiai die .avbattOirwieklung .ein.ge^räg^e,n .Κί,β^ηΜοη^ -spaiinung als eine funktion :der •Motarge.aßhwiind^gkei.t gß-Tegelt .W^rderL. ."". " , ₍..

i)ic i^iger^rt des ^Yoauhroirip^to^rs., claß die ^ÜÄsetiwindigkeit . del·, j^reque;^ at r .„apaiuiu-ngsq-ULelxe. .pro^o^iu-iiax isjt,,. e^- . lawbt, dit. -A.n\.;e?rii'iurig ,von (ieachwiiidigke^ts^Kon^rQll^o^riG^ tutngen,, ^ie ,s..B.... o_fin .durch cLen. ΜοχοϊΤ. :.a,n.g,e-ti:ie-b^nes iJiacKp^·

.ure einen ^Preaieeni^and.1 ex» «el·ober /11,e ^atatprWipk:!- mg ;mit der^ijeiamerrg^annung vvarÄai)ler ^ireq_ueii.z; ..-in ie_;ine.|a . synchronen ·ίΜο tors^s^ern.i^c^gep^bÄrer -^eiSehWindiiglceit v?i.- ^sprgt, direkt kontrollieren --^y; Jcönnen,. Mie o^ben besiclirie-■ben ist es daher notwendi.g., d&i3 der ^aaeawjtekel und die.. Größe der eingeprägten -IClemmenspannung jotlerjaeit -ajls ^esine lunktion der MotorgesQhwind:igkeit .geregelt ,wenden.

Die Veränder.Uing iin SröiSe ;uiid JPhas;en^j^el vd&r jjan d^e, :Sibß.rr torwicklung _:in e:Lnem,i

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schwindigkeit anzulegenden Klemmenspannung, kann graphisch durch die geometrischen Orte einer Gleichungauegedrückt werden, in welcher die Motorgeschwindigkeit der variable Parameter und die Größe und der Phasenwinkel die Radiusvektor- und vektoriellen Winkel-Polarkoorditfiäten der durch die Orte geformten Kurve darstellen Fig. 3 veranschaulicht eine solche Kurve für ein synchrones Motor-Antriebssystem mit regelbarer Geschwindigkeit. In Fig. ist die ausgezogene Kurv/e "reduzierte Leistung" die Kurve für ein Ausgangs-Leistungs-Niveau des Synchronmotors, und die gestrichelte Kurve "Nennleistung" ist eine andere solche Kurve, welche die Orte der Klemmenspannungsamplitude und -Phase aufzeichnet, wenn der Synchronmotor "Nennleistung"· liefert. Die öröße der an die Statorwicklung des Motors anzulegenden Klemmenspannung als einer Funktion der Motorgeschwindigkeit ist der Radiusvektor der Kurve, wobei zwei Vektoren VT 1 und VT 2 für die Kurve "reduzierto Spannung" in Fig. 3 gezeigt werden. Der Verschiäaungswinkel, welcher der Klemmenspannung VT in der Phase relativ zu den Rotorpolen voreilen muß, ist der Vektorwinkel DT der Kurve, wobei zwei Vektorwinkel DTl ■ und DT2 für dia Kurve "reduzierte Leistung" in Fig. 1 gezeigt werden«, Es ist erkennbar, daß die Größe der Klemmenspannung VT von der Grundgeschwindigkeit F= 1,0 an der unteren Grenze des Geschwindigkeitsbereiches (gezeigt durch den Vektor VTt mit demPhasenwinkel DTt) konstant gehalten wird bei anwachsender Mo torgeschwin— digkeit, während der Verschiebungswinkel von ungefähr 4-0 Grad bei der Geschwindigkeit F = 1,0 auf ungefähr 90 Grad bei der Geschwindigkeit F = ungefähr 3,5 anwächst, an welcher Stelle die Klemmenspannung durch den Radiusvektor VT2 und der Verschiebungswinkel der Klemmenspannung durch den vektoriellen WinkelDT2 dargestellt werden·

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Die in Figo 3 gezeigten Kurven, welche die Beziehung zwischen der Größe der Endspannung und das Phasenwinkels aufzeigen, können auch durch rechtwinklige Koordinaten χ und y definiert werden, welche als eine Punktion der Motorgeschwindigkeit i¹ variieren, oder durch die Parametergleichungen der Kurve, welche die Motorgeschwindigkeit F als den variablen Parameter hauen.« Um gemäß den rechtwinkligen Koordinaten χ und y der in J¹Ig, 3 gezeigten Kurve oder gemäß den Parametergleichungen einer solchen Kurve Signale zu erhalten, können zur Erzeugung der Sunktion separate Vorrichtungen benutzt werden, welche auf das Ausgangssignal eines durch den Motor angetriebenen Tachometers ansprechen« Jedoch läßt sich die unabhängige Erzeugung von Signalen, welche den rechtwinkligen Koordinaten χ und y proportional sind, mit einem gewissen Grad von Genauigkeit nur schwer erreichen und erfordert extrem komplizierte elektronische Schaltungen

Es ist ein Ziel der Erfindung, ein verbessertes System zur Erzeugung eines Ausgangssignals für die Regelung eines Synchronmotors mit regelbarer ^Geschwindigkeit zu schaffen, dessen Größe und Phase Polarkoordinaten einer Kurve sind, welche graphisch die Variation der Größe der Motor-Klemmenspannung und des Verschiebungswinkels als eine Funktion der Motorgeschwindigkeit darstellt, wobei das System einfacher ist als ein System, das zur Erzeugung von Funktionen unabhängige Vorrichtungen hat, welche zur Erzeugung separater Signale in Übereinstimmung mit den χ unö. y Koordinaten der Kurve auf den variablen Motorgeschwindigkeits-Parameter ansprechen.

Hierzu sieht die Erfindung vor, daß eine Tachometervürrich-

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tung ein Geschwiadigkeitssignal ableitet, welches eine Funktion der Geschwindigkeit des Motors ist, daß erste Funktion erzeugende Vorrichtungen auf das Geschwindigkeitssignal ansprechen, um ein erstes Wechselsignal gemäß einer der rechtwinkligen Koordinaten der Kurve abzuleiten, daß zweite funktionserzeugende Mittel auf das Geschwindigkeitssignal ansprechen, um ein zweites Wechselsignal gemäß der anderen rechtAvinkeligen Koordinate der Kurve abzuleiten, daß ein RotorinduktoreVektor-addierer winkelmäßig versetzte erste und zv.eite Erregungs-Wicklungen aufweist, die an die ersten bzw. zweiten funktionserzeugenden Mittel koppeln, daß eine Ausgangowicklung induktiv mit der Erregerwicklung verbunden ist, um die ersten und zweiten Viechseisignale in ein in der Ausgangswicklung induziertes Ausgangssignal umzuwandeln, dessen Amplitude die Vektorsumme und dessen Phasenwinkel der Tangente des Quotienten der ersten und zweiten Wechselsignale sind, und daß der Vektoraddierer einen Rotor aufweist, der von dem Motor angetrieben wird, um induktive Kupplung zwischen den Erreger- und Ausgangswicklungen bei einer Frequenz zu verändern, welche eine Funktion der Motorgeschwindigkeit ist.

Die Erfindung schafft also ein System zur Erzeugung eines Regelsignals für einen Synchronmotor, welches die Regelung der Motqrgeschwindigkeit innerhalb eines weiten Bereiches erlaubt. Das System erzeugt ein Regelsignal für einen Frequenzwandler, das den Motor in Betrieb setzt, und dessen Frequenz eine Funktion der Geschwindigkeit des Motors und dessen Phasenwinkel und -Größe ebenfalls Funktionen der Geschwindigkeit des Motors sind. Ein anderer Vorteil ist es, daß ein solches Regelsystem die Größe der

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auf dem Motor eingeprägten Endspannung als eine Funktion der Geschwindigkeit des Motors und der gewünschten Ausgangs Ieii5tung des Motors variiert. Das erfiiidungsgemäße System erzeugt ein Signal, dessen Größe und Phasenwinkel die Polarkoordinattm einer Kurve sind, welche graphisch die Variation des Verschiebungswinkels und die gewünschte Variation der Größe der Motor-Klemmenspannung als Funktion der Motorgeschwindigkeit ausdrückt. Allgemein erzeugt das System gemäß der Erfindung ein Ausgangssignal, dessen Größe und Phase Polarkoordinaten einer Kurve sind, welche graphisch zwei Größen darstellt, die als Funktior. eines dritten oder veränderlichen Parameters variieren«,

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschriebene

Fig. 1 ist ein Vektordiagramm für einen Synchronmotor regelbarer Geschwindigkeit, welches den Verschiebungswinkel zwischeEJder auf der Statorwicklung eingeprägten Klemmenspannung und der Gegenspannung bei der Grundgeschwindigkeit an der unteren Grenze des Geschwindigkeitsbereiches veranschaulicht;

Figo 2 zeigt die Variation der Klemmenspannung des Motors und des Verschiebungswinkels, aufgetragen gegen die Motorgeschwindigkeit in einem synchronen Motorsystem mit regelbarer Geschwindigkeit gemäß der Erfindung;

Fig« 3 zeigt die Variation der Größe der Klemmenspannung

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des Motors und des Versehiebungswinkels als Polar-_ koordinaten in einem synchronen Motorsystem mit regelbarer Geschwindigkeit gemäß der Erfindung}_:

Figo. 4. zeigt die Variation der Größe der Motor-Klemmen-Spannungsamplitude des Verschiebungswinkels sowie der rechtwinkeligen Koordinaten der Kurve, welche graphisch diese Größen darstellt, als eine Punktion der Motorgesehwindigkeit in einem Synchron-Motorsystem mit regelbarer Geschwindigkeit, gemäß der Erfindung; die

Figo 5a und 5b sind schematische Diagramme, welche die Vektor-Addition von zwei Signalen veranschaulichen, die zur Erzeugung eines Ausgangssignals, dessen Größe und Phase Polarkoordinaten der Kurve sind, als Funktion der rechtwinkeligen Koordinaten χ und y einer Kurve variieren}

Figo; 6 ist ein Schaltbild eines Synchronmotor-Systems mit regelbarer Geschwindigkeit,gemäß der Erfindung} und

Fig« 7 ist ein schematisches Schaltbild der in Fig. 6 enthaltenen Vorrichtungen zur Funktionserzeugung, welche auf die Motorgesehwindigkeit und das gewünschte Niveau der Ausgangsleistung ansprechen.

Nach Fig. -6 der Zeichnung enthält ein Synchron^Motorsystem regelbarer Geschwindigkeit gemäß der Erfindung einen synchronen Drei-Phasen-Motor 10, welcher vorzugsweise vom Induktortyp ist, obwohl jeder beliebige Motor mit regelbarer

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Felderregung einschließlich des herkömmlichen Typs mit vorspringenden Polen verwendet werden kann« Der Motor 10 hat vorzugsweise eine Dreiphassn-Ankerwieklung oder eine Stator-Wicklung 11, einen festen ferromagnetischen Rotor 12 und eine Feldwicklung oder eine Erregerwicklung 14 auf dem Motor-Stator (nicht gezeigt) zur Erzeugung magnetischer Pole im Rotor 12₀ Ein Frequenzwandler oder Zykloconverter 15 wird über Dreiphasen-Leitungen A,B und C aus einer geeigneten Spannungsquelle, wie z_eBs einem Generator (nicht gezeigt) mit einer konstanten und hochfrequenten Spannung versorgt, und verwandelt diese konstante und hochfrequente Spannung in eine niedrigere Endspännung VT variabler Frequenz ₉ "welche über Leitungen 18 auf die Statorwicklung H übertragen wird.

Das System gemäß der Erfindung erzeugt ein Ausgangssignal zur Regelung des Zycloconverters 15 (welcher die auf der Ankerwicklung 11 eingeprägte Endspannung VT liefert), dessen Frequenz synchron mit der Geschwindigkeit des Rotors 12 ist, dessen Phase als Funktion der Motorgeschwindigkeit den Versehiebungswinkel DT zwischen der ,Klemmenspannung des Motors und der Gegenspannung gemäß Fig, 2 voreilt, und dessen Größe eine Funktion 1. der Motorgeschwindigkeit für eine gewünschte Ausgangsleistung gemäß Fig. 2, 2. der gewünschten Ausgangsleistung des Motors 10 ist. Wie vorstehend erklärt, muß die Frequenz der an die Statorwicklung 11 angelegten Klemmenspannung VT mit dem Rotor 12 synchron sein, und der Versehiebungswinkel DT zwischen der Klemmenspannung und der Gegenspannung muß der Klemmenspannung vorauseilen, um sicherzustellen, daß die im Rotor 12 durch die Feldwicklung 14 erzeugten magnetischen Pole mit den rotierenden Statorpolen in Eingriff kommen und auf diese Weise durch den Motor 10 ein maximales Dreh-

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moment geschaffen wird»

Ein mit einem Auflöser oder Dreh-Induktor arbeitender Vektoraddierer 20, manchmal als Winkeifühler bezeichnet, hat zwei im Winkel versetzte primäre Eriqgerwicklungert 21 und 22, die vorzugsweise um 90 Grad phasenverschoben sind und "Sinus"- bzw„ "Cosinus"-Wicklungen genannt v/erden, eine Sekundär- oder Ausgangswicklung 24 mit drei Phasenwicklungen ZAX, 24Y und 24Z, welche jeweils um 120 Grad phasenverschoben angeordnet und mit den Erregerwicklungen 21 und 22 induktiv gekoppelt sind, und einen ferromagnetischen Rotor 26, welcher durch einen Motor-Rotor 10 angetrieben wird und so beschaffen ist, daß er die induktive Kopplung zwischen der Ausgangswieklung 24 und den Primärwicklungen 21 und 22 während er sich dreht sinusförmig variiert«, Eine bevorzugte Ausführung des Draht-Induktors-Vektoraddierers 20 hat einen geschichteten Stator mit Radial~Zahnen (nicht gezeigt), welche mit Spulen der Primär- und Sekundärwicklungen bewickelt sind, und der ferromagnetische Rotor variiert die Durchlässigkeit der magnetischen Plußpf ade durch die Zähne, danit während er rotiert, die induktive Kopplung zwischen den primären und sekundären Wicklungen moduliert wird.

Wenn das System der Erfindung in einem svnchronen Motorgerät mit regelbarer Geschwindigkeit angewendet wird, erzeugt es Ausgangssignale VT in den Sekundärwicklungen 24X, 24Y und 24Z, welche den Zycloconverter 15 regeln und deren Größe und deren Phasenwinkel mit der Mptorge— sc'hwindigkeit auf eine in Fig. 2 und 4 gezeigte Yfeise für jedes ausgewählte Ausgangsleistungsniveau variieren.

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Das Ausgangssignal VT ist eine Wiedergabe der vom Zyeloconverter 15 zu erzeugenden gewünschten Klemmenspannung VT des Motors und ist dieser Spannung proportional (wobei angenommen v;ird, daß im Zycloconverter 15 kein Spannungsabfall stattfindet) und wird durch die selbi- Kurve "YT (und VT )" in den Pig« 2 und 4 dargestellt.

Die Kurve der Fig. 3 zeigt graphisch die gewünschte Variation der Größe der Motor-Klemmen-Spannung und des Verseliiebungswinkels mit der -Motorgeschwindigkeit, worin di(; Größe VT die Radiusvektor— Polarkoordinate und der Verschiebungswinkel DT die vektorielle Winkel-Polarkoordinate der Kurve sind. Die selbe Kurve stellt auch die gewünschte Variation des "WinkeIfühler-Ausgangsspannungssignals VT in Größe und Verschiebungswinkel dar« Wenn das System der Erfindung in einer Regelung für einen Synchronmotor mit regelbarer Geschwindigkeit zur Anwendung kommt, regelt es die Größe der Sinus- und Cosinus-Signale V und V an die Wicklungen 21 und 22

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in Übereinstimmung mit den rechtwinkligen Koordinaten y und χ der Pig, 3, oder, anders ausgedrückt, in Übereinstimmung mit den Parametergleichungen der Kurve der Fig» 3, deren variabler Parameter die Motorgesehwindigkeit istο Die Abzissen und Ordinaten der Flg. 3 zeigen die Größen der Signale V und V an die Co.sinus-

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und Sinus-Primärwicklungen 22 und 21. Fig. 4 veranschaulicht die Art und Weise, in welcher die Reglung 28 des Winkelfühlers die Größe der Sinus- und Cosinussignale V und V an die Primärwicklungen 21 und 22 in Überein-

Stimmung mit den rechtwinkligen Koordinaten der Kurve von Fig. 5 regelt, um in den Winkelfühler—Sekundärwick-

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lungen 24X_S 24Y und 24Z Ausgangssignale VT₈ zu erzeugen, welche in Größe und Versehiebungswinkel als eine Funktion der Motorgeschwindigkeit nach Pig. 2 gezeigt variieren,. Mit anderen Worten regelt der Regler 28 des Winkelfühlers die Größe der Sinus- und Cosinussignale V und V als Punktion der rechtwinkeligen χ und y' Koordinaten der Kurve aus Fig.3." (und in Übereinstimmung mit den Parametergleichungen dieser Kuive), und die Ausgangs signale VT₀ des Winkelfühlers regeln den - Z'yjiloconverter 15» welcher eine Klemmenspannung auf der Statorwicklung 11 entsprechend der mit VT bezeichnete» Klemmlinie einprägt^ welcher der in den Fig. 2 und 4 gezeigte Verschiebungswinkel DT voreilt.

Der Zycloconverter Ί5 wird nur als Block gezeigt und hält vorzugsweise eine positive Gruppe von drei silikongeregelten Gleichrichtern (nicht gezeigt), welche jeder der drei MotOrstator-Phasenwicklungen und jedem Leiter 18 zugeordnet sind, um positiven Strom von den drei Pha— senleitungen A₉ B und C zu fühlen, und eine negative Gruppe von drei silikon-geregelten Gleichrichtern, welche jeder der drei Motorstator-Phasenwicklungen und je- ' dem Leiter 18 zugeordnet sind, um negativen Strom van den Leitungen A, B und G zu führen«,

Die primären Sinus- und Cosinus-Wicklungen 21 und 22 werden getrennt erregt mit Sinus- und Casinus-Wechsel-Inphase-Signalen V und V von der Regelung 28, welche die Größe der Signale V_a und V- gemäß den rechtwinkligen

Koordinaten y und χ der Kurve aus Pig« 3 unabhängig „ regelt, deren Polarkoordinaten wie in Fig. 2 gezeigt die Große VT der Klemmenspannung des Motors und der Verschiebungswinkel DT sind. Wenn sich der Motor to im -* Stillstand befindet und die Regelung 28 des. Winkelfühlers

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die Sinus und Cosinus-Wicklungen 21 und 22 rait In-Phase-Wechselsignalen fester Amplitude erregt, so erzeugen die um 90 Grad versetzten Sinus-und Cosinus-Wicklungen 21 und 22 magnetische Felder konstanter magnetischer Intensität, welche die Drei-Phaseh-Sekundärwicklungen 24Xj 24Y und 24Z induktiv koppeln und darin Signale fester Größe induzieren. Die Durchlässigkeiten oder die Reduktanzen der Pfade des durch die Sinus- und Cosinus-Wicklungen 21 und 22 erzeugten magnetischen Flusses .und das Spannungsniveau der in den Drei-Phaseh-Sekundärwicklungen 24X> 24Y und 24Z induzierten festen Amplitudensignale sind eine Funktion der Stellung des Winkelfühler-Rotors 26. Wenn der Motor 10 rotiert, sind die in den Sekundärwicklungen 24X, 24Y und 24Z induzierten Ausgangs— spannungen des Winkelfühlers in ihrer Amplitude nicht länger fest, sondern weisen vielmehr eine sinusförmige Modulation einer Frequenz auf, die eine Funktion der Geschwindigkeit des Motors 10 isb. Die Träger der drei Ausgangssignale des WinkeIfühlers, welche in den Sekundär-Phasen-Wicklungen 24X, 24Y und 24Z induziert werden, sind wegen der räumlichen Anordnung dieser Wicklungen auf dem Winkelfühler-Stator (elektrisch) um120 Grad gegeneinander versetzt. -

Der Winkelfühler-Regler 28 erhält ein-"Leistungs"-3ignal vom beweglichen Konüakt eines Potentiometers 33, welches durch ein fußbedientes Leistungs-Pedal 34 in Betrieb gesetzt wirde Eine geeignete Gleichstromquelle, wie z_eB. eine Batterie, kann über das Potentiometer 33 angeschlossen werden, und die Größe des Leistungssignals ist eine Funktion der Stellung des Pedals 34 und. regelt unabhängig die Signale V und V an die Wicklungen 21 und 22 als

eine Funktion dieses Leistungsignals, wodurch die Ampere*- windungen dieser Wicklungen und die Größe der in den

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Sekundär-Phasen-Wicklungen 24Χ, 24Ύ und 24Z, welche den Zycloconverter 15 regeln, induzierten Signale VT₃ geregelt werden. Me Wirkung einer Veränderung der Stellung des Pedals 34 ist, daß eine andere Kurve abgeleitet wird, welche die gleiche Form wie die in Fig. 3 mi*t -"reduzierte Leistung? und "Nennleistung"- bezeichneten -.Kurven hat, daß die länge der Radiusvektor-Polarkoordination VT geändert wird, während dersefee Phasenwinkel DT aufrechterhalten wird,"daJ die x-und y—Koordinaten proportional '-' ■ ' ■■''■'■ daß

geändert werden, die Größe der in Figo 4 gezeigten alternierenden Signale V und V proportional .geändert werden und daß die Größe des in der Ausgangs-Wicklung 24 des Vfin kelfühlers induzierten Signale VT und die an die Motor-Stator-Wicklung 11 angelegte Klemmenspannung VT proportional geändert wird, wie in Figo 2 und 4 gezeigt, ohne daß der Verschiebungswinkel DT geändert wird. Die Hege- '._ lung 28 des Winkelfühlers regelt die Größe der Signale V und V an die Erregerwicklungen 21 und 22, um die

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Größe der an die Motor-Statorwicklung 11 angelegten Klemmenspannung VT als eine Funktion der Stellung des Pedals 34zu regeln, wobei auf diese Weise die Ausgangsleistung des Motors 10 als Funktion der Stellung des Pedals variiert wird·

Der Regler 28 des Winkelfühlers erhält von einem Tachometer 32 auch ein "Geschwindigkeits"-Signal, welches eine Funktion der Geschwindigkeit des Motors 10 ist, und überträgt die Signale V_n und V auf den Winkelfühler, der die Wicklungen 21 und 22 gemäß deny- und x—Koordinaten (und in Übereinstimmung mit den Parametergleiehungen) der Kurve aus Fig. 3 erregt, in welcher die Motorgeschwindig-

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keit der variable Parameter ist»

Der Tachometer 32 kann von herkömmlicher Konstruktion sein, von der Art, welche den Nulldurchgang der Phasenausgangsspannungen von Winkelfühlersekundärwicklungen 24X, 24Y und 24Z anzeigt, und diese auch dann anzeigt, wenn sich solche Phasenspannungen einander kreuzen und bei jedem solchen Kreuzen einen Impuls liefert, so daß bei jeder Uffidraliung des Moto c-Rotors 12 36 Impulse mit einer Frequenz erzeugt werden, welche eine Funktion der Motorgeschwindigkeit isto Der Hegler 28 des Winfcelfühlers überträgt insbesondere die Spannungen V und V auf die Sinus- und Cosinus-Wicklungen 21 und 22 als eine Funktion der Motorgesehwindigkeit in der Weise wie in Fig.4 gezeigt, so daß die in den Sekundärwicklungen 24X, 24Y und 24Z induzierten Ausgangsspannungen VT₀ des Winkelfühlers von Null bei der Geschwindigkeit Null bis zum vollen-Wert (entsprechend einer vorgegebenen Stellung ' auf dem Pedal 04) bei der Gruridfreqxienz F = 1,0, wie in den Fig. 2 und 4 gezeigt, linear variieren, und von F = 1,0 bis zur maximalen Motorgesehwindigkeit bei F = 15,0 beim vollen Wert bleiben« über der Grundgeschwindigkeit F= 1,0 variiert der Regler 28 des Winkelfühlers die Größe der Signale V und V an die Wicklungen 21 und 22 ungleich in entgegengesetzten Richtungen (siehe Fig. 4) als eine Funktion der Motorgesehwindigkeit, während die Größe der Winkelfühler-Ausgangsspannung VT für ein gewünschtes. Niveau der Ausgangsleistung konstant gehalten wird (wie durch den Radiusvektor VT in Fig.3 gezeigt), durch die Ampeie/findungen der Wicklungen 21 und 22 ungleich variiert und die Phase der Modulation der in den Sekundärwicklungen 24X, 24Y und 24Z induzierten Ausgangsspannung VT relativ zu der Winkelstellung des

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,26 und relativ ,zu den im -1:2 :-durch tdie -field wicklungen -14 'erzeugten magnetischen verschoben wird,, während <lie Größe dieser Spannungen

T ikOEBÜantgehalten wirdo Die vAusgangssignale VT_ der

vWinl£el$ülilea?^Sekundärwickiungen 24X, 2^Y und 24Z regeln dien ^Z^teloconverifcer 15-, und der Regler 28 des Winkelfühlers ^reguliert s;o >den VerschiebungsWiTLkel UT der an die ^Motor^Sibator-Wicklung 11 angelegten Spannung VT relativ zu ;den fflagne;tisöhen Polen auf dem Motor-Rotor \2 als eine Funktion :deir Mo;torgeschwindigkeit während: die Größe ^Λ iKlemmens;pännung VT ^für eine vorgegebene Stellung iEedals 54 ^konstant gehalsten wird·, indem man die Größe der iSinus^ und 'Cosinus-Signale an die Sinus- und Cosinus^· Wicklungen '2-1 und 22. !unabhängig ^variiert;, um die Klemmen- ;spannung gegen die Geschwindigkeit, und den ^lVe*rsGhiebungswirikel /gegen die in ien Eig» 2 =uiid ^4^gezeigten mit ^VT und ^BiD tbezeichne^en iGeschwindigkeitsCharakteristiken, rzu

Angenommen, daß gleichartige alternierende in .Phase befindliche 'Signale V_a und V an die -Sinus- und Cosinus-

i a c

Wicklungen 21 und 22 angelegt «werden, so können diese ■Moments,pannungen schematisch durch die in 3?ig₀ 5a gezeigten -senkrechten Vektoren V_ und V dargestellt werden. Ein'Wechsel der .Größe .der Signale-an die "Wicklungen 21 und -2-2 -variiert die Amperewindungszahl dieser Wicklungen und ,kann daher als -Variation der Länge der Vektoren Y_a •und V 'angesehen werden. Das durch Signale gleicher Größe 'V= Ί.,0 und Ύ = 1,,0 in der -Sekundärwicklung 24 induzier-■te .-'Ausgangssignal kann durch den resultierenden Vektor VT₈ dargestellt werden, dessen Größe gleich dem Produkt

2 χ 'Y_n .und \V ist, und welcher "von beiden um 45-Grad .verschoben ls'.t. Die -Ausgangsspannung .VT₃ des Winkelfühiiers

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ist in Phase und Größe der vom Zycloconverter 15 kommenden und an die Motor-Stator-Wicklung 11 angelegten gewünschten Au s gangs spannung VT proportional·,, FIg₀ 5 kann so die bei der Geschwindigkeit F = 1,1 in Figo 4 gezeigte Bedingung darstellen, wobei die Volleistungs-Pedalsteilung V und V_a gleich sind und eine Größe von ungefähr 1,35"(realtiven) Volt haben; die Ausgangsspannung VT des Winkelfühlers hat eine Größe von "V 2 χ 1,)5 - 1,9 (relativ) Volt, und ist von den durch die Feldwicklung 14 auf dem Motor-Rotor 12 erzeugten magnetischen Polen um einen Winkel DT = 45 Grad versetzt; die Motorklemmenspannung VT, 1st in der Größe dem Ausgangssignal. VT des Winkelfühlers, ,proportional und um den Winkel I)T verschobene -

Wenn nur die Cosinus-Wicklung 22 erregt wird, ist die in der Sekundärwicklung 24 induzierte resultierende Spannung VT proportional dem und in Phase mit dem Cosinus-Signal

V . Wenn nur die Sinuswicklung 21 erregt wird und das Cosinus-Signal V Null ist, ist die resultierende Spannung-VT proportional und in Phase mit dem Sinussignal

V . und dies stellt eine Bedingung über die Geschwinöigkeit F = 3»5 in Fig. 4 dar, wobei der Verschiebungswinkel DT der Ausgangsspannung VT des Winkelfühlers (und der entsprechende Verschiebungswinkel Zwischen der an die Statorwicklung 11 angelegten Klemmenspannung VT und , den durch Erregung der Wicklung 14 im Motor-Rotor 12 erzeugten magnetischen Polen) ungefähr 90, Grad beträgt<,

Fig· 5b veranschaulicht, daß die in der Ausgängswieklung 24 des Winkelfühlers induzierte resultierende Spannung VT über, einen Winkel von 60 Grad verschoben werden kann,

-18-

909883/1^82

indem man die Sinus-wicklung 21 zu einer relativen Größe/ von. 0,866 und die Gosinuswicklung 22zu einer relativen Größe von 0,5 erregto Der resultierende Vektor VI hat eine Größe gleich y 0,5^+^0,866 = 1,0 und ist gegenüber V um 60 Grad verschoben₀ ... ;

Die gestrichelten Vektoren in fig. 5a zeigen den Fall, . wo die Signale V und V an die Sinus- und Cos„-Wick-

SC -

lungen 21 und 22 im Vergleich zu den durchgezogenen Vektoren V = 1,0 und V = 1,0 in der Größe verdoppelt-sind,

C S - _f'

und veranschaulichen, daß die .Größe des in der .sekundären

" Phasenwicklung 24 induzierten resultierenden Signals VT-erhöht werden kann, während der selbe Verschiebungswin^ kel DT aufrechterhalten wird, indem-man die Signale ---:.- :-■_.,"■■ V und V gleichmäßig variiert. Solch eine Variierung, der Größe der Signale V und V _v kann von einem Wechsel der. Motorgeschwindigkeit oder von einem Viechsei der Lage - ./-; des Pedals 34 herrühren. . . ;

Das Tachometer 32 erzeugt ein Geschwindigkeitssignal, ■· / / - Welches für den variablen Parameter.(d.h_e die Motorge- ' schv/indigkeit) einer in Figo 3 gezeigten: Kurve; (für: eine vorgegebene Stellung des Pedals 34). repräsentativ ist; ,„.. der Hegler 28 des Winkelfühlers enthält eine erste -Vor-^,/ richtung zur Funktionserzeugung, welche über den. Leiter 51 auf das Geschwindigkeitasignal anspricht, umigemäß ■·■/. den rechtwinkligen Y-Koordinaten der Kurve ein alternierendes Signal V „zu erzeugen, und, eine zweite .Vorriehtung^fi _; f zur Funktionserzeugung, welche über den Leiter 51 auf v:^4 ; das- Geschwindigkeitssignal anspricht, um gemäß der, rechte ^ winkligen x-Koordinate _fder ,Kurve ein alterhierendes Si-? »« gnalV 'zu erzeugen. .- · ■"-.:>. ν . ⁴- ; --,> ;\.:.;,'; _tl,

909883/139 2

jjtte «earsvtie 5Fu^tnki£lorxS3eiE2feugungis^:oTCT^ JE

»Signale % ^emMml't ie'inen ^SinusiE unktsransge iea? iifbfer .dsfön l[ieä*eir -^l Äu-f das Se-

t₅, ^!um fgemäß d?er reictetwinfcdfe-r -Kurve in ^g-. S ^eitn ¹HiUt -V he-""GleaciiB'tirGmsignal zu ««srlial'teru. _;Ed.n i

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edier fHo^r^g^sGttwoinääig^eäit itsife« lter JFurifötaiOiis*- töa? ^Λ50 ^lifeKäQjt «amen aauBg^ea^öKtietten rtee^oiiieto^liföKeKfctben !iMteetep-IEld-p^Filfiap ^ -und feanren ^DKaiSB^ssbiKr ö5*1«, wsOißtie^, iauHgeiIi^Sit catrrch g-eSe:n HmpuOiB,, ito Üfi-tätisesb #gfeaept?z!t mlirüs, mm dien ^öTid;©nöatöor Ϊ&2 jäu iÄnEIialieiiio "i& iiisJb unä icfer SrÄttSlisii2cö· 6611 iÖi^

der Kondensator 62 über einen Widerstand durch eine Gleichstromquelle aufgeladen, bis der Spannungsabfall Über ihn groß genug geworden ist, um den Flip-Flop 54 turtickzustellen. Wenn der Flip-Flop 54 eingeschaltet wird, gehen die Transistoren 5$t 57 und 58 in Betrieb und leiten den Flip-Flop-Ausgangsimpuls zum Kondensator 60_e Die Ausgangsimpulse"des Flip-Flop 54 sind unabhängig von 4er Impulsfrequenz von konstanter Breite und werden durch die Transistoren 57 und 58 auf eine vom Leistungssignal an den Leiter 52 abhängige Größe verstärkt und laden den Kondensator 60 auf ein Potential auf, das mit der Frequenz der Impulse vom Tachometer. 32 linear variierte

Däa der Stellung des [Pedals 34 proportionale Eingangs-· Lei8tungssignal über den Leiter 52 wird normalerweise durch eine umgekehrt vorgespannte Diode 64 blockiert. Wenn die MotorgeschWindigkett und die Spannung am Kondensator60 ausreichend hoch sind, wird die Diode 64 nach vorne vorgespannt* und die Zunahmegeschwindigkeit der Spannung iitrer &βΑ Kondensatpr 60 nimmt ab, wobei der in Fig· 6 · gejzeigtje; untere Kufvesrteil der V-Gharakteristik (und der in; Figo 4; gezeigte Teil der alternierenden ¥ -Cnarakt er is. tik zwischen F ==■" 1;,.2 .und F a 3> 3) erzeugt Vfird,· Wenn die Ätorgeschwin^igkeit über; F -3,3 liegt, ist / die Frejq^uenz; der Impulse vont'Tachometer 32 so; hoch_t diaßi der Flip-rllopi 54 sieh nicht nach jedem Impuls neu zu^ r1ioikste;llt_f T&Q Diode 64] leitet also- etähdig und es besteht l*ber dein Kondensator 60; efn konstantes lo:tential_t dee sen ; Srpßfe ^er- Sjtellung d!e& ledalsu 3;4 pj?oiortional iw%._% wodurch difff hoM;zont|e3 firil #efe Ohäraktei'-tstik für da &

¥ erzeugt

-2t- 193513Q

Das Gleichstromausgangssignal des Sinusgenerators 50 fließt über den Leiter 65 durch eine Suamierverbindüng 66 (s.Fig. 6) und einen Verstärker 68 zu einem Modulator 70, welcher von einem Oszillator 72, dessen Frequenz kHz betragen kann, ebenfalls beschickt, wird. Der Modulator 70 ist vorzugsweise ein Feldeffekttransistor, welcher ohne Vorspannung als variabler Widerstand verwendet werden kann und welcher das Trägerfrequenzssignal des Oszillators 72 gemäß dem Gleichstromeingangssignal V₀ des Funktionsgeneratore 50 modulierte Das Ausgangssignal des Modulators 70 wird auf einen rückkopplungsgeregelten Sinusleistungsverstärker 74 und über die Kontakte eines Sinusrelais an die SlnusWioklung 21 übertragen. Durch den Gleichrichter 76 wird die Summierungsverbindung 66 ein rückgekoppelter Kreis geschaffen, welcher die Gleichstromausgangssignale V_ des Sinusfunktionsgenerators 50 mit dem gleichger^ichteten alternierenden Signal V des Sinusleistungsverstärkers 74 vergleicht_r um zu gewährleisten, daß die Wechselstromausgangsleistung des leistungsverstärkers 74 proportional dem Gieichstromausgangssignal V desFunktionsgeneratqrs 50 ist»

Der Rückkopplungskreis durch den Gleichrichter 76 zur Summierverbindung 66 ist erwünscht, damit Fehler in dem den Rüokfcopplungskreis einaohließenden geschlossenen Kreis aioh nicht als große Veränderungen im Verschiebungswinkel DT auswirken.

Die zweite Funktionserzeugungsvorrichtüng zur Erzeugung eines alternierenden Signais V_n gemäß der rechtwinkeligen x-Koordinate einer in Fig. 3 gezeigten Kurve erzeugt in der bevorzugten Ausführungeforn der Erfindung das Signal V nicht direkt (aber auch nicht ein der Größe

V-

-21-

-22- 1935T30

Y- proportionales Gleichstromsignäl), es ist s üat't^r ein Punktionsgenerator 78, Spannungstachometer genannt,V vorgesehen, welcher eine Gleichstromspannung VT₀, welche gemäß dem-Radiiisvektor-Polarkoorddnateh VT einer gezeigten Kurve als eine Punktion der Motorgesehwindigkeit variiert, also gemäß dem^: in den Pig. 2 - und 4 mit VT,, ■bezeichneten, gewünschten Winkelfühlerausgangs signale Anders ausgedrückt erzeugt das Spannungstacho'meter- 78 ein Gleichstromsignal, welches mit der MotorgeBchwindigkei't als eine Punktion von ^[f V + V variiert.

■ ausgangs
Das Gleichstrom&ignal VT des Spannungstachometers 78 ' ist proportional der alternierenden Winkelf ütilerausgangsspannung,VT■ und der entsprechenden Motorklemmensparinung VT, aber unterscheidet sich davon in der alle drei Spannungen können durch die selbe Charakteristik in Pig· 4 dargestellt werden* _: Λ ..·": " '^

Der Hegler 28: dea Winkelfühlers subtrahiiert das gnal V : vektoriell zum Aus gangs signal VT £d&s^; tachometers 78 (welches proportiorialYv + V_n ist;),^v"üm das an die Cosinuswicklung 22 angelegte alternierende Signal^ zu'erzeugen,, ' -,..-;<>

Das Spannungstachometer 78 erzeugt für jede ein verschiedenes^ Gleichströmsignal VT_Y dessen-^fGI?ö'ie proportional der Bädiusvektor-Poiarkoordi^ate^^;der^/'■in^^^ PigV 3 für eine solche Peäaleins te llung gezeigteir"i^i¥ ist, Wodurch das¹ Spahriungstachomö^er 78 die Schär &&r-^;-in iPig. 6'gözeigten Charakteristiken Gleichstrom VT= gegen die Geschwinäigkeit erzeugt, deäsen- &rx5iSe^ portionäl dem-gewünschten Bingängssifenal VT₀₁: zum

-23-

U- Ϊ r'U

19351au

converter .15 ist, welqhes die gewiinsGhte Mptorend;s^annung YT Hack ,Fig., 2 schafft«. -. _. ν :■:..-. -..--"'-

Bas in Mg* 6 und 7 gezeigte Spannungstachometer 78 erhält über, den Leiter .52 ein '!Leistungs^Signal¹¹, welches eine Punktion der Stellung des Pedals 34 ist und erhält über den Leiter 51 auch .,ein ."SesPhwinttigkeits-Signal",. v/elches: eine Funktion der Motprgeschwindigkeit ist und modifiziert das Spa^nungssignal ■ so, daß die G-Ieieastromausgangsspan-, des S^pannungstachpnieters 78 von. Null bei.-der Null zum vollen Wert bei der Geschwindigkeit: 3? = 1,Q liniear variiert und vom Wert ]? = 1_t0 bis zur maximalen Motorgeschwindigkeit beim vollen Wert ble;ibt._;. .Jede? über den Leiter 5T .¥θΐη Taohom&ter 52 kommende; Impuls setzt zur Entladung eines Kondensators 82 einen Transistor 8Q in Betrieb und setzt auch, einen An-Aüar· Slip-Plop ⁸^ ⁱⁿ Betrieb,, vielcher ohne Etieksicht auf die; Frequenz AusgangsimpulRe konstanter- Breite schaffte Wenn der Impuls versehwindet,, wird der EonoLensatpr 82 über einen. Widerstö-nd; aufgeladen,, bis ,die §Eannung an ihnt -._'". groß genüge ,geworden, ist, um. den F^ip-Flpjj §4 wieder zurückzuj&tellefn,. Jeder luagang&imgula vpm llip-Flpp; 84 setzt Tranaistoren 8;6,; 87 und 88 zur tlberti'agyng des Impulses auf einen Speicherkondenaatpr 89 in Betriefe^ 3Jas L§i§ting;ss4gnal auf dem Leiter &2 apaimt den JEmitter des ;Tr:ans;iatörs 88 naeh vorne vor- Uiiwi rfgel^ sa die ßrpße »diar Impxilge^ welche den SpeiGher&p^ensai«^: 89 ai|fladen» Weina die Impiilse vpm; Taphipiae^er 52 eine (iesphwindigkeit ψ = 1'j@ e;n:ts|!reche*ide

wird d:er 511|·?11ρρ 8,# diurch olie Ladiuing auf deii iCpndens^tpr^ 82 nipfet sapfe |Le® fersc%w|näen

und das Aus gang;gaigaal

193513U

Spannungstachometers 78 auf den Leiter 90 ist die Spannung konstanter Grb'ise auf dem Kondensator 89t welche den horizontalen;Teil der Charakteristik VT gegen die Geschwindigkeit ergibt, und deren Grüße eine Funktion der Stellung des Pedals 34 ist. Jede der in I'ig. 6 schematisch gezeigten Charakteristiken VT gegen die Geschwindigkeit ist einer unterschiedlichen Stellung dee Padala 34 zugeordnet, und stellt so ein verschiedenes Niveau der Ausgangsleistung des Motors 10 dar.

Das Gleichstroinausgangssignal VT des Funktionsgenerators 78 wird über den Leiter 90 einer Summierungsverbindung 92 zugeführt, wo es mit der gleichgerichteten Gleichstromspannung V verglichen wird, welcher der Vektorsumme der alternierenden Spannungen V und V auf den Sinus- und Cosinuswicklungen 21 und 22 entspricht«. Das Differenzsignal in der Summierungsverbindung 92 ist das von der zweiten Funktionserzeugungsvorrichtung proportional der rechtwinkligen x-Koordinate der Kurve der Pig. 3 erzeugte Gleichstromsignal und wird über einen Verstärker 94 einem Modulator 96 zugeführt, welcher vorzugsweise ein. Feldeffekttransistor ist, der ohne Vorspannung als variabler Widerstand verwendet wird, und welcher von dem Oszillator 22 ein Trägerfreyenzsignal empfängt, und es in Übereinstimmung mit dem Gleichstromausgangssignal des Verstärkers 94 modulierte Das alternierende Signal des Modulators 96 wird in einem Cosinusleistungsverstärker 98 verstärkt, und das alternierende Ausgangssignal ν_Λ des Verstärkers 98 wird über die Kontakte eines Cosinus-Relais der Cosinuswicklung 22 zugeführt. Las alternierende Signal V wird auch zur Summierverbindung über eine Phasenverschiabungsvorrichtung 102 zurückgeführt, welche die Phase der an die Gosinuswicklung 22 angelegte

-25-809883/1392

alternierende Spannung V um 90 Grad verschiebt, um die erforderliche rechtwinklige Beziehung zwischen V_ und Y zu schaffen. Die Summierungsverbindung 104 addiert das alternierende Ausgangssignal V von der Phasenverschiebungsvorrichtung 102 vektoriell zum alternierenden Sinussignal V\ auf dem mit dem Ausgang des Sinusspannungsverstärkers 74 verbundenen leiter 106. Das Unterschieds-Ausgangs-Signal Y_ von der Smamierungaverbindung 104 ist proportional JrY₃" + V* und wird über einen rückkopplungsgeregelten Verstärker 108 und einen Gleichrichter der Summierungeverbindung 92 zugeführt, welche das gleichgerichtete Signal V_n vom Signal VT„ vektoriell subtrahiert»

O . 3

um gemäß der rechtwinkligen x-Koordinate der in Figo 3 gezeigten Kurve das Gleichstromsignal zu erzeugen, und auf diese Weise das der Oosinuswicklung 22 zugeführte ae e » ee 8e>eee alternierende

2 2
Coeinussignal Y_n = vt - v_ zu erzeugen. Ea wird betont werden, dai3 der beschriebene Kreis eine geschlossene Schleife schafft, in welcher das Gleiühstromsignal v_t des SpannungstachometerB 78 dar Vektorsumme der alternierenden Signale V und V , welche an die Sinus- und Cosinuawicklungen angelegt werden, direkt proportional ist· Auf diese Weise wird für eine programmierte Eingabe in den Spannung«tachometer 78 die Erregung der Cosinuswicklung 22 gezwungen, einen Wert V anzunehmen, so daß, wenn dieser vektoriell zur Erregung V_n der Sinuswiokluiig 21 addiert wird, durch die Sekundärwicklung 24 des Winkelfühlere «in in Fig. 4 gezeigtes Auegangseign*l VT₈ erzeugt wird, welches der Radiusvektorpolarkoordinate der in fig·3 gezeigten Kurve entspricht und welches zu der gewünschten Größe und Phase der Kleaunenspannung VT an der Motor-Stator-Wicklung 11 führti welotie sicherstellt» dafl die

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im Motor-Rotor 12 erzeugten magnetischen Pole innerhalb dee Geeehwindigkeitsbereiches mit den Folen der Statorwicklung zum Eingriff kommen.

Fig. 4 zeigt die durch den Regler 28 des Winkelfühlers erzeugten Signale V_ und Y und das sich aus dem Winkelfühler 20 für eine Jeistung von 100 $ ergebende Signal VT , d.h„ für ein Spannungssignal·, welches der Stellung des auf volle leistung gestellten Pedals 36 entspricht,, Die Signale V₀₁V_n und VT treten in der Sinuswicklung 21 bzw. in der Cosinus-Wicklung 22 bzw· der Ausgangswicklung 24 des Winkelfühl·rs auf,

■...■■■■■".-""■ - ■ ■' . ■·'■-' ■/■.

Innerhalb des Geschwindigkeitsbereichea von Null bis etwa 1,0 steigen das alternierende Sinussignal V_, das über den Winkelfühler 20 an den Zyklokonverter 15 angelegte Ausgangssignal VT_e und die Motorklemmenspannung VT vorzugsweise linear mit der Mbtorgeschwindigkeit an, so daß der in Pig. 4 gezeigte VerBchiebungswinkei DT (welcher gleich dem Tangens des Winkelszwischen V_Q und V₈) ist, bei etwa 40 Grad konstant bleibt«

Für eine Geschv/indigkeit F * 1,0 steuert der Regler 28 des Winkelfühlers den Winkelfühler 20 vorzugsweise so, daß, wie in den Fig. 2 und 4 gezeigt, ein Ausgangssignal VT. konstanter Größe erzeugt wird (welches den Zyklokonverter 15 regelt), in dem die Größe der Signale -V " und V_-1 als eine FwJo3ct4oii der Motorgesohwindigkeit in entgegangenetaten Richtungen ungleich verändert, um den gewünschten Verschiebungswink·! D3? zu erfaalten· Es ist aus Fig. 4 ersichtlich, daß das Cosinussignal V. Vorzugsweise bei der Geschwindigkeit F » 1,0 anfängt abziuiekSMn, daß das Sinussignal V_ über diese Geschwindigkeit hinaus

Ä09883/13S1

-87-

weiterhin ansteigt, daß das Ausgangssignal VT des Winkelfühlers 20 in der Große über die Geschwindigkeit hinaus konstant bleibt, und daß der Verschiebungswinkel BT' weiterhin bis zu einem Maximalwert von 90 Grad' bei einer Geschwindigkeit von etwa 3? = 3,5 ansteigt. Über diese Geschwindigkeit ist die Größe des Sinussignals V__ konstant und das Gosinussignal V ist Null« Man wird sich daran erinnern', daß eine verschiedene Kurve von der in I¹Ig₀ 5 ge seilten Form.jlie Beziehung zwischen Größe und !Phasenwinkel für jede Stellung des Pedals 3Λ graphisch aus~ drückt, und daß weiter das Cosinussignal V durch vektorie'Lle Subtraktion des Sinussignals V- von dem Spannungs-

s '

tachometer-Ausgangssignal VT , weiches dem Winkelfühler-

ausgangssignal VT erhalten wird, wobei V zum Verschwinden ge-2wungen wird, wenn V über der Geschwindigkeit I¹= 1,0 konstant bleibt
hinai.s an Größe zunimmt,

I¹= 1,0 konstant bleibt und V über diese Geschwindigkeit

S-

Die Drei-Phasen-AuGgangsspannungen VT "der Sekundärwicklungen 24X, 24Y und 242 des Winkelfühlers werden zur"Entfernung des Trägersignals in einem Ringdiskrlminato'r 37 demodifier te- Der Oiskriminator 37 schafft "Dr ei-Phasen-Ausgängsspannungen von Motorfreqüenz, welche in Größe und Phasenwinkel, relativ zu einer Bezügsachse oder dem Mo-tor- - rotor, d.h. relativ zu einer Achse der im Vektordiagramm der lig. 2.gezeigten inneren Motorspannung ED, geregelt werden. Der Starterkreis 38 kombiniert"die hochfrequenten Dreic=Phasen-Ausgangssignale der Leitungen A, B und G mit den niederfrequenten -Drei-Phaseh-Ausgangsspaniiungen VT des Winkelfühlers, und zum Starterkriis 60 gehören Detektoren,- welche die Nullübergänge solcher resultierender zusammengesetzter Signale feststellen und welche die Sperrsignale für die geregelten Gleichrichter des Zyklokonverters 15.erzeugen,

909883/13f2

BAD ORlGlNAU

Während nur eine einzige Regelausführung der Erfindung beschrieben und veranschaulicht worden ist, wird betont, daß die Erfindung viele andere Anwendungsmöglichkeiten hat, wenn gewünscht wird, die Größe und Phase einer Spannung zu regeln.

Die Erfindung hat also ein System zur Erzeugung eines Regelsignals für einen Synchronmotor mit einstellbarer Geschwindigkeit zum Gegenstand, welches ein Abbild der an den Motor angelegten Klemmenspannung hinsichtlich Frequenz, Amplitude und Phase ist. Das aystem umfaßt eine Tachometeranordnung zur Ableitung eines Geschwindigkeitssignals, welches eine Punktion der Motorgeschwindigkeit ist, eine auf das .Geschwindigkeitssignal ansprechende Vorrichtung zur Erzeugung ers-fcer und zweiter Wechselssignale gemäß den rechtwinkligen Koordinaten einer Kurve, deren veränderlicher Parameter die Motorgeschwindigkeit ist und dessen Polarkoordinate die gewünschte Amplitude und der gewünschte Phasenwinkel der Motorklemmenspannung sind, sowie einen Drehiniuktor-Vektoraddierer, welcher die Wechselsignale in ein Ausgangssignal umformt., dessen Amplitude die Vektorsumme ist und dessen Phasenwinkel der Tangent des Quotienten der Wechselsignale ist. Das Ausgangssignal kann einen Frequenzwandler steuern, welcher den Synchronmotor erregt. ^: -

Nach den Fig. 3 und 6 wird beim Erfindungsgegens"band ein Regelsignal· für den Zyklokonverter (Frequenzwandler) 15 eines Synchronmotorsystems mit einstellbarer Geschwindigkeit erzeugt, welches ein Abbild der gewünschten an den Motor anzulegenden Klemmenspannung in Frequenz, Amplitude und Phase ist, um den Motor 12 mit dem umlaufen-

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■■-...- " BAD ORlGlMAL

den Statörfeld verriegelt zu hal.ten,, Die Änderung in _; Amplitude .und Phasenwinkel, der an den Motor anzulegen^ den Klemmenspannung kann graphisch durch eine in J¹Ig₀ 5 dargestellte Kurve ausgedrückt werden* in der die .Motorgeschwind igkei t der variable Parameter ist und Amplitude und Phasenwinkel die .Radiusvektor- und vektoriellen Winkel Polarkoordinaten der Kurve .sand» Beim Erfindungsgegenstand wird eine, fachometervorrichtung 32 zur Ableitung eines Geschwindigkeits.signals verwendet, welches ,eine Punktion der,Motorgeschwindigkeiten ist, sowie erste und zweite ,Funktionsgeneratbren,50 und 78, welche das Geschwindigkeitssignal empfangen und Wechselströme V₀ und V- gemäß den rechtwinkligen Koordinaten der Kurve nach fig. 3 ableiten* Bin Winkelfühler oder . Drehinduktor-'Vektoraddierer .20 wandelt: die beiden Wechselsignale V₀ und. V„ in ein Ausgangssignal zur . Steuerung eines frequenzwandlers 15 um, dessen Amplitude die .Vektorsumme, und -dessen Phasenwinkel der Tangent des Quotienten der beiden Wechselsignale V und V

ist* . . . -

Claims (1)

1. P ä't e*n t a η s ρ r ü c h e

   1«)System zur Ableitung eines Ausgangssignals mit veränderbarer Amplitude und veränderbarem Phasenwinkkel zur Steuerung eines elektrischen S; nchronino tors mit einer Kurve, deren veränderlicher Parameter die Geschwindigkeit des Motors und dessen Eolarkoorlinaten die gewünsclite Amplitude und der gewünschte Phasenwinkel der an den Motor anzulegenden Klemmenspannung sind, um den Motor über einen Geschwindig— keitsbereich im Gleichlauf au halten, dadurch .ge kenn ζ ei c h η e t , daß eine Tachqmeter'-' "vorrichtung (32) ein Ge achwindigkei te signal .a"bleitet, welches eine Punktion der Geschwindigkeit des Motors ist, dai3 erste funktionserzeugende Vorrichtungen (50,65,66,68,70,74,76) auf das Geschwin-!igkeitssignal ansprechen, um ein erstes Wechselsignal gemäß einer der rechtwinkligen Koordinaten der Kurve abzuleiten, daß zweite funktionserzeugende Mittel (78,90,92,94,96,98,102,104,108,110) auf das öe*- ■ schindigkeitasignal ansjprechen, um ein zweites . V/echselsignal gemäß der anderen rechtwinkligen Koordinate der Kurve mlizuleiten., daß_; ein, fiotörindpktor- ¥ektora4dierer (.20) winkelmäßig versetzte erste und zweite SrregMngswickluiigeii {i2;1,22},aufweist, idie an die, ersten, bzw, zweiten ^uiikt^pnserzeugeaideii Her**· richtiungen koppeln,, daß eine_: .AuabgangsWiiBkiyng (24) induktiv mit der Erregerwicklung v.erSjwndsäi.ist,. ium die ersten land zweit en^echselsiignale: JLn Aüsgangswiöklung iMuziertes A-uagamgsaigpal dein, desisen Amplitude die Vekt©riSpmme pnd

   31

   Ί935Ί3ϋ

   Phasenwinkel der Tangent des Quotienten der ersten " und zweiten 'Weehselsignale sind, und daß der Vektoraddierer einen Rotor (92) aufweist, der von dem Motor angetrieben wird, um die induktive Kopplung zwischen den Erreger- und Ausgangswicklungen bei einer Frequenz zu verändern, welche eine Punktion der Motorgeschwindigkeit ist»

   2. System nach Anspruch 1-, dadurch g e k e η η zeich η e t , daß die zweite funktioiiserzeugende Vorrichtung eine auf das Geschwindigkeitssisnal ansprechende Vorrichtung (78) zur Ableitung eines dritten Signals aufweist, welches eine Punktion der Radiusvektor-Polarkoordinate der Kurve ist, daß eine Vorrichtung (102,104) ein viertes Signal ableitet, welches eine Punktion der Vektorsumme der ersten und zweiten Weehselsignale ist, und daß eine Vorrichtung (92) die dritten und vierten Signale vergleicht, wodurch der Ausgang von der Vergleichsvorrichtung (92) die andere rechtwinklige Koordinate ' darstellt.

   3c System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η ζ ei ohne t , daß die erste funktionserzeugende Vorrichtung eine auf das Geschwindigkeitssignal ansprechende Vorrichtung (50) aufweist, um ein erstes GrIeichstromsignal gemäß der einen rechtwinkligen Koordinate der- Kurve abzuleiten, daß eine Vorrichtung (72) ein Trägersignal erzeugt und daß ein erster Modulator (70).mit der Trägersjgial-Erzeu--' gungsvörrichtung und der ersten Gleichstromsignal- - Ableitungsvörrichtung gekoppelt ist, um die AmpHtude des Trägersignals gemäß dem Gleichstromsignal-zu* verändern*

   -32-

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   -32- 1 9351 3ü

   4. System nach Anspruch 3 $ dadurch ge kennzeichnet , daß die zweite funktionserzeugende Vorrichtung eine auf das Geschwindigkeitssignal ansprechende Vorrichtung (78) aufweist, um ein zweites Gleichstromsignal abzuleiten, welches eine Punktion der Radiusvektor-Polarkoordinate der Kurve ist, daß eine Vorrichtung (102,104) vektoriell die ersten und zweiten Wee&eelsignale addiert, um ein resultierendes Signal zu erzeugen, daß eine Vorrichtung (110) sur Gleichrichtung des resultierenden Signals vorgesehen ist,' daß eine Vorrichtung (92) das zweite Gleichstromsignal mit dem Ausgangssignal aus dem Gleichrichter vergleicht, um ein Differenzsignal abzuleiten, und daß ein zweiter Modulator (96) mit der Trägersignal-Erzeugungsvorrichtung und der Vergleichsvorrichtung· zur Veränderung des Trägersignals gemäß dem Differenzsignal gekoppelt ist, wodurch das Ausgangs signal aus dem zweiten Modulator die andere rechtwinklige Koordinate darstellt·

   5. System nach Anspruch 4, dadurch g e Ic e η η -

   ζ e i c h net ,.daß die Vorrichtung zum vektoriellen Addieren eine Vorrichtung (102) zur Verseftiebung der Phase eines der Wechselsignale um 90 Grad aufweist, sowie Mittel (104) zur Summierung des Ausgangssignals aus der Phasenverschiebungs-Vorrichtung und des anderen Wechselsignals β

   6. System nach den Ansprüchen 3» 4 oder 5, dadurch

   g e k e η η ζ e i c h η e t , daß eine Vorrichtung (76) das erste Wechselsignal gleichrichtet und eine Vorrichtung (66) das erste Gleichstrorasignal und das Ausgangs signal aus dem Gleichrichter vergleicht, Λίο-bei das Ausgangssignal aus der VergleIchsvorrichtung (66)

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   ■-33t- 19351JU

   der Eingang für den ersten Modulator ist.

   7. System nach Anspruch 4,5 oder 6, dadurch g e k e ηη-z ei ohne t , daß die ersten und aweiten Modulatoren (7Of 96). „Feldeffekttransistoren sind und daß das erste Gleichstromsignal, und das Differenzsignal mit. den SteuerelektBden der Feldeffekttransistoren gekoppelt sind.

   8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß eine.Vorrichtung (33,34) ein Leistungssignal ableitet, wel~> ches eine Funktion des gewünschten Leietungsausganges des Motors ist, und daß die eisten und zwei- ' ten funktionserzeugenden Vorrichtungen außerdem auf das.Leistungssignal.ansprechen und die ersten und zweiten Wechselsignale als Funktion des Leistungssignals verändern.

   9. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 8, gekennzeichnet durch einen zweiten Gleichrichter . (76) zur Gleichrichtung des ersten. V/echselsignals und eine Vorrichtung (66) zum Vergleich des ersten Gleichstromsignals und des Ausganges aus dem zweiten Gleichrichter, wobei das Ausgangssignal aus der Vergleic-havorrichtung der Eingang für den ersten Modulator (?0) ist.