DE1935130B2 - Regelsystem zur Ableitung eines Ausgangssignals mit verander barer Amplitude und veränderbarem Phasenwinkel zur Steuerung eines Syn chronmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelsystem zur Ableitung eines Ausgangssignals mit veränderbarer Amplitude und veränderbarem Phasenwinkel zur Steuerung eines Synchronmotors mit einer Kurve, deren veränderlicher Parameter die Geschwindigkeit des Motors und deren Polarkoordinaten die gewünschte Amplitude und der gewünschte Phasenwinkel der an den Motor anzulegenden Klemmenspannug sind.

Synchronmotoren sind bekanntlich hervorragend zur Erzeugung konstanter Geschwindigkeit geeignet, denn die Motorgeschwindigkeit ist der Frequenz der an die Statorwicklung angelegten Leistung proportional, und die Netzfrequenz ist gewöhnlich fest. Zur Anwendung für regelbare Geschwindigkeiten werden im allgemeinen Gleichstrommotoren mit nebengeschlossenen Feldrheostaten benutzt, oder es kommen Induktionsmotoren mit gewickeltem Rotor und

C5 einer sekundären Geschwindigkeitsregelung zur Anwendung. Synchronmotoren sind nicht von vornherein für Systeme mit regelbarer Geschwindigkeit geeignet, denn das durchschnittliche Drehmnmrnf

beim Stillstand ist praktisch gleich Null, 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 die Wicklung erzeugten sich drehenden Feld jederzeit synchron laufen. Wenn das durch die Belastung erforderliche Drehmoment den Entkopplungswert überschreitet, wird der Synchronmotor nicht mehr synchron laufen, das durchschnittliche Drehmoment wird Null und der Motor kommt zum Stillstand,

Wenn ein Synchronmotor eines Systems konstanter Frequenz unter Belastung synchron läuft, bleiben die durch die Feldwicklungen erzeugten Rotorpole hinter den Statorpolen um einen Belastungs- oder Verschiebungswinkel genannten Winkel zurück. Der Verschiebungswinkel liegt zwischen der eingeprägten Klemmenspannung und der Gegen-· oder Erregungsspannung und variiert in einem System konstanter Frequenz mit der Veränderung des Belastungs-Drehmomentes.

Um die Rotorpole in einem synchronen Motorsystem regelbarer Geschwindigkeit in Verriegelung mit den rotierenden Reglerpolen zu halten, muß die Frequenz der in die Statorwicklung eingeprägten Klemmenspannung zu jeder Zeit mit der Rotorgeschwindigkeit synchron laufen, und weiter mub bei allen Motorgeschwindigkeiten der Verschiebungswinkel zwischen dem durch den darüber wirkenden Feldstrom erzeugten magnetischen Fluß und dem der Klemmenspannung entsprechenden magnetischen Fluß der Klemmenspannung in der Phase voraneilen. Weiter muß die Größe der in die Statorwicklung eingeprägten Klemmenspannung als eine Funktion der Motorgeschwindigkeit geregelt werden.

Die Eigenart des Synchronmotors, daß die Geschwindigkeit der Frequenz der Spannungsquclle proportional ist, erlaubt die Anwendung von Geschwindigkeit-Kontrollvorrichtungen, z. B. ein durch den Motor angetriebenes Tachometer, um einen Frequenzwandler, welcher die Statorwicklung mit der Klemmenspannung variabler Frequenz in einem synchronen Motors3/stem regelbarer Geschwindkeit versorgt, direkt kontrollieren zu können. Wie oben beschrieben, ist es daher notwendig, daß der Phasenwinkel und die Größe der eingeprägten Klemmenspannung jederzeit als eine Funktion der Motorgeschwindigkeit geregelt werden.

Die Veränderung in Größe und Phasenwinkel der an die Statorwicklung in einem synchronen Motorsystem regelbarer Geschwindigkeit anzulegenden Klemmenspannung kann graphisch durch die geometrischen Orte einer Gleichung ausgedrückt werden, in welcher die Motorgeschwindigkeit den variablen Parameter und die Größe und der Phasenwinkel die Radiusvektor- und vektoriellen Winkel-Polarkoordinaten der durch die Orte geformten Kurve darstellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Regelsystem der eingangs genannten Art zu schaffen, welches bei einfachem Aufbau eine präzise Regelung der Motorgeschwindigkeit in einem weiten Drehzahlbereich erlaubt.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß eine Tachometervorrichtung ein Geschwindigkeitssignal ableitet, welches eine Funktion der Geschwindigkeit des Motors ist, daß erste funktionserzeugende 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 rechtwinkligen Koordinate der Kurve abzuleiten, daß ein Rotorinduktor-Vektoraddierer winkelmäßig versetzte, erste und zweite Erregungswicklungen aufweist, die an die ersten bzw. zweiten funktionserzeugenden Vorrichtungen koppeln, daß eine Ausgangswicklung induktiv

ίο mit der Erregerwicklung verbunden ist und daß der Vektoraddierer einen Rotor auffweist, der von dem Motor angetrieben wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen sowie bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung schafft also ein Regelsystem zur Erzeugung eines Regelsignals für einen Synchronmotor, welches die Regelung der Motorgeschwindigkeit innerhalb eines weiten Bereiches erlaubt. Das Systern 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 auf dem Motor eingeprägten Endspannung als eine Funktion der Geschwindigkeit des Motors und der gewünschten Ausgangsleistung des Motors variiert. Das erfindungsgemäße System erzeugt ein Signal, dessen Größe und Phasenwinkel die Polarkoordinaten einer Kurve sind, welche graphisch die Varation 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 Funktion eines dritten oder veränderlichen Parameters variieren.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise an Hand der Zeichnung beschrieben.

F i g. 1 ist ein Vektordiagramm für einen Synchronmotor regelbarer Geschwindigkeit, welches den Verschiebungswinkel zwischen der auf der Statorwicklung eingeprägten Klemmenspannung und der Gegenspannung bei der Grundgeschwindigkeit an d";r unteren Grenze'des Geschwindigkeitsbereiches veranschaulicht;

F i g. 2 zeigt die Varation der Klemmenspannung des Motors und des Verschiebungswinkels, aufgetragen gegen Motorgeschwindigkeit in einem synchronen Motorsystem mit regelbarer Geschwindigkeit gemäß der Erfindung;

Fig. 3 zeigt die Variation der Größe der Klemmenspannung des Motors und des Verschiebungswinkels als Polarkoordinaten in einem synchronen Motorsystem mit regelbarer Geschwindigkeit gemäß der Erfindung;

F i g. 4 zeigt die Variation der Größe der Motor-

Klemmenspannungsamplitude und des Verschiebungswinkels sowie der rechtwinkligen Koordinaten der Kurve, welche graphisch diese Größen darstellt, als eine Funktion der Motorgeschwindigkeit in einem Synchron-Motorsystem mit regelbarer Geschwindigkeit, gemäß der Erfindung; die

F i g. 5 a und 5 b sind schematische Diagramme, welche die Vektor-Addition von zwei Signalen veranschaulichen, die zur Erzeugung eines Ausgangs-

signals, dessen Größe und Phase Polarkoordinaten ten Kurve oder gemäß den Parametergleichungen

der Kurve sind, als Funktion der rechtwinkligen Ko- einer solchen Kurve Signale zu erhalten, können zur

ordinatenx und y einer Kurve variieren; Erzeugung der Funktion separate Vorrichtungen be-

F i g. 6 ist ein Schaltbild eines Synchronmotor- nutzt werden, welche auf das Ausgangssignal eines Systems mit regelbarer Geschwindigkeit, gemäß der 5 durch den Motor angetriebenen Tachometers anErfindung, und sprechen. Jedoch läßt sich die unabhängige Erzeu-

F i g. 7 ist ein schematisches Schaltbild der in gung von Signalen, welche den rechtwinkligen Ko-

Fig. 6 enthaltenen Vorrichtungen zur Funktions- ordinatenx und y proportional sind, mit einem ge-

erzeugung, welche auf die Motorgeschwindigkeit und wissen Grad von Genauigkeit nur schwer erreichen

das gewünschte Niveau der Ausgangsleistung an- io und erfordert extrem komplizierte elektronische

sprechen. Schaltungen.

Gemäß Fig. 1 wird der Verschiebungswinkel DT Nach Fig. 6 der Zeichnung enthält ein Synchron-

zwischen der eingeprägten Spannung VT und der Motorsystem regelbarer Geschwindigkeit gemäß der

Gegenspannung ED durch den synchronen Impe- Erfindung einen synchronen Dreiphasen-Motor 10,

danzabfall IaZs verursacht. F i g. 1 ist ein Vektor- 15 welcher vorzugsweise vom Induktortyp ist, obwohl

diagramm für eine Synchronmaschine mit Nenn- jeder beliebige Motor mit regelbarer Felderregung

belastung bei der Grundgeschwindigkeit an der unte- einschließlich des herkömmlichen Typs mit vorsprin-

ren Grenze des Geschwindigkeitsbereiches. In einem genden Polen verwendet werden kann. Der Motor 10

Synchron-Motorsystem regelbarer Geschwindigkeit hat vorzugsweise eine Dreiphasen-Ankerwicklung

ändert sich der Verschiebungswinkel DT von Null ao oder eine Stator-Wicklung 11, einen festen ferro-

Grad beim Stillstand bis etwa 90 Grad, wie in F i g. 2 magnetischen Rotor 12 und eine Feldwicklung oder

gezeigt, welche graphisch die Variation der Höhe der eine Erregerwicklung 14 auf dem Motor-Stator (nicht

Motor-Klemmenspannung VT am Motor und des gezeigt) zur Erzeugung magnetischer Pole im Rotor

Phasenwinkels DT mit der Motorgeschwindigkeit 12. Ein Frequenzwandler 15 wird über Dreiphasen-

zeigt, die erforderlich ist, um im System innerhalb 25 Leitungen A, B und C aus einer geeigneten Span-

des Geschwindigkeitsbereiches eine konstante Lei- nungsquelle, wie z. B. einem Generator (nicht ge-

stung zu erhalten. zeigt), mit einer konstanten und hochfrequenten

F i g. 3 veranschaulicht eine Kurve für ein syn- Spannung versorgt und verwandelt diese konstante chronisches Motor-Antriebssystem mit regelbarer und hochffrequente Spannung in eine niedrigere End-Geschwindigkeit. In F i g. 3 ist die ausgezogene 30 spannung VT variabler Frequenz, welche über Lei-Kurve »reduzierte Leistung« die Kurve für ein Aus- tungen 18 auf die Statorwicklung 11 übertragen wird. gangs-Leistungs-Niveau des Synchronmotors, und die Das System gemäß der Erfindung erzeugt ein Ausgestrichelte Kurve »Nennleistung« ist eine andere gangssignal zur Regelung des Frequenzwandlers 15 solche Kurve, welche die Orte der Klemmenspan- (welcher die auf der Ankerwicklung 11 eingeprägte nungsamplitude und -Phase aufzeichnet, wenn der 35 Endspannung VT liefert), dessen Frequenz synchron Synchronmotor »Nennleistung« liefert. Die Größe mit der Geschwindigkeit des Rotors 12 ist, dessen der an die Statorwicklung des Motors anzulegenden Phase als Funktion der Motorgeschwindigkeit um Klemmenspannung als einer Funktion der Motor- den Verschiebungswinkel DT zwischen der Kiemgeschwindigkeit ist der Radiusvektor der Kurve, wo- menspannung des Motors und der Gegenspannung bei zwei Vektoren VTl und VT2 für die Kurve 40 gemäß Fig. 2 voreilt, und dessen Größe einerseits »reduzierte Spannung« in Fig. 3 gezeigt werden. eine Funktion der Motorgeschwindigkeit für eine ge-Der Verschiebungswinkel, welcher der Klemmen- wünschte Ausgangsleistung gemäß F i g. 2, und spannung VT in der Phase relativ zu den Rotor- andererseits der gewünschten Ausgangsleistung des polen voreilen muß, ist der Vektorwinkel DT der Motors 10 ist. Wie vorstehend erklärt wurde, muß Kurve, wobei zwei Vektorwinkel DTl und DT2 für 45 die Frequenz der an die Statorwicklung 11 angelegdie Kurve »reduzierte Leistung« in Fig. 1 gezeigt ten Klemmenspannung PT mit dem Rotor 12 synwerden. Es ist erkennbar, daß die Größe der Klem- chron sein, und der Verschiebungswinkel DT zwimenspannung VT von der Grundgeschwindigkeit sehen der Klemmenspannung und der Gegenspan-F = 1,0 an der unteren Grenze des Geschwindigkeits- nung muß der Klemmenspannung vorauseilen, um bereiches (gezeigt durch den Vektor VTl mit dem 50 sicherzustellen, daß die im Rotor 12 durch die Feld-Phasenwinkel DTl) konstant gehalten wird bei an- wicklung 14 erzeugten magnetischen Pole mit den wachsender Motorgeschwindigkeit, während der Ver- rotierenden Statorpolen in Eingriff kommen und auf Schiebungswinkel von ungefähr 40 Grad bei der Ge- diese Weise durch den Motor 10 ein maximales schwindigkeit F = 1,0 auf ungefähr 90 Grad bei der Drehmoment geschaffen wird.
Geschwindigkeit F = ungefähr 3,5 anwächst, an wel- 55 Ein mit einem Auflöser oder Dreh-Induktor archer Stelle die Klemmenspannung durch den Radius- behender Vektoraddierer 20 hat zwei im Winkel vervektor VT 2 und der Verschiebungswinkel der Klem- setzte primäre Erregerwicklungen 21 und 22, die vormenspannung durch den vektoriellen Winkel DT2 zugsweise um 90 Grad phasenverschoben sind und dargestellt werden. »Sinus«- bzw. »Cosinus«-Wicklungen genannt wer-

Die in Fig. 3 gezeigten Kurven, welche die Be- 60 den, eine Sekundär- oder Ausgangswicklung24 mit Ziehung zwischen der Größe der Endspannung und drei Phasenwicklungen 24Jf, 24 Y und 24 Z, welche des Phasenwinkels aufzeigen, können auch durch jeweils um 120 Grad phasenverschoben angeordnet rechtwinklige Koordinaten y und χ definiert werden, und mit den Erregerwicklungen 21 und 22 induktiv welche als eine Funktion der Motorgeschwindigkeit F gekoppelt sind, und einen ferromagnetischen Rotor variieren, oder durch die Parametergleichungen der 65 26, welcher durch einen Motor-Rotor 10 angetrieben Kurve, welche die Motorgeschwindigkeit F als den wird und so beschaffen ist, daß er die induktive Koppvariablen Parameter haben. Um gemäß den recht- lung zwischen der Ausgangswicklung 24 und den winkligen Koordinaten y und χ der in Fi g. 3 gezeig- Wicklungen 21 und 22, während er sich dreht, sinus-

förmig variiert. Eine bevorzugte Ausführung des Vektoraddierers 20 hat einen geschichteten Stator mit Radial-Zähnen (nicht gezeigt), welche mit Spulen der Primär- und Sekundärwicklungen bewickelt sind, und der ferromagnetische Rotor variiert die Durchlässigkeit der magnetischen Flußpfade durch die Zähne, damit während der Rotation die induktive Kopplung zwischen den primären und sekundären Wicklungen moduliert wird.

Wenn das System der Erfindung in einem synchronen Motorgerät mit regelbarer Geschwindigkeit angewendet wird, erzeugt es Ausgangssignale VT_S in den Sekundärwicklungen 24 A\ 24 Y und 24 Z, welche den Frequenzwandler 15 regeln und deren Größe und deren Phasenwinkel mit der Motorgeschwindigkeit auf eine in F i g. 2 und 4 gezeigte Weise für jedes ausgewählte Ausgangsleistungsniveau variieren. Das Ausgangssignal VT_s ist eine Wiedergabe der vom Frequenzwandler 15 zu erzeugenden gewünschten Klemmenspannung VT des Motors und ist dieser Spannung proportional (wobei angenommen wird, daß im Frequenzwandler 15 kein Spannungsabfall stattfindet) und wird durch dieselbe Kurve »VT (und VT₅)« in den F i g. 2 und 4 dargestellt.

Die Kurve der Fig. 3 zeigt graphisch die gewünschte Variation der Größe der Motor-Klemmen-Spannung und des Verschiebungswinkels mit der Motorgeschwiudigkeit, worin die Größe VT die Radiusvektor-Polarkoordinate und der Verschiebungswinkel DT die vektorielle Winkel-Polarkoordinate der Kurve sind. Dieselbe Kurve stellt auch die gewünschte Variation des Vektoraddierer-Ausgangsspannungssignals VT_S in Größe und Verschiebungswinkel dar. Wenn das Regelsystem der Erfindmng in einer Regelung für einen Synchronmotor mit regelbarer Geschwindigkeit zur Anwendung kommt, regelt es die Größe der Sinus- und Cosinus-Signale V_s und V₁ an die Wicklungen 21 und 22 in Übereinstimmung mit den rechtwinkligen Koordinaten y und .τ der F i g. 3, oder, anders ausgedrückt, in Übereinstimmung mit den Parametergleichungen der Kurve der F i g. 3, deren variabler Parameter die Motorgeschwindigkeit ist Die Abzissen und Ordinaten der F i g. 3 zeigen die Größen der Signale V_c und V_s an die Cosinus- und Sinuswicklungen 22 und 21. Fig. 4 veranschaulicht die Art und Weise, in welcher die Regelung 28 des Vektoraddierers die Größe der Sinus- und Cosinussignale V_s und V_c an die Wicklungen 21 und 22 in Übereinstimmung mit den rechtwinkligen Koordinaten der Kurve von F i g. 3 regelt, um in den Vektoraddierer-Sekundärwicklungen 24^r, 24 Y und 24 Z Ausgangssignale VT_S zu erzeugen, welche in Größe und Verschiebungswinkel als eine Funktion der Motorgeschwindigkeit nach Fig. 2 variieren. Mit anderen Worten, der Regler 28 des Vektoraddierers regelt die Größe der Sinus- und Cosinussignale V_s und V_c als Funktion der rechtwinkligen x- und y-Koordinpten der Kurve aus Fig. 3 (und in Übereinstimmung mit den Parametergleichungen dieser Kurve), und die Ausgangssignale VT_S des Vektoraddierers regeln den Frequenzwandler 15, welcher eine Klemmenspannung auf der Statorwicklung 11 entsprechend der mit VT bezeichneten Kennlinie einprägt, welcher der in den Fig. 2 und 4 gezeigte Verschiebungswinkel DT voreilt

Der Frequenzwandler 15 wird nur als Block gezeigt und enüiält vorzugsweise eine positive Gruppe von drei steuerbaren Silizium-Gleichrichtern (nicht gezeigt), welche jeder der drei Motorstator-Phasenwicklungen und jedem Leiter 18 zugeordnet sind, um positiven Strom von den drei Phasenleitungen A, B und C zu führen, und eine negative Gruppe von drei steuerbaren Silizium-Gleichrichtern, welche jeder der drei Motor-Stator-Phasenwicklungen und jedem Leiter 18 zugeordnet sind, um negativen Strom von den Leitungen A, B und C zu führen.

Die primären Sinus- und Cosinus-Wicklungen 21 und 22 werden getrennt erregt mit phasengleichen Sinus- und Cosinus-Wechselsignalen V_s und V_c von der Regelung 28, welche die Größe der Signale V_s und V_c gemäß den rechtwinkligen Koordinaten y und χ der Kurve aus F i g. 3 unabhängig regelt, deren Polarkoordinaten wie in F i g. 2 gezeigt die Größe VT der Klemmspannung des Motors und der Verschiebungswinkel DT sind. Wenn sich der Motor 10 im Stillstand befindet und die Regelung 28 des Vektoraddierers die Sinus und Cosinus-Wicklungen 21 und 22 mit phasengleichen 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-Phasen-Sekundärwicklungen 24 X, IAY und 24Z induktiv koppeln und darin Signale fester Größe induzieren. Die Durchlässigkeiten oder die magnetischen Widerstände (Reluktanzen) der Pfade des durch die Sinus- und Cosinus-Wicklungen 21 und 22 erzeugten magnetischen Flusses und das Spannungsniveau der in den Drei-Phasen-Sekundärwicklungen 24 Λ', 24 Y und 24 Z induzierten festen Amplitudensignale sind eine Funktion der Stellung des Vektoraddierer-Rotors 26. Wenn der Motor 10 rotiert, sind die in den Sekundärwicklungen 24^, 24 Y und 24 Z induzierten Ausgangsspannungen des Vektoraddierers in ihrer Amplitude nicht länger fest, sondern weisen vielmehr eine sinusförmige Modulation einer Frequenz auf, die eine Funktion der Geschwindigkeit des Motors 10 ist. Die Träger der drei Ausgangssignale des Vektoraddierers, welche in den Sekundär-Piiasen-Wicklungen 24 A". 24 Y und 24 Z induziert werden, sind wegen der räumlichen Anordnung dieser Wicklungen auf dem Vektoraddierer-Stator (elektrisch) um 120 Grad gegeneinander versetzt.

Der Vektoraddierer-Regler 28 erhält ein »Leistungs«-Signal vom beweglichen Kontakt eines Potentiometers 33, welches durch ein fußbedientes Pedal 34 in Betrieb gesetzt wird. Eine geeignete Gleichstromquelle, wie z. B. 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 F₅ und V_c an die Wicklungen 21 und 22 als eine Funktion dieses Leistungssignals, wodurch die Amperewindungen dieser Wicklungen und die Größe der in den Sekundär-Phasenwicklungen 24 X, 24 Y und 24 Z, welche den Frequenzwandler 15 regeln, induzierten Signale VT_S geregelt werden. Die Wirkung einer Veränderung der Stellung des Pedals 34 ist, daß eine andere Kurve abgeleitet wird, welche die gleiche Form wie die in Fig. 3 mit »reduzierte Leistung« und »Nennleistung« bezeichneten Kurven hat, daß die Länge des Radiusvektors VT im Polarkoordinatendiagramm geändert wird, während derselbe Phasenwinkel DT aufrechterhalten wird, daß die x- und y-Koordinaten proportional geändert wer-

den, daß die Größe der in F i g. 4 gezeigten alternie- Spannung VT relativ zu den magnetischen Polen auf renden Signale V_s und V_c proportional geändert wird dem Motor-Rotor 12 als eine Funktion der Motor- und daß die Größe des in der Ausgangs-Wicklung 24 geschwindigkeit, während die Größe der Klemmendes Vektoraddierers induzierten Signale VT_S und die spannung VT für eine vorgegebene Stellung des Pean die Motor-Stator-Wicklung 11 angelegte Klemmen- 5 dals 34 konstant gehalten wird, indem man die Größe spannung VT proportional geändert wird, wie in der Sinus- und Cosinus-Signale an die Sinus- und Fig. 2 und 4 gezeigt, ohne daß der Verschiebungs- Cosinus-Wicklungen 21 und 22 unabhängig variiert, winkel DT geändert wird. Die Regelung 28 des Vek- um die Klemmenspannung gegen die Geschwindigkeit toraddierers regelt die Größe der Signale V_s und V₁ und den Verschiebungswinkel gegen die in den F ig. 2 an die Erregerwicklungen 21 und 22, um die Größe io und 4 gezeigten mit VT und DT bezeichneten Geder an die Motor-Stator-Wicklung 11 angelegten schwindigkeitscharakteristiken zu erhalten.
Klemmenspannung VT als eine Funktion der Stellung Angenommen, daß gleichartige alternierende, in des Pedals 34 zu regeln, wobei auf diese Weise die Phase befindliche Signale V_s und V_c an die Sinus-Ausgangsleistung des Motors 10 als Funktion der und Cosinus-Wicklungen 21 und 22 angelegt werden, Stellung des Pedals variiert wird. 15 so können diese Momentspannungen schematisch

Der Regler 28 des Vektoraddierers erhält von durch die in F i g. 5 a gezeigten senkrechten Vektoren

einer Tachometervorrichtung32 auch ein »Geschwin- V_s und V_c dargestellt werden. Ein Wechsel der Größe

digkeits«-Signal, welches eine Funktion der Ge- der Signale an die Wicklungen 21 und 22 variiert die

schwindigkeit des Motors 10 ist, und überträgt die Amperewindungszahl dieser Wicklungen und kann

Signale V_s und V_c auf den Vektoraddierer, der die 20 daher als Variation der Länge der Vektoren V_s und

Wicklungen 21 und 22 gemäß den y- und x-Koordi- V_c angesehen werden. Das durch Signale gleicher

naten (und in Übereinstimmung mit den Parameter- Größe V_? = 1,0 und V_c = 1,0 in der Sekundärwick-

gleichurgen) der Kurve aus F i g. 3 erregt, in welcher lung 24 induzierte Ausgangssignal kann durch den

die Motorgeschwindigkeit der variable Parameter ist. resultierenden Vektor VT_S dargestellt werden, dessen

Die Tachometervorrichtung 32 kann von her- 25 Größe gleich dem Produkt aus
kömmlicher Konstruktion sein, derart, welche den

Nulldurchgang der Phasenausgangsspannungen von |/2 · V_c und V_s
Vektoraddierer-Sekundärwicklungen 24 X, 24 Y und

24 Z anzeigt, und diese auch dann anzeigt, wenn sich ist, und welcher von beiden um 45 Grad verschoben solche Phasenspannungen einander kreuzen und bei 30 ist Die Ausgangsspannung VT_S des Vektoraddierers jedem solchen Kreuzen einen Impuls liefert, so daß ist in Phase und Größe der vom Frequenzwandler 15 bei jeder Umdrehung des Motor-Rotors 12 36 Im- kommenden und an die Motor-Stator-Wicklung 11 pulse mit einer Frequenz erzeugt werden, welche eine angelegten gewünschten Ausgangsspannung VT proFunktion der Motorgeschwindigkeit ist Der Regler portional. F i g. 5 kann so die bei der Geschwindig-28 des Vektoraddierers überträgt insbesondere die 35 keit F = 1,1 in F i g. 4 gezeigte Bedingung darstellen, Spannungen V^ und V_c auf die Sinus- und Cosinus- wobei für die Pedalstellung »Volleistung« V_c und V_s Wicklungen 21 und 22 als eine Funktion der Motor- gleich sind und eine Größe von ungefähr 1,35 (relageschwindigkeit in der Weise wie in F i g. 4 gezeigt, tiven) Volt haben; die Ausgangsspannung VT_s des so daß die in den Sekundärwicklungen 24 X, IAY Vektoraddierers hat eine Größe von

und 24 Z induzierten Ausgangsspannungen VT_s des 40

Vektoraddierers von Null bei der Geschwindigkeit ]^r2 · 1,35 — 1,9 (relativ) Volt,
Null bis zum vollen Wert (entsprechend einer vorgegebenen Stellung auf dem Pedal 34) bei der Grund- und ist von den durch die Feldwicklung 14 auf dem frequenzF= 1,0, wie in den Fig. 2 und 4 gezeigt, Motor-Rotor 12 erzeugten magnetischen Polen um linear variieren, und von F = 1,0 bis zur maximalen 45 eine Winkel DT = 45 Grad versetzt; die Motorklem-Motorgeschwindigkeit bei F = 15,0 beim vollen Wert menspannung VT ist in der Größe dem Ausgangsbleiben. Über der Grundgeschwindigkeit F = 1,0 va- signal VT_s des Vektoraddierers proportional und um riiert der Regler 28 des Vektoraddierers die Größe den Winkel DT verschoben.

der Signale F_s und V₁. an die Wicklungen 21 und 22 Wenn nur die Cosinus-Wicklung 22 erregt wird, ungleich in entgegengesetzten Richtungen (s. Fig.4) 50 ist die in der Sekundärwicklung24 induzierte resulals eine Funktion der Motorgeschwindigkeit, wäh- tierende Spannung VT_S proportional dem und in rend die Größe der Vektoraddierer-Ausgangsspan- Phase mit dem Cosinus-Signal V_c. Wenn nur die Sinung VT _s für ein gewünschtes Niveau der Ausgangs- nuswicklung 21 erregt wird und das Cosinus-Signal leistung konstant gehalten wird (wie durch den Ra- V_e Null ist, ist die resultierende Spannung VT_s prodiusverktor VT in F i g. 3 gezeigt), durch die Ampere- 55 portional und in Phase mit dem Sinussignal V_s, und windungen der Wicklungen 21 und 22 ungleich va- dies stellt eine Bedingung über die Geschwindigkeit riiert und die Phase der Modulation der in den Se- F = 3,5 in F i g. 4 dar, wobei der Verschiebungskundärwicklungen 24Z, 24 Y und 24Z induzierten winkel DT der Ausgangsspannung VT₃ des Vektor-Aussgangsspannung VT relativ zu der Winkelstellung addierers (und der entsprechende Verschiebungswindes Vektoraddierer-Rotors 26 und relativ zu den im 60 kel zwischen der an die Statorwicklung 11 angelegten Motor-Rotor 12 durch die Feldwicklungen 14 erzeug- Klemmenspannung VT und den durch Erregung der ten magnetischen Polen verschoben wird, während Wicklung 14 im Motor-Rotor 12 erzeugten magnedie Größe dieser Spannungen VT_S konstant gehalten tischen Polen) ungefähr 90 Grad beträgt
wird. Die Ausgangssignale VT_S der Vektoraddierer- Fig.5b veanschaulicht, daß die in der Ausgangs-Sekundärwicklungen 24Af, 24 Y und 24Z regeln den 65 wicklung 24 des Vektoraddierers induzierte resultie-Frequenzwandler 15, und der Regler 28 des Vektor- rende Spannung VT_s über einen Winkel von 60 Grad addierers reguliert so den Verschiebungswinkel DT verschoben werden kann, indem man die Sinuswickder an die Motor-Stator-Wicklung 11 angelegten lung 21 zu einer relativen Größe von 0,866 und die

Cosinuswicklung 22 zu einer relativen Größe von 0,5 erregt. Der resultierende Vektor VT_s hat eine Größe gleich

]/Ö,5² + Ö.866² = 1,0

und ist gegenüber V_c um 60 Grad verschoben.

Die gestrichelten Vektoren in F i g. 5 a zeigen den Fall, wo die Signale V_s und V_c an die Sinus- und Cosinus-Wicklungen 21 und 22 im Vergleich zu den durchgezogenen Vektoren V₁. = 1,0 und F₅ = 1,0 in der Größe verdoppelt sind, und veranschaulichen, daß die Größe des in der sekundären Phasenwicklung 24 induzierten resultierenden Signale VT_S erhöht werden kann, während derselbe Verschiebungswinkel DT aufrechterhalten wird, indem man die Signale V_s und V_r gleichmäßig variiert. Solch eine Variierung der Größe der Signale V_s und V_c kann von einem Wechsel der Motorgeschwindigkeit oder von einem Wechsel der Lage des Pedals 34 herrühren.

Die Tachometervorrichtung 32 erzeugt ein Geschwindigkeitssignal, welches für den variablen Parameter (d. h. die Mütorgeschwindigkeit) einer in F i g. 3 gezeigten Kurve (für eine vorgegebene Stellung des Pedals 34) repräsentativ ist; der Regler 28 des Vektoraddierers enthält eine erste Vorrichtung zur Funktionserzeugung, welche über den Leiter 51 auf das Geschwindigkeitssignal anspricht, um gemäß den rechtwinkligen y-Koordinaten der Kurve ein alternierendes Signal V_s zu erzeugen, und eine zweite Vorrichtung zur Funktionserzeugung, welche über den Leiter 51 auf das Geschwindigkeitssignal anspricht, um gemäß der rechtwinkligen x-Koordinate der Kurve ein alternierendes Signal V_c zu erzeugen.

Die erste Funktionserzeugungsvorrichtung zur Erzeugung alternierender Signale V_s enthält eine Vorrichtung 50, welche über den Leiter 51 auf das Geschwindigkeitssignal anspricht, um gemäß der rechtwinkligen y-Koordinate der Kurve in F i g. 3 ein mit V_s bezeichnetes Gleichstromsignal zu erhalten. Ein solches Gleichstromsignal ist proportional dem alternierenden Signal V_s.

Die Vorrichtung 50 erhält über den Leiter 52 ebenfalls ein »Leistungs«-Signal, welches eine Funktion der Stellung des Pedals 34 ist Die Vorrichtung 50 erzeugt für jede Stellung des Pedals 34 eine unterschiedliche Gleichstromspannung F_f-Geschwindigkeits-Charakteristik schematisch gezeigt in Fig. 6), eine solche Charakteristik ist von der gleichen Form wie die in F i g- 4 gezeigte Charakteristik des alternierenden Signals V_s und kann durch diese dargestellt werden.

Die Vorrichtung 50 (s. F i g. 7) empfängt über den Leiter 51 von der Tachometervorrichtung 32 Impulse einer Frequenz, welche der Geschwindigkeit des Motors 10 proportional ist, und über eine Flip-Flop-Schaltung 54, welche durch die Impulse gesteuert wird, und drei Transistoren 56, 57 und 58 lädt sie mittels der Ausgangsimpulse vom Flip-Flop 54 einen Kondensator 60 auf eine Spannung auf, welche gemaß einer Parametergleichung einer Kurve der Fig. 3 proportional der Motorgeschwindigkeit ist Die Vorrichtung 50 enthält einen ausgerichteten, betriebsbereiten Umkehr-Flip-Flop 54 und einen Transistor 61, welcher, ausgelöst durch jeden Impuls, in Betrieb gesetzt wird, um den Kondensator 62 zu entladen. Nachdem der Impuls verschwunden ist und der Transistor 61 abschaltet wird der Kondensator 62 über einen Widerstand durch eine Gleichstromquelle aufgeladen, bis der Spannungsabfall an ihm groiä genug geworden ist, um den Flip-Flop 54 zurückzustellen. Wenn der Flip-Flop 54 eingeschaltet wird, gehen die Transistoren 56, 57 und 58 in Betrieb und. leiten den Flip-Flop-Ausgangsimpuls zum Kondensator 60. Die Ausgangsimpulse des Flip-Flop 54 sind unabhängig von der 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 von der Tachometervorrichtung 32 linear variiert.

Das der Stellung des Pedals 34 proportionale Eingangs-Leistungssignal über den Leiter 52 wird normalerweise durch eine umgekehrt vorgespannte Diode 64 blockiert. Wenn die Motorgeschwindigkeit und die Spannung am Kondensator 60 ausreichend hoch sind, wird die Diode 64 nach vorne vorgespannt, und die Zunahmegeschwindigkeit der Spannung über den Kondensator 60 nimmt ab, wobei der in F i g. 6 gezeigte untere Kurventeil der ^-Charakteristik (und der in F i g. 4 gezeigte Teil der alternierenden V_s-Charakteristik zwischen F = 1,2 und F = 3,3) erzeugt wird. Wenn die Motorgeschwindigkeit über F — 3,3 liegt, ist die Frequenz der Impulse vom Tachometer 32 so hoch, daß der Flip-Flop 54 sich nicht nach jedem Impuls neu zurückstellt. Die Diode 64 leitet also ständig, und es besteht über den Kondensator 60 ein konstantes Potential, dessen Größe der Stellung des Pedals 34 proportional ist, wodurch der horizontale Teil der Charakteristik für das Gleichstromsignal V_s erzeugt wird.

Das Gleichstromausgangssignal der Vorrichtung 50 fließt über den Leiter 65 durch eine Vorrichtung 66 (s. F i g. 6) und einen Verstärker 68 zu einem Modulator 70, welcher von einer Vorrichtung 72, deren Frequenz 10 kHz betragen kann, ebenfalls beschickt wird. Der Modulator 70 ist vorzugsweise ein Feldeffekttransistor, welcher ohne Vorspannung als variabler Widerstand verwendet wexden kann und welcher das Trägerfrequenzsignal der Vorrichtung 72 gemäß dem Gleichstromeingangssignal V_s der Vorrichtung 50 moduliert. Das Ausgangssignal des Modulators 70 wird auf einen rückkopplungsgeregelten Sinusleistungsverstärker 74 und über die Kontakte eines Sinusrelais an die Sinuswicklung 21 übertragen. Über die Vorrichtung 76 wird ein Rückführkreis zur Vorrichtung 66 geschaffen, welcher die Gleichstromausgangssignale V_s der Vorrichtung 50 mit dem gleichgerichteten alternierenden Signal V_s des Sinusleistungsverstärkers 74 vergleicht, um zu gewährleisten, daß die Wechselstromausgangsleistung des Leistungsverstärkers 74 proportional dem Gleichstrom ausgangssignal V_s der Vorrichtung 50 ist

Der Rückkopplungskreis über die Vorrichtung 7( zur Vorrichtung 66 ist erwünscht, damit Fehler ii dem den Rückkopplungskreis einschließenden ge schlossenen Kreis sich nicht als große Veränderungei im Verschiebungswinkel DT auswirken.

Die zweite Funktionserzeugungsvorrichtung zu Erzeugung eines alternierenden Signals V_c gemäß de rechtwinkligen x-Koordinate einer in Fig.3 gezeig ten Kurve erzeugt in der bevorzugten Ausführungs form der Erfindung das Signal V_c nicht direkt (abe auch nicht ein der Größe V_e proportionales Gleich Stromsignal), es ist statt dessen ein Funktionsgeneri

2666

i 935

tor 78, SpannuBgstachoaeter genannt, vorgesehen, welcher eine Gleichstromspannung VT₃, welche gemäß den Radiusverktor-Polarkoordinaten VT einer in Fig. 3 gezeigten Kurve als eine Funktion der Motorgeschwindigkeit variiert, also gemäß dem in den F i g. 2 und 4 mit VT₃ bezeichneten, gewünschten Vektoraddiererausgangssignal. Anders ausgedrückt erzeugt das Spannungstachometer 78 ein Gleichstromsignal, welches mit der Motorgeschwindigkeit als eine Funktion von

variiert.

Das Gleichstromausgangssignal VT_S des Spannungstachometers 78 ist proportional der alternierenden Vektoraddiererausgangsspannung VT₅ und der entsprechenden Motorklemmenspannung VT, unterscheidet sich aber davon in der Größe; alle drei Spannungen können durch dieselbe Charakteristik in F i g. 4 dargestellt werden.

Der Regler 28 des Vektoraddierers subtrahiert das Sinussignal V_s vektoriell zum Ausgangssignal VT₃ des Spannungstachometers 78 (welches proportional

ist), um das an die Cosinuswicklung 22 angelegte alternierende Signal V_c zu erzeugen.

Das Spannungstachometer 78 erzeugt für jede Pedalstellung ein verschiedenes Gleichstromsignal VT_S, dessen Größe proportional der Radiusvoktor-Polarkoordinate der in F i g. 3 für eine solche Pedaleinstellung gezeigten Kurve ist, wodurch das Spannungstachometer 78 die Schar der in Fig. 6 gezeigten Charakteristiken des über der Geschwindigkeit aufgetragenen Gleichstromsignals VT_S erzeugt, dessen Größe proportional dem gewünschten Eingangssignal VT_S zum Frequenzwandler 15 ist, welches die gewünschte Motorendspannung VT nach F i g. 2 schafft.

Das in F i g. 6 und 7 gezeigte Spannungstachometer 78 erhält über den Leiter 52 ein »Leistungs-Signal«, welches eine Funktion der Stellung des Pedals 34 ist und erhält über den Leiter 51 auch ein »Geschwindigkeits-Signal«, welches eine Funktion der Motorgeschwindigkeit ist und modifiziert das Spannungssignal so, daß die Gleichstromausgangsspannung VT_% des Spannungstachometers 78 von Null bei der Frequenz Null zum vollen Wert bei der Geschwindigkeit F =1,0 linear variiert und vom Wert F= 1,0 bis zur maximalen Motorgeschwindigkeit beim vollen Wert bleibt. Jeder über den Leiter 51 von der Tachometervorrichtung 32 kommende Impuls setzt zur Entladung eines Kondensators 82 einen Transistor 80 in Betrieb und setzt auch einen An-Aus-Flip-Flop 84 in Betrieb, welcher ohne Rücksicht auf die Frequenz Ausgangsimpulse konstanter Breite schafft. Wenn der Impuls verschwindet, wird der Kondensator 82 über einen Widerstand aufgeladen, bis die Spannung an ihm groß genug geworden ist, um den Flip-Flop 84 wieder zurückzustellen. Jeder Ausgangsimpuls vom Flip-Flop 84 setzt Transistoren 86, 87 und 88 zur Übertragung des Impulses auf einen Speicherkondensator 89 in Betrieb. Das Leistungssignal auf dem Leiter 52 spannt den Emitter des Transistors 88 nach vorne vor und regelt so die Größe der Impulse, welche den Speicherkondensator 89 aufladen. Wenn die Impulse von der Tachometervorrichtung 32 eine vorgegebene, der Geschwindigkeit F= 1,0 entsprechende Frequenz erreichen, wird der Flip-Flop 84 durch die Ladung auf dem Kondensator 82 nicht nach dem Verschwinden jedes Impulses zurückgestellt, und das Ausgangssignal des Spannungstachometers 78 auf den Leiter 90 ist die Spannung konstanter Größe auf dem Kondensator 89, welche den horizontalen Teil der Charakteristik VT_S gegen die Geschwindigkeit ergibt, und deren Größe eine Funktion der Stellung des Pedals 34 ist. Jede der in Fig. 6 schematisch gezeigten Charakteristiken VT_S gegen die Geschwindigkeit ist einer unterschiedlichen Stellung des Pedals 34 zugeordnet und stellt so ein verschiedenes Niveau der Ausgangsleistung des Motors 10 dar.

Das Gleichstromausgangssignal VT_S des Spannungstachometers 78 wird über den Leiter 90 einer Vorrichtung 92 zugeführt, wo es mit der gleichgerichteten Gleichsrromspannung V_Q verglichen wird, welche der Vektorsumme der alternierenden Spannungen V₃ und V_c auf den Sinus- und Cosinuswicklungen 21 und 22 entspricht. Das Differenzsignal in der Vorrichtung 92 ist das von der zweiten Funktionserzeugungs-Vorrichtung proportional der rechtwinkligen ΛΓ-Koordinate der Kurve der F i g. 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 der Vorrichtung 72 ein Trägerfrequenzsignal empfängt und es in Übereinstimmung mit dem Gleichstromausgangssignal des Verstärkers 94 moduliert. Das alternierende Signal des Modulators 96 wird in einem Cosinusieistungsverstärker 98 verstärkt, und das alternierende Ausgangssignal V_c des Verstärkers 98 wird über die Kontakte eines Cosinus-Relais der Cosinuswicklung22 zugeführt. Das alternierende Signal V_c wird auch zur Summierverbindung über eine Vorrichtung 102 zurückgeführt, welche die Phase der an die Cosinuswicklung 22 angelegten alternierenden Spannung V₁. um 90 Grad verschiebt, um die erforderliche rechtwinklige Beziehung zwischen V_s und V_c zu schaffen. Die Vorrichtung 104 addiert das alternierende Ausgangssignal V_c von der Vorrichtung 102 vektoriell zum alternierenden Sinussignal V_s auf dem mit dem Ausgang des Sinusleistungsverstärkers 74 verbundenen Leiter 106. Das Unterschieds-Ausgangsignal V_c von der Vorrichtung 104 ist proportional V₃- 4- F₁.² und wird über einen rückkopplungsgeregelten Verstärker 108 und eine Vorrichtung 110 der Vorrichtung 92 zugeführt, welche das gleichgerichtete Signal V₀ vom Signal VT_S vektoriell subtrahiert, um gemäß der rechtwinkligen ^-Koordinate der in F i g. 3 gezeigten Kurve das Gleichstromsignal zu erzeugen, und auf diese Weise das der Cosinuswicklung 22 zugeführte alternierende Cosinussignal V_c = vt² — v_s ² zu erzeugen. Es wird betont, daß der beschriebene Kreis eine geschlossene Schleife schafft, in welcher das Gleichstromsignal v_rs des Spannungstachometers 78 der Vektorsumme der alternierenden Signale V₃ und V_c, welche an die Sinus- und Cosinuswicklungen angelegt werden, direkt proportional ist. Auf diese Weise wird für eine programmierte Eingabe in das Spannungstachometer 78 die Erregung der Cosinuswicklung 22 gezwungen, einen Wert V_c anzunehmen, so daß, wenn dieser vektoriell zur Erregung V_s der Sinuswicklung 21 addiert wird, durch die Ausgangs-

wicklung24 des Vektoraddierers ein in Fig.4 gezeigtes Ausgangssignal VT_S erzeugt wird, welches der Radiusvektorpolarkoordinate der in F i g. 3 gezeigten Kurve entspricht und welches zu der gewünschten Größe und Phase der Klemmenspannung VT an der Motor-Stator-Wicklung 11 führt, welche sicherstellt, daß die im Motor-Rotor 12 erzeugten magnetischen Pole innerhalb des Geschwindigkeitsbereiches mit den Polen der Statorwicklung zum Eingriff kommen.

F i g. 4 zeigt die durch den Regler 28 des Vektoraddierers erzeugten Signale V_s und V_c und das sich aus dem Vektoraddierer 20 für eine Leistung von 100% ergebende Signal VT_S, d.h. für ein Spannungssignal, welches der Stellung des auf volle Leistung gestellten Pedals 34 entspricht. Die Signale V_s, V_c und VT'j treten in der Sinuswicklung 21 bzw. in der Cosinus-Wicklung 22 bzw. der Ausgangswicklung 24 des Vektoraddierers auf.

Innerhalb des Geschwindigkeitsbereiches von Null bis etwa 1,0 steigen das alternierende Sinussignal V_s, das über den Vektoraddierer 20 an den Frequenzwandler 15 angelegte Ausgangssignal VT_S und die Motorklemmenspannung VT vorzugsweise linear mit der Motorgeschwindigkeit an, so daß der in F i g. 4 gezeigte Verschiebungswinkel DT (welcher gleich dem Tangens des Winkels zwischen V_c und V_s ist), bei etwa 40 Grad konstant bleibt.

Für eine Geschwindigkeit F= 1,0 steuert der Regler 28 den Vektoraddierer 20 vorzugsweise so, daß, wie in den F i g. 2 und 4 gezeigt, ein Ausgangssignal VT_S konstanter Größe erzeugt wird (welches den Frequenzwandler 15 regelt), indem die Größe der Signale V_c und V_s als eine Funktion der Motorgeschwindigkeit sich in entgegengesetzten Richtungen ungleich verändert, um den gewünschten Verschiebungswinkel DT zu erhalten. Es ist aus F?g. 4 ersichtlich, daß das Cosinussignal V_c vorzugsweise bei der Geschwindigkeit F= 1,0 anfängt abzunehmen, daß das Sinussignal V_s über diese Geschwindigkeit hinaus weiterhin ansteigt, daß das Ausgangssignal VT_S des Vektoraddierers 20 in der Größe über die Geschwindigkeit hinaus konstant bleibt und daß der Verschiebungswinkel DT weiterhin bis zu einem Maximalwert von 90 Grad bei einer Geschwindigkeit von etwa F = 3,5 ansteigt. Über diese Geschwindigkeit ist die Größe des Sinussignals V_s konstant, und das Cosinussignal V_c ist Null. Man wird sich daran erinnern, daß eine verschiedene Kurve von der in Fig. 3 gezeigten Form die Beziehung zwischen Größe und Phasenwinkel für jede Stellung des Pedals 34 graphisch ausdrückt und daß weiter das Cosinussignal V_c durch vektorielle Subtraktion des Sinussignals V_s von dem Spannungstachometer-Ausgangssignal FT₅, welches dem Vektoraddierer-Ausgangssignal VT_S erhalten wird, wobei V_c zum Verschwinden gezwungen wird, wenn V_s über der Geschwindigkeit F = 1,0 konstant bleibt und F₅ über diese Geschwindigkeit hinaus an Größe zunimmt.

Die Dreiphasen-Ausgangsspannungen VT_S der Sekundärwicklungen 24X, 24 Y und 24Z des Vektoraddierers werden zur Entfernung des Trägersignals in einem Ringdemodulator37 demoduliert. Der Ringdemodulator 37 schafft Dreiphasen-AusgangsspannuEgen von Motorfrequenz, welche in Größe und Phasenwinkel relativ zu einer Bezugsachse oder dem Motor-Rotor, d. h. relativ zu einer Achse der im Vektordiagramm der F i g. 2 gezeigten inneren Motorspannung ED, geregelt werden. Der Starterkreis 38 kombiniert die hochfrequenten Dreiphasen-Ausgangssignale der Leitungen A, B und C mit den niederfrequenten Dreiphasen-Ausgangsspannungen VT_S des Vektoraddierers, und zum Starterkreis gehören Detektoren, welche die Nullübergänge solcher resultierender zusammengesetzter Signale feststellen und welche die Sperrsignale für die geregelten Gleichrichter des Frequenzwandlers 15 erzeugen.

Die Erfindung hat also ein Regelsystem 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 Regelsystem umfaßt eine Tachometeranordnung zur Ableitung eines Geschwindigkeitssignals, welches eine Funktion der Motorgeschwindigkeit ist, eine auf das Geschwindigkeitssignal ansprechende Vorrichtung zur Erzeugung erster und zweiter Wechselsignale 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 Vektoraddierer, welcher die Wechselsignale in ein Ausgangssignal umformt, dessen Amplitude die Vektorsumme ist und dessen Phasenwinkel der Tangens des Quotienten der Wechselsignale ist. Das Ausgangssignal kann einen Frequenzwandler steuern, welcher den Synchronmotor erregt.

Nach den F i g. 3 und 6 wird beim Erfindungsgegenstand ein Regelsystem für den 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 umlaufenden Statorfeld verriegelt zu halten. Die Änderung in Amplitude und Phasenwinkel der an den Motor anzulegenden Klemmenspannung kann graphisch durch eine in F i g. 3 dargestellte Kurve ausgedrückt werden, in der die Motorgeschwindigkeit der variable Parameter ist und Amplitude und Phasenwinkel die Radiusvektor- und vektoriellen Winkel Polarkoordinaten der Kurve sind. Beim Erfindungsgegenstand wird ein Tachometer 32 zur Ableitung eines Geschwindigkeitssignals verwendet, welches eine Funktion der Motorgeschwindigkeiten ist, sowie erste und zweite Funktionsgeneratoren 50 und 78, welche das Geschwindigkeitssignal empfangen und Wechselströme F₅ und V_c gemäß den rechtwinkligen Koordinaten der Kurve nach F i g. 3 ableiten. Ein Vektoraddierer 20 wandelt die beiden Wechselsignale V_s und V_c m ein Ausgangssignal zur Steuerung eines Frequenzwandlers 15 um, dessen Amplitude die Vektorsumme und dessen Phasenwinkel der Tangens des Quotienten der beiden Wechselsignale V_c und V_s ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Regelsystem zur Ableitung eines Ausgangssignals mit veränderbarer Amplitude und veränderbarem Phasenwinkel zur Steuerung eines Synchronmotors mit einer Kurve, deren veränderlicher Parameter die Geschwindigkeit des Motors und deren Polarkoordinaten die gewünschte Amplitude und der gewünschte Phasenwinkel der an den Motor anzulegenden Klemmenspannung sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Tachonietervorrichtung (32) ein Geschwindigkeitssignal ableitet, welches eine Funktion der Geschwindigkeit des Motors ist, daß erste funktionserzeugende Vorrichtungen auf das Geschwindigkeitssignal ansprechen, um ein erstes Wechselsignal gemäß einer der rechtwinkligen Koordinaten der Kurve abzuleiten, daß zweite funktionserzeugende Vorrichtungen auf das Geschwindigkeitssignal ansprechen, um ein zweites Wechselsignal gemäß der anderen rechtwinkligen Koordinate der Kurve abzuleiten, daß ein Rotorinduktor-Vektoraddierer (20) winkelmäßig versetzte, erste und zweite Erregerwicklungen (21, 22) aufweist, die an die ersten bzw. zweiten funktionserzeugenden Vorrichtungen koppeln, daß eine Ausgangswicklung (24) induktiv mit der Erregerwicklung verbunden ist und daß der Vektoraddierer einen Rotor aufweist, der von dem Motor angetrieben wird.

2. Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten funktionserzeugenden Vorrichtungen bestehen aus einem auf das Geschwindigkeitssignal ansprechenden Spannungstachometer (78) zur Ableitung eines dritten Signals, weiches eine Funktion der Radiusvektor-Polarkoordinate der Kurve ist, einer ein viertes Signal ableitenden Vorrichtung (102, 104), welches eine Funktion der Vektorsumme der ersten und zweiten Wechselsignale ist, und einer die dritten und vierten Signale vergleichenden Vorrichtung (92), wodurch der Ausgang der Vorrichtung (92) die andere rechtwinklige Koordinate darstellt.

3. Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten funktionserzeugenden Vorrichtungen bestehen aus einer auf das Geschwindigkeitssignal ansprechenden Vorrichtung (50), um ein erstes Gleichstromsignal gemäß der einen rechtwinkligen Koordinate der Kurve abzuleiten, und einem ersten Modulator (70), der mit der Vorrichtung (72) und der Vorrichtung (50) gekoppelt ist, und daß eine Vorrichtung (72) ein Trägersignal erzeugt.

4. Regelsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten funktionserzeugenden Vorrichtungen bestehen aus einem auf das Geschwindigkeitssignal ansprechenden Spannungstachometer (78), um ein zweites Gleichstromsignal abzuleiten, welches eine Funktion der Radiusvektor-Polarkoordinate der Kurve ist, einer vektoriell die ersten und zweiten Wechselsignale addierenden Vorrichtung (102, 104), um ein resultierendes Signal zu erzeugen, eine zur Gleichrichtung des resultierenden Signals vorgesehenen Vorrichtung (110), einer das zweite Gleichstromsignal mit dem Ausgangssignal aus

dem Gleichrichter vergleichenden Vorrichtun (92), um ein Differenzsignal abzuleiten, un< einem zweiten Modulator (96), der mit der Vor richtung (72) und der Vorrichtung (92) zur Ver änderung des Trägersignals gemäß dem Differenz signal gekoppelt ist, wodurch das Ausgangssigna aus dem zweiten Modulator die andere recht winklige Koordinate darstellt.

5. Regelsystem nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Vorrichtung zum vektoriellen Addieren die Vorrichtung (102) zur Verschiebung der Phase eines der Wechselsignale um 90^c aufweist, sowie die Vorrichtungen (104) zur Summierung des Ausgangssignals aus der Vorrichtung (102) und des anderen Wechselsignals.

6. Regelsystem nach den Ansprüchen 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (76) das erste Wechselsignal gleichrichtet und eine Vorrichtung (66) das erste Gleichstromsignal und das Ausgangssignal aus der Vorrichtung (76) vergleicht, wobei das Ausgangssignal aus der Vorrichtung (66) der Eingang für den ersten Modulator (70) ist.

7. Regelsystem nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Modulatoren (70, 96) Feldeffekttransistoren sind und daß das erste Gleichstromsignal und das Differenzsignal mit den Steuerelektroden der Feldeffekttransistoren gekoppelt sind.

8. Regelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (33, 34) ein Leistungssignal ableitet, welches eine Funktion des gewünschten Leistungsausganges des Motors ist, und daß die ersten und zweiten funktionserzeugenden Vorrichtungen außerdem auf das Leistungssignal ansprechen und die ersten und zweiten WechseJsignale als Funktion des Leistungssignals verändern.