DE1938746C3 - Kompensationsschaltung für Reihenschluß-Servomotor - Google Patents

Description

ί2 + /3 = if	Π)
/1 + 14 = //	(2)
/1 ■- /3 ~ ia	(3)
Ί2 — 14 = /β	(4)

3 4

die Widerstände der Gleichrichtelemente D_x bis O₄ gleicher Höhe fließt. Daraufhin arbeitet der Servo- und Dj bis D\ in der Durchlaßrichtung und damit motor als Reihenschlußmotor,
einen Spannungsabfall in dieser Richtung vernacb- In dem vorstehend beschriebenen Ausführungslässigt, liegt die Koropensationsspannung e' an den beispiel ist der Gleichricbterkreis Z auf der Feldseite gegenüberliegenden Enden der Feldwicklung an. In 5 eine Gleichrichter-Brückenschaltung. An deren Stelle diesem Fall wird die Steuerspannung e zwischen den läßt sich jedoch auch eine Emfachphasen-Einweg-Anschlüssen 4 und 5 so angelegt, daß der An- gleichrichterschaltung, bestehend aus einem Tr&asschluß 4 auf der gegenüberliegenden Seite liegt. Der formator T und einem Gleiehrichtereleraent D S;romie fließt zu dieser Zeit in die in Fig. 2 strich- (Fig. 4), eine Einfacbphasen-Zweiweggleicbricbterpunktiert angedeutete Richtung. Wenn jedoch die io schaltung, bestehend aus einem Transformator T Steuerspannunge relativ niedrig ist und der Strom to und den in Fig. 5 dargestellten Glejchrichtelemedriger als der Kompensationsstrom if ist, ist der menten D oder eine Dreiphasen-Zweigleichrichterzur Feldwicklung 6 fließende Strom zwangläufig auf schaltung, bestehend aus sechs Gleicbrichtelemenden konstanten Strom // beschränkt, was durch die ten / (Fig. 6), einsetzen. Wenn der Gleichrichter-Impedanz des Feldkreises und die Kompensation- 15 kreis 2 auf der Feldseite eine Einfachphasenschalspannunge' bewirkt wird, so daß der Strom ία zum tung gemäß den Fig. 4 und 5 oder eine Dreifach-Anker 7 fließt Die Impedanz des Feldkreises ist phasenschaltung gemäß F i g. 6 oder sogar eine gleich der Impedanz der Feldwicklung, da, wie er- Mehrfachphasengleichrichtschaltung im allgemeinen wähnt, die Widerstände der Gleichrichterelemente in daistellt, muß die für uie Kompensation verwen-Durchlaßrichtung vernachlässigt werden. 20 dete Spannungsquellc ein. vVechselstromquelle sein. Da der Strom // zur FeldwickJing 6 und der Wenn dagegen die Gleichricl .!schaltung eine Briik-Strom/a zum Anker 7 fließen, gelten u Her Anwen- kenschaltung gemäß der Darstellung in Fig. 1 ist, dung der Kirchhoffschen Gesetze auf die Brücken- kann diese Spannungsquelle sowohl Gleich- als auch schaltung 1 und der in F i g. 3 angegebenen Strom- Wechselstrom liefern.

richtungen die nachfolgenden Gleichungen: 25 Wenn die Kompensaticnsspannungsquelle eine

Gleichstromquelle ist, kann die Gleichrichterschaltung 2 dadurch entfallen, daß man die Gleichstromquelle unmittelbar in Reihe mit der Gleichstromseitc der Brückcnschaltung 1 schaltet oder dadurch, daß

jo man den positiven Anschluß mit dem Punkt P und

Aus den Gleichungen (1) und (3) sowie den Glei- den negativen Anschluß mit einem Ende der FeId-

chungen (1) und (4) lassen sich folgende Gleichungen *«*^lun| ⁶ verbindet. Aus diesem Grunde kann de

ableiten- in den Zeichnungen mit 8 bezeichnete Schaltungsteil

.j _ _ ., . ,_> als Kompensationsgleichstromquelle zur Versorgung

•i t -d Z ί - '■" IfA 35 ^der Feldwicklung 6 mit Gleichstrom durch die

ιJ -+■ ίΐ η ia (ft) Gleichstromseite der Brückenschaltung 1 betrachtet

Da die Gleichricht-Brückenschaltungen symme- werden.

triscL sind, gilt: Z₁ = /₂ und /„ = ;₄, so daß sich dar- Wenn die Steuerspannung e zwischen den Anaus wiederum die folgenden Beziehungen herleiter. Schlüssen 4 und 5 so angelegt wird, daß der Anlassen: 40 schluß 5 positiv ist, fließt der Strom zur Feldwick-/1 =/2 = (if + ia)/'£ lung 6 stets in gleicher Richtung und lediglich der /3 = /4 = (// -t- ia)l2. Ankerstrom ändert seine Richtung, wodurch die Betriebsweise des Servomotors geändert werden kann.

Unter dieser Voraussetzung fließt der Strom Um die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen

(// + ia)/2 zu den Gleichrichtelementen D, und D₂, 45 Motorschaltung voll ins Licht zu rücken, werden

während der Strom (if — ia)/2 zu den Gleichricht- nachfolgend Versuchsergebnisse mit der erfindungs-

elementen D₁ und D₄ fließt (Fig. 3). gemäßen Schaltung, die an einem Servomotor erzielt

Wie oben beniits erwähnt, arbeiten dei Feldkreis wurden, näher erläutert. Diese Ergebnisse werden in und der Ankerkreis unabhängig voneinander, wobei Form grafischer Darstellungen gemäß den Fig. 7 der Kompensationsstrom zur Feldwicklung 6 als 50 bis 10 erläutert. Der in den Versuchen verwendete Feldstrom // fließt und der von der Steuerspannun^ e Servomotor ist ein Reihenschluß-Servomotor mit herrührende Strom zum Anker 7 als Ankerstrom ia einer Nennspannung von 1000 Volt, einem Nenngetrennt und unabhängig vom Feldstrom fließt. Da- strom von 0,35 Ampere, einer Nennleistung von durch arbeitet der Servomotor als Nebenschluß- 10 Watt und einer Drehzahl von 4000 U/Min.
motor. Dieser Betriebszustand währt so lange, bis die 55 F i g. 7 zeigt die Spannungscharakteristik beim Gleichrichtelemente D₃ und D₄ unwirksam werden Anlaufer ohne Last des Servomotors, der mit der oder der Strom ia als Ergebnis des Ansteigens der erfindungsgemäßen Kompensationsschaltung ver- Steuerspannunge gleich dem Strom// wird. In die- sehen ist. In dieser Figur sind die Ergebnisse der sem Zeitpunkt wird der zu den Gleichrichtelementen durchgeführten Versuche in bezug auf unterschied-D₈ und D₄ fließende Strom (// — ia)/2 Null, so daß 60 liehe Spannungen beim AnJaufsn des Motors niederdiese Gleichrichtelemente D, und D₄ unwirksam gelegt, die gemessen wurden, indem die Steuerspanwerden. Auch der zu den Gleichrichtelementen D₁ nung e allmählich angehoben wurde. Der Kompen- und D₂ fließende Strom (// -|- ia)/2 wird gleich dem sationsstrom if (A) ist als Parameter verwendet wor-Strom ia und damit auch dem Strom //. Sobald to den. Aus der F i g. 7 ist zu entnehmen, daß die Angleich if wird, werden die Steuerspannung e, die 65 laufspannung e ohne Last etwa 17 Volt beträgt, wenn Feldwicklung 6, die Kompensationsspannungsquelle 3 kein Kompensationsstrom // fließt. Dieser Fall ent- und der Anker 7 mit der Brückenschaltung 1 in Serie spricht einem konventionellen Reihenschluß-Servogeschaltet, so daß durch diese Schaltung ein Strom motor. Weiterhin ist zu erkennen, daß die Anlauf-

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spannung ohne Last auf 4 Volt abgesenkt wird, wenn pensationsstrom von 175 Milliampere fließt. Aus den

ein Kompensationsstrom von 0,2 Ampere (etwa Darstellungen läßt sich erkennen, daß die Ansprech-

57 ⁿ/o des Nennwertes) fließt. geschwindigkeit sich außerordentlich erhöht, wenn

Fig. 8 zeigt die Spannungs-Drehzahlcharakte- der Kompensationsstrom fließt.

ristik des Servomotors mit der erfindungsgemäßen 5 Die vorstehende Schilderung zeigt, daß durch die Kompensationsschaltung. Darin ist die Drehzahl w erfindungsgemäßc Kompensationsschaltung für einen in Abhängigkeit von der Steuerspannung e mit dem Reihenschlußservomotor dem Servomotor verschie-Kompensationsstrom /'/ als Parameter bei Betrieb dene Erregercharakteristiken erteilt werden können, ohne Last aufgetragen. Wenn der Kompensations- Der Motor läßt sich dadurch automatisch von einer strom if 0,175 Ampere beträgt, gilt die Gerade«, bei to Nebenschlußcharakteristik auf eine Reihenschluß- if = 0,35 Ampere gilt die Gerade b und bei if = 0 charakteristik oder umgekehrt umschalten. Dadurch gilt die Gerade c. Daraus läßt sich ableiten, daß die läßt sich eine Reihe von Vorteilen erzielen. An erster Spannung, bei der der Servomotor anlaufen kann, Stelle ist zu nennnen, daß dadurch der unwirksame um so niedriger ist, je höher der Kompensations- Bereich der angewendeten Spannung-Drehzahlstrom ist. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß >s Charakteristik sich erheblich verkleinern läßt. Da durch Erhöhen des Kompensationsstromes die Zeit- weiterhin der Servomotor bei niedriger Steuerspandauer herabgesetzt werden kann, die verstreicht, be- nung (Leistung) eine Nebenschlußcharakteristik aufvor der Servomotor auf die angelegte Spannung an- weist, entwickelt er ein hohes Drehmoment und läuft spricht. Allerdings bestehen für die Höhe des Korn- sogar dann an, wenn die angelegte Spannung niedrig pensationsstromes insofern gewisse Beschränkungen, ao ist. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß ein und derals ein übermäßiger Temperaturanstieg im Motor selbe Motor sowohl Nebenschluß- als auch Reihenvermieden werden muß. Schlußcharakteristik aufweist und daß von der einen

Fig. 9 zeigt die Drehzahl-Drehmoment-Charak- zur anderen automatisch übergegangen wird. Wenn teristik des Servomotors mit einer erfindungsge- beispielsweise dieser Motor in einem geschlossenen mäßen Kompensationsschaltung. Dort ist das Dreh- 15 Schleifensystem verwendet wird, dann ermöglicht es moment τ in Abhängigkeit von der Drehzahl «> unter diese Eigenschaft, bei Auftreten großer Schwankun-Verwendung des Kompensationsstromes // als Para- gen im Steuersystem den Motor als Reihenschlußmeter für eine Steuerspannung e von 50 Volt aufge- motor arbeiten zu lassen und bei Auftreten niedriger tragen. Wenn der Kompensationsstrom if 0,1 Ampere Schwankungen im System ihn als Nebenschlußmotor beträgt, gilt die Kurve α, bei if = 0,2 Ampere gilt die 30 einzusetzen. Dies liegt darin begründet, daß im all-Kurve b, bei // = 0 gilt die Kurve d. Es läßt sich er- gemeinen die an den Servomotor angelegte Spannung kennen, daß der Motor Reihenschlußcharakteristik erhöht wird, wenn im Steuersystem große Schwanentwickelt, wenn die Belastung hoch ist, daß er da- kungen auftreten, obwohl dies weitgehend von der gegen eine Nebenschlußcharakteristik zeigt, wenn die Last abhängt.
Last niedrig ist. 35 Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Kom-

Fig. 10 zeigt den Ankerstrom ia, den Feldstrom if pensationsschaltung liegt darin, daß die für das An-

und die Drehzahl m, über der Zeit t aufgetragen, wo- laufen des Motors erforderliche Spannung erniedrigt

bei eine Steuerspannung e von 50 Volt anzunehmen werden kann und sich das Ansprechen des Motors

ist. Die voll ausgezogenen Kurven zeigen die Werte, verbessert. Da der Kompensationsstrom in der FeId-

die man erhält, wenn kein Kompensationsstrom 40 wicklung ständig einen magnetischen Fluß erzeugt,

fließt. EHe gestrichelt gezeichneten Kurven kenn- wird sowohl die Ansprechcharakteristik als auch die

zeichnen die Werte, die man erhält, wenn ein Korn- Anlaufcharakteristik des Motors verbessert.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1. 'V
2. Fig. 8 eine Spannungs-Drehzahl-Cbarakteristik Patentanspruch: des erßndungsgemSßen Schaltsystems,
3. Fig. 9 eine Drehzahl-Drehmoment-Charakteristik
4. Kompensationsschaltung for einen Reihen- des erfindungsgeraäßen Schaltsysteras und
   scbluß-Servoraotor zur Verbesserung der Anlauf-
5. S Fig. JO die Stufen-Ansprecbcharaktenstuc des ercbarakteristik, bei der die Erregerwicklung über fmdungsgeraäßen Schaltsystems,
   die Gleichstroraklemmen einer Brückengleich- In Fig. 1 ist mit I eine Gleiehncbterbruckenrichterschaltung an eine Korapensationsspan- schaltung bezeichnet, die aus Gleichricbverelementen nungsquelle und über den Anker des Motors und D, bis D₄ besteht Eine weitere Gleicnnchterbruckendie Brückengleichrichterschaltung an eine Steuer- io schaltung 2 besteht aus Gleichrichtereleroenten D\ Spannungsquelle angeschlossen ist, dadurch bis C₄. Beide Gleichrichterschaltungen 1 und 2 sind gekennzeichnet, daß die Brückengleich- in Reibe auf ihrer Gleicbstromseite gekoppelt bzw. richterschaltung aus zwei gleichstromseitig in an Punkten P und Q^r und bilden eine Serienschal-Reihe geschalteten Brückenschaltungen (1, 2) tung, die mit einer Feldwicklung 6 eines Gleichbesteht, von denen die eine wechsslstromseitig an 15 strom-Reihenschluß-Servomotors an gegenüberliedie Kompensationsspannungsquelle {ei) ange- genden Punkten Q und F verbunden ist Der schlossen ist, und daß die SteuerspannungsqueHe Anker 7 des Glefchstrom-Reihenstrorrv Servomotors (e) über den Anker des Motors an die wechsel- ist in Reihe mit der Gleichrichterbrückenschaltung 1 stromsehigen Klemmen der anderen Brücken- auf deren Wechselstromseite bzw. an den Punkten R schaltung angeschlossen ist. ao und S in Verbindung. Durch Anschlüsse 4 und 5

   wird an diese Serienschaltung eine Steuerspannung e angelegt. Eine Kompensationsstromquelle 3 legt eine Kompensationsspannung an die Anschlußpunkte R' und S' auf der Wechselstromseite der zweiten Briik-Die Erfindung betrifft eine Kompensationsschal- as kenschaltung 2. Die Stromquelle 3 kann eine Gleichtung für einen Reihenschluß-Servomotor zur Ver- strom- oder Wechselstromquelle sein. Wenn ein gebesserung der Anlaufcharakteristik, bei der die Er- eigneter Wert der Kompensationsspannung e' in regerwicklung über die Gleichstromklemmen einer Übereinstimmung mit der Kapazität des Servomotors Brückengleidrichterschaltung an eine Kompensa- gewählt wird, fließt ein Kompensationsstrom (FeIdtionsspannungsquelle und über den Anker des Mo- 30 strom) // von stets gleichbleibender Richtung wähtors und die Brückengieichrii-nterschaltung an eine rend der ganzen Zeit in die Feldwicklung 6. Dieser SteuerspannungsqueHe angeschossen ist. Kompensaiionsstrom // verursacht einen fortwähren-

   Eine derartige Kompensationsschaltung ist be- den induzierten magnetischen Fluß in der Feldwickkannt durch die schweizerische Patentschrift 403 953. lung 6.

   Bei der bekannten Kompensationsschaltung ist die 35 Das Drehmoment eines Servomotors ist dem Proder Steuerspannung entsprechende Gleichspannung dukt aus dem magnetischen Fluß und dem Ankernicht umkehrbar, und der Motor kann daher bei- strom proportional. Wenn dtihalb die Steuerspanspielsweise nicht als Stellmotor ausgebildet sein. nung e allmählich von Null an angehoben wird, läuft Auch weist der Ankerstrom bei der bekannten Korn- der Servomotor selbst dann an, wenn die Steuerspanpensationsschaltung eine verhältnismäßig starke WeI- 40 nung relativ niedrig ist, da in der Feldwicklung infigkeit auf. folge des Kompensationsstromes magnetischer Fluß

   Es ist daher Aufgabe vorliegender Erfindung, eine induziert wird. Der Servomotor arbeitet auf zwei Kompensationsschaltung zu zeigen, bei der die verschiedene Weisen, in Abhängigkeit von den Polarität der Steuerspannung umkehrbar ist und Schaltkreiskonstanten, der Last, dem Kompensationsivelche einen Ankerstrom mit niedriger Welligkeit 45 strom und der Steuerspannung,
   liefert. Eine Betriebsart besteht darin, daß alle Gleich-

   Diese Aufgabe wird bei einer Kompensations- richterelemente D₁ bis D₄ der Brückenschaltung 1 schaltung der eingangs genannten Art erfindungsge- zünden, während die andere Betriebsart darin bemäß dadurch gelöst, daß die Brückengleichrichter- steht, daß lediglich die beiden einander gegenüber- »chaltung aus zwei gleichstromseitig in Reihe ge- 50 liegenden Gleichrichterelemente D₁ und D₂ oder D₃ ichalteten Brückenschaltungen besteht, von denen und D₄ der Brückenschaltung 1 zünden. Der Servodie eine wechselstromseitig an die Kompensations- motor zeigt eine Nebenschlußcharakteristik, wenn »pannungsquelle angeschlossen ist, und daß die |κζ|<//, und er zeigt Reihenschlußcharakteristik, Steuerspannungsquelle über den Anker des Motors wennn \ia\ = if, wobei ia der Ankerstrom und // der in die wechselstromseitigen Klemmen der anderen 55 magnetische Feldstrom ist. Dies wird im folgenden Brückenschaltung angeschlossen ist. näher erläutert.

   Nachfolgend wird an Ausführungsbeispielen der Angenommen, die Steuerspannung e ist Null, und Erfindung und an Hand der Zeichnungen die Erfin- die Kompensationsspannung e' wird so angelegt, dung näher erläutert. Es zeigt das R' auf der positiven Seite liegt, dann verursacht

   F1 g. 1 ein Schaltbild einer ersten Ausführungs- 60 die Kompensationsspannung e' eine Richtung des form der erfindungsgemäßen Kompensationsschal- Kompensationsstromes // in Richtung des durchgezo^tunS> genen Pfeiles in F i g. 2 zur Feldwicklung 6 als FeId-

   Fig. 2 und 3 Teilschaltbilder zur Erläuterung des strom. Der Strom wird in zwei Teilströme if/2 aufin F ig. 1 gezeigten Schaltbildes, geteilt, von denen jeder zu den Elementen D₁, D₂, F1 g. 4 bis
6. 6 Teilschaltbilder weiterer Ausfüh- 6₅ D und D₄ fließt und sie zündet. Die Potentialunterrungsformen der Erfindung, schiede zwischen den Punkten P und Q (auf der Fig. 7 eine Spannungscharakteristik beim An- Gleichstromseite) und zwischen den PunktenR undS laufen ohne Last, (_auf d_er Wechselstromseite) sind Null. Wenn man