DE2241799A1

DE2241799A1 - Steuersystem zur einstellung der geschwindigkeit und der spannung eines wechselstrommotors

Info

Publication number: DE2241799A1
Application number: DE2241799A
Authority: DE
Inventors: George H Studtmann
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Priority date: 1971-08-25
Filing date: 1972-08-25
Publication date: 1973-03-15
Also published as: BE787900A; CA983571A; GB1404019A; DK139699C; SE380149B; DK139699B; CH578283A5; DE2241799B2; IT964124B; AU4545072A; FR2150440B1; JPS4830014A; JPS5625875B2; FR2150440A1; NL7211481A; AU468330B2

Description

Borg-Warner Corporation
200, South Michigan Avenue

Qhioago, 111«, / V₀ST.A.

Patentanmeldung

Unser Zeichen: 1314-1-7883

Steuersystem zur Einstellung der Geschwindigkeit und der Spannung eines Wechselstrommotors

Die Erfindung betrifft ein Steuersystem zur Einstellung der Geschwindigkeit und der Spannung eines Wechselstrommotors. Insbesondere betrifft die Erfindung einen relativ einfachen und wirtschaftlichen Wechselspannungsumformer, bei dem die Ausgangsfrequenz und die effektive Ausgangsspannung wahlweise veränderbar sind.

Bei der Steuerung von Wechselstrommotoren durch Steuerung der dem Stator zugeführten Energie, werden zwei Techniken angewandt, um die Geschwindigkeit des Motors zu verändern, nämlich die Einstellung der Spannung,während die Frequenz der zugeführten Energie konstant gehalten wird, oder die

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Einstellung der Frequenz der Energie. Es ist bei Frequenzeinstellsteuersystemen üblich, die angelegte Spannung zu ändern, um ein System zu schaffen, das als ein System konstanten Drehmoments bekannt ist.

Systeme mit konstanter Freque-z und veränderbarer Spannung haben den Vorteil, daß eine gute, wenn auch begrenzte Steuerung, und eine einfache, wirtschaftliche Konstruktion erreicht wird. Sie haben [jedoch die Nachteile des begrenzten Geschwindigkeitsänderungsbereichs und niedriger Wirkungsgrade an den Grenzen des Bereiche inr»Vergleich zu Frequenzeinstellsystemen. Letztere liefern eine technisch ausgezeichnete Steuerung in großen Geschwindigkeitsbereichen mit guten Wirkungsgraden, verursachen jedoch erhebliche Kosten und eine komplizierte Anlage.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches System zu schaffen, das viele der Vorteile beider dieser Systemarten vereinigt.

Für die Durchführung der vorliegenden Erfindung zur Steuerung eines Wechselstrommotors werden Einrichtungen wie zwei siliziumgesteuerte Gleichrichter vorgesehen, um selektiv Energie zu dem Motor durchzulassen. Die Energie wird mit Subharmonischen der Energiefrequenz gesteuert, indem z.B jede zweite Halbperiode oder jede dritte, vierte usw. Halbperiode durchgelassen wird. Jede dieser subharmonischen Frequenzen erzeugt eine Grundmotorgeschwindigkeit. Durch Änderung des Zündwinkels innerhalb der durchgelassenen Halbperioden kann die effektive Spannung geändert werden, um eine feinere Geschwindigkeitssteuerung zu schaffen.

Relativ einfache Einrichtungen können verwendet werden, um den gewünschten Torsteuereffekt bzw. Durchlaß zu erreichen, die zu einem wirtschaftlichen System führen, das einen größeren Geschwindigkeitssteuerbereich mit weniger kompliziertem Aufbau als die bekannten Systeme hat.

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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis erläutert- Es zeigt:

Figur 1 ein Blockschaltbild eines Steuersystems für einen Elektromotor gemäß der Erfindung,

Figur IA ein Diagramm der Spannung und des Durchlaßbereichs in Abhängigkeit von der Zeit zur Erläuterung der Arbeitsweise des Systems der Figur 1,

Figur 2 ein detaillierteres Blockschaltbild eines Systems, das dem der Figur 1 ähnlich und ebenfalls gemäß der Erfindung aufgebaut ist,

Figur 2A ein dem Diagramm der Figur IA ähnliches Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des Systems der Figur 2,

Figur 3 ein Teilblockschaltbild und eine teilweise Schaltungsanordnung einer Ausführungsform gemäß der Figur 2,

Figur 4 Diagramme von Spannungen in Abhängigkeit von der Zeit zur Erläuterung der Arbeitsweise des Systems der Figur 3,

Figur 5 ein detailliertes Schaltbild des Systems der Figur 3,

Figur 6 eine graphische Darstellung der Spannung/Zeit-Beziehung an verschiedenen Stellen der Systeme der Figuren 3 und 5 zur Erläuterung der Arbeitsweise des Systems und seiner Arbeitsweise bei verschiedenen subharmonischen Frequenzen, und

Figur 7 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform des Systems. . ■

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Ein Hauptmerkmal der Erfindung besteht in der Verwirklichung eines Wechselstrommotors/ der auf subharmonischen Frequenzen einer Wechselstrom-Hauptfrequenz mittels einer einfachen Schaltung arbeiten kann, und daß erweiterte Geschwindigkeitsbereiche in der Größenordnung von 6/1 oder besser mit einer Schaltung erreichbar sind, die einfacher ist als die in üblichen Wechselrichtern- oder Umformersystemen verwendete.

Figur 1 zeigt schematisch das System 10 gemäß der Erfindung, das einen gesteuerten Zweirichtungsechalter 8 und einen Rückwärtszählkreis 9 zur Steuerung des Durchlasses ausgewählter negativer und positiver Teile der Wechselstromenergie von dem Metz 12 zu einem Wechselstrommotor 11 aufweist. Der Zweirichtungsschalter 8 kann auch siliziumgesteuerten Gleichrichtern, Triaks, Transistoren oder dergleichen bestehen. Der Rückwärtszählkreis 9 zählt im wesentlichen eine ganze Zahl von Halbperioden der Netzfrequenz zurück und veranlaßt, daß eine geeignete Torschaltung 22 die positiven und negativen Halbperioden der Netzfrequenz für jeweilige Zeitintervalle entsprechend den Halbperioden der gewünschten Ausgangsfrequenz steuert.

Figur IA erläutert dies deutlicher. In dieser Figur stellen die schraffierten Teile 24 der Eingangswelle 12a die Spannung dar, die von solch einer Anordnung auf den Motor gegeben wird. Die gestrichelte Welle 36 gibt die Grundsteuerfrequenz an, die für den Motor geschaffen wird. In diesem Falle wird eine 2 : 1-Frequenz, also eine Geschwindigkeitsverminderung erreicht.

Der Fachmann weiß, daß es im allgemeinen notwendig ist, die Spannung ebenso wie die Frequenz zu steuern und zu diesem Zweck weist die Abwandlung des Systems 10, die in Figur 2 gezeigt ist, außerdem eine Spannungssteuereinrichtung 21 auf. Die Spannungssteuereinrichtung 21

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leitet von dem Wechselstromnetz eine Information ab und diese Signale zusammen mit dem Ausgangssignal des Rückwärtszählkreises dienen dazu, geeignete Triggersignale für den Zweirichtungsschalter 8 zu erzeugen. Das Ergebnis ist eine Ausgangsspannung, bei der die mittlere Spannung gesteuert werden kann. Figur 2A zeigt den Verlauf einer Spannung, die so erhalten wird.

Aus Figur 2A ergibt sich, daß die Größe der an den Motor angelegten Spannung, d.h. der Impulse 24, durch eine Verzögerung (angegeben durch die Strecke 24D) bei der Triggerung der Gleichrichter während der jeweiligen Perioden vermindert wurde.

Tatsächlich ist die Spannungssteuerung eine Phasensteuerung, die selektiv auf geeignete Perioden einwirkt, um das gewünschte Ergebnis zu erhalten. Dies ist ein Gegensatz zu der üblichen Phasensteuerung, die einen Gleichrichter oder dergleichen jede Halbperiode durchsteuert.

Es gibt viele Möglichkeiten, um das soeben beschriebene System zu verwirklichen und die folgende detaillierte Beschreibung zeigt nur eine Lösung des Problems. Das im Folgenden beschriebene besondere Beispiel ist die Möglichkeit der Verwirklichung der Erfindung, die derzeit als am zweckmäßigsten angesehen wird.

Figur 3 zeigt im einzelnen eine Ausfuhrungsform des Systems IO zur Erregung der Elektromotorlast 11 durch eine Wechselspannungsquelle 12. Das Wechselspannungssignal kann eine Sinuswelle 12A sein, wie sie in dem Diagramm II der Figur 4 gezeigt ist. Ein Hauptsteuerschalter 13 koppelt die Wechselspannungsquelle mit der Gleichrichterbrücke 14. Letztere erzeugt eine gleichgerichtetes Signal 14a, wie es in dem Diagramm I der Figur 4 gezeigt ist, an zwei Ausgangsleitungen 15, 16. Wie im Vorherigen erklärt wird, wird ein vollweg-

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gleichgerichtetes Wechselspannungssignal anstelle eines geglätteten oder gefilterten Gleichspannungssignals der Brücke 14 für Synchronisierungszwecke verwendet. Dies bedeutet, daß die Impulse des Signals 14a zur Synchronisierung des Betriebs zweier siliziumgesteuerter Gleichrichter SCR 1 und SCR 2 verwendet werden, die bei dem vorliegenden System zur Steuerung des Energieflusses zu der Last 11 benutzt werden.

Der Gleichrichter SCR 1 ist durch eine Leitung 17 mit der Quelle verbunden und spricht auf eine positive Spannung auf der Leitung und ein Steuersignal an seiner Steuerelektrode Gl an, um den Energiefluß zu der Last zu ermöglichen. Der zweite Gleichrichter SCR 2 ist durch die gleiche Leitung 17 mit der Wechselspannungsquelle verbunden und spricht auf eine negative Spannung an, die auf die Leitung 17 gegeben wird, sowie einen Steuerimpuls an der Steuerelektrode G2, um den Energiefluß zu der Last zu ermöglichen. Die Frequenz und die Spannung der der Last 11 zugeführten Energie wird durch die Zündung der Gleichrichter SCR 1 und SCR 2 zum richtigen Zeitpunkt gesteuert, während die Wechselspannung 12a sich mit einer vorbestimmten Frequenz (z.B. 60 Hz) ändert.

Die Leitungen 15, 16 der Brücke 14 übertragen das Signal 14a (Diagramm I, Figur 4) auf einen Kreis 18 zur Erzeugung der Steuerimpulse. Der Kreis 18 weist einen Multivibrator 19 des Flip-Flop-Typs auf, der in Abhängigkeit von den Signalen, der von einem Frequenzsteuerzündkreis 20 erhält, Impulse erzeugt.

Der Multivibrator 19 arbeitet in Verbindung mit dem Frequenzsteuerkreis 20, um die Grundfrequenz zu erzeugen, die auf die Motor-wicklungen gegeben wird. Der Multivibrator 19 zündet abwechselnd die Steuerelektroden G. oder G-auf" Bef:h.l dos Frtquenzsteuerkreises . Somit wird die

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Anzahl der positiven Halbperioden der Quellenspannung, die auf den Motor 11 gegeben wird, durch die Zeit bestimmt, die der Multivibrator in einem Zustand bleibt, und danach wird die Anzahl der negativen Halbperioden durch die Zeit bestimmt, die der Multivibrator in seinem anderen Zustand bleibt. Die Periode des Multivibrators wird durch den Frequenzsteuerkreis 20 gesteuert, der so die auf den Motor gegebene Ausgangsfrequenz bestimmt.

Ein Spannungssteuerkreis 21 ist vorgesehen, der mit dem Frequenzsteuerkreis 20 verbunden ist und auf diesen anspricht. Der Spannungssteuerkreis 21 bestimmt, wenn in jeder Halbperiode der Quellenspannung, die auf den Motor 11 gegeben werden soll, die Gleichrichter gezündet werden. Von diesem Kreis 21 abgegebene Signale werden auf eine Torschaltung 22 gegeben, die sie zu dem richtigen Gleichrichter in Abhängigkeit von einem von dem Multivibrator 19 erhaltenen Steuersignal leitet.

Das ideale Ausgangssignal (unter Vernachlässigung der induktiven Wirkungen des Motors), wie es das Diagramm II der Figur 4 zeigt, führt zu einer Frequenzverminderung von 2:1.

In Figur 5 ist das System 10 der Figur 3 detaillierter dargestellt. Der Multivibrator 19 des Frequenzsteuerkreises 18 weist z.B. zwei siliziumgesteuerte Gleichrichter SCR 3 und SCR 4 auf, deren Anoden durch einen Kommutatorkondensator 30 .verbunden sind. Der Multivibrator ist über die Leitungen 15, 16 geschaltet, um das gleichgerichtete Signal 14a zu erhalten, wobei die Kathoden von SCR 3 und 4 gemeinsam mit der Leitung 15 verbunden sind. Ein Filterkondensator 31, der mit der Leitung 15 versehen ist, ist ebenso wie eine Sperrdiode 32, die mit diesem in Reihe geschaltet und mit der Leitung 16 verbunden ist, vorgesehen. Strombegrenzungs- und Vorspannungswiderstände 33,

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34, 35 sind vorgesehen, die in Y-Form zwischen die Reihenschaltung der Kathode der Diode 32 und des Kondensators 32 und die Anoden von SCR 3 und 4 geschalter sind. Um SCR 3 und 4 durchzusteuern bzw. zu zünden und dadurch ein Ausgangssignal zu erzeugen, sind Leitungen 37, 36 jeweils mit der Steuerelektrode von SCR 3 und 4 und dem Frequenzsteuer zündkreis 20 verbunden. Ein Steuerelektroden-Strombegrenzungswiderstand 34g bzw. 35g ist ebenfalls von der Steuerelektrode des SCR 4 bzw. 5 zu der Leitung 15 geschaltet.

Der Kreis 20 weist einen Unijunction-Transistor UJT 1 auf, der einen Emitter 39, eine Basis 40 und eine Basis

41 hat. Die Betriebsvorspannung für den Transistor UJT 1 wird von einer Gleichrichterdiode 94 erzeugt, deren Kathode mit der einen Seite eines Glättungskondensators 96 verbunden ist, dessen andere Seite mit der Leitung 15 verbunden ist. Die geglättete Gleichspannung an dem Kondensator 96 wird auf die Basis 41 des Transistor UJT 1 über einen Strombegrenzungswiderstand 98 gegeben. Der Tranistor UJT 1 ist von der Aufladung eines zeitbestimmenden Kondensators 42 .abhängig, der zwischen den Emitter 39 und die Leitung 15 geschaltet ist. Ein Vorspannungewiderstand 45 verbindet den Transistor UJT 1 mit der Leitung 15. Ein Ladeweg für den Kondensator 42 ist von einer Eingangsleitung 16A des Kreises 20 über einen festen Widerstand 90 und einen veränderbaren Widerstand 92, die in Reihe zu dem Emitter 39 geschalten sind, vorgesehen. Wie bekannt ist, wird, wenn die an den Emitter 39 und die Basis 40 des Transistors UJT 1 angelegte Spannung,dessen Spitzenspannung überschreitet, die durch die Spannung bestimmt wird, die an die Basen 40 und 41 angelegt wird,der Transistor zwischen dem Emitter und der Basl3 40 leitend. Infolgedessen entlädt sich der Kondensator

42 über den Emitter-Basis 40-Kreis des UJT 1 und erzeugt eine Reihe von Impulsen 44 (Diagramm III, Figur 4) an dem Widerstand 45.

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Um den Beginn der Aufladung des Kondensators 42 auf den Beginn einer Halbperiode der Leitungsspannung zu synchronisieren, ist der Kondensator 42 über einen siliziumgesteuerten Gleichrichter SCR 5 geschaltet, dessen Anode mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 90 und 92 und dessen Kathode mit der Leitung 15 verbunden ist. Der Gleichrichter wird von dem gleichgerichteten Signal 14a in den leitenden Zustand vorgespannt und seine Steuerelektrode 46 ist über eine Diode 48 und einen Widerstand

49 mit der Basis 4© des UJT 1 verbunden, um das Impulssignal 44 zu empfangen. Die Steuerelektrode 46 ist auch über einen Steuerelektroden-Nebenschlußwiderstand 91 mit der Leitung 15 verbunden. Dadurch wird der Kondensator daran gehindert, sich aufzuladen, wenn der Gleichrichter SCR 5 ider durch einen Impuls 44 eingeschaltet wurde) nicht gesperrt ist, was eintritt, wenn die Durchlaßvorspannung am Ende einer gleichgerichteten Halbperiode des Signals 14a entfernt wird. Der Impuls an dem Widerstand 45 wird durch jeweilige Reihenschaltungen mit einer Diode

50 und einem Widerstand 51 bzw. einer Diode 52 und einem Widerstand 53 über die Leitung 37 bzw. 38 auf die Steuerelektroden der SCR 3 bzw.SCR 4 gekoppelt. Das Ergebnis der Impulse 44 ist, daß sich der Zustand des Flip-Flops 19 ändert.

Im einzelnen sei angenommen, daß einer der Gleichrichter, z.B. der SCR 3 eingeschaltet ist, und daß der Kondensator 3O geladen ist. Der nächstfolgende Impuls 44 schaltet den SCR 4 ein, so daß das positive Ende des Kommutatorkondensators 3O mit dem negativen Anschluß der gleichgerichteten Quelle, d.h. der Leitung 15 verbunden wird, wodurch eine negative Forspannung an SCR 3 angelegt wird, so daß letzterer In den Sperrzustand umgeschaltet wird. Das Ergebnis 1st, daß der SCR 4, der gerade eingeschaltet wurde, leitend bleibt, der Kondensator .10 sich dadurch

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entlädt und danach mit umgekehrter Polarität auflädt. Der Vorgang wiederholt sich, wenn der nächste Impuls 44 empfangen wird, worauf der erste Gleichrichter, SCR 3, wieder eingeschaltet wird, und das positive Ende des Kondensators geerdet wird, wodurch der SCR 4 in den Sperrzustand geschaltet wird. Da einer der beiden Gleichrichter SCR 3 oder SCR 4 eingeschaltet wird, fällt das Potential an der Anode dieses Gleichrichters auf einen 1-Volt-Nennpegel.

Wenn entweder SCR 3 oder SCR 4 gesperrt ist, hat die Spannung an ihren jeweiligen Anoden irgendeinen relativ hohen Wert, wodurch eine der Dioden 65 oder 66 eine Sperrvorspannung erhält und daran gehindert wird, zu leiten. Wenn jedoch entweder SCR 3 oder SCR 4 in den leitenden Zustand getriggert wird, wird die Sperrspannung von der jeweiligen Diode 65 oder 66 entfernt, die somit leiten kann.

Bei Empfang eines jeden Impulses 44 von dem Frequenzsteuerkreis ändert somit der Multivibrator seinen Zustand und veranlaßt eine Änderung in dem Torsteuerkreis, der bestimmt, welcher SCR eingeschaltet wird. Der Frequenzsteuerkreis wird auf das Netz synchronisiert und damit werden die Multivibratorumschaltungen in gleicher Weise auf das Netz synchronisiert.

Wie dargestellt ist, werden die Signale des Multivibrators über zwei Leitungen 62, 64 zu der Torschaltung 22 geleitet. Die Torschaltung 22 weist zwei Dioden 65 und 66 auf, deren Kathoden jeweils mit den Leitungen 62 und 64 verbunden sind und deren Anoden jeweils an ein Ende der Primärwicklungen 71, 70 zweier Transformatoren 69 und 68 angeschlossen sind. Die anderen Enden der Primärwicklungen 70, 71 sind über eine Leitung 88 bzw. 89 verbunden. DLe Transformatoren haben jeweils Sekundärwicklungen 72, 7 1, mil, v/in «s Bpättir beschrieben v/Lrcl, die Spannung, dl-? in j:- Ic iJeLte U;r Diolen ;.in<jel«'jt v/Lrd, rnuP letztere

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in Durchlaßrichtung vorspannen, damit ein Impuls an den jeweiligen Transformatorsekundärwicklungen 72, 74 erscheinen kann. Um einen Steuerimpuls an die Hauptgleichrichter SCR 1, SCR 2 anzulegen, hat die Sekundärwicklung 72 zwei Anschlüsse 72g, 72c, die mit der Steuerelektrode bzw. der Kathode von SCR 1 verbunden sind, und die Sekundärwicklung 74 hat zwei Anschlüsse 74g, 74c, die mit der Steuerelektrode bzw. der Kathode von SCR 2 verbunden sind.

Ein Signal wird an die andere Seite der Dioden 65, 66 von dem Spannungseinstellkreis 21 angelegt. Letzterer hat einen Unijunction-Transistor UJT 2, dessen Emitter mit einem zeitgebenden Kondensator 75 und dessen eine Basis mit einer Leitung 86 verbunden ist. Diese Basis des UJT 2 ist mit der Leitung 15 über einen in Reihe geschalteten Widerstand 93 verbunden. Der UJT 2 ist über die Leitungen 15, 16 des gleichgerichteten Signals geschaltet, wobei ein Widerstand 76 mit einem Ende an die Leitung 16 angeschlossen ist. Eine Zenerdiode 78 ist mit ihrer Kathode mit dem anderen Ende des Widerstands 76 und ihrer Anode mit der Leitung 15 verbunden. Außerdem ist ein Ladekreis für den zeitbestimmenden Kondensator 75 mit einem veränderbaren Widerstand 97, der zwischen die Kathode der Diode 78 und dem Emitter von UJT geschaltet ist, und ein Unijunction-Transistor-Vorspannungsnetzwerk mit einem Widerstand 99, der zwischen die Kathode der Diode 78 und die andere Basis des UJT 2 geschaltet ist, vorgesehen. Der Ladekreis des Kondensators 75 weist den in Reihe geschalteten veränderbaren Widerstand 97 auf. Die Vorspannung, die an die beiden Basen des UJT 2 angelegt wird, bestimmt die Spitzenspannung, die zwischen den Emitter und die eine Basis angelegt werden muß, um diesen Übergang des Transistors in den leitenden Zustand"vorzuspannen. Der Kondensator 75, der über letztere Verbindung geschaltet ist, lädt sich entsprechend der Sägezahnkurve 83 des Diagramms IV der Figur 4 auf,

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und wenn er auf die Spitzenspannung aufgeladen ist, ist für die Entladung eine Entladekreis durch UJT 2 vorgesehen. Daher wird eine Reihe von Spannungsimpulsen 85 (Diagramm V der Figur 4) über den Widerstand 93 erzeugt. Die Leitung 86, die an die eine Basis des Transistors UJT 2 angeschlossen ist, verbindet den Spannungssteuerkreis 21 mit der Torschaltung 22.

In der Torschaltung 22 verbindet die Leitung 86 die beiden Leitungen 88, 89, von denen jede mit einem Ende der jeweiligen Transformatorprimärwicklungen 70, 71 verbunden ist. Das andere Ende der Primärwicklungen der Impulstransformatoren ist jeweils mit den Anoden einer der Dioden 65, 66 verbunden. Wenn daher die Torschaltung einen Impuls von dem Kreis 21 erhält.und zugleich kein Signal (Nennspannung 1 Volt = 0) an der anderen Seite der jeweiligen Dioden 65, 66 von dem Multivibrator 19 her auftritt, so daß das Potential an der Diode derart ist, daß die Diode in den leitenden Zustand vorgespannt ist, wird ein Impuls von einem der Transformatorsekundärwicklungen 72, 74 abgegeben. Somit ist einer der beiden Hauptgleichrichter SCR 1 oder SCR 2, die zu diesem Zeitpunkt in Durchlaßrichtung vorgespannt sind, eingeschaltet und Energie gelangt zu der Last 11. Der gestrichelte Teil des Wechselspannungs-Quellensignals 12a, das mit 24 bezeichnet ist, ist das Ausgangssignal, das zu der Last geleitet wird.

Es wurde in der obigen Erläuterung angenommen, daß die induktiven Wirkungen in dem Motor ausreichend klein sind, um einen richtigen Betrieb mit nur einem an die Steuerelektrode des Gleichrichters angelegten Impuls für den Beginn des leitenden Zustands ausreicht. Dies bedeutet, daß, wenn der Gleichrichter ein Steuersignal erhalten hat, angenommen wird, daß die Anode bereits in Durchlaßrichtung vorgespannt war und daß der Gleichrichter leitet. Wenn in bestimmten Systemen dies nicht der Fall ist, wäre es erforderlich, die Dauer des Steuersignals zu verlängern.

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In Figur 6 ist die Arbeitsweise des Systems für zwei verschiedene subharmonische Frequenzen, nämlich 20 Hz und 10 Hz dargestellt. In dieser Figur gibt das Diagramm I das 60 Hz-Sinuswellen-Energiesignal 12a der Wechselspannungsquelle und die Ausgangsimpulse 24 wieder. Das Diagramm II ist das vollweg-gleichgerichtete Ausgangssignal 14a des Energiesignals 12a. Dieses gleichgerichtete Ausgangssignal 14a wird über den Leitungenl5 und 16 der Figur 5 erzeugt. Das Diagramm III der Figur 6 stellt das Signal 16a dar, das sich über den Leitungen 16A und 15 infolge des Durchbruchs der Zenerdiode 78 ergibt. Die momentane Änderung auf 0 Volt dient dazu, die Frequenz- und Spannungssteuerkreise zu synchronisieren.

Das Diagramm IV zeigt eines der Ausgangssignale des Multivibrators 19 (wobei die Umschaltnadelimpulse vernachlässigt sind). Dieses Signal bestimmt, welcher Gleichrichter SCR 1 oder SCR 2 durchgeschaltet wird, um den positiven oder negativen Teil des Energiesignals des Diagramms I zu dem Motor 11 durchzulassen. Wie aus dem Diagramm IV ersichtlich ist, sind zwei Umschaltgeschwindigkeiten gezeigt, nämlich eine, die drei der Energiequellenperioden pro Rechteck-Flip-Flpp-Ausgangsperiode erfaßt, und eine weitere, die fünf der Energiequellenperioden pro Lastsignal erfaßt, um eine effektive 12 Hz-Ausgangswellenrechteck-Flip-Flop-Ausgangsperiode zu erzeugen.

Das sich ergebende Ausgangslastsignal ist im Diagramm V in durchgehenden Linien und das effektive Signal, "gesehen" von dem Motor 11, ist das in gestrichelten Linien dargestellte Diagramm.

Figur 6 zeigt für 20 Hz, daß tatsächlich zwei mögliche Spannungsmuster vorhanden sind, die von der eben beschriebenen Schaltung auf den Motor gegeben werden können. Dies bedeutet, daß, bezugnehmend auf das Diagramm I, ein wechselndes zu Hz-Muster es ermöglichen würde, Ilalbperioden,

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die mit C und C' bezeichnet sind, über dem Motor zu entwickeln und A, A¹ und B, B¹ auszulöschen. Die dargelegte Schaltung unterscheidet sich zwischen diesen beiden Möglichkeiten, jedoch die Zufügung einer geeigneten Anlaßschaltung ermöglicht die richtige Wahl.

Figur 7 zeigt die durch Zufügung einer Anlaßschaltung geänderte Schaltung der Figur 5.

Ein siliziumgesteuerter Gleichrichter S, wird verwendet, um die Frequenz- und Spannungssteuerkreise in einem geeigneten Zeitpunkt einzuschalten. Die Zündung des Gleichrichters SCR 1 wird durch die Triggerung eines in einer Richtung wirkenden Siliziumschalters S_ gesteuert. Die Spannung,die den Schalter S₂ triggert, ist die Summe der differenzierten Spannung über einer der Dioden in der Brücke 14 und der Ladespannung des Kondensators C-. Ein Kondensator C. und ein Widerstand R_ bilden ein Differenziernetzwerk, das Impulse mit einer scharfen Vorderkante am Beginn einer Periode erzeugt, die den Schalter S. in Durchlaßrichtung vorspannen. Dieser Impuls wird über dem Widerstand R erzeugt und zu der Spannung über dem Kondensator C_ addiert, die langsam ansteigt. Wenn die Summe dieser Spannungen gleich der Triggerspannung des Schalters S₂ ist, wird dieser eingeschaltet und zündet den Gleichrichter S.. Die Zündung des Gleichrichters S₁ bewirkt die Zuführung von Energie zu den Zeitbestimmungs- und Frequenzsteuerkreisen und leitet deren Betrieb ein. Der Stromfluß durch R_n triggert den siliziumgesteuerten Gleichrichter SCR 4, der die Seite des Flip-Flops triggert, die die Steuerelektrode des Gleichrichters S betätigt.

Um sicherzustellen, daß der Gleichrichter S. während der l'eit eingeschaltet bleibt, in der die vollweg-gleichgerichtete Spannung willkürlich durch Null geht, ist ein Netzwerk, bestehend aus einer Diode D-, einem Kondensator c„ und fiinemWiderstand R„ zugefügt". Der Kondensator C₃ wird über

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eine Diode D und die Brücke 14 geladen. Der Widerstand
Rp leitet einen Haltestrom von dem Kondensator Cg zu dem Gleichrichter S-, wodurch sichergestellt wird, daß dieser, wenn er gezündet ist, in diesem Zustand bleibt. Auf diese Weise kann die Schaltung in der gewünschten Weise gestartet werden.

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Claims

Patentansprüche

1.j Steuersystem zur Steuerung der Geschwindigkeit eines Wechselstrommotors, der von einer Wechselspannungseingangs leitung erregt wird, die Energie mit einer Grundnetzfrequenz zuführt, gekennzeichnet durch einen in zwei Richtungen wirkenden Schalter(8), der zwischen die Energieeingangs leitung (12) und den Motor (11) geschaltet ist, eine Torschaltung(22 ),die mit dem in zwei Richtungen wirkenden Schalter(8) verbunden ist, um den Durchlaß ausgewählter negativer und positiver und negativer Teile der Wechselspannungsenergie, die dem Schalter von der Eingangsleitung zugeführt wird, mit einer Steuerfrequenz zu steuern, die eine Subharmonische der Grundnetzfrequenz ist, und durch einen Rückwärtszählkreis(9),der zwischen die Energieeingangsleitung(12) und den in zwei Richtungen wirkenden Schalter(8)geschaltet ist und die eine ganze Zahl von Halbperioden der Netzfrequenz rückwärts zählt und den Schalter veranlaßt, aufeinanderfolgend wenigstens einen Teil der Halbperioden einer Polarität und dann der anderen Polarität der Eingangsenergien durchzulassen, wobei jeder Teil während einer Periode durchgelassen wird, deren Länge gleich einer gewählten ganzen Zahl von Halbperioden größer als Eins ist.

2. Steuersystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Spannungssteuerkreis(21),der so geschaltet ist, daß er einen Teil der einzelnen Halbperioden der durch den in zwei Richtungen wirkenden Schalter durchgelassenen Energie zu dem Motor durchläßt.

3. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in zwei Richtungen wirkende Schalter(8)einen

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ersten und einen zweiten in einer Richtung wirkenden Schalter(SCRl und SCR 2)aufweist, von denen jeder eine Steuerelektrode hat und auf ein Signal daran anspricht, um jeweils nur positive oder nur negative Teile der Eingangsenergie zu dem Motor durchzulassen, und außerdem einen Multivibrator(19),der zwei Ausgänge hat, von denen einer mit der Steuerelektrode des einen in einer Richtung wirkenden Schalters und der andere mit der des anderen Schalters verbunden ist, und daß ein Steuerkreis £o)mit dem Multivibrator und der Energieeingangsleitung $2) verbunden ist, der auf die Eingangsenergie anspricht, um den Multivibrator aufeinanderfolgend ein- und zurückzustellen, um an seinen beiden Ausgängen Ausgangssignale für aufeinanderfolgende Perioden entsprechend einer ganzen Zahl von Halbperioden größer als zwei zu erzeugen.

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