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Schaltungsanordnung zur Steuerung eines Gleichstrom-Nebenschlußmotors,
insbesondere für eine Stofflegemaschine.
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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Steuerung eines
Gleichstrom-Nebenschlußmotors, insbesondere für eine Stofflegemaschine, mit einem
Vorwärts-Rückwärts-Schalter, mittels welchem die Richtung der Ankerspannung umschaltbar
ist.
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Eine Stofflegemaschine besteht aus einem Biegetisch, über der ein
Wagen mit dem Stoffballen hin und her fahrbar angeordnet ist. Der Antrieb des Wagens
erfolgt durch einen Gleichstrom-Nebenschlußmotor. Auf einer Plattform des Wagens
fährt eine Bedienungsperson mit, die die Drehzahl des Motors in Abhängigkeit von
dem Drehwinkel eines Drehgriffes mit Potentiometer steuert Der Erfindung liegt die
Aufgabe zugrunde, die eingangs erwähnte Schaltungsanordnung so zu gestalten, daß
eine größtmöglichste Sicherheit gegen Fehlschaltungen gewährleistet ist und eine
Zerstörung des Motors durch Überlastung in jedem Fall vermieden wird. Ferner soll
die Schaltungsanordnung so ausgebildet sein, daß in üblichen und ungefährlichen
Grenzen erfolgende Belastungsänderungen des Motors möglichst ohne Einfluß auf die
Konstanz der Drehzahl bleibene Die Lösung der BrSindung ist im kennzeichnenden Teil
des Anspruches 1 angegeben.
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Durch die erfindungsgemäße Tösung wird erreicht, daß der Motor vor
einer Überlastung und damit vor einer Zorstörung geschützt wird, die dann auftreten
könnte, wenn der Motor mit einer relativ hohen Drehzahl noch in der einen Drehrichtung
umläuft und stoßartig mit einem Ankerstrom beaufschlagt wird, der den Motor in der
anderen Drehrichtung zu drehen sucht.
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Feine lJeiterbildung der Brfindung ist im Anspruch 2 angegeben.
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Gemäß dieser ,Teiterbildung müssen drei Bedingungen erfüllt werden,
damit das entsprechende Schütz geschaltet wird, das den Motor entweder mit Ankerspamzung
für die Vorwärtsrichtung oder für die Rückwärtsrichtung versorgt. Dadurch ist insbesondere
gewährleistet, daß nur eins der beiden Schütze geschaltet werden kann.
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Sinne andere Weiterbildung der Erfindung, welcher selbständiger erfinderischer
Bedeutung beigemessen wird, ist im Anspruch 3 angegeben. Wesentlich ist hier insbesondere
der Integrator, der dafür sorgt, daß der Anstieg des von dem Sollwertgeber an den
Impulsteil gegebenen Sollwert-Signales selbst dann nicht sprunghaft erfolgt, wenn
die Sinstellung am Sollwert-Geber selbst sprunghaft ist. Dadurch ist gewährleistet,
daß der Motor beim Anlaufen oder Umschalten mit einer kontinuierlich ansteigenden
Ankerspannung versorgt wird. Eine bei stehendem Motor diesem sprunghaft zugeführte
hohe h£cerspannung könnte zur Zerstörung des Motors führen.
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Eine weitere Schutzmaßnahme ist im Anspruch 4 angegeben. Der Sollwert-Begrenzer
sorgt dafür, daß der die Ankerspannung bestimmende Sollwert einen bestimmten Grenzwert
niemals überschreiten kann.
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In Anspruch 5 ist ferner eine Maßnahme vorgesehen worden, die eine
relative Konstanz der Drehzahl des Motors und eine weitgehende Unabhängigkeit von
Belastungsänderungen gewährleistet.
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Es handelt sich hierbei um eine Steuerung mit Störgrößenaufschaltung.
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Wenn der Motor über das übliche Maß hinaus belastet wird, was beispielsweise
beim Blockieren des Begewagens auftreten kann, so besteht die Gefahr, daß er zerstört
wird. Um dieser Gefahr entgegenzuwirken, ist eine IIaßnG me gemäß Anspruch 6 getroffen
worden. Dieser gewährleistet, daß der dem Impulsgeber zugeführte Sollwert in einem
solchen Falle stark reduziert wird, wodurch der Motor entlastet wird.
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Eine zweckmäßige Ausbildung des Impulsteiles ist im Anspruch 7 angegeben.
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Der Anspruch 8 betrifft wiederum eine Sicherungsmaßnahme, welehe gewährleistet,
daß dem Impulsteil nur dann ein dem Sollwert entsprechendes Signal zugeführt wird,
wenn eines der beiden Schütze für die Versorgung des Motors mit Ankerspannung geschaltet
ist.
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Im Anspruch 9 ist eine besonders zweckmäßige Ausführungsform des Sollwert-Indikators
angegeben. Die Verwendung eines Opto-Kopplers gewährleistet, daß die relativ hohe
Ankerspannung von der am Ausgang des Opto-Kopplers benötigten Niederspannung ohne
die üblichen Schwierigkeiten der elektronischen Schalzungen entkoppelt werden könnten.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung
des Ausführungsbeispiels entnommen werden.
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Es zeigt: Fig. 1 ein schematisiert es Blockschaltbild der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung; Fig. 2-4 eine genauere Realisierung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung#
die Fig. 4 zeigt die Art
der Aufteilung in die Fig. 4a,4b und 4c)
Fig. 5 Impulsdiagramme aus Fig. 4.
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Es soll zunächst bemerkt werden, daß die Fig. 2 bis 4 eine einiieitliche
Schaltungsanordnung darstellen und der Übersichtlichkeit wegen in drei Einzelfiguren
getrennt wurden. Die Verbindungen zwischen dem Schaltungsteil nach Fig.
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2 und den Schaltungsteil nach Fig. 3 sind mit dem Buchstaben B und
einer Zahl gekennzeichnet worden. Die Verbindungen zwischen dem Schaltungsteil nach
Fig. 3 und dem Schaltungsteil nach Fig. 4 sind durch den Buchstaben a und eine Zahl
gekennzeichnet worden.
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Die einzelnen Blöcke in Fig. 1 sind mit dem Buchstaben A und einer
Zahl gekennzeichnet worden. Um die Übersicht in den Fig. 3 bis 4 zu erleichtern,
wurden die Blöcke gemäß Fig. 1 in den Fig. 2 bis 4 mit strichpunktierten Linien
angedeutet.
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Die Fig. 5 stellt 5 verschiedene Spannungen U1 bis U5 dar.
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Die Meßpunkte für diese Spannungen sind in Fig. 4 durch einen Pfeil
mit Hinweis auf die Spannung gekennzeichnet.
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D5.e in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung dient zur Steuerung
der Drehzahl eines Gleichstrom-Nebenschlußmotors A1 einer Stofflegemaschine. Die
-Ankerwicklung ist mit A2 und die Feldwicklung mit A3 bezeichnet. Der Strom wird
über einen Netztrafo A4 dem Wechselstromnetz entnommen. Mit einem Gleichrichter
AS und einem diesem nachgeschalteten Siebglied A31 wird die Feldspannung gewonnen.
Ein stabilisiertes Netzgerät A33 dient zur Erzeugung der Betriebsspannung für den
elektronischen Schaltungsteil.
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Die Ankerspannung wird mit Hilfe einer Torschaltung A6 gewonnen. Dieser
wird über ein Filter A30 die Ausgangswechselspannung des Netztrafos A4 zugeführt.
Das Filter A30 siebt die 5OHz-rundwelle aus. Die Torschaltung A6 wird mit Impulsen
gesteuert, deren Frequenz netzsynchron ist. Zur Erzeugung der Impulse dient ein
Sägezahngenerator All.
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Dieser wird über ein Filter AlO synchronisiert, dessen Eingang an
den Ausgang des Netztrafos A4 angeschlossen ist. Das Filter A10 siebt die 5OHz-rundwelle
aus. Die Sägezahnimpulse werden einem Komparator A12 zugeführt. Dem Komparator A12
wird ferner ein modifizierter Sollwert zugeführt. Dieser ist eine Gleichspannung.
Der Komparator A12 vergleicht die Sägezahnspannu-ng mit der Gleichspannung und gibt
immer dann eine Ausgangsspannung an einen Impulsformer A13 ab, wenn die Sägezahnspannung
die Gleichspannung unterschreitet. Der Impulsformer A13 formt aus der Ausgangsspannung
des Komparators A12 die Steurerimpulse für die Torschaltung A6. Die Ausgangsspannung
der Torschaltung A6 besteht aus Impulsen, deren Länge durch die Länge der Steuerimpulse
bestimmt wird. An den Ausgang der Torschaltung A6 ist ein Gleichricl1ter A7 angeschlossen.
Die von diesem gleichgerichtete Spannung wird in einem Siebglied A32 gesiebt. Am
Ausgang des Siebgliedes steht dann eine Gleich-Spannung zur Verfügung, die als Ankerspannung
verwendet wird.
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Der Sollwert für die Ankerspannung, mit der die Drehzahl steuerbar
ist, kann an einem Sollwert-Geber A16 eingestellt werden. Der Sollwert-Geber A16
ist für einen Normalgang des Motors ausgelegt. Neben dem Normalgang ist noch ein
Schleichgang einstellbar. Der fest eingestellte Sollwert für den Schleichgang wird
in einem Sollwert-Geber A15 erzeugt. Die Umschaltung zwischen Schleichgang und Normalgang
kann mit einem Umschalter A14 vorgenommen werden. Der Sollwert wird einem Sollwert-Begrenzer
Å18 zugeführt. Dieser sorgt dafür, daß der Sollwert einen bestimmten Grenzwert nicht
übersteigt. An den Ausgang des Sollwert-Begrenzers A18 ist ein Integrator A19 angeschlossen.
Dieser hat die Aufgabe, sprunghafte Sollwert-Erhöhungen zu verhindern und auch dann
eine kontinuierlich ansteigende Ausgangsspannung abzugeben, wenn an seinem Eingang
ein Spannungssprung auftritt. Die Ausgangsspannung des Integrators wird einem Sprungbegrenzer
A20 zugeführt, dessen Funktion noch erläutert wird. Die Spannung am Ausgang des
Sprungbegrenzers A20 stellt den modifizierten Sollwert dar,
der
dann dem Komparator A12 für den Vergleich mit der Sägozahnspannung zugeführt wird.
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Die am Siebglied A32 entstehende Ankerspannung wird der Ankerwieklung
A2 des Metors A1 entweder über das Rückwärts-Schütz AS oder mit entgegengesetzter
Polarität über das Vorwärts-Schütz A9 zugeführt. IIit dem Umschalter A25 kann entweder
das Vorwärts-Schütz A9 oder das Rückwärts-Schütz A8 geschaltet werden. Damit eines
der beiden Schütze anspricht, sind jedoch noch bestimmte logische Bedingungen zu
erfüllen.
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Das Rückwärts-Schütz AS soll nur dann ansprechen, wenn ein Vorwärts-Schwellwert-Indikator
A23 nicht anzeigt, daß die Ankerspannung einen bestimmten Schwellwert überschreitet.
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Der Vorwärts-Schwellwert-Indikator A23 spricht nur dann auf die Ankerspannung
an, wenn diese so gepolt ist, daß sie dem Vorwärtslauf des Motors A1 entspricht.
Durch das logische UIXD-Glied A26 mit einem invertierenden Eingang soll angedeutet
werden, daß an dessen Ausgang nur dann ein Signal auftritt, wenn an dem Umschalter
A25 der Rückwärts-Lauf eingeschaltet ist und wenn der Vo rwärt s-S chwellwert-Indikator
A23 kein Ausgangssignal liefert.
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Das Voniärts-Schütz A9 soll nur dann geschaltet werden, wenn der Umschalter
A25 auf Vorwärts-Richtung geschaltet ist und wenn ein Rückwärts-Schwellwert-Indikator
A24 kein Signal abgibt. Nur in diesem Fall entsteht an dem UND-Glied A27 ein Ausggangssignal.
Der Rüchwärts-Schwellwert-Indikator A24 gibt aber immer dann ein Ausgangssignal
ab, wenn die Ankerspannung mit der der Rückwärts-Richtung entsprechenden Polarität
den Schwellwert übersteigt.
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Durch die UND-Glieder A28 und A29 mit je einem invertierenden Eingang
soll angedeutet werden, daß eine logische Verriegelung vorgesehen ist, welche gewährleistet,
daß in jedem Falle entweder nur das Rückwärts-Schütz A8 oder nur das Vorwärts-Schütz
A9 geschaltet wird. Diese Maßnahme
könnte sich dann als notwendig
erweisen, wenn beispielsweise der Umschalter A25 defekt ist und gleichzeitig die
beiden UND-Glieder A26, A27 ansteuert.
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Der von dem Sollwert-Geber A15 oder dem Sollwert-Geber A16 erzeugte
Sollwert soll dem Sollwert-Begrenzer A18 nur dann zugeführt werden, wenn entweder
das Rückwärts-Schütz A8 oder das Vorwärts-Schütz A9 geschaltet ist. Diese logische
Verknüpfung wird durch die Verbindung des ODER-Gliedes A22 mit dem Umschalter Al
4 wiedergegeben. Der Umschalter A 14 gibt nur dann ein Schaltsignal zur Aktivierung
eines der beiden Sollwertgeber ab, wenn das ODER-Glied A22 ein Signal an den Umschalter
114 liefer Wenn keines der beiden Schüt-z-e A8,A9 geschaltet -ist, so wird die Ankerwicklung
A2 des Motors Al kurzgeschlossen.
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Um eine weitgehende Drehzahlkonstanz und Unabhängigkeit von normalen
Belastungsänderungen zu gewährleisten, wird dem Sollwert an einem Summationspunkt
vor dem Sollwert-Begrenzer 118 über ein Siebglied A34 eine Störgröße zugeführt,
die ein Maß für den Ankerstrom ist. Die Störgröße wird in einem Strommeßglied A21
erzeugt, welches den Ankerstrom misst. Es wird dabei davon ausgegangen, daß der
Ankerstrom bei einer durch Belastungserhöhung auftretenden Drehzahlverminderung
größer wird.
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Dementsprechend steigt auch die von dem Strommeßglied 821 erzeugte
Störgröß*. Der um die Störgröße erhöhte Sollwert führt zu Steuerimpulsen mit größerer
Impulsdauer, wodurch die Torschaltung ß6 im Mittel länger aufgesteuert wird. Das
führt su einer Erhöhung der Ankerspannung und bewirkt in normalen Fällen auch eineErhöhung
der Drehzahl, wodurch der Ankerstrom wieder sinkt.
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Die Störgröße wird ferner dem Strombegrenzer A20 zugeführt.
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Solange die Störgröße keinen vorgegebenen Naximalwert überschreitet,
entsteht am Ausgang des Strombegrenzers A20 eine Spannung, die etwa proportional
seiner Eingangsspannung ist.
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Wenn jedoch der Naximalwert durch die Störgröße überschritten wird,
so wird die Ausgangsspannung des Strombegrenzers A20 stark reduziert. Damit soll
gewährleistet werden, daß bei einer
beispielsweise durch Blockieren
verursachten starken Überlastung doa Motor und einer damit verbundenen entsprechenden
Ankerstromerhöhung keine weitere Erhöhung der Ankerspannung durch die Störgrößenaufschaltung
am Summationspunkt vor dem Sollwert-Begrenzer A18 erfolgt. Dies hätte nämlich eine
Zerstörung des Motors zur Folge.
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Es werden nunmehr nachfolgend die Fig. 2 bis 4 erläutert: Fig. 3:
Die vom Trenntransformator A4 in rig. 3 gelieferte Wechselspannung wird mittels
der Klemmen B3 und B4 über ein Sicherungselement 9 und die aus zwei Kondensatoren3,4
und einer Drossel 8 bestohende Funk-Entstörung einmal dem stoßspannungsfesten Brückengleichrichter
A5 zugeführt. Zum anderen wird die Wechselspannung über die Funk-Entstörung an die
aus dem die Torschaltung A6 bildenden Triac 6, den aus vier stoßspannungsfesten
Einzeldioden 12, 13, 18, 19 bestehenden Brückengleichrichter A7 und dem zur Stromiatwerterfassung
dienenden, niederohmigen Widerstand 25 bestehende Reihenschaltung angelegt.
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Ausserdom wird die Wechselspannung über Funk-Entstörung und die Klemmen
021 und C22 dem Netztrafo in Fig. 4 zugeführt. Da der Triac 6 wegen der Speisung
über einen Trenntrafo direkt galvanisch gekoppelt von der Steuerelektronik in Fig.
2 über Klemme ; C 25 mit Dauerimpulsen angesteuert werden kann, ist für die Steuerelektronik
eine gesonderte Nullverbindung über Klemme C26 auf die Anorde des Triac 6 vorgesehen.
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Zwischen den beiden Anoden des Triac liegt die zur Bedämpfung dienende
Reihenschaltung eines Kondensators 2 und eines Widerstandes 7. Zwischen Steuerelektrode
und Anode des Triac 6 liegt ein Widerstand 1, der zur Ableitung der Rest ströme
und energiearm eingestreuter, steiler Impulse dient. Die entsprechend der Ansteuerung
des TRiac 6 angeschnittenen Wechselspannungshalbwellen werden durch den Hauptgleichrichter
A7 mit den Dioden1 12, 13, 18, 19 gleichgerichtet und über Drosseln 10, 16 zur
Begrenzung
des Stromanstiogs und ein Sicherungselement 17 auf die Anschlußklemmen B6 (positiv)
und B5 (negativ) für den Ankerkreis des Gleichstrom-Nebenschlußmotors geführt. Die
zu diesem Gleichrichterausgang parallel liegende RC-Kombination 15, 11 bedämpft
ebenso wie der VDR-Widerstand 4 Spannungsspitzen, und zwar zusammen mit den beiden
Drosseln auch solche, die im Ankerkreis erzeugt werden (z.B. bei Kommutierung).
Die Ausgangsgleichspannung des kleineren, mit sinusförmiger Wechselspannung gespeisten
Gleichrichter A5 ist auf die Anschlußklemmen 32 (positiv) und B1 (negativ) für die
Erregerwicklung des Gleichstrom-Nebenschlußnmotors geführt. Parallel zu diesem Ausgang
liegt wiederum eine der Bedömpfung dienende RC-Kombination 20, 23 und ein VDR-Widerstand
21. Der an dem niederohmigen Widerstand 25 erfasste, dem Gleichstrom im Ankerkreis
entsprechende Wechselstromistwert wird gesondert über die Klemmen C23 und C24 dem
Schaltungsteil in Fig. 4 zugeführt.
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Fig. 4: a) Netzteil A33 mit stabilisierten Ausgangsspannungen: Der
Primärwicklung des Netztrafo 33 wird die Wechselspannung über die Anschlußklemmen
G21 und O22 und iibor ein Sicherungselement 87 zugeführt. Die beiden galvanisch
getrennten Sekundärwicklungen des Netztrafo speisen jeweils über Kleingleichrichter
in Brückenschaltung 32, 74 niederohmige Schutzwiderstände 31, 41, 63, 80 und parallel
liegende Siebkondensatoren 37, 75 die Eingänge Pl integrierter, positiver Spannungsregler
29, 48 mit fest eingestellter Ausgangsspannung und Strombegrenzung. Die Ausgänge
P2 der Spannungsregler sind untereinander und mit der Bezugsklemme O26 so verbunden,
daß gegen die Bezugsklemme eine positive und eine negative stabilisierte Speisespannung
für die Steuerelektronik zur Verfügung stehen. Am Ausgang der Spannungsregler sowie
zwischen den
einzelnen Verbrauchern (z.B. Vorstärker) liegen zu
den Speisespannungsschienen Blockkondensatoren 34, 35, 36, 38, 39, 62, 107, 108,
143, 145, 147, 148, 149, 150 zur Vermeldung von selbsterregten Schwingungen parallel.
Die zu den Ausgängen P2 der Spannungsregler antiparallel liegenden Dioden 30, 40
schützen die Spannungsregler bei Inversbetrieb (z.B. bei unsymmetrischer Last kurz
nach dem Abschalten). Über die Anschlüsse P3 wird den Spannungsreglern von den Gleichrichtern
32, T die andere Spannungspolarität zugeführt.
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b) Filter A10: Die über AnschlußklemmeC21 zugeführte Wechselspannung
wird hinter dem Sicherungselement 87 auch auf eine auf die Netzfrequenz abgestimmte
Wien-Brücke 83, 84, 85,86 gegeben, die gleichzeitig als Eingangsnetzwerk für einen
Operationsverstärker 49 dient. Die Wien-Brücke dämpft die in der Netzspannung enthaltenen
Oberschwingungen, verursacht jedoch keine Phasendrehung für die Spannung mit Netzfrequenz.
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c) Netzsynchronisierter Sägezahngenerator A11: Dem Eingang P2 des
Operationsverstärkers 49 wird zum einen über die Wien-Brücke die gesiebte Wechselspannung
und zum anderen eine konstante, positive Gleichspannung über einen Vorwiderstand
67 und einen weiteren Eingangswiderstand 73 zugeführt. Der Operationsverstärker
49 wird über den Gegenkopplungswiderstand 77, der zwischen dem Ausgang P2 und dem
Eingang P6 liegt, als Summierer betrieben. Am Ausgang P6 des Operationsverstärkers
steht daher eine netzsynchrone, sinusförmige Spannung zur Verfügung, der ein geringer,
negativer Gleichanteil überlagert ist. Diese Ausgangsspannung wird dem über den
Gegenkoppelungswiderstand 69 ebenfalls als Summierer betriebenen, nächsten Operationsverstärker
50 über den Eingangswiderstand 76 zugeführt. Gleichzeitig erhält dieser zweite Operationsverstärker
über
denselben Vorwiderstand 67 und über den eine gangswiderstand 68 ebenfalls eine konstante,
positive Gleichspannung eingegeben, die infolge der doppelten Bewçertung die sinusförmige
Ausgangs spannung dieses Verstärkers gonau um denselben negativen Gleichanteil verschiebt
wie beim ersten Verstärker. Da jeder der beiden gegengekoppelten Operationsverstärker
eine Signalumkehr bewirkt, erhält man somit an den Ausgängen dieser beiden verstärker
zwei gegenphasige, netzsynchrone Sinusspannungen mit jeweils geringfügig negativem
Gleichanteil (siehe U2 und U3 in Fig.
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5). Die Betriebsspannungen werden an die Anschlüsse P3, P4, P7 an
den Operationsverstärkern 48, 50 angelegt. Vor dio Anschlüsse P3 sind Widerstände
42, 43 geschaltet. Solange einer der beiden Operationsverstärker positive Ausgang
spannung aufweist, bleibt die Spannung a-n dem mit der negativen Speisegleichspannung
verbundenen Widerstand 51 und damit auch die Spannung an P2 des folgenden Spannungskomparators
54 positiv. Werden die Ausgangsspannungen der Qperationsverstärker jedoch beide
negativ (siehe Fig. 5 U2 und U3), so wird auch die Eingangsspannung an P2 des Spannungskomparators
negativ, da der Widerstand 51 niederohmiger ist als der Widerstand 52. Die Dioden
70, 73 bewirken die gewünschte logische Verknüpfung zusammen mit dem Widerstand
51. Die Diode 79 und der Widerstand 52 zur positiven Speisegleichspannung eliminieren
praktisch die Dioden schleusenspannung und dessen Temperaturabhängigkeit.
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Der zweite Eingang P3 des Spannungskomparators 54 ist über einen gleichen
Widerstand 53 mit der Bezugsschiene verbunden.
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Sobald P2 dieses Spannungskemparaters negativer ist als Ph, wird der
Ausgang P7 gegen die Bezugsschiene durchgeschaltet. Über den Widerstand 64 und den
Ableitwiderstand 46 wird damit der pnp-Dransistor 55 in den leitenden Zustand gesteuert
(siehe U4 in Fig.5), sodaß der Kondensator 58 über Diode 71 und den Widerstand 72
auf die positive Speisegleichspannung aufgeladen wird. Nach dem vergleichsweise
nur kurz dauernden Aufladevorgang entlädtsich der --
Kondensator
über den mit der negativen Speisegleichspannung verbundenen Widerstand 57. Über
den Widerstand 56 und das Potentiometer 45 wird der Entladevorgang so eingestellt,
daß vor Beginn der Wiederaufladung die Spannung am Kondensator 58 gerade etwa null
ist (siehe U5 in Fig.5). Der Widerstand 65 unterstützt ein schnelles, definiertes
Umschalten von Aufladen auf Entladen des Kondensators. Damit steht an dem Kondensator
58 eine auf die Nulldurchgänge der Sinusspannung synchronisierte Sägezahnspannung
zur Verfügung. An die Anschlüsse Pl, P4 und P8 des Spannungskomparators 54 werden
die Betriebsspannungen angelegt.
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d) Komparator A12: Der Spannungskomparator 59 vergleicht die an dem
Kondensator 58 anstehende Sägezahnepannung mit einer veränderlichen Gleichspannung,
die zur Unterdrückung von Störimpulsen über ein Siebglied bestehend aus dem Widerstand
81 wld dem Kondensator 60 zugeführt wird. Solange der Augenblielrwert der an P2
des Komparators 59 anliegenden Sägezahnspannung positiver ist als die an P 3 anliegende
veränderliche Gleichspannung sperrt der Ausgangstransistor des Komparators. Im umgekehrten
Falle wird der Ausgang P7 des Komparators gegen die Bezugsschiene durchgeschalt-et.
Am Ausgang des Komparators 59 stehen damit Rechteckimpulse mit doppelter Netzfrequenz
synchron zum Netz zur Verfügung, deren Dauer von der Größe der veränderlichen Gleichspannung
abhängig ist (siehe U7 in Fig. 5). Das Ende des Rechteckimpulses liegt dabei immer
unmittelbar vor jedem Nulldurchgang der synchronisierenden Sinusspannung. An die
Anschlüsse Pl, P4, P8 des Komparators werden die Betriebsspannungen angelegt.
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c) Impulsendstufe A13: Der Ausgang des Spannungskomparators 59 ist
über den Widerstand 66 auf die Basis des leistungsverstärkenden pnp-2ransistors
61 und auf den Ableitwiderstand 47 geführt. Der --
Emitter dieses
Transistors ist mit der positiven Speisegleichspannung, der Kollektor über den den
Zündstrom bestimmenden Widerstand 82 und die Klemmen 025 mit der Steuerelektrode
des Triac verbunden. Da die Anode des Triac über die Klemmen C26 mit der Bezugsschiene
in Verbindung steht, wird beim Durchschalten des Spannungskomparators und damit
Iteitendwerden des Transistors Zündstrom über die Steuerelektrode des Triac fließen
und dieser somit gezündet.
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f) Sollwertgeber 115 und 116 Die Sollwerte für die Steuerung werden
über Reed-Relais abgerufen. Dabei sind zwei Möglichkeiten vorgesehen: 1) Ansteuerung
des Reed-Relais 136 über die Widerstände 137,134 durch Überbrücken der Anschlußklemmen
B 17 und 315. Dadurch wird die positive Speisegleichspannung zum einen über den
Widerstand 126, über das zwischen den Klemmen 319 und B20 anzuschließende Sollwert-Potentiometer
320 (Fig.3) im Drehgriff und die Widerstände 121, 106 und zum anderen über den Widerstand
125, das Potentiometer 133 und den Widerstand 124 auf den Summenpunkt eines Operationsverstärkers
132 verbunden. Über das externe Potentiometer erfolgt die Sollwertvorgabe für die
Motordrehzahl (Ankerspannung) im Normalgang, über die internen Bauelemente 124,
125, 133 die Bereichsanspannung für niedrige Motordrehzahlen.
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Der Kondensator 102 dient zur Dämpfung von auf der Beitung eingesbsuten
Störimpulsen.
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2) Ansteuerung des Reed-Relais 144 über Widerstand 146 durch Überbrücken
der Anschlußklemmen 315 und 316.
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Dadurch wird die positive Speisegleichspannung über den Widerstand
122 auf den Summerpunkt des Operationsverstärkers 132 verbunden. Mittels dieser
Bauelemente läßt sich eine intern einstellbare Schleichdrehzahl
(Ankerspannung)
vorgeben.
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g) Sollwertbegrenzer A18 und Integrator A19: Die dem Summerpunkt A17
am Eingang P2 des Operationsverstärkers 132 über Widerstand zugeführten Spannungen
lassen die Spannungen am Ausgang P6 dieses Verstärkers infolge des hochohmigen Gegenkopplungswiderstandes
96 schon bei verhältnismäßig kleinen Eingangswerten auf einen durch die begrenzenden,
antiparallel geschalteten Zenerdioden 117, 118 festgelegten Wert ansteigen. Diese
praktisch konstante Ausgangsspannung wird über den Eingangswiderstand 120 dem Eingang
P2 eines mittels des Gegenkopplungslrondensators 116 als Integrierer betriebenen
Operationsverstärker 131 zugeführt, dessen Spannung am Ausgang P6 entsprechend der
praktisch konstanten Eingangsspannung linear mit der Zeit ansteigt und zwar so lange,
bis der mittels der Widerstände 114, 115 als Umkehrer betriebene folgende Operationsverstärker
130 über das aus dem Widerstand 91, dem Potentiometer 104 und dem Widerstand 100
bestehende Netzwerk einen Strom auf den Summenpunkt am Eingang P2 des ersten Operationsverstärkers
132 einspeist, der gerade umgekehrt gleich groß ist wie die in diesen Summenpunkt
zufließenden Sollwertströme. Ist dies der Fall, so wird die Ausgangs spannung des
ersten Verstärkers null und der Integrierer bleibt bei der zu diesem Zeitpunkt vorhandenen
Ausgangsspannung stehen. Auch bei sprungartiger Sollwertvorgabe steigt somit die
Ausgangsspannung des Integrierers mit begrenzter, praktisch konstanter Steilheit
bis auf den durch die Sollwertvorgabe festgelegten Wert an. Abwärts läuft die AusgangsspalLnung
des Integrierers sehr viel schneller, weil sich bei dann positiver Ausgangsspannung
des ersten Verstärkers 132 zu dem Bingangswiderstand 120 des Integrierers über die
Diode 105 ein vergleichsweise niederohmiger Widerstand 101 parallel schaltet. Anschluß
P2 ist der Eingang und Anschluß P6 der Ausgang des Operationsverstärkers 130.
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Mittels des Potentiometers 104 und des Widerstandes 100 kann bei einer
gegebenen Sollwertgröße die Endspannung des Integrierers in einem gewissen Bereich
variiert und damit eine Bereichsanpassung für die maximale Motordrehzahl (Ankerspannung)
vorgenommen werden. Den Anschlüssen P3, P4 und P7 der Operationsverstärker 130,
131, 132 werden die Betriebsspannungen zugeführt. Die Widerstände 139, 140, 142
sowie der Kondensator 141 dienen zum Schutz und zum Sieben.
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h) Strommessglied A21: Der dem Ankergleichstrom proportionale Wechselstrom
durch den Triac 6 hat an dem niederohmigen Widerstand 25 einen Spannungsfall zur
Polge, der über die Klemmen C23 und C24 einem Spannungswandler 94 zugeführt wird.
Die Wechselspannung aúf?der Sekundärseite dieses Übertragers wird mittels des Brückengleichrichters
93 gleichgerichtet und über die Schutzwiderstände 83, 103 dem Glättungskondensator
95 zugefuIlrt.
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i) Stögrößenaufschaltung über Siebglied A 34: Die an dem Kondensator
95 anstehende, dem Ankerstrom proportionale Gleichspannung wird über ein weiteres,
aus den Widerständen 90, 92 und den Kondensator 97 bestehendes A34 Siebglied dem
Summenpunkt des ersten Operationsverstärkers 132 zugeführt und zwar so, daß eine
bei Belastung des Motors auftretende Ankerstromerhöhung hiermit eine Vergrößerung
des Sollwertes bewirkt. Dadurch wird einem Absinken der Motordrehzahl bei Belastung
entgegen gewirkt.
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k) Strombegrenzer A20: Die bei Sollwert proportionale Endspannung
des Integrierers wird vom Ausgang des nachfolgenden Umkehrverstärkers 130 dem über
die verhältnismäßig hochohmigen Widerstände 112, 1 113 ebenfalls als Umkehrer betriebenen
Operationsverstärker
129 zugeführt, dessen Ausgang die dem Komparator
59 zugefuIirte, veränderliche Gleichspannung liefert. Übersteigt die dem Ankerstrom
proportionale Gleichspannung an Kondensator 95 einen gewissen Wert, so wird die
Spannung am Schleifer des Potentiometers 119, das über die Diode 111 und den Widerstand
110 mit diesem Kondensator in Verbindung steht, trotz der negativen Vorspannung
über den Widerstand 109 positiv und über die Diode 98 und den vergleichsweise niederohmigen
Widerstand 99 die dem Sollwert proportionale Ausgangsspannung des Verstärkers 129
kräftig verkleinert.
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Der Ansprechwert lür diese Strombegrenzung ist mittels des Potentiometer
119 in einem gewissen Bereich einstellbar.
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Die Diode 127 dient zum Schutz und der Widerstand 128 zur Vorspannungserzeugung.
Anschluß P2 ist der Eingang und Anschluß P6 der Ausgang des Operationsverstärkers
129. An die Anschlüsse P3, P4, P7 sind die Betriebsspannungen gelegt.
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1) Schwellwertindikatoren A23, A24: Die an den Anschlußklemmen B13
und E314 direkt anliegende, drehzahlproportionale Ankerspannung des Gleichstrom-Nebenschlußmotors
wird über die Widerstände 172, 173 auf die Eingänge Pl und P2 der antiparallel geschalteten
Luminiszenzdioden zweier optoelektronischer Koppler 155, 156 geführt.
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Die in Durchlaßrichtung betriebene Fotodiode emittiert Licht, das
von dem gegenüberliegenden Fototransistor des Kopplers aufgefangen wird. Die an
P4 des optischen Kopplers anstehende, der Ankerspannung proportionale Ausgangsgleichspannung
wird über ein Netzwerk 153, 154, 165; 157, 158, 166 auf den Eingang P3 des betreffenden,
als Schmitt-Trigger betriebenen Spannungskomparators 152, 159 gegeben, der bei Überschreitung
eines über Widerstände 151, 163; 160, 168 eingestellten Schwellwertes schaltet und
das betreffende Relais 162; 175 über die Widerstände 161, 171; 174, 176 zum Anziehen
bringt. Je nach Polung der Ankerspannung wird so bei Überschreiten eines bestimmten
Grenzwert
es das eine oder das andere Relais ansprechen und erst
nach Unterschreiten dieses Grenzwertes wieder abfallen. Mittels dieser Relais werden
die Ankerschütze für die beiden Drehrichtungen so verriegelt, daß erst nach Unterschreiten
eines bestimmten Drehzahlwertes (Ankerspannung) das Schütz für die Gegendrehrichtung
freigegeben wird, so daß hohe Stromstöße bei schnellem Umschalten der Drehrichtung
vermieden werden.
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Die Dioden 169, 170 und die zwischen den Anschlüssen P2 und P7 eingeschalteten
Widerstände 164, 167 gewährleisten die Funktion der Bauteile 152,156 als Schmitt-Trigger.
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Die Anschlüsse P5 der Opto-Koppler 155, 156 und die Anschlüsse Pl,
P4, P8 der Schmitt-Xrigger 152, 159 liegen an den entsprechenden Betriebsspannungsleitungen.
Das Relais 162 betätigt einen Umschalter 300, dessen Umschaltkontakte zu den Anschlüssen
B7, 39 führen. Der Schaltarm ist mit dem Anschluß 38 verbunden. Das Relais 175 betätigt
einen Umschalter 301, dessen Umschaltkontakte mit den Anschlüssen B10, 312 verbunden
sind. Der Schaltarm ist mit dem Anschluß B11 verbunden. Die beiden Schalter 300,
301 sind in Ruhestellung gezeigt.
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Big. 2: Der Übersichtlichkeit sind hiffl die Umschalter 300, 301 noch
mals eingezeichnet worden. Die beiden Umschalter sind in der Stellung gezeichnet,
in der der entsprechende Schwellwertindikator A23 oder A24 kein Ausgangssignal abgibt.
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Das wäre beispielsweise der Fall, wenn der Motor steht.
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Wenn nun beispielsweise der Vorwärtsschalter 304 geschlossen wird,
so erhält das Schützrelais 308 vom Netztrafo A4 über die Sicherung 305, den Schalter
304, den Schalter 301 und Schützschaltstelle 306 Strom Dadurch zieht das Schützrelais
308 an. Es sei bemerkt, daß die Schützrelais 308 und 309 und die entsprechenden
Schützschaltstellen im Ruhezustand dargestellt sind.
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Durch das Anziehen des Schützrelais 308 werden die Schützschaltstellen
307 und 314 geöffnet und die Schützschaltstellen 310, 312, 313 geschlossen. Dem
Mo-tor 1 wird dadurch von den Anschlüssen B5, B6 über die Schützschaltstellen 312,
313 Ankerspaimung zugeführt und zwar mit einer Polarität, die den Vorwärtslauf bewirkt.
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Wenn der Motor vorwärts läuft, so schaltet der Vorwärts-Sollwertindikator
A23 (Fig. 4) den Umschalter 300 in die in gestrichelte Linien angedeu-tete Stellung
um. Wenn nun der Rückwärtsschalter 303 geschlossen und der Vorwärts schalter 304
geöffnet wird, so wird das Schützrelais 308 entregt. Das Scniitzrelais 309 kann
jedoch noch nicht erregt werden, da kein Strom über den Umschalter 300 fließen kann,
solange sich dieser in der gestrichelt angedeuteten Stellung befindet. Durch das
Entregen des Schtitzrelais 308 nehmen die Schützschaltstellen dieses Relais die
in Fig. 2 gezeigte Stellung ein. Dadurch wird der Ankerstromkreis des Motors Al
kurz geschlossen und der Motor abgebremst.
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Wenn der Motor eine so geringe Drehzahl erreicht hat, daß der Vorwärts-Schwellwertindikator
A23 kein Signal mehr abgibt, und der Umschalter 300 wieder in de in der Zeichnung
voll ausgezogene Position umgeschaltet wird, so erhält das Schützrelais 309 vom
Netztrafo A4 Stroom über die Sicherung 305, den Rückwärtrsschalter 303, den Umschalter
300 und die Schützkontalftstelle 307. Das Schützrelais 309 wird dadurch crregt.
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Die Schützkontaktstellen 306, 317 werden geöffnet und die Schützkontaktstellen
311, 315, 316 werden geschlossen. Der Motor Al erhält dadurch von den Anschlüssen
B5, 36 über die Schützkontaktstellen 315, 316 Ankerspannung, jedoch nunmehr mit
umgekehrter Polarität, so daß der Motor rückwärts läuft.
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Der Schleichgang ist an dem Schalter 319 und der Normalgang an dem
Schalter 318 einstellbar. Der Sollwert für den Normalgang ist an dem Potentiometer
320 einregelbar.
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Das UND-Glied A26 wird dadurch gebildet, daß der Umschalter 300 u-nd
der Rückwärtsschalter 303 in Serie liegen. In gleicher Weise wird das UND-Glied
A27 dadurch gebildet, daß der Umschalter 301 und der Vorwärtsschalter 304 in Serie
liegen.
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Das UND-Glied A 28 wird dadurch gebildet, daß die Schützschaltstelle
306 und das Schützrelais 303 in Serie liegen.
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Das UND-Glied A29 wird dadurch gebildet, daß die Schützscha1tstelle
307 und das Schützrelais 309 in Serie liegen.
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Das ODER-Glied A22 wird durch die beiden parallel geschalteten Schützschaltstellen
310, 311 gebildet.
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- Patentansprüche -