DE2616781A1

DE2616781A1 - Statische regenerative gleichstrommotor-steuereinrichtung

Info

Publication number: DE2616781A1
Application number: DE19762616781
Authority: DE
Inventors: Alan Wyant Wilkerson
Original assignee: Allen Bradley Co LLC
Current assignee: Allen Bradley Co LLC
Priority date: 1975-05-05
Filing date: 1976-04-15
Publication date: 1976-11-18
Also published as: GB1546502A; FR2310653A1; US4027220A; CA1091293A; JPS5843999B2; JPS51134820A

Description

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ALLSIi-BRADLEY COHPiuTi
1201 South Second Street
Milwaukee, Wisconsin 53204
USA

8 MÜNCHEN 22

MAXIMIL!ANSTRAS>SE 43

15-April 1976

Statische regenerative Gleichstroisiiotor-Steuereinrichtung

Die Erfindung besieht sich au.€ eine statische regenerative G-leichstromiaotor-Steuereinr-ichtung, mit der von einen mit ihr wirkungsFiäßig verbundenen Motor Leistung an eine We chs elf; tr on-Spcisequelle rückgewinnbar ist, indem der FeIdwicklungsstrom des Motors umgekehrt wird, mit einer !eldixicklungs-Schaltung zum Erregen der Feldwicklung und zum Umkehren der Stromrichtung in der Feldwicklung durch Richterregung.

Bei regenerativen Gleichstrommotor-Steuereinrichtungen wird das für eine genaue Geschwindigkeitsregelung oder andere geivilr-jjcht-e Betriebseigenschaften des Hotorε erforderliche Bremsen vor^snüJuinen, in dem während des Brercsens von dem Motor erzeugte Leistung an die Speisequelle des Motors, z.B. die Wechselcstx-Ga--Speiseleitungen des Motors zurückgeführt' wird.

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TSLKf-ON (OR5) S35P.6S TELEX 05-29300 T;'..liC"i.MMC MONAPAT

Bremsen unter gleichzeitiger Rückgewinnung hat den Vorteil, daß das Bremsen bei einer geeigneten Steuerung des AnkerstroHS andauernd durchgeführt werden kann, während ein Bremsen mit einem Widerstand oder andere Maßnahmen, wie- ein Umstecken der Speiseleitungen, gewöhnlich nur bei Übergangsbedingungen oder für einzelne Stillsetzungen benutzt v/erden kann. Ein Bremsen durch Laistungsrückgewinnung kann außerdem sehr schnell durchgeführt werden.

Leistung kann für eine aktive Speisequelle des Motors zurückgewonnen oder an diese zurückgegeben werden, indem die gl eiche Polarität der Ankerspannung für den Motor beibehalten wird, während die Stromflußrichtung im Anker umgekehrt wird, wie dieses bei der regenerativen Steuerung eines Motors mit Ankerstromumkehr der Fall ist. Die Leistung kann in dem Kotor- auch dadurch zurückgewonnen werden, indem der Ankerstrom in der gleichen Richtung beibehalten wird, während die Polarität der Ankerspannung umgekehrt wird. Die Umkehrung der Ankerspannung wird durch Umkehrung des Motorfeldes erreicht. Eine diese Technik benutzende Motorsteuerung wird als eine regenerative Steuerung mit Feldumkehr bezeichnet. Diese Technik wird auch bei der neuen Steuereinrichtung angewendet. Eine Steuerung mit Feldumkehr weist eine Feldwicklungsschaltung zum Umkehren des Motorfeldes und eine Ankerschaltung zum entsprechenden Steuern des Ankerstroms des Motors auf.

Die Feldwicklungsschaltung weist gewöhnlich zwei Gruppen von Thyristoren auf, die mit einer Wechselstrom-Speisequelle verbunden sind. Die Gruppen der Thyristoren steuern die Richtung und Größe des Feldwicklungsstromes. Die Thyristoren werden von einer Zündschaltung gesteuert, die bestimmt, welche Gruppe von Thyristoren in Übereinstimmung mit der Polarität eines dem Betriebszustand des Motors zugeordneten Fehlersignals leitend geschaltet wird und auch den Zündwinkel der Thyristoren in Übereinstimmung mit der Größe des !ehlersignals bestimmt.

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Beim Bremsvorgang mit Leistungsrückgewinnung dreht die Urdkeh™ rting des Motorfeldes die Polarität des Motorflusses und der gegenelektromotorischen Kraft des Ankers um, während angenommen wird, daß die Richtung der Motordrehung im Augenblick noch die gleiche bleibt. Die umgekehrte gegenelektromotorische Kraft gibt eine Vorspannung an die Thyristoren in einer Thyristorbrücke zwischen den Wechselstrom-Speiseleitungen und dem Motoranker, damit eine Stromleitung in der gleichen Richtung stattfindet wie während des Motorbetriebs immer dann, wenn die gegenelektromotorische Kraft negativer als die Spannung der Wechselstrom-Speiseleitungen ist. Dieses umfaßt einen Abschnitt der negativen Halbwellen des Wechselstroms, wodurch die für die Rückgewinnung erforderliche Umkehr der Spannung möglich ist.

Die Umkehr des Stroms durch die Feldwicklung, die für die Rückgewinnung erforderlich ist, kann infolge der Induktivität der Feldwicklung nicht augenblicklich erreicht werden. Daher ergibt sich eine Übergangsperiode in der Betriebsweise der regenerativen Motorsteuerung, während der der Motor sich weder im Motorbetrieb noch im Generatorbetrieb befindet, sondern vielmehr im wesentlichen ungesteuert ist. Infolge dieses ungesteuerten Zustandes des Motors während dieses Zeitintervalls wird eine genaue Geschwindigkeitsregelung verringert, die von einer regenerativen Motorsteuerung gewünscht wird.

Um die Dauer dieser Übergangsperiode zu vermindern, sehen verbesserte regnerative Motorsteuerungen bisher eine Verminderung des Wicklungsstromes durch Entladung der induktiven Energie der -Feldwicklung zurück an die Speisequelle für die Feldwicklung vor. Dieses wird durch Zünden der Thyristoren in der Feldwicklungsschaltung in den Endabschnitten einer jeden Halbwelle des Wechselstroms durchgeführt.

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Zündschaltungen für diesen Zweck haben bisher gewöhnlich ein Paar von Impulsgeneratoren für jede Gruppe von Thyristoren in der Zündschaltung benutzt. Ein erster Impulsgenerator zündet die Thyristoren während ihrer leitenden Zeitintervalle in Abhängi-gkeit von der Größe eines Eingangssignals an die Zündschaltung, das von dem dem Betriebszustand des Motors zugeordneten Fehlersignal abgeleitet wird. Der zweite Impulsgenerator spricht auf die Wechselspannung an, wenn diese in der Nähe des Endes der leitenden Zeitintervalle sich dem Wert Null nähert. Die vom zweiten Impulsgenerator erzeugten Impulse werden zum Abbauen des Feldes benutzt, da der induktive Strom der Feldwicklung sich über die leitenden Zeitintervalle der Thyristoren hinaus erstreckt, die von den zweiten Impulsen während der negativen Halbwellen der Wechselspannung erzeugt werden, wodurch ein Abbau des Feldes unter gleichzeitiger Leistungsrückgewinnung erfolgt.

Da jedoch das Auftreten der zweiten Impulse von der Leitungsspannung abhängt, können Spannungsübergänge dieser Spannung nachteilig die Erzeugung dieser Impulse beeinträchtigen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine neue regenerative Gleichstrc,· motor-Steuereinrichtung zu schaffen, die eine Zündschaltung für die Thyristoren des Feldes hat, die die bei den bisherigen Schaltungen benutzten doppelten Impulsquelien vermeidet und statt dessen eine Begrenzung des Steuerbereiches bei Zündimpulsen aus einer einzigen gesteuerten Quelle vorsieht.

Gemäß der im Patentanspruch 1 angegebenen erfindungsgeraäßen Lehre wird diese Begrenzung durch das Vorsehen einer Vorspanneinrichtung in der Zündschaltung erreicht, die sicherstellt, daß selbst beim Fehlen eines Eingangssignals an der Zündschaltung die Thyristoren mindestens einmal während jeder leitenden Halbwelle der Thyristoren gezündet.warden. Diesos Sünden tritt im K'idabachnitt der Halbwellen auf. Bi-ö Bss-tsi^cg sinor Vor-

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spanneinrichtung bewirkt die Erzeugung eines Zündimpulses jeder Halbwelle unabhängig von der Spannung auf der Speiseleitung und irgendwelchen Störspannungen auf dieser.

Weitere, die besondere Ausbildung der neuen Steuereinrichtung betreffende Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer statischen regenerativen Gleichstrommotor-Steuereinrichtung mit der verbesserten Feldwicklungs-Schaltung,

Fig. 2 a und 2 b grafische Darstellungen der Arbeitsweise des Motorfeldes mit der die Leistungsrückgewinnung bewirkenden Entladung, die durch die neue Feldwicklungsschaltung erreicht wird,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsforn der in der neuen Feldwicklungs-Schaltung vorgesehenen Zündschaltung und

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführung der in der verbesserten Feldwicklungs-Schaltung vorgesehenen Zündschaltung.

In Fig. 1 ist die neue regenerative Gleichstrommotor-Steuereinrichtung 10 dargestellt. Die Steuereinrichtung 10 benutzt eine Bezugs- und Rückkopplungsschaltung 14- und weist einen Eingangsverstärker 16, eine Feldwicklungs-Schaltung 18 und eine Anker-Schaltung 20 auf. Die Steuereinrichtung treibt einen Gleichstrommotor 22 mit einem Anker 24 und einer Feldwicklung 26, die jeweils eine elektromagnetische Wicklung aufweisen. Die Steuerein-

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richtung erhält ihre Speisespannung von wechselspanr-.ungslei-tungen 28.

Die Bezugs- und Rückkopplungsschaltung 14 weist eine Bezugssignalquelle 30 auf, die ein einstellbares Gleichspannungssignal an einen Leiter 32 mit Hilfe einer Gleichspannungsque.lle 34- und eines Potentiometers 36 gibt. Ein Eückkopplungssignal kann von einem Tachogenerator 38 erzeugt werden, der mit dem. Anker 24- verbunden ist und ein Gleichspannungssignal an einen Leiter 40 zuführt, das der Drehzahl des Ankers 24- entspricht. Rückkopplungssignale, die anderen Betriebsparametern des Motors, wie dem Drehmoment oder anderen Betriebsbedingungen in einer von dem Gleichstrommotor angetriebenen Einrichtung entsprechen, wie z.B. der Bandspannung, können ebenfalls benutzt werden. Die neue Steuereinrichtung ist daher nicht allein auf die Steuerung der Motordrehzahl beschränkt. Die Leiter 32 und 4-0 sind an einem Mischpunkt 4-2 miteinander verbunden, an dem ein Fehlersignal -für einen Leiter 44- gebildet wird. Dieses Fehlersignal kann eine von zwei Polaritäten haben und dient als ein Steuersignal für den Motorbetrieb bei der einen Polarität und als ein Steuersignal beim Bremsen für die Leistungsrückgewinnung bei der anderen Polarität.

Das Fehlersignal auf dem Leiter 44- wird an den Eingangsverstärker 16 gegeben. Der Verstärker 16, der in typischer V/eise eine hohe Verstärkung aufweist, gibt ein Ausgangssignal mit zwei Polaritäten ab, dessen Größe bis zu einem plötzlichen Sättigungspunkt proportional dem Eingangssignal ist. Eine typische Schaltung, die als Verstärker 16 benutzt werden kann, ist auf Seite 119 des Transistor Manual, 7.Ausgabe, 1964, der General Electric Company veröffentlicht.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 16 auf einem Leiter 46 wird an die Feldwicklungs-Schaltung 18 über den Leiter 48 und an die Anker-Schaltung 20 über den Leiter 50 gegeben.

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Die Feldwicklungs-Schaltung 18 erhält einen Speisewechselstron von Wechselspannungs-Speiseleitungen 28 über einen Transformator 52, Der Mittenabgriff der Sekundärwicklung des Transformators 52 ist mit einem Anschluß der Feldwicklung 25 verbunden. Die Anschlüsse der Sekundärwicklung des Transformators 52 weisen zwei Gruppen von entgegengesetzt geschalteten Thyristoren 54 lind 56 sowie 58 und 60 auf, die mit dem anderen Anschluß der Feldwicklung 26 verbunden sind. Diese Thyristoren steuern die Richtung des Stromflusses durch die Feldwicklung 26, wobei jeweils eine Gruppe von Thyristoren für jede Richtung des Stromflusses leitend geschaltet ist.

Eine Zündschaltung 62 für die Thyristoren der Feldwicklung, die im einzelnen in den Figuren 3 und 4 gezeigt ist, steuert die Arbeitsweise der Thyristoren 54 bis 60 in Abhängigkeit von einem Eingangssignal auf dem Leiter 48. Die durch die Zündschaltung 62 für die Thyristoren der Feldwicklung bewirkte Steuerung bestimmt, welche Gruppe von Thyristoren sich im leitenden Zustand befindet und auch die Größe des Stroms durch die Feldwicklung.

Die Feldwicklungs-Schaltung 18 weist außerdem einen V/iderstand 66 auf, der mit der Feldwicklung 26 in Reihe geschaltet ist. Dieser Widerstand wirkt als eine Einrichtung zur Erfassung der Polarität und Größe des Stroms in der Feldwicklung 26. Der Widerstand 66 bewirkt ein ^ückkopplungssignal in den Leitern 68 und 70, das der Größe des Stroms der Feldwicklung entspricht und an den Eingang der Zündschaltung 62 gegeben wird, damit die Größe des FeldwicklungsStroms dem Signal auf dem Leiter 48 entspricht. Das den Feldwicklungsstrom angebende Signal vom Widerstand 66 wird auch an den Leiter 72 gegeben.

Die Ankerschaltung 20 erhält Speisespannung von den Wechselstrom-Speiseleitungen 28 über einen Transformator 74. Die Größe der an den Anker 24 gegebenen Leistung wird durch eine Thyristor-Brückenschaltung 76 für den Anker gesteuert, die

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zwischen den Transformator 74- und den Anker 24 geschaltet ist. Die Brückenschaltung 76 weist Thyristoren 77 bis 82 auf. Die Brückenanschlüsse 84 und 86 bilden die Ausgangsanschlüsse der Steuereinrichtung 10, an denen die Spannungsumkehr stattfindet, die für eine Leistungsrückgewinnung erforderlich ist.

Eine Zündschaltung 88 für die Thyristoren des Ankers steuert die Arbeitsweise der Thyristoren in der Thyristor-Brückenschaltung 76 mit Hilfe von Zündsignalen auf dem Leiter 90. Damit die Steuereinrichtung 10 einen Rückgewinnungsbetrieb bewirken kann, muß die Zündschaltung 88 für die Thyristoren des Ankers die Arbeitsweise der Thyristoren mindestens über einen Teil sowohl der positiven und negativen Halbwellen des von den Speiseleitungen 28 zugeführten Wechselstroms steuern. Eine solche Zündschaltung kann durch Wechsel der HiasenbeZiehung der Synchronisationsspannungen bei einer Schaltung erhalten werden, wie sie auf Seite 132 des zuvor erwähnten Transistor-Manual gezeigt ist, damit diese Schaltung aich für den Teil einer anderen Halbwelle arbeitet. Eine geeignete Zündschaltung ist auch in den US-PSen 3 456 176 und '3 486 102 gezeigt.

Ein Stromregelverstärker 92 bewirkt ein bipolares Eingangssignal für die Zündschaltung 88 für die Thyristoren des Ankers auf einem Leiter 94-· Der Stromregelverstärker 92 regelt den Ankerstrom während des Motorbetriebs und während des Betriebs mit Leistungsrückgewinnung und benutzt ein Signal, das auf einem Leiter 96 als ein Bezugssignal anliegt,und das Rückkopplungssignal für den Ankerstrom von einer Erfassungseinrichtung, wie einem Widerstand 98, auf einem Leiter 100 als ein Rückkopplungssignal.

Eine Zusammenfassuig seinrichtung 102 erhält an ihren Eingängen das Signal vom Eingangsverstärker 16 auf dem Leiter 50 und das Signal für den leldwicklungsstrom auf dem Leiter 72. Der

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Ausgang der Zusammenfassungseinrichtung 102 ist mit einem Leiter 96 verbunden. Die Zusammenfassungseinrichtung 102 bewirkt eine Zusammenfassung zwischen der Arbeitsweise der Feldwicklungs-Schaltung 18 und der Anker-Schaltung 20 während der Übergangsperiode, in der die Umkehr der Eichtung des Stromflusses durch die Feldwicklung auftritt. Die Zusamme ηfassungseinrichtung 102 schaltet die Anker—Schaltung während dieser Periode stromlos. Während der übrigen Zeit gibt die Zusammenfassungseinrichtung 102 ein Signal auf dem Leiter 96 ab, das dem Ausgangssignal des Verstärkers 16 entspricht, das zum Einschalten der Anker-Schaltung 20 benutzt wird und einen Strom an den Anker 24 bewirkt. Geeignete Zusammenfassungseinrichtungen sind in den US-PSen 3 435 316 und 3 475 671 gezeigt.

Zum Betrieb des Motors 22 wird ein Schalter 104 in den Speiseleitungen 28 geschlossen, um die Schaltung der Steuereinrichtung 10 einzuschalten. Die Bezugssignalquelle 30 wird so eingestellt, daß sie ein Signal abgibt, das eine der gewünschten Drehzahl des Motors 22 entsprechende Größe und eine der gewünschten Drehrichtung entsprechende Polarität hat. Das Bezugssignal wird über den Leiter 32 an den Verbindungspunkt 42 und dann an den Verstärker 16 gegeben. Der Verstärker erzeugt ein Ausgangssignal auf dem Leiter 46, das in Größe und Polarität dem Eingangssignal proportional ist. Da sich der Anker 24 jetzt noch nicht dreht, wird kein Rückkopplungssignal durch den tachogenerator 38 erzeugt.

Die Peldwicklungs-Schaltung 18 benutzt die Polarität des Ausgangssignals des Verstärkers 16 auf den Leitern 46 und 48 zum Leitendschalten entweder der Thyristoren 54 und 56 oder der Thyristoren 58 und 60 mit Hilfe der Zündschaltung 62, um damit die Drehrichtung des Motors 22 zu steuern. So können z.B. die Thyristoren 54 und 56 durch das Signal mit positiver Polarität auf den Leitern 46 und 48 leitend

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geschaltet werden. Der durch die Thyristoren 54· und 56 bewirkte Strom verursacht einen Strom mit der gewünschten Rieh tung durch die Feldwicklung 26.

Die Zündschaltung 62 für die Thyristoren der Feldwicklung erhält ein Rückkopplungssignal negativer Polarität vom Widerstand 66 auf den Leitungen 68 und 70, das diese Schaltung und die Zündung der Thyristoren 52 und 54- bis zu der gewünschten Feldstärke regelt.

Der Rückkopplungsstrom für den Feldstrom auf dem Leiter 68 gelangt auch an den Leiter 72, wodurch ein Signal an den Eingang der Zusammenfassungseinrichtung 102 gelangt. Die Zusamraenf assungseinrichtung 102 erzeugt ein Ausgangssignal für den Stromregelverstärker 92 auf der Leitung 96 und für die Zündschaltung 88 für die Thyristoren des Ankers auf der Leitung 3^LV. Die Zündschaltung 88 für die Thyristoren des Ankers erzeugt Zündsignale für die Thyristoren der Thyristor-Brückenschaltung 76 auf dem Leiter 90, um den Anker 24-zu erregen und zu beschleunigen.

Die Beschleunigung des Ankers 24- bewirkt, daß der Tachogenerator 38 ein Rückkopplungssignal auf dem Leiter 4-0 erzeugt, das die Größe des Fehlersignals auf dem Leiter 44 vermindert» Die durch die Steuereinrichtung 10 bewirkte Regelung stellt sicher, daß der Motor 22 eine Drehzahl beibehält, die durch die Bezugssignalquelle 30 vorgegeben ist.

Der Leistungsrückgewinnungsbetrieb der Steuereinrichtung 10 kann durch Vermindern des Bezugssignals auf dem Leiter 32 oder durch eine die Drehzahl des Ankers 24- überlaufende Belastung bewirkt werden.

In jedem Fall wird das von dem Tachogenerator 38 auf dem Leiter 40 erzeugte Rückkopplungssignal das Bezugssignal übor-

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steigen, das von der BezugssignalLxnielle 30 auf dem Leiter 32 erzeugt wird. Dadurch wird die Polarität des Fehlersignals auf dem Leiter 44 und die Polarität des Ausgangssignals vom Verstärker 16 umgedreht.

Die umgekehrte Polarität des Ausgangssignals von dem Verstärker 16 bewirkt an der Zündschaltung 62 für die Thyristoren der Feldwicklung, daß diese die Thyristoren 62 und 54 sperrt und die Thyristoren 56 und 58 in der Feldwicklungs-Schaltung 18 in den leitenden Zustand schaltet, um die umgekehrte Erregung der Feldwicklung 26 zu beginnen.

Die umgekehrte Polarität des Ausgangssignals vom Verstärker 16 bewirkt an der Zusammenfassungseinrichtung 102 das Verschwinden ihres Ausgangssignals und des Stroms von der Ankerwicklung 24-.

Wenn der Feldwicklungsstrom auf Null abfällt und seine Richtung umkehrt, so gibt die Zusammenfassungseinrichtung 102 erneut ein Ausgangssignal über den Leiter 96 zum Wiedererregen des Ankers 24. Das Signal betätigt die Zündschaltung 88 für die Thyristoren des Ankers derart, daß die Thyristoren in der Brückenschaltung 76 in den Teilen der negativen Halbwellen des zugeführten Wechselstroms gezündet werden, in denen die Wechselspannung positiver als die umgekehrte gegenelektromotorische Kraft ist, die von dem umgekehrten Motorfeld erzeugt wird, wodurch der Motor 24 Leistung zurückgewinnt und an die Speisequelle zurückgibt.

Die Leistungsrückgewinnung an die Speisequelle bewirkt ein Abbremsen der Drehzahl des Motors 22. Wurde eine ausreichende Abbremsung vorgenommen, um die Drehzahl des Motors 22 auf die gewünschte Größe zu vermindern, wie dieses durch das Bezugssignal auf dem Leiter 32 angegeben ist, so wird das Rückkopplungssignal auf dem Leiter 40 sich erneut dem Bezugssignal

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annähern, gleich diesem werden und wiederum geringer als diene?ρ werden. Dadurch geht die Steuereinrichtung 10 wieder auf den Kotorbetrieb über, indem sie die Polarität des Signals auf den Leitern 44, 46 und 50 zurück auf die ursprüngliche Polarität umkehrt und e3.ne weitere Übergangsperiode einleitet. Αία Ende dieser Übergangsperiode nimmt der Motor 22 wiederum seinen Betr-ieb als Motor unter Steuerung durch das Bezugssignal auf dem Leiter 32 und des Rückkopplungssignals auf dem Leiter 40 auf.

In der Feldwicklungs-Schaltung 18 werden bei dem vorstehend zuerst beschriebenen Motorbetrieb die Thyristoren 54 und 56 abwechselnd durch Spannungen in den leitenden Zμstand geschaltet, die von der Sekundärwicklung des Transformators 52 zugeführt werden, und durch geeignete Zündsignale von der Zündschaltung 62. Die grafische Darstellung der Spannung an dem rechten Anschluß der Feldwicklung ist unter 200 in Fig. 2a dargestellt. Fig. 2a zeigt die Halbwellen der Spannung, wenn die Thyristoren ""■ellständig gezündet sind. Diese gleichgerichtete Spannung erzeugt einen Gleichstrom 202 durch die Feldwicklung 26. Der Jeweils leitende Gleichrichter bzw. Thyristor ist jeweils unter geder Halbwelle der Spannung 200 angegeben.

Bei einer Zündschaltung, die nicht sicherstellt, daß ein Zündimpuls während jeder Halbwelle auftritt, arbeitet die Feldwicklungs-Schaltung 18 in der folgenden Weise, wenn der Strom £02 auf Hull vermindert werden soll. Zu einem Zeitpunkt T. wird der Thyristor 56 nicht während seiner zugehörigen Halbwelle in den leitenden Zustand geschaltet, da ein geeignetes Signal auf dem Leiter 48 für die Zündschaltung 62 fehlt. Dreht sich daher die Polarität des Signals auf dem Leiter 48 infolge einer TT₇TVgIj₁. des Fehlersignals ebenfalls um, so zündet die Zündschal— '-""2^ 52 ulviiv Xängsr iig tDhyristoran 5- 1122a ,5S* Der Strom 202 ' * -■'-' ν '--I;-"":. -.■■ii.tes/lilii -X-AWhI lie ^'s'L-^'.:,\,^iX sl.^ 2o ir>.folge ihrer . A-ul^7-?3ü 3igerischäften.

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Um diesen Stromfluß aufrechtzuerhalten, wird die Feldwicklung 26 eine elektrische Energiequelle, deren Spannung die vom Transformator 52 zugeführte Spannung während der negativen Halbwellen für den Thyristor 54- überschreitet. Die in der Feldwicklung 26 erzeugte Spannung hält den Thyristor 5^ZI-in seinem leitenden Zustand während dieser negativen Halbwellen. Der Thyristor 54- leitet weiterhin während seiner normalen positiven Halbwellen, da er dann in Durchlaßrichtung in geeigneter Weise durch die vom Transformator 52 zugeführte Spannung vorgespannt ist.

Die in Fig. 2a im Anschluß an den Zeitpunkt T,, folgende Darstellung zeigt die Spannung und den Strom der Feldwicklung 26 unter den Bedingungen, bei denen der Thyristor 56 nicht leitend geschaltet ist. Es ist darauf hinzuweisen, daß tatsächlich eine Wechselspannung an die Feldwicklung 26 gegeben wird. Dadurch nimmt der Strom durch die Feldwicklung 26 mit einer kleinen Wellung bis auf Null zum Zeitpunkt T₂ ab. Zu diesem Zeitpunkt wird der Transistor 54- gesperrt, da kein Strom mehr· durch ihn hindurchfließt und die Spannung über der Feldwicklung 26 beendet wird. Es ist darauf hinzuweisen, daß der Abfall des induktiven Stroms in der Feldwicklung 26 unter den zuvor erwähnten Umständen nicht befriedigender ist als die induktive Zeitkonstante der Feldwicklung.

Es ist ebenfalls darauf hinzuweisen, daß während der Zeitdauer, während der die Feldwicklung 26 als Spannungsquelle betrachtet werden kann, die Feldwicklung 26 Leistung an die Wechselstromleitungen 28 zurückgibt, wenn der Strom in der gleichen Richtung wie zuvor aufrechterhalten wird, jedoch die Polarität der Speiseanschlüsse in dem Transformator 52 umgekehrt ist. Während der positiven Halbwellen der an den Thyristor 54· gegebenen Spannung wird Leistung an die Wicklung 26 vom Transformator 52 zugeführt. Diese Zuführung und Rückgewinnung von Leistung bewirkt eine nur kleine nützbare Differenz und kann

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für praktische Anwendungen vernachlässigt werden. Es ergibt sich daher keine nutzbare Leistungsrückgewinnung an die Feldwicklung und die induktive Energie der Feldwicklung 26 wird im Innenwiderstand der Feldwicklung abgebaut.

Die in der neuen Steuereinrichtung benutzte Zündschaltung 62 für die Thyristoren der Feldwicklung stellt sicher, daß ein Sündimpuls während jeder Halbwelle des Wechselstroms bis sum Ende der Halbwelle erzeugt wird. Diese Zündimpulse werden zum schnellen Vermindern des Stroms in der Feldwicklung 26 auf Null durch Zurückgewinnung der induktiven Energie der Feldwicklung 26 durch den Transformator 5² hindurch zurück zu den Speiseleitungen 28 benutzt. So können z.B. die Thyristoren und 56 etwa 10° vor dem Ende einer jeden Halbwelle der zugeführten Wechselspannung gezündet werden. Die Wirkung dieser Arbeitsweise ergibt sich aus Fig. 2b. Wie zuvor wird angenommen, daß eine Vielzahl von Halbwellen der in Fig. 2b gezeigten Darstellung vorangegangen ist. Wie zuvor wird der Thyristor 54 gezündet, der Thyristor 56 jedoch nicht in einem geeigneten Zeitpunkt gezündet, um den Strom durch die Feldwicklung 26 vom Transformator 52 aus hindurchzuleiten. Dadurch bleibt der Thyristor 54- in seinem leitenden Zustand, um Strom von der Wicklung 26, die als Spannungsquelle wirkt, durch den Transformator 52 an die Speiseleitungen 28 als Belastung zu leiten. Etwa 10° vor dem Ende der negativen Halbwelle wird der Thyristor 56 gezündet. Dadurch wird der Thyristor 54 gesperrt, da der Strom jetzt einen anderen Strompfad durch den Thyristor 56 findet, der bevorzugt ist, da er die Richtung hat, die der Transformator*- 52 bevorzugt, um Leistung an die Wicklung 26 zu geben. Der Thyristor 56 gibt Leistung an die Feldwicklung 26 während der verbleibenden 10° der Halbwelle. Am Ende der Halbwelle wird der Rückgewinnungsbetrieb fortgesetzt, wenn der Thyristor 54 nicht leitend ist und der Thyristor 56 zur Beibehaltung seines leitenden Zustandes gezwungen wird,

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da er den einzigen möglichen Strompfad für den induktiven Stromfluß darstellt. Dreht sich, die Spannung des Transformators 52 um, so wird Strom an seinen positiven Anschluß gegeben, was die Rückgewinnungswirkung bildet.

Für nachfolgende Halbwellen wird ein ähnlicher Betrieb durchgeführt. Das heißt, der Thyristor 54 wird während-der letzten 10° der nächsten Halbwelle leitend geschaltet, um die induktive Energie der Feldwicklung 26 an die Speiseleitungen 28 zurückzugewinnen, wenn die Spannung des Transformators 52 sich erneut umdreht. Die nutzbare Wirkung ist ein sehr großer zurückgewonnener Teil einer jeden Halbwelle und ein kleiner Teil eines Leistungsverbrauchs, der lediglich nur in den' jeweils letzten 10° einer Halbwelle auftritt. Dadurch wird der Strom in der Feldwicklung 26 sehr schnell vermindert, wie dieses in Fig. 2b gezeigt ist.

Fig. 3 zeigt eine Ausführung einer Zündschaltung 62. Die Zündschaltung 62 wird von einer Gleichspannungsquelle gespeist, die mit Anschlüssen 300 und 302 verbunden ist, die eine negative Spannung in der Speiseleitung 304 und Erdpotential in einer geerdeten Speiseleitung 306 bewirkt.

Die Zündschaltung 62 ist aus einem Paar von Impulsgeneratoren 308 und 310 gebildet. Der Impulsgenerator 308 erzeugt Zündimpulse für die Thyristoren 54- und 56. Der Impulsgenerator 310 erzeugt Zündimpulse für die Thyristoren 58 und 60. Die Impulsgeneratoren 3O8 und 310 sind im wesentlichen einander gleich, so daß anschließend nur der Impulsgenerator 308 im einzelnen erläutert wird.

Der Leiter 312, der zwischen die Speiseleitung 304 und die geerdete Speiseleitung 306 geschaltet ist, weist einen in Reihe geschalteten Unijunktions-Transistor 314 und einen s^jölinlichen Transistor 316 auf. Im einzelnen weist der Ί-?\^ν 312

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die Bas is an Schlüsse des Unijunktions-Transistors 314- und. die Emitter-Eollektor-Strecke des Transistors 316 auf. Der Leiter 312 weist außerdem einen VorspanmcLderstaud 318 auf. Ein Leiter 320, der zwischen den Unijunktions-Transistor 314- und den Widerstand 318 geschaltet ist, gibt die Zündimpulse an die Thyristoren 54- und 56.

Die Basis des Transistors 316 erhält ein Synchronisationssignal, um sicherzustellen, daß die Arbeitsweise des Impulsgenerators 308 mit den Halbwellen des an die Thyristoren 54- und 56 gegebenen Wechselstroms synchronisiert ist. Der Leiter 322 ist mit der Basis des Transistors 316 verbunden und über einen Gleichrichter 324- mit einem Transformator 326, der mit den Speiseleitungen 28 für den Wechselstrom verbunden ist.

Ein Leiter 328, der zwischen die Speiseleitung 304- und die Speiseleitung 306 geschaltet ist, v/eist einen Kondensator 330 und die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors 332 auf. Ein Leiter 334- ist mit dem Leiter 328 zwischen dem Kondensator 330 und dem Transistor 332 sowie mit dem Emitter des Unijunktions-Transistors 314- verbunden. Ein Widerstand 336 ist in Reihe mit dem Emitter des Transistors 332 geschaltet.

Ein aus Widerständen 338 und 34-0 gebildeter Spannungsteiler ist zwischen die Speiseleitung 304- und die Speiseleitung geschaltet und gibt eine Vorspannung an den Verbindungspunkt 34-2 und an die Basis des Transistors 332 in dem Leiter 34-4-. Das Eingangssignal vom Verstärker 16 im Leiter 48 wird über die Diode 34-6 an den Verbindungspunkt 34-2 gegeben.

Vie zuvor erwähnt, ist der Impulsgenerator 310 in gleicher Weise aufgebaut wie der Impulsgenerator 308. Damit eine Polarität des Eingangs signals auf dem Leiter 4-8 den Impulsgenerator

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508 und die Thyristoren 54- ¹J-Hd 56 und die andere Polarität des Eingangssignals den Impulsgenerator 310 und die Thyristoren 58 und 60 einschalten können, ist ein invertierender Verstärker 348 zwischen den Leiter 80 und die Diode 346 des Impulsgenerators 310 geschaltet.

Die Arbeitsweise des Impulsgenerators 308 beim Fehlen eines geeigneten Zündsignals auf dem Leiter 48 wird nachfolgend erläutert. Bei Beginn einer jeden Ealbwelle des an die Transistoren 54 und 56 gegebenen VechseIstroms wird ein Signal vom Transformator 326 über den Gleichrichter 324 und den Leiter 322 an die Basis des Transistors 316 gegeben, das diesen in seinen leitenden Zustand schaltet und den Unijunktions-Transistor 314 in einen potentiell wirksamen Schaltzustand vorspannt. Bevor der Uniöunktions-Transistor 314- auf diese Weise vorgespannt ist, wird irgendeine Änderung auf dem Kondensator 330 über die Emitter-Basis-Strecke des ünijunktions-Transistors abgeleitet.

Zur gleichen Zeit wie die Vorspannung an den unijunktions-Transistor 314- gegeben wird, gibt der aus den Widerständen 338 und 340 gebildete Spannungsteiler eine Spannung an den Verbindungspunkt 342 und an den Leiter 344, die den Transistor 332 in den leitenden Zustand schaltet und einen Stromfluß in dem Leiter 338 veranlaßt, der das Aufladen des Kondensators 330 beginnt. Der auf diese Weise erzeugte Strom und die Ladegeschwindigkeit des Kondensators 330 sind derart, daß am Ende der Halbwelle des ankommenden Wechselstroms die Ladung auf dem Kondensator 330 einen Pegel annimmt, der gerade unterhalb der Spitzenemitterspannung des Unijunktions-Transistors 314 liegt, die zum Leitendwerden des Unijunktions-Transistors bei dem vom Transistor 316 bewirkten Vorspannpegel erforderlich ist.

Wenn die vom Transistor 316 bewirkte Vorspannung am Ende der ankommenden Halbwelle abfällt, ist die Ladung auf dem Konden-

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sator 330 zum Ansteuern des Unijmilitions-Transistors 314- avsreichend. Eins Entladestrecke niedrigen Widerstandes wird in dem Unijunktions-Transistor hergestellt und die Energie des Kondensators 330 wird durch den Uni^unktions-Transietor 314-hindurch entladen, um einen Ans teuerimpuls für die Thyristoren 54- und 55 auf dem Leiter 320 zu erzeugen, um diese Thyristoren leitend zu schalten. Die Spannungsabfälle im Transistor 3I6 sind so, daß der Uni jtmktions-Transistor 314· etwa 10° vor dem Ende der Halbwelle leitend geschaltet wird. Die Größe der Widerstände 338 und 34-0 des Spannungsteilers sind so gewählt, daß der Spannungspegel des Kondensators 330 sowohl das gewünschte zeitliche Auftreten des Impulses als auch einen Impuls ausreichender Größe zum Zünden der Thyristoren 54 und 56 bewirkt. Die gleiche Betriebsweise tritt beim Impulsgenerator 310 auf, so daß Zündimpulse an alle vier Gleichrichter bzw« Thyristoren der Peldwicklungs-Schaltung 18 gegeben werden. Jedoch wirkt der positiven Spannung, die in zwei der Thyristoren erzeugt wird, die negative Spannung entgegen, die in den anderen beiden Thyristoren erzeugt wird, so daß der Nutzeffekt der Spannung über der Feldwicklung -26 gleich Null ist.

Wird ein geeignetes Eingangssignal an den Leiter 4-8 für die Zündschaltung 62 gegeben, so spricht einer oder der andere der Impulsgeneratoren 308 und 310 an, je nach der Polarität dieses Signals. Als ein Beispiel wird angenommen, daß die Polarität des Signals auf dem Leiter 4-8 derart ist, daß der Impulsgenerator 308 eingeschaltet wird. Das Signal auf dem Leiter 4-8 gelangt durch die Diode 34-6 an den Verbindungspunkt 34-2 und über den Leiter 344- an die Basis des Transistors 332. Dieses vergrößert die Ladegeschwindigkeit des Kondensators 330, so daß die Spannung am Kondensator die ^pitzenemitterspannuug des Unijunktbns-Transistors 314- überschreitet, die zum Ansteuern des Unijunktions-Transistors 314- erforderlich ist, wenn die volle Vorspannung von dim Transistor 316 aufgebracht

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wird. Der Unijunctions-Transistor erzeugt Zündimpulse für die Thyristoren 54 und 56. Das Zünden der Thyristoren 54 und 56 eilt dem Auftreten der Halbwellen des Wechselstroms voraus und der Stromfluß durch die Feldwicklung 26 beginnt. Die Größe des Vorauseilens und der Augenblick der Impulserzeugung wird durch die Größe des Signals auf dem Leiter 48 bestimmt.

Während der Impulsgenerator 308 Zündimpulse für die Thyristoren 54 und 56 in Abhängigkeit von dem Eingangssignal auf dem Leiter 48 erzeugt, gibt der Impulsgenerator 310 weiterhin Zündimpulse an die Thyristoren 58 und 60 in Abhängigkeit von dem Vorspannsignal, das in diesem Impulsgenerator von dem Spannungsteiler 338 bis 340 erzeugt wird.

Diese für die Thyristoren 58 und 60 erzeugten Zündimpulse an den Endabschnitten der Halbwellen erzeugen einen Strom, der dem Strom in den Thyristoren 54 und 56 entgegengerichtet ist. Jedoch, endet dieser Schaltzustand, wenn die zugeführte Spannung sich umkehrt und der Leistungsverlust an der Feldwicklung 26 ist von geringer Bedeutung, da er nur während 10° einer Halbwelle auftritt.

Soll zur Leistungsrückgewinnung die Feldwicklung 26 entladen werden, so wird die Polarität des Eingangssignals in dem Leiter 48 umgekehrt. Das Eingangssignal auf dem Leiter 46 zum Verbindungspunkt 342 wird durch die Sperrwirkung der Diode 346 entfernt. Dieses verzögert die Zündwinkel der Thyristoren 54 und 56. Das am Verbindungspunkt 342 verbleibende Signal, das von dem aus den Widerständen 338 und 340 gebildeten Spannungsteiler erzeugt wird, gibt Zündimpulse an die Thyristoren 54 und 56 etwa 10° vor dem Ende der Halbwelle, um eine regenerative Entladung zu bewirken, wie sie in Fig. 2b gezeigt ist. Die umgekehrte Polarität des Eingangssignals auf dem Leiter 48 gibt dieses Signal an den Impulsgenerator 310

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um einen Stromfluß in der Feldwicklung 26 in der entgegengesetzten Richtung zu beginnen, wenn die regenerative Entladung beendet ist.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der Zündschaltung, bei der der aus den Widerständen 338 und 340 gebildete Spannungsteiler zwischen eine neutrale Leitung 306 und eine positive Speiseleitung 350 geschaltet ist. Der Verbindungspunkt 342 des Spannungsteilers ist über einen Widerstand 352 mit dem Emitter des Transistors 332 verbunden, um die geringste Größe des Stroms durch den Transistor zu steuern und die Aufladegeschwindigkeit des Kondensators 330, der mit dem Emitter des Unijunktions-Transistors 314 verbunden ist.

Die Arbeitsweise der in Fig. 4 gezeigten Schaltung ist ähnlich der der in Fig. 3 gezeigten Schaltung, da der aus den Widerständen 338 und 340 gebildete Spannungsteiler einen minimalen Ladestrom für den Kondensator 330 bewirkt, der die Erzeugung von Zündimpulsen durch den Unijunktions-Transistor 314 nahe dem Ende der Halbwellen des den Thyristoren zugeführten Wechselstroms sicherstellt.

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Claims

Patentansprüche

1. )Statiscn.e regenerative Gleichstroimotor-Steuereinrichtung,

der von einem mit ihr wirkungsmäßig verbundenen Motor Leistung an eine Wechselstrom-Speisequelle rückgewinnbar ist, indem der Feldwicklungsstrom des Motors umgekehrt wird, mit einer Feldwicklungs-Schaltung zum Erregen der Feldwicklung und zum Umkehren der Stromrichtung in der Feldwicklung durch ETichterregung, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldwicklungs-rSchaltung (18) eine mit der Wechselstrom-Speisequelle (28) und der Feldwicklung. (26) verbindbare Thyristorschaltung (54—60), die auf Halbwellen des Stroms von der Speisequelle (28) anspricht, um von der Speisequelle (28) einen Stromfluß in jeder Richtung durch die Feldwicklung (26) zu bewirken, und eine Zündschaltung (62) zum Zünden der Thyristorschaltung (54—60) nach Maßgabe eines zwei Zustände aufweisenden Eingangssignals aufweist, um einen Stromfluß in einer Eichtung durch die Feldwicklung (26) zu bewirken, wenn das Eingangssignal den einen Zustand hat und einen Stromfluß in der anderen Richtung durch die Feldwicklung zu bewirken, wenn das Eingangssignal den anderen Zustand hat, daß die Zündschaltung (62) ein Paar von mit der Thyristorschaltung (54—60) verbundenen Impulsgeneratoren (308-310) hat, die auf das Eingangssignal ansprechen, um einen der Impulsgeneratoren einzuschalten, damit dieser einen Stromfluß in einer Richtung durch die Feldwicklung (26) bewirkt, wenn das Eingangssignal den einen Zustand hat, und um den anderen der Impulsgeneratoren einzuschalten, damit dieser einen Stromfluß in der anderen Richtung durch die Feldwicklung (26) bewirkt, wenn das Eingangssignal den anderen Zustand hat, und daß jeder der Impulsgeneratoren einen Impulserzeuger (31²O₁ dessen einer Ausgang mit der Thyristorschaltung (54—60) verbunden ist, der

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eine Synchronisationseinrichtung (316,322 bis 326) zum Synchronisieren seines wirksamen Schaltzustands mit den Halbwellen des der Thyristorschaltung (54-60) zugeführten Wechselstrom hat und in seinem wirksamen Schaltzustand Zündimpulse an seinem Ausgang abgibt, und eine mit dem Impulserzeuger verbundene Steuerschaltung (330 bis 336) aufweist, deren Eingang das Eingangssignal erhält, die den Impulserzeuger an einem Punkt der Halbwellen einschaltet, der durch die Größe des Eingangssignals bestimmt ist, um Zündimpulse für die Thyristorschaltung (54—60) und einen Strom durch die Feldwicklung (26) nach Maßgabe des Eingangssignals zu bewirken, und die eine Signalvorspanneinrichtung (338,340) zum Einschalten des Impulserzeugers (314) im Endabschnitt einer jeden Halbwelle aufweist, um die induktive Energie der Feldwicklung (26) regenerativ an die Speisequelle (28) abzugeben, damit der Feldwicklungsstrom schnell auf Null vermindert wird.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Signalvorspanneinrichtung (338,340) mit dem Eingang der Steuerschaltung (330-336) zum Einschalten des Impulserzeugers (314) verbunden ist.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuerschaltung (330-336) ein spannungsempfindliches Bauelement (332) zum Bestimmen der Einschaltung des Impulserzeugers (314) aufweist, wobei das spannungsempfindliche Bauelement (332) einen Eingang hat, mit dem ein in der Signalvorspanneinrichtung (338,340) vorgesehener Spannungsteiler verbunden ist.

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 3_S dadurch gekennzeichnet , daß das spannungsabhängige Bauelement (332) einen spannungsabhängig steuerbaren Stromleiter aufweist.

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5. Steuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Stromleiter (332) einen Transistor aufweist, dessen Strom die Einschaltung des Impulserzeugers (314) bestimmt.

6. Steuereinrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Impulserzeuger (314) einen Uni-Junktions-Transistor-Oszillator (314) umfaßt, der einen mit ihm in Reihe geschalteten Ansteuerkondensator (330) umfaßt.

7. Steuereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulserzeuger (314) einen zweiten Stromleiter (316) aufweist, der mit dem Uni^unktions-Transistor (314) in Reihe geschaltet ist und mit der Wechselstrom-Speisequelle (28) verbindbar ist, um den Betriebszustand des Impulserzeugers mit den Halbwellen des Wechselstroms zu synchronisieren, der der Thyristorschaltung (54-60) zugeführt ist.

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