DE642199C - Einrichtung zur Erzielung einer bestimmten Drehzahlcharakteristik, insbesondere zur Aufhebung des Drehzahlabfalles bei Motoren - Google Patents

Description

Man hat bereits vorgeschlagen, Motoren, die über gesteuerte elektrische gas- oder dampfgefüllte Entladungsgefäße von Wechselstromnetzen gespeist werden, beispielsweise derart zu steuern, daß den Steuerorga-. nen der Entladungsgefäße eine regelbare Kondensatorentladung aufgedrückt wird. Beim Betrieb eines solchen Motors hat sich gezeigt, daß beispielsweise bei konstanter Erregung bei Belastung ein starker Drehzahlabfall von derartiger Größe eintritt, wie er im allgemeinen beim Antrieb von Arbeitsmaschinen nicht zulässig ist.

Es sind bereits Einrichtungen zum Beeinflüssen der Drehzahlcharakteristik von über gesteuerte Entladungsgefäße gespeisten Motoren bekannt, bei denen dem Steuerkreis der Entladungsgefäße zusätzliche -Spannungen aufgedrückt werden, die von der Drehzahl oder anderen beliebigen Größen des zu regelnden Motors abhängig sind. Bei einer dieser Einrichtungen wird beispielsweise die Gittersteuerung des Entladungsgefäßes außer durch Phasenverschiebung zwischen Gitter- und Anodenspannung mittels eines Phasenschiebers noch zusätzlich geschwindigkeitsabhängig über Generatoren beeinflußt. Bei arideren Einrichtungen wind der sinusförmigen Gitterspannung der Entladungsgefäße zusätzlich eine Gleichspannung überlagert, wobei zur Regelung des Zündzeitpunktes des Entladungsgefäßes entweder bei konstanter Phasenverschiebung zwischen Gitter- und Anodenspannung die zusätzliche Gleichspannung oder aber bei konstanter Gleichspannung die Amplitude der Wechselspannung verändert wird.

Bei der Einrichtung- nach der Erfindung, die zur Erzielung einer bestimmten Drehzahlcharakteristik, insbesondere einer Aufhebung des Drehzahlabfalles, bei den Motoren dient, die über gesteuerte elektrische gas- oder dampfgefüllte Entladungsgefäße gespeist werden, werden ebenfalls den Steuerkreisen der die Motoren speisenden Entladungsgefäße zusätzliche Spannungen aufgedrückt. Erfindungsgemäß ist die Einrichtung jedoch derart ausgebildet, daß die Steuerspannung der Entladungsgefäße eine von einem vorbe¹-stimmten negativen Werte ab mit regelbarer Steilheit ansteigende und eine feste Phasenlage in bezug auf die Anodenspannung auf-

*) Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Dr.-Ing. e. h. Reinhold Rüdenberg in Berlin-Grunewald, Dr. Rudolf G. Berthold und Dr.-Ing. Alfred v. Engel in Berlin-Siemensstadt.

weisende Spannungswelle ist, welche sich unter dem Einfluß der aufgedrückten Zusatzspannung in ihrer Form bzw. ihrer Steilheit ändert. Eine solche Einrichtung zeichnet sich durch besonders hohe Zuverlässigkeit und Feinfühligkeit aus.

Die zusätzliche Spannung kann hierbei beispielsweise einem dem Anker des Motors parallel geschalteten Spannungsteiler entnommen werden, jedoch besteht auch die Möglichkeit, den gesamten an den Motorklemmen auftretenden Spannungsabfall als zusätzliche Spannung für den Gitterkreis zu verwenden. Diese drehzahlabhängige Zusatzspannung braucht jedoch nicht während des ganzen Steuervorganges wirksam zu sein, sondern sie muß im Gitterkreis rechtzeitig vor Erreichung des für die Gewinnung einer bestimmten Drehzahl erstrebten Zünd wertes des gesteuerten Stromrichters eingeführt werden. Die beiliegenden Figuren dienen zur Veranschaulichung der Erfindung, und zwar zeigt Fig. ι die Speisung eines Gleichstrommotors von einem Wechselstromnetz über einen gesteuerten Stromrichter, dessen Gitter beispielsweise mit einer regelbaren Kondensatorentladung beaufschlagt wird. In Fig. 2 ist das zugehörige Diagramm wiedergegeben, das diese Steuerung verdeutlicht. Fig. 3 gibt ein Beispiel für eine Einrichtung gemäß der Erfindung, und Fig. 4 zeigt ein dieser Schaltung entsprechendes Diagramm. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in der Fig. 5 wiedergegeben.

In Fig. ι bezeichnet 1 einen Gleichstrommotor, der von einer Wechselstromquelle 2 über einen gesteuerten Stromrichter 3 gespeist wird. An das Gitter 4 des Stromrichters ist über einen Widerstand S ein Kondensator 6 angeschlossen. In den Gitterkreis ist weiterhin ein Widerstand 7 mit einem parallel liegenden elektrischen Ventil 8 eingeschaltet. Dieses letztere ist derart in den Gitterkreis eingefügt, daß der Kondensator während der negativen Spannungshalbwelle auf eine genügend hohe negative Spannung aufgeladen wird. Der Kondensator entlädt sich während des Zeitraumes, in welchem die (negative) Netzspannung ihrem Betrag nach absinkt, über den Widerstand 7. In dem Augenblick, in dem der Kondensator 6 sich ungefähr bis zur Spannung Null (genauer bis zur Zündspannung) entladen hat, zündet der Stromrichter. Durch Veränderung des Widerstandes 7 bzw. der Kapazität 6 läßt sich die Geschwindigkeit der Entladung des Kondensators und damit der Moment des Erreichens der Spannung Null bzw. des Zündwertes des Stromrichters steuern.

Diese Art der Steuerung ist in Fig. 2 im Diagramm wiedergegeben; in dem E die Spannung des Netzes, / den nach Einsetzen der Entladung im Gefäß auftretenden Strom und e_c den Verlauf der Kondensatorentladung wiedergibt. In dem Punkte P ist der Zündwert des Stromrichters erreicht, so daß der Stromdurchgang in dem Stromrichter einsetzen kann. E^ ist der zeitliche Verlauf der Spannung zwischen Anode und Kathode des Stromrichters 3, 0 ist die Bezugslinie für die Netzspannung E, und E_m ist die jeweilige Spannung des Motors 1.

Es hat sich nun gezeigt, daß bei einem Motor, der beispielsweise auf die beschriebene Art betrieben wird, eine sehr starke Abhängigkeit der Drehzahl von der Belastung auftritt. Eine Ausführungsform der gemäß der Erfindung ausgebildeten Einrichtung stellt Fig. 3 dar. In dieser sind die Fig. 1 entsprechenden Teile mit gleichen Bezugszeichen So versehen. Gemäß dieser Schaltung erfolgt die Auf- und Entladung des Gitterkondensators unter dauernder Mitwirkung der an dem parallel zum Gleichstrommotor liegenden Spannungsteiler 10 abfallenden, gegenüber dem Kathodenpotential negativen Zusatzspannung. Vernachlässigt man zunächst Obmsche bzw. induktive Spannungsabfälle im Motor, so erhält man eine Zusatzspannung am Spannungsteiler, die (wegen der konstanten Erregung) proportional der jeweiligen Drehzahl des Motors ist. Die Richtung dieser Spannung ist derart, daß nunmehr der Kondensator, verglichen mit der Schaltung in Fig. i, auf eine höhere (negative) Spannung aufgeladen wird. Wird nun die Maschine belastet, so sinkt wegen der in Wirklichkeit stets vorhandenen Ankerrückwirkung des Ohmschen Spannungsabfalles usw. die Drehzahl zunächst wieder ab. Dadurch wird die 1°° absolute Höhe der Kondensatorspannung während der Auf- und Entladezeit des Kondensators geringer, d. h. die Entladekurve e_c verschiebt sich parallel nach oben, so daß die Kondensatorspannung früher Null wird und der Stromrichter zu einem früheren Zeitpunkt zündet. Die Drehzahl des Motors nimmt dadurch wieder etwas zu, bis sich ein Gleichgewichtszustand einstellt. Dieser Gleichgewichtszustand liegt aber bei sehr geringen 1x0 Drehzahlabweichungen. Es ist beispielsweise möglich, unter den gleichen Belastungsbedingungen, wie sie bei einem mit gesteuerten Stromrichtern betriebenen Motor vorliegen, dessen Stromrichter nicht die erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung besitzen, den Drehzahlabfall auf Beträge zu begrenzen, wie sie etwa bei unmittelbarem Anschluß der Gleichstrommotoren an einem Gleichstromnetz auftreten.

Fig. 4 stellt ein Diagramm dar, wie es sich nach der vorbeschriebenen Schaltung in

Fig. 3 ergibt. In diesem bedeuten wieder E die Netzspannung, E'% die Spannung zwischen Anode und Kathode des Stromrichters 3, 7 den Ankerstram des Motors, e_ß die Gitterspannung, Q die Bezugslinie für die NetzspannungE und E_m die jeweilige Spannung des.Motors i. Besitzt z. B. die Gitterspannung bei einer bestimmten Belastung den Wert e_cl, so daß der. Ankers.trom im eingezeichneten Augenblick . (z. B. im Punkt P) einsetzt und etwa beim. Nulldurchgang der Spannung wieder verschwindet, so könnte bei abnehmender Belastung zunächst die Drehzahl des Motors etwas zunehmen,, da die Dauer des .Stromdurchganges unverändert bleiben soll. Infolge der zunehmenden Drehzahl steigt aber die innere.EMK des Motors ι und daher der Spannungsabfall am Widerstand io, Der Abgreifpunkt des Widerstandes io erhält also gegenüber der Kathode des Stromrichters 3 ein erhöhtes negatives Potential, so daß die 'Kondensatorspannungskurve e_ci nach e_c3 hin .verschoben wird. Hierdurch wird der Zündwert zu einem späteren Zeitpunkt erreicht und die Drehzahl wieder verringert. . Grundsätzlich ist es nicht notwendig, daß die Zusatzspannung während des ganzen Steuervorganges, wirkt, sie muß vielmehr nur rechtzeitig vor Erreichen des frühesten Zündzeitpunktes wirksam sein... Beispielsweise, würde der gleiche- Zündzeitpunkt erreicht werden, wenn die Kondensatorspannung bis zu dem Zeitpunkt α nach e_a und von da ab nach e_cl verliefe.

Die Zusatzspannung kann auch einer auf der Achse des Motors angebrachten besonderen Maschine entnommen werden, deren Spannung wieder in eindeutiger Weise von der Drehzahl der Hauptmaschine bzw. von ihrer Belastung abhängig sein muß.

An Stelle der am Spannungsteiler auftretenden Teilspannung kann man auch dem gesamten an den Motorklemmen auftretenden Spannungsabfall als zusätzliche Spannung verwenden. Die Aufladung des Kondensators erfolgt dann in den Zeiten, in denen der Anker des Motors noch stromdurchflossen ist, infolge des Ohmschen Spannungsabfalles mit einer höheren negativen Spannung als im Falle fehlenden Widerstandes.

In gewissen Fallen wird das- Ziel nicht nur darin liegen, den Drehzahlabfall eines mit gesteuerten Stromrichtern betriebenen Motors möglichst klein zu halten, sondern man wird eine beliebige, von der Belastung des Motors abhängige Drehzahlcharakteristik erstreben. Zu diesem Zweck kann man etwa an Stelle des Widerstandes 7 oder parallel zum Kondensator 6 ein Schaltungselement, z. B. Elektronenrohr, Glimmrohr, Stromrichter usw., vorsehen, dessen Charakteristik derart be

schaffen ist, daß beispielsweise der Motor bei Belastung eine Drehzahlkurve vorgegebener Form erhält.

Ein Beispiel hierfür ist in Fig. 5 wiedergegeben. Die den vorhergehenden Figuren entsprechenden Teile'dieser Schaltung haben die gleichen Bezugszeichen. An Stelle des Widerstandes 7 tritt bei dieser Schaltung· z.B. ein Elektronenrohr, das zur Entladung des Kondensators 6 dient. Die Entladegeschwindigkeit kann beispielsweise durch die Veränderung des Heizstromes der Kathode passend eingestellt werden. Um beispielsweise einen Drehzahlanstieg bei zunehmender Belastung selbsttätig zu erreichen, wird zwischen Gitter und Kathode des Elektronenrohres 11 eine Spannung eingefügt, die von der einen kleinen Vorschaltwiderstand 12 eines Ankerkreises durchfließenden Strommenge abhängig ist. Damit diese Spannung auch zu stromfreien Zeiten besteht, wird die entsprechende Strommenge in einem Kondensator 13 gespeichert. Nimmt nun die Belastung zu, dann verändert sich gleichzeitig die- durch den Motor 1 durchfließende Strommenge, das Gitter von 11 erhält ein positiveres Potential, die Entladung des Kondensators 6 erfolgt rascher, der Zündpunkt wird vorverlegt, die Stromdauer vergrößert, und die Drehzahl steigt bis zu einem Gleichgewichtszustand wieder an.

Es sei bemerkt, daß auch die infolge der Belastung erzeugte mechanische Verdrehung der Welle mittelbar oder unmittelbar auf ein oder mehrere im Steuerkreis liegende Schaltungselemente einwirken kann.

Außerdem kann man aber auch, um den Ohmschen Spannungsabfall im Anker selbst auszugleichen, aus dem Ankerstromkreis, beispielsweise über einen Stromwandler, eine zusätzliche Spannung in den Steuerkreis induzieren, welche mit zunehmendem Ankerstrom in dem Sinne wirkt, daß der Zündzeitpunkt vorwärts gerückt wird.

In gewissen Fällen erweist es sich ferner zweckmäßig, zur Vermeidung des Drehzahlabfalles parallel zum Anker ein elektrisches Ventil zu schalten. In diesem Falle entlädt sich die Ankerinduktivität durch einen Strom, der gleichgerichtet ist mit dem Arbeitsstrom: dieser Stromfluß erfolgt also zu Zeiten, in denen der Arbeitsstrom durch das Rohr 3 be- ' reits unterbrochen ist. Das parallel zum Anker liegende Ventil kann konstruktiv mit dem Hauptrohr 3 vereinigt werden.

Ähnliche Schaltungen, bei denen der am Anker auftretende Spannungsabfall als zusätzliche Spannung im Steuerkreis eines Stromrichters verwendet wird, lassen sich sinngemäß auch bei Verwendung mehrerer Motoren (Mehrphasenschaltungen) ausfüh-

ren. Desgleichen können entsprechende Einrichtungen bei Wechselstrommotoren angewandt werden. Außerdem sei bemerkt, daß diese Art der Kompensation des Drehzahlabfalles sich nicht nur bei Motoren anwenden läßt, die über Stromrichter gespeist werden, bei denen die in den Figuren gezeigte Steuerschaltung benutzt wird, sondern sich mit allen Verfahren zur Steuerung von Stromrichtern to kombinieren läßt.

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zur Erzielung einer bestimmten Drehzahlcharakteristik, insbe-

   t5 sondere zur Aufhebung des Drehzahlabfalles bei Motoren, die über gesteuerte elektrische Entladungsgefäße gespeist werden, deren Steuerkreis zusätzliche Spannungen aufgedrückt werden, die von der Drehzahl oder anderen beliebigen Größen des zu regelnden Motors abhängig sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung eine von einem vorbestimmten negativen Werte ab mit regelbarer Steilheit ansteigende und eine feste Phasenlage in bezug auf die Anodenspannung aufweisende Spannungswelle ist, welche sich unter dem Einfluß der aufgedrückten Zusatzspannung in ihrer Form bzw. in ihrer Steilheit verändert.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die drehzahlabhängige Zusatzspannung an einerTachometermaschine ader dem Anker der zu regelnden Maschine selbst entnommen wird.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drehzahlabhängige Zusatzspannung an einem dem Anker parallel geschalteten Widerstand abgegriffen wird.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzspannung einem im Ankerstromkreis liegenden Widerstand über einen Kondensator entnommen wird.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzspannung einem im Ankerstrotnkreis liegenden Stromwandler entnommen wird.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzspannung oder die Zusatzspannungen dem Gitter eines im Steuerkreis eingeschalteten Widerstandsrohres aufgedrückt werden.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zusatzspannung, die durch die infolge der Belastung erzeugte mechanische Drehung der Welle gewonnen wird, mittelbar oder unmittelbar auf ein oder mehrere im Steuerkreis liegende Schaltungselemente einwirkt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   BERLIN. GEDRUCKT IN DER REICHSDRUCKEREI