DE680033C - Einrichtung zur Regelung der Geschwindigkeit von Gleichstrommotoren, die ueber gittergesteuerte Entladungsstrecken aus einem Wechselstromnetz gespeist werden - Google Patents

Einrichtung zur Regelung der Geschwindigkeit von Gleichstrommotoren, die ueber gittergesteuerte Entladungsstrecken aus einem Wechselstromnetz gespeist werden

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DE680033C
DE680033C DES109615D DES0109615D DE680033C DE 680033 C DE680033 C DE 680033C DE S109615 D DES109615 D DE S109615D DE S0109615 D DES0109615 D DE S0109615D DE 680033 C DE680033 C DE 680033C
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/06Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current
    • H02P7/18Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power
    • H02P7/24Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P7/26Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using discharge tubes
    • H02P7/265Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using discharge tubes whereby the speed is regulated by measuring the motor speed and comparing it with a given physical value

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Description

  • Einrichtung zur Regelung dei Geschwindigkeit von Gleichstrommotoren, die über gittergesteuerte Entladungsstrecken aus einem Wechselstromnetz gespeist werden Die Erfindung betrifft eine Regelung der Geschwindigkeit von Gleichstrommotoren, die über gittergesteuerte elektrische Entladungsgefäße aus einer Wechselstromquelle gespeist werden. Zur Regelung hat man bereits die verschiedenartigsten Steuerungen für die Entladungsstrecken vorgeschlagen. Beispielsweise ist eine Anordnung bekannt, bei der den Steuergittern eine Wechselspannung zugeführt wird, deren Phasenlage gegenüber der die Entladungsstrecken speisenden Wechselspannung veränderlich ist. Bei einer anderen bekannten .Anordnung wird den Steuergittern außer der Wechselspannung noch eine zusätzliche, der Wechselspannung überlagerte Gleichspannung zugeführt. Die Regelung dieser zweiten Anordnung kann in zweifacher Weise erfolgen: Entweder wird die Größe der Wechselspannungskomponente oder die Größe der Gleichspannungskomoponente verändert. In beiden Fällen ergibt sich eine Verschiebung des Zündzeitpunktes der Entladungsstrecke. Soll nun eine solche Anordnung beispielsweise zur Geschwindigkeitsregelung eines Gleichstrommotors verwendet werden, so können irgendwelche mechanisch bewegte Regelgeräte vorgesehen werden, welche in Abhängigkeit von einer beliebigen Bestimmungsgröße, beispielsweise in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Motors selbst, auf die Größe der Wechsel- oder Gleichspannungskomponente einwirken.
  • Erfindungsgemäß wird eine einwandfreie und betriebssichere Regelung der Geschwindigkeit der Gleichstrommotoren, die über gittergesteuerte Gas- oder Dampfentladungsstrecken aus einer Wechselstromquelle gespeist werden, dadurch erreicht, daß die Klemmenspannung des Ankers des durch die Entladungsstrecken gespeisten, vorzugsweise konstant erregten Motors die Höhe der Gleichspannungskomponente der Steuerspannung selbsttätig beeinflußt, beispielsweise in dem Sinne, daß die Klemmenspannung selbst gleichgehalten wird. Zusätzliche mechanische Regelgeräte oder zusätzliche Entladungsstrecken für die Drehzahlregelung werden hierdurch vollkommen vermieden.
  • Zur Durchführung der Erfindung werden zwischen der Ankerwicklung des Motors und der sie speisenden Wechselstromquelle gasoller dampfgefüllte gittergesteuerte Entladungsstrecken angeordnet, zweckmäßig in bekannter Weise so, daß eine Vollweggleichrichtung erfolgt. Die Leitfähigkeit dieser Entladungsstrecken wird zweckmäßig durch einen Brückenstromkreis beeinflußt, und zwar derart, daß durch diesen an die Steuergitter der Entladungsstrecken eine Steuerspannung mit einem überlagerten Gleichstrompotential gelegt wird, dessen Größe mit der Geschwindigkeit des Motors veränderlich ist. Dieses Potential ist erfindungsgemäß die Spannung der Ankerwicklung des geregelten Motors, die im wesentlichen der Motorgeschwindigkeit proportional ist, oder es kann von einem besonderen Generator geliefert werden, der von der Motorwelle angetrieben wird.
  • Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt, und zwar zeigt Fig. i ein Schaltschema für die Regelung eines Gleichstrommotors unter Benutzung der Ankerspannung als Steuermittel und Fig. 2 ein Vektordiagramin für die Wirkung des Phasenverschiebungsbrückenstromkreises, der bei Fig. i Anwendung findet; Fig. 3 veranschaulicht die Wirkung der Entladungsgefäße der Regeleinrichtung, die zur Gleichrichtung und zur Regelung der Größe des von der Wechselstroinquelle der Ankerwicklung des zu regelnden Motors gelieferten Erregerstromes dienen. Fig.4 gibt ein Schaltschema für eine zweite Ausführungsform mit einem Hilfsgenerator zur Erzeugung des von der Geschwindigkeit abhängigen Steuerpotentials wieder.
  • Der zu regelnde Motor ist finit io bezeichnet. Er hat eine Feldwicklung 12, die aus einer Gleichstromquelle konstanter Spannung gespeist wird, z. B. aus einer Batterie 13, und eine Ankerwicklung 15, die durch Gleichrichter 22 und 24 aus einem Wechselstromnetz 17, 18 über einen Transformator 20 gespeist wird. Die Gefäße 22 und 24 sind gittergesteuerte gasgefüllte Stromrichter. Das Gefäß 22 hat eine Anode 26, eine Glühkathode 27 und ein Steuergitter 28. Das Rohr 24 hat die Anode 30, die Kathode 31 und ein Gitter 32. In der dargestellten Schaltung ergeben, wie bekannt, die Gefäße 22 und 24 eine Vollweggleichrichtung des Wechselstromes, da jedes der Gefäße in einem Stromkreis angeordnet ist, der. als Energiequelle den Teil der Sekundärwicklung 35 des Transformators 2o enthält, der auf einer oder der anderen Seite der Mittelanzapfung 37 der Transformatorwicklung liegt.
  • Die Stromrichter 22, 24 sind bekanntlich nur in einer Richtung stromdurchlässig, nämlich von der Anode zur Kathode. so daß ein Stromdurchgang nur während der positiven Halbwelle des speisenden Wechselstromes erfolgen kann. Bei der Schaltung gemäß Fig. i gibt das Gefäß 22 Strom durch die Motorankenvicklung 15 während der einen Halbwelle des Wechselstromes, während das Gefäß 24 den Strom während der anderen Halbwelle zur Ankerwicklung gehen läßt.
  • Damit ein gittergesteuertes gasgefülltes Entladungsgefäß in seinem Hauptstromkreis Strom führt, ist es bekanntlich notwendig, daß das Steuergitter auf ein Potential gebracht wird, das einen gegebenen kritischen Wert übersteigt. Diese kritische Steuerspannung ist in Fig. 3 durch die Kurve Ex dargestellt, während Ep die Spannung angibt, die an den Anoden der Entladungsgefäße liegt.
  • Die Kurve Er gilt für quecksilberdampfgefüllte Glühkathodenröhren, die bekanntlich so arbeiten, daß, wenn das Gitter bis zu einem gewissen Grade während der ganzen Periode negativ ist, ein Stromübergang zwischen den Hauptelektroden nicht stattfinden kann. Steigt jedoch das Gitterpotential auf den kritischen Wert, der durch die Kurve Ex angegeben ist, so geht während des verbleibenden Teiles der positiven Halbwelle Strom durch das Entladungsgefäß. Wenn also die Lage einer Stenerspannungswelle derjenigen der Kurve Eg in Fig. 3 entspricht, so erfolgt ein Stromübergang von der-Anode zur Kathode der Röhre während des schraffierten Teiles der positiven Halbwelle. Wie ersichtlich, kann der Beginn des Stromüberganges dadurch verändert werden, daß der Schnittpunkt der Gitterpotentialkurve Eg mit der Kurve E, für die kritische Spannung verschoben wird. Zur Steuerung des Gitterkreises ist ein Brückenstromkreis 4o vorgesehen, der zwischen der Wechselstromquelle 17, 18 und den Steuergittern der Entladungsgefäße liegt. Die Brücke 4o wird unmittelbar von der Hauptstromquelle 17, 18 aus gespeist und dient dazu, die. Phasenlage der Steuerspannung, die den Gittern der Gefäße 22, 24 aufgedrückt wird, um einen gewissen Winkelwert, z. B. um den Winkel 9 in Fig. 2 und 3, zu verschieben. Die Brücke umfaßt zwei hintereinandergeschaltete Widerstände 42 und 43, deren Verbindungsstelle 44 mit einem Ende der Primärwicklung eines die Gitter beider Entladungsgefäße kuppelnden Transformators 48 verbunden ist, sowie einen #Kondensator 50 und einen in Reihe damit liegenden dritten Widerstand 51, während die Verbindungsstelle 52 des Kondensators 5o und des Widerstandes S i am anderen Ende der Primärwicklung des Transformators 48 liegt.
  • Die Wechselspannung, die auf den Widerstand 51 und den Kondensator 5o wirkt, erzeugt in diesen Teilen des Brückenkreises Spannungsabfälle E,. und E, die etwa die in Fig. 2 angegebene Phasenlage haben. In dieser Figur zeigen die Vektoren El und E;.> die Spannungen an, die in den hintereinanderliegenden Widerständen 42 und 43 wirken, während der Vektor Eg das Potential anzeigt, das zwischen den Punkten 44 und 52 der Brücke ,4o liegt und auf die Steuergitter der Gefäße 22, 24 durch den Kupplungstransforinator 48 zur Wirkung kommt. Man sieht, daß die auf diese Weise den Steuergittern aufgedrückte Steuerspannung um den Winkel q-, gegenüber der Hauptspannung Ep verschoben ist, die zwischen den Leitern 17 und 18 der Wechselstromquelle besteht und durch den Transformator 2o auf die Anoden der Gefäße 22, 24 übertragen wird.
  • Bei der Einrichtung nach Fig. i beeinflußt die Ankerspannung des geregelten Motors selbst die Höbe der Gleichspannungskomponente der Steuerspannung. Für konstante Erregung und Belastung des Motors bildet die Ankerspannung ein direktes Maß der Motorgeschwindigkeit und liefert, selbst wenn sich die Belastung des Motors ändert, immer noch fitie verhältnismäßig genaue Anzeige der Motorgeschwindigkeit, solange der Motorfeldstroin konstant gehalten wird.
  • Gemäß Fig. i liegt die Ankerwicklung 15 des überwachten Motors io in Reihe mit den Kathoden 27 und 31 der Entladungsgefäße, die ihren Heizstrom durch einen Transforinator 55 erhalten, und mit den Steuergittern 28, 32 der Gefäße, die je mit einem Ende der Sekundärwicklung 57 des Kupplungstransformators 48 verbunden sind. Bei dieser besonderen Schaltung umfaßt der Stromkreis für die zur Erregung der Ankerwicklung 15 dienende gleichgerichtete Spannung einen Leiter, der unmittelbar mit einer Mittelanzapfung 6o des Heiztransformators 55 verbunden ist, während die negative Leitung für diese Spannung zur Mittelanzapfung 37 des Hauptspeisetransformators 2o geht. Es ist also die Mittelanzapfung 62 des Gittertransformators .48 nicht unmittelbar mit der Anzapfung 6o des Heiztransformators 55 verbunden, sondern die Ankerwicklung 15 des Motors ist zwischen diese beiden Punkte geschaltet, indem die Leitung 64. vom Gittertransformator zur negativen Klemme des Motorankers 15 führt.
  • Infolge dieser Verbindung wird der Gittersteuerspannung Eg die Gleichstromspannung des Motorankers überlagert und dadurch die Nullinie 66 der Kurve E, unter die Nullinie 68 der Speisespannung Ep des Ankers verschoben, wie dies Fig. 3 zeigt. Wie man sieht, ist das Maß dieser Achsenverschiebung eine direkte Funktion der Klemmenspannung des Motorankers 15, die wieder ein Maß für die Motorgeschwindigkeit ist. Diese Verschiebung, kombiniert mit einer geeigneten Phasenverschiebung zwischen den Spannungen E, und E,, wie sie allgemein durch (p in Fig. 3 angedeutet ist, hat zur Folge, daß Abweichungen in der Motorgeschwindigkeit von einem gewünschten Werte selbsttätig ausgleichende Veränderungen im Ankerstrom des Motors hervorbringen. Beim Betrieb dieser Einrichtung wird, 'wenn die Geschwindigkeit des Motors io den gewünschten Wert einhält, die Ankerspannung ebenfalls einen bestimmten Wert haben, wie er durch E, in Fig. 3 angedeutet ist, in welchem Falle die Gitterspannungskurve Es die Kurve Ex für die kritische Spannung im Punkte 70 schneidet, so daß beide Röhren 22 und 24. von dieser Stelle an während jeder positiven Halbwelle der Speisespannung Ep für den Anodenstrom durchlässig werden.
  • Steigt die Motorgeschwindigkeit, z. B. infolge Verringerung der Last" so so steigt auch die Ankerspannung proportional an bis zu einem Werte, der z. B. in Fig. 3 durch EJ bezeichnet ist. Dadurch wird die Nullinie der Gitterspannung von 66 nach 66' verschoben .und die Kurve E, in die Lage E,' gebracht, also der Schnittpunkt dieser Kurve mit der Kurve Ex für die kritische Spannung näher an das Ende der positiven Halbwelle der SpeisespannungEp in die Lage7o' verschoben. Der Beginn des Stromdurchganges während jeder positiven Halbwelle wird demgemäß verzögert, und der dein Motoranker gelieferte Effektivstrom wird infolgedessen verringert, woraus sich eine Herabsetzung der Motorgeschwindigkeit ergibt. In ähnlicher Weise wird, falls der Motor langsamer läuft, die Ankerspannung absinken, dadurch werden die Achsen der Spannungskurve Eg und Ep dichter aneinandergerückt, und die Kurve E, wird die Kurve Ex früher innerhalb jeder positiven Halbwelle schneiden. Dadurch aber wird der Effektivstrom, der dem Motoranker zugeführt wird, verstärkt und damit die Motorgeschwindigkeit wieder auf den gewünschten Wert gehoben.
  • Die beschriebene Einrichtung ermöglicht eine Regelung von Gleichstrommotoren innerhalb weiter Grenzen, da die Größe der für die normale Geschwindigkeit notwendigen Ankerspannung E" des überwachten Motors leicht durch eine solche Übersetzung des Gittertransformators .48 bestimmt werden kann, um die Größe der Steuerspannung Eg und die Phasenverschiebungscharakteristik des Brükkenkreises .4o so einzustellen, daß die richtige Anpassung an die kritische Spannungscharakteristik der Röhren erzielt wird.
  • Die kritische Spannung F_:, in Fig. 3 ist, wie erwähnt, einer gittergesteuerten Röhre mit Ouecksilberdampffüllungangepaßt. Eskönnen aber auch andere Röhrentypen bei Ausführung der Erfindung erfolgreich benutzt werden, wie z. B. gittergesteuerte Glühkathodenröhren mit Gasfüllung, oder auch Röhren mit kalter Kathode. DiekritischeSpannungscharakteristik der letzteren Röhrenart weicht etwas von der durch die Kurve Ex in Fig. 3 angedeuteten Form ab, doch ist die Wirkung hinsichtlich der Verschiebung der Achse der Gitterspannungskurve Eg gegenüber der Achse für die Hauptspannung E, ebenso genau erreichbar wie mit der vorerwähnten Röhrenart; man kann also zur Ausführung der Erfindung gittergesteuerte Entladungsgefäße der verschiedensten Art benutzen.
  • Das in Fig. i dargestellte Ausführungsbeispiel wirkt ausreichend genau für die meisten Fälle der selbsttätigen Regelung der Motorgeschwindigkeit. Eine Quelle einer geringfügigen Ungenauigkeit kann in dem Umstande liegen, daß die Ankerspannung des Motors, die als Regelmittel benutzt wird, ein wenig von der geschwindigkeitsabhängigen elektromotorischen Gegenkraft abweicht, die in den Ankerwicklungen infolge der Einwirkung des Windungswiderstandsabfalls und der Ankerreaktion erzeugt wird. Infolgedessen wird, obwohl der Motorfeldstrom konstant erhalten wird, während die Belastung des Motors sich ändert, die Ankerspannung ein nicht absolut genauer Maßstab für die Geschwindigkeit sein. Für Fälle, in denen eine ungewöhnlich große Genauigkeit in der Motorregelung gefordert wird, wird man sich deshalb mit Vorteil der in Fig.4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung bedienen können. Diese Ausführungsform stimmt im allgemeinen mit derjenigen nach Fig. i überein, nur ist ein Hilfsgenerator 75 vorgesehen, der mechanisch mit dem überwachten Motor io gekuppelt ist und dazu dient, das Regelpotential zu liefern, statt daß dieses von der Ankerspannung des zu regelnden Motors unmittelbar gebildet wird.
  • Die Ankerwicklung 77 des Generators 75 ist zwischen den Gittertransformator 48 und den Heiztransformator 55 geschaltet, genau so wie in Fig. i die Ankerwicklung 15 des zu überwachenden Motors io. Infolgedessen sind in Fig. 4. die Mittelanzapfungen 62 und 6o der beiden Transformatoren 48 und 55 durch einen Stromkreis miteinander verbunden, der die Leitung 64', den Anker 77 des Generators 75 und eine zum Transformator 55 führende Leitung 79 umfaßt.
  • Wie ersichtlich, wird für einen konstanten Wert des Erregerstromes, der der Feldwicklung 81 des Hilfsgenerators zugeführt wird, die in dessen Ankerwicklung 1-7 erzeugte Spannung einen äußerst genauen Maßstab für die Geschwindigkeit des überwachten Motors io ergeben, von dem der Generator 75 getrieben wird, vor allen Dingen deshalb, weil die Belastung diese Generators äußerst gering ist. Diese Kombination macht die Geschwindigkeitsregelung vollkommen unabhängig von Veränderungen in der Erregung und Belastung des zu überwachenden Motors, eine Eigenschaft, die in besonderen Anwendungsfällen von großer Bedeutung sein kann.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Regelung der Geschwindigkeit von Gleichstrommotoren, die über gittergesteuerte Gas- oder Dampfentladungsstrecken aus einem Wechselstromnetz gespeist werden, deren Gittersteuerung mit Hilfe einer Wechselspannung und einer ihr überlagerten Gleichspannung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmenspannung des Ankers des durch die Entladungsstrecken gespeisten, vorzugsweise konstant erregten Motors die Höhe der Gleichspannungskomponente der Steuerspannung selbsttätig beeinflußt. z. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des zu regelnden Motors abhängige Steuergleichspannungskomponente von einem mit dem Motor gekuppelten Hilfsgenerator geliefert wird.
DES109615D 1932-06-10 1933-06-03 Einrichtung zur Regelung der Geschwindigkeit von Gleichstrommotoren, die ueber gittergesteuerte Entladungsstrecken aus einem Wechselstromnetz gespeist werden Expired DE680033C (de)

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