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Anordnung zur Konstanthaltung der Drehzahl oder zur Erzielung; des
Gleichlaufes mehrerer Gleichstrommotoren, die über gittergesteuerte Gleichrichter
gespeist werden Bekanntlich ist es für viele industrielle Antriebe eine Forderung,
daß die Drehzahl eines Antriebsmotors oder bei Verwendung mehrerer Motoren auch
das gegenseitige Drehzahlverhältnis in beliebig engen Grenzen konstant gehalten
wird. Werden für solche Antriebe über gittergesteuerte Gleichrichter gespeiste Gleichstrommotoren
benutzt, so kann eine Konstanthaltung der Drehzahlen oder eine Konstanthaltung des
Drehzahlverhältnisses nur über die Gleichrichtersteuerung erfolgen.
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Es sind nun bereits Anordnungen bekanntgeworden, die mit Hilfe einer
photoelektrischen Steuerung versuchen, eine derartige Konstanthaltung der Drehzahlen
bzw. einen Gleichlauf aufrechtzuerhalten. Eine dieser Anordnungen benutzt eine Vielzahl
von mit dem einen Motor umlaufenden Photozellen. Gleichzeitig läuft mit dem anderen
im Gleichlauf zu haltenden Motor die Lichtquelle um. Die auf die Photozellen auftreffenden,
eine Stromänderung hervorrufenden Lichtimpulse werden einer Verstärkeranordnung
mit Elektronenröhren zugeführt, von denen aus wieder die Regelstromkreise beeinflußt
werden. Eine andere bekanntgewordene Anordnung arbeitet mit Blenden, wobei jedoch
die Ausdehnung dieser Blenden verhältnismäßig groß ist, so daß eine lange Belichtungszeit
der Photozelle gewährleistet wird. Auch hier werden die zu regelnden Anordnungen
über Elektronenröhren gespeist. Diese bekanntgewordenen Anordnungen besitzen erstens
den Nachteil, daß sie mit Elektronenröhren arbeiten und daher nur geringfügige Energien
an. die Regelorgane abgeben können. Ein weiterer Nachteil ist darin begründet, daß
die empfindlichen Aufnahmeorgane (Photozellen) rotieren und daher die Anzeigeimpulse
von ihnen über Schleifringe, d. h. abnutzbare Teile, abgenommen werden müssen. Bei
der ferner bekanntgewordenen Anordnung von Halbkreisförmigen Schlitzblenden auf
der Welle des zu regelnden Motors kann man nun in sehr beschränkter Weise Regeleingriffe
vornehmen, und zwar im günstigsten Fall um jede '/1o Sek.
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Die vorliegende Erfindung gestattet es, unter Verwendung von an Stelle
von mechanischen Differentialen zur Anwendung gelangenden photoelektrischen Zellen
und mit der Motorwelle des zu regelnden Motors gekuppelten Blendscheiben die Steuerung
von Gleichrichtern durchzuführen, wobei eine praktisch trägheitslose Regelung gewährleistet
wird:
Erfindungsgemäß soll sowohl auf der Motorwelle als auch auf der Vergleichswelle
je eine Blendscheibe angeordnet sein. Jede dieser Blendscheiben soll Bohrungen besitzen,
die auf zwei Teilkreisen mit verschiedenen Halbmessern liegen. Die Winkelentfernung
soll zwischen je zwei benachbarten Bohrungen auf der einen Blendscheibe kleiner
sein als die Winkelentfernung zwischen den benachbarten Bohrungen auf der anderen
Blendscheibe.
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Bei' der näheren Erklärung von Aufbau und Wirkungsweise der Regeleinrichtung
sei auf die Zeichnung verwiesen.
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Der Gleichstrommotor i mit dem Anker 2 und der Feldwicklung 3 wird
aus dein Drehstromnetz q. über den aus einem Transformator 5 und einem Entladungsgefäß
6 hestehenden Gleichrichter 7 gespeist. Die Steuergitter des Entladungsgefäßes werden
von einer in der Phase verschiebbaren Wechselspannung über den Drehregler 8 beaufschlagt,
der seinerseits von .einem für Rechts- und Linkslauf eingerichteten kleinen Gleichstromservomotor
g angetrieben wird. Der Strom zum Antrieb dieses Servomotors wird dem Netz ¢ über
einen kleinen Hilfstransformator 1o und die gesteuerten Hilfsentladungsstrecken
i i und 12 entnommen, welche vorteilhaft ebenfalls mit Dampf- oder Gas gefüllt sind
und lichtbogenförmige Entladung-aufweisen. Die Entladungsstrecken i i und 12 sind
derart angeordnet, daß der Servomotor g von dem über die eine Entladungsstrecke
fließenden Strom rechtsläufig, von dein über die andere Entladungsstrecke fließenden
Strom linksläufig angetrieben wird. Die Steuerung dieser Hilfsentladungsstrecken
erfolgt nun über Photozellen i3, und 14 in Abhängigkeit von dem Drehzahlunterschied
zwischen der Welle des Motors i und einer mit vorzugsweise konstanter Drehzahl umlaufenden
Vergleichswelle, die beispielsweise von einem kleinen Synchronmotor 15 angetrieben
wird. Es kann dies aber auch z. B. die mechanische oder elektrische Steuerwelle
für verschiedene im Gleichlauf zu haltende Maschinensätze sein, wie sie beispielsweise
bei Papiermaschinenantrieben zur Anwendung kommt.- Die Steuerspannung für die Entladungsstrecken
i i und 12 wird einer Gleichstromquelle 16 entnommen, die mit dem negativen Pol
über die Photozellen 13, i¢ an die Steuergitter der Entladungsstrecken 11, 12 sowie
mit einem Zwischenpotential an die gemeinsame Kathodenleitung der Entladungsstrecken
1i, i2 angeschlossen ist. Dadurch wird erreicht, daß normalerweise, d. h. solange
die Photozellen von keinem Lichtstrahl getroffen werden, ein negatives Sperrpotential
an beiden Entladungsstrecken liegt, also, kein Strom fließt und mithin der Drehregler
8 in Ruhe bleibt. Wird dagegen eine der Photozellen belichtet, so erhält das mit
ihr verbundene Gitter positives Potential, der Entladungseinsatz wird freigegeben
und der Antriebsmotor g in Bewegung gesetzt: Die Unterbrechung bzw. Freigabe der
Lichtstrahlen, welche von den Lichtquellen -2i, 22 erzeugt werden und nach Maßgabe
der Drehzahlverhältnisse die Photozellen treffen sollen oder nicht, geschieht vorteilhaft
durch zwei Scheiben ig, 2o, von denen die eine auf der Motorwelle, die andere auf
der koaxial zu dieser angeordneten Vergleichswelle aufgebracht ist.
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Die Abb. 2 und 3 zeigen im einzelnen die Anordnung dieser Scheiben.
In dem Ausführungsbeispiel besitzt jede Scheibe zwei Löcher, von denen jeweils das
eine auf einem Teilkreis mit dem Halbmesser r1, das andere auf einem Teilkreis mit
dem Halbmesser r@ liegt. Die Winkelentfernung zwischen den beiden Löchern der einen
Scheibe, beispielsweise der mit der Motorachse verbundenen, ist dabei um den Winkel
(3i -f-- j32 kleiner als die der beiden Löcher der anderen Scheibe. Im übrigen sind
jedoch die beiden Winkelentfernungen beliebig wählbar. Läuft nun bei der in Abb.2
durch den Pfeil angedeuteten Drehrichtung der Motor i etwas zu langsam, so werden
die Löcher B1 und B". früher oder später zur Deckung gelangen, so daß die Photozelle
13 kurzzeitig einen Lichtstoß erhält. Dieser genügt, die Entladung in der
Entladungsstrecke einzuleiten. Durch den erzeugten Stromstoß wird der Drehregler
8 über den Servomotor g derart verdreht, daß die Entladung der Entladungsstrecken
im Gefäß 6 früher freigegeben wird. Dadurch wird der Motor i beschleunigt, die Scheibe
1g dreht sich rascher als die Scheibe 20. Sowie die beiden Löcher B1 und B2 nicht
mehr in Deckung sind, kann in der Entladungsstrecke z i keine Zündung mehr einsetzen,
wenn die nächstpositive Anodenspannungshalbwelle auftritt. Der Drehregler 8 bleibt
also in der erreichten Stellung so lange, bis die schneller drehende Scheibe ig
so weit gelangt ist, daß die Löcher Al und A2 sich decken. Ist diese Stellung erreicht,
so erhält die Photozelle 1q. beim Vorbeigang der Löcher Licht, die Entladungsstrecke
r2 wird stromdurchlässig, und der Drehregler 8 wird in der entgegengesetzten Richtung
wie vorher gedreht. Die Entladungen im Gefäß 6 setzen später ein, so daß -der Motor
wieder etwas langsamer läuft. Die Löcher Al, A@ kommen außer Deckung, der Drehregler
bleibt in der erreichten Stellung, bis wieder die Löcher B sich decken und das Regelspiel
von vorn beginnt.
Die Belichtungsdauer der beiden Photozellen ist
naturgemäß stets nur sehr kurz, da die Löcher A und B, auch wenn sie
sich decken, ja sehr rasch entsprechend der Scheibendrehzahl an den feststehenden
Photozellen vorbeiwandern. Der kurze Augenblick genügt jedoch, um die Entladung
in den Hilfsentladungsstrecken ii oder 1Z zu zünden. Am Ende der betreffenden positiven
Spannungshalbwelle erlischt die Entladung. Sind nun durch die Regelung nur geringe
träge Massen zu beschleunigen, so ist u. U. schon beim nächsten Vorbeigang der Löcher
vor der Photozelle keine Deckung der Löcher mehr vorhanden. Im Normalfalle jedoch
werden mehrere Entladungsstöße notwendig sein, bis der Lichtstrahl wieder vollständig
gesperrt ist.
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Ferner wird es, insbesondere bei zweiphasigen Maschinen, zweckmäßig
sein, die in Abb. 2 dargestellte Lochanordnung mehrfach auf den Scheiben anzubringen,
so daß, also jede Scheibe vier, sechs, acht oder zwölf Löcher statt zwei besitzt,
die einander jedoch jew eils paarweise so zugeordnet sind wie die Löcher der Scheiben
der Abb.2. Dadurch wird eine größere Anzahl von Zündimpulsen während einer Umdrehung
der Scheiben erzielt, welche ihrerseits die Gewähr dafür bietet, daß der positive
Gitterspannungsstoß wenigstens einmal mit Sicherheit in die positive Anodenspannungshalbwelle
der Entladungsstrecken ii.oder i2 fällt, und darüber hinaus bei genügend hoher Lochzahl,
daß die Entladung der betreffenden Entladungsstrecke möglichst frühzeitig in der
Halbwelle einsetzt. Die Regelung kann dadurch nicht unwesentlich beschleunigt und
die Drehzahlschwankungen damit geringer gehalten werden.
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Die Photozellen können natürlich beide von einer gemeinsamen Lichtquelle
beaufschlagt werden, entweder durch Verwendung geeignet angeordneter Spiegel (Abb.2)
oder dadurch, daß sämtliche Löcher schräg gebohrt und die Winkelentfernungen der
Lochpaare AI, BI bzw. A2, B2 entsprechend abgeändert sind.
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Eine entsprechende lichtdichte Kapselung von Lichtquelle, Lochscheiben
und Photozellen ist selbstverständlich, sie kann jedoch bedeutend erleichtert und
vereinfacht werden durch Anwendung von Lichtquellen und Photozellen für ultrarotes
Licht. Die beschriebene Photozellensteuerung ist natürlich nicht auf die angegebene
Steuerschaltung beschränkt, sondern läßt sich auch auf andere zur Steuerung von
Gleichrichtern dienende Anordnungen anwenden. Sie hat den Vorzug sehr raschen Ansprechens
und gestattet die Einstellung 'jeder beliebigen Regelempfindlichkeit bzw. Regelgeschwindigkeit
durch entsprechende Wahl der Winkel @I und ß2.