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Einrichtung zur Synchronisierung von Elektromotoren auf eine Leitfrequenz
unter Verwendung von gittergesteuerten Entladungsgefäßen Bei Regelantrieben besteht
des öfteren die Aufgabe, die Drehzahl. eines Antriebsmotors konstant zu halten .oder
aber zwei Motoren auf Gleichlauf oder .auf ein bestimmtes Geschwindigkeitsverhältnis
zu regeln. Zur Regelung des Gleichlaufes von Gleichstrommotoren ist es bereits bekannt,
gittergesteuerte Gas-oder Dampfentladungsgefäße zu verwenden, die entweder im Erregerkreis
oder im Ankerkreis der zu regelnden Maschinen angeordnet sind und deren Steuerung
in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen Soll- und Ist-Drehzahl erfolgt. Die
auf das Gitter eines derartigen Entladungsgefäßes gegebene Steuergröße bewirkt eine
Verschiebung des Zündzeitpunktes in dem Sinne, daß die Abweichung zwischen Soll-
und Ist-Drehzahl. wieder beseitigt wird.
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Zur Gleichlaufregelung zweier Gleichstrommotoren, bei denen wenigstens
:eine Motorwicklung aus einer Wechselspannung über gittergesteuerte Gas- oder Dampfentladungsgefäße
gespeist und die Gittersteuerung durch mit den Motoren gekuppelte Gleichstromgeneratoren
beeinflußt wird, ist bereits eine Einrichtung bekanntgeworden, bei der die beiden
Generatoren die Induktivitäten zweier Drossel.spulen mit Eisenkern steuern, die
in .eine als phasendrehende Vorrichtung für die Gitterwechselspannung ausgebildete
Brückenanordnung eingefügt sind.
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Es ist weiterhin eine Gleichlaufsteuerung für elektrische Mehrmotorenantriebe
von Arbeitsmaschinen bekanntgeworden, bei der die Felder der Teilmotoren oder der
zugehörigen Regelgeneratoren über gittergesteuerte Entladungsgefäße von einer Wechselstromquelle
erregt sind. Die Gitterspannung wird dabei dem Gitter der Entladungsgefäße über
eine eine stufenlose Regelung ermöglichende, aus zwei gegeneinander verschiebbaren
Teilen bestehende Vorrichtung zugeführt, deren relative, sich selbsttätig verändernde
'vVinkellage ein Maß für die Phase der Gitterspannung ist, wobei der eine Teil der
Regelvorrichtung in Abhängigkeit von dem zugehörigen Teilantrieb und der andere
von einem Leitantrieb bewegt wird.
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Bei diesen bereits bekannten Regeleinrichtungen findet eine Änderung
des Zündeinsatzpunktes eines Entladungsgefäßes in Abhängigkeit von einer Änderung
der Phasenlage, der Gitterspannung gegenüber der Anodenspannung statt. In dem einen
Fall handelt
es sich um eine Einrichtung zur Synchronisierung auf
Netzfrequenz, in dem anderen um eine Einrichtung, die eine räumliche
| Trennung der beiden zum Gleichlauf zu br' |
| genden Wellen ausschließt. |
| Es ist weiterhin eine Einrichtung zur R " - |
Jung eines Motors bekannt, bei der dieser' durch selbsttätigen Vergleich seiner
Ist-Geschwindigkeit mit seiner Soll-Geschwindigkeit im Sinne der Unabhängigkeit
von der Belastung zusätzlich geregelt wird. Die Motorfeldwicklung wird hierbei über
Elektronenröhren gespeist, deren Zündpunkt zur Drehzahlregelung verschoben wird,
wobei die hierzu dienende Gitterwechselspannung über eine Verstärkerröhre als primäres
Regelorgan zugeführt wird. Einrichtungen mit Elektronenröhren haben aber den Nachteil,
daß sie für stärkere Erregerströme nicht oder nur mit großem Kostenaufwand brauchbar
sind. und daß ihr beträchtlicher und stromabhängiger innerer Widerstand den Wirkungsgrad
und die Regelfähigkeit beeinflußt.
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Ferner ist eine Schaltungsanordnung zur Beseitigung von im Synchronismus
hervorgerufenen Pendel.ungen der auf eine Steuerfrequenz zu synchronisierenden und
elektromotorisch angetriebenen Welle unter Verwendung einer Dämpfungsanordnung vorgeschlagen
worden. Hierbei besteht die Dämpfungsanordnung aus miteinander gekoppelten Schwingungskreisen,
von denen mindestens einer auf die von der zu regelnden Welle abgeleitete Frequenz
und ein weiterer auf die Steuerfrequenz abgestimmt ist und in der ein zusätzlicher,
von der Verschiedenheit der Ist-und der Soll-Stellung abhängiger Strom erzeugt und
in den Synchronisierungskreis eingeführt ist. Die Dämpfungsanordnung findet dabei
Verwendung zur Synchronisierung eines Elektromotors, der eine beliebige Asynchronmaschine
antreibt und ihr die Charakteristik einer Asynchronsynchronmaschine verleiht, auf
eine Leitfrequenz. Die Regelströme beeinflussen dabei das Feld des Elektromotors,
was insofern ungiinstig ist, als hierdurch Verzögerungen im Einsetzen der Regelung
unvermeidlich sind, und außerdem ist diese Synchronisierung nur beim Vorhandensein
.eines Gleichstromnetzes möglich.
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Die Erfindung betrifft demgegenüber eine Einrichtung zur Synchronisierung
von Elektromotoren auf eine Leitfrequenz unter Verwendung von gittergesteuerten
Entladungsgefäßen, bei der eine von dem zu synchronisierenden Motor abgeleitete
Frequenz und die von einem elektrischen Schwinger gelieferte Leitfrequenz in einen
vom Phasenunterschied der beiden IFrequenzen abhängigen Regelstrom umgewandelt «-erden,
der die Gitter der Entladungsgefäße beeinflußt und dem vorzugsweise noch ein weiterer,
zur Beseitigung von Regeltingsschwiitgungen dienender, ebenfalls von dem zu synchronisierenden
Mo-:l@or abgeleiteter Strom überlagert ist.
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Durch die Anwendung von gittergesteuerten Entladungsgefäßen ist nicht
nur der Anschluß an ein Wechselstromnetz möglich, sondern es ist weiterhin die Möglichkeit
geschaffen, in stetiger übereinstimmung mit den in einem höchstempfindlichen Regelstromkreis
auftretenden Regelströmen ganz erhebliche Leistungen zu steuern, durch die der Ankerstrom
des Antriebsmotors direkt beeinflußt wird. Verzögerungen im Einsetzen der Regelung
werden hierdurch vermieden. Bei der Erfindung handelt es sich also um das Gebiet
der reinen Synchronisierung, deren entscheidendes Merkmal die völlige und dauernde
Übereinstimmung mit einer Leitfrequenz ist. In dem Regelstromkreis treten bei einer
Abweichung der von dem zu synchronisierenden Elektromotor abgeleiteten Frequenz
von einer von dem elektrischen Schwinger, z. B. einer Stimmgabel, einem Quarzoszillator
o. dgl., gelieferten Leitfrequenz Stromänderungen auf, die von dem Phasenunterschied
der beiden eingeführten Ströme abhängig sind. Da hierbei das Auftreten von Pendelungen
nicht ganz ausgeschlossen ist, heseitigt die Erfindung etwaige geringe Pendclungen
durch Einführung eines weiteren, ebenfalls von dem zu synchronisierenden Elektromotor
abgeleiteten Stromes in den Regelstromkreis.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen :ins der nachfolgenden Beschreibung
der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele hervor.
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Fig. i bezeichnet eine Anordnung zur Synchronisierung der Drehzahl
eitler Welle auf eine Kontrollfrequenz; Fig.2 stellt eine abgeänderte Schaltung
nach Fig. i dar.
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In Fig. t sind mit t der Anker und mit das Feld eines Gleichstrommotors
bezeichnet, der zum Antrieb eines Wechselstromgenerators 2 sowie einer Tachometermaschine
3 dient. Die Feldstromkreise von 2 und 4 sind in der gezeichneten Weise an eine
Gleichstromquelle angeschlossen. Die Frequenz des Generators 2 soll äußerst genau
auf einem konstanten Wert gehalten werden, was nach dem Ausführungsbeispiel durch
Synchronisierung auf eine Einrichtung 7 geschieht, die eine selbsterregte Schwingung
liefert, welche längere Zeit einen verhältnismäßig konstanten Frequenzwert besitzt.
Als derartige Mittel sind z. B. Stimmgabel-, Quarzoszillatoren usw. bekannt. Die
Synchronisierung wird durch Vermittlung einer Gleichrichteranordnung i o, i i, 12,
13 bewirkt. Zu diesem Zwecke werden sowohl seitens des Generators 3 über den Transformator
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als auch von der Einrichtung 7 über die Transformatoren 23, 9 und den Verstärker
22 Wechselströme in den Gleichrichterkreis f o, i f, 12, 13 übertragen. Bei übereinstimmung
beider Frequenzen entstehen in dem Gleichrichterkreis Stromwirkungen, die von dem
Phasenunterschied der beiden eingeführten Ströme abhängig sind. Die Gleichrichteranordnung
enthält einen gemeinsamen Widerstandszweig 6, in welchem ein Gleichspannungsfall
gleich Null auftritt, falls der Phasenunterschied beider Ströme 9o` beträgt. Bei
einer von 9o" -abweichenden Phasenlage ist ein Spannungsfall in der einen ,oder
anderen Richtung vorhanden. Der Widerständszweig 6 befindet sich, wie das Beispiel.
zeigt, im Gitterkreis einer Verstärkerr'öhre 25, welche eine Kennlinie veränderlicher
Steilheit aufweisen soll. Insbesondere ist dafür eine Röhre reit exponentieller
Charakteristik geeignet. Cber den Transformator 5 wird dem Gitterkreis der Röhre
25 außerdem eine konstante Wechselspannung zugeführt, die- einer fremden Stromquelle
entstammt. Je nach der Größe des im Widerstand 6 auftretenden resultierenden Gleichspannungsfalls
findeteine Verschiebung des Arbeitspunktes auf der Kennlinie der Röhre 25 statt,
wobei die Amplitude des über 5 zugeführten Wechselstromes sich entsprechend ändert
und entsprechende Stromschwankungen in der Primärwicklung des Transformators 14
auftreten. Die beiden Enden der Sekundärwicklung dieses Transformators sind mit
den Gittern der Stromtore 28, 29 über je eine Wicklung des Transformators 26 verbunden,
während der Mittelabzweig des Transformators 14 mit den Heizwicklungen 30, 31 in
Verbindung steht. Als Anodenspannungsquelle für die Stromtore dient eine Wechselspannung,
welche über den Transformator 27 angeschlossen ist. Die in den Gitterkreisen durch
den Transformator 26 erzeugten Spannungen sind konstant, während je nach der Amplitudenänderung
des über den Transformator 14 gelangenden Wechselstromes :eine entsprechende veränderliche
Wechselspannungskomponente addiert wird. Auf diese Weise findet in bekannter Art
eine Verschiebung des Zündeinsatzpunktes in Abhängigkeit von den Regelströmen entsprechend
dem Spannungsabfall am Widerstand 6 statt. Der durch die Stromtore 28, 29 gesteuerte
Anodengleichstrom fließt . über den Mittelabzweig der .Anodenwicklung des Transformators
27 und- den Ankerstromkreis des Motors 1, 4. Der Ankerstrom ändert sich infolgedessen
in Übereinstimmung mit den Regelströmen. Die gesamte Antriebsleistung wird in diesem
Falle von der an den Transformator 27 angeschlossenen Wechselstromquelle hervorgebracht.
Je nach den Umständen kann es auch vorteilhaft sein, wenn der durch die Stromtore
gesteuerte Gleichstrom nur einen Teil des Ankerstromes bildet, wäh-"3'end ein Ankergrundstrom
von einer g-ewisscöhe einer besonderen Stromquelle, z. B. dem Netz, entnommen wird.
In ähnlicher Weise kann auch die Beeinflussung des Feldstromkreises erfolgen, indem
z. B. der ge: Samte Feldstrom oder ein Teil desselben oder auch ein über eine Hilfswicklung
fließender Strom geregelt wird. Die Feldstromregelung weist jedoch gegenüber der
Ankerstromregelung Nachteile auf, die .auf der magnetischen Trägheit des Feldes
beruhen, wodurch eine Pendelungsgefahr hervorgerufen wird. Sowohl für den Anodenstrom
der Röhren 28, 29 wie für deren Gitterspannung als auch für die Erzeugung der der
Röhre 25 über 5 zugeführten Wechselspannung kann die gleiche Stromquelle benutzt
werden. Falls für die Steuerung des Motors 1, 4. nur ein Teil der Antriebsleistung
vorgesehen ist, kann es auch zweckmäßig sein, falls ein Wechselstromgenerator wie
nach dem Beispiel. vorhanden ist, den für den Betrieb der Röhren 28, 29 erforderlichen
Wechselstrom diesem Generator zu entnehmen.
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Die Phasensteuerung der Röhren 28, 29 kann auch auf andere als die
dargestellte Weise mit bekannten Mitteln erfolgen, z. B. durch Änderung des Wechselstromwiderstandes
von Widerständen, die mit den Gitterkreisen der Röhren in Verbindung stehen, wie
z. B. gleichstrombecinflußte Induktivitäten usw. . Es kann unter Umständen auch
vorteilhaft sein, den über 5 eingeführten Wechselstrom dem Regelstromkreis selbst
zu entnehmen, indem eine der Gleichrichteranordnung i o, 11, 12, 13 ähnliche Anordnung
vorgesehen ist, in welcher nur Wechselströme auftreten und sich vom Phasenunterschied
abhängige Spannungen herstellen lassen. Schließlich kann auch eine konstante Wechselspannung
anstatt dem Gitterkreis der Röhre 25 dem Anodenkreis dieser Röhre zugeführt werden
und dazu dienen, eine in Abhängigkeit von dem veränderlichen Anodengleichstrom sich
ändernde Wechselspannung z. B. durch Beeinflussung .einer Induktivität im Gitterstromkreis
der Röhren 28, 29 hervorzurufen. Wesentlich ist nur, daß eine für die Regelung besonders
-geeignete Röhre 25 zwischen den eigentlichen Regelstromkreis i o, i i; 12, 13 und
die Gasentladungsröhren 28, z9 geschaltet ist. Die Zahl. der verwendeten Gasentladungsröhren
ist für das Wesen der Erfindung ohne Bedeutung.
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Mach dem Ausführungsbeispiel wird über die Röhre 21 und den Transformator
24 bzw. die Röhre 22 und den Transformator 9 der
Gleichrichteranordnung
eine weitere Spannung aufgedrückt, die einer Stromkreisanordnung 15, 16, 17, 18,
19, 2o entnommen ist. Letztere dient dazu, Pendelungen im Rege-Inn Isvorgang zu
vermeiden, und wird von der Tachometermaschine 3 gespeist. Zu dieseln Zweck werden
ein verhältnismäßig stark gedämpfter Schwingungskreis 16, 17 und ein verhältnismäßig
schwach gedämpfter Schwingungskreis i9, 2n miteinander über einen Widerstand iS
gekoppelt und über den Transformator 15 an den Generator 3 angeschlossen. Die Abstimmung
der Irreise ist derart gewählt, daß ihre Resonanzfrequenz der Kontrollfrequenz der
Einrichtung 7 entspricht, und die Sekundär«vicklungen 16, i 9 sind derart dimensioniert,
daß die in ihnen induzierte Spannung im Falle der Resonanz, d. h. auch bei Synchronismus
zwischen 3 und 7, sich aufhebt. Bei Abweichungen von der Resonanzfrequenz, d. h.
bei sich ändernder Drehzahl des Aggregates 1, 2, 3, wird in den Sekundärwicklungen
von 16, i 9 eine im einen oder anderen Sinne resultierende Differenzspannung hervorgerufen,
die in dem Gleichrichterkreis i o, i i, 12, 13 keinen der auftretenden Drehzahländerung
entgegenwirkenden Strom zur Folge hat.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig.2 untClscheidet sich von dem
nach Fig. i dadurch, daß die Steuerung der Stromtore 28, 29 nicht durch Phasenänderung
der Steu@ergitterspannung, sondern durch Beeinflussung der Zündkennlinie
der Stromtore erfolgt, was durch Anordnung von Schutzgittern und deren Beeinflussung
seitens des Gleichrichterkreises io, 11, 12, 13 verwirklicht ist. Die an dem Widerstand
6 auftretende veränderliche Gleichspannung ist mit einer besonderen Gleichspannungsquelle
inReihe geschaltet, und beide Spannungen bilden die Schutznetzspannung der Röhren
28. 29. Die Änderung der Schutznetzspannungen kann auch in Abhängigkeit von dem
Anodenstrom einer Röhre veränderlicher Steilheit Q25, Fig. i) erfolgen. An Stelle
der Beeinflussung der Zündtrennlinie durch ein Schutznetz können selbstverständlich
auch andere Möglichkeiten, z. B. magnetische Beeinflussung usw., gewählt sein.
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Die Abstimmung der Kreise 16, 17, 18, 19, 20 nach dem Beispiel der
Fig. i bzw. die Bemessung der Spannungen in den Wicklungen 16, i9 gestattet auch
ein selbsttätiges Anlaufen des Aggregates 1, 2, 3 und selbsttätige Synchronisierung
auf die Frequenz der Einrichtung ; .