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Drehzahlregeleinrichtung für einen Elektromotor unter Verwendung gittergesteuerter
dampf- oder gasgefüllter Entladungsstrecken Zur Drehzahlregelung von Elektromotoren
können in bekannter Weise dampf- oder gasgefüllte Entladungsstrecken verwendet werden,
deren Zündzeitpunkt in Abhängigkeit -von der Phasenverschiebung zwischen Gitter-und
Anodenspannung entsprechend einer aus Ist- und Sollgeschwindigkeit des Motors abgeleiteten
Fehlergröße verschoben wird.
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Für Mehrmotorenantriebe, insbesondere solche für Papiermaschinen,
ist eine Regeleinrichtung bekannt, bei welcher eine Hilfserregerwicklung des zu
regelnden Motors durch ein gittergesteuertes Entladungsgefäß in Abhängigkeit von
der Fehlergröße beeinflußt wird. An die Anode ist eine Wechselspannung angeschaltet,
deren Frequenz ein Maß für die Sollgeschwindigkeit gibt. Auf das Gitter des Entladungsgefäßes
wird eine Wechselspannung gegeben, die von einer mit dem zu regelnden Motor in Antriebsverbindung
stehenden Tachometerdynamo erzeugt wird. Die Frequenz der Tachometerwechselspannung
gibt ein Maß für die Istgeschwindigkeit des zu regelnden Motors.. Je nachdem die
Frequenz der Gitterspannung mehr oder minder von der Frequenz der Anodenwechselspannung
abweicht, tritt eine entsprechende Phasenverschiebung zwischen Gitter- und Anodenspannung
und damit auch eine Verschiebung des Zündzeitpunktes für das Entladungsgefäß ein,
dessen Anodenstrom die Hilfserregerwicklung speist. Bei dieser Art von Regeleinrichtungen
werden für den zu regelnden Motor zwei Erregerwicklungen, nämlich eine Haupt- und
eine Hilfserregerwicklung, benötigt.
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Daneben ist auch eine Regeleinrichtung für Mehrmotorenantriebe bekanntgeworden,
bei . welcher das gittergesteuerte Entladungsgefäß in den Ankerkreis geschaltet
ist. Das Prinzip dieser Gleichlaufeinrichtung besteht darin, daß für die Überwachung
des Gleichlaufes Drehfeldhilfsmaschinen verwendet werden und daß diese Hilfsmaschinen
gleichzeitig als Differential zum. Drehzahlvergleich zwischen Leitmotor und Teilmotor
sowie zur Lieferung der für die Steuergitter der Entladungsgefäße erforderlichen
Gitterspannung und zur Aufrechterhaltung der richtigen Phasenlage dieser Gitterspannung
gegenüber der Anodenspannung des Entladungsgefäßes verwendet werden. Eine derartige
Gleichlaufregeleinrichtung erfordert jedoch einen verhältnismäßig großen Aufwand
an Hilfsmaschinen
und Geräten, der erst beim Vorhandensein einer
größeren Anzahl solcher auf Gleichlauf zu regelnden Motoren gerechtfertigt wird.
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Die vorgenannten Regeleinrichtungen dienen vorwiegend zur Überwachung
des Gleichlaufes mehrerer Motoren, und zwar werden diese auf eine gemeinsame Leitdrehzahl
synchronisiert, welche von Fall zu Fall eingestellt wird. Bei Papiermaschinenantrieben
muß z. B. die für die benötigte Papierstärke eingestellte Arbeitsgeschwindigkeit
möglichst genau eingehalten werden.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Drehzahlregeleinrichtung für einen
Elektromotor unter Verwendung gittergesteuerter dampf-oder gasgefüllter ' Entladungsstrecken,
deren Zündzeitpunkt zur Ausregelung der Drehzahlabweichungen der Istgeschwindigkeit
des Elektromotors von der Sollgeschwindigkeit durch Beeinflussung der Gitterwechselspannung
verschoben wird, bei welcher in den Gitterkreis der Entladungsstrecken eine Verstärkeranordnung
geschaltet ist, deren Verstärkungsgrad von der Differenz zwischen Ist- und Sollgeschwindigkeit
abhängt und die Phase oder Amplitude der Gitterwechselspannung steuert.
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Bei der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung kann die Sollgeschwindigkeit
in weiten Grenzen nach einem beliebigen Verlauf veränderlich sein, während die Istgeschwindigkeit
des nachgeregelten Motors innerhalb des Regelbereiches weitgehend von der jeweiligen
Belastung des Motors unabhängig ist. Derartige Betriebsverhältnisse treten z. B.
bei der Fernsteuerung von Geschützen, die auf bewegte Ziele zu richten sind, auf.
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Die Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
erläutert.
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i ist der zu regelnde Motor, und zwar ein Gleichstrommotor. Sein Feld
ja liegt an einer Gleichstromquelle konstanter Spannung. Der Anker 1b liegt im Anodenkreis
eines gas-oder dampfgefüllten Entladungsgefäßes 2. 3 ist die den Anodenkreis über
den Transformator d. speisende Wechselstromquelle, die ebenfalls konstante Spannung
besitzt. Die Verschiebung des Zündpunktes des Entladungsgefäßes 2 erfolgt beim Ausführungsbeispiel
durch Änderung der Amplitude der Gitterspannung. Es ist ohne weiteres einzusehen,
daß bei einer Amplitudenänderung der Gitterspannung diese die Zündkurve des Entladungsgefäßes
an anderer Stelle schneidet und daß somit eine Amplitudenänderung der Gitterspannung
eine Verschiebung des Zündpunktes relativ zur Anodenspannung des Entladungsgefäßes
zur Folge hat. Aus praktischen Gesichtspunkten sind hier für den genannten Zweck
zwei Gitter 211 und 2b verwendet, die im Zusammenwirken die Verschiebung des Zündpunktes
in der angegebenen Weise ermöglichen. Das eine Gitter liegt an einer über eine zweite
Sekundärwicklung des Transformators aus der Stromquelle 3 abgeleiteten Spannung,
die mit Hilfe der Phasenverschiebungsschaltung 5 oder einer sonstigen Phasenverschiebungseinrichtung
um go° gegenüber der Spannung des Anodenkreises gedreht ist. Das Gitter 2b liegt
an der eigentlichen Steuerspannung, die in der unten noch näher beschriebenen Weise
aus der Wechselstromquelle 6 abgeleitet ist. Die Wechselstromquelle 6 muß in fester
Phasenbeziehung zu der Wechselstromquelle 3 stehen und kann gegebenenfalls mit ihr
zusammenfallen.
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Der Kreis des Gitters 2b wird über zwei Transformatoren 7 und 8 gespeist,
von welchen der letztere primärseitig über den Transformator g in den Anodenkreis
eines Elektrodenrohres io gelegt ist. ioa und fob sind zwei miteinander verbundene
Schirmgitter, ioc und iod zwei Steuergitter. Das Steuergitter jod wird aus der Wechselstrotnquelle
6 über einen zur Regelung dienenden Spannungsteiler i i, einen Transformator 12
und eine die richtige Phasenlage der betreffenden Gitterspannung herbeiführende
Phasendrehbrücke 13 mit der Steuerspannung versehen. In seinem Kreis liegt noch
eine Batterie 14 zur Erzeugung einer negativen Vorspannung. Das Gitter io° liegt
über eine negative Torspannung 15 und eine Beruhigungsschaltung 16 an einem Shunt
17. Über diesen verläuft ein Stromkreis, in dem der Abgriff eines aus einer Gleichstromquelle
konstanter Spannung gespeisten Spannungsteilers i8 und der Anker einer konstant
erregten und mit dem zu regelnden Motor i gekuppelten Tourendynamo ig in Gegenschaltung
liegen. An dem Shunt 17 tritt also jeweils eine Spannung auf, die ein Maß für die
Differenz der von dem Spannungsteiler i8 jeweils abgegriffenen Spannung und der
von der Tourendynamo ig gelieferten Spannung gibt. Die Bürste 18a des Spannungsteilers
18 ist dasjenige Organ, dessen augenblickliche Einstellung für die Drehgeschwindigkeit
des zu regelnden Motors i maßgebend sein soll, d. h. einer bestimmten Einstellung
der Bürste 1811 soll eine bestimmte Drehgeschwindigkeit des Motors i entsprechen,
unabhängig von der jeweiligen Belastung des Motors. Die Stellung der Bürste iSa
und somit auch die von ihr abgegriffene Spannung gibt demnach ein Maß für die gerade
verlangte Sollgeschwindigkeit des Motors i, während die von der Tourendynamo 19
gelieferte
Spannung ein Maß für die jeweilige Istgeschwindigkeit des Motors i bildet. Die an
dem Shunt 17 auftretende Differenz der beiden' Spannungen bildet also die
aus einem
Vergleich der Istgeschwindigkeit mit der Sollgeschwindigkeit
abgeleitete, zur zusätzlichen Regelung dienende Fehlerspannung; bzw. es ist die
letztere in der von dem Shunt 17 gelieferten Spannung mit enthalten.
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Die Wirkungsweise ist danach kurz folgende: Entsprechend der gewünschten
Drehgeschwindigkeit des Motors i wird z. B. gemäß einer an dem Spannungsteiler 18
vorgesehenen Skala. die Bürste i8a eingestellt. An dem Shunt 17 tritt eine bestimmte
Spannung auf, die wiederum ein bestimmtes Potential des Gitters ioc zur Folge hat.
Das Gitter iqc beeinflußt den.Verstärkungsgrad des Elektrodenfohres io. Es ist somit
die Amplitude der aus der Stromquelle 6 entnommenen, durch das Elektrodenröhr io
mit Hilfe des Gitters iod verstärkten und über die Transformatoren g und 8 dem'
Entladungsgefäß 2 zugeführten Gitterspannung von der von dem Shunt 17 abgenommenen
Spannung abhängig. Die Amplitude der Gitterspannung beeinflußt, wie oben erläutert,
die Phasenlage des Zündpunktes des Entladungsgefäßes z. Bei einer bestimmten Einstellung
des Spannungsteilers 18 ergibt sich nach Erreichung des Gleichgewichtszustandes
ein bestimmter Mittelwert des- Anodenstromes des Entladungsgefäßes 2 und damit eine
bestimmte Drehgeschwindigkeit des Motors i. Es sei der Fall angenömmen, daß nunmehr
die Belastung des Motors vergrößert oder verkleinert wird. Es ändert sich zunächst
die Drehgeschwindigkeit des Motors und damit auch die Spannung am Shunt 17. Das
hat wiederum eine Änderung des Verstärkungsgrades der Elektrodenröhre io zur Folge.
Bieraus resultiert eine Verschiebung des Zündpunktes des Entladungsgefäßes 2 im
Sinne der Rückgängigmachung der Drehzahländerung des Motors i. Naturgemäß wird eine
kleine Abweichung der Drehgeschwindigkeit des Motors i nach Erreichung des Gleichgewichtszustandes
bestehen bleiben. Diese Abweichung ist jedöch überaus klein und praktisch ohne Bedeutung.
Das wird klar, wenn man überlegt, daß das Elektrodenrohr io eine Verstärkungsänderung
von i : 2ooo bei 5,5 Volt Änderung der vom Shunt 17 abgegriffenen Spannung ermöglicht.
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Aus letzterem Grunde empfiehlt es sich, die Anschlüsse am Shunt 17
nicht fest zu wählen, sondern den einen Abgriff i7 a, wie dargestellt, verstellbar
zu gestalten und so mit dem einstellbaren Abgriff i8a zu kuppeln, daB bei Vergrößerung
des Abgriffes am Spannungsteiler i8 sich der Abgriff am Spannungsteiler 17 entsprechend
verkleinert. Dadurch läßt sich der Aussteuerbereich der Röhre dem Regelbereich des
Spannungsteilers 18 anpassen. Aus dem gleichen Grunde ist auch zwischen -der Stromquelle
6 und dem Übertrager 12 der Spannungsteiler i i vorgesehen. Sein Einstellörgan 1
ja wird ebenfalls mit dem Einstellorgan i8a des Spannungsteilers gekuppelt, und
zwar so, daß der Abgriff am Spannungsteiler i i entsprechend kleiner wird, wenn
der Abgriff am Spannungsteiler 18 durch Verschieben der Bürste i8a vergrößert wird.
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In den Gitterkreis des Gitters 2b wird in Reihe zu der über den Transformator
8 eingeleiteten eigentlichen Steuerspannung über den Transformator 7 noch eine ummittelbar
von dem Spannungsteiler i i abgenommene Spannung eingeführt. Dadurch wird erreicht,
daß auch bei einer Regelspannung vom Wert Null am Gitter 2b der Entladungsstrecke
noch so viel Potential vorhanden ist, als zur Aufrechterhaltung des Ankerstromkreises
i ib erforderlich ist.
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Um Pendelungen zu vermeiden, ist es, wie dargestellt, zweckmäßig,
den Kreis des Gitters ioc vermittels eines Transformators 2o mit dem über den Spannungsteiler
18 und die Tachometerdynamo ig verlaufenden Kreis induktiv zu koppeln.
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Soll der Motor i für Rechts- und Linkslauf verwendet werden, so kann
in dem Anodenkreis ein Umpolschalter vorgesehen werden. Ein gleicher Schalter wäre
dann auch dem Anker der Tachometerdynamo i 9 vorzuschalten, er wäre gleichzeitig
mit dem erstgenannten Schalter zu bedienen. Statt den Motor i zur Änderung seiner
Drehrichtung umzupolen, können in an sich bekannter Schaltweise mehrere Entladungsstrecken
vorgesehen sein. Durch entsprechende Steuerung ihrer Gitter läßt sich der Motor
auf Rechts- oder Linkslauf regeln: Auch in derartigen Fällen ist die Erfindung anwendbar.
Statt einer Verstärkerröhre mit mindestens zwei Steuergittern kann auch ein Dreielektrodenrohr
Anwendung finden. In diesem Fall müßte man die von dem Shunt 17 abgenommene und
die über den tberträger 12 aus der Wechselstromquelle 6 .abgeleitete Wechselspannung
in Reihe in den Gitterkreis des Dreielektrodenrohres legen.
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Die die Drehgeschwindigkeit des Motors i bestimmende Vorrichtung ist
im Ausführungsbeispiel als ein Spannungsteiler 18 angegeben. An dessen Stelle kann
naturgemäß aber auch irgendein anderes Gerät treten, z. B. der Empfänger eines Fernübertragungssystems,
der eine der jeweiligen Sollgeschwindigkeit des Motors entsprechende Spannung liefert.
Ähnliches gilt für die Tourendynamo, d. h. an ihre Stelle kann auch irgendeine andere
Einrichtung treten, die eine eindeutig von der Istgeschwindigkeit des zu regelnden
Motors abhängige Spannung liefert.
Wie oben erwähnt, ist die Erfindung
nicht auf Schaltungen mit einer Entladungsstrecke beschränkt, es können vielmehr
auch z. B. zwei Entladungsstrecken zur Ermöglichung der Links- und Rechtslaufsteuerung
des Motors durch die Verlegung des Zündpunktes der beiden Entladungsstrecken Anwendung
finden. Jedes dieser beiden antiparallel geschalteten Entladungsgefäße kann wiederum
durch ein Entladungsstreckenpaar ersetzt werden zur Erzielung einer Vollweggleichrichtung,
wie das an sich bekannt ist.
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Die Verwendung einer Verstärkeranordnung im Gitterkreis eines gas-
oder dampfgefüllten Entladungsgefäßes ist nicht nur wegen der durch dieselbe ermöglichten
Übertragung der im Sinne der Lastunabhängigkeit arbeitenden Zusatzregelung von Vorteil,
sondern auch deswegen, weil gemäß den obigen Ausführungen die Verwendung des Verstärkers
zur Folge hat, daß die Regelung eine sehr genaue wird, d. h. daß die an sich unvermeidlichen
geringen Abweichungen der Dreheschwindigkeit des Motors vom Sollwert praktisch völlig
bedeutungslos werden; dies um so mehr, als die Fehlerspannung durch keinerlei Leistungsentnahme
belastet wird.