DE763215C - Elektrische Regelvorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Regelung von Zuständen, z. B. durch Druck, Temperatur, Feuchtigkeit u.dgl., und Mengen, oder Mengen-Verhältnissen. Bei selbsttätigen Regelvorrichtungen kommt es darauf an, in Abhängigkeit von einem gegebenen Impulswert ein Regelglied, z. B. eine Drosselklappe, ein Ventil od. dgl., durch einen Motor zu be-

ίο tätigen. Bei druckmittelbetriebenen, vorzugsweise hydraulischen Stellmotoren besteht keine Schwierigkeit, die Verstellkraft bzw. die Verstellgeschwindigkeit den Regeilimpulsen anzupassen. - Dagegen sind Elektromotoren für Regelzwedke wenig geeignet, da sie sich im allgemeinen nur ein- und ausschalten, aber keineswegs trägheitslos; nach Maßgabe des Regelimpulses regulieren lassen.

Andererseits ist es bekannt Ferrarismotoren, die bisher meist als Elektrizitätszähler und als. sonstige Meßgeräte verwendet wurden, auch als Stellmotoren für Fernsteuerungs- und Regelzwecke zu. benutzen. Sie besitzen eine kleine Masse und sind daher nur mit geringer Massenträgheit behaftet. Für Regelzwecke ist es besonders wichtig, daß Ferrarismotoren im Nullpunkt eine große Empfindlichkeit aufweisen, also· auf sehr geringe Steuerströme bereits ansprechen. Ihre Drehzahl und ihr Drehmoment sind in guter Annäherung dem Steuerstrom verhält-

nisgleich. Außerdem haben sie eine gute Eigendämpfung. Es treffen also· beim Ferrarismotor viele Eigenschaften zusammen, die seine Verwendung als Stellmotor in Regelvorrichtungen vorteilhaft machen. Bekanntlich besitzt der Ferrarismotor zwei räumlich gegeneinander versetzte und in der Phase gegeneinander verschobene Elektromagnetfelder, die einen Leichtmetallrotor ίο durchsetzen. Praktisch wird das eine Feld konstant erregt (Erregerstrom) und das andere Feld verändert (Steuerstrom). Man kann natürlich auch den Erregerstrom und den Steuerstrom verändern, wenn es die Verhältnisse erfordern sollten. In jedem Falle kann man die Geschwindigkeit und das Drehmoment des Ferrarismotors sehr leicht und genau durch Veränderung eines oder beider Felder bzw. des Steuerstromes steuern. Praktisch hat man jedoch bisher Ferrarismotoren, deren Drehzahl und Drehrichtung in Abhängigkeit von einem je nach Größe und Richtung eines Regelwertes veränderlichen Steuerstrom beeinflußt wurde, nur in den Fällen verwenden können, in denen zur Verstellung¹ des Regelgliedes nur geringe Momente benötigt wurden, da die bisher für solche Zwecke verwendeten Ferrarismotoren mit scheibenförmigem Läufer nur sehr geringe Drehmomente mit wenigen cmg aufbringen konnten. So wurden Ferrarismotoren z. B. zur Betätigung von Schaltwalzen für einen Regeltransformator oder zur Betätigung von Schreibgeräten benutzt u. a. in Verbindung mit motorisch abgleichbaren Widerstandsbrücken, mit deren Abgleichsglied das Schreibgerät gekuppelt war. Auch bei Fernsteuersystamen hat man zum Abgleichen von Widerstandsbrücken, deren Abgleichswiderstand den Empfänger dar Fernsteuerung darstellt, Ferrarismotoren benutzt, ohne auf deren Ausbildung besonderes Gewicht zu legen.

Es sind Ferrarissysteme mit einem Trommelläufer bekannt, der durch eine Feder an eine Ausgangslage gefesselt ist, und infolge davon nur eine begrenzte Drehbewegung ausführen kann. Solche Systeme dienten als Strom-, Spannungs- oder Leistungsmesser, wobei die Drehung der Trommel durch einen Zeiger kenntlich gemacht wurde. Weiterhin sind solche Geräte als registrierende Wattmeter bekanntgeworden, bei denen die Trommel eine Schreibfeder bewegt. Außerdem hat man bei derartigen Systemen die Drehbewegung der Trommel dazu benutzt. um Kontakte oder Widerstände- in einen zu überwachenden Stromkreis einzuschalten. Ein derartiges System diente als Schutzrelais, ζ. B. Überstrom-, Rückstrom- oder Distanzrelais, wobei nach erfolgtem Kontaktschluß ein Schalter ausgelöst wurde, oder als Strom-.

Spannungs- oder Leistungsregler, wobei, je nach dem Maß der Trommeldrehung, unterschiedlich große Regelwiderstäiide in den zu regelnden Stromkreis eingeschaltet werden. In allen Fällen dient das gefesselte Ferrarissystem als Meßgerät. Sein Drehmoment war der zum Bewegen eines Zeigers oder Schreibhebels oder zum Schalten von Kontakten oder Widerständen in einen Hilfsstromkreis erforderlichen an sich geringen Leistung angepaßt. Größere Verstellkräfte, wie sie zur Betätigung von Regelorganen, z. B. Ventilen, Drosselklappen usw.. erforderlich waren, wurden von ihnen nicht verlangt.

Es sind andererseits Ferrarismotoren, deren Läufer als ungefesselte Trommel ausgebildet waren, als Zählermotoren und zum Antrieb von Sprechmaschinen mit konstanter Drehzahl bekannt, wobei die Drehzahlkonstanz durch eine von dem Motor betätigte Bremse erreicht wurde. Ein von einer Regelgröße willkürlich beeinflußter Steuerstrom zur Veränderung der Motordrehzahl war hierbei nicht vorhanden.

Es sind weiterhin selbstanlaufende Einphasenmotoren bekannt, bei denen das Drehfeld mittels durch eine Kurzschlusswicklung al !geschatteter Pole erzeugt wird. Als Läufer wurden hierbei Ringe aus magnetischem Material benutzt, die durch die wechselnde L'mmagnetisierung mitgenommen werden, sog. Hystereseläufer oder auch Wirbelstromtrommeln. Solche Motoren laufen nur in einer ganz bestimmten Drehrichtung an und sind in ihrer Drehzahl nicht durch Änderung des Erregerstromes regelbar.

Die Erfindung bestellt in der Verwendung eines Ferrarismotors, dessen Läufer eine ungefesselte, umlaufende, leitende Trommel ist. als Stellmotor elektrischer Regeleinrichtungen derart, daß die Drehzahl und Drehrichtung des Trommelläufers in Abhängigkeit von einem je nach Größe und Richtung eines Regelwertes veränderlichen Steuerstrom beeinflußt wird. Der Trommelläufer kann genügend lang ausgebildet werden, um die zur Erzielung größerer Drehmomente erforderliche Amperewindungszahl ohne\"ergrößerung der magnetischen Streuung unterzubringen, no Dadurch lassen sich Drehmomente in der Größenordnung von 20 und mehr cmkg erzielen.

Für die Verwendung des Trommelmotors als Stellmotor elektrischer Regelanlagen sprechen noch folgende Umstände.

Ein solcher Ferrarismotor ist hinsichtlich der Erzielung eines kleinen Trägheitsmoments dem Ferrarismotor der Scheibentype bedeutend überlegen, da zur Erzielung des gleichen iso Drehmoments bei einem Ferrarismotor der Scheibentype der Außendurchmesser des in

duzierten Teiles bedeutend größer gewählt werden muß als der Außendurchmesser einer Trommel, bei der der vom Kraftliiiienfluiß durchsetzte Teil der Zylindermantel ist und deren Durchmesser daher bedeutend kleiner gehalten werden kann. Bei Verwendung eines Ferrarismotors mit Trommelanker läßt sich das Verhältnis

erzeugtes Drehmoment Massenträgheitsmoment des Läufers

größer machen als bei Verwendung eines Ferrarismotors mit einer induzierten' Scheibe. Außerdem hat die Trommeltype eine größere elektrische Eigendämpfung, so daß das Verhältnis von Dämpfung zu Trägheitsmoment erheblich günstiger ist als bei der Scheibentype, wodurch eine schnellere Abbremsung des bewegten Teiles des Stellmotors gewähirleistet wird. Dies ist insbesondere von Bedeutung für rasch veränderliche Regelvorgänge und zur Erzielung einer Regelung, die möglichst mit dem Impuls phasengleich verläuft. Außerdem bietet die trommelartige Atisbildung des Ferrarisläufers sehr erhebliche herstellungstechnische Vorteile. Die Wandstärke der Trommel kann im Verhältnis zum Luftspalt verhältnismäßig groß gemacht werden, da der Luftspalt konzentrisch zur Läuferachse liegt und deshalb eine genauere Justierung des Luftspaltes zur Läuferlagerung möglich ist. Außerdem kann der Trommelläufer ohne Gefährdung seiner Festigkeit die zur Erzielung größerer Drehmomente erforderliche Länge erhalten.

Die Abb. 1 und 2 zeigen verschiedene Schnitte durch einen Ferrarismotor. Er besteht zweckmäßigerweise aus einem zylindrischen Gehäuse 1, in dem zentrisch ein Kern 2 aus lameliierten Eisen untengebracht ist. Um den Kern 2 gruppieren sich vier um je 90⁰ gegeneinander versetzte Polschuhe 3, 3', 4, 4' mit Wicklungspaketen 5, 5' 6, 6'. Die Wicklungen s und 5' gehören zusammen und erzeugen ein Feld, das senkrecht auf dem von den Wicklungen 6, 6' herrührenden Feld steht. Zwischen den Polschuhen 3, 3', 4, 4' und dem Eisenkern 2 läuft ein dünner Aluminiumzylinder 7 als Rotor. Die Wirkungsweise des Ferrarismotors ist an sich bekannt und bedarf deshalb keiner weiteren Erläuterung. Um einen solchen Ferrarismotor als Verstellmotor für Regelzwecke zu verwenden, kann man- ihn in verschiedener Weise in den Stromkreis eines Kraftschalters einschalten.

In Abb. 3 ist beispielsweise ein elektrischer Druckregler schematisch dargestellt. Als Kraftschalter dient hier ein Flüssigkeitspotentiometer 8, dessen Außenelektroden 8', 8" zu der Sekundärwicklung S eines Transfermators 9 geführt sind; Die Primärseite P liegt am Netz. Die Steuerwicklung 5, 5' des Ferrarismotors 11 ist nun einerseits· an die Mitte der Sekundärwicklung S anderseits an die Mittelelektrode 12 des Potentiometers 8 angeschlossen. Die Mittelelektrode 12 wird von einem bei 13 drehbar gelagerten Steuerhebel

14 getragen, der vom Impulsgeber 15, beim Ausführungsbeispiel ein Drucksystem, ver-

j stellt wird. Dar Ferrarismotor 11 bewegt mittels eines Schnecken- oder Zahnradgetriebes 16, 17 eine den Druck in der Rohrleitung 18 beeinflussende Drosselklappe 19: Sobald sich durch Druckänderung im System

15 der Steuerhebel 14 nach links oder rechts bewegt, entsteht in der Steuerwicklung 5,5' des Ferrarismotors ein mehr oder weniger starker Wirkstrom, dessen Stärke und Phase die Geschwindigkeit und Drehrichtung des Ferrarismotors bestimmt. Ist der Druck bei 15 zu groß, wird durch den Ferrarismotor 11 die Drosselklappe 19 geschlossen und umgekehrt. Solange die Elektrode 12 ihre Mittellage einnimmt, ist kein Wirkstrom in «der Steuerwicklung 5, 5' vorhanden und der Ferrarismotor 11 steht still. Es hat sich gezeigt, daß man aus solchen Flüssigkeitswiderständen mit sehr kleinen Verstellkräften 100 Watt und mehr abnehmen und damit unter Verwendung von Ferrarismotoren, der Trommel type schon, erhebliche, für sehr viele Fälle ausreichende. Verstelleistungen an Regelgliedern erzielen kann.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Die Verwendung eines Ferrarismotors, dessen induzierter Teil eine ungefesselte, umlaufende, leitende Trommel ist, als Stellmotor elektrischer Regeleinrichtungen derart, daß die Drehzahl und Drehrichtung der Trommel in Abhängigkeit von einem, je nach Größe und Richtung eines Regelwertes veränderlichen Steuerstrom beeinflußt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   5138 4.