DE768078C

DE768078C - Device for direct control of an object adjusting motor

Info

Publication number: DE768078C
Application number: DES137619D
Authority: DE
Inventors: Ottfried Dipl-Ing Schott
Original assignee: Siemens APP und Maschinen GmbH
Current assignee: Siemens APP und Maschinen GmbH
Priority date: 1939-03-13
Filing date: 1939-06-28
Publication date: 1955-06-16

Description

Einrichtung zur unmittelbaren Steuerung eines einen Gegenstand einstellenden Motors Das Hauptpatent bezieht sich auf eine Einrichtung zur unmittelbaren Steuerung eines durch einen Einstellmotor entsprechend einer nach Größe und Richtung vorgegebenen Bewegung einzustellenden Gegenstandes mit Hilfe von polarisierten Relais als Steuerorgan. Der Gegenstand des Hauptpatents ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsphasen der beiden Relaisanker mit Hilfe einer gegebenenfalls aus mehreren Komponenten bestehenden amplitudenveränderlichen Steuerwechselspannung zeitlich gegensinnig verschiebbar sind und die Kontakte der regelnden Relais mit dem Anker des konstant erregten Einstellmotors und mit Gleichrichtern derart in Reihe geschaltet sind, daß das Öffnen der Relaiskontakte nur im stromlosen Zustand erfolgt: Dabei werden zwei polarisierte Schwingrelais mit einer konstanten Grundfrequenz erregt, die auch über ihre Kontakte und die Gleichrichter dem Motoranker zugeführt wird. Die Gleichrichter und die Relaiskontakte sind so geschaltet, daß die Abschaltzeitpunkte der Kontakte stets in die Halbwellen der Netzspannung fallen, in denen die Gleichrichter in Sperrichtung beansprucht sind. Die Kontaktöffnung erfolgt deshalb im stromlosen Zustand der Kontakte, so daß Funkenbildung, Materialwanderung und Kontaktabnutzung weitgehend vermieden sind. Die Kontakte können deshalb verhältnismäßig hoch belastet werden.Device for direct control of an object setting Motors The main patent relates to a device for direct control one predetermined by a setting motor according to a size and direction Movement of the object to be set with the help of polarized relays as a control element. The subject of the main patent is characterized in that the oscillation phases of the two relay armatures with the help of one possibly consisting of several components variable amplitude control alternating voltage displaceable in opposite directions in time and the contacts of the regulating relay with the armature of the constantly excited setting motor and are connected in series with rectifiers in such a way that the relay contacts open only takes place in the de-energized state: Two polarized oscillating relays are activated excited with a constant fundamental frequency, which is also via their contacts and the rectifier is fed to the motor armature. The rectifier and relay contacts are like this switched that the switch-off times of the contacts are always in the half-waves of the Mains voltage drop in which the rectifier is in Blocking direction are claimed. The contact is therefore opened when the contacts are de-energized, so that sparks, material migration and contact wear are largely avoided are. The contacts can therefore be subjected to a relatively high load.

Solange nur die Netzspannung allein an den beiden polarisierten Relais liegt, sind die Kontaktschlußzeiten der Relais, von denen nur je ein Kontakt ausgenutzt ist, gleich lang. und der Motoranker erhält über die mit diesen Kontakten in Serie geschalteten Gleichrichter gleich lange, entgegengesetzt gerichtete Impulse. Er bleibt deshalb in Ruhe, da die seinen Anker durchfließenden positiven und negativen Stromintegrale gleich groß sind. Nun tragen aber die beiden Relais noch je eine weitere Wicklung, die von der gegenüber der N N ul zweckmäßig go' phasenetzspannung verschobenen Steuer-,,vechselspannung erregt werden und zu den mit der Netzfrequenz erregten Wicklungen so geschaltet sind, daß die Steuerwechselspannung der Grunderregung in dem einen polarisierten Relais in der Phase vor- und im anderen nacheilt. je nach der Amplitude der Steuerwechselspannung bewirkt dann die resultierende Erregung der Relais eine Verschiebung der Schaltzeitpunkte der beiden Re=lais, derart. da.ß das eine früher, das andere später schließt und somit die den Motoranker durchfließenden positiven und negativen Stromintegrale entsprechend der Amplitude der angelegten Steuerwechselspannung ungleich groß werden. Der Motor erhält dann ein mehr oder weniger starkes Drehmoment nach der einen Richtung. Soll eine Drehrichtung geändert werden, so ist eine Umkehr der Phasenlage der Steuerwechselspannung erforderlich.As long as only the mains voltage is applied to the two polarized relays, the contact closure times of the relays, of which only one contact is used, are the same length. and the motor armature receives oppositely directed impulses of equal length via the rectifier connected in series with these contacts. It therefore remains at rest because the positive and negative current integrals flowing through its armature are equal. Now, however, the two relays still bear one further winding of the relation to the N N ul expedient go 'phase system voltage shifted control - ,, vechselspannung are energized and are connected to the energized with the mains frequency coils so that the AC control voltage of the fundamental excitation in one polarized relay leads in phase and lags behind in the other. Depending on the amplitude of the alternating control voltage, the resulting excitation of the relays then causes a shift in the switching times of the two relays in this way. that one closes earlier, the other later and thus the positive and negative current integrals flowing through the motor armature become unequal according to the amplitude of the applied control AC voltage. The motor then receives a more or less strong torque in one direction. If a direction of rotation is to be changed, the phase position of the alternating control voltage must be reversed.

Die Einrichtung nach dem Hauptpatent verlangt somit als Steuerspannung eine Wechselspannung ganz bestimmter Phasenlage. Steht die Steuergröße nur in Form einer Gleichspannung zur Verfügung, so muß diese zunächst unter Einhaltung der erwähnten Phasenverschiebung zur Netzfrequenz, die die Grunderregung der polarisierten Relais und den Ankerstrom liefert, -,wechselgerichtet werden. Das erfordert aber einen vielfach unerwünschten zusätzlichen Aufwand.The device according to the main patent thus requires the control voltage an alternating voltage of a very specific phase position. The tax variable is only in the form a DC voltage is available, this must first be carried out in compliance with the above Phase shift to the mains frequency, which is the basic excitation of the polarized relay and supplies the armature current, -, are reversed. But that requires one often undesirable additional effort.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine -"'erbesserung und weitere Ausbildung der durch das Hauptpatent geschützten Erfindung, vor allem in dem Sinne. daß auch Gleichstromspannungen zur Relaissteuerung unmittelbar verwendbar werden und daß außerdem grundsätzlich nur ein einziges Relais erforderlich wird. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch ein polarisiertes, gegenüber der Frequenz im Ankerstromkreis des Einstellmotors mit Phasenverschiebung v orerregtes Schwingrelais, das unter dem Einfluß eines der Steuerspannung proportionalen Gleichstromfeldes steht.The present invention relates to an improvement and others Formation of the invention protected by the main patent, especially in this sense. that direct current voltages can also be used directly for relay control and that in principle only a single relay is required. The invention is characterized by a polarized, compared to the frequency in the armature circuit of the setting motor with phase shift pre-excited oscillation relay, which is below the influence of a direct current field proportional to the control voltage.

Es ist zwar eine Einrichtung zur Drehzahlregelung eines an konstanter Spannung liegenden Gleichstromnebenschlußmotors durch Vergrößerung oder Verkleinerung seiner Erregung bekannt. die in Abhängigkeit von der Spannung einer Tachometermaschine erfolgt. Zu diesem Zweck ist ein Wechselstromkreis vorhanden, an den einerseits über einen Gasentladungsgleichrichter eine zusätzliche Erregerwicklung und andererseits ein polarisiertes Schwingrelais über eine gesättigte Eisendrossel angeschlossen ist, so daß dessen Kontaktumschlagzeiten eine gewisse Phasenverschiebung gegenüber der am Gleichrichter liegenden Wechselspannung aufweisen. Die Kontakte schalten einen Kondensator abwechselnd auf Ladung und Entladung. wobei der Entladestoß die Zündung des Gasentladegefäßes zu einem solchen Zeitpunkt bewirkt, daß durch eine im umgekehrten Sinne erfolgte Änderung der Kontaktumschlagzeiten eine Vergrößerung oder Verkleinerung des über den Gleichrichter der zusätzlichen Erregerwicklung zugeführten Stromintegrals und damit eine Erhöhung oder Verringerung der Motordrehzahl möglich ist. Die Verkürzung der Schlußzeit des einen und die entsprechende Verlängerung der Schlußzeit des anderen Umschaltkontaktes wird dadurch bewirkt. daß das Schwingrelais unter dem gleichzeitigen Einfluß eines der Tachometerspannung proportionalen Gleichstromfeldes steht. Da bei dieser bekannten Einrichtung eine konstante Grunderregung des Motors vorhanden ist und das zusätzliche, veränderliche Erregerfeld höchstens i\'ull werden kann, jedoch nicht umkehrbar ist, läßt sich lediglich eine Drehzahlregelung innerhalb gewisser Grenzen vornehmen, nicht aber eine Steuerung eines Motors nach beiden Drehrichtungen entsprechend einer durch eine Gleichspannung nach Größe und Richtung ausgedruckten Be-,vegung. Die der bekannten Drehzahlregeleinrichtung zugrunde liegende Erkenntnis, daß ein Schwingrelais durch Anlegen einer Steuergleichspannung zur Änderung des gegenseitigen Verhältnisses der Kontaktschlußzeiten und damit zu Regelzwecken benutzbar ist. findet gemäß der Erfindung zur Weiterbildung und Verbesserung der Einrichtung nach dem Hauptpatent vorteilhafte Anwendung.Although it is a device for speed control of a constant Direct current shunt motor by increasing or decreasing the voltage known of his excitement. which depends on the voltage of a tachometer machine he follows. For this purpose, an alternating current circuit is available on the one hand an additional field winding via a gas discharge rectifier and on the other hand a polarized oscillating relay connected via a saturated iron choke is, so that its contact changeover times have a certain phase shift the AC voltage applied to the rectifier. The contacts switch alternately charge and discharge a capacitor. where the burst of discharge is the Ignition of the gas discharge vessel at such a time causes that by a in the opposite sense, the change in contact turnover times resulted in an increase or reduction in size of the additional field winding supplied via the rectifier Current integral and thus an increase or decrease in the motor speed is possible is. The shortening of the closing time of the one and the corresponding lengthening the closing time of the other changeover contact is thereby effected. that the oscillating relay under the simultaneous influence of a direct current field proportional to the tachometer voltage stands. Since in this known device a constant basic excitation of the motor is present and the additional, variable excitation field will be at most i \ 'ull can, but is not reversible, only a speed control can be within make certain limits, but not a control of a motor in both directions of rotation corresponding to one expressed by a DC voltage according to magnitude and direction Movement. The knowledge on which the known speed control device is based, that an oscillating relay by applying a DC control voltage to change the mutual relationship of the contact closure times and thus usable for control purposes is. takes place according to the invention for further development and improvement of the device advantageous application according to the main patent.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung noch näher erklärt. Es zeigt Fig. r ein Ausführungsbeispiel für eine direkte Motorsteuerung mit Hilfe eines einzigen polarisierten Relais. Fig. 2 a, 2 b, 2 c eine schematische Darstel Jung des Stromverlaufs und der Kontaktschlußzeiten bei der Steuerspannung Null und Fig. 2 d, 2 e beim Vorhandensein einer gewissen Steuergleichspannung, Fig. 3 die Abhängigkeit des Mötorankergleichstroms von der Gleichstromvormagnetisierung des Relais und Fig. q. eine zweckmäßige Ergänzung für die in Fig. i dargestellte Schaltung.The invention is explained in more detail with reference to the drawing. It shows Fig. R an embodiment for a direct motor control with the help of a single polarized relay. Fig. 2 a, 2 b, 2 c a schematic representation young the current curve and the contact closure times at the control voltage zero and Fig. 2 d, 2 e when a certain DC control voltage is present, FIG. 3 shows the dependency of the Mötoranker direct current from the direct current bias of the relay and Fig. q. a useful addition to the circuit shown in FIG.

In Fig. i liegt parallel zur Wechselstromquelle bzw. zum Netz N über eine Drossel Dr das polarisierte Relais A, dessen Wicklungen I den Relaisanker a mit der Netzfrequenz in Schwingungen halten. An der gleichen Wechselstromquelle N liegt der Anker des konstant erregten Gleichstrommotors M über die Gleichrichter Gll und Gl. und die dem Relaisanker a zugeordneten Wechselkontakte. Durch die vorgeschaltete Drossel Dr wird der das Relais A I durchfließende Strom phasenverschoben.Vorzugsweise beträgt diesePhasenverschiebung annähernd 9o°. Das Relais A trägt außer den wechselstromerregten Wicklungen I noch zwei Wicklungen II, die von einer kleinen, meist leistungsschwachen Gleichspannung durchflossen werden, welche den Motor M derart steuern soll, daß Drehsinn und Drehzahl des Motors möglichst linear von Richtung und Größe der Steuerspannung abhängen.In Fig. I, the polarized relay A, whose windings I keep the relay armature a vibrating at the network frequency, is parallel to the alternating current source or to the network N via a choke Dr. The armature of the constantly excited direct current motor M is connected to the same alternating current source N via the rectifiers Gll and Eq. and the changeover contacts assigned to the relay armature a. The current flowing through relay AI is phase shifted by the upstream throttle Dr. This phase shift is preferably approximately 90 °. In addition to the alternating current-excited windings I, the relay A carries two windings II through which a small, mostly low-power direct voltage flows, which is intended to control the motor M in such a way that the direction and speed of the motor depend as linearly as possible on the direction and magnitude of the control voltage.

In Fig. 2 a ist der Verlauf der Netzspannung U" und der des dazu annähernd 9o° phasenverschobenen Stromes T" durch das Relais A dargestellt. Es ist außerdem noch die Ansprechspannung für. das polarisierte Relais A angegeben, bei der dessen Anker a von einem Kontakt auf den anderen umgelegt wird. Aus Fig. 2 b sind die sich hierbei ergebenden tagen der beiden Wechselkontakte des Relais A unter Berücksichtigung der Schalt oder Umschlagzeiten ersichtlich. Die Glenchrichiter sind ?so gepoft, daß die Abschaltzeitpunkte .der Kontakte sIets in d-ie Halbwellen der Netzspannung fallen; in denen dlie Gleichrichter in: Speririe htung beansprucht sind. Eis ergibt sieh also für den Ankerstrom J, des Motors M der in F.ig.2e dargestellte Verlauf. Zu den Abschaltzeitpunkten B und C sind somit ebenso wie bei der Schaltung nach dem Hauptpatent die Kontakte jeweils stromlos.In Fig. 2a, the course of the mains voltage U "and that of the approximately 90 ° phase-shifted current T" through the relay A are shown. It is also the response voltage for. the polarized relay A is indicated, in which its armature a is switched from one contact to the other. From Fig. 2b the resulting days of the two changeover contacts of the relay A can be seen, taking into account the switching or changeover times. The Glenchrichiter are so popped that the switch-off times of the contacts always fall in the half-waves of the mains voltage; in which the rectifiers in: blocking are claimed. Thus, for the armature current J of the motor M, the curve shown in Fig. 2e is shown. At the switch-off times B and C, as in the circuit according to the main patent, the contacts are de-energized.

Wird nun durch die Steuerspannung U dem Relais A eine Gleichstromvormagnetisierung gegeben, die in Fig. 2 a strichpunktiert eingetragen ist, so verlagern sich die Umschlagzeitpunkte des Relaisankers a entsprechend, zwar wird die Schlußzeit des einen Wechselkontaktes um den gleichen Betrag verlängert, um den die des anderen Kontaktes verkürzt wird (vgl. Fig. 2 d). Dadurch erhält der Motoranker einen resultierenden Gleichstrom, der -der Differenz zwischen dem positiven und dem negativen Stromintegral entspricht (vgl. Fig. 2e). Auch hierbei liegen wiederum die Schaltzeitpunkte B', C' in den Sperrichtungszeiten der Gleichrichter, und zwar auch dann, wenn sich der Netzwechselspannung die Gegenspannung U, des Motorankers überlagert. Diese Rückwirkung ist in Fig. 2 e durch eine Verschiebung der Nullinie nach oben angedeutet.If the relay A is now subjected to a direct current bias due to the control voltage U given, which is entered in phantom in Fig. 2a, the shift Changeover times of the relay armature a accordingly, although the final time of the one changeover contact is extended by the same amount as that of the other Contact is shortened (see. Fig. 2 d). This gives the motor armature a resulting Direct current, the difference between the positive and negative current integral corresponds (see. Fig. 2e). The switching times B ', C 'in the blocking times of the rectifiers, even if the Mains alternating voltage is superimposed on the counter voltage U, of the motor armature. This retroactive effect is indicated in Fig. 2e by a shift of the zero line upwards.

In Fig. 3 ist die Abhängigkeit des Ankergleichstroms J. von der Steuergleichspannung U bzw. von der Gleichstromvormagnetisierung des Relais A veranschaulicht. Hierbei sind die in Fig. 2 dargestellten Ansprechverhältnisse (Phasenverschiebung des Relaisstroms und Relaisschwelle) zugrunde gelegt. Der Einfachheit halber ist jedoch dabei die Ankergegenspannung unberücksichtigt gelassen. Aus der dargestellten Kennlinie ist zu ersehen, daß ein so gut wie linearer Zusammenhang" zwischen Ankerstrom und Steuerstrom besteht, der nur kurz vor dem vollständigen Anliegen des Relaiskontaktes davon abweicht. Dies ist durch die Ansprechschwelle des polarisierten Relais bedingt und läßt sich durch große Wechselstrommagnetisierung klein halten. Die Kennlinie nach Fig. 3 kann außerdem noch dadurch idealer gestaltet 'werden, wenn man dem die Relaiswicklungen I durchfließenden Strom eine andere Kurvenform, vorzugsweise enne, Dredecks.forrn, gibt, während man die Sinusform des im übrigen Teil der Schaltung nach Fig. i fließenden Stroms beibehält.In Fig. 3 is the dependence of the armature direct current J. on the control DC voltage U and illustrated by the DC bias of relay A. Here are the response conditions shown in Fig. 2 (phase shift of the relay current and relay threshold). For the sake of simplicity, however, this is the Armature counter-tension disregarded. From the characteristic curve shown is to see that there is an almost linear relationship "between armature current and control current exists that deviates from it only shortly before the relay contact is fully engaged. This is due to the response threshold of the polarized relay and can be keep them small by large AC magnetization. The characteristic curve according to FIG. 3 can in addition, it can be designed more ideally if one considers the relay windings I flowing current has a different waveform, preferably enne, Dredecks.forrn, gives, while the sine shape of the remaining part of the circuit of Fig. i flowing Stroms maintains.

Wie aus Fig. 2 e ersichtlich ist, hat die Ankergegenspannung U, des Motors eine Verschiebung der Nullinie des vom Relais A getasteten Netzstroms zur Folge, so daß im gezeichneten Beispiel die Amplitude der oberen Halbwelle, die zur Arbeit herangezogen wird, kleiner als die der unteren Halbwelle ist. Es tritt demnach eine gewisse Verkleinerung des Steuerspielraumes ein. Diese wird zwar in den meisten Fällen vernachlässigbar sein. Sie läßt sich jedoch erforderlichenfalls im linearen Bereich der in Fig. 3 dargestellten Charakteristik dadurch weitgehend kompensieren, daß man auf dem Relais eine Gegenwicklung anbringt, die mit einer der Ankergegenspannung proportionalen Spannung erregt wird. Diese kann beispielsweise durch einen Tachometerdynamo erzeugt werden, welche mit dem Motor M gekuppelt wird.As can be seen from Fig. 2e, the armature counter voltage U, des Motor a shift in the zero line of the mains current sensed by relay A to Consequence, so that in the example shown, the amplitude of the upper half-wave leading to Work is used, is smaller than that of the lower half-wave. It occurs accordingly a certain reduction in the tax margin. This will be true in most Cases can be negligible. However, if necessary, it can be linear Compensate largely for the range of the characteristic shown in Fig. 3, that one attaches a counter-winding on the relay, which with one of the armature counter-voltage proportional voltage is excited. This can be done, for example, by a tachometer dynamo which is coupled to the motor M are generated.

Unter Umständen können Fehler in der Steuerung dadurch entstehen, daß die Relaiskontakte prellen, also kurzzeitig Unterbrechungen verursachen. Das Verhältnis der positiven und negativen Stromintegrale entspricht dann nicht mehr ganz dem durch die an das Relais angelegte Steuerspannung definierten Sollwert. Bei Prellungen wird ferner der Strom geschaltet, der die Gleichrichter in Flußrichtung durchfließt, so daß die Kontakte übermäßig beansprucht sind. Diese Erscheinung kann auf einfache Weise dadurch weitgehend unschädlich gemacht werden, daß man gemäß Fig. 4 zwei Relais A und A' benutzt. deren Kontakte a, ä parallel liegen, denn es ist unwahrscheinlich, daß beide Kontakte gleichzeitig prellen.Under certain circumstances, errors in the control system can arise from the relay contacts bouncing, i.e. causing brief interruptions. The ratio of the positive and negative current integrals then no longer fully corresponds to the setpoint defined by the control voltage applied to the relay. In the event of bruises, the current is also switched, which flows through the rectifier in the direction of flow, so that the contacts are excessively stressed. This phenomenon can be made largely harmless in a simple manner by using two relays A and A 'as shown in FIG. whose contacts a, ä are parallel, because it is unlikely that both contacts will bounce at the same time.

Die polarisierten Relais #%virlcen mit ihren Wicklungen I und II wie ein Transformator. so daß von der Z@'echselstromseite aus in den Gleichstromsteuerkreis störende Wechselspannungen induziert werden können. E@forderlichenfalls kann dieser Einfluß dadurch unschädlich gemacht werden, daß man bei der in Fig. q. dargestellten Schaltung die Gleichstromwicklungen II, II' gegeneinanderschaltet. Die in den beiden Wicklungen II und II' induzierten Ströme sind dann i8o° phasenverschoben und heben sich gegenseitig auf. Ferner %verden bei der Gegeneinanderschaltung die durch die Ankerbewegung entstehenden Spannungen aufgehoben.The polarized relays #% vibrate with their windings I and II like a transformer. so that from the Z @ 'echselstromseite in the DC control circuit disturbing alternating voltages can be induced. If necessary, this can Influence can be rendered harmless by the fact that in the case of the in Fig. Q. shown Circuit that connects the DC windings II, II 'against each other. The one in the two Windings II and II 'induced currents are then 180 ° out of phase and lift each other up. Furthermore, when connecting against each other, the Stresses arising from armature movement are eliminated.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for direct control, one Object according to a expressed by a voltage, according to size and Direction predetermined movement with the help of a polarized oscillating relay regulated, constantly excited motor, its armature via the relay contacts and rectifier AC voltage is in such a way that the contacts open in the de-energized state takes place and the positive and negative current integrals fed to the motor armature can be changed in opposite directions by the control voltage influencing the contact changeover times are, according to patent 767 997. characterized by a polarized, opposite the Pre-excited frequency in the armature circuit of the setting motor with phase shift Oscillating relay operating under the influence of a direct current field proportional to the control voltage stands.

2. Device according to claim i, characterized in that the oscillating relay Via a choke with an expediently approximately 9o 'phase shift to the armature current for the AC power supply supplying the setting motor is connected.

3. Establishment according to claim i, characterized in that to compensate for the counter-voltage effect of the motor, a voltage proportional to this is applied to a counter-winding of the relay is given. q ..

Device according to claim i, characterized in that at least two relays acting in the same way are available and their contacts are connected in parallel are.

Device according to Claim 4, characterized in that the direct current windings of the relay are switched against each other.

6. Device according to claim i, characterized characterized in that the relay out-of-phase alternating current with non-sinusoidal Waveform is fed. To distinguish the subject matter of the invention from the state of the Technik, the following publication was considered in the granting procedure: U.S. Patent No. 1 839 q116.