Anordnung zur Synchronisierung eines regelfähigen Motors an eine Wechselstromquelle
Die Erfindung bezieht sich auf die Synchronisierung eines regelfähigen Motors, insbesondere
Gleichstrommotors, an eine Wechselstromquelle. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen,
die Erregung des Motors durch eine Hilfswicklung zu steuern, die von der Wechselstromquelle
gespeist wird und durch einen Polwender, der in Abhängigkeit der Motordrehzahl gesteuert
wird, periodisch umgepolt wird.Arrangement for synchronizing a controllable motor to an alternating current source
The invention relates to the synchronization of a controllable motor, in particular
DC motor, to an AC power source. According to the invention it is proposed
control the excitation of the motor through an auxiliary winding drawn from the AC power source
is fed and by a pole changer, which is controlled as a function of the engine speed
is periodically reversed.
In den Abbildungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Der Gleichstrommotor M in Abb. r wird durch eine NebenschlußwicklungNW erregt. Auf
dieser Nebenschlußwicklung NW ist eine Hilfswicklung HW aufgebracht, die
von einer Wechselstrornquelle gespeist wird. Zu diesem Zweck ist das eine Ende der
Hilfswicklung an die Mitte der Sekundärspule eines Transformators Tr angeschlossen,
dessen Primärspule vom Wechselstrom durchflossen ist. Das andere Ende der Hilfswicklung
ist an einen Umschalter S geführt, dessen Kontakte K1, K, an die Enden der Sekundärwicklung
des Transformators Tr angeschlossen sind. Durch eine Nockenscheibe NS, die direkt
oder über eine Übersetzung mit der Motorachse gekuppelt ist, wird der Umschalthebel
S abwechselnd an das eine oder andere Ende der Sekundärspule des Transformators
gelegt. Stimmt die Drehzahl des Motors M nicht mit der Wechselstromquelle überein,
so wird in der Hilfswicklung HW je nachdem ob der Motor voreilt
oder
nacheilt ein negativer oder ein positiver Gleichstrom fließen, der die Magnetisierung
der Nebenschlußwicklung NW verstärkt oder abschwächt, so daß der Motor seine
Tourenzahl verlangsamt oder erhöht. In der Abb. 2 sind die Verhältnisse graphisch
dargestellt. Abb. 2 a zeigt den Wechselstrom J des Netzes in Abhängigkeit von der
Zeit. Wird der Schalter S gerade in den Stellungen Al, A2, A3 umgepolt, so fließt,
wie aus Abb. 2b ersichtlich ist, in der Hilfswicklung HW kein Gleichstrom. Der \lotor
behält also seine Drehzahl bei. Sowie jedoch der '.Motor schneller läuft, als der
Frequenz der Wechselstromquelle entspricht, und somit die mit der Motorachse gekuppelte
Nockenscheibe !'4'S nicht in den Punkten 4 A2, A3 umschaltet, wird die Umschaltung
in kürzeren Zeiten erfolgen, nämlich in den Punkten Bi, B." B3; dann sieht man aus
Abb. 2 b, daß in der @Hilfswicklung HW ein Gleichstrommittelwert Ig mit negativem
Vorzeichen auftritt. Der Wicklungssinn der Spule HW ist so gewählt, daß dieser Gleichstrom
die Magnetisierung der Nebenschlußwicklung NW verstärkt. Der Lauf des Motors wird
also verlangsamt. In dem Fall, daß der Motor langsamer als der Wechselstrom läuft,
der Schalter S also in den Punkten C1, C2, C3, C4, C5 umgeschaltet wird, tritt in
der Hilfswicklung HW ein Gleichstrommittelwert Jg positiven Vorzeichens auf, wie
Abb. 2 c zeigt. Dieser Gleichstrom wirkt der Magnetisierung entgegen, so daß der
Motor seine Drehzahl erhöht. Die Drehzahl des Motors wird also in einem gewissen
Mitziehbereich an die Wechselstromquelle synchronisiert.An exemplary embodiment of the invention is shown in the figures. The DC motor M in Fig. R is excited by a shunt winding NW. An auxiliary winding HW, which is fed by an alternating current source, is applied to this shunt winding NW. For this purpose, one end of the auxiliary winding is connected to the center of the secondary coil of a transformer Tr, the primary coil of which has alternating current flowing through it. The other end of the auxiliary winding is led to a changeover switch S, the contacts K1, K, of which are connected to the ends of the secondary winding of the transformer Tr. The switching lever S is alternately placed on one or the other end of the secondary coil of the transformer by means of a cam disk NS, which is coupled directly or via a transmission to the motor axis. If the speed of the motor M does not match the alternating current source, a negative or a positive direct current will flow in the auxiliary winding HW, depending on whether the motor is leading or lagging, which strengthens or weakens the magnetization of the shunt winding NW , so that the motor does its number of revolutions slowed down or increased. The relationships are shown graphically in Fig. 2. Fig. 2 a shows the alternating current J of the network as a function of time. If the polarity of the switch S is just reversed in the positions A1, A2, A3, no direct current flows in the auxiliary winding HW, as can be seen from FIG. 2b. The \ lotor thus maintains its speed. However, as soon as the motor runs faster than the frequency of the alternating current source and thus the cam disk coupled to the motor axis does not switch over in points 4 A2, A3, the switchover will take place in shorter times, namely in points Bi , B. "B3; then you can see from Fig. 2 b that a DC mean value Ig with a negative sign occurs in the auxiliary winding HW. The direction of winding of the coil HW is chosen so that this direct current strengthens the magnetization of the shunt winding NW. The run In the event that the motor is running slower than the alternating current, i.e. the switch S is switched over at points C1, C2, C3, C4, C5, an average direct current value Jg with a positive sign occurs in the auxiliary winding HW, As shown in Fig. 2 c. This direct current counteracts the magnetization, so that the motor increases its speed m source synchronized.
Statt des mechanischen Polwenders können selbstverständlich auch gittergesteuerte
Dampfentladungsröhren verwendet werden, deren Gitter abwechselnd durch die Drehzahl
des Motors gesperrt und geöffnet werden. In den Zuführungsleitungen zur Hilfswicklung
HW können noch Glättungsmittel für den Gleichstrom vorgesehen werden. Die Anordnung
geht auch mit einem einfachen Zerhacker, jedoch ist der Mitziehbereich dann nicht
so groß.Instead of the mechanical pole changer, grid-controlled ones can of course also be used
Vapor discharge tubes are used, the grid of which alternates with the speed of rotation
of the motor can be locked and opened. In the supply lines to the auxiliary winding
HW, smoothing means can also be provided for the direct current. The order
also works with a simple chopper, but then the pull-along area is not
so big.
Zum Betrieb des Motors wird man also den Motor zunächst ungefähr auf
die Drehzahl des Netzes bringen. Man schaltet dann die Wechselstromquelle ein, und
der Motor synchronisiert sich selbst. Nun kann es vorkommen, daß im ersten Augenblick
zwar die Drehzahl des Motors synchron mit der Wechselstromquelle ist, jedoch die
Phase der Umschaltung nicht mit der Phase der Wechselstromquelle übereinstimmt.
In diesem Falle wird ebenfalls ein Gleichstrom in der Hilfswicklung HW erzeugt.
Der Motor verringert oder beschleunigt dann seine Drehzahl, und zwar so lange, bis
die Phasen genau übereinstimmen, worauf die Drehzahl sich selbständig synchron einregelt.In order to operate the engine, the engine is initially approximately open
bring the speed of the network. The alternating current source is then switched on, and
the motor synchronizes itself. Now it can happen that in the first moment
the speed of the motor is synchronous with the AC power source, but the
The phase of switching does not match the phase of the AC power source.
In this case, a direct current is also generated in the auxiliary winding HW.
The motor then reduces or accelerates its speed until
the phases match exactly, whereupon the speed automatically adjusts itself synchronously.
Es ist nicht notwendig, eine besondere Hilfswicklung gemäß der Erfindung
vorzusehen, sondern man kann, wie es in Abb. 3 dargestellt ist, in den Kreis für
die Nebenschlußwicklung NYTl des Motors M einen Widerstand W einschalten,
dem der gleichgerichtete Wechselstrom über die Klemtuen i, 2, entsprechend. Abb.
i, zugeführt wird. Selbstverständlich kann statt des Gleichstrommotors auch ein
Benzinmotor oder eine Turbine od. dgl. gesteuert werden, wobei dann nicht die Erregung,
sondern die Benzin- bzw. Dampfzufuhr mechanisch gesteuert wird. Das Verfahren kann
auch so durchgeführt werden, daß der Wechselstrom vom Gleichstrommotor selbst erzeugt
wird, indem man einen Generator vom Motor antreiben läßt. In der Abb. ¢ ist ein
Ausführungsbeispiel dargestellt. M zeigt den Gleichstrommotor, der selbstverständlich
auch ein Benzinmotor bzw. eine Dampfmaschine oder -turbine sein kann.
NW ist die Nebenschlußwicklung bzw. bei der Dampfturbine ein Ventil zur Regelung
der Dampfzufuhr. Auf der Achse des Gleichstrommotors sitzt der Wechselstromgenerator
WJI. Dieser kann ein-, zwei- oder dreiphasig ausgebildet sein. Selbstverständlich
ist es auch möglich, einen Einankerumformer zu verwenden. In der Abbildung ist ein
Zweiphasengenerator dargestellt. In den Phasenleitungen liegen Schwingungskreise
SK; bei hohem innerem Widerstand des Motors wird man Parallelschwingungskreise verwenden,
bei niedrigem innerem Widerstand Reihenschwingungskreise, wie dargestellt. An die
Spulen dieser Sch-,vingungskreise ist eine Spule E angekoppelt. Die Enden dieser
Spule E sind mit den Kontakten K, und K2 eines Polwenders verbunden, der durch die
Nockenscheibe NS vom Motor synchron angetrieben wird und einen Schaltstift L abwechselnd
an die Kontakte K1 und K2 legt. Die Mittelanzapfung der Spule E ist an die Kathode
einer Verstärkerröhre R und der Schaltstift L an das Gitter der Verstärkerröhre
R geführt. Im Anodenkreis der Röhre liegt die Hilfswicklung HW, die die Erregung
des Gleichstrommotors steuert bzw. das Benzin- oder Dampfzuführungsventil eines
Benzinmotors oder einer Dampfturbine. Ändert jetzt der Motor durch irgendwelche
äußeren Einflüsse seine Drehzahl, so wird in den Schwingungskreisen SK eine Phasenverschiebung
von Strom und Spannung auftreten, dadurch wird die Wechselstromkurve nicht mehr
in den Maximumstellen unterbrochen wie in Abb. 2 a, sondern die Unterbrechungspunkte
verschieben sich längs der Wechselstromkurve. Dadurch wird ein negativer bzw. positiver
Gleichstrom entstehen, der das Gitter der Röhre entsprechend steuert, so daß der
Strom in der Hilfswicklung verstärkt bzw. geschwächt wird. Dadurch wird die Drehzahl
des Motors stets auf eine konstante, vorher bestimmte Drehzahl eingestellt.It is not necessary to provide a special auxiliary winding according to the invention, but, as shown in Fig. 3, a resistor W can be switched on in the circuit for the shunt winding NYTl of the motor M , to which the rectified alternating current via the terminals i, 2, accordingly. Fig. I, is fed. Of course, instead of the direct current motor, a gasoline engine or a turbine or the like can also be controlled, in which case it is not the excitation but the gasoline or steam supply that is controlled mechanically. The method can also be carried out so that the alternating current is generated by the direct current motor itself by having a generator driven by the motor. An exemplary embodiment is shown in FIG. M shows the direct current motor, which of course can also be a gasoline engine or a steam engine or turbine. NW is the shunt winding or, in the case of the steam turbine, a valve for regulating the steam supply. The AC generator WJI sits on the axis of the DC motor. This can be one-, two- or three-phase. It is of course also possible to use a single armature converter. A two-phase generator is shown in the figure. In the phase lines there are oscillation circuits SK; If the internal resistance of the motor is high, parallel oscillation circuits will be used; if the internal resistance is low, series oscillation circuits will be used, as shown. A coil E is coupled to the coils of these circuits. The ends of this coil E are connected to the contacts K and K2 of a pole changer which is driven synchronously by the motor through the cam NS and alternately places a switching pin L on the contacts K1 and K2. The center tap of the coil E is led to the cathode of an amplifier tube R and the switching pin L to the grid of the amplifier tube R. The auxiliary winding HW, which controls the excitation of the direct current motor or the gasoline or steam supply valve of a gasoline engine or a steam turbine, is located in the anode circuit of the tube. If the motor now changes its speed due to any external influences, a phase shift of current and voltage will occur in the oscillation circuits SK, which means that the alternating current curve is no longer interrupted at the maximum points as in Fig. 2a, but the interruption points shift along the alternating current curve . This creates a negative or positive direct current, which controls the grid of the tube accordingly, so that the current in the auxiliary winding is amplified or weakened. As a result, the speed of the motor is always set to a constant, previously determined speed.