DE915161C

DE915161C - Bridge circuit for measuring the engine speed

Info

Publication number: DE915161C
Application number: DEL13313A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Guenter Brumby
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1952-09-09
Filing date: 1952-09-09
Publication date: 1954-07-15

Description

Brückenschaltung zum Messen der Motordrehzahl In Fernsteuerungs- und Regelkreisen ist häufig die Messung der Drehzahl von Motoren erforderlich. Es ist bekannt, die Drehzahl eines Motors, z. B. eines Gleichstrommotors, dadurch zu messen, daß man die der Drehzahl des Motors proportionale EMK des Motors einer Brückenschaltung entnimmt. Eine derartige bekannte Brückenanordnung zur Ermittlung der EMK eines Motors ist in der Zeichnung (Fig. I) wiedergegeben.Bridge circuit for measuring the engine speed In remote control and Control loops are often required to measure the speed of motors. It is known, the speed of a motor, e.g. B. a DC motor, to measure that the EMF of the motor of a bridge circuit, which is proportional to the speed of the motor removes. Such a known bridge arrangement for determining the EMF of a Motor is shown in the drawing (Fig. I).

Die Gleichstrombrücke wird von den drei Widerständen R1, R2, Rv und dem Ankerwiderstand Ra des Motors M gebildet. Die Brücke wird von dem Gleichstromgenerator G über die Anschlußpunkte a und b gespeist. Der SpannungsaI>griff für den Nullzweig erfolgt an den Stellen c und d. The DC bridge is made up of the three resistors R1, R2, Rv and the armature resistance Ra of the motor M is formed. The bridge is from the DC generator G fed via the connection points a and b. The voltage hold for the zero branch takes place at points c and d.

Die Brücke ist so abgeglichen, daß bei festgebremste Motor an den Klemmen c, d keine Spannung auftritt, auch wenn an den Klemmeta, b eine Spannungsquelle angeschlossen ist. The bridge is adjusted so that when the motor is braked to the Terminals c, d none Voltage occurs even if there is a voltage source on the Klemmeta, b connected.

Sobald der Motor läuft, entsteht eine der Drekzahl des Motors proportionale EMK, die das Brücke gleichgewicht stört und an den Klemmen c, d eine Spannung entstehen läßt. Ein an den Klemmen c, d angeschlossenes Meßinstrument (Spannunlgs,messer) kann zur Vereinfachung des Betriebes direkt in U/min geeicht sein.As soon as the engine is running, there is a speed proportional to the engine speed EMF, which disturbs the balance of the bridge and creates a voltage at terminals c, d leaves. A measuring instrument (voltage, knife) connected to terminals c, d can be calibrated directly in rpm to simplify operation.

Die Brückenanordnung hat den Nachteil, daß die Induktivität des Motorankers und des Wendefeldes in dynamischer Hinsicht bei Schalt- und Belastungsänderungen vorübergehend eine zusätzliche EMK entstehen läßt, die sich zu der der Umdrehungszahl des Motors proportionalen EMK addiert. Bei den Schwankungen des elektrischen Zustandes wird somit an den Klemmen c, d eine Spannung abgenommen bzw. eine Drehzahl gemessen, die in Wirklichkeit in dieser Höhe nicht vorhanden ist. The bridge arrangement has the disadvantage that the inductance of the motor armature and the turning field in dynamic terms with switching and load changes temporarily an additional EMF can arise, which is in addition to that of the number of revolutions of the motor's proportional EMF is added. With the fluctuations in the electrical state is thus at the terminals c, d a Tension removed or a Speed measured, which in reality does not exist at this altitude.

Die Erfindung bringt eine Brücken anordnung zum Messen bzw. zum Regeln einer Motordrehzahl, bei der dieser Nachteil nicht auftritt. Sie besteht darin, daß in mindestens einen Zweig der Brücke ein Blindwiderstand eingeschaltet ist, der bei Änderung des elektrischen Zustandes in der Brücke einen Spannungsabfall erzeugt zur Kompensation der infolge Schwankungen des elektrischen Zustandes an der Induktivität in dem Motorankerkreis entstehenden Spannung. The invention brings a bridge arrangement for measuring or regulating an engine speed at which this disadvantage does not occur. It consists in that a reactance is switched on in at least one branch of the bridge, a voltage drop when the electrical state changes in the bridge generated to compensate for the fluctuations in the electrical state the inductance in the motor armature circuit.

Auf einfache Art läßt sich diese Schaltung dadurch verwirklichen, daß der Widerstand Rv ganz oder teilweise von der Wendepolwicklung und/oder Kompensationswicklung des in dem benachbarten Brückenzweig liegenden Motors M gebildet wird. This circuit can be implemented in a simple way by that the resistance Rv wholly or partially from the reversing pole winding and / or compensation winding of the motor M located in the adjacent branch of the bridge is formed.

In der Zeichnung ist dies der Brückenzweig a, d.In the drawing this is the bridge branch a, d.

Durch Fig. 2 ist eine derart ausgebildete Brückenschaltung dargestellt. Die Brücke, die an den Klemmen a> b von einer Spannungsquelle, z. B. einem Gleichstromgenerator, wie in Fig. I wiedergegeben, gespeist wird, besteht aus den Zweigen R2, Rt und M und hat abweichend von der Anordnung nach Fig. 1 als vierten Zweig einen induktiven Widerstand in Gestalt der WendepolwicklungR,,'.A bridge circuit designed in this way is shown by FIG. The bridge connected to terminals a> b from a voltage source, e.g. B. a DC generator, as shown in Fig. I, consists of the branches R2, Rt and M and, unlike the arrangement according to FIG. 1, has an inductive branch as the fourth branch Resistance in the form of the reversing pole winding R ,, '.

Es ist auch möglich, den Widerstand aus einer Kombination von einem ohmschen Widerstand mit der Ä'endepolwicklung bestehen zu lassen.It is also possible to get the resistance from a combination of one to allow ohmic resistance with the terminal winding.

Eine Kompensation der durch die Induktivität im Motorzweig erzeugten Zusatzspannung erreicht man auch in der Anordnung nach Fig. 3, wobei der Widerstand R1 in dem Brüdkenzweig c, d eine induktive Komponente in Gestalt einer Spule L1 erhält. A compensation for those generated by the inductance in the motor branch Additional voltage can also be achieved in the arrangement according to FIG. 3, the resistance R1 in the bridge branch c, d an inductive component in the form of a coil L1 receives.

Es ist auch möglich, die Zusatzspannung im Motorkreis durch Einbau eines kapazitiven Widerstandes zu kompensieren. In Fig. 4 ist ein Beispiel einer derartigen Schaltung wiedergegeben. Dem Widerstand 2 in dem Brückenzweig a, c ist ein Kondensator C2 parallel geschaltet. It is also possible to install the additional voltage in the motor circuit to compensate for a capacitive resistance. In Fig. 4, an example is one reproduced such a circuit. The resistor 2 in the bridge branch a, c is a capacitor C2 connected in parallel.

Günstige Verhältnisse ergeben sich, wenn die Brücke wechselstrommäß ig durch Kombination mehrerer Blindwiderstände mit ohmschen Widerständen abgeglichen wird. So kann in einer Brückenanordnung in dem Zweig b, c in Reihe mit dem Widerstand Rt eine Induktivität L1 liegen und dem ohmschen Widerstand R2 in dem benachharten Brückenzweig a, c eine Kapazität C2 parallel geschaltet sein. Favorable conditions arise when the bridge is alternating current ig balanced by combining several reactances with ohmic resistors will. So in a bridge arrangement in the branch b, c in series with the resistor Rt is an inductance L1 and the ohmic resistor R2 in the adjacent Bridge branch a, c, a capacitor C2 can be connected in parallel.

In vorteilhafter Weise kann eine derartige Brücke unter Zuhilfenahme weiterer Schaltelemente zu einem Regelkreis erweitert werden. Ein Beispiel eines solchen Regelkreises ist in Fig. 5 dargestellt. Such a bridge can advantageously be made with the aid of further switching elements can be expanded to form a control loop. An example of one such a control loop is shown in FIG.

Die eigentliche Meßbrücke ist z. B. in derselben Weise, wie durch Fig. 2 charaliterisiert, aufgebaut.The actual measuring bridge is z. B. in the same way as by Fig. 2 charaliterized, constructed.

Die an den Klemmen c, d der Brücke entstehende Spannung wird nun nicht einem Meßinstrument, sondern als Istwert an den Eingang eines Verstärkers V zurückgeführt. Der Sollwert der Drehzahl wird durch Variation der Spanntingsquelle s eingestellt. Der Verstärker kann z. B. ein magnetischer Verstärker oder eine Verstärkermaschine sein. Durch entsprechende Wahl des Widerstandscharakters der Brüclçenzweige kann den Erfordernissen einer stabilen Regelung Rechnung getragen werden. Man erreicht durch diesen erfindungsgemäßen Aufbau der Brücke eine leichte und sichere Art einer automatischen Regelung der Motordrehzabl.The voltage generated at terminals c, d of the bridge is now not a measuring instrument, but fed back to the input of an amplifier V as an actual value. The setpoint of the speed is set by varying the voltage source s. The amplifier can e.g. B. a magnetic amplifier or an amplifier machine be. By appropriate choice of the resistance character of the bridge branches the requirements of a stable regulation are taken into account. One achieves by this structure of the bridge according to the invention an easy and safe type of a automatic regulation of the motor speed

In der Anordnung nach Fig. 5 ist es möglich, daß der Motor einen zu hohen Strom aufnimmt, der ihn thermisch gefährden könnte. Durch einfache Erweiterung der Schaltanordnung kann eine Begrenzung des Motorstromes herbeigeführt werden. In the arrangement of Fig. 5, it is possible that the engine has a absorbs too much current, which could endanger it thermally. By simple expansion the switching arrangement can limit the motor current.

Die bisher bekannten Strombegrenzungsschaltungen beruhen z. B. darauf, daß ein Spannungsabfall an einem Widerstand im Verbraucherkreis gemessen wird. Dieser Spannungsabfall wird normalerweise durch einen zusätzlichen Verstärker vergrößert, als Verstellgröße benutzt, oder es werden vorgespannte Gleichrichter vorgesehen, deren Zweige einen Strom über ein Steuerfeld schicken, sobald der Spannungsabfall an einem Widerstand größer ist als die Gleichstromvorspannung des Gleichrichters. Diese Schalttingen haben den Nachteil, daß entweder zusätzlicheVerstärker benötigt werden, oder Hilfsspannungen mit einem äußerst kleinen Innenwiderstand, um eine genügend große Steuerleistung zu erzielen. The previously known current limiting circuits are based, for. B. on that a voltage drop across a resistor in the consumer circuit is measured. This Voltage drop is usually increased by an additional amplifier, used as a variable, or preloaded rectifiers are provided, whose branches send a current via a control panel as soon as the voltage drop across a resistor is greater than the rectifier DC bias. These switches have the disadvantage that either additional amplifiers are required or auxiliary voltages with an extremely small internal resistance to a to achieve sufficient tax performance.

Die Weiterbildung des Regelkreises nach der Erfindung bedient sich auch der Gleichrichter zur Strombegrenzung, und zwar zweier Trockengleichrichter in Antiparallelschaltung. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 6 der Zeichnung dargestellt. The development of the control loop according to the invention makes use also the rectifier for current limitation, namely two dry rectifiers in anti-parallel connection. Such an arrangement is shown in Fig. 6 of the drawing.

Die zwei Trockengleichrichter G11 und G12 in Antiparallelschaltung liegen parallel zu dem in Reihe mit dem Motor liegenden Widerstand 1?,. Die Schutzwirkung beruht auf dem Effekt, den die geknicken Kennlinien der Trockengleichrichter ausüben. Wird die Schwellwertspannung des Gleichrichters überschritten, so werden die Gleichrichter G11 und G12 durchlässig, wodurch sich das Brücliengleichgewicht im Sinne einer Vergrößerung der Spannung an den Klemmen c, d verschiebt. Der sonstige Aufbau der Anordnung nach Fig. 6 entspricht dem der Anordnung nach Fig. 4.The two dry rectifiers G11 and G12 in anti-parallel connection are parallel to the resistor 1?,. The protective effect is based on the effect that the kinked characteristics of the dry rectifier have. If the threshold voltage of the rectifier is exceeded, the rectifiers will be G11 and G12 permeable, whereby the bridge equilibrium increases in the sense of an enlargement the voltage at terminals c, d shifts. The rest of the structure according to the arrangement FIG. 6 corresponds to that of the arrangement according to FIG. 4.

Durch die scheinbare Vergrößerung der EMK des Motors M wird der Verstärker V so beeinflußt, daß seine Ansgangsspannung sich verringert, was eine Begrenzung des Laststromes zur Folge hat.Due to the apparent increase in the EMF of the motor M, the amplifier V is influenced in such a way that its starting voltage is reduced, which is a limitation of the load current.

Die Kennlime der Trockengleichrichter kann durch Wahl der Plattengröße beeinflußt werden. The characteristics of the dry rectifier can be determined by choosing the plate size to be influenced.

Es ist weiterhin denkbar, daß der bei überschreiten des Schwellspannungswertes über die Gleichrichter fließende Strom ebenfalls an den Eingang des Verstärkers zurückgeführt wird, wie es durch die gestrichelten Linien in Fig. 6 dargestellt ist. Man erreicht durch die Zurückführung zweier Größen auf der Eingangsseite an den Eingang eine wirksamere Regelung. It is also conceivable that when the threshold voltage value is exceeded Current flowing through the rectifier is also sent to the input of the amplifier is fed back as shown by the dashed lines in FIG is. By reducing two sizes on the input side, one achieves the entrance a more effective regulation.

Fig. 7 zeigt eine Anordnung zur Drehzah!lregelung, die z. B. eine Amplidyne A als Verstärker verwendet und die sich zweier vorgespannter Gleichrichter Gl3 und G14 bedient. Die Gleichrichter sind dabei so geschaltet, daß eine Gleichstromquelle T kleiner Leistungsfähigkeit ausreicht. Die Regelwirkung ist auch hierbei außer von der an den Klemmen c, d abgegriffenen und auf die Wicklung 4 wirkenden EMK des Motors von dem an den Eingang der Verstärkermaschine zurückgeführten Strom durch einen der Gleichrichter G13 oder G14 abhängig. Fig. 7 shows an arrangement for speed control, the z. Legs Amplidyne A used as an amplifier and the two biased Rectifier Gl3 and G14 served. The rectifiers are connected so that a direct current source T small capacity is sufficient. The control effect is also here except of the EMF des tapped at terminals c, d and acting on winding 4 Motor by the current fed back to the input of the amplifier machine one of the rectifiers G13 or G14 dependent.

Man kann, insbesondere wenn die erfindungsmäßigen Regelkreise mit Magnet- oder Maschinenverstärkern zusammenarbeiten, Beruhigungstransformatoren vorsehen, die eine differenzierende oder elastische Rückführung gestatten. You can, especially if the inventive control loops with Magnetic or machine amplifiers work together, provide calming transformers, which allow a differentiating or elastic return.

Die Erregung der in Fig. 7 verwendeten Verstärkermaschinen ist somit abhängig von dem die Wicklung 4 durchfließenden Erregerstrom, d. h. von der den Sollwert bestimmenden Gleichspannungsquelle S, die der an den Klemmen c, d entnommenen EMK des Motors entgegenwirkt, wobei die Differenz der Spannungen an der Wicklung 4 zur Wirkung kommt, weiterhin von dem die Erregerwicklung 2 durchfließenden Strom durch einen der Gleichrichter C13 oder G14 sowie von der Verstärkerausgangsspannung, die der Wicklung 5 über den Beruhigungstransformator 3 zugeführt wird. The excitation of the amplifier machines used in FIG. 7 is thus depending on the excitation current flowing through the winding 4, d. H. of the Setpoint determining DC voltage source S, which is taken from terminals c, d The EMF of the motor counteracts the difference in the voltages on the winding 4 comes into effect, continues from the current flowing through the excitation winding 2 by one of the rectifiers C13 or G14 as well as by the amplifier output voltage, which is fed to the winding 5 via the smoothing transformer 3.

Die Fig. 8 zeigt eine Regelanordnung, die eine weitere erfindungsgemäße Vereinfachung aufweist. Fig. 8 shows a control arrangement which is a further according to the invention Has simplification.

Als Beispiel eines Verstärkers ist wieder eine Verstärkermaschine gewählt. Die Ausgangsspannung der Maschine wird nun nicht über einen Beruhigungstransformator einer separaten Steuerungswicklung wie in Fig. 7 geführt, sondern der Haupterregerwicklung 4 zugeleitet.As an example of an amplifier, again is an amplifier machine chosen. The output voltage of the machine is now not via a calming transformer a separate control winding as shown in Fig. 7, but the main excitation winding 4 forwarded.

Bei geeigneter Abstimmung des Berubigungsübertragers 3 mit dem Steuerfeld 4 wird eine Vorhaltwirkung sowie eine differenzierende Rückführung erzielt. With suitable coordination of the relief transmitter 3 with the control panel 4, a lead effect as well as a differentiating return is achieved.

Wenn auch die erfindungsmäßigen Anordnungen vorwiegend für den Gleichstrombetrieb gedacht sind, so ist doch ihre Verwendung für die Messung der EMK bzw. der Regelung der Geschwindigkeit eines Wechselstrommotors nicht ausgeschlossen. Even if the arrangements according to the invention are predominantly for direct current operation are intended, their use is for the measurement of the EMF or the regulation the speed of an AC motor cannot be ruled out.

Die erfindungsmäßigen Anordnungen eignen sich gut bei Antriebsmotoren für Werkzeugmaschinen, deren Drehzahl genau zu regeln ist.The arrangements according to the invention are well suited for drive motors for machine tools, the speed of which must be precisely controlled.

PATENTANSPROCHE: I. Brückenschaltung, bestehend aus vier Brückenzweigen, von denen einer den Motorkreis enthält, zum Messen der Motordrehzahl, derart, daß im Nullzweig der Brücke ein Spannungsmesser liegt, der die der Drehzahl des Motors proportionale EMK des Motors mißt, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem Zweig der Brücke ein Blindwidefstand (Rv', L1, C2) eingeschaltet ist, der einen Spannungsabfall erzeugt zur Kompensation der infolge Schwankungen des elektrischen Zustandes an der Induktivität im Motorkreis entstehenden Spannung. PATENT APPLICATION: I. Bridge circuit, consisting of four bridge branches, one of which contains the engine circuit, for measuring engine speed, such that In the zero branch of the bridge there is a voltmeter that measures the speed of the motor measures proportional EMF of the motor, characterized in that in at least one Branch of the bridge a Blindwidefstand (Rv ', L1, C2) is switched on, the one Voltage drop generated to compensate for the fluctuations in the electrical State of the voltage arising at the inductance in the motor circuit.

Claims

2. Bridge circuit according to claim I, characterized. marked that a bridge arm (a, d) contains the main winding (Rv ') of the motor.

3. Bridge circuit according to Claim I and 2, characterized in that that the reversing pole winding is only part of the resistance in the bridge arm (, d) forms.

4. Bridge circuit after. Claim I, characterized in that the bridge branch (b, c) with the resistor (R) has an inductive component (L).

5. Bridge circuit according to claim I, characterized in that the resistor (R2) in the bridge branch opposite the motor branch (b, d) (a, c) a capacitive resistor (C2) is connected in parallel.

6. Bridge circuit according to claim I, characterized in that the bridge has a branch (b, c) with one lying in series with the resistor (R1) Inductance (L1) and a branch (b, c) with a parallel connection of an ohmic Contains resistor (R2) and a capacitor (C2).

7. Bridge circuit according to claim 1 or one of the following for Use for automatic control of the engine speed, characterized in that that the bridge is fed by an amplifier (V) and that the terminals (c, d) the voltage taken from the bridge is fed back as an actual value to the input of the amplifier will.

8. Bridge circuit according to claim 7, characterized in that the supply of the bridge or the regulation of the motor speed via a magnetic amplifier he follows.

9. Bridge circuit according to claim 7 or 8, characterized in that that to limit the motor current parallel to the resistor (Rv) in the motor branch adjacent bridge branch two dry rectifiers (ei ,, Gel2) in anti-parallel connection lie.

IO. Bridge circuit according to Claim 9, characterized in that when the threshold voltage is exceeded in the rectifier (Gll or Gel2) flowing current is fed back to the input of the amplifier to increase the control effect will.

11. Bridge circuit according to claim I and g or one of the following, with an amplifier machine, characterized in that the output voltage of the Amplifier machine (A) via a calming transformer (3) in the main field winding (4) of the amplifier machine (A).