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Vorrichtung zum Konstanthalten der Drehzahl eines Gleichstromnebenschlußmotors
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, die dazu dient, die innerhalb eines
bestimmteh Regelbereichs beliebig eingestellte Drehzahl eines Gleichstromnebenschlußmotors,
bei dem die Klemmenspannung des Ankers durch eine oder mehrere steuerbare, gas-
oder dampfgefüllte Entladungsröhren bestimmt wird, wenigstens im wesentlichen konstant
zu halten. Bei bekannten derartigen Vorrichtungen wird die Steuereinrichtung der
Röhren von dem Unterschied zwischen einer für die gewünschte Drehzahl vorher eingestellten
konstanten Gleichspannung (Vergleichsspannung) und einer der elektro;motorisichen
Gegenkraft des Ankers proportionalen Gleichspannung b@eeinflußt. Die letztgenannte
Spannung wird gewonnen als Unterschied zwischen einer der Klemmenspannung des Ankers
proportionalen Gleichspannung und einter dem Ankerstrom proportionalen Gleichspannung,
die meistens über einen Stromtransformator erhalten wird.
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Trotz dieser Maßnahme ist eine konstante Drehzahl bei einem veränderlichen
Belastungsstrom nicht unter allen Umständen gesichert. Als Hauptursache dieses übelstandes
sei der soggenannte Formfaktor erwähnt, d. h. der Quotient zwischen der effektiven
und der mittleren Stromstärke. Dieser Farmfaktor des Wechselstroms, der dem Stromtransformator
im Belastungskreis der gesteuerten Entladungsröhren
in Reihe mit
dem Anker des Motors entnommen wird, ist bei niedrigeren Stromstärken prozentual
höher als bei groß-en Belastungsströmen. Der relative Unterschied kann sogar 3o
% betragen. Dies halt zur Folge, @daß der Ausgleich bei niedrigen Drehzahlen zu
stark und bei hohen Dredizahlen zu schwach isst. Obwohl es durch eine geeigne@te
Einstellung des Steuerapparaties !der steuerbaren Enttladungsröhren möglich ist,
z. B. die Drehzahl bei einer Maximaldrehzahl im ganzen Bereich der Belastungsströme
nahezu konstant zu hasten; ist dies nicht zugleich für die Drehzahl. bei einer Minimaldrehzahl
du'rchführb'ar; es wird im allgemeinen diese Drehzahl in -dem Maße zunehmen, wie
der Belastungsstrom wächst. -Als zweite Ursache der Abweichung von dem eingestellten
Wert der Drehzahl spei die Ankewrückwirkung erwähnt, was aus folgendem hervorgehen
dürfte: Der Ankerstrom .erzeugt nm Anker ein Magnetfeld, das senkrecht zur Richtung
des Hauptfeldes, steht. Durch die Kombination dieser beiden Felder entsteht ein
resultierendes Feld, das auf der einen Seite eines Polschuhes durch Addition und
auf der anderen Seite dieses Polschuhes durch Subtraktion der beeiden Felder erhalten
wird. Das durch Addition erhaltene Feld entspricht aber nicht der Summe der beiden
einzelnen Felder, sondern ist beträchtlich niedriger, da, die Sättigung des Eisenkreises
wächst. Auf der anderen Seite des Polschuhes ist durch Subtraktion das resultierende
Feld schwach, wodurch die Sättigung des. Eisenkreises an dieser Stelle abnimmt.
Es leuchtet ein, daß die Feldzunahme ,auf der einen Seite des Polschuhes geringer
ist als die Abnahme auf der anderen Seite des. Polschuhes. Durchschnittlich hat
also das Hauptfeld infolge des Ankerfeldes abgenommen. Durch diese Schwächung des
Hauptfeldes wird auch die Drehzahl b@eeiuflußt, und zwar derart, daß der Einfluß
bei hohen Drehzahlen, absolut betrachtet, größer ;als bei den niedrigen Drehzahlen
ist.
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Durch Anwendung der Erfindung kann der obengenannte Nachteil vermieden
werden.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zu!m wenigstens ,annähernden
Konstanthalten der innerhalb eines biestimmten Regelbereichs beliebig einbestellten
Drehzahleines GLeichstromnebenschlußmotors, bei dem die Klemmenspannung des Ankers
durch -eine oder mehrere steuerbare, gas- oder daanpfge füllte _ Entladungsröhren
bestimmt wird, deren Steuereinrichtung von einer für die gewünschte Drehzahl vorher
:eingestellten konstanten Gleichspannung (Vergleichsspannung), einer der Klemmenspannung
des Ankers proportionalen Gleichspannung und einer dem Ankerstrom pro- -portionalen
Gleichspannung beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in den die einstellbare
konstante Vergleichsspannung @enthaltenden Kreis eine weitere, dem Ankerstrom proportionale
und .zweckmäßig ebenfalls einstellbare Gleichspannung (Ausgleichsspannung) derartiger
Größe in Reihe geschaltet ist, und zwar auf der Seite des die konstante Vergleichsspannung
liefernden Spannungsteilers, die der niedrigsten Drehzahl entspricht, daß durch
diese Ausgleichsspannung die Drehzahl auch bei veränderlichen Belastungsströrnen
praktisch konstant gehalten wird.
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Es ist von der Konstruktion ,des verwendeten Neb-enschlußmotors abhängig,
ob die Ausgleichsspannung im positiven oder aber im negativen Sinne mit der konstanten
Gleichspannung in Reihe geschaltet werden soll. An Hand einiger Versuche läßt sich
dies leicht feststellen. Durch Änderungi der Ausgleichsspamnunig, z. B. mittels
eines Regelwiderstandes, kaum: ,auch ihre richtige Größe versuchsweise vermittelt
werden.
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Bei einer geeigneten Ausführungsform der Erfudung enthält, die Steuereinrichtung
zwei parallel. geschaltete Steuerkreise, (z. B. zwischen Kathode und Steuerelektrode
der Entladungsröhren, vorzugs: weise steuerbaren. Verstärkerröhren), und es ist
in einen der Kreise -die konstante Gleichspannung und die Ausgleichsspannung und
in den anderen Kreis die Difterenzspannungeiner der Klemmenspannung einerseits und
einer dem Ankerstrom a'udererseits proportionale Gleichspannung eingeschaltet.
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An Hand der schematischen Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise
näher erläutert.
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In Fig. r ist i der Ankereines Gleichstronmebenschlußmotors, der mit
einer Nebenschlußwicklung a versehen ist, die auf bekannte Weise, z. B. aus einem
gesonderten, gegebenenfalls regelbaren Gleichrichter, gespeist wird. Dieser Gleichrichter
ist einfachheitshalber im Schaltbild weggelassen.
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Die Klemmenspannung .am Anker t des Motors wird ;geliefert von einem
Gegentakt-Gleichrichter mit zwei steuerbaren gas- oder dampfgefüllten Röhren 3 und
q., die aus denn Transformator 5 gespeist werden: Eine an sich bekannte, z. B. ;eine
in der Phase verschiebbare Zündwechselspannung liefernde Voirhchtung 6 (die z. B.
meistens einen Verstärker enthält) an dem Gitter 7 der Entladungsröhre 3 ist an
zwei parallel ,geschaltete Steuerkreise angeschlossen. Der eine Kreis enthält, von
der Vorrichtung 6 aus gesellen, den Gitterwiderstand R1, einen Teil des. einistellbaren
Spannungsteilers R:,
für die konstante Gleichspannung (Vergleichsspannung),einen,
Teil des Spannungsteilers R3 (der einstweilen außer Betracht gelassen wird) und
ist denn an die Kathode der Röhre 3 angeschlossen. Die konstante Vergleichsspannung
wird von einer GLeichspannungsquelle 8 geliefert, die durch die Röhre 9 stabilisiert
und (über R3) mit dem Spannungsteiler R2 verbunden ist. Der zweite Kreis enthält
den Gitterwiderstand R,1, den Widerstand.R5 und- einen Teil des Spannungstellers
Rs und ist dauen ebenfalls an die Kathode der Röhre 3 angeschlossen. Bei der bekannten
Schaltung fehlt der Widerstand R3, und es sind die obere Sieite des Spannungsteilers
und die Unterseite des Widerstandes R8 unmittelbar mit der Kathode verbunden. Bei
dieser bekannten Schaltung wird die Vorrichtung 6 somit durch die Difereuu zwischen
der konstanten Vergleichsspannung am Spannungsteiler R2 und der im anderen Kreis
R4, Ru, R6 vorhandenen
Spannung beeinflußt. Die resultierende Gleichspannung
in diesem Kreis ist der Gleichspannung im anderen Gitterkreis entgegengesetzt, was
aus den '-, - und --Zeichen hervorgeht, so daß man in b@ezug .auf die Vorrichtung
6 ,also von dem Unterschied zwischen den beiden Gleichspannungen sprechen darf.
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Die Gleichspannung im Kreis R4, R5 und R6 ist der gegenelektromotorischen
Kraft des Ankers bei einer bestimmten Drehzahl proportional und wird aus dem Unterschied
erhalten zwischen einer der Klemmenspannung proportionalen Gleichspannung an den
Widerständen R5 und R6, die über einen Widerstand R7 an den Anker i angeschlossen
sind, und deiner dem Ankerstrom proportionalen Gleichspannu=ng .am Widerstand R6,
der über (R3 und) Rs mit einem Gleichrichter i o verbunden ist.
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Dieser Gleichrichter wird aus einem Stromtransformator 11 gespeist,
dessen Primärwicklungen 12 in den Anodenkreisen der Entladungsröhren 3 und q. liegen,
so daß die gelieferte Gleichspannung ein Maß für die Größe des Ankerstromes bildet.
Auch die Gleichspannung am Widerstand R3 ist somit der Größe des, aufgenommenen
Ankerstroms proportional, wenn die Ankerspannungskomponente aus R6,-R5, R7 vorläufig
außer Betracht gelassen wird. Diese Spannung wird im Gitterkreis (R4, R5, R6 und
Kathode) der Röhre 3 von der Spannung an den Widerständen R5 und R6 abgezogen, die
der Klemmenspannung des Ankers i proportional ist, so daß in diesem Gitterkreis
Birne resultierende Gleichspannung verbleibt, die der gegenelektromotorischen Kraft
des Ankers proportional und entgegengesetzt zu der Vergleichsspannung am Widerstand
R2 gerichtet ist. Die gewünschte Drehzahl des Motors wird durch die Einstellung
des Kontaktes 13 des Widerstandes R2 bestimmt. Steht der Kontakt unten am Widerstand
R2 (+--Klemme der Batterie 8), so erreicht man die Maximaldrehzahl, in der oberen
Lage (Ende) die Min'nnumdr:ehz:ahl. Die Steuerung der Röhre 3 erfolgt z. B. durch
Phasenverschiebung einer Steuerwechselspannung (gegebenenfalls von spitzer Form),
die von der Vorrichtung 6 geliefert wird, die wieder durch die resultilerende Gleichspannung
aus den genannten Gitterkreisen auf bekannte Weise b:eeinflußt wird.
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Bei richtiger Anordnung dieser Brückenschaltung ist :es möglich, z.
B. die Geschwindigkeit bei der Maximaldrehzahl konstant zu halten bei veränderlicheim
Belastungsstrom durch den Anker i. Dies ist aber nicht möglich (immer noch vorausgesetzt,
daß der Widerstand R3 im Schaltbild fehlt) bei der Maximaldrehzahl.
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Durch Anwendung der Erfindung, d. h. durch Reihenschaltung einer dem
Ankerstrom proportionalen Gleichspannung (am Widerstand R3) mit der Vergleichsspannung`
am Widerstand R2, und zwar an derjenigen Seite desselben, die mit den. niedrigeren
Drehzahlen übereinstimmt, also am oberen Ende (Erde) von R2, läßt sich ein AusgIeich
erzielen, wodurch auch die niedrigeren Drehzahlen bei veränderlichen Belastungsströmen
praktisch konstant bleiben. Wenn die Widerstände R2 und R3 wie in Fig. i geschaltet
sind, wird die Gleichspannung an R3 von der Gleichspannung an R2 abgezogen, da die
Gleichspannung bei den niedrigen Drehzahlen, wenn der Kontakt 13 oben steht, bereits
einen bestimmten, dem Ankerstrom proportionalen negativen Wert (die Spannung an
R3) im Gitterkreis R" R2, R3 Kathode hat.
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Entsprechend der Konstruktion und Schaltung des verwendeten Neb.enschlußinotors
kann es aber auch erforderlich sein, von R3 einen in b:ezug auf die Spannung an
R2 positiven Wert abzugreifen. Das Schaltbild soll dann :etwas geändert werden,
wie in Fig.2 dargestellt Lt. Entsprechende Teile sind in mit den gleichen Bezugszeichen
wie in Fig. i versehen. Da der WiderstandR3 jetzt zwischen der positiven Klemme
der Gleichrichtearschaltung i o, i i und der Kathode der Entladu@ngsröhre 3 ,angeordnet
ist, wird die Spannung an R3 im Kreis Kathode-R3-R2-Ri-Vorrichtung 6 der konstanten
Vergleichsspannung an R2 hinzugefügt. Aus den, Zeichen - und -f- an diesen Widerständen
ist dies auf -einfache Weise erkennbar.
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Versuchsweise läßt sich leicht feststellen, ob die Schaltung von R3
nach Fig. i oder nach Fig. 2 verwendet werden muß.
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Wenn R3 ,als Spannungsteiler ausgebildet wird, ist die Größe der erforderlichen
Ausgleichsspannung, die davon abgegriffen wird, ebenfalls leicht .einstellbar.
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Aus dem oben Geschilderten geht hervor, daß man sich auch Nebenschlußmotoren
denken könnte, bei denen die Spannung an R3 weder zugefügt noch abgezogen zu werden
braucht, d. h., daß der Spannwngsteäler R3 entfallen könnte.