DE942754C

DE942754C - Arrangement for speed control of a direct current motor fed by an alternating current source via a rectifier

Info

Publication number: DE942754C
Application number: DEM21844A
Authority: DE
Inventors: Dr Jaques Gilbert
Original assignee: Werkzeugmaschinenfabrik Oerlikon Buhrle AG
Current assignee: Rheinmetall Air Defence AG
Priority date: 1954-01-14
Filing date: 1954-02-10
Publication date: 1956-05-09

Description

.Anordnung. zur Drehzahlregelung eines von einer Wechselstromquelle über Gleichrichter gespeisten Gleichstrommotors Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Drehzahlregelung eines von einer Wechselstromquelle über Gleichrichter gespeisten Gleichstrommotors, mit mindestens einem Regelverstärker und Mitteln zur Erzeugung einer von der Motordrehzahl abhängigen elektrischen Spannung..Arrangement. for speed control of one from an AC power source DC motor fed via rectifier The invention relates to a Arrangement for speed control of an alternating current source via rectifier fed DC motor, with at least one control amplifier and means for Generation of an electrical voltage dependent on the engine speed.

In einer großen Anzahl von bekannten Anordnungen wird die- Drehzahl so geregelt, daß die momentane Motordrehzahl. mit einer Sollwertgröße verglichen wird. Letztere ist oft * eine stabilisierte Gleichspannung. Als drehzahlabhängige Spannung wird z. B. die Ankerspannung gewählt, die um eine dem Ankerstrom proportionale Größe korrigiert wird, die dem Spannungsabfall entspricht.In a large number of known arrangements, the speed regulated so that the current engine speed. compared with a setpoint value will. The latter is often * a stabilized DC voltage. As speed-dependent Voltage is z. B. selected the armature voltage that is proportional to the armature current Corrected the size that corresponds to the voltage drop.

Im stationären Zustand sind die in Frage kommenden Meßspannungen periodische . Funktionen der Zeit, die in eine Gleichkomponente und eine Wechselkomponente zerlegt werden können. Die Gleichkomponente ist das arithmetische Mittel der betrachteten Meßgröße, und die Wechselkomponente enthält eine Reihe von Harmonischen. Die Grundfrequenz dieser Wechselkomponente ist z. B. gleich einem Mehrfachen der Frequenz des Speisenetzes, oder sie kann der Drehzahl des. betreffenden Motors proportional sein. Fig. i der Zeichnung zeigt schematisch ein Beispiel des Verlaufes der über der Zeit t aufgetragenen Ankerspannung u und des Ankerstromes i eines über -Gleichrichter gespeisten Gleichstrommotors für zwei verschiedene und beliebig gewählte Zustände a und b. Die Gleichkomponenten sind mit ü bzw. i dargestellt. Die Spannung e entspricht der Gegen-EMK des Motors.In the steady state, the measurement voltages in question are periodic. Functions of time that can be broken down into a constant component and an alternating component. The constant component is the arithmetic mean of the measured variable under consideration, and the alternating component contains a number of harmonics. The fundamental frequency of this alternating component is z. B. equal to a multiple of the frequency of the supply network, or it can be proportional to the speed of the relevant motor. Fig. I of the drawing shows schematically an example of the course of the armature voltage u plotted over time t and the armature current i of a DC motor fed by a rectifier for two different and arbitrarily selected states a and b. The constant components are shown with ü and i. The voltage e corresponds to the back EMF of the motor.

Bekanntlich ist für die Regelung nur die Gleichkomponente brauchbar. Die Harmonischen (i. Harmonische inbegriffen) stellen eine Störung dar, die eliminiert oder wenigstens stark abgeschwächt werden soll, da sonst das Regelsystem nicht funktidniert. Zu diesem Zweck werden diese Harmonischen allgemein durch ein oder mehrere Tiefpaßfilter (integrierende Elemente) gesiebt, die aber den großen Nachteil haben, mindestens eine zusätzliche Zeitkonstante in den Regelkreis einzuführen, die um so größer ist, je bessere Siebung gewünscht wird. Die Folge davon ist eine Verminderung der Regelgeschwindigkeit und eine vermehrte Tendenz zur Instabilität. ` Zwecks Vermeidung dieser Nachteile besitzt die Anordnung gemäß der Erfindung einen aus mindestens einem Hochpaßfilter bestehenden Hilfsstromkreis und eine Phasenumkehrstufe, die derart angeordnet sind, daß die in der von der Motordrehzahl abhängigen elektrischen Spannung enthaltenen Harmonischen durch Kompensation aus dem Regelverstärker eliminiert werden. Auf diese Weise kann erreicht werden, daß die Zeitkonstante des Regelverstärkers klein bleibt und dennoch der Störeffekt der Harmonischen eliminiert wird. Durch entsprechende Wahl der Elemente des Hilfsstromkreises kann der Frequenzgang des Regelverstärkers z. B. so beeinflußt werden, "daß der Hilfsstromkreis in einem bestimmten Frequenzband eine differenzierende Wirkung ausübt. Dabei kann auf die Verwendung zusätzlicher Mittel zur Stabilisierung zum Teil verzichtet werden.As is known, only the constant component can be used for the regulation. The harmonics (including harmonics) represent a disturbance that eliminates or at least should be greatly weakened, otherwise the control system will not work. To this end, these harmonics are generally passed through one or more low-pass filters (integrating elements) sifted, but they have the big disadvantage, at least to introduce an additional time constant into the control loop, which is all the greater the better sieving is desired. The consequence of this is a reduction in the control speed and an increased tendency towards instability. `In order to avoid these disadvantages the arrangement according to the invention has one of at least one high-pass filter existing auxiliary circuit and a phase reversing stage, which are arranged in such a way that the contained in the voltage dependent on the engine speed Harmonics can be eliminated by compensation from the control amplifier. To this In this way it can be achieved that the time constant of the control amplifier remains small and yet the interference effect of the harmonics is eliminated. Through appropriate The choice of the elements of the auxiliary circuit can be influenced by the frequency response of the control amplifier z. B. so influenced "that the auxiliary circuit in a certain frequency band has a differentiating effect. The use of additional Means for stabilization are partly dispensed with.

Da die drehzahlabhängige Spannung im allgemeinen eine große Anzahl von Harmonischen enthält, lassen sich meistens nicht alle Harmonischen gleichzeitig und restlos kompensieren. Es kann daher von Vorteil sein, für gewisse Frequenzen zusätzliche Phasenverschiebungsglieder im Hilfsstromkreis vorzusehen..Since the speed-dependent voltage is generally a large number of harmonics, mostly not all harmonics can be found at the same time and compensate completely. It can therefore be beneficial for certain frequencies additional phase shifting elements are to be provided in the auxiliary circuit ..

In der Zeichnung zeigen die Fig. 2, 3 und 4 schematisch drei Beispiele von Anordnungen zur Drehzahlregelung gemäß der Erfindung. Nach Fig.2 speist ein Transformator 2, der an das Netz i angeschlossen ist, mit Hilfe von gittergesteuerten Gleichrichter-Röhren 3 den Anker 6 eines Gleichstrommotors, dessen Erregung 5 fremdgespeist ist. Der Anker 6 kann durch einen Schalter 7 ein- oder ausgeschaltet werden. Ein Potentiometer 8 liefert eine Bezugsgleichspannung (Sollwert der Motordrehzahl). An den Klemmen eines Spannungsteilers g liegt eine der Ankerspannung proportionale Spannung. Die Differenz zwischen diesen beiden Spannungen wird durch Widerstände io und ii gebildet und an den Eingangsleiter 22 eines Regelverstärkers 24 über einen Widerstand 12 gelegt. Ein Hilfsstromkreis mit einem Potentiometer 13, einem aus einem Kondensator 14 und einem Widerstand 18 bestehenden Hochpaßfilter, einer Phasenumkehrstufe, die aus einer Röhre 2o, einem Kathodenwiderstand ig und einem Anodenwiderstand 17 besteht, und mit einem Netzwerk, umfassend einen Kondensator 16 und einen Widerstand 15, ist an den Eingang 22 des Verstärkers 24 angeschlossen. Leiter o, 21 und 23 des Verstärkers 24 sind an eine Hilfsstromquelle angeschlossen. Der Ausgangsleiter 4 des Regelverstärkers 24 führt zur Steuereinrichtung der Gleichrichterröhren 3. Die Harmonischen der Ankerspannung werden einerseits über den Spannungsteiler 9 und den aus den Widerständen i i und 12 bestehenden eigentlichen Steuerkreis, anderseits über den erwähnten Hilfsstromkreis geleitet, wo ihre Polarität umgekehrt wird. Infolgedessen findet am Verbindungsort beider Stromkreise, d. h. am Eingang 22 des Verstärkers 24, eine Kompensation der Harmonischen statt. Diese Kompensation muß nur einmal mittels des Potentiometers 13 eingestellt werden.In the drawing, FIGS. 2, 3 and 4 schematically show three examples of arrangements for speed control according to the invention. According to Fig. 2 feeds Transformer 2, which is connected to the network i, with the help of grid-controlled Rectifier tubes 3 the armature 6 of a DC motor, the excitation 5 of which is externally fed is. The armature 6 can be switched on or off by a switch 7. A Potentiometer 8 supplies a DC reference voltage (nominal value of the motor speed). An armature voltage proportional to the armature voltage is applied to the terminals of a voltage divider g Tension. The difference between these two voltages is determined by resistances io and ii formed and to the input conductor 22 of a control amplifier 24 via a Resistance 12 placed. An auxiliary circuit with a potentiometer 13, one off a capacitor 14 and a resistor 18 consisting of a high-pass filter, a phase inversion stage, which consists of a tube 2o, a cathode resistor ig and an anode resistor 17 consists, and with a network comprising a capacitor 16 and a resistor 15 is connected to the input 22 of the amplifier 24. Ladder o, 21 and 23 of the amplifier 24 are connected to an auxiliary power source. The exit manager 4 of the control amplifier 24 leads to the control device of the rectifier tubes 3. The harmonics of the armature voltage are on the one hand via the voltage divider 9 and the actual control circuit consisting of resistors i i and 12, on the other hand passed through the mentioned auxiliary circuit, where their polarity is reversed. Consequently takes place at the connection point of both circuits, d. H. at input 22 of the amplifier 24, a compensation of the harmonics takes place. This compensation only has to be done once can be set by means of the potentiometer 13.

Nach Fig. 3, die eine Variante des Beispiels in Fig. 2 zeigt, wird die von der Motordrehzahl abhängige Spannung durch die Differenz einer der Ankerspannung proportionalen Spannung und einer dem Ankerstrom proportionalen Spannung gebildet. Dieses zweite Signal entspricht dem durch die Belastung entstehenden Spannungsabfall. Die dem Ankerstrom proportionale Spannung wird durch einen Kreis geliefert, der aus einem Stromwandler 25 (von dem nur die Sekundärwicklung gezeigt wird), einem Gleichrichter 26, einem Potentioineter 27 und einem Widerstand 28 gebildet ist. Der Spannungsteiler 9 wird bei dieser Schaltung an das Potentiometer 27 angeschlossen. Die Spannungsabfall-Kompensation wird mittels des Potentiometers 27 eingestellt. Das Potentiometer 13 -ist bei dieser Variante an den- Mittelabgriff des Spannungsteilers 9 angeschlossen. Diese Anordnung ist nötig. damit die gleichen Harmonischen sowohl in den Steuerkreis als auch in den Hilfsstromkreis geleitet werden. -Nach Fig. 4, die eine weitere Variante des Beispiels in Fig. 2 zeigt, wird die von der Motordrehzahl abhängige Spannung durch einen Wechselstrom-Tachometer-Generator 29 mit dem Gleichrichter 3o und dem Widerstand 31 geliefert. Die Kompensation der Harmonischen erfolgt auf die gleiche Art wie in Fig. 2.According to FIG. 3, which shows a variant of the example in FIG the voltage dependent on the engine speed by the difference in one of the armature voltages proportional voltage and a voltage proportional to the armature current. This second signal corresponds to the voltage drop caused by the load. The voltage proportional to the armature current is supplied by a circuit which from a current transformer 25 (of which only the secondary winding is shown), a Rectifier 26, a potentioineter 27 and a resistor 28 is formed. The voltage divider 9 is connected to the potentiometer 27 in this circuit. The voltage drop compensation is set by means of the potentiometer 27. In this variant, the potentiometer 13 is connected to the center tap of the voltage divider 9 connected. This arrangement is necessary. thus the same harmonics both into the control circuit as well as into the auxiliary circuit. -According to Fig. 4, which shows a further variant of the example in Fig. 2, that of the engine speed dependent voltage through an AC tachometer generator 29 with the rectifier 3o and the resistor 31 supplied. The harmonics are compensated for the same way as in Fig. 2.

In der Anordnung gemäß der Erfindung kann die Phasenumkehrstufe sich auch außerhalb des Hilfsstromkreises befinden, z. B. im Regelverstärker.In the arrangement according to the invention, the phase inversion stage can be are also located outside the auxiliary circuit, e.g. B. in the control amplifier.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Arrangement for speed control one of one AC power source via rectifier fed DC motor, with at least a control amplifier and means for generating one dependent on the engine speed electrical voltage, characterized by one of at least one high-pass filter existing Auxiliary circuit and by a phase reversing stage, which are arranged such that the harmonics contained in the electrical voltage that is dependent on the engine speed can be eliminated by compensation from the control amplifier.

2. Arrangement according to Claim i, characterized in that the high-pass filter blocks all frequencies, which are smaller than that of the first harmonic of the engine speed dependent voltage.

3. Arrangement according to claim i and 2, characterized in that that the phase inversion stage is in the auxiliary circuit.

Arrangement according to claim i and 2, characterized in that the phase inversion stage by a stage of the Control amplifier is formed. -

5. Arrangement according to claim i and 2, characterized by means for adjusting the compensation of the harmonics.

6. Arrangement according to Claims i and 2, characterized by an additional phase shift element.

7. Arrangement according to claim i and 2, characterized in that the auxiliary circuit has a differentiating effect. B.

Arrangement according to claim 1 and 2, characterized characterized in that the voltage at the terminals, which is dependent on the engine speed the motor armature is tapped.

9. Arrangement according to claim i and 2, characterized in that that the voltage dependent on the engine speed is supplied by a voltage divider attached to the motor armature terminals. connected. ok Arrangement according to Claim i and 2, characterized in that the dependent on the engine speed Voltage by the difference between one of the anchor terminal voltage proportional Voltage and a voltage proportional to the armature current is formed. i i. arrangement according to claims i and 2, characterized in that as dependent on the engine speed Voltage the rectified voltage of an alternating current tachometer generator serves.