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Einrichtung zur Einstellung des Drehzahlsollwertes für einen drehzahlgeregelten
Elektromotor unter Verwendung eines Stellmotors In der Antriebstechnik ergibt sich
vielfach die Forderung, mit einem Drehzahlregler ausgerüstete Elektromotoren unter
Vergleich der von einem Sollwert- und einem Istwertgeber abgegriffenen Spannungen
in die Nähe der Solldrehzahl hochzufahren oder die vom Drehzahlregler konstant zu
haltende Solldrehzahl zu ändern. Beim Einschalten eines Motors, dessen Drehzahlregler
auf eine bestimmte Solldrehzahl eingestellt ist, würde auf das Stellglied des Reglers
eine Verstellgröße wirken, die, da die Istwertgeberspannung bei Stillstand des Motors
Null ist, die volle Höhe der Sollwertgeberspannung hat. Es müssen deshalb besondere
Vorkehrungen getroffen werden, um den Motor feinfühlig hochzufahren bzw. von einer
Drehzahl auf eine andere überzuführen, ohne daß Übersteuerungen, Drehzahlpendelungen
und ähnliche störende Nebenerscheinungen auftreten, d. h. die zulässige Beschleunigung
des Motors überschritten wird.
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Man hat daher entweder den Drehzahlregler zunächst ausgeschaltet und
den Motor durch von Hand bediente Stellmittel allmählich in die Nähe der vom Drehzahlregler
konstant zu haltenden Drehzahl hochgeführt und dann erst den Drehzahlregler eingeschaltet,
oder man hat einen Stellmotor verwendet, der mit einer der zulässigen Beschleunigung
des Elektromotors angepaßten Geschwindigkeit den Drehzahlsollwert einstellt. Durch
Einschalten
dieses Stellmotors im Rechts- oder Linkslauf kann man
die Drehzahl auf jede beliebige, vom Drehzahlregler erfaßbare Drehzahl hochführen
oder die Solldrehzahl des Drehzahlreglers beliebig verstellen.
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Nachteilig bei dieser letztgenannten Einrichtung ist, daß die Regelkennlinie,
d. h. die Abhängigkeit der Drehzahl vom Verstellweg des Sollwertgebers, relativ
flach verläuft und demgemäß die Empfindlichkeit des Reglers in den oberen Drehzahlbereichen
zu wünschen übrigläßt. Nimmt man nämlich beispielsweise an, daß zum Durchsteuern
des Regelverstärkers eine Sollwert-Istwert-Spannungsdifferenz von 0,3 Volt
ausreicht, so entspricht dies bei einer Sollspannung von io Volt einer Differenz
von 30/0 und bei einer Sollspannung von ioo Volt aber nur von 3%o. Außerdem
läßt sich die Sollspannung aus verschiedenen Gründen nicht beliebig hoch wählen,
so z. B. weil für die Sollspannungsquelle hohe Spannungskonstanz Voraussetzung ist
und die Aufwendungen für die Sollspannungsquelle sprunghaft zunehmen, wenn höhere
Sollspannungen angewendet werden, als sie von handelsüblichen Spannungskonstanthaltern
entnommen werden können. Es müßten dann nämlich wieder besondere Spannungsregeleinrichtungen
mit entsprechend hohem Aufwand verwendet werden.
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Um trotzdem mit einer Sollspannungsquelle, die nur eine in ihrer Höhe,
beispielsweise auf 8o oder ioo Volt, beschränkte Spannung liefert, auszukommen und
auch bei einem großen Bereich der einzustellenden Solldrehzahlen eine ausreichende
Steilheit der Regelkennlinie zu erhalten, schlägt die Erfindung einen neuen Weg
vor. Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Einstellung des Drehzahlsollwertes
für einen drehzahlgeregelten Elektromotor mit einem Vergleich der von einem Sollwert-
und einem Istwertgeber abgegriffenen Spannungen und verwendet einen Stellmotor,
der mit einer der zulässigen Beschleunigung des Elektromotors angepaßten Geschwindigkeit
den Drehzahlsollwert einstellt Die Erfindung besteht darin, daß der Stellmotor in
einem bestimmten unteren Sollwertbereich nur den Spannungsabgriff des Sollwertgebers
(7) verstellt und oberhalb dieses Sollwertbereiches den Spannungsabgriff des Sollwertgebers
auf dem vorgebenen Höchstwert hält und den Spannungsabgriff des Istwertgebers (6)
auf kleinere Werte verstellt.
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Geht beispielsweise der Drehzahlsteuerbereich bis i5oo Umdr./min,
so kann man die Verhältnisse so wählen, daß bei Abgriff der höchsten zur Verfügung
stehenden Sollspannung von ioo Volt durch den Sollwertgeber der Drehzahlregler auf
iooo Umdr./min arbeitet. Soll die Drehzahl weiter erhöht werden, so muß der Istwer
tspannungsanteil des Sollwert-Istwert-Vergleichs entsprechend verkleinert werden.
Man kann also auf diese Weise ohne Erhöhung der Sollspannung die Empfindlichkeit
des Reglers bzw. die Steilheit der Regelkennlinie erhöhen.
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An Hand der Fig. i wird die grundsätzliche Wirkungsweise näher erklärt.
In dieser ist mit i der Anker des hochzufahrenden bzw. in seiner geregelten Drehzahl
zu ändernden Motors bezeichnet und mit z dessen an konstanter Spannung liegende
Erregerwicklung.
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Die Drehzahlmeßeinrichtung des Reglers besteht aus der Tachometermaschine
q., die als übernetzfrequente Wechselstrommaschine dargestellt ist, deren Spannung
bei 5 gleichgerichtet wird und am Spannungsteiler 6 zum Sollwert-Istwert-Vergleich
zur Verfügung steht. Als Sollspannungsquelle ist bei 8 ein Spannungskonstanthalter
mit Gleichrichter angedeutet. Die gleichgerichtete Sollspannung liegt am Spannungsteiler
7, der nachfolgend als Sollwertspannungsteiler bezeichnet wird. Die von beiden Spannungsteilern
6 und 7 abgegriffenen Spannungen sind gegeneinandergeschaltet. Die entsprechende
Sollwert-Istwert-Differenz steuert den Regelverstärker 3, welcher beispielsweise
mit gittergesteuerten Gas- oder Dampfentladungsgefäßen arbeitet. Die Ausgangsspannung
dieses Regelverstärkers speist als Stellgröße den Anker i des Motors. Durch einen
Stellmotor 9 kann der Abgriff am Sollwertgeber 7 mit einer der zulässigen Beschleunigung
des Motors angepaßten Geschwindigkeit verstellt werden. Der Regler 3 bis 8 hält
dann die Drehzahl des Elektromotors jeweils auf der Höhe konstant, welche der Stellung
des Abgriffes am Sollwertgeber 7 entspricht. Insoweit ist der in Fig. i dargestellte
Teil der Anordnung bekannt.
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Um nun der Regelkennlinie eine größere Steilheit zu geben, als es
an sich der Höhe der am Sollwertgeher 7 zur Verfügung stehenden Vergleichsspannung
entspricht, ist gemäß der Erfindung durch den Stellmotor 9 gleichzeitig auch der
dem Spannungsteiler (Istwertgeber) 6 zugeordnete Abgriff verstellbar. Voraussetzungsgemäß
soll hierdurch jedoch der von ihm abgegriffene Istspannungsanteil so lange nicht
verstellt werden, bis der Abgriff am Sollwertgeber 7 die gesamte zur Verfügung stehende
Vergleichsspannung bzw. eine vorgegebene Vergleichsspannung erfaßt hat. Dies ist
in der Zeichnung dadurch angedeutet, daß der linke Teil des Spannungsteilers 6 und
der rechte Teil des Spannungsteilers 7 kurzgeschlossen gezeichnet sind, so daß die
vom Istwertgeber 6 abgegriffene Spannung gleichbleibt, wenn die Abgriffe von links
nach rechts wandern, bis der Spannungsabgriff am Sollwertgeber 7 gleichbleibt und
sich die am Istwertgeber 6 abgegriffene Spannung verringert. Der Antrieb der beiden
Spannungsteilerabgriffe ist in Fig. i durch eine Spindel 2i angedeutet, was eine
geradlinige Verstellbewegung der Abgriffe bedingt. Vorteilhaft ist es jedoch, als
Spannungsteiler sogenannte Drehpotentiometer zu benutzen. Auch hierbei ist es möglich,
durch geeignete Wahl der Potentiometer und/oder ihres Antriebes eine mindestens
annähernd geradlinige Abhängigkeit zwischen Potentiometerverstellweg und Drehzahl
zu erreichen.
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Ein Ausführungsbeispiel für eine derartige Einrichtung ist in Fig.
z in Seitenansicht, teilweise im Schnitt, und in Fig. 3 in Draufsicht in ihren wesentlichen
Teilen
dargestellt. Der Stellmotor 9 treibt über ein Untersetzungsgetriebe i o, i i, 12
eine Welle 13 an, welche die Verstellung des Abgriffs am Istwertgeber 6 (Fig. i)
unmittelbar oder über einen zusätzlichen Schneckenantrieb zur weiteren Untersetzung
bewirkt. Mit der Welle 13 ist ein Zahnsegment 14 verbunden, dem ein Ritzel 15 zugeordnet
ist. Die Welle 22 dieses Ritzels bewegt den Abgriff des Sollwertgebers 7 unmittelbar
oder treibt diesen über ein weiteres Untersetzungsgetriebe an. Um einen Ansatz 16
am Ritzel 15 ist ein Band, Draht 17 od. dgl. gewunden, dessen eines Ende an dem
Ansatz 16 befestigt ist und dessen anderes Ende unter der Wirkung einer Zugfeder
i8 steht. Der Windungssinn des Bandes, Drahtes 17 od. dgl. ist derart gewählt, daß
beim Anlaufen des Stellmotors 9 aus der dargestellten Nullage heraus und Bewegung
des Zahnsegmentes 14 in Richtung des Pfeiles (Fig. 3) eine Entspannung der Feder
i8 eintritt. Beim Einschalten des Stellmotors 9 werden somit gleichzeitig die Wellen
13 und 22 und damit die Abgriffe der Spannungsteiler 6 und 7 gemäß Fig. i im Sinne
einer Drehzahlerhöhung des Elektromotors 1, 2 verstellt. Sinngemäß zu Fig. i bleibt
jedoch die Abgriffsänderung am Istwertgeber 6 zunächst ohne Wirkung; es ändert sich
nur die vom Sollwertgeber 7 abgegriffene Spannung. Dieser Vorgang dauert so lange,
bis das Zahnsegment 14 außer Eingriff mit dem Ritzel 15 gelangt. In dieser Stellung
schlägt ein Stift i9 oder ein sonstiger Vorsprung am Ansatz 16 des Ritzels 15 gegen
einen festen Anschlag 2o und wird in dieser Lage durch den Zug der Feder i8 gehalten.
Die Welle 22 bleibt somit in der der vorgegebenen Höchstspannung am Sollwertgeber
7 entsprechenden Stellung stehen. Das Segment 1.4 dagegen kann sich weiterdrehen,
so daß nunmehr über die Welle 13 der Abgriff am Istwertgeber 6 allein weiterverstellt
wird und den zum Sollwert-Istwert-Spannungsvergleich benutzten Anteil der Istwertspannung
mit der durch die Drehzahl des Stellmotors 9 und das zwischengeschaltete Untersetzungsgetriebe
gegebenen Geschwindigkeit verkleinert. Hat beispielsweise das Zahnsegment 14 einen
Winkel von 6o°, so bleibt nach Erreichen der höchsten am Sollwertgeber 7 abgreifbaren
Spannung für die Verstellung des Abgriffs am Istwertgeber 6 über die Welle 13 noch
ein Winkel von etwa 3oo°. Beim Zurückdrehen des Zahnsegmentes 14 greift dieses wieder
in die gleiche Zahnteilung des Ritzels ein, die es vorher verlassen hat, und nimmt
dabei die den Abgriff am Sollwertgeber 7 verstellende Welle 22 mit, bis die daran
abgegriffene Spannung Null ist. Von der Stellung des Zahnsegmentes ab, in der es
wieder in das Ritzel 15 eingreift, ist die Verstellung des Abgriffes am Sollwertgeber
7 wieder unwirksam, d. h., die dort abgegriffene Spannung bleibt in der Höhe, die
sie im Augenblick des Beginns der Verstellung des Abgriffes von Sollwertgeber 7
hatte. In der Nullage des Ritzels 15 kommt der Stift 9, wie in Fig. 3 dargestellt,
am festen Anschlag 20 zur Anlage. Zur Einjustierung der Endlagen für das Ritzel
15 und damit für den Abgriff am Sollwertgeber 7 sind der obere und der untere Anschlag
2o vorzugsweise je für sich einstellbar.
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Das Ein- und das Ausschalten des vorzugsweise in seiner Drehzahl einstellbaren
Stellmotors 9 in der einen oder anderen Drehrichtung kann in an sich bekannter Weise
durch eine einfache, nicht näher dargestellte Druckknopfsteuerung von einer oder
mehreren beliebig weit entfernten Stellen aus erfolgen.