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Einrichtung zum Verhindern von Regelpendelungen bei über Magnetverstärker
betriebenen elektrischen Verbrauchern Die Erfindung bezieht sich auf die Verhinderung
von Regelpendelungen bei elektrischen Verbrauchern, insbesondere Drehzahltpendelungen
bei elektrischen Maschinen, die über Magnetverstärker an eine Wechselspannung angeschlossen
sind, zum Zwecke der Regelung, insbesondere der Drehzahlregelung. Dies geschieht
in bekannter Weise dadurch, daß die Impedanz .der Magnetiverstärkerausgangswicklung
von einem regelbaren Strom in einer Vormagnetisierungswicklung verändert wird: Es
ist bekannt, bei Magnetverstärkerregelschaltungen eine Rückführung vorzusehen, indem
die gesteuerte Ausgangsgröße des Magnetverstärkers in einem Differentiator nach
der Zeit abgeleitet und dieses Differential auf den. Ma;gnetverstärkereingang zurückgeführt
wird. Das Differential wirkt dabei Änderungen entgegen und verhindert Pendelerscheinungen.
In einer bekannten Schaltung ist an den Magnetverstärkerausgang ein Kondensator
angeschaltet, der mit einer Rückführungswicklung des Magnetverstärkers in. Reihe
liegt. Diese Schäl-.tung hat den Nachteil, daß zum Erreichen eines wirksamen Rückführungswertes
der Kondensator eine verhältnismäßig große Kapazität haben muß, insbesondere, wenn
durch irgendwelche erforderlichen Schaltmaßnahmen eine Pendelneigung unterstützt
wird. Ein anderer Weg zum Erhöhen der Rückführungswirkung ist die Vergrößerung der
Windungszahll der Rückführungswicklung: Hierbei sind durch. den verfügbaren Wickelraum
und die Feindrähtigkeit der Wicklung jedoch bald Grenzen gesetzt.
Gemäß
der Erfindung wird bei einer Einrichtung zum Verhindern von Regelpendelumgen, insbesondere
Drehzahlpendelungen, bei über Magnetwerstiärker betriebenen elektrischen Verbrauchern,
insbesondere Gleichstrommotoren mit großem Drehzahlbereich zum Antrieb von Werkzeugmaschinen,
der Magnetverstärker mit einer Hilfssteuerwicklung versehen; welche über den Kontakt
eines vom ersten zeitlichen Differentialquotienten des Stromes und'/oder der Spannung
des Verbrauchers oder einer mit diesen in Abhängigkeit stehenden. Größe, z. B der
Maschinendrehzahl, vorzeichenabhängig gesteuerten Schaltmittels an eine Spannung
an-°schaltbar ist mit der Wirkung einer Impedanzänderung der Magnetverstärkerausgangswicklung
im Sinne einer Rückführung.
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Durch die Erfindung wird es in überraschend einfacher Weise ermöglicht,
auch bei besonders schwierigen Regelaufgaben eine wirksame Rückführung zu erreichen.
Dies erklärt sich ohne weiteres, wenn beachtet wird, daß das vorzeichenabhängig
gesteuerte Schaltmittel als Verstärker wirkt, durch das ein wesentlich größerer
Rückführungswert dem Magnetverstärkereingang zugeführt werden kann, als dem jeweils
von dem differenzierenden Schaltmittel erzeugten Rückführungswert entspricht. Durch,
die Maßnahme nach der Erfindung ist es möglich, wie praktische Versuche bewiesen
haben, eine wirksame Rückführung auch noch in solchen Fälllen durchzuführen, in.
denen selbst bei günstigster Bemessung des differenzierenden Schaltmittels eine
ausreichende Wirkung nicht zu erreichen war. Je nach der vorliegenden Regelaufgabe
ergibt sich im jeweiligen Fall' ein optimaler Bemesslungswert, des differenzierenden
Schaltmittels, der zugleich ein Maximum darstellt. Im Falle von Regelpeudelunägen
bei Antriebsmotoren, die über Magnetverstärker betrieben werden, liegen die optimalen
Werte unverhältnismäßig hoch, so daß der Aufwand wirtschaftlich nicht ohne weiteres
tragbar wird. Durch die Erfindung wird es demgegenüber ermöglicht, mit differenzierenden
Schaltmitteln verhältnismäßig geringer Bemessung auszukommen, so daß sich erhebliche
Verhilligun, gen ergeben und außerdem bedeutende Platzersparnisse, was wiederum
bedingt, daß die Regeleinrichtungen auf- angemessenem Raum untergebracht werden,
können.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß richtungsabhängige Schaltmittel,
wie polarisierte Relais u. dgl., rückwirkungsfrei arbeiten, d. h. Änderungen im
Ausgangskreis des Schaltmittels wirken auf dessen Eingangskreis nicht zurück. Günstig
für die Rückführungswirkung erweist sich auch die hohe Schalt- und Ansprechgeschwindigkeit
hochentwickelter, richtungsempfindlicher Schaltmittel, wie sie vor allem bei den
sogernannten Telegrafenrelais vorliegen.. Für die Erfindung ist es an sich gleichgültig,
auf welchem Wege der Rückführungswert erzeugt ist, d. h. welcher Art das differenzierende
Schaltmittel ist; die durch die Erfindung erreichten Vorteile bestehen nämlich nicht
nur gegenüber Kondensatoren, sondern beispielsweise auch gegenüber Transformatoren,
wenn diese zum Erzeugen des Rückführungswertes verwendet werden; denn ein richtungsabhängiges
Schaltmittel in Verbindung mit einem 'kleinen Rückführungstransformator ist einfacher
:und billiger als ein Rückführungstransformator verhältnismäßig großer Bemessung
allein.
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In der Zeichnung ist ein, Anwendungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung dargestellt. Es -handelt sich um die Drehzahlregelschaltung eines nur
durch seine Läuferanschlüsse i und Feldanschlüsse 2 dargestellten Gleichstrommotors
zum Antrieb einer Werkzeugmaschine, deren Drehzahl in einem großen; Bereich, beispielsweise
i : ioo, .veränderbar sein. soll. Der Läuferdes Motors wird mit Gleichstrom, von
einer Gleichrichteranordnung 3 gespeist, die über einen Stromwandler 5, einen Magnetverstärker
6 in Sparselbstmagnetisierungsschaltung und die Klemmen 7 an ein Wechselstromnetz
anschaltbar ist. Der Magnetverstärker 6 besteht aus zwei magnetisch getrennten Teilen
für die beiden verschiedenen Halbwellen des zu steuernden Wechselstromes. -Jedem
der beiden Teile .ist eine Ausgangswicklung 8., ein Ventil 9, eine Steuerwicklung
io, eine Kompoundierungswicklung i i und eine Hi`Yfssteuerwicklung 12 zugeordnet.
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Die Kompoundierungswicklung i i dient dazu, den ohmschen Spannungsabfall
im Motoranker durch eine Ankerspannungserhöhung im Sinne der Erzielung einer konstanten
Drehzahl auszugleichen. Die Kompoundierungsspannung wird an dem Stromwandler 5 gewonnen
mit Hilfe der Gleichrichteranordnung 13 und ist an dem Spannungsteiler 14 durch
-den Abgriff 4 einstellbar. Von den mit plus und minus bezeichneten Anschlüssen
der Gleichricbteranordnung 13 wird die Kompoundierungsspannung einem Potentiometer-
15 zugeführt und von,diesem über den, veränderlich einstellbaren Abgriff 16 der
Kompoundienungswicklung ii. Die Kompoundierungsspannung ist zum Teil mit der Magnetverstärkersteuerspannung
in Reihe geschaltet. Letztere wird als Differenzspannung der durch das Potentio@meter
17 einstellbaren, von der Erregungsspannungsquelle des Motors abgenommenen Spannung
(Sollgröße)- mit der Ankerspannung (Istgröße) gebildet. Die beiden Abgriffe der
Potentiometer 15 und' 17 sind außerdem derart miteinander gekoppelt, daß bei Einstellung
der Steuerspannung bzw. der Drehzahl sich dne Kompöundierungsspannüng im Sinne einer
Anpassung mitändert. Die zuletzt genannten Maßnahmen sind zur Erzielung einer gleichmäßigen
Kompoundierungswirkung im gesamten Drehzahlregelbereich des Motors vorteilhaft.
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Die vorbeschriebene Schaltung stellt ein Schaltungsbeispiel dar, bei
dem es besonders schwierig ist, eine Drehzahlpendelung zu verhindern. Da die Ventilanordnung
3 Strom nur in einer Richtung durchläßt, kann der Motor nur beschleunigt werden.
Ist seine Drehzahl jedoch zu hoch, so kann er nur durch mechanische Reibung abgebremst
werden. Beim Einschalten des Motors ergibt es sich, z. B.
wenn dieser
zunächst über die eingestellte Solldrehzahl hinausgelaufen war, daß der Strom des
Motors eine. erhebliche Zeit Null ist, um erst wieder anzuseigen, wenn; der Motor
die an dem Potentiometer 17 eingestellte Drehzahl angenommen hat. Durch diese Erscheinung
wird -die Pendelneigung stark begünstigt. Der Kompoundierungskreis bildet ferner
einen Rückkopplungsweg, der ebenfalls,, jedoch nur beim Steigen der Ankerspannung
wirksam ist. Bei starker Kompoundierung des Magnetverstärkers kann; es sich ergeben,
daß die -Pendelschwingungen selbst bei Verwendung bekannter Rückführungsschaltungen,
d. h. also bei großen Kondensatoren zur Bildung des Differentialquotienten, nicht
mehr allein abklingen. Demgegenüber .läßt sich durch den Gegenstand der Erfindung
eine genügend starke Rückführungswirkung auch bei verhältnismäßig kleinem Konden,
Bator mit geringem Aufwand erzielen. In dem dargestellten Schaltungsbeispiel ist
zur Rückführung die Hilfssteuerwicklung 12 über einen Kontakt i9 an die Feldspannungsquelle
des Motors angeschaltet. Der Kontakt i9 wird durch das polarisierte Relais 2o bei
einem plötzlichen Spannungsanstieg an. .den. Klemmen i, die z. B. durch eine plötzliche
Entlastung des Motors hervorgerufen sein kann., geschlossen. Bei plötzlichen Belastungen
erzeugt der Kondensator 18 in den Relais 2o einen Stromstoß entgegengesetzter Richtung,
wodurch der Kontakt i9 jedoch nicht geschlossen wird, da das Relais 2o richtungsempfindlich
ist. Durch die Sperrwirkung der Gleichrichteranordnung 3 ist es bedingt, daß Pendelschwingungen
nur bei steigender Ankerspannung des Motors durch den Kompoundierungskreis verstärkt
werden. Eine Rückführungswirkung bei sinkender Ankerspannung ist deshalb in dem
Schaltungsbeispiel nicht vorgesehen. In Schaltungen, bei denen eine Richtungsabhängigkeit
nicht gegeben ist, bei denen also der Verbraucher nicht über ein Ventil gespeist
wird, wird man gegebenenfalls eine Rückführungswirkung sowohl beim Steigen der Verbraucherspannung
wie beim Sinken derselben vorsehen.. Dies kann in. der Weise geschehen:, daß das
polarisierte Relais beim Ausschlag der einen Richtung, z. B. eine positive Spannung
und beim Ausschlag der anderen Richtung eine negative Spannung an die Hilfssteuerwicklung
anschließt.
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Die im. Stromkreis des polarisierten Relais 2o liegende Drossel ei
dient zur Anpassung an die Betriebsbedingungen der angetriebenen Arbeitsmaschine.
Sie darf nicht zu klein gewählt werden, da anderenfalls mögliche Oberwellen. des
Motorankerstromes ein richtiges Schalten, des Relais 2o in Frage stellen können.
Die Drossel 21 darf auch nicht zu groß gewählt werden, da sonst die Anordnung nicht
mehr genügend empfindlich ist. An Stelle der Drosselei kann auch ein anderes Siebmittel
verwendet werden. Der Widerstand 22 und der Kondensator 23 sind zur Löschung von
Funken vorgesehen, :die an .den Kontakt i9 auftreten können. Im Rückführungsstromkreis
liegt außerdem ein veränderbarer Widerstand 2@q. zur Einstellung der Rückführungswirkung.
Es ist vorteilhaft, den Widerstand 24 bzw. die anderen Mittel', die für das Maß
der Imped'anzänderung maßgebend sind, so zu wählen bzw. so einzustellen, daß eine
Rückführungswirkung im Sinne einer Schnellregelung eintritt. Der Widerstand 24 verändert
die zur Rückführung verwendete Spannung, die beispielsweise ebenso wie die zur Steuerung
des Magnetverstärkers verwendete Sollspannung von der Erregungsgleichrichteranordnung
25 über den Transformator 26 aus dem speisenden Wechselstromnetz entnommen ist,
d. h. von der F.eldspannungsquelle des Motors. Es ist auch möglich, an Stelle der
Motorerregungsspannung , andere Spannungen geeigneter Höhe zu verwenden,.
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Die Anwendung des Gegenstandes der Erfindung zur Erzielung einer Rückführungswirkung
und zur Vermeidung von Drehzahlpendelungen ist bei beliebigen über Magnetverstärker
betriebenen. elektrischen Verbrauchern möglich, unäbhängig davon, ob der Magnetverstärker
mit einer -Kompoundierung versehen ist oder nicht. Außer Gleichstrommotoren kommen
z. B. auch Wechselstrom m.otören und Generatoren in Frage. Als rich:tungsempfin.dliches
Schaltmittel kann ein: Relais nach Art eines Telegrafenrelais verwendet werden,
ferner andere Schaltmittel, bei denen ein stromrichtungsgemäßes Auslösen erfolgt,
Ungepolte Relais sind z. B. nach Vorschalten von Gleichrichtern. entsprechender
Richtung ebenfalls geeignet.
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Die erzielte Rückführungswirkung kann anstatt durch eine besondere
Hilfssteuerwicklung auch durch die eigentliche Steuerwicklung eines Magnetverstärkers
bewirkt werden. Es, kann beispielsweise in. den Steuerwicklungs:kreis ein Widerstand
eingeschaltet werden, an den der Kontakt die zur Rückführung dienende Spannung anschaltet.
An Stelle eines Widerstandes kann auch ein Stromwandler verwendet werden.