DE2430779A1

DE2430779A1 - System zur steuerung eines gleichstrommotors mit einer zeitgesteuerten schaltung zur erzeugung einer spannungsbezugsgroesse und einer schwellenwertschaltung fuer den drehzahlfehler

Info

Publication number: DE2430779A1
Application number: DE2430779A
Authority: DE
Inventors: Donald J Greening; Karl M Hink; Charles E Smith
Original assignee: Cutler Hammer World Trade Inc
Current assignee: Cutler Hammer World Trade Inc
Priority date: 1973-06-27
Filing date: 1974-06-26
Publication date: 1975-01-23
Also published as: CA1007695A; US3900781A; AU6932374A; CH573681A5; GB1461433A

Description

Dr. F. Zumstein sen. - Or. E. *^M»"ann
Dr.R.Koenig₃borger - Dipl.Phy..R. Holzbau«

Dr. F- Zumstein jun.
Patentanwälte

8 München 2, BräuhauMtreß· 4/III

CUTLER-HAMMER WORLD QKADE₇ INC. OBE 1760

System zur Steuerung eines Gleichstrommotors mit einer zeitgesteuerten Schaltung zur Erzeugung einer Spannungsbezugsgrösse und einer Schwellenwertschaltung für den Drehzahlfehler.

Gegenstand der Erfindung ist ein System zur Steuerung eines Gleichstrommotors mit einer geschlossenen Re gel schleife. Dieses System enthält eine ζextgesteuerte Drehzahlbezugsschaltung mit Mitteln zur Klemmung derselben, um die Änderung der Drehzahlbezugsspannung auf einem Maß zu halten, welches dem Maß der Änderung der Motordrehzahl entspricht, wenn die Ankerstrombegrenzung während der Beschleunigungs-'und Verlangsamungsperioden des Motors in Tätigkeit tritt. Ferner ist eine Drehzahl·· fehlerschaltung mit Schwellenwert vorgesehen, um den proportiona-

-A 09884/1075

len Drehzahlzuwachs des Systems zu begrenzen, wenn der Drehzahlfehler über einen gegebenen Prozentsatz der Grunddrehzahl hinaus zunimmt, um die Dämpfungseigenschaften zu verbessern und Überschreitungen oder Unter schreitungen in dem gesamten Drehzahlbereich zu verringern.

Die Systeme zur Steuerung von

Gleichstrommotoren verwenden gewöhnlich zeitgesteuerte Schaltungen zur Beschleunigung der Bezugsdrehzahl, um sicherzustellen, daß der Motor mit einer vorbestimmten Steigung oder linearen Drehzahländerung von einer im voraus eingestellten Drehzahl zu einer anderen übergeht. Die mit derartigen Schaltungen erzielte Geschwindigkeit der Änderung der Drehzahlbezugsspannung ist normalerweise von den tatsächlichen Belastungsänderungen des Motors während der Beschleunigungs— oder Verlangsamungsperioden unabhängig. Wenn daher eine plötzliche Belastungsänderung an dem Motor auftritt, welche ein Eingreifen der Ankerstrombegrenzung zur Folge hat, wird sich die Motordrehzahl mit einer erheblich geringeren Geschwindigkeit ändern, als die durch die Änderungsgeschwindigkeit der zeitgesteuerten Drehzahlbezugsspannung bestimmte. Wenn daher die gewünschte im voraus eingestellte Dreh— zahlbezugsspannung vor der Ausserbetriebsetzung der Ankerstrombegrenzung infolge der Aufhebung der plötzlichen Belastungsänderung erreicht wird, beschleunigt oder verlangsamt sich der Motor schnell zu der im voraus eingestellten Drehzahl mit einer durch die Strombegrenzungsbedingungen zugelassenen Geschwindigkeit. Diese unkontrollierte Geschwindigkeit der Änderung der Motordrehzahl kann unzulässige Beanspruchungen des Motors und der angetriebenen Maschine zur Folge haben.

Es ist wünschenswert, solche

schnelle Änderung der Motordrehzahl zu verhindern, indem man es so einrichtet, daß die zeitgesteuerten Drehzahlbezugsschaltungen "geklemmt·¹ oder gezwungen werden, eine Änderung der Drehzahlbezugs spannung mit einer Geschwindigkeit vorzunehmen, welche der Änderungsgeschwindigkeit der Motordrehzahl entspricht oder dieser "folgt¹¹, wenn der Motor mit Anker strombegrenzung arbeitet. Hierdurch wird bei einer Ausserbetriebsetzung der Ankerstrombegrenzungsschaltungen sichergestellt, daß sich die zeitgesteuerte Drehzahlbezugsspannung mit der vorbestimmten Geschwindigkeit ändert, und daß die Änderung der Motordrehzahl in

4 0 9 8 8 W1 0 7 5

dem gewünschten zeitgesteuerten Maße weitergeht.

• Systeme zur Regelung der Drehzahl eines

Gleichstrommotors mit einem Drehzahlfehlerintegrator, welcher so eingestellt ist, daß er eine kritische Dämpfung bei einer plötzlichen Belastungsänderung erzeugt,.Können Überschreitungen der Motordrehzahl bis zu 13,5 Prozent der Grunddrehzahl erzeugen, In gewissen Anwendungen kann es wünschenswert sein, daß der Beharrungszustand langsam erreicht wird, wenn an dem Motor eine plötzliche Belastungsänderung auftritt. Diese letztere Bedingung kann jedoch eine Unterschreitung zur Folge haben, und wenn der Motor mit sehr niedriger Drehzahl läuft, kann dies auftreten, bevor der Motor seine ursprüngliche Drehzahl erreicht. Derartige Werte der Überschreitung und Unterschreitung sind unerwünscht und sollten in den meisten Fällen auf 3 bis 6 Prozent der Grundgeschwindigkeit begrenzt werden. Hierfür ist es wünschenswert, den Zuwachs der proportionalen Drehzahlfehlersteuer spannung zu erhöhen, wenn das Drehzahlfehler signal einen vorbestimmten Wert erreicht.

Die Erfindung betrifft ein System zur

Steuerung eines Gleichstrommotors mit geschlossener Schleife, welches den Ankerstrom entsprechend dem Drehzahlfehler und dem Ankerstrom überwacht. Sie betrifft im besonderen Verbesserungen der zeitgesteuerten Drehzahlbezugssteuerschaltungen eines derartigen Systems und Verbesserungen der Dämpfung eines derartigen Systems.

Gemäß einem Kennzeichnen der Erfindung

wird die zeitgesteuerte Bezugsspannung zur Drehzahlsteuerung geklemmt, und die Ausbildung ist so getroffen, daß sich diese entsprechend der Änderung der Motordrehzahl ändert, wenn die Schaltung zur Anker strombegrenzung während Beschleunigungsperioden des Motors in Tätigkeit tritt. Dieses Ergebnis wird mit Hilfe einer Klemmschaltung zur Ankerstrombegrenzung erzielt, welche anspricht, wenn die Ausgangsspannung einer Schaltung zur Feststellung eines Strombezugsfehlers auf einen vorbestimmten Wert steigt. Bei diesem Spannungspegel wird eine zwischen die Eingangsklemme des zeit ge steuerten ^®gg£gf£^g\§£g£$£$Q bezugsverstärkers und die Klemmschaltungen der Strombegrenzung/ leitend und liefert eine Rückkopplungseingangsspannung. Hierdurch wird der integrierende Drehzahlbezugsverstärker geklemmt,

40988471075

so daß seine Ausgangs spannung nur mit einer Geschwindigkeit zunimmt, welche der Geschwindigkeit der Drehzahlzunahme des Motors unter Strombegrenzung entspricht. Wenn die Strombegrenzungswirkung aufhört und der Motor noch nicht seine im voraus eingestellte Drehzahl erreicht hat, wird die Klemmung des integrierenden Drehzahlbezugsverstärkers aufgehoben, so dass dieser seine Ausgangsspannung entsprechend der im voraus eingestellten Geschwindigkeit steigern kann.

Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung wird der Verstärkungsfaktor des Drehzahlfehlerverstärkers plötzlich vergrössert, wenn eine plötzliche Belastungsänderung über einen gegebenen Wert hinaus auftritt, um die Wirkung des Steuersystems zu vergrössern und hierdurch die Dämpfung des Systems zur Verhinderung von Überschreitungen oder ■Unterschreitungen der Motordrehzahl zu erhöhen. Dies erfolgt durch Verwendung einer Schaltung mit Schwellenwert, welche parallel zu dem Hauptspeiseweg zwischen den Ausgang eines Verstärkers zur Feststellung des Drehzahlfehlers und den Eingang eines Verstärkers zur Feststellung des Stromfehlerbezugswerts geschaltet ist. Diese Schaltung enthält als Schalter arbeitende Transistoren, welche bei vorbestimmten Pegeln der Ausgangsspannung des Verstärkers zur Feststellung des Drehzahlfehlers ansprechen und einen parallelen Speiseweg zur Vergrösserung der Verstärkung zu dem Eingang des Verstärkers zur Feststellung des Stromfehlerbezugswerts in Tätigkeit setzen. Wenn die Schwellenwertschaltung in Tätigkeit tritt, wird der Zuwachs des Steuersystems erhöht, um die gesamte Dämpfung des Motorsystems zu erhöhen und so die Überschreitung oder Unterschreitung der Drehzahl zu verringern.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

Fig. 1a und 1b sind vereinigt ein

Schaltbild eines erfindungsgemässen Steuersystems für Gleichstrommotoren .

Fig* 2 ist ein Schaubild, welches gewisse Kennlinien der bisherigen Motorsteuersysteme zeigt.

Fig. 3 ist ein Schaubild, welches ähnliche Kennlinien des erfindungsgemässen Motorsteuersystems zeigt*.

Die Vereinigung des rechten Endes der Fig. 1b mit dem linken Ende der Fig. 1a ergibt ein vollständiges

409884/107 5

erfindungsgemässes System zur Speisung und Steuerung eines Motors. Die Leistung für den Motor und die Steuerschaltungen wird von den Drehstromspeiseleitungen L1, L2 und L3 geliefert. Der Anker a des Motors M wird an seinen oberen Klemmen von den Leitungen LI, L2 und Lj5 über gesteuerte Siliziuingleichrichter SOR1, SGR2 und SCRJ gespeist. Die Rückleitung für den Ankerstrom zu den Speiseleitungen erfolgt über gesteuerte Siliziumgleichrichter SCR4, SGR5 und SCR6. Der Motor M hat eine Nebenschlußfeldwicklung f, welche mit einer konstanten Gleichspannung gespeist werden kann.

Die Kathoden und die Steuerelektröden der·

gesteuerten Siliziumgleichrichter SCR1 und SOR6 sind mit einer schematiseh bei 10 angedeuteten Zündsteuerschaltung verbunden. Die Schaltung 10 ist an die Speiseleitungen L1, L2 und L3 angeschlossen und kann die Phase der Durchlässigkeitsperioden der gesteuerten Siliziumgleichrichter entsprechend der Grosse und der Richtung einer Steuersignaleingangsspannung der Leitung L2 bezogen auf eine gemeinsame geerdete Sammelleitung 14 nach vorwärts und nach rückwärts verschieben.

• Die obere und die untere Ausgangsklemme

einer von der Welle des Motors M angetriebenen Tachometerdynamo TG sind über Widerstände R1 und R2 mit dem oberen und dem unteren Ende der in Reihe geschalteten Spannungsteilerwiderstände R3 und R4 verbunden. Der gemeinsame Punkt zwischen den Widerständen RJ und R4 ist mit der gemeinsamen Sammelleitung 14 verbunden.. Wenn der Motor M vorwärtsläuft (im Uhrzeigersinn) ist dann die Richtung des Potentials an dem gemeinsamen Punkt zwischen den Widerständen R1 und R3 positiv in Bezug auf die Sammelleitung 14, während das Potential des gemeinsamen Punkts zwischen- den Widerständen R2 und R4 negativ in Bezug auf die Sammelleitung 14 ist· Wenn der Motor M in dem umgekehrten Sinn (im Gegenuhrzeigersinn) läuft, kehren sich offenbar die Polaritäten der Potentiale an diesen Punkten um.

*-.;■". Ein Motorüberwachungssignalgenerator CMR mit einer Strommeßwicklung 16, einem Transformator 18, einer 'Gleichrichterbrücke 20 und einem Widerstand RA erzeugt ein Gleichströmausgangssignal an der Leitung 22, welches zu dem Ankerstrom des Motors unmittelbar proportional ist.

Das Steuersystem ist mit Sammelleitungen

40 9884/10 75

24 und 26 für ein positives "bzw. negatives konstantes Gleichpotential versehen. In einer bevorzugten Ausfuhrungsform beträgt das Potential der Leitung 24 in Bezug auf die Sammelleitung 14 +16 Volt und das Potential der leitung 26 in Bezug auf die Sammelleitung 14-16 Volt.

Das Steuersystem enthält von rechts

nach links in Fig. 1a und 1b sechs Operationsverstärker Z1 bis Z6. Jeder dieser Verstärker hat mit den Leitungen 24 bzw. 26 verbundene positive und negative Klemmen.

Die umkehrende Eingangsklemme I des

Verstärkers Z6 ist über einen Widerstand R5 niit dem einstellbaren Schieber eines Potentiometers PR1 und über einen Widerstand R6 mit der Sammelleitung 14 verbunden. Das Widerstandselement des Potentiometers PR1 ist zwischen die Leitungen 14 und 24 geschaltet. Die nicht umkehrende Klemme HI des Verstärkers Z6 ist über einen Widerstand R7 mit der Leitung 14 sowie über einen Widerstand R8 mit der Ausgangsklemme des integrierenden Drehzahlbezugsverstärkers Z5 verbunden. Die Ausgangsklemme des Verstärkers Z6 ist über das Widerstandselement eines Potentiometers PR2 mit der Leitung 14 verbunden.

Der einstellbare Schieber des Potentiometers PR2 ist über einen Widerstand R9 mit der umkehrenden Eingangsklemme I des Verstärkers 15 verbunden.Die umkehrende Eingangsklemme von Z5 ist ferner über einen Kondensator G1 mit der Ausgangsklemme von Z5 und über einen Widerstand R1 mit der linken Klemme einer zeitgesteuerten Klemmbrückenschaltung für den Bezugswert verbunden, welche weiter unten näher beschrieben ist. Die nicht umkehrende Eingangsklemme NI von Z5 ist über einen Widerstand R11 mit der Leitung 14 verbunden.

Wie weiter unten beschrieben, erzeugen die Verstärker Z6 und Z5 entsprechend den Einstellungen der Schieber von PR1 und PR2 ein zeitgesteuertes Drehzahlbezugs-, wert signal an der Ausgangsklemme von Z5, welches für die Drehzahl bestimmend ist, auf welcher der Motor M gehalten werden soll. Die Einstellung von PR1 bestimmt natürlich den Bezugswert oder den Sollwert der Drehzahl, während die Einstellung von PR2 die Steigung oder die Geschwindigkeit bestimmt, mit welcher das Ausgangssignal von Z5 nach einer anfänglichen Unterspannungssetzung der Leitungen 14, 24 und 26 oder nach einer neuen Ein-

409884/1075

stellung des Schiebers von PR1 zeitlich zu- oder abnimmt. Infolge der Verbindung seiner nicht umkehrenden Klemme mit dem gerne Iris amen Punkt zwischen den Widerständen R7 und R8 wirkt der Verstärker Z6 wie ein elektronischer Schalter, v/elcher seine Ausgangsspannung auf einen sehr kleinen Wert herabsetzt, wenn die Ausgangs spannung von Z5 den gewünschten Drehzahlpegel erreicht hat. Die Kombination der Kapazität von C1 und des tatsächlichen Widerstands von PR2 und R9 hat zur Folge, daß der Verstärker Z5 als Integrator des Ausgangssignals von Z6 arbeitet.

Die Ausgangsklemme von Z5 ist über einen

Widerstand R12 mit der nicht umkehrenden Eingangsklemme NI des Verstärkers Z4 zur Feststellung des Drehzahlfehlers verbunden. Diese letztere Klemme ist auch über einen Widerstand RI3 mit der Sammelleitung 14 und über einen Widerstand R14 und eine Drehzahlrückkopplungssignalleitung 30 mit dem gemeinsamen Punkt ■ zwischen den Widerständen R1 und R3 verbunden. Die umkehrende Eingangsklemme I von TA ist über einen Widerstand RI5 und die Leitung 32 zur Lieferung des Drehzahlsignals mit dem gemeinsamen Punkt zwischen den Widerstanden R2 und R4 verbunden. Diese Eingangsklemme von TA ist ferner über einen Rückkopplungswiderstand R16 mit dem einstellbaren Schieber eines Potentiometers PR3 verbunden, dessen Widerstandselement zwischen die Ausgangsklemme von Z4 und die Leitung 14 geschaltet ist.

Es ist zu bemerken, daß der Verstärker

TA als Drehzahlfehlerdetektor arbeitet. Wenn der Motor M vorwärtsläuft, hat das Ausgangssignal von Z5 ein positives Potential und die Drehzahlfehlerrückkopplung ein negatives Potential, wobei das resultierende Eingangssignal an der nicht uehrenden Eingangsklemme die algebratische Resultierende ist. Der wirkliche Rückkopplungswert des Widerstands R16 und des Potentiometers PR3 bestimmt den Verstärkungsfaktor des Verstärkers Z4.

Das Widerstandselement eines zweiten

Potentiometers PR4 ist zwischen die Ausgangsklemme des Verstärkers Z4 und die Leitung 14 geschal''t. Der einstellbare Schieber von PR4 ist über einen Widerstand R17 mit der umkehrenden Eingangsklemme I des integrierenden Drehzahlfehlerverstärkers Z3.-sowie; über einen Widerstand R18 mit der nicht umkehrenden Eingangsklemme NI des Verstärkers Z2 zur Feststellung des Strom-

409884/1075

— ο —

bezugswert sfehlers verbunden. Das einstellbare Element des Potentiometers PR4 ist mechanisch mit dem einstellbaren Element des Potentiometers PR5 gekuppelt, so dass es mit diesem zusammen verschieblich ist.

Die nicht umkehrende Eingangsklemme

des Verstärkers Z3 über einen Widerstand RI9 mit der Leitung 14 verbunden. Ein Kondensator C2 ist zwischen die umkehrende Eingangsklemme des Verstärkers Z3 und den einstellbaren Schieber des Potentiometers PR5 geschaltet.Der integrierende Drehzahlfehlerverstärker Z3 liefert ein Ausgangssignal, welches sich mit einer Geschwindigkeit ändert, welche von der Grosse des Ausgangssignals des Verstärkers Z4 zur Feststellung des Drehzahlfehlers und der Einstellung des einstellbaren Elements des Potentiometers PR5 abhängt.

Die Ausgangsklemme des Verstärkers

Z3 ist über einen Widerstand R20 mit der umkehrenden Eingangsklemme I des Verstärkers Z2 verbunden. Diese Eingangsklemme ist ferner über einen Widerstand R21 mit der leitung 14 verbunden. Die Ausgangsklemme des Verstärkers Z2 ist in einem von zwei parallelen Zweigen mit einer Diode D1 und dem Kollektor-Emitter-Kreis eines N-P-H Transistors Q1 einer in der gestrichelten Umrahmung 34 enthaltenen Strombegrenzungsklemmschaltung verbunden und in einem anderen parallelen Zweig in Reihe mit der entgegengesetzt gepolten Diode D2 und dem Kollektor-Emitter-Kreis eines P-N-P Transistors Q2 geschaltet.Der gemeinsame Punkt zwischen den Emittern von Q1 und Q2 ist über einen Rückkopplungswiderstand R22 mit dem gemeinsamen Punkt zwischen den Widerständen R20 und R21 und der umkehrenden Eingangsklemme I des Verstärkers Z2 verbunden.

Die Basis des Transistors Q1 ist über

einen Widerstand R23 mit der Leitung 24 und über eine Diode D3 mit dem einstellbaren Schieber eines Potentiometers PR6 verbunden. Ebenso ist die Basis des Transistors Q2 über einen Widerstand R24 mit der Leitung 26 und über eine entgegengesetzt gepolte Diode D4 mit dem einstellbaren Schieber eines Potentiometers PR7 verbunden. Die Widerstandselemente der Potentiometer PR6 und PR7 sind in Reihe zwischen die Leitungen 24 und 28 geschaltet.

Der gemeinsame Punkt zwischen den

40.9 884/1075

Emittern von QI und Q2 Ist über Widerstände R25 und R26 mit der umkehrenden Eingangsklemme I des integrierenden Stromverstärkers Z1 verbunden. Der gemeinsame Punkt zwischen den Widerständen R25 und R 26 ist ferner über einen Widerstand R27 und eine Rückkopplungsleitung 36 mit der Ausgangsklemme des Stromüberwachungsslgnalgenerators CMR verbunden. Die. nicht umkehrende Eingangs klemme NI des Verstärkers Z1 ist über einen Widerstand R28 mit der Leitung 14- verbunden. Die eine Seite eines Kondensators C3 ist mit der umkehrenden Eingangsklemme I des Verstärkers Z1 und seine andere Seite über das Widerstandselement eines führenden einstellbaren Potentiometers PR8 zur Stromregulierung mit dem einstellbaren Schieber eines Potentiometers-PR9 zur Regelung des Stromzuwachses verbunden, dessen Widerstsnfeelement zwischen die Ausgangsklemme von Z1 und die Sammelleitung 14- geschaltet ist·

Die Klemmung der Strombegrenzung tritt nur

auf, wenn der Pegel des Ausgangssignals des Verstärkers Z2 auf einen gegebenen Wert steigt. Im. normalen Betrieb liegt bei einer bevorzugten Ausführungsform dieser Pegel zwischen - 10 Volt· Dieser Pegel wird durch Einstellung der Schieber der Potentiometer PR6 und PR7 bestimmt, derart, -daß eine Vorspannung von •HO bzw· -10 Volt an den Basiselektroden der Transistoren Q1 bzw. Q2 erzeugt wird. Es ist zu bemerken, daß die beiden Transistoren Q1 und Q2 In Emitterfolgeschaltung geschaltet sind, so daß der Spannungspegel Ihrer Emitter den Vorspannungen an ihren zugehörigen Basiselektroden folgt und diese nicht erheblich überschreitet· Wenn daher die Strombegrenzungswirkung auftritt, wird die an die umkehrende Klemme des Verstärkers Z1 angelegte Spannung tatsächlich auf +10 Volt für Vorwärtslauf des Motors und -10 Volt für Rückwärtslauf des Motors festgeklemmt. Die Schieber der Potentiometer PR6 und PR7 können natürlich so eingestellt werden, dass andere Werte der Spannung zur Klemmung der Strombegrenzung zwischen - 0,5 und - 10 Volt geliefert werden.

Die Ausgangsspannung des Verstärkers Z2

folgt der Änderung des Spannungspegels an seiner umkehrenden Eingangsklemme I, solange seine Ausgangsspannung unter der obigen Spannung zur Klemmung der Strombegrenzung von z.B. - 10 Volt bleibt. Wenn die Spannung zur Klemmung der Strombegrenzung erreicht 1st, findet keine weitere Zunahme der Spannung an dem

409884/ 1075

-' 10 -

Rückkopplungswiderstand R22 statt, und wenn die Signalspannung für den Ausgang des Verstärkers Z3 weiter steigt, wird der Verstärker Z2 gesättigt, wobei dann seine Ausgangsspannung höchstens bis - 15 Volt steigen kann.

Die oben erwähnte zeitgesteuerte

Klemmbezugsschaltung 28 enthält zu einer Vollweggleichrichterbrücke geschaltete Dioden D5 bis D8 und eine Zenerdiode ZD in der lotrechten Diagonalen der Brückenschaltung. Eine Leitung 38 geht von der Ausgangsklemme des Verstärkers Z2 zu der rechten Klemme der Vollweggleichrichterbrücke, deren linke Klemme , wie bereits erwähnt, über den Widerstand 10 mit der umkehrenden Eingangsklemme I des Verstärkers Z5 verbunden ist· Wenn die Ausgangsspannung des Verstärkers Z2 - 10 Volt übersteigt, wird die Senerdiode ZD leitend. Infolgedessen wird eine Rückkopp-

i JL,

lungs spannung, welche zwischen 0 und - 5 Volt schwanken kann, an die umkehrende Eingangsklemme des Verstärkers Z5 angelegt, welche der Änderung der Ausgangsspannung entgegenwirkt, welche an diese Klemme von dem Ausgang des Verstärkers Z6 über den Schieber des Potentiometers PR2 angelegt wird.

Es sei nun angenommen, daß der Motor

M mit einer gegebenen Belastung und einer bestimmten Einstellung des Schiebers des Potentiometers PR1 aus dem Stillstand in der Vorwärtsrichtung anläuft. Für eine gegebene Einstellung des Schiebers des Potentiometers PR2 nimmt dann das die Drehzahlbezugsspannung bildende Ausgangssignal des Verstärkers TA gemäß der vollausgezogenen Kurve A der Fig. 2 zu, und es ist angenommen, daß die Motordrehzahl entsprechend gemäß dem Abschnitt B1 der gestrichelten Kurve B zunimmt«

Es sei nun angenommen, daß eine

plötzliche Belastung an dem Motor M auftritt, wenn dieser zu der gewünschten eingestellten Drehzahl hochläuft. Die Motordrehzahl nimmt dann sofort ab, wodurch die Rückkopplungsspannung an dem Verstärker ΊΑ verringert wird, so daß die Ausgangsgrösse desselben zunimmt· Infolgedessen nehmen auch die Ausgangsgrößen der Verstärker Z3 und Z2 zu. Wenn die Ausgangsgroße von Z2 - 10 Volt übersteigt, tritt die Strombegrenzungsklemmwirkung der Schaltung 34 ein. Wenn der Motor M mit Strombegrenzung läuft, beschleunigt er sich in einem durch den Abschnitt B2 der Kurve B dargestellten Maße. Es sei nun angenommen, daß die

409884/1075

plötzliche Zunahme der Belastung des Motors M aufgehoben wird. Ohne Verwendung der zeitgesteuerten Bezugsklemmschaltung 28 und die obigen ν erb ladungen mit der Ausgangsklemme des Verstärkers Z2 und der umkehrenden E'ingangsklemme des Verstärkers Z5 würde sich der Motor M schnell beschleunigen, und zwar in einem dem Abschnitt B3 der Kurve B entsprechenden Maße, um die durch den oberen waagerechten geraden Abschnitt der Kurve A dargestellte eingestellte Drehzahl zu erreichen.

Es ist zu bemerken, daß, wenn dem

Ausgangssignal des xntegrierenden Drehzahlbezugsverstärkers Z5 erlaubt ist, gleichmäßig bis zu dem durch die gewünschte eingestellte Drehzahl bestimmten Wert zuzunehmen, wenn der Motor M mit Strombegrenzung arbeitet, er bei Aufhebung der plötzlichen Laständerung sich so schnell beschleunigt, wie die Strombegrenzungsbedingungen dies erlauben. Die Wirkung der zeit ge steuerten Klemmschaltung der Strombegrenzungsbezugsgröße hat nun zur Folge, daß die Geschwindigkeit der Zunahme der Ausgangsgröße des Verstärkers Z5 der Geschwindigkeit der Zunahme der Motordrehzahl folgt, wenn der Motor M während der Beschleunigung mit Strombegrenzung arbeitet. In Fig. 3 zeigt die vollausgezogene Kurve X die Änderung der Ausgangsspannung des Drehzahlbezugsverstärkers Z5, während die gestrichelte Kurve Y der Drehzahländerung des Motors M entspricht.

Wenn die plötzliche Belastungszunahme während einer Beschleunigung auftritt und der Motor M mit Strombegrenzung arbeitet, bewirkt das Rückkopplungsausgangssignal des Verstärkers Z2 über die Schaltung 28, daß sich, die Geschwindigkeit der änderung des Pegels der Ausgangsgröße des Verstärkers Z2 von dem durch den Abschnitt X1 der Kurve X dargestellten Pegel auf den durch den Abschnitt X2 dargestellten ändert. Wenn daher der Motor M seine Beschleunigung auf die gewünschte eingestellte Drehzahl in dem Augenblick der Aufhebung der plötzlichen Belastungszunahme nicht vollendet hat, nimmt die Drehzahl anschliessend in dem Maße ihres ursprünglichen Zuwachses zu, wie durch den Abschnitt X3 der vollausgezogenen Kurve dargestellt. Die die Motordrehzahl darstellende Kurve Y folgt dann eng anschliessend der Drehzahlbezugsspannung.

Das erfindungsgemässe Steuersystem enthält noch eine in dem gestrichelten nahmen 40 eingeschlos-

409884/1075

sene Drehzahlfehler Schwellenschaltung. Diese Schaltung enthält einen P-N-P Transistor Q3 und einen N-P-N {Transistor Q4, Der Emitter von Q3 und der Kollektor von Q4 sind mit dem Schieber des Potentiometers PR3 und der Kollektor von Q3 und der Emitter von Q4- über einen Widerstand R29 mit der nicht umkehrenden Eingangsklemme NI des Verstärkers Z2 verbunden. Die Basis von Q3 ist mit dem gemeinsamen Punkt zwischen den Spannungsteilerwiderständen R3O und R31 verbunden, welche in Reihe zwischen den Schieber des Potentiometers PR3 und die Sammelleitung 14 geschaltet sind. Ebenso ist die Basis von Q4 mit dem gemeinsamen Punkt zwischen den Spannungsteilerwiderständen R32 und R33 verbunden, welche parallel zu den Widerständen R3O und R31 geschaltet sind. Ein Widerstand R34 ist zwischen die Basiselektroden von Q3 und Q4 geschaltet.

Die Transistoren Q3 und Q4 arbeiten

als Schwellenwert se halter, wenn die Drehzahlfehlerausgangsspannung des Verstärkers Z4 — 1,2 Volt oder angenähert einen Dreh— zahlfehler von 6 % überschreitet. Wenn Q3 oder Q4 leitend sind, ist der Widerstand R29 tatsächlich parallel mit dem Widerstand R18 zwischen den Ausgang des Verstärkers TA und die nicht umkehrende Eingangsklemme des Verstärkers Z2 geschaltet. Eine so plötzliche Zunahme der an die nicht umkehrende Eingangsklemme des Verstärkers Z2 angelegten Spannung steigert proportional den Drehzahlzuwachs, um die Überschreitung oder Unterschreitung der Drehzahl zu begrenzen.

Wenn die linken Enden der Widerstände

R3O und R32 von dem Schieber des Potentiometers PR3 abgeschaltet sind, schalten ihre Transistoren Q3 und Q4 ein, wenn der tatsächliche Teil der Ausgangsspannung des Verstärkers Z4 - 0,6 Volt erreicht, was einem Drehzahlfehler von - 3% entspricht. Der Verstärker Z2 steigert dann proportional den Drehzahlzuwachs, um die Überschreitung oder Unterschreitung der Drehzahl um einen entsprechenden Betrag zu begrenzen.

409884/1075

Claims

— IΡ —

PATENTANSPRÜCHE

System zur Steuerung eines Gleichstrommotors mit Mittelii~"zur einsteirbaren Speisung des Motorankers und Steuermitteln, welche diesen Speisemitteln eine in Funktion einer Drehzahlbezugsspannung veränderliche Steuerspannung, eine Drehzahlfehlerrückkopplungsspannung und eine sich mit dem .Ankerstrom ändernde Spannung liefern, gekennzeichnet durch Mittel zur Erzeugung einer Drehzahlbezugsgröße mit Mitteln (£6, Z5, PR1) zur Voreinstellung einer gewünschten Grosse der Drehzahlbezugsspannung und Mitteln (PR2), welche die Änderung dieser Spannung infolge einer Änderung der Einstellung der Mittel zur Sollwerteinstellung (Z6, Z5» PR1) zeitlich steuern, und Mittel (28), welche ansprechen, wenn der Ankerstrom des Motors einen gegebenen Wert übersteigt, und an die genannten Mittel zur Erzeugung einer Drehzahlbezugsgrösse (Z6, Z5, PR1, PR2) eine Klemmspannung anlegen, welche die Änderungsgeschwindigkeit der Drehzahlbezugsspannung bestimmt, wenn diese Spannung noch nicht ihren voraus eingestellten Wert erreicht hat, um diese Änderungsgeschwindigkeit auf einen Wert herabzusetzen, welcher der Änderungsgeschwindigkeit der Motordrehzahl entspricht, solange der Ankerstrom des "--Motors den gegebenen Wert übersteigt.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung einer' Drehzahlbezugsgröße eine Strombegrenzungsklemmschaltung (28) enthalten, welche bei Auftreten einer Strombegrenzung eine Ausgangsspannung von einer vorbestimmten Größe liefert, wobei eine Zenerdiode (ZD) in diese Strombegrenzungsklemmschaltung und die zuletzt genannten Mittel eingeschaltet ist, wobei diese Zenerdiode leitend wirÄ , wenn die genannte Ausgangsspannung den vorbestimmten Wert übersteigtj so daß diese an die zuletzt genannten Mittel angelegt wird·
3· System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel Mittel (Z4-) zur feststellung des Drehzahlfehlers, welche auf die Drehzahlfehlerrückkopplungsspannung und die Drehzahlbezugs spannung ansprechen, und eine Schwellenwertschaltung (4-0) enthalten, welche anspricht, wenn die Aus-

, 409884/1075

gangsspannung dieser Mittel zur Feststellung des Drehzahlfehlers über einen vorbestimmten Wert steigt und eine plötz- liehe Erhöhung des Steuer Zuwachses des Systems erzeugt, derart, daß die Dämpfungswirkung an dem Motorantrieb gesteigert wird.
4. System zur Steuerung eines Gleichstrommotors mit Mitteln zur einstellbaren Speisung des Motorankers und Mitteln, welche den vorstehend genannten Mitteln eine Steuerspannung liefern, gekennzeichnet durch Mittel zur Erzeugung einer Drehzahlbezugsgrösse mit Mitteln zur vorherigen Einstellung der gewünschten Größe der Drehzahlbezugsspannung und Mitteln, welche die Änderung dieser Spannung bei einer Änderung der Einstellung der genannten Mittel zur Voreinstellung mit einer vorbestimmten ze it ge steuerten Geschwindigkeit vornehmen, einen Drehzahlfehlerdetektor und Integrator bildende Mittel (Z4, Z3), welche eine sich mit der Ausgangsspannung der genannten Mittel zur Erzeugung einer Drehzahlbezugsgrösse ändernde Ausgangsspannung und eine zu der Motordrehzahl unmittelbar proportionale Spannung liefern, Mittel (Z2) zur Peststellung einer StromfeäLerbezugsgrösse, welche auf die zuletzt genannte Ausgangs spannung ansprechen und eine sich entsprechend ändernde Ausgangsspannung liefern, Stromintegriermittel (Z1), welche auf die Ausgangsspannung der Mittel zur Feststellung einer Stromf äalerbezugsgrösse (Z2) unieine zu dem Ankerstrom des Motors proportionale Spannung ansprechen, und Mittel, welche mit den genannten Mitteln zur Erzeugung einer Drehzahlbezugsgrösse, den Mitteln (Z2) zur Feststellung einer Stromfehlerbezugsgrösse und den Stromintegratormitteln (Z1) so zusammengeschaltet sind, daß sie an diese Mittel zur Erzeugung einer Drehzahlbezugsgrösse eine Klemmspannung anlegen, wenn der Ankerstrom einen gegebenen Wert überschreitet, um die Änderungsgeschwindigkeit der Drehzahlbezugsspannung, wenn diese nicht ihren im voraus eingestellten Wert erreicht hat, auf eine der Änderungsgeschwindigkeit der Motordrehzahl entsprechende Änderungsgeschwindigkeit herabzusetzen, solange der Ankerstrom den gegebenen Wert übersteigt.
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zuletzt genannten Mittel eine Strombegrenzungsklemmschaltung (54·) umfassen, welche zwischen die Mittel zur Feststellung einer Stromfehlerbezugsgrösse (Z2) und die Stromintegratormittel (21) geschaltet sind, wobei eine Zenerdiode

409884/1075

die Mittel,
(ZD) zwischen /die normalerweise die Änderungsgeschwindigkeit der Bezugsspannung auf das vorbe stimmte ze it ge steuerte Maß bringen, den Ausgang der Mittel zur Peststellung der Stromfehlerbezugsgrösse (Z2) und den Eingang der Strombegrenzungsklemmittel (34) geschaltet ist.

6, System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strombegrenzungsklemmittel (34) einen Transistor (Q1, Q2) in Emitterfolgeschaltung mit einer im voraus eingestellten Basisspannung enthalten, wobei ein Rückkopplungswiderstand (22) zwischen die Stromklemmschaltung (34) und den Eingang der Mittel zur Feststellung der Stromfehlerbezugsgrösse (Z2) geschaltet ist, wobei eine Zenerdiode (ZD) in eine Diagonale einer Vollweggleichrichterbrücke geschaltet ist, deren andere Diagonale an einer Seite mit dem Eingang der Mittel zur Änderung der Drehzahlbezugsspannung mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit und an ihrem anderen Ende mit dem Ausgang der Mittel zur Peststellung der Stromfehlerbezugsgrösse verbunden ist.

4098 84/1075

Leerseite