DE2529524A1 - Drehmaschine - Google Patents

Description

Ihr Zeichen Ihr Schreiben vom Unser Zeichen Berlin, den

ITU-TECH IOTTSTRIES, IHO. Dayton, Ohio, USA

"Drehmaschine "

Die Erfindung bezieht sich, auf das Gebiet der Drehmaschinen im allgemeinen und auf Faschinen, die ähnlich einem Gleichstrom-Kollektormotor aber auch bei festeinstellbaren Geschwindigkeiten mit sich weit verändernden Motordrehiiomenten und an Netzspannung arbeiten, im besonderen.

Drehmaschinen sind im allgemeinen in Gleichspannungso^.er Wechselspannungsmaschinen unterteilt. Beide Maschinenarten enthalten Kittel zum Erzeugen von mindestens sv/ei verschiedenen Magnetfeldern, von denen eines im Rotor und das andere im Stator erzeugt wird, \7enn diese Felder nicht zueinander ausgerichtet sind, entsteht ein Drehmoment, das eine Drehbewegung des Rotors bewirkt, wenn sich der Rotor dreht, erfolgt das Ausrichten des Rotorfeldes in bezug auf Änderungen iin Statorfeld. Wenn sich aber die Feldausrichtung ändert, ändert sich

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auch, die Größe des Drehmoments am Rotor, so daß die Maschine eine Richtung zum Nachstellen eines magnetischen Feldes in bezug auf das andere enthalten muß, um das Drehmoment am Rotor nahe einem Maximum zu halten und so einen wirksamen Maschinenbetrieb aufrecht zu erhalten.

Bei G-leichspannungsmaschinen besitzt der Rotoranker mehrere V/icklungen, die über Bürsten und einen mechanischen Kollektor mit einer äußeren Energiequelle verbunden sind. Der Kollektor bewirkt, daß Energie relativ an die Ankerwicklungen gelegt wird, so daß das im Rotor erzeugte magnetische Feld im Durchschnitt im v/inkel von 90° zu einer, dutyvh die otatorwicklungen oder einen Permanentmagneten erzeugten Statorfeld ausgerichtet ist. Weil der Winkel zwischen dem Ankerfeld und dem Statorfeld bei einer Gleichspannungsmaschine im Durchschnitt 90° beträgt, ist die Gleichspannungsmaschine im allgemeinen sehr leistungsfähig und das Drehmoment am Rotor ist maximal. Die Gleichspannungsmaschinen besitzen jedoch gegenüber den meisten Wechselspannungsmaschinen einen Nachteil Wenn die Maschine durch eine äußere Einrichtung, die mit dem Rotor verbunden ist, belastet wird, nimmt die Umlaufgeschwindigkeit der Maschine etwa linear zur Drehmomentbelastung ab. Foglich ist die Gleichspannungs-r maschine nicht dort geeignet, wo konstante Geschwindigkeit verlangt wird und die Belastung und/oder die ITetzsnannung schwankt, wenn nicht ein Hilfsgeschwindigkeitsregler verwendet wird.

Wechselspannungssynchronmaschinen sind andererseits zur Verwendung an einer Wechselspannung bestimmt, um die Faschine zu synchronisieren und zu betreiben. Die feste

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Frequenz der Wechselspannungsquelle wird automatisch konstant gehalten, damit die Maschine sich mit einer festen Umlaufgeschwindigkeit dreht. Wenn die Synchronmaschine belastet wird, bewirkt der Fotor einen Drehmomentwinkel, zwischen dem Rotor und dem Statorfeld, der dicht bei 90° liegt. Auf diese V/eise steigt am Rotor bei Anstieg der Belastung der Maschine das Drehmoment an. Folglich kann eine Wechselsnannungsmaschine eine konstante Geschwindigkeit auch bei schwankender Drehmomentbelastung einhalten. Das Problem bei diesen Synchronmaschinen ist das, daß sie nicht mit einem konstanten Wirkungsgrad bei allen Belastungen arbeiten oder daß sich die IJotordrehzahl leicht einstellen läßt. Dafür hat die Wechselspannungssynchronmaschine einen höheren Wirkungsgrad, wenn sie stark belastet ist, weil der Drehmomentwinkel bei der Belastung der Maschine nahe 90° liegt. Bei weniger starker Belastung ist dann der Drehmomentwinkel kleiner als 90°, wodurch der Wirkungsgrad der Haschine herabgesetzt wird. Synchronmaschinen haben jedoch ihre Anlaßprobleme, die durch bekannte, aber umständliche !Techniken gelöst werden können.

Haschinen anderer Arten sind ebenfalls entwickelt worden. Davon ist eine der bürstenlose Gleichspannungsmotor. Dieser Motor besitzt einen Rotor, in dem ein Magnetfeld in einer festen Ausrichtung in bezug auf den Rotor erzeugt wird. Es sind viele Statorwicklungen und eine Regelschaltung mit Hilfstransduktor erforderlich der die Lage feststellt, und Regelstrom durch diesen zum Erzeugen eines rotierenden Magnetfeldes liefert, das mit dem Rotorfeld zusammenarbeitet und so am Rotor ein Drehmoment erzeugt. Diese Maschinen sind jedoch für bestimmte Forderungen konstruiert und verhältnismäßig

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unflexibel. Das heißt, die Konstruktion einer gegebenen Maschine, besonders bei der diese von einer anderen Größe oder einer anderen Polzahl ist. Maschinen dieser Art verwenden häufig mechanische Tansduktoren zum Regeln. Diese Transduktoren sind verschiedenartigen Fehlern ausgesetzt und geben somit eine mangelhafte Regelung. Mechanische Transduktoren leiden ebenfalls an magnetischen Veränderungen, die eine physikalische Ausrichtung eine etwas andere magnetische Ausrichtung annehmen lassen.

Transduktorlose Maschinen sind entwickelt worden, die aber an dem Problem der Inflexibilität der bürstenlosen Gleichspannun^sraotoren leiden.

Die Erfindung basiert einmal auf dem Gedanken der Verwendung einer induzierten Spannung in den Statorwicklungen zum Pestlegen der genauen Zeit, in der Energieimpulse an die Statorwicklungen gelegt werden müssen, um den Durchschnitts-Drehmomentwinkel mit der Geschwindigkeitsänderung konstant zu halten, die sich aus der Belastung oder ITetzspannungsschwankung oder einem Betrieb mit konstanter Geschwindigkeit über einen großen Bereich des Drehmoments ergibt. Ein weiteres Merkmal der Erfindung beruht auf dem Gedanken der gen£tuen Regelung der Energieimpulsfrequenz, der Dauer und Amplitude zum Konstanthalten der Geschwindigkeit und des Y/irkungs grades, wenn das Drehmoment oder die Netzspannung schwankt.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Rotor mit einem Magnetfeld versehen, das in bezug auf den Rotor fest ausgerichtet ist. Der Rotor dreht .sich im Stator frei, der um den Motor herum angeordnet ist und der Stator besitzt mehrere Wicklungen, die so

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angeordnet sind, daß der Strom einen Fluß erzeugt, der mit dem Rotorfeld zusammenarbeitet und so eine Drehung bewirkendes Drehmoment im Rotor erzeugt. Beim Laufen des Rotors wird in den Statorwicklungen eine Spannung induziert. Auf diese Spannung und insbesondere auf deren ITulldurchgang spricht eine Schaltung an, die einen Energiekreis betätigt, der Energieimpulse erzeugt, die an bestimmte Statorwicklungen bei einer gegebenen j?reouenz in gegebener Folge angelegt werden. Diese Irrpulse lascen den Rotor sich mit der gewählten Gesehy/indigkeit in einer gegebenen Drehrichtung drehen. Die 3nergieinnulse werden erzeugt, wenn der Drehmomentwinkel ei^ien einstellbaren Durchschnittswert einnimmt, der bei maximalem wirkungsgrad bei 90 liegt.

V/enn die Rotorgeschwindigkeit über die eingestellte Geschwindigkeit ansteigt, stellt die Regelschaltung diesen Zustand fest und legt die Dauer der Impulse an die zu verringernden Statorwicklungen, wodurch die Rotorgeschwinaigkeit abni^nmt. Wenn diese Geschwindigkeit unter einen gegebenen ./ert sinkt, werden die an den Statorwicklungen liegenden Impulse durch die Regelschaltung verbreitert und die Rotorgeschwindigkeit steigt an. Das Kürzen und Verbreitern der Impulse kompensiert verhältnismäßig kleine GeschwindigkeitsSchwankungen, die durch schwankende Lastdrehmomente an der I.'aschine bedingt sind. Bei größeren DrehmomentSchwankungen erzeugt die Regelschaltung Signale, die die Spannung der Energieimnulse an den Statorwicklungen entweder erhöhen oder verringern, wodurch neben dem Erhöhen oder Verringern der Rotorgeschwindigkeit die Impulsbreite innerhalb gegebener Grenzen bleiben. Die Tmpulsspannungsänderungen halten die Geschwindigkeitsausrichtung konstant, wenn große Belastungsdrehmomentsschwankungen auftreten.

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Die Haschine kann in einer gewünschten Drehrichtung durch eine Anlaßschaltung sich selbst anlassen, die Steuersignale zum Regeln der Leistungsstromkreise erzeugt, wenn der Rotor in Ruhe ist und keine induzierte Spannung sich in den Statorwicklungen befindet. Die /mlaßschaltung erzeugt unmittelbar ein sich langsam drehendes Feld im Stator, das sich in der gewünschten Richtung dreht und sich den Rotor in dieser Richtung drehen läßt. Reicht die Rotorgeschwindigkeit einmal zum Induzieren eine feststellbare Spannung in den Statorwicklungen aus, dann wird die Anlaßschaltung automatisch abgeschaütet und die Regelschaltung übernimmt die Regelung des Leistungsstromkreises.

Eine Maschine nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält viele Vorteile gegenüber den bekannten Haschinen. Insbesondere besitzt die Maschine eine so große Leistung und einen solchen Wirkungsgrad wie eine Gleichspannungskollektormaschine und kann über einen weiten Drehmomentbereich bei einer konstanten Geschwindigkeit synchron betrieben werden. Die Maschine läuft auch bei einer einstellbaren Geschwindigkeit gut, wenn die Netzspannung schwankt und besitzt eine Konstruktion, die von der Größe der Faschine praktisch unabhängig ist.

Die Erfindung wird anhand eines Beispiels mit Hilfe der Zeichnungen beschrieben. In diesen ist:

Figur 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung nach der Erfindung mit einer zweipoligen, an der Netzschaltung und an der Regelschaltung liegenden Maschine;

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Figur 2 ein Zeitdiagramm der elektrischen Signale an den verschiedenen Punkten der Vorrichtung nach der Erfindung;

figur 3 eine Geschwindigkeits-Drehmoment-Kurve für eine Faschine nach der Erfindung*,

Figur 4- ein Blockdiagramm der Vorrichtung nach der Erfindung;

Figur 4a ein weiteres Blockdiagrairim dieser Vorrichtung;

Figur 5 ein Schaltbild des Fotorspeisestromkreises, der verschiedene Spannungsausgänge entsprechend den Anstiegs- oder AbnahmeSignalen besitzt;

Figur 6 ein Diagramm der Spannung an einer Statorwicklung während des Übergangs vom leitenden (gespeisten) in den nichtleitenden (nichtgespeisten) Zustand der Statorwicklung; die

Fig. 7 bis 11 enthalten ein detailiertes Schaltbild einer Anwendungsform der Regelschaltung der Vorrichtung nach der Erfindung;

Figur 12 ist ein Schaltbild eines Dreiphasen-Dreileitungsmotors;

Figur 13 ein Zeitdiagramm für die Maschine nach Fig. 12, in der Steuer- und Speiseschaltungen der Vorrichtung nach tier Erfindung arbeiten, während sich die Faschine ohne Zentrierimpulse in Betrieb befindet;

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Figur 14 ein Schaltbild für die Aufnahme positiver Impulse aus mehreren ITulldurchgangsdetektoren und die Verwendung dieser Impulse zum Erzeugen von llegelimpulse für die Auf- und Abzähler des Follektorkreises;

Figur 15 ein Schaltbild einer anderen Haschinenanlaßschaltung insbesondere für Maschinen großer Trägheit; und

Figur 16 eine Zeittabelle für die Schaltung nach Fig.

Die Maschine nach der Erfindung wird ir. allgemeinen in Fig. 4a schematisch gezeigt. Die Maschine 10 enthält einen Rotor 11 mit einem festen Magneten und einen Stator 12 mit zwei Wicklungen A und B. An diesen Wicklungen liegt eine Spannungsquelle I3 zum Liefern von Energieimpulsen mit einer regelbaren Amplitude. An der Energiequelle liegt über einem Torkreis 15 ein Schrittschalter 14 zum Regeln der Statorwicklungen für die Aufnahme elektrischer Energie zu einem gegebenen Zeitpunkt .

Normalerweise liegt das Hemmsignal nicht am Tor, so daß der Schrittschalter unmittelbar die Statorwicklung steuert, an der die Energie liegt.

Beim Drehen des Rotors 11 der Maschine induziert das Fagnetfeld des Rotors in den Statorwicklungen eine Spannung. An diesen Wicklungen liegen ITulldurchgangsdetektoren 16, die feststellen, wann die induzierte Spannung in jeder Statorwicklung durch NullVolt hindurchgeht. In diesem Fall wird dann ein Einzelimpuls .erzeugt, wenn sich der Rotor in einer gegebenen Stellung befindet, die für die Zweistator-Wicklungsmaschine

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der Seit entsprechen, in der der Drehnomentwinkel 90 beträgt, d.h. der Einstellimpuls wird dann erzeugt, wenn das I'agnetfeld des Rotors einen 7/inkel ?um Fagnetfeld von 90° einnimmt, das von der Statorwicklung erzeugt wird, die Energie aufnimmt. Da der Einstellinpuls dann auftritt, wenn der Drehnonentwinkel für die dargestellte Maschine 90° beträgt, zielt die Maschine auf eine Energieimpulssyranetrie über diese Zeit hin, so daß das Maschinendrehmoment bei ,jeder vollständigen Umdrehung des Rotors £;1 eichmäßig ist und der größte Wirkungsgrad erzielt wird.

Die am ausgang der Nulldurchgangsdetektoren erzeugten Einstellimpulse sind der Eingang zu einem Kollektorkreis 17 und werden von zwei Zählern 18 und 19 verwendet, die abwechselnd bei einer Geschwindigkeit von f/2 für die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Einstellimpulsen aufwärtszählen, und bei einer Geschwindigkeit von f abwärtszählen. Diese Zähler erzeugen beim Abwärtszählen auf Null einen Vortragsimpuls oder einen zweiten Einstellimpuls. Da die Zähler 18 und 19 beim Abwärtszählen über eine Zeit zählen, die der Drehung des Rotors um 90° für die beschriebene Zweipolmaschine entspricht, wird der Vortrags- oder zweite Einstellimpuls erzeugt, nachdem der Zähler abwärts zu zählen begonnen hat, was der Zeit für die Rotorumdrehung um 45° nach einem Einstellimpuls entspricht. Der Vortrags- oder zweite Einstellimpuls tritt dann auf, wenn Energie von einer Statorwicklung zur anderen verschoben werden soll, wobei angenommen wird, daß die Energie an _tieder Statorwicklung für die Dauer des Drehens des Rotors um 90° bei einer gewählten Rotorgeschwindigkeit angelegt ist.

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Die Maschine enthält einen Oszillator 21 mit veränderbarer Geschwindigkeit, der zeitlich gleichmäßig verteilte Impulse während der Zeit erzeugt, die für eine vollständige Umdrehung des Rotors bei der gewünschten Geschwindigkeit notwendig ist. Diese Impulse setzen ein Geschwindigkeitsstellteil 22.

Die Vortrags- oder zweiten Einstellimpulse, die von den Zählern 18 und 19 erzeugt werden, dienen zum Setzen eines logischen Stellteils. Wenn das logische Stellteil 23 und das Geschwindigkeitsstellteil 22 gesetzt sind, erzeugt ein UIID-Tor 24-, das an den Ausgängen des logischen und des Geschwindigkeitsstellteils liegt, an seinem Ausgang ein Signal zum Yorschalten des Schrittschalters 1A-, so daß die Energie von einer Statorwicklung abgenommen und an die andere entsprechend der gewünschten Folge angelegt wird, um die Drehung des Rotors aufrechtzuerhalten .

Beim normalen Betrieb der Maschine wird das logische Stellteil 23 vor dem Setzen des Geschwindigkeitsstellteils 22 gesetzt. Eine Impulszentrierschaltung 25 spricht auf das Setzen des logischen Stellteils 23 an und startet einen Zähler zum Zählen der Impulse bei einer Geschwindigkeit f für eine Zeit zwischen dem Setzen des logischen Stellteils und dem des Geschwirdigkextsstellteils. Die von diesen Zählern gezählte Zahl stellt die Zeit dar, durch die ein Energieimpuls , der an eine gegebene Statorwicklung gelegt ist, an seiner Vorderkante durch die beschriebene Schaltung kurz geschlossen wird. Die Aufgabe der Impulszentrierschaltunsr ist das Kurzschließen der Hinterkante desselben Energieimpulses, um den Impuls über eine Zeit zu Zentrieren, in der der Durchschnitts-

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drehinomentwinkel einen gegebenen v/ert besitzt, der für den größten Wirkungsgrad einem Durchschnittsdrehmomentwinkel von 90° entspricht.

Die Zentrierschaltung vergleicht die Zahl in ihrem Zähler ständig mit der in dem Zähler, der bei einer Geschwindigkeit von f abwärts zählt, 7/enn beide Zähler gleich sind, erzeugt eine Vergleichsschaltung in der Zentrierschaltung ein Hemmsignal, das den Torkreis schließt und dadurch die Energienuelle von den .gespeisten Statorwicklungen abschaltet. Die Hinterkante eines Energieimpulses an der Statorwicklung wird für dieselbe Zeit kurzgeschlossen, um die "Vorderemte desselben Impulses verzögert worden ist.

Die beschriebene Schaltung regelt selbstverständlich den Betrieb der Maschine, um sie auf einer konstanten einstellbaren Geschwindigkeit zu halten, die durch den Oszillator 21 mit veränderbarer Geschwindigkeit gegeben ist, auch vrührend das Belastungsdrehmoment am Rotor schwankt und hält auch den Betrieb auf einem konstanten Wirkungsgrad, der vorzugsweise maximal ist, d.h. durch "Verbreitern oder Verengen der Snergieimpulse an den Statorwicklungen kann die Geschwindigkeit des Rotors auf einen konstanten einstellbaren wert gehalten werden, auch wenn das Belastungsdrehmoraent schwankt» Außerdem werden die Energieimpulse an den Statorwicklun^en symmetrisch angelegt, so daß der Durchschnittsdrehmomentwinkel einen einstellbaren '«Vert besitzt, der vorzugsweise 90° beträgt, so daß der Motor mit maximalem Wirkungsgrad arbeitet.

Die Zahl des Zählers in der Impulszentrierschaltung steht in Beziehung zur Impulsbreite der Energieimpulse,

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die von der Energiequelle an die Statorwicklung gelegt werden. v/£nn die Zahl relativ klein ist, ist die Impulsbreite relativ groß und umgekehrt, wenn die Zahl groß ist, ist die Impulsbreite relativ klein. Wenn das Belastungsdrehmoment am Rotor sich ändert, ändert sich auch die Breite der Energieimpulse an der Statorwicklung. , so daß die Geschwindigkeit synchron "gehalten wird. Eeim .-.n.steigen des Belastungsdrehmoments steigt die Impulsbreite an, und umgekehrt, wenn das Belastungsdrehmoment abnimmt, nimmt auch die Impulsbreite, ab. Die Impulsbreitenregelung für Maschinen dieser Art stellt die T/aschinenarbeitsbedingungen so ein, daß sie zum Fompensieren verhältnismäßig kleiner Belastungsdrehmomentschwankungen ausreichen. !Für große Schwankungen des Belaiitungsdrehmonents und der Netzspannung ist jedoch die Impulsbreitenregelung zum Aufrechterhalten des synchronen Betriebes nicht brauchbar.

Zum Aufrechterhalten des Synchronbetriebes bei großen Belastungsdrehmomentschwankungen dient eine Amplitudenregel schaltung 26, die der Impulszentrierschaltung 25 entspricht. Wenn die Impulsbreite eine gegebene obere Grenze überschreitet, erzeugt die Regelschaltung 26 an ihrem Ausgang ein Signal, das auf die Energiequelle 13 übertragen wird, um die Amplitude der Energieimpulee an den Statorwicklungen zu erhöhen. Wenn andererseits · die Impulsbreite unter einen gegebenen Minimalwert fällt, überträgt die Schaltung 26 ein Signal an die Energiequelle 13» um die Amplituden der Impulse an den Statorwicklungen zu verringern.

In jedem Fall arbeitet die Veränderung der Impulsamplitude an den Statorwicklungen mit Impulsverbreitung- und Verkürzung, um den Synchronbetrieb auch bei einer groB-sen Belastungsdrehmoraentschwankung aufrecht zu erhalten.

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Die Grundsätze der Erfindung, wie sie beschrieben worden sind, können in gleicher weise bei Maschinen mit drei oder mehr Statorwicklungen oder Phasen verwendet werden. ■ '·

Die Maschine 10 nach Erfindung (Fig. 1) ist dadurch gekennzeichnet, daß- sie einen Rotor 11 und einen Stator 12 besitzt. Der Rotor 11 besitzt ein stationäres Feld und Einrichtungen zum Erzeugen eines oder mehrerer Magnetfelder, -mit einer festen Richtung und Ausrichtung gegenüber den Rotor 11, was vom Pfeil 30 angezeigt wird. Die Rotorfeldrichtung ist zur Richtung der Drehachse des Rotors senkrecht ausgerichtet, der bei der in Fig. 1 dargestellten Faschine senkrecht zur Zeichnungsebene verläuft. Bei manchen Maschinen karn jedoch das Rotorfeld von dem nach Fig.,1 abweichen, z.B. bei Faschinen lüit mehrpoligen rotoren oder bei anderen Maschinen, bei denen das iiotorfeld nicht senkrecht zur Drehachse des Rotors verlauft.

Die das Rotorfeld erzeugende Einrichtung kenn einen Permanentmagneten enthalten, der oich im Rotor selbst befindet. Das Rotorfeld kann aber auch durch stromführende V/icklungen am Rotor erzeugt werden, die das gewünschte in Bezug auf den Rotor fest ausgerichtete Rotorfeld liefern, wenn durch sie Strom fließt. Die Rotorwicklungen sind elektrisch durch einen Schleifring und eine Bürstenverbindung oder dgl. miü einer äußeren Energiequelle verbunden. Eine weitere Einrichtunc zwz Erzeugen des Kan;netfelu.es im Rotor 11 ist das äußere Induzieren des Magnetfeldes durch entsprechende Mittel. '

Wie bei den meisten Haschinen enthält der Stator 12 meh-

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rere Statorwicklungen 31 und 32, die den Spulen A und B entsprechen. Jede Statorwicklung 31, 32 enthält mehrere Windungen aus elektrisch leitenden, isoliertem Draht, der in bekannterweise gewickelt ist. Bei Stromfluß durch eine der Statorwicklungen 31, 32 wird ein I'agnetfeld mit einer Richtung erzeugt, die ebenfalls senkrecht zur Drehachse des Rotors 11 verläuft. Solange wie die Richtung des vom Stromflusijes in einer der Statorwicklungen

31 oder 32 erzeugten Feldes nicht dieselbe wie die dichtung des !."a.rmetfeldes des Rotors .11 ist, wird an dem . sich freidrehenden Rotor ein Drehmoment ausgeübt., das den Rotor 11 sich um seine Achse drehen läßt.

Das Drehmoment am Rotor 11 i.'-:t eine Punktion des Drehmomentwinkels, der der physikalische V/inkel zwischen der Richtung des otatorfeldes und der des Rotorfeldes ist. Bei konstanten Statorfluß und einen Drehmomentwinkel von 90 ist die Kraft am Rotor ein Maximum. Werm' der Drennomentv/inkel von 0° beträgt ist die Fraft Null. Bei der !'aschine nach Figur 1, wird, wenn ein Strom durch die Statorwicklung 31 hindurchgeht und ein Magnetfeld erzeugt, das mit dem Pfeil Ok bezeichnet ist, eine ICroft am Rotor 11 ausgeübt, die ihn in Rechtsrichtung dreht. Beim Drehen des Rotors 11 nach rechts aus der dargestellten Stellung wird die am Rotor 11 ausgeübte Traft immer kleiner, wenn sich der Rotor 11 in eine Stellung dreht, in der das Rotorfeld nit dem Statorfeld ausgerichtet wird. Die Leistung muß zur Wicklung

32 verschoben v/erden, um die Drehung fortzusetzen. Es ist somit eine gewisse Feldkortiutation erforderlich um eine Drehbewegung des Rotors aufrechtzuerhalten.

Die Statorfeldkonmutation erfolgt durch aufeinanderfol-

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gendes liebeln des .Gtromflußes in den Statorwicklungen 31, 32. Eine Regelschaltung 33 (Fig. 1) spricht auf die Spannung an, die durch die Bewegung des Rotorfeldes in den Wicklungen 31, 32 induziert worden ist, um den Energiestromkreis 13 zu aktivieren, damit der Energieimpulse erzeugt, die in einer gegebenen Folge und bei einer gegebenen einstellbaren Frequenz an die Statorwicklungen 31 ? 32 gelegt werden, um die Drehung des Rotors 11 bei konstanter Geschwindigkeit auch bei Belastungsdr ehmoment Schwankungen aufrecht zu erhalten.

Die gewünschte Folge der Energieimpulse zur Rechtsdrehung des Rotors 11 ist in der oberen Hälfte der Fig. 2 dargestellt. Die Rechtecke 3^ZS 351 36, und 37 stellen _tje die Zeiten dar, während derer elektrische Impulse mit einer festen Amplitude an eine Statorwicklung gelegt werden. Das Rechteck 3^ entspricht beispielweise einer Zeit, in der eine Spannung + Y an die V/icklung 31 gelegt wird. Das Rechteck 36 dagegen entspricht einer Zeit, in der eine Spannung -V an dieselbe Wicklung gelegt wird. In gleicher V/eise entspricht das Rechteck 35 einer Zeit, in der ein Impuls mit einer Spannung +V an die Wicklung 32 gelegt wird, und das Rechteck 37 entspricht der Zeit, inder ein Impuls -V an diese Wicklung gelangt.

Die Folge und die Zeit, in der Impulse an die Wicklungen 31, 32 gelegt werden (Fig. 2), ist zum Bestimmen der Drehrichtung und des Wirkungsgrades der Maschine wichtig Zum vollständigen Verständnis dieses Ilerkmals muß jedoch die grundsätzliche Arbeitsweise der Maschine klar sein. Die Rotorstellung nach Fig. 1 ist willkürlich die Stellung bei 90°, in der die Richtung des Rotorfeldes 30 in einem Winkel von 90 zur Richtung des Feldes liegt, das

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bei Stromfluß in der A-Spule 31 erzeugt wird. Auch wenn der Rotor sich in der 90° - Stellung befindet, ist das Drehmoment an ihm infolge des Stromflusses in der Spule A ein Laximum. Um den Wirkungsgrad der Laschine maximal zu machen, müssen die Spulen A und B für Zeiten erregt werden, in denen der Durchschnittsdrehmomentwinkel 90° beträgt. Fach einem Beispiel soll an die Spule A während einer Zeit Energie angelegt werden, in der sich der Rotor 11 aus einer Stellung, in dem seine Tiagnetfeldrichtung 30 - 45° beträgt, nach rechts in eine Stellung dreht, in der das Rotorfeld 45 rechts von der Stellung für den Rotor 11 in Fig.1 liegt. Der Durchschnittsdrehmomentwinkel beträgt bei der an Spule A angelegter Energie für eine Zeit, in der sich der Rotor aus der S.ellung mit 4-5° links von der Fig. 1 in eine Stellung bei 45° rechts von der Fig. 1 dreht, 90° und die I.Taschine läuft dann mit bestem Wirkungsgrad.

Die Breite der Energieimpulse an den Statorwicklungen kann verändert werden, aber solange wie die Vorder- und die Hinterkante des Impulses symmetrisch sind, so daß der Impuls in der Herstellung zentriert ist, beträgt der Durchschnittsdrehmomentwinkel 90° und der maximale Wirkungsgrad wird beibehalten.

Wenn sich der Rotor 11 um 4-5° nach rechts aus der Stellung von Fig. 1 in die 45° Stellung nach Fig. 2 dreht, ist der Drehmomentwinkel zwischen dem Rotorfeld und dem durch den Stfcom in der Spule A erzeugten Feld 45°. In dieser Stellung wird das Drehmoment am Rotor 11 infolge des Stromes in der Spule A aus der Stellung des 90° Drehmomentwinkels erheblich verringert. Folglich soll der Strom in der Spule A abgeschaltet und der in der Spule B eingeschaltet werden. Die Regelschaltung 33 be-

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wirkt diese 3-haltfunktion durch ein erstes Feststellen der Lage des Rotors 11 in Bezug auf den Stator, was noch beschrieben wird, und gibt dann Hegelsignale an den Leistungskreis 13» wenn der Rotor 11 die Stellung zum Umschalten der Energie von einer V/icklung auf die s.rdere erreicht hat. Folglich schaltet der Erergiekreis I3 bei Erreichen der 135° - Stellung des Rotors die Energie von der Spule A an die Spule B un. Dies wird in Fig. 2 Irder 135° - Stellung gezeigt, in der der Energieimpuls 34- abgeschaltet und der Energie impuls 35 ?ngesch'iltet wird.

Die S-nule B bleibt für eine Zeit eingeschaltet, während sich der Rotor aus seiner 135° - Stellung in die 2.?5° Stellung bewegt. Nach Erreichen dieser Stellung muß wieder Energie an die Spule A gelegt werden, obwohl das so erzeugte Feld sich in einer Richtung befindet, die dem durch den Impuls nach dew Rechteck 3^- in Fig. 2 erzeugten entgegengesetzt ist, wenn die Drehbewegung beibehalten werden soll. Dieser Energieimpuls wird durch das Rechteck 36 dargestellt und erzeugt in der Spule A ein ^T"ap-netfeld mit einer Richtung, die dem durch das Rechteck 34 erzeugten Impuls entgegengesetzt ist. Die Regelschaltung 33 stellt sicher, daß der Impuls 36 für eine Zeit an der Spule A liegt, die notwendig ist, um den Rotor 11 aus der 225° - Stellung in die 315° - Stellung zu drehen.

Bei Erreichen der 315° - Stellung von Rotor 11 schaltet die Regelschaltung 33 Energie von der Spule A ab und legt sie an die Spule B, wie durch das Rechteck 37 in Fig. 2 angezeigt ist, Es wird Energie an die Spule B für eine Zeit gelegt, in der sich der Rotor 11 aus der 315° - Stellung in die 45° - Stellung dreht.

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Die Regelschaltung 33 läßt die Energieschaltung 13 Energieimpulse erzeugen, die durch die Rechtecke 34-^ 35 * 36, und 37 angezeigt sind. Solange wie die Energieimpulsfolge beibehalten wird, dreht sich der Rotor kontinuierlich. Durch Einstellung der Maximalfrequenz der Energieimpulserzeugung kann wie noch erläutert werden wird, die Regelschaltung 33 die maximale Geschwindigkeit des Fotors einstellen,

Die Maschine besitzt die Geschwindigkeits-Drehmoment-Kurve nach Figur 3· Die Geschwindigkeit ohne Belastung der Maschine nach Figur 1 wird bei 38 in Figur 3 gezeigt. Diese Geschwindigkeit wird durch Verwenden der maximal zulässigen Freqtienz des Energie impulses be stinkt, der an den Wicklungen 31 und 32 liegt. Je höher die Frequenz, desto höher ist die Leerlaufgeschwindigkeit, und umgekehrt..

Bei Belastung nimmt die Umlaufgeschwindigkeit nicht unter die Leerlaufgeschwindigkeit 38 an, außer wenn die Belastung tm übersteigt, d.h. die Belastung, bei der die Maschine nicht mehr synchron läuft. Beim Ansteigen der Belastung fällt die ümlatif geschwindigkeit ab, genau wie eine Gleitsriannungsmaschine beim Ansteigen der Belastung arbeiten würde.

Die verallgemeinerte Beschreibung der faschine nach Fig.

I zeigt an, daß an Jede Statorwicklung Energie für eine Zeit angelegt wird, die der für die Drehung des Rotors

II um 90 entspricht. Bei der bevorzugten faschine nach Fig. 1 wird Energie an die Statorwicklungen 31 und 32 für eine Zeit angelegt, die Kürzer als die nach Fig. 2 ist, wenn das Belastungsdrehmoment kleiner als das maxi-

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male Drehmoment tm nach Fig. 3 ist.

Bei dem bevorzeugten Ausführungsbeispiel legt die Regelschaltung 33 Energie an die Wicklungen für sich ändernde Zeiten, die vorzugsweise un die 90 - Stellung herum liegen, die vom BelastungsdrehEonent selbst abhängt. Beispielsweise versucht die augenblickliche Rotorgecchwindigkait bei Anstieg des Belastungsdrehmo-Eients abzunehmen. Die Regelschaltung 33 stellt diesen Zustand fest und spricht durch Verbreitern der Energieimpulse an den Statorwicklungen an. Beim fallendem Belastungsdrehmoment versucht die Geschwindigkeit so anzusteigen, da R die llegelscha] tung 33 durch Verringern der Energieimpulsbreite anspricht und so einen Durchschnittsdrehmomentwinkel von 90° vnd eine konstante Betriebsgeschwindigkeit einhält. Die Regelschaltung 33 hält auch den Wirkungsgrad der Faschine konstant. Dies geschieht durch Zentrieren aller 3nergieimpulse, ob sie nun verbreitert oder verkürzt sind, zu einer Zeit, in der der Durchschnittsdrehmomentwinkel konstant ist. Für einen maximalen Wirkungsgrad werden die Energieimpulse so zentriert, daß dieser Winkel 90° beträgt. Bei einem geringeren Wirkungsgrad beträgt dieser Winkel weniger als 90°.

Während die Regelschaltung 33 die Impulsbreite über einen weiten Bereich ändern kann, soll diese jedoch nicht zu schmal werden, weil kleine Impulsbreiten während jeder Umdrehung des Rotors zu einer sehr ungleichen LIotordrehmoraenterzeugung führen ₀

Es ist jedoch erwünscht, die maximale Impulsbreite willkürlich an 65° zu legen, d.h. die Zeit für die Rotorum-

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drehung um 65° bei der gewählten Geschwindigkeit, wie es beispielsweise Fig. 2 bei A zeigt. Aus noch zu erläuternden Gründen soll ferner eine maximale Impulsbreite von 85° gewählt werden, d.h. die Zeit um den Motor bei einer gewählten Geschwindigkeit um zu drehen, wie es Fig. 2 bei B zeigt.

Diese Grenzen sind jedoch willkürlich gewählt worden und können ohne Einfluß auf den Maschinenbetrieb geändert werden. Wenn diese Grenzen bestehen, wird der Grad zum Kompensieren der Imnulsvorbreiterung oder -kürzung zum Zedern der Belfjstungsdrehmpmente herabgesetzt.

Da die Maschine auch dann mit konstanter Geschwindigkeit laufen soll, wenn sich das Belastungsdrehmoment stark ändert, und auch, weil eine Impulsverbreiterung oder -kürzung, Drehmomentbelastungsschwankungen kompensieren kann, weil die Impulsbreite sich nicht stark verändern kann und nur eine beschränkte Energieänderung zuläßt, verändert der Energiekreis 13 unter Steuerung des Regelkreises 33 die Amplitude der Energieimpulse an den Statorwicklungen, um große Schwankungen des Belastungsdrehmoments kompensieren zu können. Beispielsweise soll die Regelschaltung 33 bestimmen, daß die Impulsdauer 85 überschreitet, d.h. die Zeit zum Drehen des Rotors um 85 bei der gewählten Geschwindigkeit. Dieser Zustand wird von der Regelschaltung 33 festgestellt, die den Energiekreis 13 beeinflußt, der auf die Beeinflussung der Regelschaltung 33 durch inkrementelles Erhöhen des Energieimpulses an den Statorwicklungen anspricht, wodurch das erzeugte Drehmoment ansteigt und das erhöhte Belastungsdrehmoment an der Faschine kompensiert wird. Andererseits soll die Regelschaltung 33 bestimmen, daß die Energieimpulsdauer kurzer als 65°

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ist, d.h. die Zeit zum Drehen des Rotors um 65 . bei der gewählten Geschwindigkeit. Der Kreis 13 spricht auf die Schaltung 33 durch inkrementelles Verringern der Energieimpulsspannung an den Statorwicklungen an. Folglich wird das erzeugte Drehmoment verringert und kompensiert das verringerte Belastungsdrehmoment. Der Drebr.omentwinkel wird im Durchschnitt bei 90° bei der eingestellten konstanten Geschwindigkeit gahlten. Da der Kreis 13 die Energieimpulss^annung über einen v/eiten Bereich inkrementell verändert, kann das Drehmoment des i.'otors stark schwanken, um große Belastungs drehnomentschwankungen r.u kompensieren, während der rotor bei einer konstant eingestellten Geschwindigkeit arbeitet. Die Faschine nach der Erfindung kann sor.it bei konstanter Geschwindigkeit arbeiten,■während das Belastungsdrehmonent stark schwankt

t.

Fig» 4 zeir-t ein Blockdiagranm nach der Erfindung für die elektrische Schaltung mit der Regelschaltung 33 und den Energiekreis 13 nach den Figuren 1 und 4a zum Regeln der Faschine.

Die Schaltung enthält eine ^nlfr.ßschaltung 4-0, den elektronischen Schrittschalter 14-, den Energiekreis 13, den ITulldurchgangs-Detektor 16, den Eollektorkreis 17, die Impulszentrierschaltung 2F> und die iunplitudenregelschaltung 26.

Die mlaßschaltung 40 läßt die Faschine in der gewünsehten Richtung an und enthält einen Impulsgenerator, z.B. einen Ein-Taktzeitgeber, der an den ausgang 41 einen einzelnen Impuls liefert. Dieser Impuls legt einen Eingang an des Oder-Tor 42, und damit einen Eingang an den Schrittschalter 14 und über eine Rückstell-

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leitung 43 an die Anlaßschaltung 40 selbst. Der Impuls einer Leitung 43 stellt die Anlaßschaltung 40 z.B. durch Abschalten des Zeitgebers zurück. Dieser beginnt dann einen weiteren Zeitgeberzyklus und erzeugt noch einer bestimmten Zeit einen weiteren Impuls. Auf diese V/eise erzeugt die Anlaßschaltung 40 in Kombination mit dem Oder-Tor 42 eine Impulsreihe am Eingang des Schrittschalters 14. Die Imrrulsgeschwindigkeit ist einstellbar und kann entsprechend der Maschine geändert werden, liegt aber gewöhnlich bei kleinen 1 aschinen bei 100 Impulsen pro Sekunde und bei großen Faschinen entsprechend d\runter.

Die Anlaßschaltung kann so abgeändert werden, dcß sie bei einer schwankenden Frequenz Startipipulse erzeugt. Hierbei werden zunächst bei einer niedrigen Frequenz und allmählich ansteigender Impulsfrequenz I.aschinen mit hoher Trägheit leichter eingelassen c-ls mit einer Anlaßschaltung, die Impulse mit einer festen Frequenz erzeugt. Ein Oszillator mit veränderbarer Frequenz erzeugt zunächst Impulse bei niedriger Geschwindigkeit, die allmählich ansteigt, bis die Rotorgeschwindigkeit zum Induzieren einer feststellbaren Spannung in den Statorwicklungen ausreicht. Bei normalem arbeiten wird die Anlaßschaltung durch die normale Impulsschaltung zurückgestellt.

Eine andere iinlaßschnltung zeigt Fig. 5· Diese erzeugt eine Reihe von Impulsen an -usgang 44 zuerst mit einer geringen Geschwindigkeit und denn bei einer sukzessiv ansteigenden Geschwindigkeit, wie r-ms Fig. 16 zu entnehmen ist. Nach 16 Falen wird das Verfahren wiederholt.

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Die Schaltung nach Fig. 15 liegt in der Schaltanordnung nach Fig. 8, jedoch muß der 82k-Widerstand 45 in der Anlaßsch&ltung entfernt werden, um eine Impulserzeugung zu verhindern, aber die Erzeugung eines Impulses an AD durch jeden Impuls an DD zuzulassen. Die Regelschaltung ist somit unwirksam, bis die Auf/Abzähler Vortragsimpulse erzeugen, die anzeigen, daß der Rotor sich schnell genug dreht, damit die Regelschaltung die Steuerung übernehmen kann.

.andere Ilöglichkeiten zum Erzeugen von Anlaßimpulsen, die in der Frequenz schwanken, bestehen ebenfalls. Die StartimpulsQ werden von einem Generator erzeugt, der Impuls bei einer sich ändernden Frequenz erzeugt und am Funkt 44 (Fig. 15) liegt. Die Schaltung ist unwirksam, wenn Vortragsimpulse, die auch als zweite Einstellimpulse bezeichnet werden, von den Auf/Abzählern erzeugt werden.

Der Schrittschalter 14 ist eine einfache Schaltung, die c

entsprechend einem Eingangsimpuls vom Oder-Tor 42 nacheinander einen Ausgang 47, 48, 49 oder 50 betätigt. Der Schalter 14 betätigt zuerst einen Ausgang 47 beim ersten Impuls vom Oder-Tor 42. Nachfolgende Impulse von diesem Tor betätigen die Schalterausgänge 48, 49 und nacheinander. Weitere Ausgangsimpulse am Tor 42 lassen den Schrittschalter 14 in sich wiederholender Folge seine Ausgänge 47, 48, und 50 betätigen, um den Rotor in einer Richtung zu drehen.

Zum Umkehren der Reihenfolge des Schrittschalters 14, d.h. in der die Ausgänge 47 iiis 50 betätigt werden, dient ein Schalter 51> bei dem im offenen Zustand die

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beschriebene Reihenfolge eintritt. Bei geschlossenem Schalter y\ wird die Folge umgekehrt, d.h. die Ausgänge v/erden in umgekehrter Reihenfolge betätigt, so daß die Folge 50, 49, 48, 47 ist. Dadurch dreht sich der Rotor in umgekehrter Richtung, v/eil die Energie an der Statorwicklung in umgekehrter Folge angelegt wird.

Jeder Ausgang 47 bis 50 liegt an einem Eingang eines UKD-Tores 52, 55, 54 bzw. 55 der Torschaltung 15. Der zweite Eingang ,jeder Torschaltung ist rait einer gemeinsamen Hemmleitung 56 verbunden. Das Signal an dieser Leitung laßt die Signale an den Leitung 47 bis 50 bestimmen, welches IJIID-Tor einen aktiven Ausgang besitzt. Ein Hemmsignal an der Leitung 56 schaltet alle UMD-Tore ab und macht deren Ausgänge unwirksam.

Die UEDJ-Tore 52 bis 54- der■Schaltung 15 erzeugen an ih~- ren Ausgängen 58.bis 61 Steuersignale, die den Energiekreis 13 regeln. Dieser besitzt die Ausgänge +V, die Spule A₁ Erde, die Spule B und -V. Die Ausgänge +V und -V sind Bezugsspannungsausgänge, die vom Nulldurchgangs-Detektor 16 verwendet werden. Der Erd-Ausgang ist eine Erdverbindung. Die Ausgänge Spule A und Spule B liegen je an einem Ende der Spule A bzw. der Spule B, deren andere Enden geerdet sind.

Die otatorwicklung wird von den Eingängen 58 bis 61 am Energiekreis 13 geregelt» Bei einem Eingangssignal an der Leitung 58 spricht der Kreis 13 durch Anlegen einer positiven Spannung an der Ausgangsleitung "Spule A" an. Bei einem Eingangsregelsignal an der Leitung 59 spricht der Kreis 13 auf das Anlegen einer positiven Spannung an die Leitung "Spule B" an.

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Bei einem Eingangssignal an der Leitung 60 spricht der Kreis 13 auf eine negative Spannung an der Ausgemgsleitung "Spule A" an. Bei einem Eingangssignal an der Leitung 61 spricht der Kreis 13 auf eine ne3ative Spannung an der i».usgc?np;sleitung "Spule B" an. Jede Spannung cn den Spulen A ur.d B dec Kreises 13 ist größer als -V.

Der Snergiekreis 13 ^lrann eine übliche jJnerr:ienuelle enthalten, die ein Aii.s?;an^ssic;nal ^iit sowohl einer positiven als auch negativen Spannung erzeugt, die zuri · Betreiben der. faschine aus-reicht, und nui?> auch, eine BeZugsspannung +V- und -V erzeugen, die kleiner als d*s Leistungssignall3 sind. Im Kreis 13 ist ferner ein Schaltmechanismus vorgesehen, der auf Eingangssignale an den Leitungen 58 bis 61 anspricht und Energiesignale an die Spule Λ oder die Spule B entsprechend dem Steuersignal an den Eingängen legt. Er kann ein Relais oder eine elektronische Schaltung sein, die auf die Eingangssignale un den Leitungen 58 bis 61 anspricht.

Die Schaltung nach Fig.5 3 st eine mögliche Form eine Energiequelle zum Durchführen der beschriebenen Funktionen in "Verbindung pit dem Energiekreis 15 und enthält zwei identische Transformatoren 64 und 65 mit mehrfach abgegriffenen Sekundärwicklungen 65 und 67, d.h. ■leder Abgriff besitzt dieselbe Spannung wie der entsprechende Abgriff an der endere·". Sekundärwicklung. Ausserdem ist vorzugsweise die Spannungsdifferenz zwischen zv/ei benachbarten Abgriffen der Transformatoren dieselbe, so dr.'ß inkrementelle Spannungsanstiege an den Ausgängen möglich sind. Die Abgriffe 68 und 69 dienen zum Liefern einer Bezugsspannung des Kreises 13, die

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als Bezugsspannung im Nulldurchgangs-Detektor an den Punkten +V und -V¹ (Pig. 7) verwendet werden kann. Der Abgriff 68 liegt an einer Gleichrichter- und Filterschaltung 71 und liefert den +V -Ausgang des Frei-. ses 13. Dor .abgriff 69 liegt an einer Gleichrichter und Filterschaltung 72 und liefert den -Y' -ausgang. Die übrigen Ausgänge liefen an dem Schrittschalter 73 bzw» 74-₅ die an einem gemeinsamen Betäti^er 75 liefen. Die Schalter sind elektrisch mit je einem .abgriff des Transformators 64 bzw» 65 verbunden, so d.'?ß die Spannung zwischen dem Abgriff und Erde a.n ,jedem Schalter identisch ist. Der Betätipjer 75 spricht auf dem Empfang von Impulsen des Auf- oder Ab-Eingangs nn, um die Schrittschalter 73 und 74 gleichzeitig in Hechts- oder in Linksrichtung zu schalten. Die Rechtsdrehung der Schalter 73 und 74 läßt die Spannung an den Punkten 76 und 77 ansteigen, während die Linksrichtung diese Spannung verringert. Die Schalter 73 und 74 sollen einen mechanischen Anschlag enthalten, um entweder die Rechts - oder Linksdrehung über den höchsten und den untersten Spannungsabgriff der Transformatoren zu verhindern.

Der Ausgangspunkt 76 für den Schrittschalter 73 liegt an einer Gleichrichter - und Filterschaltung 78? die eine positive Gleichspannung liefert. Der iUisgangspunkt 77 für den Schrittschalter 74 liegt an einer Gleichrichter - und Filterschc?.ltung 79 und liefert eine negative Gleichspannung, die cm einem beweglichen _-;.rn der Relais k3 und k4 liegt. Jedes Heiais K1, E2, K3 und F4 ist ein einpoliges Einfachrelais mit offenem Ruhekort Pkt. Der Ausgangskontakt der Relais K1 und F.3 liegt am js.usgr.ng der üpule A und der der Relais K2 und F-4 am Ausgang der Spule T5. Diese Relais werden durch

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Eingangsiiapulse auf den Leitungen 58 bis 61 der UND-Tore 52 bis 55 (Fig. 4·) erregt. Folglich verbinden die Signale an den Leitung· 53 bis 61 die Spulen Λ und B mit entweder der positiven oder der negativen Spannung der Spannungsquelle. .

Es sind viele Abänderungen der in Fig. 5 gezeigten schaltung möglich, insbesondere werden die Schaltfunktionen, die in Fig. 5 von mechanischen Schaltern ausgeführt werden, leicht durch elektronische Schaltungen mit demselben Ergebnis ersetzt. Es kann auch eine εη-dere Schaltung mit einer Energiequelle verwendet werden, die verschieden einstellbare Spannungen liefert. Beispielsweise können rotierende IvTa s chin en, magnetische elektronische oder mechanische Regler verwendet werden. Ein solcher Regler ist ein Schaltregler. Schaltregler nach der Veröffentlichung "Designing Switsching Regulators", März 1969 der National Semidonductor Go. sind als Energiequelle nach der Erfindung geeignet. Ein anderes Beispiel ist eine einzelne Quelle mit entsprechenden Schaltern zum Umkehren des Stromes in den Motorwicklungen. Eine Einzelquelle können auch Energiemotorwicklungen sein, in denen der Strom in einer einzigen Richtung fließt.

Die Regelschaltung 35 enthält vier getrennte untereinander verbundene Teilanlagen (Fig. 4), die den NuIldurchgangs-Detektor 16, den Follektorkreis 17, die Impulszentrierschaltung 25 und die Amplitudenregelschal.tung 26 enthält. Der Detektor 16 spricht auf die in den Statorwicklungen induzierte Spannung an und erzeugt an seinem Ausgang Impulse, die anzeigen, wenn die

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Spannung in einer gegebenen Wicklung durch den liullwert hindurchgeht. Diese Anzeigen erfolgen, wenn Rotor und Stator zueinander eine genaue physikalische Beziehung einnehmen, und dienen sum Erzeugen von Impulsen durch den Kollektorkreis 17 an der Ausgangsleitung 86, die einen zweiten jmsg-^ng zum ODER-Tor 42 bildet. Die Signale an der Leitung 86 dienen zum Fortschalten des elektronischen Schrittschalters 14 für Impulse, die an der Leitung 41 von der Anlaßschaltung 40 empfangen worden sind. Die an der Ausgangsleitung 86 empfangenen Impulse stellen die ,i.nlußsch.o.ltung 40 zurück. V/enn sich an der Leitung 86 Inpulse befinden, setzt jeder Impuls die Anlr.ßschaltung 40 zurück und verhindert das Auftreten von Anlaßimpulsen und schaltet den elektronischen Schrittschalter 14 bei jedem Impuls an der Leitung 86 weiter.

Der ICollektorkreis 17 entwickelt ferner Re gel signale, die auf die Impulszentrierschaltung 25 übertragen werden, die auf die Regelsignale anspricht und zur richtigen Zeit das beschriebene Hemmsignal erzeugt, das über die Hemmleitung 56 übertragen wird und verhindert, daß die UND-Tore 52 bis 55 ^an ihren Ausgängen ein aktives Kennsignal erzeugen. Dieses Hemmsignal dient somit zum Zentrieren der Energieimpulse an den Statorwicklungen, wenn der Rotor eine gegebene Stellung einnimmt. Ein maximaler Wirkungsgrad wird erreicht, wenn die Energieimpulse um die Zeit herum zentriert sind, in der der Drehmomentwinkel 90 beträgt.

Die Amplitudenregelschaltung 26 spricht auf den Nulldurchgangs-Detektor 16, den Kollektorkreis 17 und die Impulszentrierschaltung 25 an, um Impulse zu erzeugen, die über die Auf- bzw. Ableitung 87, 88 auf die Energiequelle 13 übertragen werden, und erhöhen oder verringern die Span-

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nungsimpulse, die von der Energiequelle 13 an die Statorwicklungen gelebt werden.

Die Smile A der Energiequelle 13 liegt η it dem Funkt 39 an der Spule A 31, die eine Statorwicklunn; der T.laschine nach Fig. 1 ist. Die Spule B der Energiequelle 13 liegt bei 90 an der Spule B 32.

Der IIulldurchgangs-Detektor 16 liegt ferner an der ■Verbindungspunkten 89, 90, so daß in der A Spule 31 und in der B Spule 32 induzierte Spannungen festgestellt und ein Nulldurchgangssignal erzeugt werden kann, das die Feststellung einer induzierten Uull-Durchgangsspannung anzeigt. Das Feststellen eines Hulldurchganges der induzierten Spannung ist bei einer nicht erregten Statorwicklung jedoch nicht einfach, weil, wenn eine Statorwicklung vom leitenden oder erregten Zustand in den nicht leitenden oder nicht erregten Zustand geschaltet wird, bewirkt die Verteilung der gespeicherten Energie im Magnetfeld zv/ei Nulldurchgänge der Spannung en der 'Wicklung. Folglich muß der Fulldurchgang-Detektor 16 zwischen einem Nulldurchgang der induzierten Spannung und einem solchen der Verteilung der gespeicherten Energie in einer Gtatorwicklurg unterscheiden, v/enn sie vo^ einem erregten Zustand in einen unerregten geschaltet v/ird. Die Kechtecke 34, 35, 36, 37 stollen Zeiten dar, in denen Energieimpulse entweder an die Spule A oder an die Spule B gelegt werden.

In der Zeit zwischen diesen Perioden induziert die "Bewegung des Rotors eine Spannung in den nicht erregten Statorwicklungen. Beispielsweise erscheint in der Zeit

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zwischen'den Rechtecken 3^ und 35 an der A Spule 31 eine induzierte Spannung, die durch die gestrichelte Linie 91 dargestellt i.-'t. Ein Fulldurchgang erfolgt, wenn der Rotor sich in. seirer 1B0°- Stellung befindet. Beim Feststellen dieses Zustandes durch den Detektor

16 wird ein ITulldurchrjanrssirjnul auf den Kollektori-creis

17 übertragen, das ■? η zeigt, dar für die induzierte in der Ji. Spule '3I ein Uulldurchgang festgestellt v/orden ict. Bei Erreichen der 0° - oder 360° - Stellung durch den Rotor überträft auch der Detektor 16 ein TTulldurchgangssignal an den TCollektorkreis 17i das anzeigt, daß der ITulldurchgang für die Spannung in der A Spule 3I festgestellt worden ist.

Der Detektor 16 liegt an der B Spule 32 und erzeugt ein liulldurchgangssignal, wenn der Rotor sich in der ¹O⁰ - -·ινδ in der 2?0ⁿ - "tellur. 3 befindet, was den Zeiten entspricht, in denen die induzierte Spannung in der B Spule 3^ durch Null hindurchgeht. Das Feststellen des Rulldurchgangs für die induzierte Spannung'in den Statorwicklungen ist wegen der Nulldurchgänge der Spannung an drier Statorwicklung sehr schwierig, die durch Verteilung der gespeicherten Feldenergie bedingt ist. ISine Üchwingunprsform der Spannung »n einer Statorwicklung bei der Umschaltung vni erregten in den unerre^ten 7,ustand v/ird in Fi[·;. 6 gezeigt. Bei Erregung einer St?;-torwicklunp; durch ein oirnal i-iit einer positiven Spannung +V, die größer als die Bezugsspannung +V ist, wird in dem Feld Energie gespeichert. Bei ./egnahnie der Energie von der Statorwicklung fö.llt, wie angezeigt, die Spannung an der vorher erregten Statorwicklung rasch ab und geht bei 95 durch Null und entwickelt dort eine hohe negative Spannung. Nach Fig. 4 liegen Zenerdioden Z und

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Dioden D zwischen, den Punkten 89 und 90 uno. an den Speisesi^nnungspunkten +Y und -V. Die anordnung dieser Dioden D und Z begrenzen die maximale TTmkehrstJannung an einer vorher erregten StatorwicMunp; und verhindern so eine Beschädigung der angeschlossenen Kreise. Insbesondere ist die Durchschlagspannung für die Zenerdiode Z hier gleich dreimal die /vnplidude der Ί/icklüngsspeisespannung +V. Die maximale negative Spannung an einer Statorwicklung (Fig. 6) ist pleioh - 4 V, wie es bei 96 rmgezeigt ist. Bei Verteilung der gespeicherten Energie bleibt die Spannung an der Wicklung bei - 4- V bis alle gespeicherte Energie verteilt worden ist. Die Spannung an der Jtatorwicklung steigt rasch an und geht in einer zweiten Zeit 97 durch TTuIl und erreicht ihr I-iaxiiiium bei 98. Wenn die SOunnung nn der wicklung gleich der in ihr induzierten Spannung ist, dann erscheint beim kontinuierlichen Weiterlaufen des Rotors die induzierte Spannung an der nicht erregten Statorwicklung. Der Detektor 16 muß auf diesen Nulldurchgeng der induzierten' Spannung bei 99 ansprechen, um ein Signal an seinem Ausgang zu erzeugen, das bei einem ürehmomentwinkel von 90 Grad für die erregte Wicklung auftritt. Jedes FuIldurchgangssignal dient durch den Follektorkreis 17 sum Erzeugen von Impulsen, wenn Energie von einer Statorwicklung auf die andere geschaltet wird.

Figur 4- zeigt den Detektor in der gestrichelten Linie 16 mit einem Nulldurchgangsdetektor, der mit ,jeder Statorwicklung 31 und 32 verbunden ist. Der Detektor für die A Spule 31 stellt den Nulldurchgang der induzierten Spannung am Punkt 98 fest. In gleicherweise stellt der Detektor für die Spule B den Nulldurchgang der Spannung am Punkt 90 fest.

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Der Detektor für die Spule A enthält zwei ideale ■Differentialverstärker 101 und 102, wobei der Ivinuseingang.des Verstärkers 101 und der Pluseingang des Verstärkers 102 elektrisch mit dem Punkt 89 verbunden sind. Der positive Eingang des. Verstärkers 101 liegt an +V der Energiequelle 13, v/ährend der negative Eingang des Verstärkers 102 mit -V verbunden ist. Der Verstärker 101 wird' von einem Signal aus der Leitung 61 beaufschlugt, das positiv ist, wenn ein negativer Impuls an die Spule B gelegt wird. Der Verstärker wird beaufschlagt bei einem Signal an der Leitung 59» das anzeigt, daß ein positiver Impuls an die Spule B gelegt ist. V/enn die Leitung 61 positiv ist, erzeugt der Verstärker 101 eine positive Spannung, wenn die Spannung an der Spule A kleiner als +V ist. In gleicher Weise arbeitet der Verstärker 102, wenn die Leitung positiv ist und eine positive Spannung erzeugt, wenn die Spannung an der Spule A großer als -V ist.

Die Ausgänge der Verstärker 101 und 102 liefen an einer Leitung 103. Je nachdem welche Leitung 59 oder 60 beaufschlagt wird, wird die Spannung an der Leitung 103 positiv, wenn die Spannung an der Spule A 31 größer als -V bzw. kleiner als +V ist. Die Spannung an der Spule A (I¹Xp;. 6) fällt in den Bereich, in dem die Verstärker 101 oder 102 einen positiven Ausgang während der Zeit erzeugen, in der die Spule A vom erregten in den unerregten Zustand geschaltet wird, aber diese Zeit ist kurz. Der Effekt der Nulldurchgänge infolge der Umschaltung der A Spulenspannung kann durch eine Verzögerungsschaltung eliminiert werden, die innerhalb der gestrichelten Linie 104- liegt. Diese Schaltung erzeugt eine positive Spannung, wenn eine in Bezug auf -V positive Spannung

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für eine bestimmte Zeit an der Leitung 103 liegt. Ein Weg der Durchführung einer solchen Funktion ist die Verwendung einer Verzögerungsleitung 105, deren Eingang an uer Leitung 103 liegt und deren Ausgang mit einem Eingang eines UHD-Tores 106 verbunden ist. Ein zweiter Sin^.-mg dieses UITD-¹.Cores liegt unmittelbar an der Leitung 103, so daß dessen Ausgang nur dann positiv ist, wenn beide Eingänge -nositiv sind. Die Verzögerungsschaltung 105 verzöpjert eine positive Spannung von Erscheinen an ihren Ausgang für 70 rikrosekunden, n-chdem der Eingang positiv geworden ist.. Der Ausgang des Tores 106 wird nur dr-nn positiv, wenr> an der Leitung 103 langer <%ls 70 l'.ikrosekunden eine positive Snonnung lie;;t.

Figur 7 zeigt in der gestrichelten Linie 107 ein zvroites ;\usführun.'5sbeispiel sum Erreichen dieser Funktion, von dem es ebenfalls mehrere ..usf!oirungsmöglichkeiten gibt.

während die Schaltung in der gestrichelter Linie 104 eine ^positive St>; nnunp,· liefert, wenn, an der Leitung 103 länger als 70 ϊ-ikro Sekunden eine in Bezug auf -V positive fjpanr.un-3 lie^t, ist die "genaue Verzögerungszeit vor dem Positivwerden von I/asoliine zu I aschine verschiede^ und der einnestellte Wert htln^t von der Anstiegsoder AbfnllsKeit der Verteilung der ,gespeicherten Energie in einer Statorwicklung ^b, die vom .erregten in den unerregten Zustant geschaltet worden ist. Die Schaltung 104 (Fip;. 6) soll w Ihrend der Zeit, in der die Spannung an einer Gtatorwicklung durch ein Gebiet 108 hindurchgeht, keine positive Spannung erzeugen. Wenn eine positive Spannung um Ausgang der Schaltung 104 während die-

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ser Zeit auftreten würde, würde ein falscher Nulldurchgang angezeigt werden. Bei der Schaltung nach Fig. 4 muß somit die Verzögerungsleitung 105 eine Verzögerung besitzen, die langer ist als die Zeit für das Abfallen der Spannung an der Wicklung vom Punkt 94- auf weniger als -V. Bei anderen Schaltungen muß eine ähnliche Verzögerung hergestellt werden, um falsche Nulldurchgangsanzeigen zu vermeiden, die durch die Verteilung der gespeicherten Energie bedingt sind.

Der Ausgang der Schaltung 104 (Fig. 4) liegt an einem Eingang der UND-Tore 111 und 112. Die Spannung an dieser Leitung wird positiv, wenn das Eingangssignal an der Leitung 103 für eine Zeit größer als eine gegebene Zeit war, die für die dargestellte Schaltung die Länge der Verzögerung 105 ist. Der zweite Eingang des IMD-Tores 111 liegt an der Leitung 61 und der des Tores 112 an der Leitung 59. Die Leitung 59 ist positiv, wenn ein positiver Impuls an die Spule B gelegt wird, und die Leitung 61 ist positiv, wenn ein negativer Impuls an diese. Spule gelegt ist. Der andere Eingang des UND-Tores 11 liegt am Ausgang eines Inverters 113, der positiv ist. Der andere Eingang des Tores 112 liegt am Ausgang eines Inverters 114, der positiv ist, wenn die Spannung an der Spule A negativ ist. Foglich wird der Ausgang des Tores 111 positiv, wenn die induzierte Spannung an der Spule A positiv ist, und die Leitung 61 ist positiv, was anzeigt, daß ein negativer Energieimpuls an der Spule B liegt und die an der Spule A induzierte Spannung für eine Zeit kleiner als +V ist, die größer als die der Verzögerung 105 ist.

Dieser Zustand ergibt sich genau, nachdem die induzierte

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Spannung an der Spule A durch Null hindurch, positiv geworden ist. In ähnlicher Weise ist der Ausgang des Tores 112 positiv, wenn die Spannung in der Spule A negativ ist und das Signal an der Leitung 59 positiv ist, das anzeigt, daß ein positiver Impuls an der Spule B liegt und die in der Spule A induzierte Spannung größer als -V für eine Zeit ist, die größer ist als die Zeit der Verzögerung 105. Dieser Zustand ergibt sich genau, nachdem die in der Spule A induzierte Spannung durch Hull hindurch negativ wird.

Wenn der Ausgang des UND-Tores 111 oder 112 positiv ist, wird der Ausgang des ODER-Tors positiv und erhält ein Nulldurchgangssignal an der Leitung 116 aus dem Nulldurchgangs-Detektor 16. Die Leitung 116 liegt an dem Einschalteingang eines Stellgliedes 117 und am Rückstelleingang eines Stellgliedes 118 im Kollektorkreis 17.

Der Nulldurchgangs-Detektor für die Spule B in der Schaltung ist dem für die Spule A mit einer Ausnahme identisch. Er enthält zwei Differentialverstärker 220 und 221, dessen Eingänge anders als die des Detektors für die Spule A geschaltet sind. Insbesondere liegen die Eingänge für die Verstärker 120 und 121 an der Leitung 58 bzw. 60 für die Vorwärtsdrehung des Motors. Für die umgekehrte Drehung wird die Beaufschlagung der Verstärker 120 und 121 umgekehrt, d.h. der· Aufschlag für den Verstärker 120 liegt an der Leitung 60 und der für den Verstärker 121 an der Leitung 58. Diese Umschaltung erfolgt in einfacher Weise durch einen (nicht dargestellten) doppelpoligen Umschalter.

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Der Ausgang des Detektors für die Spule B erscheint an der Leitung 122, die mit dem Rückstelleingang des Stellgliedes 117 und mit dem Einsteileingang des Stellgliedes 118 verbunden ist«

Jeder Detektor erzeugt somit an seinem Ausgang einen Impuls, der als Lageimpuls bezeichnet wird. Der Ausgangslageimpuls wird von jedem Detektor erzeugt, wenn das Rotorfeld mit der magnetischen Achse der Statorwicklung ausgerichtet ist, in der die induzierte Spannung durch Null hindurch geht. Bei der beschriebenen Maschine mit zwei Statorwicklungen wird dieser Impuls erzeugt, wenn der Drehmomentwinkel für die erregte Statorwicklung 90° beträgt. Ein Einstellimpuls wird viermal bei jeder Rotorumdrehung für Maschinen mit zwei Statorwicklungen erzeugt, wenn die Lage des Rotors in Bezug auf den Stator bekannt ist und dem Mittel- oder Symmetriepunkt für den Energieimpuls entspricht, der zur Zeit der Einstellimpulserzeugung angelegt wird. Die Rück-EMF, bei Spannungen die nicht Hull sind, kann somit auch zum Bestimmen der Rotorstellung benutzt werden. Eine andere Möglichkeit ist festzustellen, wann die Rück-EMK an zwei Wicklungen dieselbe Amplitude besitzt, was eine diskrete Rotorstellung, wie z.B. 135° bei einer Zweiphasenmaschine anzeigt.

Der Einstellsensor bei einer Zweiphasen-Zweipolmaschine zum viermaligen Feststellen der Rotorlage bei jeder Umdrehung kann so abgeändert werden, daß er die Rotorlage bei anderen Zeiträumen wie z.B. einmal pro Umdrehung abtastet. Eine solche Abänderung würde jedoch Abänderungen bei den anderen Teilen der Anlage erfordern. Die beschriebene Schaltung kann somit auch bei Maschinen mit mehr als zwei Polen ohne Abänderung verwendet werden.

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Der Kollektorkreis 17 erzeugt an seinem Ausgang Impulse zum Regeln der Zeit, in der Energieimpulse an die Statorwicklungen gelegt werden, und enthält die Stellglieder 117 und 118. Das Stellglied 117 wird gesetzt und das Stellglied 118 wird zurückgesetzt, wenn für die induzierte Spannung in der Spule A ein Nulldurchgang festgestellt wird. In gleicher Weise wird das Stellglied 118 gesetzt und das Stellglied 117 zurückgestellt, wenn in der induzierten Spannung in der Spule B ein Nulldurchgang festgestellt wird. Das Stellen und Rückstellen der Glieder II7 und 118 beträgt die Auf/Abzähler 18 und I9 in der Schaltung

Die Kollektorschaltung I7 enthält einen Rechteckschwingungsgenerator 123, der an seinem Ausgang Rechteckimpulse von der Frequenz f erzeugt.

Während die Frequenz f nicht kritisch ist, werden in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Rechteckimpule bei einer Frequenz von mindestens 500 000 Impulse pro Sekunde erzeugt. Die Ausgangsimpulse des Generators 123 werden unmittelbar vom Kollektorkreis 17 j der Impulszentrierschaltung 25 und der Amplitudenregelschaltung 26 genutzt.

Der Ausgang des Generators 123 liegt ferner an einem Flip-Flop 124, der eine Rechteckschwingung von der Frequenz f/2 erzeugt, die ebenfalls unmittelbar von der S_chaltung 17 genutzt wird. Der Ausgang des Stellgliedes 117 liegt an den Eingängen der UnD-Tore 125 und 126. Der zweite Eingang des UND-Tores 125 liegt am Ausgang des Flip-Flops 124, so daß der Ausgang des Tores 125 eine Reihe von Impulsen von der Frequenz f/2 ist, wenn das Stellglied II7 gesetzt worden ist. Der andere

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Eingang des Tores 126 liegt am Ausgang des Rechteckschwingungsgenerators 123, so daß der Ausgang des Tores 126 eine Reihe von Impulsen von der Frequenz f ist, wenn das Stellglied 117 gesetzt ist.

Der Ausgang des Stellgliedes 118 liegt an den einen Eingängen der UND-Tore 127 und 128. Der zweite Eingang des Tores 127 liegt am Rechteckgenerator 123, so daß der Ausgang des Tores 127 eine Reihe von Impulsen der Frequenz f enthält, wenn das Stellglied 118 gesetzt ist. Der zweite Eingang des Tores 128 liegt am Ausgang des Flip-Flops 124, so daß der Ausgang des Tores 128 eine Reihe von Impulsen mit der Frequenz f/2 enthält, wenn das Stellglied 118 gesetzt ist.

Die Kollektorschaltung 17 enthält zwei Abzähler 18, die je einen Auf- und einen Ab-Eingang besitzen und zählen aufwärts, wenn an den Auf-Eingang Impulse gelegt sind, und zählen abwärts, wenn Impulse am Ab-Eingang liegen. Ausserdem besitzt jeder Zähler 18 und 19 einen Vortrags-Ausgang 130 bzw. 131, von denen jeder einen Vortragsimpuls liefert, wenn der entsprechende Zähler 18 oder 19 durch Null hindurch zählt und negativ wird. Jeder Ausgang 130 und 131 liegt an einem Eingang eines ODER-Tores 132, das einen Vortragsimpuls an jeder Eingangsleitung zu ihrem Ausgang führt. Der Ausgang des ODER-Tores 132 liegt am Setz-Eingang des logischen Stellgliedes 23.

Jeder Zähler 18 oder 19 besitzt eine Steuerschaltung, die verhindert, daß der Zähler jemals negativ zählt. Wenn einer der Zähler 18 oder 19 aufwärts zählt, weil er Impule an seinem Auf-Eingang aufnimmt, beginnt der Zähler stets von Null aus zu zählen.

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Der Auf-Eingang des Zählers 18 liegt am Ausgang des UND-Tores 125, während der Ab-Eingang mit dem Ausgang des TJND-Tores 127 verbunden ist. Der Zähler 18 zählt somit bei einer Geschwindigkeit von f/2 aufwärts, wenn das Stellglied II7 gesetzt ist. Der Zähler 18 zählt jedoch abwärts bei einer Geschwindigkeit von f, wenn das Stellglied 18 gesetzt ist, und der Zähler 19 liegt mit seinem Auf-Eingang am Ausgang des UMD-Tores 128 und mit dem AB-Eingang am Ausgang des UND-Tores 126. Der Zähler 19 zählt somit bei einer Geschwindigkeit f/2 aufwärts, wenn das Stellglied 118 gesetzt ist, und abwärts bei einer Geschwindigkeit f, wenn das Stellglied 117 gesetzt ist.

Die Bedeutung der Zähler 18 und 19 ist die, daß jeder Zähler, wenn er aufwärts zählt, dies für eine Zeit tut, die der Zeit entspricht, in der sich der Rotor um 90° dreht. Da die Auf/Abzähler 18, 19 beim Abwärtszählen mit der doppelten Frequenz wie beim Aufwärtszählen zählen, wird der Vortrag- oder der zweite Stellimpuls, der von einem der Zähler 18 oder 19 erzeugt worden ist, zu einer Zeit geliefert, die der Zeit entspricht, in der der Rotor sich um 45° gedreht hat, wenn ein Nulldurchgang der induzierten Spannung in einer Statorwicklung, festgestellt worden ist. Wenn ein Vortragsimpuls erzeugt wird, zeigt dieser an, daß der Rotor so eingestellt ist, daß Energie von einer Statorwicklung zur anderen entsprechend der durch den elektronischen Schrittschalter 14 bedingten Folge geschaltet werden soll, wenn jede Statorwicklung für eine Zeit erregt wird, die gleich der notwendigen für die Rotordrehung um 90° ist. Wenn die Impulsverbreiterung oder Verkürzung erfolgt, erfolgt auch das Umschalten

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der Energieimpulse zu einer anderen Zeit.

Die untere Hälfte der I¹Xg. 2 zeigt ein Diagramm der Zeiten, in denen die Zähler 18 und 19 auf- und abzählen. Diese Zeiten werden in Beziehung zu den Energieimpulsen und den induzierten Spannungen in den Spulen A und B dargestellt.

Der Kollektorkreis 17 enthält ferner einen einstellbaren Oszillator 21, der Impulse einer eingestellten Frequenz erzeugt, die über eine Leitung 133 an den Setz-Eingang der Geschwindigkeitseinstellschaltung 22 übertragen werden. Die Oszillator 21 erzeugt Impulse einstellbarer Frequenz. Die Frequenz dieser Impulse ist derart, daß vier gleichmäßig verteilte Impulse während einer Zeit erzeugt werden, in der der Rotor bei einer eingestellten Geschwindigkeit eine vollständige Umdrehung ausführt.

Der Ausgang des logischen Stellgliedes 23 ist über eine Leitung 134- mit dem Eingang eines UND-Tor es 24 verbunden. Der zweite Eingang des Tores 24 liegt am Ausgang des Geschwindigkeitstellgliedes 22. Wenn beide Stellglieder gesetzt sind, stimmen die richtigen Eingangsbedingungen des UND-Tores überein, so daß eine positive Spannung am Ausgang 135 auftritt. Dieser Ausgang liegt über der Leitung 86 an einem Eingang des ODER-Tores 42. Bei einer positiven Spannung am Ausgang des UND-Tores 24 wird somit der elektrische Schrittschalter 14 weitergeschaltet, wodurch eine andere Statorwicklung von der Energiequelle 13 gespeist wird.

Da beide Einstellglieder von der Erzeugung einer posi-

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tiven Spannung an der Leitung 86 zum Vorschalten des Schalters 14 gesetzt sein müssen, kann das logische Einstellglied 23 vor dem Setzen des Geschwindigkeitsstellgliedes 22 gesetzt werden oder umgekehrt. Das logische Stellglied 23 setzt normalerweise vor dem Geschwindigkeitsstellglied 22, ein Zustand,der eintritt, wenn die Maschine bei der vom Oszillator 21 eingestellten Geschwindigkeit synchron arbeitet. Wenn ein Schaltpunkt durch das Setzen des logischen Stellgliedes angezeigt wird, wird somit das Schalten des Schrittschalters verzögert, bis das Geschwindigkeitsstellglied 22 gesetzt ist. Die Vorderkante eines Energieimpulses an der Statorwicklung wird um eine Zeit verzögert, die der Verzögerung zwischen dem Setzen des logischen Stellgliedes 23 und dem des Geschwindigkeitsstellgliedes 22 entspricht .

Wenn das Geschwindigkeitsstellglied 22 vor dem logischen Stellglied 23 setzt, liegt die Maschinengeschwindigkeit unter der der eingestellten Geschwindigkeit, die von dem Oszillator 21 geregelt wird. Sobald der Rotor die richtige physikalische Stellung zum Umschalten der Energie von einer Statorwicklung zur anderen erreicht hat, wird das logische Stellglied 23 gesetzt und der elektronische Schrittschalter 14- rückt vor, um die Statorwicklung, an die der Energieimpuls angelegt wird, zu ändern.

Beide Stellglieder liegen mit ihren Rückstelleingängen zusammen und jedes am Ausgang einer Verzögerung 136, deren Eingang mit dem Ausgang des UND-Tores 24 verbunden ist, so daß die gesetzten Stellglieder 23 und 22 automatisch bei einer Zeit zurückgestellt werden, die gleich

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der Zeit der Verzögerungsschaltung 136 ist, nachdem der Ausgang des UND-Tores 24- positiv geworden ist. Bei den gesetzten Stellgliedern 23 und 22 werden diese automatisch, eine Zeit später zurückgestellt. Vorzugsweise beträgt die Verzögerung 136 20 MikrοSekunden, obwohl auch eine längere oder kürzere Verzögerungszeit entsprechende Geschwindigkeit der anderen Schaltungen am

c. Ausgang des UND-Tores 24 benutzt werden können.

Während eine Verzögerungsleitung für die Verzögerung 136 benutzt werdenkann, kann man auch andere S_chaltungen, wie einen ImpulsStrecker, verwenden, der zwischen den Empfang eines Eingagssignals und der Erzeugung eines Ausgangssignals eine Verzögerung einführt. Es sind jedoch auch andere Schaltformen zum Zurückstellen der

c
Stellglieder möglich, solange der Impuls am Ausgang des UND-Tores 24· lang genug andauert, um den elektronischen Schrittschalter 14· zu betätigen.

Der Nulldurchgangs-Detektor zum Feststellen des Nulldurchgangs der induzierten Spannung an der Spule A erzeugt einen Impuls, der den Zähler 18 bei einer Geschwindigkeit von f/2 aufwärts zählen läßt. Der Zähler 18 zählt dann, bis der Nulldurchgang-Detektor an der Spule B einen Nulldurchgang der induzierten Spannung in dieser Spule feststellt. Wenn dieser Nulldurchgang festgestellt wird, ist die im Zähler 18 gespeicherte Zahl maßgebend für die Eotordrehung um 90° erforderliche Zeit. Bei Feststellung eines Nulldurchgangs an der Spule B liegt der Rotor so, daß der Drehmomentwinkel zwischen dem Rotor - und dem Statorfeld, das von der Spule A erzeugt wird, genau 90° beträgt. Der Rotor muß sich somit nicht mehr als 4-5° drehen, bevor Energie von der

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Spule A an die Spule B geschaltet wird. Bei Feststellung eines Nulldurchgangs der Spannung an der Spule B beginnt der Zähler 18 mit der Geschwindigkeit f abwärts zu zählen und erzeugt einen Vortrags- oder zweiten Einstellimpuls an seinem Ausgang, wenn der Zähler Null erreicht hat. Da der Zähler 18 doppelt so schnell abwärts wie aufwärts zählt, erreicht er den Wert Null in einer Zeit nach Beginn des Abwärtszählens, die der Zeit für eine Rotordrehung um 45° entspricht. Wenn der Vortragsoder zweite Stellimpuls am Ausgang des Zählers 18 erzeugt worden ist, befindet sich der Rotor genau an einem Punkt, an dem der Drehmomentwinkel 45 beträgt und Energie von der Spule A zur Spule B geschaltet werden muß.

Der Zähler 19 arbeitet ähnlichwie der Zähler 18 zum Erzeugen von Vortrags- oder zweiten Einstellimpulsen zu Zeiten, die der Zeit entsprechen, in der Energie von der Spule B zur Spule A geschaltet werden muß. Das heißt, der Impuls des Zählers 19 wird erzeugt, wenn der Drehmomentwinkel 45° beträgt.

Die Impulszentrierschaltung 25 gewährleistet, daß Energieimpulse an die Statorwicklung jeweils symmetrisch zu der Zeit angelegt werden, in der der Drehmomentwinkel einen gegebenen Wert besitzt, d.h. bei einer Maschine mit einem Durchschnittdrehmomentwinkel von z.B. 90° müssen die Energieimpulse zentriert werden, wenn der Winkel 90° beträgt. Für einen kleineren als den maximalen Wirkungsgrad können die Energieimpulse angelegt werden, wenn der Drehmomentwinkel nicht 90° beträgt.

Die S haltung 25 zentriert die Energieimpulse an den

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Statorwicklungen in folgender Weise: Im allgemeinen stellt die Schaltung die Zeit zwischen dem 4-5° - Zündpunkt und dem tatsächlichen Zünden des Impulses fest und verkürzt den Impuls an seiner Hinterkante um dieselbe Zeit. Insbesondere beim Setzen des logischen Stellgliedes 23, ein Zustand, der in der Rotorstellung von 4-5° auftritt, wird eine positive Spannung, die anzeigt, daß das logische Stellglied gesetzt ist, über eine Leitung 137 an. den Anlaßeingang eines Zählers 138 gegeben. Dieses Signal schaltet den Zähler 138 ein, der an der Leitung 14-9 des Rechteckgenerators 123 mit einer Geschwindigkeit f Impulse zählt. Der Zähler 138 zählt mit einer Geschwindigkeit f aufwärts, bis das Geschwindigkeitsstellglied 22 gesetzt ist. Dann wird eine positive Spannung über eine Leitung 139 an den Stopeingang des Zählers 138 übertragen, wodurch er aufhört zu zählen. Die im Zähler 138 gespeicherte Zahl, die nach dem Anhalten im Zähler 138 gespeicherte Zahl, ist ein Maß der Zeit zwischen dem Setzen des logischen Stellgliedes 23 und dem des Geschwindigkeitsstellgliedes 22. Der Zähler 139 enthält eine Zählanzeige der Zeit, um die das Anlegen des Energieimpulses verzögert worden ist, weil das logische Glied 23 vor dem Geschwindigkeitsglied 22 gesetzt worden ist, d.h. der Zähler 138 speichert eine Zahl, die die Länge der Vorderkantenimpulskürzung anzeigt, die sich durch die Kollektorschaltung 17 ergeben hat.

Die Zähler 138 gespeicherte Information dient zum Kürzen der Hinterkante des Impulses. Dieses Kürzen erfolgt durch eine Vergleichsschaltung 14-0. Der Wert des Zählers -138 wird auf die Vergleichsschaltung 14-0 über Kabel 14-2 übertragen. Die Daten des Zählers werden in der Schaltung

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14-0 mit dem Wert des jeweils anderen Zählers 18 oder 19 verglichen. Jede Bitstelle der Zähler 18 und 19 liegt an einem Ausgang eines UND-Tores 143 bzw. 144. Der zweite Eingang des UND-Tores 143 liegt am Ausgang des Stellgliedes 118, das anzeigt, daß der Zähler 18 abwärts zählt. Der zweite Eingang des IMD-Tores 144 liegt am Ausgang des Stellgliedes 117, clas anzeigt, daß der Zähler 19 abwärts zählt. Der Ausgang jedes UnD-Tores 143 und 144 liegt an einem Eingang eines ODER-Tores 145, clas dann mit dem Eingang der Vergleichsschaltung 140 verbunden wird.

Die Schaltung 140 bestimmt, wann der gespeicherte Wert im Zähler 18 oder 19 auf den gespeicherten Wert im Zähler 138 abwärts zählt, d.h. wenn die Zähler 18 oder 19, welcher abwärts zählt, einen Wert erreicht hat, der dem im Zähler 138 gespeicherten identisch ist, Die Schaltung 140 liefert ein Hemmsignal an seinem Ausgang, der über die Leitung 56 ^mit cLem Eingang jedes HND-Tores 52 bis 55 verbunden ist. Der Hemmimpuls bleibt aktiv, bis auf der Leitung86 ein Impuls erzeugt wird, der anzeigt, daß ein Energieimpuls an die nächste Statorwicklung gelegt werden soll, nachdem der Schrittschalter 14 betätigt worden ist. Die Impulszentrierschaltung 25 erzeugt ein Hemmsignal auf der Leitung 56 in der genau notwendigen Zeit, so daß der Energieimpuls zu der Zeit symmetrisch ist, wenn der Drehmomentwinkel für die erregte Statorwicklung im Durchschnitt gleich einem gegebenen Wert ist, bei dem die Impulse hier zu der Zeit symmetrisch sind, wenn der Winkel 90° beträgt.

Die Schaltungen 25 und 17 arbeiten zusammen, um die Energieimpulse zu verbreitern oder zu verengen. Sie

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werden verbreitert, wenn das Belastungsdrehmoment ansteigt und verengt, wenn es abnimmt. Die Geschwindigkeit der Maschine bleibt jedoch auf dem gewählten Wert, der durch das Einstellen des Generators 21 gegeben ist, und der Durchschnittsdrehmomentwinkel bleibt konstant.

Der Spannungsausgang der Energiequelle 13 (-Fig. 4) wird von der Amplitudenregelschaltung 26 gesteuert, die an jedem Aufwärts- oder Abwärts-Ausgang zum Vergrößern oder Verkleinern der Impulsamplitude, die am Ausgang der Energiequelle 15 erzeugt wird, Signale erzeugt. Durch Vergrößern oder Verkleinern der Amplitude der Energieimpulse kann die Maschine mit konstanter Geschwindigkeit und mit einem gegebenen Wirkungsgrad arbeiten, auch wenn das Belastungsdrehmoment stark schwankt.

Die Regelschaltung 26 enthält einen Modulzähler 148, der an seinem Ausgang einen einzigen Impuls erzeugt, immer wenn an seinem Eingang Ή Impulse empfangen werden. Der im Zähler 138 gespeicherte Wert wird über das Kabel auf den Zähler 138 übertragen und enthält den IT-Eingang zum Zähler 148, dessen zweiter Eingang eine Rechteckschwingung an der Leitung 149 vom Rechteckgenerator aufnimmt. Der Zähler 148 arbeitet jedoch nur, wenn ein Schaltsignal am Eingang liegt. Dieses Signal liegt von der Zeit an vor, in der die Statorwicklung an Energie gelegt ist, d.h. Strom durch sie fließt, bis der nächste Nulldurchgang vom Detektor festgestellt worden ist. Das Schaltsignal wird von einem Stellglied I50 erzeugt, das immer dann gesetzt wird, wenn ein Impulsauf der Leitung 186 auftritt, was sich ergibt, wenn der Kollektorkreis 17 bestimmt, daß die Energie von einer Wicklung zur anderen geschaltet werden soll, und wird zurückge-

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schaltet, wenn der nächste Durchgang vom Detektor 16 festgestellt worden ist.

Die Leitungen 116 und 122 liegen an den Eingängen eines ODER-Tores I5I, dessen Ausgang am Rückstelleingang des Stellgliedes I50 liegt. Dieses wird zurückgestellt, wenn ein Nulldurchgang festgestellt worden ist, was durch eine positive Spannung an den Leitungen 116 oder 122 angezeigt wird.

Der arbeitende Zähler 148 erzeugt an seinem Ausgang für jeden N-Impuls des Rechteckgenerators 123 einen Impuls. Jeder Ausgangsimpuls an der Leitung 152 wird vom Zähler 153 (Fig. 4) wie der K5-Zähler gezählt und hält eine Zahl nach dem Abschalten des Zählers 148, die eine Anzeige der Impulsbreite der Energieimpulse an den Wicklungen ist. Wenn z.B. der im Zähler 153 gespeicherte Wert groß ist, zeigt dies an, daß die vom Zähler 138 gespeicherte Zahl klein ist und somit die Einschaltverzögerung, d.h. die Verzögerung zwischen dem Setzen des logischen Einstellgliedes 23 und dem des Geschwindigkeitsgliedes ist klein. Jeder Energieimpuls an einer Wicklung ist lang und nähert sich der Zeit für eine Rotordrehung um 90°.

Unter dieser Bedingung arbeitet die Maschine mit einem verhältnismäßig hohen Belastungsdrehmoment und die Energieimpulse sind lang, um eine Verlangsamung zu verhindern«

Sollte andererseits der Wert des Zählers 153 klein sein, so zeigt dies an daß die vom Zähler I38 gespeicherte Zahl sehr groß ist und daß die Energieimpulse verhältnismäßig "kurz sind. Die Maschine arbeitet dann mit einem verhältnismäßig niedrigen Belastungsdrehmoment und

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die Impulse sind kurz, um ein Ansteigen der Geschwindigkeit zu verhindern. Die Aufgabe der Regelschaltung» 26 ist das inkrementelle Verändern der Impulsamplitude entsprechend der großen Belastungsdrehmomentschwankungen, wodurch eine konstante Geschwindigkeit bei einem einstellbaren Drehmomentwinkel eingehalten wird. Das Ändern der Impulsamplitude läßt die Maschine auch mit Energieimpulsen arbeiten, die eine Dauer von etwa der Zeit besitzen, die für eine Rotordrehung um 90° bei der gewählten Geschwindigkeit notwendig ist, wodurch das erzeugte Drehmoment während jeder Umdrehung gleich ist. Hierfür wird der im Zähler 153 gespeicherte Wert am Ende der Zählperiode, d.h. bei zurückgestelltem Stellglied 150, mit einem gegebenen niedrigen Wert in der Vergleichsschaltung 154- verglichen. Wenn der Wert im Zähler 153 kleiner als ein durch mechanische Schalter 155 in cLLe Vergleichschaltung gegebener Wert ist, wird die Vergleichsschaltung 154 ein Signal erzeugen, daß anzeigt, daß dieser Wert kleiner als der gegebene Wert ist. Dies bedeutet, daß die Breite des Leitungsimpulses kleiner als ein gegebener Wert ist.

Die im Zähler 153 gespeicherte Zahl wird ferner über eine Leitung 158 an eine zweite Vergleichsschaltung gegeben, die von vorher gesetzten Schaltern eine Zahl von (nicht dargestellten) Schaltern aufnimmt, die den hohen oder oberen Wert anzeigt, der von der im Zähler 153 gespeicherten Zahl angenommen werden kann, während das Betätigungsstellglied I50 gesetzt ist. Wenn die tatsächliche im Zähler 153 gespeicherte Zahl größer als der obere annehmbare Wert ist, erzeugt die Vergleichsschaltung 159 einen Impuls, der anzeigt, daß der Wert des Zählers 153 den annehmbaren oberen Wert über-

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schritten hato Dieser Zustand bedeutet, daß die Impulsbreite des Energiesignals an der Statorwicklung größer als erwünscht ist·

Bei Anzeige der Vergleichsschaltung 15²S äaß der Zähler 153 niedriger als eine vorher gegebene untere Grenze ist, zeigt dieser Zustand an, daß die Energie an einer gegebenen Statorwicklung herabgesetzt werden muß. Dieses Signal kann von der Motorspannungsquelle unmittelbar zum Verringern der Spannung an den Statorwindungen verwendet werden. Um ein unzulässiges "Jagen" durch die Motorenergiequelle 13 zu vermeiden, d.h. eine unnötige Spannungsänderung, dient einen Vergleichszähler 162 zum Zählen der Impulse aus der Vergleichsschaltung.

Wenn der auf einer vorher eingestellten Leitung 163 durch nicht dargestellte Schalter gesetzte Vergleichszähler nach aufeinanderfolgenden Zeiten, während derer das Stellglied I50 gesetzt ist, eine Zahl von Spannungsabnahmeimpulsen aufnimmt, erzeugt der Vergleichszähler 162 an seinem Ausgang 188 einen Impuls, der anzeigt, daß die Spannung der Motorspeisequelle herabgesetzt werden soll. Dieser Impuls liegt am Abwärtseingang der Energiequelle 13, die in der beschriebenen Weise die Spannung der Impulse an den Statorwicklungen inkrementell herabsetzt.

Wenn die Vergleichsschaltung 159 an ihrem Ausgang 161 einen Impuls erzeugt, ist dies eine Anzeige dafür, daß der während der Zeit, in der das Stellglied I50 gesetzt war, der im Zähler 153 gespeicherte Wert einen hohen Wert überschreitet, wenn er durch vorher gesetzte Schalter 160 eingestellt war. Der Impuls am Ausgang

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zeigt an, daß die Energieimpulse breit sind und die gewünschte maximale Breite überschreiten. Folglich soll die Amplitude der Energieimpulse vergrößert werden. Ein Vergleichszähler 164 zählt aufeinanderfolgende Amplitudensteigerungsbefehle, die auf der Leitung 161 empfangen werden. Wenn die Zahl dieser aufeinanderfolgenden Befehle, die durch die Vergleichsschaltung 159 nach aufeinanderfolgenden Zeiten erzeugt werden und das Stellglied gesetzt ist, wird der Wert überschritten, der durch den vorher gesetzten Zahleneingang 163 angezeigt wird. Dann erzeugt der Vergleichszähler 164 an der Leitung 87, die am Aufwärtseingang der Energiequelle 13 liegt, einen Impuls. Dieser Impuls erhöht inkrementell die Amplitude der Energieimpulse.

Der Vergleichszähler 154 erzeugt an seiner Ausgangsleitung 156 einen Impuls, wenn der im Zähler 153 gespeicherte Wert kleiner als der vorgegebene Werteingang 155 ist. Der Vergleichszähler 154 liefert auch an der Ausgangsleitung 167 einen Impuls, wenn der vom Zähler 153 gespeicherte Wert gleich oder größer als der gegebene Werteingang 155 ist. Die Impulse an der Leitung 167 dienen zum Zurückstellen des Vergleichszählers 162 auf Null, der an seinem Ausgang 88 nur dann einen Impuls erzeugt, wenn eine gegebene folgende Zahl von Impulsen, wie sie durch den gegebenen Zahleneingang 163 bestimmt ist, auf der Leitung 156 auftreten. Auf diese Weise wird in die Anlage eine Verzögerung eingebracht, bevor die Energie-Impulsamplitude so geändert ist, daß kurz andauernde Stromkreisschwankungen die Amplitudenänderungsschaltung nicht auslösen.

In ähnlicher Weise erzeugt der Vergleichszähler 159 an

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seiner Ausgangsleitung 161 Impulse, die anzeigen, wenn der im Zähler 153 gespeicherte Wert größer als der gegebene obere Werteingang am Eingang 160 ist. Wenn der Zähler 153 kleiner als der Wert 160 ist, wird ein Impuls vom Zähler 159 an der Leitung 168 erzeugt, die zur Zurückstellung des Vergleichszählers 164 geschaltet ist. Folglich werden Befehle zum Vergrößern der Energieimpulsamplitude an der Leitung 8?"nicht gegeben, wenn nicht eine gegebene Zahl wie bei 163 von solchen Befehlen an der Leitung 161 erzeugt werden. Die Spannungsregel schaltung 26 erhöht oder verringert die Energieimpulsamplitude entsprechend den Schwankungen des Lastdrehmoments oder der Netzspannung, um den Betrieb bei einer einstellbaren Geschwindigkeit und einem eingestellten Durchschnittsdrehmomentwinkel synchron zu halten.

Die Funktion eines jeden Elementes nach Fig. 4- ist bereits vollständig erläutert worden und in vielen Fällen sind besondere Schaltungen zum Erreichen dieser Funktionen beschrieben worden.

Für Schaltungen, die nicht besonders beschrieben worden sind, ergeben sich dem Fachmann viele Möglichkeiten zum Erreichen dieser Funktionen. Die genaue Durchführung für das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Regelschaltungsanlage nach der Erfindung wird durch die Figuren 7 bis 11 dargestellt. Das genaue Schaltbild enthält besondere Stromkreise für eine Maschine, die durch die Erfindung gekennzeichnet ist. Die alleinigen Abänderungen, die hierfür notwendig sind, enthalten eine Spannungswertverschiebeschaltung für eine Maschine, deren Statorwicklungen von Signalen mit Spannungen erregt werden, die von denen verschieden sind, für die die

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Schaltung gedacht ist.

Während sich die Beschreibung auf eine Maschine mit
zwei Statorwicklungen richtet, d.h. eine Zweiphasenmaschine nach Fig. 1, sind auch andere Statorwicklungsausbildungen möglich. So können Dreiphasen-Vierleitermaschinen nach Figur 2 durch diese Anlagen gesteuert werden, wenn auch bestimmte kleinere Abänderungen notwendig sind, weil drei Statorwicklungen mehr
benutzt werden als zwei.

Die Maschine nach Figur 12 ist eine Dreiphasen-Vierleitermaschine mit drei Statorwicklungen, und zwar
mit den Spulen A, B und C. Diese Spulen sind physikalisch Teil des Stators, wie bei 176 gezeigt wird, und sind so angeordnet, daß die Achse eines jeden Magnetfeldes in einem Winkel von 120 Grad zur Achse des Feldes verläuft, das von den beiden anderen Statorwicklungen erzeugt wird. Der Rotor 177 ist ein Permanentmagnet und besitzt einen Fluß, der mit dem Feld zusammen arbeitet, das von den Statorwicklungen erzeugt
wird, um den Rotor zu drehen.

Eine der Leitungen jeder Statorwicklung der Spulen A, B und C dient zum Anschluß an "eine Speisespannungsquelle. Die andere Leitung dieser Wicklungen liegt am Erdungspunkt 178.

Eine Folge von Energieimpulsen zum Betrieb des Motors nach Figur 12 wird in Figur 13 gezeigt· Nach dieser
Folge ergibt der Strom in zwei Statorwicklungen stets keine Impulskürzung infolge der Wirkung eines Kollektorkreis-es und einer Impulszentrierschaltung. Die Folge

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zum Anlegen von Energie zum Drehen einer Dreiphasen-Vierleitermaschine in einer Richtung ist wie folgt: - B +C, +A-B, +A-G, +B-G, -A+B, und -A+G. Durch Umkehren dieser Folge kann sich die Maschine in der entgegengesetzten Richtung drehen.

Der Nulldurchgang der Spannung in den Statorwicklungen bei der Maschine nach Figur 12, bei der der Motor sich in seiner 90° - Stellung befindet, während er sich rechts herum dreht, erfolgt, wenn sich der Rotor bei 0°, 60°, 120°, 180°, 240°, 320° und 360° befindet. Wenn an die Spulen A, B und C Energie gelegt wird, treten die Nulldurchgangspunkte zu einer Zeit auf, die um die Zeit verschoben ist, die zur Drehung des Rotors um 60° notwendig ist. Eine Zähleinrichtung ähnlich der nach Figur 4 kann auch bei Dreiphasenmaschinen zum Bestimmen der Rotorlage verwendet werden.

Damit ein Zweizählersystem nach Fig. 4 Lagesignale für eine Maschine nach Fig. 12 erzeugen kann, ist eine kleine Schaltungsänderung nach Fig. 14- notwendig. Jede Statorwicklung besitzt bei einer Dreiphasenmaschine einen Nulldurchgangsdetektor nach Fig. 4. Die Ausgangsleitung jedes Detektors erzeugt einen Impuls beim Feststellen eines Nulldurchgangs der induzierten Spannung in der Statorwicklung. Die Nulldurchgangssignale lie_T gen an einem Eingang eines ODER-Tores 180 (Fig. 14), dessen Ausgang an je einem Eingang von zwei UND-Toren 181, 182 liegt, wobei der zweite Ausgang des Tores unmittelbar mit dem Ausgang eines Flip-Flops 183 und der zweite Eingang des Tores 182 am Ausgang eines Inverters 184 liegt, dessen Eingang unmittelbar mit dem

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Ausgang des Flip-Flops 183 verbunden ist. Folglich besitzt der zweite Eingang des UND-Tores 181 stets ein Signal mit einem logischen Wert, der dem des zweiten Eingangs des UND-Tores 182 entgegengesetzt ist. Ein am Ausgang des ODER-Tores 180 erzeugte Impuls zeigt das Teststellen eines Nulldurchgangs der induzierten Spannung in einer Statorwicklung an und geht entweder durch das Tor 181 oder durch das Tor 182 aber nicht durch beide. Der Ausgang des Tores 181 führt in die Schaltung nach Fig. 4- und entspricht der Eingangsleitung 116, des Kollektorkreises 17· Der Ausgang des Tores 182 entspricht der Eingangsleitung 122 des Kollektorkreises 17. Die Signale an den Leitungen 116 und haben dieselbe Funktion wie die voeher beschriebenen.

Jeder Ausgang des Tore 181 und 182 liegt am Eingang eines anderen ODER-Tores 185, dessen Eingang mit dem Eingang einer Verzögerungsleitung oder -schaltung 186 verbunden ist, deren Ausgang zu einer Zeit erscheint, die um die Zeit verzögert ist, in der der Eingang angelegt wird. Die Verzögerung 186 liegt am Eingang des Flip-Flops 183. Wenn ein Nulldurchgang festgestellt wird, erzeugt die Nulldurchgangsrichtung an der Leitung 116 oder 122 einen Impuls, der den Zustand des Flip-Flops 183 so ändert, daß ein nachfolgend festgestellter Nulldurchgang die Leitung 116 und 122., an der der Impuls erscheint, umkehrt. Die nachfolgend von den Detektor festgestellten Nulldurchgänge erzeugen alternativ Impulse an den Leitungen 116 und 122. Diese Impulse werden verwendet, wie es in Verbindung mit den Zählern 18 und 19 in Fig. 4 beschrieben worden ist.

Außer den Abänderungen nach Fig. 14- muß der elektroni-

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sehe Schrittschalter' 14· nach Fig. 4 so abgeändert werden, daß er in einer Folge sechs einmalige Ausgangssignale auf die Eingangsimpulse hin erzeugt. Diese sechs Ausgangssignale müssen dann von der Energiequelle 13 zum Erzeugen von sechs Energieimpulsen entsprechend der in Verbindung mit dem Motor 12 beschriebenen Folge verwendet werden«, Folglich kann die Schaltung nach Figo 4 mit nur geringen Änderungen zum Speisen eines Dreiphasen-Vierleitermotors nach Fig. 12 abgeändert werden.

Das Verbreitern und Verkürzen nach Fig. 4 kann in gleicher Weise auch bei Maschinen nach Fig. 12 durchgeführt werden. Die Grundsätze der Erfindung können auch beim Betrieb von Dreiphasen-Dreileitermotoren verwendet werden.

Figur 13 ist ein möglicher Aufbau eines Auf/Abzählers mit einem Paar Zählern, je einer für eine Statorwicklung. Die Zähler A, B und C werden bei festgestellten Hulldurchgängen der induzierten Spannung in den Spulen A, B und C betätigt, so daß eine zeitliche Folge nach Fig. 13 erzielt werden kann. Diese Folge erzeugt Vortrags- oder zweite Lageimpulse aus einem der Zähler A, B oder C, wenn sich der Rotor in einer bekannten Stellung befindet. Der Vorteil, der durch Zählerpaare für jede Statorwicklung erreicht wird, besteht darin, daß es möglich ist, mit dieser Ausbildung die Statorwicklungen für eine andere Zeitdauer zu erregen als für die Energieimpulse nach Fig. I3.

Die Grundsätze der Erfindung bei Zwei- und Dreiphasenmaschinen können auch leicht auf Maschinen mit anderen

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Phasenzahlen ausgedehnt werden. Eine Maschine mit einer beliebigen Zahl von Phasen und Polen kann nach der Erfindung betrieben werden.

Wie noch bemerkt, daß die Erfindung nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt ist. So können die beschriebenen Funktionen und deren Äquivalente auch in der MOS-Technik erreicht werden, was vorteilhaft ist, weil die Anlagekosten drastisch gesenkt werden können. Auch kann der Motor von einem Computer gesteuert werden, z.B. durch einen Mikroprozessor, der so programmiert ist, daß er die beschriebenen Grundsatzfunktionen ausführt.

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Claims (1)

1. Patentansprüche:

   Regelvorrichtung für eine Drehmaschine mit einem Generator zum Erzeugen von Energiesignalen in einer gegebenen Folge in den Statorwicklungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung auf den in Statorwicklungen (31, 32) durch den Rotor (11) der Maschine induzierten Signale anspricht und die Winkellage jedes Energiesignals in bezug auf den Rotor regelt.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Energiesignale nicht größer als eine gegebene, einstellbare Frequenz ist.

   3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung die Dauer eines jeden Energiesignals regelt, so daß die Dauer mit Abnahme der Rotorgeschwindigkeit ansteigt und mit Ansteigen dieser abnimmt.

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   BORO MÖNCHEN: TELEX: TELEGRAMM: TELEFON: β MÖNCHEN 22 1-85844 INVENTION BERLIN ST. ANNASTR. 11 INVEN d BERLIN 030/885 60 37 TEL: 089/22 86 44 030/88823 82

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   4·. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung die Amplitude der Energiesig-.nale regelt, so daß bei Überschreiten eines gegebenen Wertes durch die Energiesignale die Amplitude ansteigt und beim Fallen dieser Signale unter einen gegebenen Wert abnimmt.

   5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der die Rotorgeschwindigkeit praktisch konstant gehalten wird.

   6. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Energiesignal für eine Zeit erzeugt wird, die zu der Zeit symmetrisch liegt, in der der Winkel zwischen den Magnetfeldern von Rotor- undStatorwicklungen (31» 32), an die Energiesignale angelegt werden, einen gegebenen Wert einnimmt.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der gegebene Wert 90° ist.

   8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerung zwischen dem Auftreten eines vom Rotor (11) in einer Statorwicklung induzierten Signals und einem nachfolgenden Auftreten Energiesignale gemessen wird und die Messung zum Abschalten des Energiesignals vor dem nächsten auftretenden induziertem Signal gleich der Verzögerung ist.

   9. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, da-

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   durch gekennzeichnet, daß die auf die induzierten Signale ansprechende Einrichtung eine gegebene Zeit nach Feststellen eines induzierten Signals ein Schaltsignal erzeugt, das die Statorwicklung, an der ein Energiesignal liegt, ändert.

   10. Anordnung nach den vorhergehenden Ansprüchen, da-. durch gekennzeichnet, daß die auf die induzierten Signale ansprechende Einrichtung Zähler (18, 19) enthält, von denen jeder bei einer ersten gegebenen Geschwindigkeit aufwärts und bei einer anderen gegebenen Geschwindigkeit abwärts bis zu Null zählt und daß ein Ausgangssignal bei Erreichen von Null erzeugt wird.

   11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Geschwindigkeit die doppelte der ersten Geschwindigkeit ist_e

   12. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die in den Statorwicklungen (311 32) induzierten Signale ansprechende Einrichtung mehrere Nulldurchgangsdetektoren (16) besitzt, von denen jeder an einer Statorwicklung liegt und ein Ausgangssignal liefert, wenn die induzierte Spannung im Stator durch Null geht.

   13.Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Nulldurchgangsdetektor (16) eine Einrichtung zum Nicht-Wahrnehmen der Nulldurchgänge der Spannung an einer Statorwicklung infolge von Energiesteuerung bei Wegnahme der Energie von der Wicklung besitzt.

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   Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadruch gekennzeichnet, daß eine Anlaßschaltung (40) einen Generator Energiesignale erzeugen läßt und arbeitet, bis die in den Statorwicklungen (31» 32) induzierte Spannung durch die auf die induzierten Signale ansprechende Einrichtung festgestellt wird.

   Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Nulldurchgangsdetektoren (16) vorgesehen sind, von denen Jeder elektrisch mit einer Statorwicklung (A,B,G verbunden ist und einen Nulldurchgangsimpuls erzeugt, wenn die induzierte Spannung durch KuIl hindurchgeht und eine Reihe von Nulldurchgangsimpulsen zu Zeiten erzeugt, die den folgenden Nulldurchgängen der in verschiedenen Statorwicklungen induzierten Spannung entspricht, und daß die Impulsreihe auch geradzahlige und ungeradzahlige Impulse aufweist und daß ein erster Auf-Abzähler (18) auf die geradzahligen Impulse anspricht und dieser von Null aufwärts bei einer ersten Geschwindigkeit zählt und auf die ungerade nummerierten Impulse anspricht und diese bei einer .zweiten Geschwindigkeit bis Null abwärts zählt und an seinem Ausgang einen Impuls erzeugt, wenn er Null zählt, daß ein zweiter Auf-Ab-Zähler (19) auf die ungerade nummerierten Pulse anspricht und sie mit der zweiten Geschwindigkeit zählt, und ebenfalls einen Impuls liefert, wenn er auf Null abwärts zählt, daß ein logisches Stellglied (23) auf den Nullimpuls des ersten oder des zweiten Zählers anspricht, daß ein Impulsgenerator Impulse bei einer Geschwindigkeit PXF erzeugt, worin P die Zahl der Motorpole, X die Zahl der Statorwicklungen und 3? die einstellbare Geschwindigkeit der Maschine ist, daß

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   ein Geschwindigkeitsstellglied (22) bei Empfang eines Impulses des Generators gesetzt wird, daß ein Schrittsignalgenerator auf das Setzen des logischen (23) und des Geschwindigkeitsstellglieds (22) anspricht und ein Schrittsignal erzeugt, das bewirkt, daß ein Energiesignal auf eine andere Statorwicklung geschaltet wird, daß eine Verzögerungseinrichtung (136) auf das Schrittsignal zum Erzeugen eines verzögerten Rückstellsignals aus dem Schrittsignal zum Zurückstellen der beiden Stellglieder anspricht, daß ein dritter Zähler von Null bei einer zweiten Geschwindigkeit auf das Setzen des Geschwindigkeitsstellgliedes zählt, daß eine Vergleichseinrichtung (140) auf den dritten Zähler und auf denjenigen Auf-Ab-Zähler anspricht, der abwärts zählt und ein Hemmsignal erzeugt, wenn der Auf-Ab-Zähler abwärts eine Zahl gezählt hat, die gleich der Zahl im dritten Zähler ist, wobei das Hemmsignal das Energiesignal an einer Statorwicklung abschaltet, daß ein Modul-N-Zähler (138) einen Impuls bei je N Impulsen mit einer zweiten Zählgeschwindigkeit zählt, wobei N die vom dritten Zähler gezählte Zahl ist und der MODTJL-N-Zähler durch das S_chrittsignal von einem folgenden Nulldurchgangsimpuls ein- und ausgeschaltet wird, daß ein fünfter Zähler (153) auf den Modul-N-Zähler anspricht und von Null die Zahl der von diesem Zähler erzeugten Impulse aufwärts zählt, während er eingeschaltet ist, daß eine zweite Vergleichseinrichtung (154-) ein Abwärtssignal erzeugt, wenn der fünfte Zähler unter einem gegebenen einstellbaren Wert liegt, daß eine dritte Vergleichseinrichtung ein Auf-Signal erzeugt, wenn er über einem gegebenen, einstellbaren Wert steht,

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   wobei die Auf— und Ab-Signale die Amplitude der Energiesignale entsprechend verringern und vergrößern.

   16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Vergleichseinrichtung ein Abwärtssignal nur dann liefert, wenn der Wert des fünften Zählers unter einem gegebenen einstellbaren Wert während einer gegebenen Zahl von aufeinanderfolgenden Zeiten steht, wenn der Modul-N-Zähler eingeschaltet ist, und daß die dritte Vergleichsschaltung ein Aufwärtssignal nur dann liefert, nachdem der fünfte Zähler während einer gegebenen Zahl aufeinanderfolgender Zeiten, in denen der Modul-N-Zähler eingeschaltet ist, einen gegebenen, einstellbaren Wert überschreitet.

   17. Vorrichtung nach den Ansprüchen 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anlaßschaltung (40) in einer gegebenen Zeit nach Empfang eines außerhalb erzeugten Rücksteilsignals ein Startsignal erzeugt, dieses und das Schrittsignal, je am Eingang eines ODEE-Tores (42) liegt, so daß entweder das Startsignal oder das Schrittsignal die Statorwicklung, an der das Energiesignal liegt, umschaltet, und daß der Ausgang des ODER-Tores ebenfalls ein Rückstell-Signal liefert.

   18. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung die Stellung eines Rotors feststellt und einen Spannungsdetektor an einer Statorwicklung besitzt, an der posi-

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   tive und negative Energiesignale angelegt werden, daß der Spannungsdetektor nur dann arbeitet, wenn die Spannung an der Statorwicklung positiver als die Amplitude eines negativen Energieimpulses ist, der dem Abschalten eines positiven Energiesignals an der Statorwicklung folgt, und ein Polaritätssignal erzeugt, wenn die induzierte Spannung an der Statorwicklung positiver als die Amplitude eines negativen Energiesignals ist, daß eine Verzögerungseinrichtung auf das Polaritätssignal anpricht und ein verzögertes Polaritätssignal liefert, wobei die Verzögerung mindestens so lang wie die Zeit zum Umschalten von Schwankungen an.der angeschlossenen Statorwicklung zum Durchlaufen des Spannungsbereichs zwischen der Amplitude eines positiven und der eines negativen Energiesignals ist, daß ein erstes Tor auf das Polaritätssignal an das verzögerte Polaritätssignal anspricht und ein vollständiges Schwankungssignal erzeugt, daß an der Statorwicklung zum Erzeugen eines Abtastsignals ein Polaritätsdetektor liegt, wenn die Spannung an der Statorwicklung negativ ist, und daß ein zweites Tor auf das beendete Schwankungssignal und auf das Abtastsignal anspricht und ein Bezugslagesignal liefert, das anzeigt, daß der Rotor eine bekannte Beziehung zum Stator eingenommen hat.

   19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Detektor an jeder Statorwicklung liegt und ein Nulldurchgangssignal erzeugt, wenn die Spannung an der Statorwicklung durch Hull hindurchgeht, daß eine Einrichtung auf jeden Detektor anspricht, und

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   das Nulldurchgangssignal sperrt, wenn es von einem Schalten der Nulldurchgangsschwankung bewirkt ist und durch alle anderen Nulldurchgangssignale hindurchgeht, um Rotorstellungssignale zu erzeugen, die anzeigen, daß der Rotor eine gegebene Lagebeziehung zum Stator bestimmt.

   20. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichent, daß ein Impulsgenerator in der AnIaßschaltung Impulse mit niedriger Impulsgeschwindigkeit erzeugt, daß eine Energieschaltung auf die Impulse anspricht und positive und negative Impulse in einer Folge an die Statorwicklungen mit der Frequenz des Impulsgenerators mit niedriger Frequenz Ifegt, um einen Statorfluß zu erzeugen der sich um den Rotor der Maschine dreht, um den Rotor zu drehen.

   21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung den Impulsgenerator abschaltet, wenn die in den Statorwicklungen induzierte Spannung festgestellt werden kann.

   22. Vorrichtung nach den Ansprüchen 20 und 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator erst bei einer niedrigen Impulsrate Impulse erzeugt und allmählich die Impulsgeschwindigkeit erhöht.

   23. Verfahren zum Anlegen von EnergieSignalen an eine Statorwicklung einer Drehmaschine mit einer Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Statorwicklung durch den

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   Rotor induzierte Signal festgestellt wird, um bei mindestens einer bekannten Winkelgeschwindigkeit des Rotors eine notwendige Winkellage durch die bekannte Winkellage zu bestimmen und ein Signal an die Wicklung über eine Zeit anzulegen, die symmetrisch zur Arbeitswinkellage liegt.

   24-. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die bekannte Winkellage der Nulldurchgang des induzierten Signals ist und die Arbeitswinkellage von der bekannten Lage um 90 versetzt ist.

   25. Verfahren nach den Ansprüchen 23 und 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Folge-Nulldurchgänge der induzierten Signale festgestellt werden, daß das Intervall zwischen diesen Durchgängen gemessen wird und zum Festlegen der Zeit zum Erreichen der Winkellage durch den Rotor dient.

   26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkellage die Arbeitswinkellage ist.

   27· Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse einer gegebenen Frequenz zwischen zwei Nulldurchgängen und Impulse in einem gegebenen Frequenzverhältnis vom zweiten Nulldurchgang ab gezählt werden, um die Arbeitswinke11age einzustellen.

   28. Verfahren nach den Ansprüchen 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des Anlegens die Spannung bei Änderungen der Belastung und der Speisespannung verändert wird, während ihre Symmetrie zur zweiten Winkellage eingehalten wird.

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   29. Verfahren nach. Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsperiode voreingestellte Maximal- und Minimallängen aufweist und die Amplitude der angelegten Spannung verändert wird, umd die Spannungsperiode innerhalb der Maximal- und Minimalgrenzen unter Bedingungen der sich ändernden Belastung und Speisespannung zu halten,.

   50. Verfahren nach den Ansprüchen 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieimpulse an die Statorwicklungen in sich wiederholender Folge bei einer Frequenz angelegt werden, die nicht höher als eine eingestellte Frequenz ist und daß die Breite der Energieimpulse eingestellt wird, um kleine Geschwindigkeitsschwankungen zu kompensieren und die Impulsamplitude eingestellt wird, um gr< digkeitsSchwankungen zu kompensieren.

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