DE2159308A1

DE2159308A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR THE SPEED CONTROL OF ELECTRIC MOTORS

Info

Publication number: DE2159308A1
Application number: DE19712159308
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dipl Ing Walter; Dieter Hermann Walther
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1971-11-30
Filing date: 1971-11-30
Publication date: 1973-06-07
Also published as: AU4811772A; AU476663B2

Description

Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung von Elektromotoren Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines Wechselstrommotors, in der der Zündzeitpunkt eines bidirektional leitenden steuerbaren Halbleiters von der Aufladung eines Ztlndkondensators bestimmt wird, mit einer parallel zum Zündkondensator liegenden Gegenkopplungsschaltung, in der ein Transistor angeordnet ist. Circuit arrangement for speed control of electric motors The invention relates to a circuit arrangement for regulating the speed of an AC motor, in which the ignition timing of a bidirectionally conductive controllable semiconductor of the charge of an ignition capacitor is determined, with a parallel to the ignition capacitor lying negative feedback circuit in which a transistor is arranged.

Es ist bereits bekannt, Elektromotore in ihrer Drehzahl in der Weise zu steuern, daß in Reihe mit dem Motor eine steuerbare Haibleitervorrichtung angeordnet wird, deren ZUndzeitpunkt bezüglich der Netzwechselspannung verschoben wird.It is already known, electric motors in their speed in the way to control that a controllable semiconductor device is arranged in series with the motor whose ignition time is shifted with respect to the AC mains voltage.

Bei der Speisung des Motors aus dem Wechselstromnetz wird in der Regel ein bidirektional leitendes Halbleiterelement verwendet., das beispielsweise unter der Bezeichnung "Triac" in der Technik bekannt ist. Durch Verschieben des ZUndeinsatzpunktes dieses Halbleiterelementes innerhalb einer Halbperiode der Netzwechselspannung ist es möglich, eine Steuerung des Motorstromes und damit der Drehzahl und des Drehmomentes vorzunehmen.When the motor is supplied from the AC network, it is usually a bidirectional conductive semiconductor element is used., for example under the term "triac" is known in the art. By moving the end point this semiconductor element is within a half cycle of the AC mains voltage it is possible to control the motor current and thus the speed and torque to undertake.

Die steuerbare Halbleitervorrichtung wird dabei meist durch Entladung eines Kondensators tiber ein kontaktloses elektrisches Schaltelements wie z.B. einer Triggerdiode, gezündet.The controllable semiconductor device is mostly discharged a capacitor via a contactless electrical switching element such as a Trigger diode, ignited.

Hierbei ist eine Verschiebung des Zündzeitpunktes in der Weise möglich, daß die Aufladung des Zündkondensators bebeeinflußt wird. Eine solche Veränderung der Aufladezeit des Zündkondensators kann auch abhängig von der Rest-EMK des Motors selbsttätig vorgenommen werden, wie es in der deutschen Offenlegungsschrift 1 952 220 beschrieben wird.In this case, the ignition point can be shifted in such a way that that the charging of the ignition capacitor is influenced. Such a change The charging time of the ignition capacitor can also depend on the residual EMF of the motor be made automatically, as it is in the German Offenlegungsschrift 1 952 220 is described.

Es ist bereits bekannt, bei solchen Schaltungsanordnungen zur Steuerung oder Regelung von Elektromotoren durch eine der Drehzahl propdrtionalen elektrischen Spannung eine Gegenkopplung auf den Aufladestrom des Zündkondensators bei einer Halbwelle d'er Netzwechselspannung auszt en, so daß ein Teil des Aufladestromes des Zündkondensators parallel zu diesem abgeleitet wird.It is already known to control circuit arrangements of this type or regulation of electric motors by one of the speed propdrtional electrical Voltage a negative feedback on the charging current of the ignition capacitor at a Half-wave of the mains alternating voltage, so that part of the charging current of the ignition capacitor is derived in parallel to this.

Weiterhin sind Schaltungsanordnungen bekannt, bei denen während einer Halbwelle die Aufladung des Zündkondensators vom Stromfluß. durch den Motor beeinflußt wird> uHL bei der darauffolgenden Halbwelle ein schnelleres Erreichen der Zündspannung zu erzielen. Die Schaltungsanordnung ist hierbei so ausgelegt, daß während einer Halbwelle, die stets die gleiche Polarität hat, die beschleunigte Aufladung des Zündkondensators erfolgt, damit in der folgenden Halbwelle der Motor früher gezündet wird. Diese Schaltungsanordnungen haben den Nachteil, daß bei Belastung des Motors trotz Regelwirkung nicht das volle Drehmoment, welches der Motor abzugeben in der Lage ist, erreicht wird. Dies beruht darauf, daß die nicht geregelte Halbwelle, insbesondere bei eingestellter niedriger Drehzahl des Motors nicht den vollen Stromflußwinkel erreichen kann, so daß niemals die volle Motorleistung erzielt werden kann.Furthermore, circuit arrangements are known in which during a Half-wave the charging of the ignition capacitor from the current flow. influenced by the engine > uHL a faster achievement of the ignition voltage in the following half-wave to achieve. The circuit arrangement is designed so that during a Half-wave, which always has the same polarity, accelerates the charging of the Ignition capacitor takes place so that the engine ignites earlier in the following half-wave will. These circuit arrangements have the disadvantage that when the engine is loaded Despite the control effect, not the full torque that the motor can deliver in the Is able to be achieved. This is based on the fact that the unregulated half-wave, not the full angle of current conduction, especially when the motor speed is set to a low speed can achieve so that the full engine power can never be achieved.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlsteuerung für Wechselstrommotore zu schaffen, in der der Zündwinkel in einem sehr weiten Bereich verschoben werden kann und in der eine automatische Nachregelung in jeder Halbwelle erfolgen kann.The object of the invention is to provide a circuit arrangement for speed control for AC motors in which the ignition angle is in a very wide range can be shifted and in which an automatic readjustment in each half-wave can be done.

Die Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung zur- Drehzahlsteuerung gemäß der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß in der ersten Halbwelle des Wechselstroms mittels eines steuerbaren Halbleiters, der durch die Rest-EMK des Motors geschaltet wird, die Ladezeit des Zündkondensators .und während einer zweiten Halbwelle des Wechselstroms mittels eines steuerbaren Halbleiters, der durch eine dem Motorstrom proportionale Spannung gesteuert wird, die Ladezeit des Zündkondensators beeinfluRbar ist.The task is achieved by a circuit arrangement for speed control solved according to the type mentioned in that in the first half-wave of the Alternating current by means of a controllable semiconductor, which is generated by the residual EMF of the Motor is switched, the charging time of the ignition capacitor. And during a second Half-wave of the alternating current by means of a controllable semiconductor that is driven by a The voltage proportional to the motor current is controlled, the charging time of the ignition capacitor can be influenced.

In weiterer Ausbildung der Erfindung sind Mittel in der Schaltung vorgesehen, die bewirken, daß die Rest-EMK des Motors während der Netzhalbwellen einer Polarität die Leitfähigkeit des steuerbaren Halbleiters erhöhen und während der anderen Netzhalbwellen nicht beeinflussen, und daß die dem Motorstrom proportionale Spannung einen anderen steuerbaren Halbleiter in den Netzhalbwellen beeinflußt, in der der erstgenannte steuerbare Halbleiter nicht von der Rest-EMK beeinflußt wird.In a further embodiment of the invention, means are in the circuit provided that cause the residual EMF of the motor during the mains half-waves one polarity increase the conductivity of the controllable semiconductor and during of the other mains half-waves do not influence, and that the motor current proportional Voltage affects another controllable semiconductor in the network half-waves, in which the first-mentioned controllable semiconductor is not influenced by the residual EMF will.

In dieser Schaltungsanordnung zum automatischenKonstanthalten der Drehzahl eines Wechselstrommotors bei wechselnder Belastung kommen zwei verschiedene Steuerprinzipien zur Wirkung.In this circuit arrangement for automatically keeping the There are two different speeds of an AC motor when the load changes Tax principles to effect.

Einmal wird über die am Motor abfallende Rest-EMK, die von der Motordrehzahl abhängt, eine automatische Regelung erreicht und zum anderen wird durch den Motorstromfluß, der durch einen in dem Motorstromkreis angeordneten Festwiderstand in eine Spannung transformiert wird, eine zweite Regelung erzielt. Die beiden Regelsysteme werden dadurch getrennt, daß während einer Halbwelle der Netzwechselspannung nur eine Regelung und in der folgenden Halbwelle die andere zur Wirkung kommt. Hierbei muß berücksichtigt werden, daß die beiden Regel systeme nicht unabhängig voneinander sind. Wird durch eine Anderung der Rest-EMK über die zugehörige automatische Regelung der Zündwinkel vergrößert, so erhöht sich automatisch der Stromfluß im Motorstromkreis. Dies bedeutet daß das andere Regelsystem, das durch-den Motorstrom gesteuert wird, ebenfalls beeinflußt wird, und zwar in dem gleichen Regelsinn, d.h. auch im Sinne einer zündwinkelvergrößerung.Once the residual EMF falling on the motor is determined by the motor speed depends, an automatic control is achieved and on the other hand, the motor current flow, which is converted into a voltage by a fixed resistor arranged in the motor circuit is transformed, a second regulation is achieved. The two control systems are separated by the fact that only one regulation during a half-wave of the AC mains voltage and the other comes into effect in the following half-wave. This must be taken into account that the two rule systems are not independent of each other. Will go through a change in the residual EMF via the associated automatic control of the ignition angle is increased, the current flow in the motor circuit increases automatically. this means that the other control system, which is controlled by the motor current, also influenced in the same sense of regulation, i.e. also in terms of an increase in the ignition angle.

Umgekehrt kann das Regelsystem, das durch den Motorstromfluß gesteuert wird, nur mittelbar über die Motordrehzahl das andere Regelsystem beeinflussen. Da aber wegen der trägen Massen des Motors dessen Drehzahl nicht sofort geändert wird, wird die Steuerung über die Rest-EMK bestimmend sein und die Steuerung über den Motorfluß von dieser abhängen.Conversely, the control system, which is controlled by the motor current flow will only influence the other control system indirectly via the engine speed. But because of the inert mass of the motor, its speed did not change immediately the control over the residual EMF will be decisive and the control over the motor flux depend on this.

Aus dieser Schaltungsanordnung ergeben sich mehrere Vorteile.Several advantages result from this circuit arrangement.

Erstens erfolgt die automatische Drehzahlregelung während jeder Halbwelle, so daß der volle Stromflußwinkel und somit das volle Drehmoment zur Verfügung steht, Zweitens wird das Wechselstromnetz gleichmäßiger belastet. Drittens wird durch die beiden verschiedenen Regelprinzipien, die immer nacheinander zur Wirkung kommen, vermieden, daß die Motordrehzahl außer Kontrolle gerät, dadurch die Trägt heit des Motors die Meßwertaufnahme über die Rest-EMK von der Wirkung nämlich der Drehzahländerung-, getrennt wird.First, the automatic speed control takes place during each half-wave, so that the full current conduction angle and thus the full torque is available, Second, the AC grid is loaded more evenly. Third, the two different control principles that always come into effect one after the other, avoided that the engine speed gets out of control, thereby the inertia is called the Motor, the measured value recording via the residual EMF of the effect namely the speed change, is separated.

Die Schaltungsanordnung soll anhand der-- Figur 1 erläutert werden.The circuit arrangement is to be explained with reference to FIG.

Mit dem Motor M ist ein bidirektional leitender steuerbarer Halbleiter T1 und ein niederohmiger,Widerstand R6 in Reihe an eine Wechselspannungsquelle geschaltet. Die Zündung des bidirektional leitenden steuerbaren HalbleitersT1 erfolgt über ein an sich-bekanntes Zündgerät, dessen Zeitkonstante durch die Widerstände R-> R3, R4, R5 und R8 und durch die Dioden D2 D3 und D4 festgelegt ist.With the motor M is a bidirectionally conductive controllable semiconductor T1 and a low-resistance resistor R6 connected in series to an AC voltage source. The ignition of the bidirectionally conductive controllable semiconductor T1 takes place via a Ignition device known per se, whose time constant is determined by the resistors R-> R3, R4, R5 and R8 and defined by the diodes D2, D3 and D4.

Durch den Steliwiderstand R3 wird die Möglichkeit gegeben, die Zeitkonstante der RC-Kombination zu verändern und somit über die Triggerdiode Dt den Zündwinkel des bidirektional leitenden steuerbaren HalbleiteraT1 zu verändern. Die im Motor M hervorgerufene-Rest-EMK gelangt über die Diode D2 und den Widerstand R4 an den Emitter des steuerbaren Halbleiters T2 und von dem Emit- -ter über den Widerstand R3 an den Kollektor desselben Halbleiters und über die Widerstände R2 und R1 gelangt die Rest-EMK an die Basis dieses steuerbaren Halbleiters T2. Diese Basis ist über die Diode D3 mit dem Kollektor verbunden, der wiederum über den Widerstand R5 an den Zündkondensator C1 gelegt ist. Über den Widerstand R8 und die Diode D4 steht dem Zündkondensator Ci ein zweiter Ladeweg zur Verfügung. Ein Teil dieses Ladestromes wird über die Diode D und den steuerbaren Halbleiter T3, der mit einem Anschluß unmittelbar am Netz liegt, abgeleitet. Die an dem Widerstand R6 abfallende, vom Motorfluß abhängige Spannung wird über eine Diode D6 an den Steueranschluß des steuerbaren Halbleiters gelegt.The control resistor R3 enables the time constant of the RC combination and thus the ignition angle via the trigger diode Dt of the bidirectional conductive controllable semiconductor T1. The one in the engine M-induced residual emf reaches the via diode D2 and resistor R4 Emitter of the controllable semiconductor T2 and from the emitter via the resistor R3 reaches the collector of the same semiconductor and via the resistors R2 and R1 the residual EMF to the base of this controllable semiconductor T2. This base is over the diode D3 is connected to the collector, which in turn is connected via the resistor R5 the ignition capacitor C1 is connected. About the resistor R8 and the diode D4 stands the ignition capacitor Ci has a second charging path available. Part of this charging current is via the diode D and the controllable semiconductor T3, which has a connection is directly connected to the network. The falling across the resistor R6, from Motor flux-dependent voltage is applied to the control terminal of the controllable via a diode D6 Semiconductor laid.

Zwischen der Diode D6 und dem Steueranschluß des Halblei ters T3 und zwischen dem Widerstand R6 und dem Netzanschluß sind je ein Widerstand R7 und ein Kondensator C2 geschaltet, die zueinanderparallel liegen.Between the diode D6 and the control terminal of the semicon ters T3 and between the resistor R6 and the mains connection are a resistor R7 and a Connected capacitor C2, which are parallel to each other.

Die Schaltungsanordnung gemäß-der der Erfindung arbeitet in folgender Weise.The circuit arrangement according to the invention operates as follows Way.

Läuft der Motor M mit seiner Solldrehzahl, so wird der steuerbare Halbleiter T2 von der Rest-EMK des Motors nur so weit und so lange aufgesteuert, daß der Motor seine Drehzahl einhält, während der andere steuerbare Halbleiter T3 während der ganzen Zeittleitend ist. Über den Zweig, in dem die Diode D2, die Widerstände R4, R3 und R; angeordnet sind, gelangt während einer negativen Halbperiode Stromauf den Zündkondensator C1 und über den Zweig, der die Widerstände R1, R2 und R5 und die Diode D3 enthält, und über den Zweig, der den Widerstand R8 und die Diode D4 enthält, gelangt während einer positiven Halbperiode Strom auf den Zündkondensator C1. Über die DIode D5 und den steuerbaren Halbleiter T3 wird ein Teil des positiven Ladestromes des Zündkondensators c abgeleitet. Am Motor M fällt eine Rest-EMK ab, die von seiner Drehzahl abhängt.If the motor M is running at its target speed, then the controllable Semiconductor T2 controlled by the residual EMF of the motor only so far and so long, that the motor maintains its speed, while the other controllable semiconductor T3 is leading throughout the time. About the branch in which the diode D2, the resistors R4, R3 and R; are arranged, comes up during a negative half cycle the ignition capacitor C1 and via the branch that the resistors R1, R2 and R5 and the diode D3 contains, and via the branch that contains the resistor R8 and the diode D4 contains, current is applied to the ignition capacitor during a positive half-cycle C1. Via the diode D5 and the controllable semiconductor T3, part of the positive Charging current of the ignition capacitor c derived. A residual EMF drops at the motor M, which depends on its speed.

Und zwar ist die Rest-EMK des Motors umso größer je grösser seine Belastung und somit niedriger seine Drehzahl ist.In fact, the greater the motor's residual EMF, the greater it is Load and thus its speed is lower.

Diese Rest-EMK wird über den Zweig, der parallel zum Motor M geschaltet ist, abgegriffen und-an den steuerbaren Halbleiter T2 gelegt, der aufgrund dieser Spannung seine Emitter-Kollektor-Strecke aufgesteuert. Ein erhöhter Ladestrom, dessen Richtung durch die Diode D2 festgelegt wird, gelangt über den Widerstand R5 auf den Zündkondensator C1. Je größer die Rest-EMK ist, desto länger bleibt der steuerbaren Halbleiter T2 durchgeschaltet und desto mehr Ladung kann auf den Zündkondensator C1 gelangen und desto früher wird der bidirektional leitende steuerbare Halbleiter T1 über die Triggerdiode D1 gezündet. Durch die Vorverlegung des Zündpunktes wird der Motorstromfluß erhöht und an dem Widerstand R6 fällt eine größere Spannung ab, die über die Diode D6 und das RC-Glied R7, C2 um eine halbe Stromflußperiode verzögert an den steuerbaren Halbleiter gelangt.This residual EMF is switched via the branch that is parallel to the motor M. is, tapped and placed on the controllable semiconductor T2, which due to this Voltage turned up its emitter-collector path. An increased charging current, whose Direction is determined by the diode D2, passes through the resistor R5 the ignition capacitor C1. The larger the residual EMF, the longer the controllable remains Semiconductor T2 switched through and the more charge can be on the ignition capacitor C1 arrive and the earlier the bidirectional conductive controllable semiconductor becomes T1 ignited via the trigger diode D1. By bringing the ignition point forward, the motor current flow increases and a larger voltage drops across resistor R6, which is delayed by half a current flow period via the diode D6 and the RC element R7, C2 reaches the controllable semiconductor.

Durch diese Spannung wird der Widerstand des steuerbaren HalbleitersT3, der in dem Gegenkopplungszweig mit der Diode I)5 liegt, erhöht und somit die Ableitung des Lade--stroms vermindert. Dies bedeutet, das der Zündkondensator C-1 über den Widerstand R8 und die Diode D4 einen erhöhten Ladestrom erhält.This voltage increases the resistance of the controllable semiconductor T3, which is in the negative feedback branch with the diode I) 5, increases and thus the derivation the charging current is reduced. This means that the ignition capacitor C-1 via the Resistor R8 and diode D4 receive an increased charging current.

Anlagen 9 Patent ansprüche 1 Bl. Zeichnung l Verzeichnis der Bezug,szeichenAppendices 9 patent claims 1 sheet. Drawing l List of references, symbols

Claims

Claims 1. Circuit arrangement for speed control of a AC motor in which the ignition timing is a bidirectional lei.

tendency to charge a controllable semiconductor device Capacitor is determined with a negative feedback circuit parallel to the ignition capacitor, in which a transistor is arranged, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, that in a first half cycle of the alternating current by means of a controllable semiconductor device (T2), which is influenced by the residual EMF of the motor (M), the charging time of the ignition capacitor (C1) and during a second half cycle of the alternating current by means of the transistor (T3), which is controlled by a voltage proportional to the motor current, the charging time the ignition capacitor can be influenced.

2.) Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the circuit elements are dimensioned so that the residual EMF of the motor (M) during the network half-wave> n of a polarity the conductivity of the controllable semiconductor device (T2) increased and not influenced during the other network half-cycle, and that the The voltage proportional to the motor current influences the transistor (T3) in the mains half-waves, in which the controllable semiconductor (T2) is not influenced by the residual EMF.

3.) Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that daR in the charging circuit of the ignition capacitor (C1) in series with a variable Resistor (R1) of the base-collector circuit of a transistor (T2) is that one Diode (D3) is antiparallel to the base-collector circuit of the transistor CT2), and that the base-emitter circuit des.Transistor (T2) in series with the variable Resistance (R1) is connected to the terminals of the motor (M).

4.) Circuit arrangement according to claim 3, characterized in that the transistor (T2) is a field effect transistor.

5.) Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that that means are provided in the motor circuit at which one of the motor current flow proportional voltage drops, and that the voltage proportional to the motor current flow influences the transistor (T3) in the negative feedback circuit in the sense of a control.

6.) Circuit arrangement according to one or more of claims l, 2 or 5, characterized in that an RC element (C2, R7) supplies the voltage proportional to the motor current against'den Mottorstrom shifts by a current half cycle, so that the transistor (T3) influenced in the negative feedback circuit about half a motor current period later is as the voltage across resistor (R6) drops.

7.) Circuit arrangement according to one or more of claims l, 2, 5 or 6, characterized in that the negative feedback circuit is derived from the Transistor (T3) and a diode (D5) builds that between the bidirectional conductive controllable semiconductor (T1) and the transistor (T3) in the motor current flow a resistor (R6) is arranged that a Diode (D6) the bidirectional conducting controllable semiconductor (T1) and the resistor tor6) with the transistor (T3) connects and that between the resistor (R-6) and the transistor (T3) on the one hand and between the diode (D6) and the base terminal of the transistor (T3) on the other hand a capacitor (C2) and a resistor (R, 7), which are connected in parallel to one another, are arranged are.

8.) Circuit arrangement according to one or more of claims 1, 2, 5, 6 or 7,. Characterized in that the transistor (T3) in the negative feedback circuit is a field effect transistor.