DE2553629C3 - Anordnung zur Konstanthaltung der Drehzahl eines Wechselstrommotors - Google Patents

Description

TRIAC, geschaltet. Ein variabler Widerstand 6, beispielsweise ein einstellbarer Widerstand oder eine Cds-Photozelle zum Einstellen des Motors 2 auf die gewünschte Drehzahl ist in Reihe mit eirem Kondensator 7 geschaltet, der seinerseits parallel zur Wechsel-Spannungsquelle 1 und parallel zum Motor 2 liegt Eine Diode 8' und ein Widerstand 9, die ui Reihe geschaltet sind, liegen ebenfalls, und zwar derart parallel zur Wechselspannungsquelle 1, daß die Anodenseite Sa der Diode 8' zwischen die Spannungsquelle 1 unc den Motor 2 geschaltet ist Es ist eine weitere Diode 8 vorgesehen, deren Anodenseite Sb an einem Punkt P mit der Verbindung zwischen dem Widerstand 6 und dem Kondensator 7 in Verbindung steht, und dessen Kathodenseite 8ean einem Punkt R mit der Verbindung zwischen der Diode 8' und dem Widerstand 9 in Verbindung steht.

Zwischen den Punkt P und die Steuerelektrode 5 des Zweirichtungsgleichrichters 3 ist ein Zweirichtungszündkreis 4 geschaltet, der der Steuerelektrode 5 des Zweirichtungsgleichrichters 3 Steuersignale liefert, um den Leitungswinkel des Gleichrichters zu verändern und dadurch die Energieversorgung für den Motor zu regeln. Dabei wird ein Zweirichtungszündkreis 4 verwandt, bei dem die Schaltspannungen Ks und Vsw in der positiven und in der negativen Richtung jeweils unsymmetrisch siinJ, wie es in Fig.2 dargestellt ist, weshalb diese Schaltung als unsymmetrisch bezeichnet werden kann.

Der Zündkreis 4 ist so ausgebildet, wie es im Innern der strichpunktierten Linie in F i g. 1 dargestellt isi und kann in zwei symmetrisch geschaltete Zweige unterteilt werden, von denen jeder eine Spannungsstabilisatordiode 12, beispielsweise eine Zener-Diode, zwei Transistoren 13 undl4 und einen Widerstand 15 zum Vermeiden von Ableitungsverlusten aufweist, wobei ein einstellbarer Widerstand 16 parallel zu einer der Spannungsstabilisatordioden 12 geschaltet ist. Entsprechend dem Anstieg oder dem Absinken der Werte des einstellbaren Widerstandes 16, fällt oder steigt in dieser Schaltung die Schallspannung relativ zu einer Eingangsspannung an derjenigen Klemme, mit der die Steuerelektrode 5 in Verbindung steht. Wenn jedoch der Wert des Widerstandes ausreichend groß ist, ist die Schaltspannung durch die Spannungsstabilisatordiode 12 bestimmt und wird daher gleich Vs'. Wenn die symmetrisch geschalteten Schaltungsbauteile 12—12', 13-13', 14-14' und 15—15' dieselben Kennlinien haben, wird die Schaltspannung Vs in positiver Richtung gleich der Schaltspannung Vs'in negativer Richtung.

Bei dem vorliegenden unsymmetrischen Zündkreis 4 sind die Schaltspannungen in positiver und negativer Richtung hauptsächlich durch die Spannungsstabilisatordioden 12—12' bestimmt, so daß der einstellbare Widerstand 16 fehlen kann. Der steuerbare Widerstand 16 dient dazu, den unsymmetrischen Zündkreis für verschiedene Betriebsbedingungen verwendbar zu machen.

Während des Betriebes der in Fig. 1 dargestellten Schaltung und nach einer Einstellung des Widerstandes 6 auf einen hohen Wert und der Versorgung der Schaltung mit Wechselstrom von der Wechselspannungsquelle 1, wird der Kondensator 7 durch die positive Spannung der positiven Halbwelle des Wechselstromes an der Elektrode des Kondensators 7 auf der Seite des Punktes P positiv durch das Ansteigen dieser Spannung aufgeladen. Diese Aufladung erfolgt mit einer Zeitkonstante, die durch den Kondensator 7 u..J den Widerstand 6 bestimmt ist Der Kondensator 7 wird bei einem Absinken der Spannung mit einer Zeitkonstante entladen, die durch den Kondensator 7, den Widerstand 9 und den Widerstand 6 bestimmt isL Wenn andererseits eine positive Spannung an der anderen Elektrode des Kondensators 7 auf der Seite des Punktes Q liegt, wird der Kondensator 7 mit derselben Zeitkonstante, wie oben, unmittelbar, nachdem die elektrische Ladung der Elektrode auf der Seite des Punktes P vollständig entladen ist, aufgeladen. Der Zustand, in dem die Elektrode auf der Seite des Punktes Q positiv aufgeladen ist, wird im folgenden als negative Aufladung des Kondensators 7 bezeichnet

Wie obenerwähnt ist die negative Schaltspannung Vsw des Zündkreises 4 relativ zur negativen Haibwelle df s Wechselstromes ziemlich gering, verglichen mit der positiven Schaltspannung Vs relativ zur positiven Halbwelle des Stromes, so daß selbst dann, wenn die Aufladespannung des Kondensators 7 durch den bestimmten Wert des Widerstandes 6 die positive Schaltspannung Vs nicht erreichen kann, sie die negative Schaltspannung Vsw durch die negative Halbwelle des Wechselstromes erreichen wird.

Bevor der Motor 2 sich zu drehen beginnt, wird der Kondensator 7 durch einen Effekt, wie er durch die Drehung des Motors verursacht wird, nicht beeinflußt. Sobald somit der Kondensator negativ aufgeladen wird, erreicht er die Schaltspannung Vsw und erfolgt der Schaltvorgang, um den Zweirichtungsgleichrichter 3 anzusteuern, so daß ein negativer Strom dem Motor 2 für die Zeitdauer To von der Wechselspannungsquelle 1 über den Punkt Q und den Gleichrichter 3 geliefert und gleichzeitig der Kondensator 7 entladen wird. Mit dieser elektrischen Energie beginnt der Motor 2 sich zu drehen.

Durch die Drehung des Motors 2 wird eine gegenelektromotorische Kraft erzeugt, was dazu führt, daß das elektrische Potential am Punkt R größer wird und den Fluß des elektrischen Entladungsstrorr.es vom Kondensator 7 durch die Diode 8 beeinträchtigt. Folglich wird die Zeitdauer, während der das elektrische Ladiingspotential des Kondensators 7 die Schaltspannung Vsw erreicht, allmählich länger als es beim Anlauf des Motors der Fall war, und der Motor erreicht eine feste Drehzahl, die durch das elektrische Potential V bestimmt ist, das durch die gegenelektromotorische Kraft des Motors und die Zeitkonstante bewirkt wird, die durch den Widerstand 6, den Widerstand 9, den Kondensator 7 und die Dioden 8 und 8' bestimmt ist.

Wenn nämlich der Widerstand 6 auf eine niedrige Drehzahl des Motors 2 eingestellt ist, verringert sich die Zeitdauer, in der der Zweirichtungsgleichrichter 3 einen Strom zum Motor 2 leitet, bei jeder Periode des Wechselstroms von To zu Betriebsbeginn, wie es in Fig.3b dargestellt ist, auf To'bei der normalen festen Drehzahl des Motors, wie es in F i g. 5b dargestellt ist.

Wenn an den Motor 2, der gerade die normale Drehzahl erreicht, eine Last angelegt wird, verringert sich infolge der Last die Drehzahl des Motors. Diese Verringerung der Drehzahl des Motors führt augenblicklich zu einer Verkleinerung der gegenelektromotorischen Kraft V und daher zu einer Verlängerung der Zeitdauer To', während der der ZweirichtungsgleichricHter 3 einen Strom zum Motor leitet, wodurch die elektrische Energieversorgung für den Motor erhöht wird. Auf diese Weise bewirkt die Schaltung eine der Last ensprechende Vergrößerung des Drehmomentes und der Drehzahl des Motors 2.

Wenn andererseits der Regelwiderstand 6 durch eine Verringerung seines Widerstandswertes auf eine hohe Drehzahl des Motors 2 eingestellt ist, steigt das elektrische Potential des Kondensators 7 bei jeder Periode des Wechselstromes sehr schnell an und erreicht somit der Zündkreis 4 die Schaltspannungen Vs und Vsw bei jeder Periode. Dementsprechend wird die Zeitdauer, während der der Zweirichtungsgleichrichter 3 leitend ist, der durch ein Steuersignal vom Zündkreis 4 an seiner Steuerelektrode 5 leitend wird, gleich V während der positiven Halbwelle und gleich Γ während der negativen Halbwelle. Somit ergeben sich Leitungswinkel für den Stromfluß durch den Zweirichtungsgleichrichter, die einem Zustand entsprechen, bei dem nahezu die gesamte elektrische Energie der Wechsel-Spannungsquelle dem Motor 2 geliefert wird, so daß sich der Motor 2 mit hoher Drehzahl dreht.

Wenn nämlich der Widerstandswert des Widerstandes 6 sehr klein ist, erzeugt der Zündkreis 4 ein Steuersignal nahezu zur gleichen Zeit, zu der sich die angelegte Spannung vom negativen auf einen positiven Wert und vom positiven auf einen negativen Wert ändert, so daß der Zweirichtungsgleichrichter den Fluß des elektrischen Stromes sowohl in die positive als auch in die negative Richtung nicht wesentlich beeinträchtigt, was zur Folge hat, daß der Motor 2 sich mit einer Drehzahl dreht, die erhalten würde, wenn der Motor direkt mit der Wechselspannungsquelle verbunden wäre.

Es ist festzuhalten, daß bei einer Drehung des Motors mit einer derart hohen Drehzahl die gegenelektromotorische Kraft, die dadurch erzeugt wird, das elektrische Potential am Punkt A immer auf einem hohen Wert hält, so daß die Entladung des elektrischen Stromes durch die Diode 8 sich kaum ändert, und der Anstieg der dem Motor gelieferten elektrischen Energie zur Kompensation der Verringerung der Drehzahl des Motors infolge einer angelegten Last sehr klein ist.

Da der Motor gewöhnlich jedoch gute Drehmomentwerte im Bereich hoher Drehzahlen zeigt, ergibt sich in der Praxis kein Problem, wenn ein Motor gewählt wird, der gute Drehmomentwerte aufweist, die der angelegten Last entsprechen.

Bei einem derartigen Aufbau erzeugt eine Änderung der gegenelektromotorischen Kraft, die durch die Drehung des Motors hervorgerufen wird, ÄnJerungen in der Auflade- und Entladezeitdauer des Kondensators bei jeder Periode der Wechselspannungsquelle und übt einen derartigen Einfluß auf die untere Schaltspannung des Zündkreises aus, daß der Leitungswinkel des so Zweirichtungsgleichrichters vergrößert oder herabgesetzt wird. Wenn sich somit die Drehzahl des Motors die vorher auf einen bestimmten Wert festgelegt ist infolge einer an den Motor gelegten Last ändert, ändert sich auch der Leitungswinkel des Zweirichtungsgleichrichters, so daß Drehzahländerungen des Motors derarl kompensiert werden, und das Drehmoment derart ansteigt, daß die Drehzahl des Motors auf dem vorbestimmten Wert gehalten wird.

Wenn die erfindungsgemäße Anordnung bezüglich des Anfangsdrehmomentes mit einer bekannten Steuerkohledrehzahlregelung, angewandt auf denselben Kommutatormotor, verglichen wird, ist das Anfangsdrehmoment bei der erfindungsgemäßen Anordnung etwa viermal so groß wie das Drehmoment bei der bekannten Regelung bei niedriger Drehzahl und etwa fünfmal so groß wie das bei der bekannten Drehzahlregelung im mittleren Drehzahlbereich, während es im Bereich hoher Drehzahlen nahezu das gleiche wie bei den bekannten Drehzahlregelungen ist.

Auch ein Vergleich mit bekannten Regelungen, die unter Verwendung eines Halbleiters, beispielsweise eines siliziumgesteuerten Gleichrichters aufgebaut sind, zeigt, daß das Anfangsdrehmoment eines Motors mit der erfindungsgemäßen Anordnung etwa zwei- bis dreimal so groß wie das Drehmoment bei einer Halbleiterregelung im Bereich niedriger und mittlerer Drehzahlen und etwa das gleiche im Bereich hoher Drehzahlen ist.

In Fig.6 ist ein anderes Ausführungsbeispiel des Zündkreises dargestellt, bei dem ein Zweirichtungshalbleiterschalter 17 verwandt wird, das nahezu symmetrische positive und negative Schaltspannungen an beiden Anoden 18 und 18' zeigt, wobei eine Anode 18 mit der Steuerelektrode des Zweirichtungsgleichrichters und die andere Anode 18 mit der Verbindung zwischen dem Kondensator 7 und dem Widerstand 6 verbunden ist. Ein einstellbarer Widerstand 16' ist zwischen eine Steuerelektrode 19 des Schalters 17 und die Anode 18' geschaltet, die mit dem Kondensator 7 in Verbindung steht.

Bei einem derartigen Aufbau des Zündkreises 4 ist es möglich, diese Schaltung aus einer geringeren Anzahl von Bauelementen, d. h. aus zwei Dioden, zwei oder drei Widerständen, einem Kondensator, einem Zweirichtungsgleichrichter und einem Zweirichtungsschalter aufzubauen. Wenn die Schaltung weiterhin in integrierter Form ausgebildet wird, ist ein weiterer Widerstand überflüssig, so daß die Anzahl der Bauelemente auf ein Minimum herabgesetzt wird. Auf diese Weise kann eine sehr leistungsfähige und nutzbare Motordrehzahlregelung geschaffen werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Konstanthaltung der Drehzahl eines über einen steuerbaren Zweirichtungsgleichrichter an ein Wechselspannungsnetz angeschlossenen Wechselstrommotors, mit einem die Phasenanschnittsimpulse erzeugenden Steuerkreis, der einen aus einer Reihenschaltung eines variablen Widerstandes und eines Zeitkondensators bestehenden, ₎₀ parallel zum Zweirichtungsgleichrichter geschalteten Eingangskreis und einen zwischen dem Steueranschluß des Zweirichtungsgleichrichters und dem Verbindungspunkt des variablen Widerstandes und dem Zeitkondensator, dessen andere Seite mit dem Verbindungspunkt des Zweirichtungsgleichrichter und dem Motor verbunden ist, angeordneten Zündkreis besitzt, und mit einer die EMK des Motors erfassenden Einrichtung zur Beeinflussung des Steuerkreises derart, daß nur die Spannungshalbwellen einer Richtung EMK-abhängig sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündkreis (4) unterschiedliche positive und negative Zündspannungen aufweist, daß parallel zur Wechselspannungsquelle (1) eine Reihenschaltung aus einem Festwiderstand (9) und einer ersten Diode (8') liegt, wobei die Anode der Diode mit dem Motoranschluß verbunden ist, und daß eine zweite Diode (8) zwischen dem Verbindungspunkt des Festwiderstandes und der ersten Diode (8') und dem Verbindungspunkt (P) des variablen Widerstandes (6) und dem Zeitkondensator (7) mit ihrer Kathode zum Festwiderstand zeigend, angeordnet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündkreis (4) zwei symmetrisch geschaltete Zweige, von denen jeder aus einer Spannungsstabilisatordiode (12; 12'), zwei Transistoren (13, 14; 13', 14') und einem Widerstand (15; 15') zur Vermeidung von Ableitungsverlusten besteht, und einen einstellbaren Widerstand (16) aufweist, der parallel zu einer der Spannungsstabilisatordioden (12; 12') geschaltet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündkreis (4) einen Zweirichtungshalbleiterumschalter (17) mit im wesentlichen symmetrischen negativen und positiven Schaltspannungen an beiden Anoden (18; 18'), von denen eine mit der Steuerelektrode des steuerbaren Zweirichtungsgleichrichters (3) und die andere mit dem variablen Widerstand (6) verbunden ist, und einen einstellbaren Widerstand (16') aufweist, der zwischen die Steuerelektrode (19) des Zweirichtungshalbleiterumschalters (17) und diejenige Anode (18') geschaltet ist, die mit dem variablen Widerstand (6) verbunden ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß der /ariable Widerstand (6) eine Fotozelle ist.

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Konstanthaltung der Drehzahl eines über einen steuerbaren Zweirichtungsgleichrichter an ein Wechselspannungsnetz angeschlossenen Wechselstrommotors, mit einem die Phasenanschnittsimpulse erzeugenden Steuerkreis, der einen aus einer Reihenschaltung eines variablen Widerstandes und eines Zeitkondensators bestehenden, parallel zum Zweirichtungsgleichrichter geschalteten Eingangskreis und einen zwischen dem Steueranschluß des Zweirichtungsgleichrichters und dem Verbindungspunkt des variablen Widerstandes und dem Zeitkondensator, dessen andere Seite mii dem Verbindungspunkt des Zweirichtungsgleichrichters und dem Motor verbunden ist, angeordneten Zündkreis besitzt, und mit einer die EMK des Motors erfassenden Einrichtung zur Beeinflussung des Steuerkreises derart, daß nur die Spannungshalbwellen einer Richtung EMK-abhängig sind.

Bei einer derartigen aus der DE-OS 19 52 220 bekannten Anordnung wird die EMK des Motors dazu benutzt, die Spannungshalbwellen einer Richtung derart zu beeinflussen, daß die Motordrehzahl bei Laständerungen nicht zu starken Schwankungen ausgesetzt ist

Von dieser bekannten Anordnung ausgehend liegt die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe darin, den Aufbau des Schaltkreises zur Ermittlung der EMK des Motors wesentlich zu vereinfachen und eine feinere Drehzahleinstellung im unteren Drehzahlbereich zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Zündkreis unterschiedliche positive und negat^:ve Zündspannungen aufweist, daß parallel zur Wechselspannungsquelle eine Reihenschaltung aus einem Festwiderstand und einer ersten Diode liegt, wobei die Anode der Diode mit dem Motoranschluß verbunden ist, und daß eine zweite Diode zwischen dem Verbindungspunkt des Festwiderstandes und der ersten Diode und dem Verbindungspunkt des variablen Widerstandes und dem Zeitkondensator mit ihrer Kathode zum Festwiderstand zeigend, angeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung hat neben der einfachen EMK-Erfassung dadurch, daß der Zündkreis derart ausgebildet ist, daß er unterschiedliche positive und negative Zündspannungen aufweist, gegenüber der bekannten Anordnung noch den Vorteil, das insbesondere im kleineren Drehzahlbereich eine feinere Einstellung der Drehzahl dadurch möglich ist, daß jeweils nur die Halbwellen einer bestimmten Richtung im Phasenanschnitt betrieben werden.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Kostanthaltung der Drehzahl eines Wechselstrommotors kann insbesondere für Werkzeugmaschinen und Nähmaschinen verwandt werden, bei denen es erwünscht ist, daß sich der Motor unabhängig von Änderungen der anliegenden Last mit der gewünschten Drehzahl und einem konstanten Ausgangsdrehmoment dreht.

Im folgenden werden anhand der Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungemäßen Anordnung für einen Wechselstrom-Kommutatormotor.

Fig.2 zeigt in einer grafischen Darstellung eine statische Kennlinie eines Zweirichtungsschalters für die in F i g. 1 dargestellte Schaltung.

F i g. 3 bis 5 zeigen in Diagrammen die Betriebskennlinier. der Klemmenspannunger eines bei der Schaltung in F i g. 1 verwendeten Kondensators.

Fig.6 zeigt das Schaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung für einen Wechselstrom-Kommutatormotor.

Bei Hern in Fig. I dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Wechselstrom-Kommutatormotor 2 in Reihe mit einer Wechselspannungsquelle 1 und einem steuerbaren Zweirichtungsgleichrichter 3, beispielsweise einem