DE2041148A1 - Procedure for regulating the speed of collector motors - Google Patents
Procedure for regulating the speed of collector motorsInfo
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Description
Patentanwalt DIPL-INQ. BERTHOLD SCHMIDPatent attorney DIPL-INQ. BERTHOLD SCHMID
STUTTQART S · FALBE N H E N N E N STR AS SE 17 · TELEFON (0711) 708893STUTTQART S FALBE N H E N N E N STR AS SE 17 TELEPHONE (0711) 708893
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Firma J. AJ. Marqpiardt, 7201 Rietheim (Württ.)J. AJ. Marqpiardt, 7201 Rietheim (Württ.)
Verfahren zur Regelung der Drehzahl von Kollektormotoren ' Procedure for regulating the speed of collector motors '
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Drehzahl von Kollektormotoren mit einem Meßglied, einem elektronischen Regelglied und einem Stellglied, wobei die Meßgröße am Motor abgenommen wird und über das Regelglied das Stellglied beeinflußt. The invention relates to a method for regulating the speed of collector motors with a measuring element, an electronic control element and an actuator, the measured variable on the motor is removed and influences the actuator via the control element.
Kolftektormotore und vorzugsweise solche, die in elektrischen Handwerkzeugen eingesetzt werden, wie zum Beispiel Winkelschleifer, Kreissägen etc., sollten ein raögliöhst laetunab« hängiges Drehzahlverhalten haben. Dazu eigenen sieh elektronische Einrichtung«, die bei abfallender Drehzahl für höher«Kolftektormotors and preferably those that work in electric Hand tools are used, such as angle grinders, circular saws, etc., should be a raögliöhst laetunab « have dependent speed behavior. For this, see the electronic device «which, when the speed drops, for higher«
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Stromaufuhr am Motor sorgen und bei steigender Drehzahl den Motor drosseln, also ein Regelverhalten haben.Ensure current supply to the motor and, as the speed increases, the Throttle the motor, i.e. have a control behavior.
. Es sind elektronische Einrichtungen bekannt, die abhängig von " einem Istwert den Phaaenansehnitt der speisenden Mechsel-. There are known electronic devices that depend on "an actual value the phase approach of the feeding change
spannung andern» so daß ein Sollwert eingehalten wird.Change voltage »so that a target value is maintained. (siehe 05 1463 370).(see 05 1463 370).
Es sind auoh elektronische Schaltungeanordnungen bekannt, bei denen von einen Zstwertgeber zeitlich gesteuert rechteckige oder kurvenförmige ImpulsbUndel zum Speisen eines Motors gegeben werden (siehe 05 1463 192 und 05 1 805 739).There are also known electronic circuit arrangements at to which rectangular or curve-shaped pulse bundles for feeding a motor are given time-controlled by an Zstwertgeber (see 05 1463 192 and 05 1 805 739).
Das Speisen von Kollektormotoren mit phasenangeschnittenem Wechselstrom hat jedoch erhebliche Nachteile. Die Kollektor« temperatur steigt beträchtlich infolge der sehr stellen Flanken P der angeschnittenen Halbwellen. Weiterhin gestafcMt sich die Entstörung derartig betriebener Einrichtungen sehr schwierig und aufwendig.However, feeding collector motors with phase-controlled alternating current has considerable disadvantages. The Collector « temperature rises considerably as a result of the very sharp edges P of the cut half-waves. Furthermore, the Elimination of interference from devices operated in this way is very difficult and expensive.
Schaltungsanordnungen, die den Motor mit InpulsbUndeln speisen, sind einmal sehr aufwendig, da Ja auch diese Iapulse in besonderen Schaltungsanordnungen erst hergestellt werden müssen; andererseits tritt auch hier der Nachteil steiler Impulsflanken auf. Weiterhin sind die ImpulsbUndel zeitlich evtl. lang auseinanderliegend, so daß die Gefahr eines unruhigen Laufens des Motors besteht.Circuit arrangements that feed the motor with pulse bundles, are once very complex, since these Iapulse must first be produced in special circuit arrangements; on the other hand, the disadvantage of steep pulse edges also occurs here on. Furthermore, the pulse bundles may be long apart in time, so that there is a risk of the Engine.
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Dem gegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Regelung der Drehzahl von Kollektoriaotoreii zu offenbaren, das alle die genannten Nachteile nicht aufweist und trotzdem erlaubt, mit geringem Aufwand und billig sowie auch platzsparend eine dementspreehende Einrichtung herzustellen.In contrast, it is the object of the present invention, a method for regulating the speed of Kollektoriaotoreii to reveal that none of the disadvantages mentioned and still allowed, with little effort and cheap as well also to produce a corresponding device in a space-saving manner.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst« dal in Abhängigkeit von der Meßgröße intermittierend einzelne oder mehrere Halbwellen am Motor wirksam gemacht werde». Dabei Gesteht das Stellglied in einer Ausführungsform aus einem .-InThis object is achieved according to the invention in that Depending on the measured variable, single or multiple half-waves are made effective on the motor intermittently ». Included In one embodiment, if the actuator consists of a.-In
einem vom Regelglied steuerbaren Ventil iairissehlieBbar ist.can be closed by a valve that can be controlled by the regulating element.
Bie mit der Erfindung erzielten Vorteile tomttet&en insbesondere darin« daß vor jeder positiven Halbwelle des speisenden-'wechsel stromes, also während der negativen Halbwelle« vom Riegelglied die Meßgröße geprüft wird. Damit entscheidet sich vor jeder positiven Halbwelle, ob diese sich auswirken kann oder unterdrückt wird. Es werden also positive Halbwellen je na@h ErThe advantages achieved with the invention are particularly important therein "that before each positive half-wave of the feeding change stromes, ie during the negative half-wave «from the locking member the measured variable is checked. So that decides before everyone positive half-wave, whether this can have an effect or is suppressed. So there are positive half-waves each na @ h Er fordernis wirksam, während die negativen Halbwellen mit einem Stromfußwinkel großes aJ.s 90° elektronisch st wirksam sind.demand is effective while the negative half-waves with a current foot angle large aJ.s 90 ° electronic st are effective.
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Es zeigernShow it
Figur 1 ein Blockschaltbild der Motorsteuerung gemäß der Erfindung»Figure 1 is a block diagram of the engine control according to the invention »
Figur 3 ein Beispiel eines wirksamen Wechselspannungskurvenzuges.FIG. 3 shows an example of an effective alternating voltage curve.
Figur 4 das Schaltbild einer AusfUhrungsform der Erfindung, und Figur 5 das Prinzip für eine BrUokenschaltung zur Istwert auf nähme.FIG. 4 shows the circuit diagram of an embodiment of the invention, and FIG FIG. 5 shows the principle for a bridge circuit for the actual value.
Das Blockschaltbild in Flg. 1 zeigt einen Kollektormotor 4 mit zwei Feldwicklungen 5 und 6, die mit einer Ankerwicklung in Reihe geschaltet sind. Die Meßgröße 1, entspricht während der negativen Halbwelle der speisenden Wechselspannung der am Anker 7 des Motors 4 liegenden Bürstenspannung 8 und gibt diesen Wert in ein Regelglied 2, das ein Verstärkerglied, Inabesondere ein Differenzverstärker ist. Ein vom Regelglied 2 gesteuertes Stellglied j5 ist zwftsehen Feldwicklung 5 und Anker 7 des Motors 4 eingeschleift. In einer AusfUhrungsform beinhaltet es eine Diode 9, die mittels eines antiparallelen Thyristors 10 kurzsohließbar 1st.The block diagram in Flg. 1 shows a commutator motor 4 with two field windings 5 and 6 which are connected in series with an armature winding. The measured variable 1 corresponds to during the negative half-wave of the feeding alternating voltage of the brush voltage 8 located at the armature 7 of the motor 4 and gives this value into a control element 2, which is an amplifier element, in particular a differential amplifier. One of the control element 2 controlled actuator j5 is second field winding 5 and Armature 7 of the motor 4 looped in. In one embodiment, it contains a diode 9, which by means of an anti-parallel Thyristor 10 can be short-circuited 1st.
Figur 2 zeigt die Abhängigkeit der Drehzahl η eines Kollektormotors, von dessen Belastung N. Der Kurvenzug A, B, E, 0 stelltFIG. 2 shows the dependence of the speed η of a commutator motor, on whose load N. The curve A, B, E, 0 represents
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die Kennlinie eines KoIlektormotor» bei Yollw«ll«nb«trl«b dar, während der Kurvenzug C, F, K die Kennlinie bei Halbwellcnb·· trieb zeigt.the characteristic of a KoIlektormotor "at Yollw" ll "nb" trl "b represents, while the curve C, F, K is the characteristic curve for half-wave drive shows.
..Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist en» mit'.elektronischen Mitteln., im Bereicth kleiner' Belastung d«s Motor« die Drehzahl herabzusetzen» indem mehr (feder weniger .insbesondereganze Halbwellen nicht wirksam wert«» und im Bereich gro*£*rer* Belastung die Drehzahl gemäB der Volltralle&kurve BE wirken .zu lassen. Bei sehr t großer Last kippt dl· Arbsitsgsrad· b·! ... £ auf Punkt F und damit auf den Kurvenzug für betriebAn essential feature of the invention is "with electronic means" to "reduce the speed" in the area of low load on the motor by adding more (spring less, in particular whole half-waves not effectively worth "" and in the area of large .to let the speed be governed according to the Volltralle & effect curve bE * * rer loading. With very large load t tilt dl · Arbsitsgsrad * b *! ... £ at point F and thus on the curve for operation
In-Figur 4 1st «ine 'AusfObningsiToni. ·1βμτ elektronischen Regeleinrlehtung gezeigt·In-Figure 4 is an "ine" AusfObningsiToni. · 1βμτ electronic control device shown
In am. StFoafereiffl «ines Kollektinaotore 4 Mt der Inlcer« wioklung 7 uzul den Feldwicklungen 3 und 6 ist Hin Stellglied 3 eingeechleift, 'das au· einer Diod« 9 «ad nislltsllelMn Ρ·Μ -Wicklungen 25, 26 besteht. Parallel zu «ϋ·ιΐ·ρ Anordnisig licg ein· .der Diode 9 «ntiparallel geseteltitt·!* steiiiirbiiurer Gioiieti richter 10.In ines at StFoafereiffl ". Kollektinaotore 4 Mt of Inlcer" wioklung 7 Uzul the field windings 3 and 6 Hin actuator eingeechleift 3, 'the au · a Diode "9" ad nislltsllelMn Ρ · Μ windings 25, 26 is made. Parallel to "ϋ · ιΐ · ρ Arranged licg · .the diode 9" ntiparallel placed ·! * Steiiiirbiiurer Gioiieti richter 10.
Das Hegelglied 2 besteht aus xwel %*®i~£-m miner tuag, die durch eine Diode 16, Kondensatoren 14# 15 unl Hin· Diode 1> gebildet sind. Parallel zu den H&üdeiteatoritii 14# 15 liegt eine ReihensohAltung eines Widerstand·« 19 alt mlmmm The Hegel member 2 consists of xwel % * ®i ~ £ -m miner tuag, which are formed by a diode 16, capacitors 14 # 15 and Hin · diode 1>. Parallel to the H & üdeiteatoritii 14 # 15 lies a series of observations of a resistance · «19 old mlmmm
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abgreifbaren Widerstand 17, dessen Abgriff über einen Widerstand 18 auf die Basis eines im Brückenmittelzweiges liegenden Traneistors 11 geführt ist. Die anderen beiden Brückenzweige sind von der Feldwicklung 5 mit der Diode 9 und den zusätzlichen Feldwicklungen 25, 26 sowie vom Anker 7 des Motors 4 gebildet. Die Meßgröße 1 wird über die Leitungen 28, 29 an die Diode 16 und den Kondensator 13 gelegt.Resistor 17 which can be tapped off, the tapping of which is led via a resistor 18 to the base of a transistor 11 located in the central branch of the bridge. The other two Bridge branches are from the field winding 5 with the diode 9 and the additional field windings 25, 26 and from the armature 7 of the engine 4 is formed. The measured variable 1 is transmitted to the diode 16 and the capacitor 13 via the lines 28, 29 placed.
Der steuerbare Oleichrichter 10 hat an der Steuerelektrode eine Zünddiode 2h liegen. Der Anschnittwinkel wird durch die Dimensionen des Widerstandes 23 undAes Kondensators 22 bestimmt.The controllable oil rectifier 10 has an ignition diode 2h on the control electrode. The lead angle is determined by the dimensions of resistor 23 and capacitor 22.
Der Transistor 12, dessen Basisspannung über die Basiswiderstände 20 und 21 an den Leitungen 28, 29 liegt, überbrückt beim Leitendwerden den Kondensator 22.The transistor 12, the base voltage of which is connected to the lines 28, 29 via the base resistors 20 and 21, is bridged capacitor 22 when it becomes conductive.
Wird an die Anschlüsse 20, 31 eine Speisewechselspannung gelegt, läuft der Motor 4 im Halbwellenbetrleb an, da Transistor 12 leitend ist und damit Kondensator 22 kurzgeschlossen, so daß der steuerbare Oleichrichter 10 nicht zünden kann und Diode 9 und die zusätzlichen Feldwicklungen 25, 26 voll wirksam werden. Damit erfährt der Motor beim Anlauf eine Strombegrenzung, denn er arbeitet im Halbwellenbetrieb und die zusätzlichen Feldwioklungen 25, 26 haben einen hohen Wechsel· stromwiderstand.If an alternating supply voltage is applied to the connections 20, 31, the motor 4 starts up in half-wave operation, since transistor 12 is conductive and thus capacitor 22 is short-circuited, so that the controllable rectifier 10 cannot ignite and the diode 9 and the additional field windings 25, 26 become fully effective. This means that the motor experiences a current limitation when it starts up, because it works in half-wave operation and the additional field results 25, 26 have a high change current resistance.
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Bei Nenndrehzahl ist Transistor 12 nicht leitend. Am Kondensator 22 baut sich bei Jeder negativen Halbwelle über Widerstand 23 eine Zündspannung für den regelbaren Gleichrichter 10 auf, dieser rundet und schließt die Diode 9 und die zusätzlichen Feldwicklungen 25, 26 kurz, so daß auch die positive Halbwelle wirksam wird.At the rated speed, transistor 12 is not conductive. At each negative half-wave, an ignition voltage for the controllable rectifier builds up at the capacitor 22 via resistor 23 10, this rounds and shorts the diode 9 and the additional field windings 25, 26, so that the positive half-wave is also effective.
Das Diagramm nach Figur 2 zeigt, daß der Arheitsptankt von Punkt C über D und B auf P 2 gewandert 1st. Er ist also von der Halbwellenkknnllnle C, F*. H auf die VollwellenMmnlinl· A, B, E, Q geglitten. Bei einer bestimmten Hennlast hat sieh die Nenndrehzahl eingestellt.The diagram according to FIG. 2 shows that the Arheitsptankt has migrated from point C via D and B to P 2. It is therefore of the half-wave cone C, F *. H slipped onto the full waves Mmnlinl · A, B, E, Q. The nominal speed has been set at a certain Henn load.
Nimmt die Belastung ab, versus ht die Drehzahl anz«itslgen. Der Arbeitspunkt wandert im Diagramm auf Punkt B zu. Der Meßwertgeber 1 registriert eine höhere Bürstenspansamg und führt diese über die Leitungen 28, 29 einem Zweig ümr Brück· zu, wodurch Transistor 11 infolge gestörten Brückengleicfe» gewichtes leitend wird. Damit wird, wie besehrieben. Kondensator 22 kurzgeschlossen, was die Zündung des steuerbaren " Gleichrichters 10 unterbindet. Diode 9 mit den zusätzlichen Feldwicklungen 25, 26 wird wieder eingesohleift. Es ist Punkt C des Diagramme in Figur 2 erreicht.Does the load decrease, versus increases the speed. The working point moves to point B in the diagram. The measuring transducer 1 registers a higher brush voltage and feeds this to a branch over the bridge via the lines 28, 29, whereby transistor 11 becomes conductive as a result of disturbed bridge equilibrium. This is how described. Capacitor 22 is short-circuited, which prevents the ignition of the controllable rectifier 10. The diode 9 with the additional field windings 25, 26 is loosened again. Point C of the diagram in FIG. 2 is reached.
Je nach Belastungszustand werden eine, mehrere oder alle positiven Halbwellen wirksam (s. Figur 3)·Depending on the stress level, one, several or all positive half-waves effective (see Figure 3)
Im Kurzschlußfalle des Motors, also bei stehendem Rotor, begrenzen die zuMitzllchen Feldwicklungen 25, 26 mit ihrem Wechselstromwideretand den Kmzschlußstrom auf einen Wert,In the event of a short circuit in the motor, i.e. when the rotor is stationary, the zuMitzllchen field windings 25, 26 limit with their AC resistance sets the short-circuit current to a value der den Motor nicht unzulässig beansprucht.which does not unduly stress the engine.
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Die Diode 9 kann als steuerbares Ventil ausgebildet sein, wobei die Steuerung über ein an sich bekanntes Steuerglied erfolgt. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß man den während der negativen Halbwelle durch den Motor fließenden Strom Mittels Phasenanschnitt begrenzen kann. Ea ist auch möglich« nur einzelne ganze Halbwellen wirksam werden zu lassen, also z. B. jede zweite Halbwelle zu unterdrücken.The diode 9 can be designed as a controllable valve, wherein the control takes place via a per se known control member. The advantage of this arrangement is that the current flowing through the motor during the negative half-wave can be limited by means of phase control. Ea is also possible «only individual whole half-waves are effective to be let, so z. B. to suppress every other half-wave.
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