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Elektrische Regelschaltung für eine induktive Last Die vorliegende Erfindung bet:ifft eine elektrische Regelschaltung für eine induktive Last, insbesondere für einen Elektromotor, mit einem von einem Zünd- kreis gesteuerten Phasenanschnitt-Stcllglied.
Es sind .erschiedene Phasenanschnitt-Steuerschal- tungen dieser Art bekannt, und zwar insbesondere zur Drehzahleinstellung von elektrischen Kleinmotoren. vor allem soc. Universalmotoren für Klein,-,eräte, wie Handbohrmaschinen, Küchen- oder andere Haushalt- =eriite. Vielfach handelt es sich lediglich um Steueran- ,)rdnungen. wobei ein bestimmter @Dr:lizahlwert am Zündkreis ein;estellt werden kann.
In diesem Zusam- riienhang ist es bekannt. durch Ausnützung der von der Drehzahl abhängigen Geg;,n-EV1K des Motors auch eine gewisse Drehzahlstabilisierung bei mechanischen Belastungsschwankungen herbeizuführen, wobei die Wirksamkeit dieser INfassnahrne allerdinLs ziemlich beschränkt ist.
Eigentliche Drehzahlre\@elun,.?en werden unter Verwendung eines mit dem Vlotoi- verbundenen Tachogenerators für die Gew innen; des Istwertes gebildete Bei beiden genannten Anordnun-en ist nacheilig. dass sie ziemlich träge arbeiten, da sich beim Stabilisierunes- bzw. Regelvorgang die mechanische Zeitkonstante des Motors (Trä,-,heit-des Rotors und der in; chanischen Belastun,-,) bemerkbar macht. Ausserdem sind impulsgesteuerte Gleichstromantriebe bekannt, "welche allerdings einen relativ grossen schaltungstechnischen Aufwand erfordern.
Bei allen bekannten Regelanordnungen dieser Art besteht die Schwierigkeit, dass .lie Funktionsweise im Bereich niedriger Drehzahlen, bezogen auf die Nenndrehzahl) unbefriedigend ist, in- ,lern dann die Speisung des Motors stossweise erfolgt jeweils nach mehreren@Wechselstromperioden), was zu unruhigem Lauf und starkem Bürstenfeuer führt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaf- .\'ung einer Regelschaltung, bei der die erwähnten Unzulänglichkeiten vermieden sind und die bei relativ ge-
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ringem Aufwand eine einwandfreie Regelung in einem grossen Bereich ermöglicht. insbesondere auch einen ruhigen Motorlauf bei- niedrigen Drehzahlen und bei wechselndem Bel:istunL,s-Drülimometit.
Erfindungsgemäss yixt eine elektrische Regelschaltung der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der L;i,;t und dein Zündkris ein Rückführpfad besteht, Tiber welch:n der Zündzeitpunkt für das Stellglied in jeder Spei:,apannungs-Halbwelle von dem bel:istuti,'sabli:in=i@Teii lntcrtall zwischen dein Nulldurchgang der Spannung und d-ni Stroninulldurchgang @;cgen EnCie des @Strcinileitititervalls beeinflussbar ist. Damit wird insbesondere ein sehr schnelles Ansprechen der Regelung erzielt, indem eine auftretende Störgrösse, die während ,:incin bestimmu--ii Stronileitintervall auftritt, sich in der Regelung bereits w;ihrend der nachfolgenden Halbwelle d::r @pe@se,ve;;tse@spatinung auswirkt.
Nachstehend wird die Erfindum- ;inhand %un Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher beschrieben.
Fig.l zeigt das Schema einer Regelschaltung für einen elektrischen Univena lmotor, wobei als Phasenanschnitt-Stellglied ein in liiclen Stronirichtu:i,e:i steLierbares Halbleiter-Ventil verwendet wird IFunkentstörmittel sind nicht darg;st@llt): Fig.2 ist ein @eitdia_@ramm zur Ei-I;iuterun,-, der Wirkungsweise, und Fig. 3 zeigt eine Variante der Regelschaltung nach Fig. 1.
Die Fig. 1 zei@,2t eine Rc2Isclialtung für einen soR. Universal-Reihenschlussmotor, dessen Feldwicklungen 11 und 12 zum Anker 10 in Serie geschaltet sind. Zwecks Phasenanschnittsteu: run, liegt -der Universalmotor in Serie mit einem in beiden Siromrichtum-,en steuerbaren Halbleiterventil 1=1 (so(". Wechselstromsteller), nachstehend mit der Handelsbezeichnung
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benannt. am Wechselstrom-Speisenetz. Parallel zum Trias 14 liegt die Serieschaltung eines Einstellwiderstands R1 mit einem Kondensator C1. Der Kondensator C1 ist mit einem Widerstand R'_' in Serie mit einem Kondensator C2 überbrückt.
Von der Verbindungsstelle zwischen R2 und C2 führt eine sog. Triggerdiode T (Dreischichtdiode mit Kippeigenschaften, Diaei) zur Steuerelektrode 1 #, des Trias 14. Die Schaltelemente R1, Cl. R2, C2 und T bilden einen an sich bekannten Zündkreis für den Trias 14, um dessen Steuerelektrode 15 auf die Halbwellen der Speisewechselspannung synchronisierte Zündimpulse zuzuleiten.
Während jeder Halbwelle wird zunächst der Kondensator C1 über R1 aufecladen, bis die Kondensatorspannung die Höhe der für die Trisserdiode T charakteristischen Durchbruchspannung erreicht. worauf sich der Kondensator sehr rasch über die Triss;:rdiode T und die Steuerelektrode 15 cntl < idt, wodurch der Trias 14 eezündet wird.
Die Elemente R? und C2 dienen in an sich bekannter Weise zur \'crminderune des HN-stereseeffektes bei der Rege- lunc des Motors. Grundsätzlich ist die Aufladege- schw-indiL,kcit von C1, d. h. die Dauer des Zeitabschnit- tcs jeder Halbperiode. bis die Zündspannung erreicht ist und der Trias 14 leitend wird, von der Einstellung des Widerstandes R1 abliänsls. An diesem lässt sich somit ein bestimmter Sollwert für die Motordrehzahl einstellen.
In der dar-cstellten IZeLelschaltun2 besteht nun zwischen dein Motor. \\clclicr die zu regelnde Last darstellt, und dem Zündkreis ein Rückführpfad, welcher beim Beispiel nach Fig. I wie folgt ausgeführt ist:
Die Pri- mär\@icklung 16 eines Transformators ist zum Motor parallel geschaltet. Von der Sekundärwicklung 17 des erwähnten Transformators ist die eine Ausgangsleitung mit der einen Seite des Kondensators C1 direkt verbunden. während die andere Ausgangsleitung über die Serie#Ajderstä nde R3 und R4 an die andere Seite des Kondensators C1 an@._csclilossen ist. Der Widerstand R4 ist als Einstellwiderstand ausgeführt, an welchem sich das Austnasder Rückführung von der Motorseite auf den Zündkreis einstellen lässt.
Vorzugsweise ist ein spannuns"abh < ingi-er Widerstand RS (VDR) vorgesehen. \Selcher den Höchstuert der Spannung eingangsseitig am Einstelhviderstand R4 b:srenzt.
Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung -.ach Fig. 1 soll die Fig. ? betrachtet werden. Diese zeigt das Spannung:- und Strom-Z,itdiaeramm während etwa einer Periode der Speisespannung. Der Verlauf der Netz- wechselsliannunL, ist gestrichelt und eingetragen und mit u bezeichnet. Nach Massgabe der Steuerung des Trias 14 wechseln Sperrintervalle a mit Leitfähigkeits- intervallen b ab.
Jeweils während dem Sperrintervall a ist der Trias 14 nichtleitend und es liegt praktisch die ganze Netzspannung an diet:eni und damit auch am Zündkreis. Je cils w'ihrend dem Leitfähigkeitsintervall b ist der Trias 14 leitend. und die Netzspannung liegt prakti#ch am Motor. In jeder Halbperiode beginnt das Leitfähigkeitsintervall b zum Zündzeitpunkt z, wenn der iri;tc 14 in den leitenden Zustand kippt. Es beginnt nun ein Belastungsstrom etwa mit dem Verlauf i ztt fliessen.
Zufolge der durch den Motor gebildeten, induktiven Last eilt nach Massgabe des (variablen) Verhältnisses zwischen Wirk- und Blindlastanteil der Strom der Spannung nach. "c> dass der nächste Stromnull- dem Nulldurchgang der Span- nun;@ um ui 77 n;:n Plursenwinkel ;- verschoben ist. Mit dem Nulldurchgang des Stromes endet das Leitfähigkcitsin- tervall b, indem dadurch der Trias 14 wieder in den Sperrzustand kippt.
Damit erscheint die Spannung erneut am Zündkreis und der Kondensator Cl wird aufgeladen, bis, wie oben erwähnt, die Durchbruchspannun- der Triggerdiode T erreicht ist und sich der Kondensator C1 über den Trias zur BildunL, des neuen Zündimpulses entlädt.
Die erwähnte Phasenverschiebung bei induktiver Belastung hat bekanntlich zur Folge. dass der Trias 14, wenn er beim Stroninulldurchgang in den Sperrzustand zurück-kippt. sofort einen bestimmten Spannungswert übernehmen muss. auf den die Netzspannung in der neuen Halbperiode bereits angestiegen ist. Dieser Unistand wird im allgemeinen als nachteilig empfunden und erfordert in der Regel beim Betrieb mit induktiven Lasten eine Cberb:ückuns des Trias mit einem RC- Parallelz\eig (in Fis. 1 gestrichelt eingezeichnet).
Gerade diese mit der Phasenverschiebung verknüpfte Erscheinuns wird nun in der vorliegenden Schaltun- mit Hilfe des eenannten Rückführpfades zwischen Last und Zündkreis in fol±,ender Weise aussewcrtet:
Es ist klar. dass ohne einen solchen Rückfülirzweis die Aufladung des Kondensators C1 jeweils erst am Anfani-, eines Sperrintervalls a beginnen würde. Cber den Rückführ- pfad erhält jedoch der Zündkreix, hzw. der Kondensator C1 jeweils bereits gegen Ende eines Leitfähigkeitsin- tervalls ein Rückführsignal entsprechend der Spannungs Zeit-Fläche A in Fi-. ?, so dass der Kondensator bereits eine Teilladun- aufweist. denn bei Beginn de:
Sperrzustandes des Trias 14 ein Ladestrom über den Ladewiderstand R 1 ztt fliessen besinnt. Dies bewirkt. dass der Zündpunkt in der nächsten Halbwelle nach Massabe der erwähnten Vorausladung A entsprechend früher erreicht wird.
Indem die Fläche A bzw. der Phasenwinkel "; mit zunehmender Belastung des Motors ansteigt. wird in diesem Fall das Leitfähigkeitsintervall gegenüber dem Sperrintervall bereits während der nachfolgenden Halbwelle vergrössert. wodurch der Motor eine grössere Leistung aufnimmt und im Sinne einer Konstanthaltung der Drehzahl der Störgrösse entoeLen- wirkt. Das Ausmass dieser Rückwirkung auf den Zünd- kreis hängt natürlich von der Dinicnsionieruns des Rückführpfades
ab und kann gegebenenfalls einstellbar sein. beispiels\@eise mit Hilfe des Eiristelh@ider- standes R4. welcher somit erlaubt. einen bestimmten Solhvert des Drehmomentes einzustellen.
Die Fie. 3 zeigt eine in _evisscr Hinsicht gegenüber Fig. I vereinfachte Variante der Re-elschaltun;(. Der Zündkreis ist im wesentlichen gleich ausgebildet. und die entsprechenden Schaltelemente sind gleich bezeichnet wie in Fis. 1. Hingegen sind die Teile des ?Motors und der Trias 14 in nachstehender Reilienfolse zwischen den Speiseklemmen in Serie geschaltet: Erste Hälfte 11 der Feldwicklung. Tri:ic 14.
Anker 10. zweite Hälfte 12 der Feldwicklung. Diese Gruppierung ermöglicht in an sich bekannter Weise die \'erwenduns der Feldwicklungen 11 und I? in Verbindung mit einem die Speiseklemmen überbrückenden Kondensator C3 als Oberwellensperte (Rundfunkentstörung). Im Rückführpfad zwischen Motor und Zündkreis bildet die eine Hälfte 11 der Feldwicklung direkt die Priniiin@,icklung eines Transformators. Die Sekuridär%@-icklune 17' ist direkt zum Kondensator Cl par:alel < geschalte:. indem hier auf besondere Einstellmöglichkeiten in der Rückführune verzichtet worden ist.
Dieser Aufbau der Re-
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gelschalttin,-, ist besonders für den Einbau bereits bei Hcrstellun; des Motors gedacht, indem die Sekundärtvicklunu, 17' mit vier Feldwicklunu# zu kombinieren ist.
Für den einfachen .-#,ufbau und die gute Wirksamkeit der Regelschaltung ist von Bedeutung, dass die Kondensator-Vorausladting (Fläche A) mit dem Winkel @; (Fig. 2) im mass@eebendcn Bereich näherungsweise linear zu,ammenhängt.
Die beschriebene Regelschaltung einet sich selbstverständlich auch für andersartige induktive Lasten, sofern der erforderliche Zusammenhang zwischen Belastung und Stromnacheilung gegeben ist. Als Phasenanschnitt-Stellelieder können auch anderweitige, an sich bekannte \@7'echselstromsteller Venvendun; finden. Für den Zündkreis sind ebenfalls manni,#faltioe Varianten möglich, insbesondere auch die Anwendung anderer Kippelemente anstelle der Trig;erdiode T. Auch der Rückführpfad kann in vor schicdener Weise abgewandelt werden, vor allem können zur Erzielung eines bestimmten Regelverhaltens besondere Verzögerungs- und/ oder Dämpfung sglicder einuefügt werden.
Die beschriebene Re:_:Ischaltun@@ lässt sich mit Vorteil bei den verschiedensten Anwendungen von Kleinmotoren einsetzen, jedoch auch zur Regelung #:on Triebwerkmotoren sowie beispielsweise Motoren für Hebezett,;e oder Förderanlauen. Ihr besonderer Vorteil besteht darin. dass auch kleine Drehzahlen unt:r Last einvcandfrei regelbar sind. wobei auch bei plötzlichem \@'cgfall der Belastung der Drehzahl k(#:istant bleibt. AllQemein e-gibt sich ei:ie @chr kurze Ansprechzeit auf BelatLingsiinderungen bei rtihigeni, schonendem Betrieb dank @'ollwellenre@@elun@T.