CH623436A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Drehzahlregler nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs. Bei den bisher 50 üblichen Drehzahlreglern wird nur eine Halbwelle der Netzwechselspannung ausgenützt, wobei mit Hilfe der Phasenanschnittsteuerung über ein RC-Glied mit Potentiometer zunächst einmal eine Drehzahlsteuerung bewirkt wird, wobei jedoch zusätzlich in Abhängigkeit von der Gegen-EMK am 55 Anker des Universalmotors gleichzeitig eine gewisse Regelung der eingestellten Drehzahl erreicht wird. Nachteilig an den bekannten Drehzahlreglern ist es, dass ihre Regelwirkung relativ gering ist, was dazu führt, dass die Drehzahl bei zunehmender Belastung des Universalmotors stärker absinkt, als dies 6o wünschenswert wäre. Bei anderen bekannten Drehzahlsteuerungen fehlt dagegen die Möglichkeit, die Leerlaufdrehzahl zu begrenzen. Dies ist besonders bei Universalmotoren mit einer grösseren Leistung von beispielsweise 450 Watt kritisch, da diese Motoren ohne eine Drehzahlbegrenzung so hohe Leer- 6s laufdrehzahlen erreichen, dass sich eine unzulässige Geräuschentwicklung, ein hoher Lagerverschleiss und eine Deformation des Kollektors ergeben. Diese Gründe erzwingen aber eine Begrenzung der Leerlaufdrehzahl.

Der erfindungsgemässe Drehzahlregler mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass eine Begrenzung der Leerlaufdrehzahl erreicht wird, dass eine stufenlose Drehzahleinstellung ausgehend von der Drehzahl Null und eine hervorragende Drezahlstabilisierung bzw. -regelung erreichbar sind. Die zwei antiparallel geschalteten Thyristoren mit ihren getrennten Steuerkreisen bilden nämlich einen ersten Kreis für die Drehzahlsteuerung und -begrenzung sowie einen zweiten Kreis für die Regelung der Drehzahl auf den eingestellten Wert. Es liegt somit eine unsymmetrische Phasenanschnittsteuerung vor. Dabei erfolgt das Einstellen der Drehzahl im Steuerkreis des einen Thyristors durch Änderung des Phasenanschnitts über einen RC-Phasenschieber, wodurch eine kontinuierliche Steuerung der Drehzahl bis zu einer vorgegebenen maximalen Leerlaufdrehzahl möglich ist, bei der eine Halbwelle der Netzwechselspannung, beispielsweise die positive Halbwelle, angeschnitten ist. Ferner wird für den Regelkreis, welcher den zweiten Thyristor enthält, der während jeder zweiten Halbwelle der Netzwechselspannung, also beispielsweise während der negativen Halbwellen, wirksam ist, ein induktiv eingekoppeltes Rückkopplungssignal verwendet, welches vom Strom im Lastkreis des ersten Thyristors, das heisst vom Motorstrom, abhängig ist, wobei die Tatsache ausgenutzt wird, dass sich der Motorstrom bei einem beliebigen, im Drehzahlsteuerkreis eingestellten Phasenanschnittwinkel nur noch in Abhängigkeit von der Belastung des Motors ändert.

Durch die in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführten Massnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des Drehzahlreglers gemäss dem unabhängigen Patentanspruch möglich.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Reglerschaltung gemäss der Erfindung in Verbindung mit einer Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der Reglerschaltung und

Fig. 2a-f schematische Diagramme des Spannungsverlaufs an zwei verschiedenen Punkten der Reglerschaltung gemäss Fig. 1 für verschiedene Betriebszustände.

Wie Fig. 1 der Zeichnung zeigt, ist der Drehzahlregler an eine Wechselspannungsquelle 10 angeschlossen, das heisst normalerweise an das übliche Wechselspannungsnetz mit einer Spannung von 220 Volt und einer Frequenz von 50 Hertz. Aus der Wechselspannungsquelle 10 wird ein Motor 12 gespeist, welcher als Universalmotor in Form eines Reihenschlusskollektormotors ausgebildet ist. Der Motor 12 liegt in Serie mit einem ersten Thyristor 14 zwischen den Anschlüssen der Wechselspannungsquelle 10. Zur Steuerung des ersten Thyristors 14 ist ein Steuerkreis vorgesehen, welcher einen ersten Zweig mit der Serienschaltung einer Zenerdiode 16 eines Widerstandes 18 und einer Diode 20 aufweist. Durch den ersten Zweig 16,18,20 des Steuerkreises fliesst ein Strom, wenn die Diode 20 in Durchlassrichtung gepolt ist, also beispielsweise während der positiven Halbwellen der Wechselspannung. Die Zenerdiode 16 begrenzt dabei die Spannung an ihrem Verbindungspunkt A mit dem Widerstand 18 auf einen vorgegebenen Wert. Der Verbindungspunkt A ist über die Serienschaltung eines Potentiometers 22, eines Widerstandes 23 und eines Kondensators 26 mit dem anderen Anschluss der Zenerdiode 16 bzw. mit der Wechselspannungsquelle 10 verbunden. Ferner ist parallel zu dem Potentiometer 22 ein weiterer Widerstand 24 vorgesehen. Der Parallelwiderstand 24 begrenzt den Gesamtwiderstand der Parallelschaltung 22,24 auf solche Werte, dass im Steuerkreis für den ersten Thyristor 14 ein vorgegebener Mindest-Phasenanschnittswinkel nicht unterschritten werden kann. Am Verbindungspunkt B des Kondensators 26 mit dem Widerstand 23 ist die Steuerelektrode eines Schwellwertschal

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ters angeschlossen, der beim Ausführungsbeispiel als Unijunk-tion-Transistor 28 ausgebildet ist. Von den Basisanschlüssen des Unijunktion-Transistors 28 ist der eine direkt mit der Steuerelektrode des ersten Thyristors 14 und ausserdem über einen Widerstand 30 mit der Wechselspannungsquelle verbunden. Der andere Basisanschluss des Unijunktion-Transistors 28 ist über einen Widerstand 32 mit dem Verbindungspunkt A verbunden. Durch die Stabilisierung der Eingangsspannung für den Unijunktion-Transistor 28 mit Hilfe der Zenerdiode 16 wird dabei eine weitgehende Unabhängigkeit der Drehzahlsteuerung von Schwankungen der Netzspannung erreicht.

Das Zeitintervall, welches nach Beginn einer positiven Halbwelle benötigt wird, um an dem Verbindungspunkt B die erforderliche Schaltspannung für den Unijunktion-Transistor 28 zu erzeugen, ist bei vorgegebener Zenerspannung über die Zenerdiode 16 und in Abhängigkeit von den Widerstandswer-ten der Festwiderstände 23,24 von der Stellung des Potentiometers 22 abhängig. Über dieses Potentiometer 22 ist somit der Phasenanschnittswinkel für die Durchschaltung des ersten Thyristors 14 einstellbar und damit die Drehzahl des Motors 12 steuerbar.

Bei dem Drehzahlregler gemäss Fig. 1 ist ferner ein Transformator 34 vorgesehen, dessen Primärwicklung 34.1 in den Lastkreis des ersten Thyristors 14 eingefügt ist. Die Sekundärwicklung 34.2 des Transformators 34 liegt dagegen im Steuerkreis eines Drehzahlregelkreises, der nachstehend näher erläutert wird.

Im einzelnen besitzt der Drehzahlregelkreis des erfindungs-gemässen Drehzahlreglers einen zweiten Thyristor 36, der antiparallel zu dem ersten Thyristor 14 geschaltet ist, der also in Serie zu dem Motor 12 an die Wechselspannungsquelle 10 angeschlossen ist, jedoch mit der entgegengesetzten Polung wie der erste Thyristor 14. Wenn also der erste Thyristor 14 während eines Teils jeder positiven Halbwelle leitend gesteuert wird, dann wird der zweite Thyristor 36 während eines Teils jeder negativen Halbwelle der Wechselspannung aus der Wechselspannungsquelle 10 leitend gesteuert, wobei ebenfalls wieder nach dem Verfahren der Phasenanschnittsteuerung gearbeitet wird.

Im einzelnen entsteht bei der betrachteten Schaltung bei einem Strom durch die Primärwicklung 34.1 des Transformators 34 eine entsprechende Spannung auf der Sekundärseite 34.2 dieses Transformators, durch die ein Zündkondensator 38 auf eine dem Scheitelwert des Motorstroms bei leitendem ersten Thyristor 14 entsprechende Spannung aufgeladen wird, welche als Rückkopplungsspannung dient. Ausgehend von dieser Rückkopplungsspannung wird der Zündkondensator 38 während der nächsten negativen Halbwelle nachgeladen, bis die Zündspannung einer Triggerdiode 42 im Steuerkreis des zweiten Thyristors 36 erreicht ist. Der zweite Thyristor 36 wird also während jeder negativen Halbwelle um so früher durchgeschaltet, je höher der Motorstrom während der vorangegangenen positiven Halbwelle war, das heisst je höher die Belastung des Motors 12 ist.

Bei der betrachteten Schaltung wird die Aufladung des Zündkondensators 38 während der negativen Halbwelle über eine Diode 41 und einen in Reihe dazu geschalteten Widerstand 43 erreicht. Ferner ist die Sekundärwicklung 34.2 des Transformators 34 nicht unmittelbar mit dem Kondensator 38 verbunden, sondern über die Reihenschaltung eines Widerstandes 44 und einer Diode 46. Der Transformator ist sekundärsei-tig mit einem Widerstand 40 abgeschlossen. Der parallel dazu liegende Kondensator 50 dient zur Glättung und zum Unterdrücken von Störimpulsen. Weiterhin ist auf der dem Kondensator 38 abgewandten Seite der Diode 46 parallel zu dem Kondensator 38 die Reihenschaltung einer JDiode 52 und einer Zenerdiode 54 vorgesehen, um zu verhindern, dass im Verlauf einer positiven Lastwelle bei einer Last, die grösser als die

Nennlast ist, bereits die Zündspannung für die Triggerdiode 42 erreicht wird.

Damit die Spannung am Zündkondensator 38 zu Beginn jeder Halbwelle bzw. jedes Regelvorgangs eine definierte Aus-5 gangsspannung, nämlich die Spannung Null, ist, weist eine Weiterbildung des erfindungsgemässen Drehzahlreglers einen Löschkreis mit einem Hilfsthyristor 58 auf, der in Serie mit einem Widerstand 60 geschaltet ist. Diese Serienschaltung liegt parallel zu dem Zündkonsensator 38. Die Steuerelektrode des io Hilfsthyristors 58 ist mit dem Ausgang eines Schwellwertschalters in Form einer Triggerdiode 62 verbunden. Der Eingang der Triggerdiode 62 liegt am Verbindungspunkt eines Widerstandes 64 mit einer Diode 66, wobei diese beiden Bauelemente 64, 66 parallel zu einem weiteren Widerstand 68 liegen, der Teil 15 einer Serienschaltung mit einem Kondensator 70 ist, die parallel zu dem ersten Thyristor 14 liegt. Der Löschkreis mit den beschriebenen Bauelementen arbeitet wie folgt: Wenn der erste Thyristor 14 im Steuerkreis durchschaltet, dann wird der dabei entstehende Spannungssprung durch das RC-Glied 68,70 20 differenziert, wobei die Zündspannung der Triggerdiode 62 erreicht und folglich der Hilfsthyristor 58 leitend gesteuert wird. Der in Serie zu dem Hilfsthyristor 58 liegende Widerstand 60 ist relativ niederohmig, so dass beim Durchschalten des Hilfsthyristors 58 der Zündkondensator 38 praktisch voll-25 ständig entladen wird. Sobald die Spannung über dem Zündkondensator 38 dann weit genug abgebaut ist, sperrt der Thyristor 58 wieder, so dass nunmehr die erneute Aufladung des Zündkondenstors 38 auf eine Spannung erfolgen kann, die dem Spitzenwert des Stroms über den ersten Thyristor 14 und damit 30 durch den Motor 12 entspricht. Ausserdem werden in dem Löschkreis die beim Abreissen des Motorstromes entstehenden Kommutierungsspitzen durch geeignete Dimensionierung des Widerstandes 68 und des Kondensators 70, die zusammen eine sogenannte Träger-Stau-Effekt(TSE)-Beschaltung darstel-35 len, auf Werte von beispielsweise etwa 8 Volt begrenzt, die nicht zu einem Durchschalten der Triggerdiode 62 (Zündspannung etwa 32 Volt) führen. Auch die Triggerdiode 42 im Steuerkreis des zweiten Thyristor 36 ist gegen hochfrequente Störimpulse geschützt, und zwar durch einen zu ihr parallel geschalte-40 ten Kondensator 72. Schliesslich sei noch erwähnt, dass die Steuerelektrode des Hilfsthyristors 58 über einen Widerstand 74 mit dem Verbindungspunkt des Hilfsthyristors 58 und des Zündkondensators 38 verbunden ist.

Der Schutz der Triggerdiode 42 gegen Störspannungen 45 während der Dauer der positiven Halbwelle kann auch dadurch erreicht werden, dass mit der Triggerdiode 42 ein Transistor und ein Entladewiderstand in Reihe geschaltet werden, wobei der Transistor (nicht dargestellt) über seine Basis erst während der negativen Halbwelle freigegeben wird, so 5o dass Zündimpulse für den zweiten Thyristor 36 während der positiven Halbwelle der Wechselspannung ebenfalls entfallen.

Die Funktion des vorstehend anhand der Fig. 1 beschriebenen erfindungsgemässen Drehzahlreglers wird aus Fig. 2 besonders deutlich, deren Teilfiguren 2a, 2b und 2c die während 55 dreier verschiedener Betriebsarten vorhandene Spannung am Motor 12 zeigen, und deren Teilfiguren 2d-2f den Spannungsverlauf über den Zündkondensator 38 bei diesen Betriebsarten zeigen.

Im einzelnen gelten die Fig. 2a und 2d für den Leerlauf des 60 Motors, die Fig. 2b und 2e für den Normalbetrieb, bei der die Drehzahl auf einen vorher eingestellten Wert geregelt wird, und die Fig. 2c und 2f für den Fall, dass der Motor mit Nennlast arbeitet. Aus Fig. 2 wird deutlich, dass in allen drei Betriebsfällen der während der positiven Halbwelle fliessende Strom 65 zunächst dazu führt, dass die Spannung über dem Zündkondensator 38 - diese Spannung ist als Uc bezeichnet - auf ein bestimmtes Niveau ansteigt und dann bis zum Ende der positiven Halbwelle auf diesem Niveau bleibt. Das am Ende der posi-

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tiven Halbwelle erreichte Niveau der Spannung Uc ist nun bei Leerlauf, Teillast (Fig. 2b, e) und Nennlast verschieden und erreicht bei Nennlast den höchsten Wert, während sich bei Leerlauf der niedrigste Wert ergibt. Ausgehend von dem im Verlauf der positiven Halbwelle erreichten Niveau steigt die 5 Spannung Uc über dem Zündkondensator 38 dann während der darauffolgenden negativen Halbwelle an und nähert sich dabei der Zündspannung Uz für die Triggerdiode 42. Wie Fig. 2 zeigt, wird nun diese Zündspannung Uz bei Leerlauf gar nicht erreicht, da hier der Motorstrom während der positiven Halb- i o welle gering ist und folglich die Spannung über dem Zündkondensator 38 nur ein relativ niedriges Niveau erreicht. Dies hat zur Folge, dass bei Leerlauf des Motors 12 der zweite Thyristor 36 während der gesamten negativen Halbwelle gesperrt bleibt. Bei Teillast wird dagegen bereits während der positiven Halb- i s welle ein relativ hohes Niveau der Spannung Uc über dem Zündkondensator 38 erreicht, so dass der Thyristor 36 nach Erreichen der Zündspannung Uz für die Triggerdiode 42 während eines Teils der nachfolgenden negativen Halbwelle leitend gesteuert wird. Bei dem dritten betrachteten Betriebsfall, ?o das heisst bei Nennlast, ist das während der positiven Halbwelle erreichte Niveau der Spannung Uc über dem Zündkondensator 38 so hoch, dass zum Erreichen der Zündspannung U2

nur noch eine geringe zusätzliche Nachladung des Zündkondensators 38 während der negativen Halbwelle erforderlich ist, so dass der Thyristor 36 bereits kurz nach Beginn der negativen Halbwelle leitend gesteuert wird. Aus Fig. 2 wird deutlich, dass • der erfindungsgemässe Drehzahlregler bei einem vorgegebenen Leitwinkel a im Drehzahlsteuerkreis die mittlere Stromstärke durch den Motor 12 lastabhängig innerhalb weiter Grenzen regelt. Der Leitwinkel a selbst wird in dem Drehzahlsteuerkreis durch entsprechende Einstellung des Potentiometers 22 vorgegeben. Dabei ist die Widerstandskombination 22,23,24 so ausgelegt, dass bei Einstellung des Potentiometers 22 auf die Drehzahl Null immer noch ein gewisser minimaler Leitwinkel a für den Thyristor 14 des Drehzahlsteuerkreises gewährleistet ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass der Löschkreis am Ende jeder positiven Halbwelle eine Entladung des Zündkondensators 38 herbeiführt. Andererseits wird der Mindestleitwinkel a so klein gehalten, dass der Motor 12 noch nicht anläuft. Dies kann beispielsweise bei Leitwinkeln von etwa 40° erreicht werden.

Abschliessend sei noch darauf hingewiesen, dass die Triggerdioden 42 und 62 vorzugsweise als Diacs ausgebildet sind und dass auch anstelle des Unijunktion-Transistors 28 mit Vorteil ein Diac eingesetzt werden kann.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

623436 PATENTANSPRÜCHE

1. Drehzahlregler für einen elektrischen Universalmotor, mit einem gesteuerten Halbleiter in Serie zum Motor, mit einem Schwellwertschalter im Steuerkreis des gesteuerten Halbleiters und mit einem RC-Kreis mit über ein Potentiometer 5 einstellbarer Zeitkonstante auf der Eingangsseite des Schwellwertschalters, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter steuerbarer Halbleiter (36) gegenpolig und parallel zu dem ersten steuerbaren Halbleiter (14) geschaltet ist, dessen Steuerkreis induktiv mit dem Lastkreis des ersten steuerbaren Halb- 10 leiters (14) gekoppelt ist und einen Kondensator (38) enthält,

der zunächst auf eine Spannung aufladbar ist, die von der Stromstärke im Lastkreis des ersten steuerbaren Halbleiters (14) abhängig ist, und der dann mit einer vorgegebenen Zeitkonstanten weiter bis auf die erforderliche Zündspannung (Uz) 15 für einen Schwellwertschalter (42) im Steuerkreis des zweiten steuerbaren Halbleiters (36) aufladbar ist.

2. Drehzahlregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Löschkreis (58-70) vorgesehen ist, mit dessen Hilfe der Kondensator (38) zu Beginn jedes Arbeitszyklus auf eine 20 definierte Spannung entladbar ist.

3. Drehzahlregler nach Anpruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbaren Halbleiter Thyristoren (14,36)

sind.

4. Drehzahlregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich- 25 net, dass der Löschkreis einen Hilfsthyristor (58) aufweist, dessen Schaltstrecke parallel zu dem Kondensator (38) liegt.

5. Drehzahlregler nach Anpruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Löschkreis ein Differenzglied (68,70) zur Erzeugung von Löschimpulsen bei jedem Durchschalten des ersten 30 steuerbaren Halbleiters (14) aufweist.

6. Drehzahlregler nach Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur induktiven Kopplung des Lastkreises des ersten steuerbaren Halbleiters (14) mit dem Steuerkreis des zweiten steuerbaren Halbleiters (36) ein Transformator (34) vorgesehen 35 ist, von dessen Sekundärwicklung (34.2) eine auf die Zündspannung (Uz) des Schwellwertschalters (42) abgestimmte Spannung abgreifbar ist.

7. Drehzahlregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkreis des ersten Halbleiters (14) eine Zener- 40 diode (16) zur Stabilisierung der Eingangsspannung des Schwellwertschalters (28) dieses Steuerkreises gegenüber Schwankungen der Netzspannung enthält.