CH648443A5

CH648443A5 - Device for limiting the rotation speed of a series-wound motor

Info

Publication number: CH648443A5
Application number: CH497479A
Authority: CH
Inventors: Gediminas Bateika
Original assignee: Pfaff Haushaltmasch
Priority date: 1978-07-06
Filing date: 1979-05-29
Publication date: 1985-03-15
Also published as: SE7905597L; SE447040B; DE2829657A1; DE2829657C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches-1. The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.

Beim Reihenschlussmotor ist das Magnetfeld bei kleiner Belastung schwach, bei grosser Belastung dagegen stark, da der volle Motorenstrom um die Pole fliesst. Daher verändert sich auch die Drehzahl des Motors sehr stark mit seiner Belastung. Der Motor läuft bei grosser Belastung langsam, bei kleiner Belastung schnell. Beim Antrieb einer Maschine besteht die Belastung des Motors beim Leerlauf der Maschine nur aus den in den Lagern erzeugten Reibungswiderständen. In vielen Fällen nimmt im Laufe der Zeit durch das Einlaufen die Reibung der bewegten Teile der angetriebenen Maschine ab und damit die Drehzahl des Motors im Leerlauf zu. Ausserdem weisen sowohl die Reibungswiderstände der angetriebenen Maschine als auch der evtl. Verwendung findende Anlasserwiderstand Herstellungstoleranzen auf, die die Einstellung einer einheitlichen Enddrehzahl der Maschine bei deren Herstellung nicht zulassen. In the series motor, the magnetic field is weak at low loads, but strong at high loads, since the full motor current flows around the poles. Therefore, the speed of the engine changes very strongly with its load. The engine runs slowly when the load is high, and runs quickly when the load is low. When driving a machine, the load on the motor when the machine is idling consists only of the frictional resistance generated in the bearings. In many cases, running-in reduces the friction of the moving parts of the driven machine and thus the speed of the engine when idling. In addition, both the frictional resistances of the driven machine and the starter resistance which may be used have manufacturing tolerances which do not permit the setting of a uniform final speed of the machine during its manufacture.

Infolge der steilen Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie des Motors im niedrigen Drehmomentbereich wächst die Drehzahl des Motors bei kleiner Belastungsabnahme sehr stark an. As a result of the steep speed-torque characteristic curve of the motor in the low torque range, the speed of the motor increases very rapidly with a small decrease in load.

Um dies zu verhindern, wird bei den bekannten Einrichtungen dieser Art die Drehzahl mittels fliehkraftgesteuerter Schalter begrenzt, die den Strom zum Motor bei Überschreitung der maximal eingestellten Drehzahl abschalten. Ein derartiger Fliehkraftschalter ist platzaufwendig und störanfällig. In order to prevent this, in the known devices of this type the speed is limited by means of centrifugal force switches which switch off the current to the motor when the maximum set speed is exceeded. Such a centrifugal switch is space-consuming and prone to failure.

Zur Vermeidung dieser Nachteile liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Einrichtung zur Drehzahlbegrenzung einfachster Art für einen Reihenschlussmotor zu schaffen. Dies wird durch getakteten Kurzschluss des Motorankers oberhalb eines einstellbaren Drehzahlbereiches mittels eines in Abhängigkeit von der Ankerspannung gesteuerten Phasenanschnitt-Halbleiters gelöst. Zweckmässiger Weise kann der Phasenanschnitt-Halbleiter parallel zum Anker des Motors geschaltet sein. To avoid these disadvantages, the invention has for its object to provide an electronic device for speed limitation of the simplest kind for a series motor. This is solved by clocked short circuit of the motor armature above an adjustable speed range by means of a phase gating semiconductor controlled as a function of the armature voltage. The phase gating semiconductor can expediently be connected in parallel to the armature of the motor.

Um einen optimalen Zündbereich des Phasenanschnitt-Halbleiters zu erhalten, weist dieser vorteilhafterweise einen Zündkreis mit einer mehrfachen RC-Kombination auf, die zur Veränderung des Drehmomentbereiches einstellbar ist. Damit Iässt sich eine maximale Drehzahl von gleichartigen Maschinen mit durch die Herstellungstoleranzen bedingten unterschiedlichen Reibungswiderständen auf einen gleichen Wert einstellen. In order to obtain an optimal ignition range of the phase gating semiconductor, the latter advantageously has an ignition circuit with a multiple RC combination, which can be adjusted to change the torque range. This means that a maximum speed of the same type of machine with different frictional resistances due to the manufacturing tolerances can be set to the same value.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Die Fig. 1 zeigt ein Schaltschema der Motorsteuerung und die Fig. 2 die Drehzahl-Drehmoment-Kennli-nie des Motors. An embodiment of the invention is shown in the drawing. Fig. 1 shows a circuit diagram of the engine control and Fig. 2 shows the speed-torque characteristic of the engine.

Von den Klemmen R, Mp eines Wechselstromnetzes wird über einen Schalter l Spannung an die beiden Feldwicklungen 2,3 und den Anker 4 eines Reihenschlussmotors 5 gelegt. In der Zuleitung kann ein Anlasserwiderstand 6 angeordnet sein, wenn die Drehzahl des Motors 5 in weiten Grenzen geändert werden soll. From the terminals R, Mp of an AC network, voltage is applied to the two field windings 2, 3 and the armature 4 of a series motor 5 via a switch 1. A starter resistor 6 can be arranged in the feed line if the speed of the engine 5 is to be changed within wide limits.

An zwei zwischen dem Motoranker 4 und den jeweiligen Feldspulen 2 bzw. 3 liegenden Anschlüssen 7 und 8 ist ein steuerbarer Halbleiter 9, beispielsweise ein Triac, parallel zum Motoranker 4 angeschlossen. A controllable semiconductor 9, for example a triac, is connected in parallel to the motor armature 4 at two connections 7 and 8 between the motor armature 4 and the respective field coils 2 and 3.

Von dem Anschluss 7 führt eine Leitung 10 zum Anschluss A2 des Triac 9 und vom Anschluss 8 eine Leitung 11 zum Anschluss A, des Triac 9. Der Steüeranschluss St des Triac 9 ist über einen Widerstand 12 mit der Leitung 11 verbunden. Ausserdem ist er mit einem Diac 13 verbunden, der an einer Verbindungsstelle 14 eines aus einem Kondensator 15 und einem Widerstand 16 bestehenden RC-Gliedes 17 angeschlossen ist. A line 10 leads from the connection 7 to the connection A2 of the triac 9 and from the connection 8 leads a line 11 to the connection A, the triac 9. The control connection St of the triac 9 is connected to the line 11 via a resistor 12. In addition, it is connected to a diac 13 which is connected to a connection point 14 of an RC element 17 consisting of a capacitor 15 and a resistor 16.

Der Kondensator 15 ist dabei zwischen die Verbindungsstelle 14 und die Leitung 11 und der Widerstand 16 zwischen die Verbindungsstelle 14 und eine Verbindungsstelle 18 geschaltet. Diese verbindet zwei in Reihe geschaltete Widerstände 19 und 20 mit einem Kondensator 21 eines zweiten RC-Gliedes 22, das zwischen den Leitungen 10 und 11 liegt. Der eine Widerstand 19 ist zur Veränderung der Zeitkonstante des RC-Gliedes 22 verstellbar. The capacitor 15 is connected between the connection point 14 and the line 11 and the resistor 16 between the connection point 14 and a connection point 18. This connects two resistors 19 and 20 connected in series with a capacitor 21 of a second RC element 22, which lies between the lines 10 and 11. One resistor 19 is adjustable to change the time constant of the RC element 22.

In Fig. 2 ist die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie des Reihenschlussmotors 5 dargestellt. Die auf der Ordinate aufgetragene Drehzahl ist mit n, das auf der Abszisse aufgetragene Drehmoment mit Md bezeichnet. Die stark ausgezogene Kurve 23 stellt den Verlauf der Kennlinie für den Betrieb eines Motors ohne die erfindungsgemässe Einrichtung dar. Im niedrigen Belastungsbereich links vom Punkt 24 ergeben sich bei kleinen Belastungsänderungen bereits starke Drehzahländerungen. Die Linie 25 zeigt den veränderten Kurvenverlauf der Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie links des Punktes 24 beim Betrieb des Motors 5 mit der erfindungsgemässen Einrichtung. 2, the speed-torque characteristic curve of the series motor 5 is shown. The speed plotted on the ordinate is designated by n, the torque plotted on the abscissa by Md. The strongly drawn curve 23 represents the course of the characteristic curve for the operation of an engine without the device according to the invention. In the low load range to the left of point 24, there are already strong speed changes with small load changes. Line 25 shows the changed curve profile of the speed-torque characteristic curve to the left of point 24 when the engine 5 is operated with the device according to the invention.

Die Einrichtung arbeitet wie folgt: The facility works as follows:

Die am Anker 4 des Motors auftretende Spannung ist der Drehzahl des Motors 5 annähernd proportional. Je nach der Spannungsdifferenz zwischen den Anschlüssen 7 und 8 fliesst ein entsprechender Strom über die beiden Widerstände 19 und 20 und lädt den Kondensator 21. Ausserdem fliesst ein Teilstrom über den Widerstand 16 und lädt den Kondensator 15. Durch die beiden hintereinandergeschalteten RC-Glieder 22 und 17 lässt sich eine optimale Phasenverschiebung der Spannungen zwischen dem Anker 4 und dem Diac 13 von 90° erzielen. The voltage occurring at the armature 4 of the motor is approximately proportional to the speed of the motor 5. Depending on the voltage difference between the terminals 7 and 8, a corresponding current flows through the two resistors 19 and 20 and charges the capacitor 21. In addition, a partial current flows through the resistor 16 and charges the capacitor 15. Through the two series-connected RC elements 22 and 17, an optimal phase shift of the voltages between the armature 4 and the diac 13 of 90 ° can be achieved.

Solange der Motor unterhalb der Drehzahl betrieben wird, die durch den Punkt 24 auf der Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie 23 in Fig. 2 vorgegeben ist, spricht die erfindungsgemässe Anordnung nicht an, da der Kondensator 15 nicht ausreichend geladen wird und die Spannung an der Verbindungsstelle 14 zu einem Durchschalten des Diac 13 nicht ausreicht. Die unterhalb des Punktes 24 liegende Drehzahl des Motors 5 kann dabei durch entsprechende Belastung des Motors 5 oder aber auch durch entsprechende Einstellung des Anlasserwiderstandes 6 hervorgerufen sein. As long as the motor is operated below the speed that is specified by point 24 on the speed-torque characteristic curve 23 in FIG. 2, the arrangement according to the invention does not respond, since the capacitor 15 is not sufficiently charged and the voltage at the connection point 14 is not sufficient to switch the diac 13 through. The speed of the engine 5 lying below the point 24 can be caused by a corresponding load on the engine 5 or else by a corresponding setting of the starter resistor 6.

Übersteigt die Drehzahl des Motors 5 und die damit proportionale Spannung am Anker 4 eine bestimmte Grenze, so wird an der Verbindungsstelle 14 eine zum Durchschalten des Diac 13 genügend hohe Spannung erreicht. Der Diac 13 zündet den Triac 9, der den Anker 4 bis zum nächsten Nulldurchgang des Motorstromes kurzschliesst. Dabei entsteht ein Bremsmoment im Motor 5 und dessen Drehzahl sinkt ab. If the speed of the motor 5 and the voltage proportional to it at the armature 4 exceeds a certain limit, a sufficiently high voltage for switching the diac 13 through is reached at the connection point 14. The diac 13 ignites the triac 9, which short-circuits the armature 4 until the next zero crossing of the motor current. This creates a braking torque in the motor 5 and its speed drops.

Der Zündwinkel des Triac 9 ist der Zunahme der Drehzahl des Motors 5 in einem gewissen Bereich proportional, so dass annähernd eine der Drehzahlzunahme proportionale Bre'msdauer eintritt. Durch die Einrichtung zur Drehzahlbe5 The firing angle of the triac 9 is proportional to the increase in the speed of the engine 5 within a certain range, so that approximately a brake duration proportional to the speed increase occurs. Through the device for speed control5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

648 443 648 443

grenzung des Reihenschlussmotors 5 ändert sich daher der Verlauf der Kurve 23 in Fig. 2 im niedrigen Drehmomentenbereich links von dem Punkt 24 so, wie es die gestrichelte Linie 25 zeigt. delimitation of the series motor 5, therefore, the curve 23 in FIG. 2 changes in the low torque range to the left of the point 24, as shown by the broken line 25.

Eine Verschiebung der durch den Punkt 24 der Drehzahl- 5 Drehmoment-Kennlinie gekennzeichneten Grenze, bei welcher die erfindungsgemässe Einrichtung anspricht, ergibt sich durch Verstellen des Widerstandes 19, wodurch sich der A shift in the limit identified by point 24 of the speed-5 torque characteristic curve, at which the device according to the invention responds, results from adjusting the resistor 19, as a result of which the

Zündwinkel des Triac 9 und damit die Ansprechdauer des Bremsvorganges entsprechend verändert. Firing angle of the triac 9 and thus the response time of the braking process changed accordingly.

Durch Verwendung eines VDR-Widerstandes und/oder eines NTC-Widerstandes in Kombination mit dem Widerstand 20 lassen sich Temperatur- und Netzspannungsschwenkungen ausschalten und die Neigung der Drehzahl-Drehmo-ment-Kennlinie beeinflussen. By using a VDR resistor and / or an NTC resistor in combination with the resistor 20, temperature and mains voltage fluctuations can be switched off and the inclination of the speed-torque characteristic curve can be influenced.

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

648 443

1. Device for limiting the speed of a series-circuit motor operated with alternating current, characterized by a clocked short-circuit of the armature (4) of the motor (5) above an adjustable speed range and causing phase-cut-off semiconductors (9) which are controlled as a function of the armature voltage.

2. Device according to claim 1, characterized in that the phase gating semiconductor (9) is connected in parallel to the armature (4) of the motor (5).

2nd

PATENT CLAIMS

3. Device according to claim 2, characterized in that the phase gating semiconductor (9) has an ignition circuit with a multiple RC combination (17, 22).

4. Device according to claim 3, characterized in that the RC combination (17.22) is adjustable.