CH648709A5 - Rotation-speed regulator for a universal motor which is operated from an AC voltage power supply - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Drehzahlregler nach der Gattung des Patentanspruchs 1. Es ist bereits ein solcher Drehzahlregler bekannt (DE-OS 27 02 142), bei dem der Schwellwertschalter als Unijunction-Transistor ausgebildet ist, der mit seiner Steuerelektrode an dem RC-Glied angeschlossen ist. Dem RC-Glied ist eine Zenerdiode parallelgeschaltet, die ihrerseits wiederum parallel zum Wechselspannungsnetz liegt. Damit ist die Eingangsspannung für das RC-Glied im wesentlichen konstant, auch wenn Schwankungen in der Netzwechselspannung auftreten. Der Kondensator des RC-Gliedes erreicht in jeder postitiven Halbphase der Netzwechselspannung immer zum gleichen Zeitpunkt die zum Zünden des Unijunction-Transistors erforderliche Ladespannung und der steuerbare Halbleiter wird damit immer zum gleichen Zeitpunkt gezündet. Bei gleichen Zündwinkel bedeutet aber eine höhere Netzspannung einen höheren Effektivwert der Betriebsspannung für den Motor. Die Drehzahl des Motors wird sich daher ebenfalls entsprechend den Schwankungen der Netzwechselspannung ändern, was sich insbesondere im niederen Drehzahlbereich des Motors nachteilig bemerkbar macht.

Der erfindungsgemässe Drehzahlregler mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass der Effektivwert der am Motor liegenden Spannung im wesentlichen konstant gehalten wird. Damit kann ein mit einem solchen Drehzahlregler ausgerüsteter Universalmotor an 220-V-Netzen betrieben werden, die einen Spannungsunterschied von ± 10% aufweisen, ohne dass grosse Drehzahldifferenzen auftreten. Auch während des Betriebes des Motors im Netz selbst auftretende Spannungsschwankungen, die die Drehzahl beeinflussen, werden ohne Verzögerung ausgeglichen. Der Motor läuft mit im wesentlichen konstanter Drehzahl. Durch die erfindungsgemässe Drehzahlkorrektur bei unterschiedlichen Netzspannungswerten besteht darüber hinaus auch keine Gefahr mehr, dass ein Motor bei arretierter Schalterstellung als Folge von zu niedriger Netzspannung nicht dreht.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Massnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Patentanspruch 1 angegebenen Drehzahlreglers möglich.

Die Erfindung ist anhand eines in dër Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild eines Drehzahlreglers,

Fig. 2-4 jeweils schematische Diagramme des Spannungsverlaufs an zwei verschiedenen Punkten des Drehzahlreglers und des Stromverlaufs im Motor für drei unterschiedliche N etzspannungswerte.

In dem in Fig. 1 dargestellten Schaltplan ist der Drehzahlregler 10 durch strichpunktierte Umrahmung gekennzeichnet. Mit seinen beiden Anschlussklemmen 11 und 12 ist der Drehzahlregler 10 an ein übliches Wechselspannungsnetz 15 mit einer Spannung von 220 V und eine Frequenz von 50 Hz angeschlossen. Mit den Anschlussklemmen 13 und 14 des Drehzahlreglers 10 ist ein Universalmotor 16 in Form eines Reihenschlusskollektormotors verbunden. Der Motor 16 liegt damit in Reihe mit einem als Thyristor 17 ausgebildeten steu5

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erbaren Halbleiter unmittelbar an dem Wechselspannungsnetz 15. Der Thyristor 17 ist phasenanschnittsgesteuert.

Hierzu ist ein Steuerkreis vorgesehen, der einen Schwellwertschalter 18 und ein RC-Glied 19 mit einstellbarer Zeitkonstante aufweist. 5

Der Schwellwertschalter 18, der einen steuerbaren Schwellwert aufweist, ist hier als ein programmierbarer Unijunction-Transistor 20, im folgenden kurz PUT 20 genannt, ausgebildet. Eine Steuerschaltung 21 verändert den Schwellwert des PUT 20 im wesentlichen proprotional zu den 10 Schwankungen der Netzspannung des Wechselspannungsnetzes 15. Diese Steuerschaltung 21 weist einen einstellbaren Spannungsteiler 22 auf, der aus den Widerständen 23, 24 und 25 besteht, wobei der Widerstand 24 als Potentiometer ausgebildet ist. Mit dem Teilerabgriff 26 des Spannungsteilers 22 ist15 der Anoden-Steueranschluss des PUT 20 verbunden. Zwischen dem Teilerabgriff 26 und dem unteren Potentialpunkt des Spannungsteilers 22 ist noch ein Dämpfungskondensator 27 angeschlossen. Die Katode des PUT 20 ist über einen Widerstand 28 mit der Steuerelektrode des Thyristors 17 ver- 20 bunden.

Das RC-Glied 19 weist einen Kondensator 29, einen Widerstand 30 und einen einstellbaren Widerstand 31 auf. Die drei genannten Schaltungselemente sind in Reihe geschaltet und einer Zenerdiode 32 parallelgeschaltet. Zur 25 Linearisierung der Leerlaufdrehzahl über den Potentiometerweg ist ein weiterer Widerstand 56 parallel zum einstellbaren Widerstand 31 (Potentiometer) angeordnet. Zur Steuerschaltung 21 gehört ausserdem noch ein Widerstand 33, der zusammen mit der Zenerdiode 32 eine Reihenschaltung bildet, die 30 in Reihe mit einem Widerstand 34 und einer Diode 35 parallel zu den Anschlussklemmen 11 und 12 des Drehzahlreglers 10 und damit parallel zum Wechselspannungsnetz 15 geschaltet ist. Parallel zur Reihenschaltung aus Zenerdiode 32 und Widerstand 33 ist der Spannungsteiler 22 angeschlossen. Das 35 RC-Glied 19 ist mit der Anode des PUT 20 verbunden, und zwar ist hier der Verbindungspunkt von Kondensator 29 und Widerstand 30 an der Anode des PUT 20 angeschlossen.

Zu dem Thyristor 17 ist ein zweiter Thyristor 36 parallel und gegenpolig geschaltet, so dass in jeder Halbwelle der 40 Netzwechselspannung des Wechselspannungsnetzes 15 einer der beiden Thyristoren 17 und 36 jeweils Strom führen kann. Der zweite Thyristor 36 ist ebenfalls phasenanschnittgesteuert und weist hierzu einen Steuerkreis mit einem Schwellwertschalter 37 und einem RC-Glied 38 auf. Der Schwellwert- 45 Schalter 37 ist als Triggerdiode 39 ausgebildet, die im Steuerelektrodenzweig des Thyristors 36 angeordnet ist. Das RC-Glied 38 besteht aus einem Kondensator 40, der einerseits an der Katode des Thyristors 36 und andererseits am Eingang der Triggerdiode 39 angeschlossen ist, und aus einem Wider- 50 stand 41. Ausserdem weist der Steuerkreis noch einen Kondensator 42 auf, dem das RC-Glied 38 parallelgeschaltet ist. Der Widerstand 41 des RC-Gliedes 38 ist gleichzeitig Teil einer dem Kondensator 42 parallelgeschalteten Reihenschaltung, die noch eine Diode 43 und einen Widerstand 44 auf- 35 weist.

Der Steuerkreis für den Thyristor 36 ist induktiv mit dem Lastkreis des Thyristors 17 gekoppelt. Hierzu ist ein Transformator 45 vorgesehen, dessen Primärwicklung 46 zwischen der Anschlussklemme 14 des Drehzahlreglers 10 und der Anode 60 des ersten Thyristors 17 eingeschaltet ist. Die Sekundärwicklung 47 des Transformators 45 liegt in Serie mit einer Diode 48 und dem Kondensator 42. Ein einstellbarer Widerstand 49 ist der Sekundärwicklung 47 parallelgeschaltet. Über den Transformator 45 ist der Kondensator 40 des RC-Gliedes 38 65 zunächst auf eine Spannung aufladbar, die von der Stromstärke im Lastkreis des ersten Thyristors 17 abhängig ist. Anschliessend, und zwar während derjenigen Halbwelle der

Netzwechselspannung des Wechselspannungsnetzes 15, in welcher der zweite Thyristor 36 gezündet werden kann, wird der Kondensator 40 weiter bis auf die erforderliche Zündspannung des Schwellwertschalters 37 bzw. der Triggerdiode 39 aufgeladen. Hierzu ist eine aus der Reihenschaltung einer Diode 50 und eines Widerstandes 51 bestehende Sperreinrichtung 52 für die Diode 43 vorgesehen, welche Sperreinrichtung einerseits mit der zu der Anschlussklemme 11 führenden Leitung des Drehzahlreglers 10 und andererseits mit dem Verbindungspunkt von Diode 43 und Widerstand 44 verbunden ist. Eine aus der Reihenschaltung eines Kondensators 53 und eines Widerstandes 54 bestehende Thyristor-Schutzschaltung ist an der Anschlussklemme 11 und an der Anschlussklemme 14 des Drehzahlreglers 10 angeschlossen. Eine Entstör-Kon-densator-Kombination 55 liegt zwischen den Anschlussklemmen 11 und 12 des Drehzahlreglers 10.

Der vorstehend beschriebene Drehzahlregler 10 arbeitet wie folgt:

Während einer positiven Halbwelle der Netzwechselspannung des Wechselspannungsnetzes 15 fliesst ein Strom über die Diode 35, den Widerstand 34 und der Reihenschaltung aus Widerstand 33 und Zenerdiode 32. Geht man davon aus, dass das Wechselspannungsnetz gerade Nennspannung aufweist (Fig. 2, 1. Diagramm), so fällt an der Reihenschaltung von Zenerdiode 32 und Widerstand 33 die in Fig. 2 dargestellte Summenspannung U32 + U33 ab. Diese Summenspannung U32 + U33 liegt an dem Spannungsteiler 22. Der Kondensator 29 des RC-Gliedes 19 wird mit der konstanten Spannung U32 aufgeladen. Der Spannungsverlauf am Kondensator 29 ist in Fig. 2 mit U29 bezeichnet und in dem dritten Diagramm darstellt. Sobald die Spannung U29 die Schwellwertspannung Up2o des PUT 20, die durch den einstellbaren Widerstand 24 vorgebbar ist, übersteigt, zündet der PUT 20 und der Thyristor 17 erhält einen Zündimpuls. Mit Leitendwerden des Thyristors 17 fliesst ein Strom über den Motor 16, die Sekundärwicklung 46 des Tranformators 45 und den Thyristor 17, wobei die Höhe dieses Stromes in erster Näherung von der Belastung des Motors 16 abhängig ist. Da die Verso-rungsspannung U32 des RC-Glieds 19 konstant ist, ist auch bei festgelegter Schwellwertspannung UP2o des PUT 20 der Zündzeitpunkt des Thyristors 17 innerhalb der positiven Halbwelle der Netzwechselspannung unveränderlich festgelegt. Erhöht sich die Netzspannung des Wechselspannungsnetzes 15 um z.B. + 10% (in Fig. 3 durch das " + "-Symbol dargestellt), so bleibt die Spannung U32 konstant und die Spannung U33 am Widerstand 33 steigt proportional mit der Spannungsänderung des Wechselspannungsnetzes. Die Summenspannung U32 + U33, die an dem Spannungsteiler 22 liegt, erhöht sich, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Damit wird auch das Potential des Teilerabgriffs 26 des Spannungsteilers 22 angehoben und damit auch die Schwellwertspannung Up20 des PUT 20. Da der Kondensator 29 des RC-Gliedes 19 mit unveränderter Zeitkonstante und Eingangsspannung aufgeladen wird, die Schwellwertspannung UP2o des PUT 20 aber höher liegt, wird diese innerhalb der positiven Halbwelle der Netzwechselspannung zeitlich später erreicht, so dass der Zündwinkel der Phasenanschnittsteuerung des Thyristors 17 vergrössert wird. Durch die Spannungserhöhung der Netzwechselspannung hat sich der Scheitelwert der am Motor 16 liegenden Spannung ebenfalls erhöht. Bei geeigneter Dimensionierung des Steuerkreises für den Thyristor 17 wird aber der Zündwinkel des Thyristors 17 soweit verschoben, dass der Effektivwert der während der postitiven Halbphase der Netzwechselspannung an dem Motor 16 liegenden Spannung gegenüber dem vorherigen Betrieb mit Nenn-Netzwechsel-spannung im wesentlichen unverändert bleibt.

Sinkt die Netzwechselspannung unter ihren Nennwert ab, wie in Fig. 4 dargestellt und mit dem " — "-Symbol bezeichnet

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ist, so wird im gleichen Masse die Summenspannung U32 + U33 reduziert. Die Schwellwertspannung UP2o des PUT 20 sinkt ebenfalls. Damit wird der Zündzeitpunkt des Thyristors 17 während der postitiven Halbphase der Netzwechselspannung vorverlegt. Der Zündwinkel des Thyristors 17 wird s damit soweit verkleinert, dass trotz kleinerem Scheitelwert der am Motor 16 liegenden Spannung deren Effektivwert im wesentlichen gegenüber Nennbetrieb konstant bleibt.

Sobald der Thyristor 17 zündet, fliesst durch die Reihenschaltung von Motor 16, Sekundärwicklung 46 des Transfor- 10 mators 45 und Thyristor 17 ein Strom, der in den Figuren 2-4 für die jeweiligen verschiedenen Spannungswerte der Netzwechselspannung dargestellt und mit Im bezeichnet ist. Dieser Strom ruft in der Sekundärwicklung 47 des Transformators 45 einen entsprechenden Strom hervor, der den Kondensator 42 15 auflädt. Dessen Aufladung am Ende der positiven Halbwelle ist von der Grösse des Scheitelwerts des jeweils fliessenden Stromes Im abhängig. Noch während der positiven Halbwelle der Netzwechselspannung entlädt sich der Kondensator 42 bereits teilweise über die Reihenschaltung des Widerstandes 20 41, der Diode 43 und des Widerstandes 44. Durch geeignete Dimensionierung der Schaltungselemente wird diese Aufladung des Kondensators 40 in jedem Fall so klein gehalten,

dass die Zündspannung der Triggerdiode 39 nicht erreicht wird. 25

Zu Beginn der negativen Halbwelle der Netzwechselspannung beginnt nunmehr ein Strom über die Reihenschaltung von Diode 50, Widerstand 51 und Widerstand 44 zu fliessen, der zur Folge hat, dass die Diode 43 sperrt. Mit Sperren der Diode 43 wird der Kondensator 40, ausgehend von dem wäh- 30 rend der positiven Halbwelle erreichten Ladungsniveau, von dem Widerstand 43 weiter aufgeladen. Sobald die Ladespannung des Kondensators 40 die Zündspannung der Triggerdiode 39 übersteigt, bricht diese durch, und der Thyristor 36 wird gezündet.

Da der Strom Im durch den Motor 16 im wesentlichen von der Belastung des Motors abhängig ist, ist es möglich, die Speisung des Motors 16 während jeder zweiten Halbwelle der Netzwechselspannung in Abhängigkeit von der Belastung des Motors zu regeln, und zwar in dem Sinne, dass die Drehzahl unabhängig von der jeweiligen Belastung möglichst weitgehend aufrechterhalten wird. Da aber auch - wie in Fig. 2-4 dargestellt ist - der Scheitelwert des durch den Motor 16 fliessenden Stroms IM bei Spannungsänderungen im Wechselspannungsnetz 15 durch den Steuerkreis für den Thyristor 17 in entgegengesetztem Sinne beeinflusst wird, ändert sich auch das Ladungsniveau des Kondensators 40 im Steuerkreis für den zweiten Thyristor 36, das - wie vorstehend ausgeführt -abhängig von dem Scheitelwert des Stromes IM im Lastkreis des ersten Thyristors 17 ist. Damit erfolgt auch eine Berücksichtigung der sich ändernden oder geänderten Netzwechselspannung in der zweiten (negativen) Halb welle der Netzwechselspannung im Sinne einer verbesserten Drehzahlkonstanz bei sich ändernder Netzwechselspannung.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So ist es z.B. möglich, den Steuerkreis für den zweiten Thyristor 36 wie in der DE-OS 27 02 142 beschrieben aufzubauen, ohne dass erfindungsgemässe Vorteile verlorengehen. Auch ist es möglich, in der zweiten Halbwelle der Netzwechselspannung - wie in der Praxis häufig zu finden - überhaupt keine Steuer- und Rege-lungsgmöglichkeiten vorzusehen.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

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1. Drehzahlregler für einen an einem Wechselspannungsnetz betriebenen Universalmotor, mit einem in Reihe mit dem Motor liegenden gesteuerten Halbleiter, mit einem Schwellwertschalter im Steuerkreis des gesteuerten Halbleiters und mit einem RC-Glied mit einstellbarer Zeitkonstante auf der Eingangsseite des Schwellwertschalters, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwertschalter (18) einen in seiner Grösse steuerbaren Schwellwert aufweist und dass eine Steuerschaltung (21) vorgesehen ist, die den Schwellwert in Abhängigkeit von Spannungsänderungen im Wechselspannungsnetz (15) ändert.

2. Drehzahlregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwertschalter (18) als programmierbarer Unijunction-Transistor (20) ausgebildet ist und dass die Steuerschaltung (21) einen vorzugsweise einstellbaren Spannungsteiler (22) aufweist, an dessen Teilerabgriff (26) der Anoden-Steueranschluss des programmierbaren Unijunction-Transi-stors (20) angeschlossen ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Drehzahlregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (21) einen Widerstand (33) aufweist, der mit einem, vorzugsweise als Zenerdiode (32) ausgebildeten, Spannungsbegrenzungselement eine Reihenschaltung bildet, die, vorzugsweise in Reihe mit einer Diode (35), dem Wechselspannungsnetz (15) parallelgeschaltet ist, und dass der Spannungsteiler (22) der Reihenschaltung (32, 33) parallelgeschaltet ist.

4. Drehzahlregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Teilerabgriff (26) und dem unteren Potentialpunkt des Spannungsteilers (22) ein Dämpfungskondensator (27) angeschlossen ist.

5. Drehzahlregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode des programmierbaren Unijunction-Tran-sistors (20) mit dem RC-Glied (19) und die Katode mit der Steuerelektrode des gesteuerten Halbleiters (17) verbunden ist.

6. Drehzahlregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter, vorzugsweise als Thyristor ausgebildeter, gesteuerter Halbleiter (36) gegenpolig und parallel zu dem ersten gesteuerten Halbleiter (17) geschaltet ist, dessen Steuerkreis induktiv mit dem Lastkreis des ersten gesteuerten Halbleiters (17) gekoppelt ist und einen Kondensator (40) enthält, der zunächst auf eine Spannung aufladbar ist, die von der Stromstärke im Lastkreis des ersten gesteuerten Halbleiters (17) abhängig ist, und der dann mit einer vorgegebenen Zeitkonstanten weiter bis auf die erforderliche Zündspannung für einen Schwellwertschalter (37) im Steuerelektrodenzweig des zweiten gesteuerten Halbleiters (36) aufladbar ist.

7. Drehzahlregler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur induktiven Kopplung des Lastkreises des ersten gesteuerten Halbleiters (17) mit dem Steuerkreis des zweiten gesteuerten Halbleiters (36) ein Transformator (45) vorgesehen ist, dessen Primärwicklung im Lastkreis des ersten gesteuerten Halbleiters (17) und dessen Sekundärwicklung im Steuerkreis des zweiten gesteuerten Halbleiters (36) liegt.

8. Drehzahlregler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kondensator (40) die Reihenschaltung einer Diode (43) und eines Widerstandes (44) und dieser wiederum die Reihenschaltung eines Widerstandes (41) und eines Kondensators (42), der in Reihe mit einer Diode (48) parallel zur Sekundärwicklung (47) des Transformators (45) liegt, parallelgeschaltet ist und dass eine die erstgenannte Diode (43) während der Halbwelle der Netzwechselspannung, in welcher der zweite gesteuerte Halbleiter (36) zündbar ist, sperrende Sperreinrichtung (52) vorgesehen ist.

9. Drehzahlregler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperreinrichtung (52) eine Reihenschaltung einer Diode (50) und eines Widerstandes (51) aufweist, die einerseits an der Anode des zweiten gesteuerten Halbleiters (36) und andererseits an dem Verbindungspunkt von der erstgenannten Diode (43) und Widerstand (44) angeschlossen ist.

10. Drehzahlregler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Sekundärwicklung (47) des Transformators (45) ein einstellbarer Widerstand (49). geschaltet ist.