DD301174A7 - CONTROL FOR A MOTOR - Google Patents

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DD301174A7
DD301174A7 DD32044488A DD32044488A DD301174A7 DD 301174 A7 DD301174 A7 DD 301174A7 DD 32044488 A DD32044488 A DD 32044488A DD 32044488 A DD32044488 A DD 32044488A DD 301174 A7 DD301174 A7 DD 301174A7
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DD
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transistor
differential amplifier
resistor
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reference voltage
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DD32044488A
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German (de)
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Hans-Juergen Dipl-Ing Waegner
Detlef Dipl-Ing Dahms
Klaus Dipl-Ing Beuthner
Werner Florl
Manfred Weigel
Original Assignee
Halbleiterwerk Frankfurt Gmbh
Haus U Kuechengeraete Schwarze
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/10—Commutator motors, e.g. repulsion motors
    • H02P25/14—Universal motors
    • H02P25/145—Universal motors whereby the speed is regulated by measuring the motor speed and comparing it with a given physical value, speed feedback

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Regelschaltung, die in integrierten Motorregel-Schaltkreisen zur Momenten- und/oder laststromgeführten Reglung von Universalmotoren Anwendung findet. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine zeitlich stetige, einfache und universell verwendbare Regelschaltung zu finden, die es erlaubt, ein wahlweise vorgegebenes Moment des Motors nicht zu überschreiten und sowohl für tacho- als auch für laststromgeführte Reglungen verwendbar ist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine zusätzliche in die Phasenanschnittsteuerschaltung eingreifende zeitlich stetig arbeitende, beide Halbwellen des Laststromes auswertende und von der dem Laststrom proportionalen Spannung gesteuerte Momentenbegrenzung die Eingangsspannung der Phasenanschnittsteuerschaltung derart beeinflußt, daß bei Erreichen eines vorgewählten Momentes die dem Motor zugeführte Leistung auf den diesem Moment entsprechenden Laststrom begrenzt wird und das bei Überschreiten des vorgewählten Momentes die Ist-Drehzahl des Motors steil abfällt.The invention relates to a control circuit, which is used in integrated motor control circuits for torque and / or load current-controlled control of universal motors application. The object of the invention is to find a temporally steady, simple and universally usable control circuit, which allows not to exceed an optionally predetermined torque of the motor and is suitable for both tacho and for load-current controlled operations. According to the invention, the object is achieved in that an additional intervening in the phase control circuit temporally constantly working, both half-waves of the load current and evaluated by the load current proportional voltage controlled torque limit, the input voltage of the phase control circuit influenced such that upon reaching a preselected torque, the power supplied to the motor is limited to the load current corresponding to this moment and the actual speed of the motor drops steeply when the preselected torque is exceeded.

Description

Hierzu 3 Seiten ZeichnungenFor this 3 pages drawings

Die Erfindung wird zur Momentenbegrenzung mittels tacho- und/oder laststromgeführter Regelung von Universalmotoren, insbesondere in integrierten Motorregelschaltkreisen angewandt.The invention is used for torque limiting by means of tachogenerator and / or load current-controlled regulation of universal motors, in particular in integrated motor control circuits.

Bekannt ist eine Drehzahlregelschaltung für einen Motor, der in Serie zu einem von einer Phasenanschnittsteuerschaltung angesteuerten Triac angeordnet ist, so wie es in der OE-PS 3125157 beschrieben ist.A speed control circuit for a motor is known, which is arranged in series with a controlled by a phase control circuit triac, as described in OE-PS 3125157.

Mittels einer integrierten Phasenanschnittsteuerschaltung wird die Leistungsaufnahme eines am 220-V-Wechselstromnetz betriebenen Verbrauchers durch Verschiebung des Zündzeitpunktes innerhalb der Halbwelle der Netzspannung in bekannter Weise geändert und der jeweiligen Belastung des Motors und anderen Besonderheiten angepaßt. Damit wird erreicht, daß die vorgewählte Soll-Drehzahl des Motors über eine interne Regelschaltung in weiten Grenzen unabhängig von der Größe der Belastung gehalten wird. Dies geschieht dadurch, daß durch eine Tachospule die Ist-Drehzahl des Motors induktiv erfaßt und mit der vorgegebenen Soll-Drehzahl derart verglichen wird, daß bei einer Abweichung der Zündzeitpunkt entsprechend verschoben wird, so daß der Motor mehr oder weniger Spannung erhält (tachogeführte Regelung).By means of an integrated phase control circuit, the power consumption of a 220 V AC mains operated consumer is changed by shifting the ignition within the half-wave of the mains voltage in a known manner and adapted to the respective load of the engine and other characteristics. This ensures that the preselected setpoint speed of the motor is held over an internal control circuit within wide limits regardless of the size of the load. This happens in that the actual speed of the motor is detected inductively by a tachometer coil and compared with the predetermined target speed such that at a deviation of the ignition is shifted accordingly, so that the engine receives more or less voltage (tachogenierter control) ,

Da nun die typspezifische Belastung eines Motors stark von seiner Ist-Drehzahl abhängt, kann es insbesondere bei niedrigen Drehzahlen sehr schnell zur thermischen Überlastung des Motors kommen. Um dies zu verhindern, sind integrierte Phasenanschnittsteuerschaltungen in der Regel mit einem elektronischen Überlastschutz ausgerüstet, der den Motor bei Erreichen des drehzahlabhängigen Laststromes nach einer gewissen extern einstellbaren Verzögerungszeit zwangsweise abschaltet.Since the type-specific load of a motor depends strongly on its actual speed, thermal overload of the motor can occur very quickly, especially at low speeds. To prevent this, integrated phase control circuits are usually equipped with an electronic overload protection, which forcibly shuts off the motor upon reaching the speed-dependent load current after a certain externally adjustable delay time.

In der DE-PS 3125157 ist zu diesem Zwecke eine zusätzliche, in die Phasenanschnittsteuerschaltung eingreifende Lastbegrenzungsschaltung vorgesehen, durch die beim Erreichen der drehzahlabhängigen Maximaibelastung des Motors die dem Motor zugeführte Leistung mittels eines Speichers zwangsweise und unabhängig vom weiteren Belastungsverlauf zunächst auf einen unkritischen Restwert beschränkt wird, dereine Ist-Drehzahl von Null zur Folge hat Die Motorbereitschaft ist in diesem Grenzfall nur noch durch ein leises Brummen erkennbar.In DE-PS 3125157 for this purpose an additional, engaging in the phase control circuit load limiting circuit is provided by the power supplied to the motor by means of a memory forcibly and independently of the further load history is initially limited to an uncritical residual value upon reaching the speed-dependent Maximaibelastung the engine , which has an actual speed of zero result in the motor readiness is recognizable in this limiting case only by a quiet hum.

Wird die Belastung des Motors ganz oder teilweise zurückgenommen, so sorgt eine Wiederanlauf-Schaltung zeitverzögert dafür, daß die Drehzahl des Motors entlang der Maximallastkennlinie bis zum Erreichen der vorgegebenen Soll-Drehzahl langsam ansteigen kann. Wenn die Soll-Drehzahl erreicht ist, wird der Speicher wieder zurückgesetzt und die Last-Begrenzungsschaltung vollständig abgeschaltet, und der Motor ist in der üblichen Weise drehzahlgeregelt belastbar. Es handelt sich also um eine vom Zeitverhalten herunstetige Regelung mit langen zwangsweisen Stillstandzeiten des Motors nach jeder Überschreitung der zulässigen Maximalbelastung. Die jeweilige Motorbelastung wird mittels eines in Serie zum Motor liegenden sehr niederohmigen Meßwiderstandes ermittelt und mit der jeweiligen Ist-Drehzahl verglichen. Dabei ist die Geschwindigkeit, mit der schnelle Änderungen der Motorbelastung erfaßt werden können, relativ gering, weil immer nur die positive Halbwelle des Laststromes ausgewertet wird. Die Last-Begrenzungsschaltung eignet sich daher auch nicht für den Aufbau einer laststromgeführten Regelung. Der wesentliche Nachteil der bekannten Last-Begrenzungs-Schaltung besteht jedoch darin, daß bei jedem Erreichen der drehzahlabhängigen Maximalbelastung die Ist-Drehzahl zwangsweise auf Null zurückgenommen wird und der Motor stehen bleibt. Für die Handhabung eines derart geschützten Motors ergeben sich damit große Schwierigkeiten. Wird beispielsweise mit einer so ausgerüsteten Bohrmaschine in der Nähe der Maximalbelastung gearbeitet, so führt jedes Überschreiten der Maximalbelastung zwangsläufig zum Motorstillstand. Erst nach Zurücknahme der Belastung, was beispielsweise bei einem festgegangenen Bohrer gar nicht ohne weiteres möglich ist, kommt es wieder zum allmählichen Hochlaufen der Drehzahl bis zum Soll-Wert. Auf diese Art ist ein kontinuierliches Arbeiten in der Regel nicht möglich, weil durch subjektiv unterschiedliche Handhabung ein Überschreiten der zulässigen Maximalbelastung kaum ausgeschlossen werden kann. Relativ lange Stillstandszeiten des Motors unterbrechen damit immer wieder den Arbeitsablauf. Es wäre günstig, wenn sich bei einer geregelten Maschine gegenüber einer ungeregelten keine Unterschiede in der Handhabung ergeben würden, das heißt, wenn kein unstetiger zeitlicher Regelverlauf vorhanden ist.If the load on the motor is wholly or partially withdrawn, then a restart circuit ensures, with a time delay, that the speed of the motor can increase slowly along the maximum load characteristic until it reaches the predetermined setpoint speed. When the target speed is reached, the memory is reset and the load limiting circuit is completely switched off, and the motor is speed-controlled in the usual way. So it is a herdenset from time behavior control with long forced standstill times of the engine after each exceeding the maximum load. The respective engine load is determined by means of a very low impedance measuring resistor in series with the motor and compared with the respective actual speed. The speed at which rapid changes in the engine load can be detected is relatively low, because only the positive half cycle of the load current is evaluated. The load limiting circuit is therefore not suitable for the construction of a load-current-controlled control. The main disadvantage of the known load-limiting circuit, however, is that each time the speed-dependent maximum load, the actual speed is forcibly reduced to zero and the engine stops. For the handling of such a protected motor, this results in great difficulties. For example, when working with a so equipped drill near the maximum load, each exceeding the maximum load inevitably leads to engine stall. Only after withdrawal of the load, which is not readily possible, for example, with a fixed drill, it comes again to the gradual ramp up of the speed to the target value. In this way, a continuous work is usually not possible because by subjectively different handling exceeding the maximum allowable load can hardly be excluded. Relatively long engine downtimes thus interrupt the work process again and again. It would be favorable if, with a controlled machine, there were no differences in handling compared to an unregulated one, that is to say if there is no discontinuous time course of the control.

Neben diesen schlechten Gebrauchswerteigenschaften besitzt die bekannte Last-Begrenzungsschaltung wesentliche ökonomische Nachteile. Da jeweils nur eine Halbwelle des Laststromes ausgewertet wird, muß ein relativ großer undIn addition to these poor utility value characteristics, the known load limiting circuit has significant economic disadvantages. Since only one half-wave of the load current is evaluated, a relatively large and

verlustleistungsreicher Meßwiderstand verwendet werden. Die Laststromerfassung ist relativ langsam und erfordert einenentsprechend größeren Kondensator, so daß die externe Baugruppe recht voluminös und teuer wird und nur mit großenloss-rich measuring resistor can be used. The load current detection is relatively slow and requires a correspondingly larger capacitor, so that the external assembly becomes quite bulky and expensive, and only with large ones

Schwierigkeiten in der Maschine untergebracht werden kann. Des weiteren lastet der bekannten Last-BegrenzungsschaltungDifficulty can be accommodated in the machine. Furthermore loads the known load limiting circuit

eine hohe Fertigungstoleranz an, da Absolutwerte von integrierten Widerständen und Stromverstärkungen direkt eingehen undvom Hersteller die integrierten Schaltkreise folglich in drei verschiedene Gruppen ausgemessen werden müssen. Beima high manufacturing tolerance, since absolute values of integrated resistors and current gains are directly received and therefore the manufacturer must measure the integrated circuits in three different groups. At the

Anwender hat das kostspielige Justierarbeiten und eine umfangreiche Lagerhaltung zur Folge. Die Temperaturkonstanz derUsers result in costly adjustments and extensive stockkeeping. The temperature constancy of Last-Begrenzungsschaltung ist völlig ungenügend, so daß nur in einem sehr geringen Temperaturbereich ein zuverlässigerLoad limiting circuit is completely insufficient, so that only in a very low temperature range a reliable Motorschutz gewährleistet ist.Motor protection is guaranteed. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelschaltung für einen Motor zu finden, bei dem durch ein zeitlich stetigesThe invention has for its object to find a control circuit for a motor in which by a temporally steady Regelverfahren mittels einer einfachen und universell verwendbaren Regelschaltung ein wahlweise vorgegebenes Moment desControl method by means of a simple and universally usable control circuit an optional predetermined moment of Motors nicht überschritten werden kann und das sowohl für tacho- als auch für laststromgeführte Regelungen verwendbar ist.Motor can not be exceeded and this can be used for both tacho and load current controlled regulations. Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils desThis object is achieved in a circuit arrangement according to the invention by the features of the characterizing part of Patentanspruchs 1 gelöst.Patent claim 1 solved. Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.Embodiments of the inventive concept are characterized in the subclaims. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ermöglicht es, in einfacher Weise auf einem gemeinsamen Grundlayout eineThe circuit arrangement according to the invention makes it possible in a simple manner on a common basic layout Momentenbegrenzung auf der Basis einer tachogeführten oder laststromgeführten Regelung zu realisieren.Torque limitation on the basis of a tachogeneteered or load current controlled to realize. Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigenThe invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. Show it Fig. 1: Blockschaltbild mit partieller Schaltungsanordnung für die tachogeführte RegelungFig. 1: Block diagram with partial circuit arrangement for the tacho-guided control Fig. 2: Drehzahl-Moment-Kennlinie gemäß Fig. 12: speed-torque characteristic according to FIG. 1 Fig. 3: Blockschaltbild mit partieller Schaltungsanordnung für die laststromgeführte Regelung.3 shows a block diagram with partial circuit arrangement for the load-current-controlled control.

Die Versorgung des integrierten Schaltkreises für die tachogeführte Regelung eines Universalmotors gemäß Figur 1 erfolgt über Vorwiderstand, Diode und Glättungskondensator direkt aus dem 220-V-Netz. Der mit der 220-V-Netzspannung Un betriebene Motor 1 liegt in Reihe mit dem Triac 4 und dem Meßwiderstand R1. Der sehr niederohmige Meßwiderstand R1 ist so dimensioniert, daß bei maximalem Laststrom IL des Motors 1 die laststromproportionale Spannung U 2 etwa 120OmV erreicht. Mittels des Spannungsteiler-Widerstandes R 2 und des Momenten-Potentiometers P 2 wird U 2 auf die Eingangsspannung U 3 der Momentenbegrenzung heruntergeteilt.The supply of the integrated circuit for the tachogenierter control of a universal motor according to Figure 1 via pre-resistor, diode and smoothing capacitor directly from the 220-V network. The operated with the 220 V mains voltage U n motor 1 is in series with the triac 4 and the measuring resistor R1. The very low-impedance measuring resistor R1 is dimensioned so that at maximum load current I L of the motor 1, the load current proportional voltage U 2 reaches about 120OmV. By means of the voltage divider resistor R 2 and the torque potentiometer P 2 U 2 is divided down to the input voltage U 3 of the torque limit.

Die Phasenanschnittsteuerschaltung 3 steuert den Triac 4 nach dem Prinzip des Phasenanschnitts. Durch Variation der Eingangsspannung U1 der Phasenanschnittsteuerschaltung zwischen Masse und interner Referenzspannung -UREF kann die Phase kontinuierlich zwischen Null und 180 Grad geschoben werden.The phase angle control circuit 3 controls the triac 4 on the principle of the phase angle. By varying the input voltage U1 of the phase control circuit between ground and internal reference voltage -U REF , the phase can be shifted continuously between zero and 180 degrees.

Der Regelverstärker 2 besitzt einen Stromquellenausgang und erzeugt in Verbindung mit seiner externen Beschattung die Eingangsspannung U1 der Phasenanschnittsteuerschaltung. Mit einem zwischen Masse und der internen Referenzspannung -Uref liegenden Drehzahl-Potentiometer P1 wird über den nichtinvertierenden Eingang des Regelverstärkers 2 die Soll-Drehzahl nSou eingestellt. Das auf den invertierenden Eingang des Regelverstärkers 2 wirkende Rückkopplungsnetzwerk besteht aus den Widerständen 8,10 und 12 und den Kondensatoren 9,11 und 13 und ist den Gegebenheiten der Regelstrecke anzupassen. Die jeweilige Ist-Drehzahl Пвт des Motors 1 wird über die Tachospule 6 induktiv ermittelt und dem Frequenz-Spannungs-Wandler 5 zugeführt, der in Verbindung mit dem Widerstand 8 eine der Drehzahl des Motors 1 proportionale Gleichspannung erzeugt, die dem invertierenden Eingang des Regelverstärkers 2 aufgeschaltet wird. Mit dieser Regelstrecke wird erreicht, daß unabhängig von der Belastung die Ist-Drehzahl n,sT des Motors 1 stets auf Soll-Wert-Niveau gehalten wird. Die Momentenbegrenzung 7 besteht aus 2 in Reihe geschalteten Differenzverstärkerstufen und wird durch die interne Referenzspannung -Unversorgt. Die erste, in Darlingtonanordnung aufgebaute Differenzverstärkerstufe besteht aus den DV-Transistoren 22,23,24,25, den Basisableitwiderständen 18 und 21 und den Strombegrenzungswiderständen 19 und 20. Die Kollektoren der DV-Transistoren 24 und 25 liegen an -UREF. Durch die Reihenschaltung der Dioden 14,1 б und 28, der Spannungsteiler-Widerstände 26 und 27 und des Stromspiegeltransistors 29 fließt ein Konstantstrom von ca. 10 uA, der mittels des Stromspiegeltransistors 30 in den Zweig der Reihenschaltung der Dioden 16 und 17 gespiegelt wird. Aufgrund der entsprechenden Schaltungsanordnung wird erreicht, daß die Basis des DV-Transistors 24 konstant zwei Flußspannungen unter Masse liegt, während die Basis des DV-Transistors 25 zwei Flußspannungen unterhalb der Eingangsspannung U3 der Momentenbegrenzung liegt. Beträgt U3 Null, d.h. Massepotential, so sind die DV-Transistoren 22 und 23 zu gleichen Teilen geringfügig leitend, und der geringe Strom 12, der ca. 17 uA beträgt, erzeugt über dem Widerstand 34 eine Spannung U 6 von ca. 80OmV über -Uref· Wird U 3 positiver gegenüber Masse, so übernimmt der DV-Transistor 22 den Strom, und 23 sperrt, im anderen Falle bei U3 negativer gegenüber Masse übernimmt der DV-Transistor 23 den Strom, und 22 sperrt. Die Strombegrenzungswiderstände 19 und 20 sind jeweils gleich groß, so daß in beiden Halbwellen der Netzspannung die Eingangsspannung ±U 3 der Momentenbegrenzung jeweils den gleichen Strom 12 erzeugt. Der pulsierende Gleichstrom 12 lädt den Speicherkondensator 33 und erzeugt die Gleichspannung U6. Die Größe des Speicherkondensators 33 ist den Erfordernissen der Momentenbegrenzung anzupassen. Die Stromspiegeltransistoren 31 und 32 spiegeln den Strom 12 im Verhältnis 1.2, so daß die zweite Differenzverstärkerstufe, bestehend aus den DV-Transistoren 36 und 37 in Darlingtonanordnung und dem DV-Transistor 38, auf der aus 2-12 gebildeten Stromsenke arbeitet. Die Spannung U 4 wird so gewählt, daß die Spannung U 5 an der Basis des DV-Transistors 37 1400 mV über -Uref liegt. Des weiteren ist der Widerstand so dimensioniert, daß bei einer Eingangsspannung der Momentenbegrenzung von ±U3 = 30OmV die durch den Strom I2 erzeugte Spannung U 6 = 1500 mV beträgt und damit der DV-Transistor 38 den gesamten Strom 2 · 12 der Stromsenke übernimmt. Der maximale Ausgangsstrom des Regelverstärkers ±Hm,x liegt exemplarbedingt zwischen 80 und 160μΑ. Bei ±U3 = 30OmV beträgt der Strom 2 12 = 20OuA und ist damit in der Lage, den gesamten Ausgangsstrom des Regelverstärkers zu kompensieren und die Eingangsspannung U1 der Phasenanschnittsteuerschaltung auf ca. -Uref zu ziehen und die Phase auf 180 zu schieben, so daß der Motor 1 keine Spannung mehr erhält.The control amplifier 2 has a current source output and, in conjunction with its external shading, generates the input voltage U1 of the phase gating control circuit. With a rotational speed potentiometer P1 between ground and the internal reference voltage -Uref, the setpoint speed n S ou is set via the non-inverting input of the control amplifier 2. Acting on the inverting input of the control amplifier 2 feedback network consists of the resistors 8,10 and 12 and the capacitors 9,11 and 13 and is adapted to the conditions of the controlled system. The respective actual rotational speed τt of the motor 1 is inductively determined via the tacho-coil 6 and supplied to the frequency-voltage converter 5 which, in conjunction with the resistor 8, generates a DC voltage proportional to the rotational speed of the motor 1, which is the inverting input of the control amplifier 2 is switched on. With this controlled system ensures that regardless of the load, the actual speed n, sT of the engine 1 is always maintained at the target value level. The torque limit 7 consists of 2 series-connected differential amplifier stages and is supplied by the internal reference voltage -Unversorgt. The first differential amplifier stage constructed in Darlington arrangement consists of the DV transistors 22, 23, 24, 25, the base drain resistors 18 and 21 and the current limiting resistors 19 and 20. The collectors of the DV transistors 24 and 25 are at -U REF . By the series connection of the diodes 14.1 and 28, the voltage divider resistors 26 and 27 and the current mirror transistor 29 flows a constant current of about 10 uA, which is mirrored by means of the current mirror transistor 30 in the branch of the series connection of the diodes 16 and 17. Due to the corresponding circuit arrangement is achieved that the base of the DV transistor 24 is constantly two forward voltages below ground, while the base of the DV transistor 25 is two forward voltages below the input voltage U3 of the torque limit. If U3 is zero, ie ground potential, the DC transistors 22 and 23 are equally slightly conductive, and the low current 12, which is approximately 17 μA, generates a voltage U 6 of approximately 80 ohmV across the resistor 34. Uref · If U 3 is more positive than ground, the DV transistor 22 takes over the current, and 23 blocks, in the other case at U3 negative to ground, the DV transistor 23 takes over the power, and 22 blocks. The current limiting resistors 19 and 20 are each the same size, so that in both half-waves of the mains voltage, the input voltage ± U 3 of the torque limiting each generates the same current 12. The pulsating direct current 12 charges the storage capacitor 33 and generates the DC voltage U6. The size of the storage capacitor 33 is adapted to the requirements of the torque limit. The current mirror transistors 31 and 32 reflect the current 12 in the ratio 1.2, so that the second differential amplifier stage, consisting of the Darlington-type DV transistors 36 and 37 and the DV transistor 38, operates on the current sink formed from 2-12. The voltage U 4 is chosen so that the voltage U 5 at the base of the DV transistor 37 is 1400 mV above -Uref. Furthermore, the resistance is dimensioned so that at an input voltage of the torque limit of ± U3 = 30OmV generated by the current I2 voltage U 6 = 1500 mV and thus the DV transistor 38 takes over the entire current 2 · 12 of the current sink. The maximum output current of the control amplifier ± H m , x lies between 80 and 160μΑ for the sake of the example. At ± U3 = 30OmV the current is 2 12 = 20OuA and is thus able to compensate for the total output current of the control amplifier and to pull the input voltage U1 of the phase control circuit to about -Uref and to shift the phase to 180 so that the Motor 1 no longer receives voltage.

Auf diese Weise wurde eine zweite, das Drehmoment des Motors 1 betreffende, geschlossene und zeitlich stetig arbeitende Regelstrecke geschaffen, die auf Laständerungen des Motors 1 sehr schnell reagiert, da beide Halbwellen des Laststromes IL ausgewertet werden. Das gewünschte Drehmoment wird mittels des Momenten-Potentiometers P 2 eingestellt. Mit den o.g.In this way, a second, the torque of the motor 1 concerned, closed and time-constant operating controlled system was created, which responds very quickly to load changes of the engine 1, since both half-waves of the load current I L are evaluated. The desired torque is adjusted by means of the moment potentiometer P 2. With the above

Werten von ±U 2m„ = 1200 mV und der Ansprechschwelle der Momentenbegrenzung von U 3 - 300 mV ergibt eine Variation des Drehmomentes des Motors 1 im Verhältnis 1:4.Values of ± U 2 m "= 1200 mV and the threshold of the torque limit of U 3 - 300 mV results in a variation of the torque of the motor 1 in the ratio 1: 4.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung der Momentenbegrenzung 7 ist frei von Fertigungs- und Bauelementetoleranzen und kaum temperaturabhängig, da keine Absolutwerte physikalischer Größen, sondern lediglich deren Verhältnisse zueinander eingehen.The circuit arrangement of the moment limitation 7 according to the invention is free of manufacturing and component tolerances and hardly dependent on temperature, since no absolute values of physical quantities, but only their relationships with each other are received.

In Figur 2 zeigt die Drehzahl-Momenten-Kennlinie, wie bei verschiedenen Drehzahlen n,, n2, nm,„ unterschiedliche Momente M1, M 2, Mmax vorgewählt werden und nicht überschritten werden können, da bei Überschreiten des jeweils vorgewählten Momentes die Drehzahl des Motors 1 steil abfällt und dieser stehenbleibt. Bei geringfügiger Zurücknahme des Momentes, d.h. der Belastung, erreicht der Motor selbständig nach kurzer Zeit, die durch die externe Außenbeschaltung bestimmt wird, wieder seine Soll-Werte. Die vorteilhafte Anwendung als Schraubendreher oder das Einbringen großer Bohrungen in dünne Bleche sind nur einige Beispiele für den Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung.In Figure 2 shows the speed-torque curve, as at different speeds n ,, n 2 , n m , "different moments M1, M 2, M max can be pre-selected and can not be exceeded because when exceeding the respective preselected moment the Speed of the engine 1 drops steeply and this stops. At a slight withdrawal of the moment, ie the load, the motor automatically returns after a short time, which is determined by the external external circuit, its desired values. The advantageous application as a screwdriver or the introduction of large holes in thin sheets are only a few examples of the use of the solution according to the invention.

In Figur 3 wird eine Variation der erfindungsgemäßen Lösung dargestellt, die eine optimale laststromgeführte Regelung in Verbindung mit einer Momentenbegrenzung erlaubt. Als Führungsgröße für die Regelung der Drehzahl des Motors 1 dient der Laststrom \и der über dem Meßwiderstand R1 die laststromproportionale Spannung U 2 erzeugt, die gleichzeitig Eingangsspannung der Drehzahlregelung und Momentenbegrenzung 43 ist.FIG. 3 shows a variation of the solution according to the invention which permits an optimal load-current-controlled regulation in conjunction with a torque limitation. As a reference variable for the control of the speed of the motor 1 is the load current \ и over the sense resistor R1 generates the load current proportional voltage U 2, which is the input voltage of the speed control and torque limit 43 simultaneously.

Die Phasenanschnittsteuerschaltung 3 steuert in bekannter Weise mittels U1 den Triac 4. Im Rückkopplungszweig des Regelverstärkers 2 liegt der Widerstand 42, der in Verbindung mit dem Drehzahl-Potentiometer P4 einen Spannungsteiler am invertierenden Eingang des Regelverstärkers 2 bildet. Der Kondensator 41 dient der Unterdrückung von Regelschwingungen. Die Drehzahlregelung und Momentenbegrenzung 43 bestehtauch hier wieder wie in Figur 1 aus zwei in Reihe geschalteten Differenzverstärkerstufen. Die zweite Differenzverstärkerstufe ist jedoch entsprechend den Erfordernissen der laststromgeführten Regelung weitgehend von der ersten Differenzverstärkerstufe entkoppelt, indem die zweite Differenzverstärkerstufe auf einer konstanten und separaten Stromsenke S1 arbeitet, die einen Konstantstrom I3 = 20OuA liefert, und die Basis des DV-Transistors 36 an einer einstellbaren Spannung liegt, die durch Spannungsteilung der in Reihe mit dem Momentenpotentiometer P 3 liegenden Dioden 39 und 40 erzeugt wird. Der Meßwiderstand R1 ist so dimensioniert, daß bei maximalem Laststrom des Motors 1 die laststromproportionale Spannung U 2max = ±300mV beträgt, so daß wie in Figur 1 der gesamte Laststrombereich des Motors 1 durch die Variation der Spannung U 6 zwischen 800 mV und 1500mV über -UREF bestimmt wird. Die Spannung U 6 ist wie in Figur 1 die Steuerspannung für die Basis des DV-Transistors 38 und steuert in diesem Falle auch noch über den nichtinvertierenden Eingang des Regelverstärkers 2 die Spannung U1, so daß mit zunehmender Motorbelastung, die ein Ansteigen des Laststromes IL und damit auch ein Ansteigen von U 2 und U 6 zur Folge hat, die Spannung U1 ebenfalls ansteigt, der Motor 1 mehr Spannung erhält und damit die gestiegene Belastung ausgleichen und seine Drehzahl stabil halten kann.The phase control circuit 3 controls in a known manner by means of U1 the triac 4. In the feedback branch of the control amplifier 2 is the resistor 42, which forms a voltage divider at the inverting input of the control amplifier 2 in conjunction with the speed potentiometer P4. The condenser 41 serves to suppress hunting. The speed control and torque limitation 43 here again consists, as in FIG. 1, of two series-connected differential amplifier stages. However, the second differential amplifier stage is largely decoupled from the first differential amplifier stage according to the requirements of the load current-controlled control by the second differential amplifier stage operates on a constant and separate current sink S1, which supplies a constant current I3 = 20OuA, and the base of the DV transistor 36 at an adjustable Voltage is generated by voltage division of lying in series with the torque potentiometer P 3 diodes 39 and 40. The measuring resistor R1 is dimensioned so that at maximum load current of the motor 1, the load current proportional voltage U 2 max = ± 300mV, so that as in Figure 1, the entire load current range of the motor 1 by the variation of the voltage U 6 between 800 mV and 1500mV -U REF is determined. The voltage U 6 is as in Figure 1, the control voltage for the base of the DV transistor 38 and controls in this case even via the non-inverting input of the control amplifier 2, the voltage U1, so that with increasing motor load, the increase of the load current I L and thus also an increase of U 2 and U 6 result, the voltage U1 also increases, the motor 1 receives more voltage and thus compensate for the increased load and can keep its speed stable.

Mit dem Momenten-Potentiometer P3 kann das Drehmoment des Motors zwischen Null und MM« stufenlos eingestellt werden. Sobald die Spannung U6 ca. 100mV größer ist als U 5, übernimmt der DV-Transistor 38 den gesamten Konstantstrom I3 und kompensiert damit den gesamten Ausgangsstrom des Regelverstärkers ±11, und der Motor bleibt stehen. Funktionsweise und Vorteile dieser Momentenbegrenzung wurden bereits unter Figur 1 erläuert. Die erfindungsgemäße Lösung gestattet also sowohl bei dertacho- als auch bei der laststromgeführten Regelung von Universalmotoren eine einfache und optimale Lösung, die eine elektrische und thermische Überlastung des Motors ausschließt und bei der Handhabung der Maschine keine Unterschiede gegenüber ungeregelten Varianten ergibt.With torque potentiometer P3, the torque of the motor can be steplessly adjusted between zero and M M «. As soon as the voltage U6 is approximately 100 mV higher than U5, the DV transistor 38 takes over the entire constant current I3 and thus compensates the total output current of the control amplifier ± 11, and the motor stops. The mode of operation and advantages of this torque limitation have already been explained with reference to FIG. Thus, the solution according to the invention allows a simple and optimal solution for both dertacho as well as in the load current-controlled control of universal motors, which excludes an electrical and thermal overload of the engine and no differences compared to unregulated variants when handling the machine.

In Betracht gezogene Druckschrift:Contemplated document:

DE-PS 3125157DE-PS 3125157

Claims (3)

1. Regelschaltung für einen Motor, der in Serie zu einem von einer Phasenanschnittsteuerung gesteuerten Triac und einem Meßwiderstand angeordnet ist, wobei eine zusätzlich in die Phasenanschnittsteuerung eingreifende zeitlich stetig arbeitende und beide Halbweilen des Laststromes auswertende Momentenbegrenzung angeordnet ist, welche aus zwei in Reihe geschalteten Differenzverstärkerstufen besteht, wobei der erste Differenzverstärker als Gleichrichter arbeitet, gekennzeichnet dadurch, daß1. control circuit for a motor which is arranged in series with a controlled by a phase control triac and a measuring resistor, wherein an additionally in the phase control intervening time-constant operating and both semi-load current evaluating torque limiting is arranged, which consists of two series-connected differential amplifier stages consists, wherein the first differential amplifier operates as a rectifier, characterized in that - der erste als Gleichrichter wirkende und den Laststrom erfassende Differenzverstärker (22,23, 24,25) eingangsseitig mit dem Emitter des ersten DV-Transistors (22) über einen Widerstand (19) an der Eingangsspannung (U 3) und mit dem Emitter des zweiten DV-Transistors (23) über den Widerstand (20) an Masse führt, wobei die Kollektoren dieser beiden DV-Transistoren zusammengeschaltet sind und über einen Widerstand (34) und einen pn-übergang mit der Referenzspannung (-Uref) verbunden sind,- The first acts as a rectifier and the load current detecting differential amplifier (22,23, 24,25) on the input side with the emitter of the first DV transistor (22) via a resistor (19) to the input voltage (U 3) and to the emitter of second DV transistor (23) via the resistor (20) leads to ground, the collectors of these two DV transistors are interconnected and connected via a resistor (34) and a PN junction with the reference voltage (-Uref), - der Emitter des dritten DV-Transistors (24) mit der Basis des ersten DV-Transistors (22) und über einen Widerstand (18) mit der Eingangsspannung (U3) sowie der Emitter des vierten DV-Transistors (25) an die Basis des zweiten DV-Transistors (23) und über einen Widerstand (21) an Masse geschaltet ist, deren Kollektoren gemeinsam an die Referenzspannung (—Uref) führen,- The emitter of the third DV transistor (24) with the base of the first DV transistor (22) and via a resistor (18) with the input voltage (U3) and the emitter of the fourth DV transistor (25) to the base of second DV transistor (23) and via a resistor (21) is connected to ground whose collectors together lead to the reference voltage (-Uref), - zwischen den Basen des dritten und vierten DV-Transistors (24,25) und den Polen der Eingangsspannung (Masse, U3) jeweils eine Reihenschaltung von Dioden (14,15 bzw. 16,17) vorgesehen ist,- Between the bases of the third and fourth DV transistor (24,25) and the poles of the input voltage (ground, U3) is provided in each case a series circuit of diodes (14,15 and 16,17), - die Basis des dritten DV-Transistors (24) über eine Reihenschaltung, bestehend aus einem Spannungsteiler (26,27) und einer Diode (28), mit dem Basis-Kollektor eines ersten Stromspiegeltransistors (29) sowie die Basis des vierten DV-Transistors (25) mit dem Kollektor eines zweiten Stromspiegeltransistors (30) verbunden ist, wobei die Basen dieser Stromspiegeltransistoren (29,30) miteinander verbunden sind und ihre Emitter auf die Referenzspannung (-UREF) führen,- The base of the third DV transistor (24) via a series circuit consisting of a voltage divider (26,27) and a diode (28), with the base-collector of a first current mirror transistor (29) and the base of the fourth DV transistor (25) is connected to the collector of a second current mirror transistor (30), wherein the bases of these current mirror transistors (29,30) are interconnected and their emitters lead to the reference voltage (-U REF ), - der Emitter des zweiten und dritten DV-Transistors (37,38) des zweiten, die Motorregelung vornehmenden Differenzverstärkers (36,37,38) über eine Stromsenke mit der Referenzspannung (-UREF) verbunden ist, während die Basis des dritten DV-Transistors (38) des zweiten Differenzverstärkers (36,37,38) mit den Kollektoren des ersten und zweiten DV-Transistors (22,23) des ersten Differenzverstärkers (22,23,24,25), dem Widerstand (34) und über einen Speicherkondensator (33) mit der Referenzspannung (-UREF) verbunden ist,- the emitter of the second and third DV-transistor (37,38) of the second, the motor control distinguished forming the differential amplifier (36,37,38) through a current sink to the reference voltage (-U REF) is connected, while the base of the third DV Transistors (38) of the second differential amplifier (36,37,38) with the collectors of the first and second DV transistor (22,23) of the first differential amplifier (22,23,24,25), the resistor (34) and via a Storage capacitor (33) is connected to the reference voltage (-U REF ), - der Kollektor des dritten DV-Transistors (38) des zweiten Differenzverstärkers (36,37,38) mit der Phasenanschnittsteuerschaltung (3) und einer Rückkopplungsschaltung verbunden ist, während die Kollektoren des ersten und zweiten DV-Transistors (36,37) des zweiten Differenzverstärkers (36,37,38) mit Masse verbunden sind und der Emitter des ersten DV-Transistors (36) des zweiten Differenzverstärkers (36,37,38) mit der Basis des zweiten DV-Transistors (37) des zweiten Differenzverstärkers (36,37,38) verbunden ist und über einen Widerstand (35) ebenfalls an der Referenzspannung (-UREf) liegt.the collector of the third DV transistor (38) of the second differential amplifier (36, 37, 38) is connected to the phase gating control circuit (3) and a feedback circuit, while the collectors of the first and second DV transistors (36, 37) of the second Differential amplifier (36,37,38) are connected to ground and the emitter of the first DV transistor (36) of the second differential amplifier (36,37,38) with the base of the second DV transistor (37) of the second differential amplifier (36, 37, 38) and is also connected to the reference voltage (-U RE f) via a resistor (35). 2. Regelschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß2. Control circuit according to claim 1, characterized in that - der pn-übergang durch einen dritten Stromspiegeltransistor (31) realisiert ist, dessen Basis mit seinem Kollektor und der Basis eines vierten Stromspiegeltransistors (32), der eine variable Stromsenke darstellt, verbunden ist, dessen Kollektor an die Emitter des zweiten und dritten DV-Transistors (37,38) des zweiten Differenzverstärkers (36,37,38) führt und dessen Emitter auf die Referenzspannung (—Uref) führt, wobei die Basis des ersten DV-Transistors (36) des zweiten Differenzverstärkers (36,37,38) mit dem Mittelabgriff der Widerstände (26,27) verbunden ist,the pn junction is realized by a third current mirror transistor (31) whose base is connected to its collector and to the base of a fourth current mirror transistor (32) representing a variable current sink whose collector is connected to the emitters of the second and third DV Transistors (37,38) of the second differential amplifier (36,37,38) leads and whose emitter leads to the reference voltage (-Uref), wherein the base of the first DV transistor (36) of the second differential amplifier (36,37,38) connected to the center tap of the resistors (26, 27), - der Kollektor des dritten DV-Transistors (38) des zweiten Differenzverstärkers (36,37,38) mit dem einen Ende eines ersten Kondensators (11), eines zweiten Kondensators (13) und eines Widerstandes (10) verbunden ist, dessen anderes Ende mit einem dritten Kondensator (9), einem Widerstand (8), dem invertierenden Eingang eines Regelverstärkers (2) und dem Ausgang eines Frequenz-Spannungs-Wandlers (5), der von einer Tachospule (6) gesteuert wird, verknüpft ist, wobei die zweiten Enden der Widerstände (8,12), des dritten Kondensators (9) und des zweiten Kondensators (13) an die Referenzspannung (-UREf) führen, mit welcher ebenfalls ein Widerstand (12) verschaltet ist, dessen anderes Ende an den ersten Kondensator (11) geschaltet ist,- The collector of the third DV transistor (38) of the second differential amplifier (36,37,38) is connected to one end of a first capacitor (11), a second capacitor (13) and a resistor (10), the other end with a third capacitor (9), a resistor (8), the inverting input of a control amplifier (2) and the output of a frequency-voltage converter (5), which is controlled by a tacho-coil (6), the second ends of the resistors (8,12), the third capacitor (9) and the second capacitor (13) to the reference voltage (-U RE f) lead, with which also a resistor (12) is connected, whose other end to the first capacitor (11) is connected, - am nichtinvertierenden Eingang des Regelverstärkers (2) ein Drehzahl-Potentiometer (P 1) liegt, das mit Masse und der Referenzspannung (-Uref) verbunden ist,- a non-inverting input of the control amplifier (2) is a speed potentiometer (P 1), which is connected to ground and the reference voltage (-Uref), - wobei die Eingangsspannung (U 3) der Momentenbegrenzung (7) über ein Momenten-Potentiometer (P2), welches über einen Widerstand (R2) mit Masse verknüpft ist, aus der laststromproportionalen Spannung (U 2) gebildet wird.- Wherein the input voltage (U 3) of the torque limiting (7) via a torque potentiometer (P2), which is connected via a resistor (R2) to ground, from the load current proportional voltage (U 2) is formed. 3. Regelschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der pn-übergang durch eine Diode (44) realisiert ist, die Emitter des zweiten und dritten DV-Transistors (37,38) des zweiten Differenzverstärkers (36,37,38) mit einer an die Referenzspannung (-Uref) führenden festen Stromsenke (S 1) verbunden ist und die Basis des ersten DV-Transistors (36) des zweiten Differenzverstärkers (36,37,38) auf einen einstellbaren Widerstand (P3) führt, welcher einerseits mit Masse und andererseits über eine Diodenkombination (39,40) an die Referenzspannung (-UREf) fuhrt und die Basis des dritten DV-Transistors (38) des zweiten Differenzverstärkers (36,37,38) zusätzlich mit dem nichtinvertierenden Eingang des Regelverstärkers (2) verbunden ist, dessen Rückkopplungszweig an das eine Ende des Drehzahl-Potentiometers (P4) und eines Kondensators (41), dessen anderes Ende an Masse führt, und das andere Ende des Drehzahl-Potentiometers (P4) mit dem invertierenden Eingang des Regelverstärkers (2) und einem Widerstand (42) verbunden ist, dessen anderes Ende an die Referenzspannung (-Uref) führt.3. Control circuit according to claim 1, characterized in that the pn junction is realized by a diode (44), the emitter of the second and third DV transistor (37,38) of the second differential amplifier (36,37,38) with a is connected to the reference voltage (-Uref) leading fixed current sink (S 1) and the base of the first DV transistor (36) of the second differential amplifier (36,37,38) leads to an adjustable resistor (P3), which on the one hand to ground and on the other hand via a diode combination (39,40) to the reference voltage (-U RE f) leads and the base of the third DV transistor (38) of the second differential amplifier (36,37,38) in addition to the non-inverting input of the control amplifier (2 ) whose feedback path is connected to one end of the speed potentiometer (P4) and a capacitor (41) whose other end leads to ground, and the other end of the speed potentiometer (P4) to the inverting input of the control amplifier (2) and a resistor (42) whose other end leads to the reference voltage (-Uref).
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