DE1588303C3 - Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines Kollektormotors - Google Patents
Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines KollektormotorsInfo
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Description
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schlußmotors, dessen Feldwicklung mit 2 bezeichnet penspannung bezeichnet. Wenn die Kondensatorist,
in Serie mit einem Thyristor 3 zwischen den an spannung Uc die Auslösespannung UA erreicht, d. h.
ein Wechselstromnetz angeschlossenen Eingangs- im Punkt Z von F i g. 3, entlädt sich der Zündklemmen
4, 5 der Schaltungsanordnung. Als positive kondensator 17 im Stromkreis 18, G, K und der
Halbperiode wird nachfolgend diejenige Halbperiode 5 Thyristor 3 wird gezündet, d. h. stromdurchlässig, so
der Netzspannung bezeichnet, in welcher die daß während des übrigen, dem Winkel « von F i g. 3
Klemme 4 gegenüber der Klemme 5 positiv ist. Die entsprechenden Teils der Halbperiode ein Strom
Feldwicklung 2 wird über eine Diode 6 mit Gleich- über seine Anoden-Kathoden-Strecke A-K und durch
strom erregt, und eine entgegengesetzt gepolte und die Ankerwicklung 1 fließt.
parallel zur Feldwicklung 2 angeordnete Freilauf- io Wird der Wert R12 des Stellwiderstandes 12 verdiode7
sorgt dafür, daß ein Feldstrom auch in den größert, so wird die Sockelspannung Us größer,
negativen Halbperioden der Netzspannung fließt, in Dieser wird die Rampenspannung überlagern; indenen
die Diode 6 sperrt. In diesen negativen Halb- folgedessen verschiebt sich der Zündpunkt Z in
perioden wird in der Ankerwicklung 1 des dann als F i g. 3 nach links, und der Stromflußwinkel a. wird
Generator wirkenden Motors eine Spannung indu- x5 größen Wird der Wert .R13 kleiner gemacht, so verziert,
die ein Maß für die Istdrehzahl ist und daher schiebt sich der Zündpunkt Z nach rechts, und der
nachfolgend als tachometrische Gleichspannung UT Stromflußwinkel α wird kleiner. Die Widerstände 10
bezeichnet wird. Diese tachometrische Gleichspan- und 11 sind so dimensioniert, daß für R1., = 0 der
nung UT, deren Polarität in der F i g. 1 angegeben ist, Zündpunkt praktisch am Ende der Halbperiode, d. h.
liegt in Serie mit einer festen Bezugsspannung UB, die 20 in dem Punkt Z0 liegt.
in der positiven Halbperiode an einer Zenerdiode 8 Die Sockelspannung t/s hängt natürlich von der
mit der angegebenen Polarität entsteht, welche über Summe der Spannungen UB und UT ab, wobei die
einen hochohmigen festen Widerstand 9 an der Netz- Bezugsspannung UB immer denselben Wert hat,
spannung liegt. Ein aus einem festen Teilwiderstand während die Gleichspannung UT der jeweiligen Ist-10
und einem einstellbaren Teilwiderstand 11, 12 be- 25 drehzahl des Motors proportional ist. Nimmt infolge
stehender Spannungsteiler liegt zwischen dem Verbin- zunehmender Belastung des Motors dessen Istdrehdungspunkt
13 der Zenerdiode 8 und des Wider- zahl ab, so wird die Gleichspannung UT kleiner und
Stands 9 sowie der Klemme 5, so daß die Summe der somit auch der durch den Spannungsteiler 10, 11, 12
tachometrischen Gleichspannung UT und der Bezugs- fließende Strom bzw. der Spannungsabfall am Widerspannung
UB an diesem Spannungsteiler liegt. An 30 stand 10, so daß die Teilungsspannung Us größer
den zwischen den Widerständen 10 und 11 liegenden wird. Dies hat, ebenso wie eine Vergrößerung von
Spannungspunkt 14 ist eine Ladediode 15 ange- R1.,, zur Folge, daß der Zündpunkt Z nach links verschlossen,
die außerdem am Verbindungspunkt 16 schoben wird. Der Stromflußwinkel α wird also
eines Zündkondensators 17 und des Emitters E eines größer, was der Drehzahlabnahme des Motors ent-Unijunktion-Transistors
18 liegt; ein solcher Tran- 35 gegenwirkt. Die Empfindlichkeit der Sockel-Rampensistor
wird auch als Doppelbasisdiode bezeichnet. Ansteuerung ist sehr groß, da wegen der kleinen
Zwischen den Verbindungspunkten 13 und 16 liegt Neigung der Rampenspannung schon eine kleine
ein sehr hochohmiger Trimmerwiderstand 19. Die Vergrößerung oder Verkleinerung der Sockelspanerste
Basis B 1 des als Trigger dienenden Unijunction- nung eine sehr große Verschiebung des Zünd-Transistors
18 ist mit der Steuerelektrode G des Thy- 40 punktes Z zur Folge hat. Ferner ist hervorzuheben,
ristors3 verbunden und seine zweite Basis 52 mit daß die mittels des Stellwiderstandes 12 einstellbare
dem Verbindungspunkt 13. Der zur Zündung des Solldrehzahl sich praktisch linear mit dem Wert Rvl,
Thyristors 3 dienende Zündkondensator 17 liegt zwi- d. h. mit der Verstellung des Einstellgliedes des
sehen dessen Kathode K und dem Emitter E des Uni- Widerstandes 12 ändert.
junctions-Transistors 18. Ein Widerstand 20, der zwi- 45 Es ist klar, daß die Widerstände 11 und 12 auch
sehen der Steuerelektrode G und der Kathode K des durch-einen einzigen Stellwiderstand ersetzt werden
Thyristors 3 liegt, dient lediglich in üblicher Weise zu können. Wenn dieser einzige Widerstand bis zum
dessen Schutz gegen durch Leckstrom verursachte Wert Null herab verändert werden kann, so kann
Selbstzündungen. der Motor allerdings erst anlaufen, wenn der Wert Rvz
In Fig. 3 stellt Un eine positive Halbperiode der 50 etwa auf den Werti?n gestiegen ist, da sonst die
Netzspannung dar. Uc ist die am Zündkondensator Kondensatorspannung Uc unterhalb von Z0 verläuft.
17 auftretende Spannung, die lediglich aus zeichne- Die Schaltungsanordnung nach F i g. 2 dient zur
irischen Gründen gegenüber der Netzspannung Un Drehzahlregelung eines Wechselstrom-Kollektorstark
überhöht dargestellt ist. UA ist die Auslösespan- motors, dessen Ankerwicklung 1 über zwei in Serie
nung des Unijunction-Transistors 18. 55 geschaltete Feldwicklungen 2', 2" und zwei anti-
Zu Beginn der positiven Halbperiode lädt sich der parallel geschaltete Thyristoren 3' und 3" mit den
Zündkondensator 17 im Stromzweig 10, 15, 17 Netzklemmen 4, 5 verbunden ist; es werden dadurch
unter der Einwirkung der Bezugsspannung U8 schnell beide Halbwellen der Netzspannung ausgenutzt. Der
auf, weil die Zeitkonstante R10 · C11 sehr klein ist. Motor treibt einen kleinen Gleichstromgenerator 21
Ohne den Trimmerwiderstand 19 würde die Span- 60 an, der die tachometrische Gleichspannung UT liefert,
nung Uc durch einen schnellen Ladevorgang nur auf Die zur Erzeugung der Bezugsspannung UB dienende
die gestrichelt gezeichnete Sockelspannung U5 des Zenerdiode 8 liegt zwischen den Verbindungspunkten
Spannungsteilungspunktes 14 kommen. Über den 13' und 13" je eines Widerstandes 9' bzw. 9"mit je
Trimmerwiderstand 19 lädt sich aber der Konden- einer Diode 22' bzw. 22". Die beiden Dioden 22' und
sator 17 noch weiter, und zwar mit der sehr großen 65 22" sind entgegengesetzt gepolt, was zur Folge hat,
Zeitkonstante R10 · C17, so daß dieser weitere An- daß in beiden Halbperioden der Netzspannung Un
stieg praktisch linear erfolgt; dieser Teil des Ver- die gleiche Bezugsspannung UB an der Zenerdiode 8
laufes der Kondensatorspannung Uc wird als Ram- auftritt. Zwischen dem Punkt 13' und dem Gleich-
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stromgenerator 21 ist der Spannungsteiler 10, 11, 12 im Stromzweig 13, 1O5 14, 32, 33 fließt. Dadurch erangeordnet,
so daß dieser wieder an der Summe der höht sich der Spannungsabfall am Widerstand 10, so
Spannungen UT und XJ3 liegt Zwischen den Punkten daß die Sockelspannung U5 kleiner wird, was, wie an
13' und 13" befindet sich die Serienschaltung des Hand von Fig. 3 erläutert worden ist, eine Ver-Trimmerwiderstandes
19 und des Zündkondensators 5 kleinerung des Stromflußwinkels κ und also ein Sin-17,
deren Verbindungspunkte 16 wieder an den Span- ken des Ankerstromes zur Folge hat. Der auch als
nungsteilungspunkt 14 und an den Emitter E des Emittergegenkopplung wirkende Widerstand 33 ver-Unijunction-Transistors
18 angeschlossen ist. hindert, daß Schwingungen entstehen, d. h., daß der
Die Primärwicklung 23 eines Transformators liegt Transistor 32 dauernd gezündet und gesperrt wird,
über die Transistorbasen B1, Bl ebenfalls zwischen io wenn die Spannung am Meßwiderstand 26 den zuden
Verbindungspunkten 13' und 13", während- lässigen Wert überschritten und nach Ansprechen der
dessen Sekundärwicklungen 23' und 23" zwischen Strombegrenzungsanordnung wieder etwas unterden
Kathoden X'bzw. X" und den Steuerelektroden G' schritten hat. Die Diode 34 verhindert, daß das
bzw. G" der Thyristoren 3' bzw. 3" liegen. Potential des Kollektors des Transistors 32 momentan
Jedesmal, wenn sich der Kondensator 17 über den 15 in bezug auf Emitter oder Basis negativ werden
Transistor 18 und die Primärwicklung 23 entlädt, was könnte.
in jeder Halbperiode der Fall ist, erhält jede der Se- Es ist ersichtlich, daß die Strombegrenzungsanord-
kundärwicklungen 23' und 23" einen Zündimpuls. nung 24 die normale Wirkung der Drehzahlregelan-Es
kann aber immer nur derjenige Thyristor 3' oder 3" Ordnung — nämlich die Erhöhung des Stromflußwingezündet
werden, dessen Anode A' bzw. A" gerade 2° kels α bei wachsender Belastung des Motors zur Aufpositiv ist. Im übrigen arbeitet die Schaltungsanord- rechterhaltung der eingestellten Solldrehzahl — vernung
nach Fig. 2 in gleicher Weise wie diejenige hindert, sobald der Ankerstrom während des nornachFig.
1. ■ malen Betriebs des Motors unzulässig groß wird. (
Die Fig.4 stellt eine Variante der Schaltungs- Beim Anlaufen des Motors soll die Strombegrenanordnung
nach Fig. 1 dar, welche den in letzterer ?5 zungsanordnung 24 noch nicht wirksam werden, weil
strichpunktiert umrahmten Teil ersetzt. Bei dieser dabei vorübergehend ein größerer Ankerstrom zuläs-Variante
sind zwei Strombegrenzungsanordnungen 24 sig ist; die Zeitkonstante .R29 · C28 ist dementspre-
und 25 vorgesehen, von denen die eine (24) im Be- chend relativ groß vorzusehen,
trieb und die andere (25) beim Anlauf des Motors Um beim ersten Einschalten des belasteten Motors
oder bei rascher Erhöhung des Drehzahl-Sollwertes 30 und Anlassen auf eine bereits am Stellwiderstand 12
den Ankerstrom begrenzt eingestellte Solldrehzahl oder bei schneller Änderung
Die Strombegrenzungsanordnung 24 umfaßt einen der Einstellung dieses Stellwiderstandes 12 auf eine
sehr kleinen, zwischen dem Thyristor 3 und der höhere Solldrehzahl unzulässig hohe Stromspitzen zu
Ankerwicklung 1 angeordneten Meßwiderstand 26 in vermeiden, ist — wie bereits kurz erwähnt — die
der Größenordnung von etwa 10 mß, an dem im Be- 35 Strombegrenzungsanordnung 25 vorgesehen. Diese
trieb ein kleiner Spannungsabfall auftritt, der auf die weist eine Diode 35 auf, die einerseits an den Spanspäter erläuterte Weise bei Erreichung eines gewissen nungsteilungspunkt 14 angeschlossen und andererim
Dauerbetrieb noch zulässigen Höchstwertes ein seits über die Parallelschaltung eines Kondensators
weiteres Ansteigen des Ankerstromes verhindert. 36 und eines Widerstandes 37 mit der Kathode K des
Hierzu ist der Meßwiderstand 26 einerseits über eine 4° Thyristors 3 verbunden ist. Es ist ersichtlich, daß
Diode 27 und andererseits über einen Kondensator wenn an die Klemmen 4 und 5 über einen nicht dar-28
mit einem Widerstand 29 verbunden, wobei der gestellten Schalter die Netzspannung gelegt wird oder
Verbindungspunkt 30 des Widerstandes 29 und des wenn der Wert des Stellwiderstandes 12 plötzlich verKondensators
28 über einen Widerstand 31 an die größert wird, die Sockelspannung Us nicht sofort auf (
Basis eines Transistors 32 angeschlossen ist Der 45 den dem Teilungsverhältnis entsprechenden Wert stei- ·-
Kollektor des Transistors 31 ist an den Spannungs- gen kann, weil zunächst noch ein zusätzlicher, zur
teilungspunkt 14 angeschlossen, während sein Emitter Aufladung des Kondensators 36 dienender Strom
über einen Widerstand 33 mit der positiven Klemme durch den Widerstand 10 fließt Die Sockelspannung
der Ankerwicklung 1 verbunden ist Zwischen dieser Us für die Spannung Uc des Zündkondensators 17 ist
Klemme und dem Spannungsteilungspunkt 14 liegt 50 also geringer, als sie ohne die Strombegrenzungsanferner
eine Diode 34. Ordnung 25 wäre, so daß der Stromflußwinkel α klei-
Von der Strombegrenzung abgesehen arbeitet die ner ist und eine unzulässige Stromspitze vermieden
mit der Variante nach Fi g. 4 versehene Schaltungs- wird. Der Widerstand 37 dient nur zur Entladung des
anordnung nach Fig. 1 genauso, wie dies an Hand Kondensators 36, damit dieser nicht auf eine die
von Fig. 3 erläutert worden ist. Solange der Anker- 55 Sockelspannung U5 übersteigende Spannung geladen
strom seinen zulässigen Dauerwert nicht übersteigt, bleiben kann, was bei raschem Ein- und Ausschalist
der Spannungsabfall am Meßwiderstand 26 kleiner ten die Strombegrenzungsanordnung 25 wirkungslos
als die Schwellenspannung der Diode 27 in Durchlaß- machen würde. Der Widerstand 37 ist aber so groß,
richtung. Die Diode 27 wird also erst durchlässig, daß er in bezug auf das Teilungsverhältnis des Spanwenn
der Ankerstrom infolge einer Zunahme der Be- 60 nungsteilers 10,11,12 vernachlässigbar ist.
lastung seinen zulässigen Wert übersteigt, worauf der Es ist ersichtlich, daß die Strombegrenzungsanord-
Diodenstrom über den Widerstand 29 den Konden- nung 25 ohne weiteres auch im Ausführungsbeispiel
sator28 auflädt. Die Basis des Transistors31 wird nach der Fig.2 anwendbar ist, während die Stromsomit
gegenüber dessen Emitter positiv, so daß die begrenzungsanordnung 26 etwas abgeändert werden
Kollektor-Emitterstrecke leitend wird und ein Strom 65 müßte.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung Durchschalten des Transistors (32) in Abhängigeines
Kollektormotors, dessen Ankerwicklung mit 5 keit vom Ansteigen der Kondensatorspannung die
einer Wechselstromquelle über mindestens einen Basis des Transistors (32) an die Verbindungs-Thyristor
verbunden ist, für dessen Phasen- leitung zwischen dem Kondensator (28) und dem anschnittsteuerung ein Zündkondensator vorge- ohmschen Widerstand (29) angeschlossen ist
sehen ist, dessen Spannung sich aus einer schnell (F i g. 4).
ansteigenden Sockelspannung und einer langsam io 7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, geansteigenden
Rampenspannung aufbaut, da- kennzeichnet durch eine Strombegrenzungsanorddurch
gekennzeichnet, daß ein Span- nung(25) mit einer Diode (35), die in Serie mit nungsteiler (10, H, 12), der aus einem festen der Parallelschaltung eines Kondensators (36)
Teilwiderstand (10) und einem einstellbaren Teil- und eines Widerstandes (37) parallel zur Reihenwiderstand
(11, 12) besteht, an einer Spannung 15 schaltung der Ladediode (15) und des Zündliegt,
die sich aus einer festen Bezugsspannung kondensator (17) liegt (Fig. 4).
(U11) und einer im gleichen Sinne gepolten, der
(U11) und einer im gleichen Sinne gepolten, der
Istdrehzahl entsprechenden Gleichspannung (C/r)
zusammensetzt, daß der Zündkondensator (17)
über eine Ladediode (15) an einer zur Bildung 20
der Sockelspannung (Us) dienenden Spannung Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungs- ^,
liegt, die gleich ist der Differenz zwischen der Be- anordnung zur Drehzahlregelung eines Kollektor- \£
zugsspannung (t/;j) und dem Spannungsabfall am motors, dessen Ankerwicklung mit einer Wechselfesten
Teilwiderstand (10), und daß der Zünd- stromquelle über mindestens einen Thyristor verkondensator
(17) außerdem zur Bildung der 25 bunden ist, für dessen Phasenanschnittsteuerung ein
Rampenspannung über einen hochohmigen Wider- Zündkondensator vorgesehen ist, dessen Spannung
stand (19) an der Bezugsspannung (U8) liegt. sich aus einer schnell ansteigenden Sockelspannung
2. Anordnung nach Anspruch 1 mit einem und einer langsam ansteigenden Rampenspannung
Gleichstrom-Nebenschlußmotor, dadurch gekenn- aufbaut.
zeichnet, daß die Ankerwicklung (1) über nur 30 Die Schaltungsanordnung arbeitet also mit einer
einen Thyristor (3) mit der Wechselstromquelle Sockel- und Rampen-Ansteuerung, wie sie aus dem
(4, S) verbunden ist, daß der über eine Diode (6) Handbuch »General Electric Silicon Controlled
von derselben Wechselstromquelle gespeisten Rectifier Manual«, 3. Ausgabe (1964), S. 131 bis 137,
Feldwicklung (2) eine entgegengesetzt gepolte unter der Bezeichnung »Ramp-and-Pedestal-Control«
Freilaufdiode (7) parallel geschaltet ist und daß 35 bekannt ist.
die Ankerwicklung (1) die der Istdrehzahl ent- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
sprechende Gleichspannung (UT) liefert (F i g. 1,4 Schaltungsanordnung der vorgenannten Art so weiterund
5). zuentwickeln, daß bei einem relativ einfachen Aufbau
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- eine exakte und zuverlässige Arbeitsweise erzielt wird,
kennzeichnet, daß der Anker einen Gleichstrom- 4' wobei insbesondere zwischen der Solldrehzahl und
generator (21) antreibt, der die der Istdrehzahl einem einstellbaren Widerstand eine praktisch lineare
entsprechende Gleichspannung (L/r) liefert (F ig.2). Beziehung hergestellt ist. »
4. Anordnung nach Anspruch 3 mit einem Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- m
Wechselstrom-Reihenschlußmotor, dadurch ge- löst, daß ein Spannungsteiler, der aus einem festen ,
kennzeichnet, daß der Motor (1, 2', 2") mit zwei 45 Teilwiderstand und einem einstellbaren Teilwiderantiparallelen
Thyristoren (3', 3") in Serie ge- stand besteht, an einer Spannung liegt, die sich aus
schaltet ist, daß die Bezugsspannung (U11) an einer einer festen Bezugsspannung und einer im gleichen
Zenerdiode (8) abgenommen ist, die in der Sinne gepolten, der Istdrehzahl entsprechenden
Brückendiagonale einer aus zwei ohmschen Gleichspannung zusammensetzt, daß der Zünd-Widerständen
(9', 9") und zwei entgegengesetzt so kondensator über eine Ladediode an einer zur Bilgepolten
Dioden (22', 22") aufgebauten, an der dung der Sockelspannung dienenden Spannung liegt,
Wechselstromquelle (4, 5) liegenden Brücken- die gleich ist der Differenz zwischen der Bezugsschaltung liegt, und daß im Entladekreis des spannung und dem Spannungsabfall am festen Teil-Zündkondensators
(17) die Primärwicklung (23) widerstand, und daß der Zündkondensator außerdem eines Transformators mit zwei Sekundärwicklun- 55 zur Bildung der Rampenspannung über einen hochgen
(23', 23") liegt, die zur Zündung der beiden ohmigen Widerstand an der Bezugsspannung liegt.
Thyristoren (3', 3") dienen (F i g. 2). Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
Thyristoren (3', 3") dienen (F i g. 2). Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
5. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeich- den Unteransprüchen. Die Erfindung wird nachnet
durch eine Strombegrenzungsanordnung (24), stehend in Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichwelche
einen Transistor (32) aufweist, der leitend 60 nungen näher erläutert. Dabei zeigen
wird, wenn der Strom durch die Ankerwicklung F i g. 1 und 2 je ein Ausführungsbeispiel der er-(1)
einen im Betriebszustand höchstzulässigen findungsgemäßen Schaltungsanordnung,
Wert überschreitet, und dadurch den durch den Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirfesten Teilwiderstand (10) fließenden Strom er- kungsweise,
höht (Fig. 4). 65 Fig. 4 eine Variante der Schaltungsanordnung
Wert überschreitet, und dadurch den durch den Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirfesten Teilwiderstand (10) fließenden Strom er- kungsweise,
höht (Fig. 4). 65 Fig. 4 eine Variante der Schaltungsanordnung
6. Anordnung nach Anspruch 2 und 5, dadurch nach Fig. I.
gekennzeichnet, daß in Serie mit der Ankerwick- Gemäß F i g. 1 liegt die Ankerwicklung 1 eines in
lung (1) ein niederohmiger Meßwiderstand (26) seiner Drehzahl zu regelnden Gleichstrom-Neben-
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