DE1903061B2 - Schaltungsanordnung zum Regem der Drehzahl eines Universalmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach der Gattung des Hauptanspruches. Es ist bereits eine derartige Schaltungsanordnung aus der CH-PS 4 48 233 zur Drehzahlregelung eines Kollektormotors bekannt, bei der sowohl für den Anlaufbereich wie für den Oberlastbereich besondere Steuerungsmaßnahmen vorgesehen sind. Als Istwertgeber für die Drehzahl dient bei der bekannten Anordnung ein Tachogenerator, dessen Rotorgeschwindigkeit der Motordrehzahl entspricht Diese bekannte Schaltungsanordnung besitzt zur Vermeidung einer Überlastung eine Strombegrenzungsschaltung, welche wirksam wird, wenn tier Strom durch den Rotor einen im Betriebszustand höchsten zulässigen Wert überschreitet. Die Stromverringerung wird bewirkt durch eine Verkleinerung des Stromflußwinkels eines Thyristors im Motorstromkreis. Weiterhin besitzt diese bekannte Schaltungsanordnung zur Verhinderung von Überlastungen beim Anlaufen des Motors eine zweite Strombegrenzungsschaltung. Ein sehr wesentlicher Nachteil dieser bekannten Schaltung besteht darin, daß zur Überwachung des Motorstromes ein Serienwiderstand im Hauptstromkreis erforderlich ist, welcher erhebliche Verluste verursacht und besondere Kühlprobleme aufwirft

Es ist üblich, eine Schaltungsanordnung gemäß dem Gattungsbegriff derart auszulegen, daß die dem Motor zugeführte Spannung von einer drehzahlproportionalen Steuerspannung so beeinflußt wird, daß bei Unterschreitung einer vorgegebenen und in den meisten Fällen einstellbaren Solldrehzahl um einen bestimmten Betrag die maximal mögliche Spannung dem Motor zugeführt wird, bei Überschreitung der Solldrehzahl um einen bestimmten Betrag dagegen die minimal mögliche Spannung zugeführt wird. Eine in dieser Weise arbeitende Regelschaltung nennt man üblicherweise einen Proportionalregler. Die Summe der beiden erwähnten Drehzahlabweichungen zwischen maximal und minimal dem Motor zugeführter Spannung nennt man üblicherweise Proportionalbereich.

Diese bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß bei größeren Unterschreitungen der eingestellten Nenndrehzahl immer die maximal mögliche Spannung dem Motor zugeführt wird. Dies führt aber während des Anlaufvorganges sowie bei Überlastungen des Motors zu sehr hohen Motorströmen, wodurch unliebsame Erwärmung der Motoren bei häufigen Anläufen oder bei häufiger Überlastung auftritt. Um dies zu vermeiden, sind sogenannte Strombegrenzungs-Regelschaltungen bekannt, welche nach einem vom Motorstrom abgeleiteten Signal die Motorspannung zusätzlich beeinflussen. Solche Anordnungen haben den Nachteil, daß ein Stromsignal gebildet werden muß, was entweder aufwendige Schaltungsmittel und/oder zusätzliche Verlustleistungen verursacht. Bei Phasenanschnittsteuerungen kann eine Strombegrenzungsschaltung außerdem frühestens nach Messung des Stromes in der ersten durchgesteuerten Halbwelle wirksam werden, weshalb zur Unterdrückung der Stromspitze in der ersten Halbwelle oft Verzögerungsschaltungen angewendet werden.

Solche Verzögerungsschaltungen machen aber

grundsätzlich die Regelschaltung langsamer, was wiederum zu Einbußen in der Regelgenauigkeit führt Derselbe Nachteil tritt bei der bekannten Methode der Anlaufstromunterdrückung durch Verzögerungsschaltungen auf,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die technische Brauchbarkeit einer Schaltungsanordnung durch Erweiterung des. Anwendungsbereiches zu verbessern. Die Schaltungsanordnung muß zu diesem Zweck schnell wirksam und betriebssicher sein und sie muß derart ausgelegt werden, daß der Universalmotor an einem Haushaltsnetz mit normalen Sicherungen betreibbar ist Hierzu ist es sehr wesentlich, daß Stromspitzen unterdrückt und Oberlastungen im Anlauf- und Oberlastbereich wirksam verhindert werden. Die Schaltungsanordnung muß dafür sorgen, daß ab einer vorgegebenen Maximallast der Motor schnell und sicher abgeregelt wird.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches erfüllt die zuvor beschriebene Aufgabe in vollem Umfang. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind zusätzlich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Schaltungsanordnung möglich. Durch Vermeidung des Umweges über die Messung des Motorstromes wird eine viel rascher und zuverlässiger arbeitende Steuerung des Motors erzielt

Anhand der Zeichnung werden nachfolgend Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert Es ist

F i g. 1 ein Diagramm, das die dem Motor zugeführte Spannung in Funktion seiner Drehzahl zeigt;

F i g. 2 ein Diagramm, das die Drehzahl des Motors in Funktion seines Drehmomentes zeigt;

Fig.3 ein Blockschema einer erfindungsgemäßen Schaltung;

F i g. 4 ein Blockschema einer anderen Schaltung; F i g. 5 und 6 zwei weitere Schaltungen.

Die nachfolgend anhand der F i g. 3—6 beschriebenen Schaltungen zur Drehzahlregelung eines Universalmotors, dessen Drehzahlen von der ihm zugeführten Spannung — der Motorspannung U — abhängt, sind so ausgelegt, daß gemäß Fig. 1 die Motorspatmung i/im Anlaufdrehbereich 0 — n\ von einem Anfangswert aus ansteigt, z. B. von Anfangswert U₀ aus linear gemäß der Linie Z\. In einem mittleren Drehbereich ti\—m hat die Motorspannung einen Maximalwert U_n^ und in einem anschließenden Drehbereich, den Regeldrehbereich "j—/Jj, fällt die Motorspannung gemäß der Geraden U₂ auf einen Minimalwert U_min, der meistens praktisch gleich Null ist Etwa in der Mitte des Regeldrehbereiches m—m liegt die Solldrehzahl /J_n, welche der Motor einhalten sollte. Es ist ersichtlich, daß, wenn die Drehzahl η im Regelbereich «2—/I₃ größer bzw. kleiner wird als n„ die Mororspannung kleiner bzw. größer wird als die n_s entsprechende Spannung U» und daß dadurch die Drehzahl wieder kleiner, bzw. größer wird, d.h. praktisch auf n_s konstant gehalten wird.

In Fig.2 ist die dem Kurvenzug U\, Um_n, U₂ entsprechende Drehzahl-Drehmomentcharakteristik des Motors dargestellt. Mit wachsendem Belastungsmoment M nimmt im Regelbereich m—th die Drehzahl linear ab, gemäß der mit M₂ bezeichneten Kurve, im mittleren Drehbereich folgt das Drehmoment M der üblichen Motorcharakteristik für konstante Spannung, die bei einem Gleichitrom-Seriemotor etwa den mit M_c bezeichneten Verlauf hat, und im Anlaufbereich 0-/J₁ fällt mit weiter wachsendem Belastungsmoment M die Drehzahl etwa linear auf Null Der Regeldrehbereich m—ti ist in den Fig.! und 2 noch durch Pfeile hervorgehoben.

Als Variante kann die Motorspannung im Anlaufdrehbereich statt linear anzusteigen, gemäß einem gebrochenen (unstetigen) Geradenzug U\* oder gemäß einer konvexen Kurve U,i* oder gemäß einer konkaven Kurve U\c ansteigen. Die entsprechenden Abschnitte der W-n-Charakteristik sind mit Mn, M\_b und M_{1 c} bezeichnet

In vielen Fällen ist die Solldrehzahl a_s einstellbar, d. h. daß der ganze Regelbereich m—m längs der 77-Achse verschoben werden kann. Es kann dann vorkommen, daß bei gewissen.Einstellungen des Regelbereiches der mittlere Drehbereich m—m verschwindet, d.h. der Regeldrehbereich unmittelbar auf den Anlaufdrehbereich folgt Dies könnte auch bei einer Schaltung ohne Einstellbarkeit des Regeldrehbereiches vorkommen.

Wenn der Motor ein aus einem Wechselstromnetz gespeister Universalmotor ist und für die Schaltung das bekannte Phasenschrüttverfahren tuaützt wird, um die Motorspannung zu verändern, so ist unter der Motorspannung der Mittelwert der während der einzelnen Netzspannungs-Halbperioden dem Motor zugeführten Wechselspannung zu verstehen. Dabei liegt bekanntlich in jeder Halbperiode, oder in jeder zweiten Halbperiode, die Spannung nur während eines gewissen Phasenwinkels, dem sogenannten Stromflußwinkel, dessen Größe gesteuert wird, am Motor. Die Motorspannung U wächst mit dem Strumnußwinkel φ, weshalb rein qualitativ — und ohne Wahrung der Proportionalität — das Diagramm nach F i g. 1 auch gilt wenn man sich vorstellt daß anstelle der Motorspannung U der Stromfluß φ auf der Ordinatiomsachse aufgetragen ist

Anhand von Fig.3 soll ein prinzipieller Weg zur Erzielung der tA/i-Charakteristik nach F i g. 1 erläutert werden. Der zu regelnde Motor 1 treibt einen Tachometergenerator 2 an, der eine der Drehzahl π proportionale Spannung E erzeugt Die Spannung E wird einem Proportionalregler 3 bekannter Art zugeführt, der von einer Spannungsquelle 4 gespeist wird und eine Ausgangsspannung V₁ liefert

Die Spannung Vi verläuft im Regelbereich .T₂-ZJ₃ wie U₂ und hat zwischen 0 und m den konstanten Wert Vi _m„, der gleich groß ist wie LW Wenn man dem Motor 1 die Spannung Vi zuführen würde, so würde er bei kleinen Drehzahlen, also bei Anlauf oder Überlastung einen sehr großen Strom aufnehmen, was dem Motor schaden und das Netz ungünstig belasten würde. Daher sind bisher zusätzlich zum Proportionalregler 3 die eingangs erwähnten Strombegrenzungsschaltungen vorgesehen worden. Um die Nachteile dieser Strombegrenzerschalti'ngcn zu vermeiden, ist erfindungsgemäß eine Anlaufsteuervorrichtung 5 vorgesehen, die nicht den dem Motor 1 zugeführten Strom, sondern die Spannung E als Eingangsgröße benützt Die Vorrichtung 5 kann leicht so ausgelegt werden, daß sie eine Spannung V₂ liefert, die im Altlaufbereich Ο-;* verläuft und oberhalb von /Ji einen konstanten Wert V_2mer hat der gleich oder nahezu gleich Umu ist Die Spannungen Vi und V₁ werden einer Auswählvorrichtung 6 zugeführt welche immer nur die kleinere der beiden Spannungen durchläßt. Es ist ersichtlich, daß somit die Ausgangsspannung der Ausvählvorrichtung 6 die gewünschte Motorspannung U ist, mit welcher der Motor 1 gespeist wird.

Fig.4 zeigt eine Variante, bei welcher von der

Regelvorrichtung 3a nur verlangt wird, daß sie eine Spannung V₁, liefert, die im Regelbereich rh—n_} mit U₂ übereinstimmt und im mittleren Drehbereich unterhalb m etwa in gleicher Richtung wie U₂ verläuft. Entsprechend liefert die Anlaufsteuervorrichtung 5a eine Spannung V₂* die im Anlaufbereich mit U\ übereinstimmt und im anschließenden Teil des mittleren Drehbereiches in gleicher Richtung wie Ut verläuft Die Spannungsquelle liefert einer ersten Auswahlvorrichtung 6' eine Spannung Um*, die wiederum die kleinere Spannung auswählt und durchläßt Es ist ersichtlich, daß die Ausgangsspannung der Auswählvorrichtung 6' der Spannung V₂ entspricht, die im Falle von F i g. 3 von der Vorrichtung 5 geliefert wird. Der Ausgang der ersten Auswählvorrichtung 6' ist mit einer zweiten Auswählvorrichtung 6" verbunden, die wiederum die kleinere der Spannungen V₂ und V₁, auswählt und durchläßt, womit sich schließlich die gewünschte Motorspannungt/ergibt.

Obgleich die F i g. 3 und 4 Schaltungen zeigen, die mit bekannten Mitteln leicht realisierbar sind, können sie noch den Nachteil haben, in gewissen Fällen relativ aufwendig zu sein. In den beiden Schaltungen nach F i g. 5 und 6 sind die Vorrichtungen 3—6 gewissermaßen einander überlagert, wodurch zahlreiche Schaltelemente eingespart werden können.

In der Schaltung nach Fig.5 wird von dem zu regelnden Motor 1 wieder ein Tachometerdynamo 2 angetrieben. Der Motor 1 ist ein Kollektormotor mit in Reihe mit dem Rotor 7 geschalteter Feldwicklung 8. An die Eingangsklemmen 9 und 10 der Netzspannung von z. B. 220 Volt, 50 Hz, sind in Reihe mit dem Rotor 7 und der Wicklung 8 zwei antiparallel geschaltete Thyristoren 11a und üb angeschlossen. Zwischen der Steuerelektrode jedes Thyristors 11a und Hb und seiner Zündelektrode liegt je eine Sekundärwicklung 12a, bzw. i2b eines Zündtransformators 13. In Fig.5 sind oberhalb des Motors 1 einige Perioden der Netzspannung dargestellt, wobei in jeder Halbperiode derjenige Teil, in dem der betreffende Thyristor 11a oder Hb leitend ist, schraffiert gezeichnet ist.

Parallel zu den Thyristoren 11a und HZj ist der Eingang einer Gleichrichterbrücke 14 geschaltet, deren Ausgang über einen Widerstand 15 und zwei Leiter 16, bzw. 17 mit einer Zenerdiode 18 verbunden ist, welche zwischen den Leitern 16 und 17 eine auf einen Wert von z. B. 18 Volt begrenzte Zenerspannung erzeugt. Oberhalb des Leiters 16 ist der Verlauf der Spannung zwischen den Leitern 16 und 17 für einige Halbperioden dargestellt, wobei der Leiter 16 positiv ist gegenüber dem Leiter 17. Da jeweils bei der Zündung eines Thyristors 11a ooer 116 die an der Brücke 14 liegende Spannung zusammenbricht, dauert die Zenerspannung zwischen den Leitern 16 und 17 immer nur vom Anfang einer Halbperiode bis zum Moment der Zündung. Dadurch wird eine gewisse Leistungsersparnis erzielt gegenüber einer gestrichelt angedeuteten Varianten, bei welcher der Eingang der Brücke 14 direkt an den Netzklemmen 9 und 10 liegt statt parallel zu den Thyristoren Ha und 116. Im übrigen würde diese Variante aber ebenfalls auf die nachfolgend beschriebene Weise arbeiten.

Zwischen den Leitern 16 und 17 Hegt ein Widerstand 19, der zur Entladung eines Kondensators 20 dient der von der Zenerspannung E₁ über einen Widerstand 21 geladen wird, zu dem eine Diode 22 parallel geschaltet ist Der Widerstand 21 ist mit dem Emitter eines ersten Transistors 23 verbunden, dessen Kollektor über einen Widerstand 24 mit der Basis eines zweiten Transistors 25 verbunden ist Die Basis des Transistors 23 ist über einen Widerstand 26 mit dem Leiter 16 und über einen Widerstand 27 mit einem Punkt 28 verbunden, zwischen welchem und dem Leiter 1? der Tachogenerator 2, ein Kondensator 29 und ein Widerstand 30 liegen. Die Elemente 29 und 30 dienen lediglich zum Ausgleich der kleinen Welligkeit der vom Tachometer 2 gelieferten Spannung £ Der Punkt 28 ist Ober eine Diode 3 t und

ίο einen Widerstand 32 mit der Basis des Transistors 25 verbunden.

Der Emitter des Transistors 25 liegt am Leiter 16 und sein Kollektor ist über einen Widerstand 33 mit dem Emitter eines Unijunctiontransistors 34 und mit einem Zündkondensator 35 verbunden, der andererseits an den Leiter 17 angeschlossen ist. Über den Emitter und den unteren Basisanschluß des Transistors 34 liegt die Primärwicklung 36 des Zündtransformators 13. Der Emitter des Transistors 25 und der obere Basisanschluß des Unijunctiontransistors 34 sind mit dem Leiter 16 verbunden.

Wenn der normalerweise nicht stromleitende Unijunctiontransistor durch Anlegen einer positiven Spannung an seinen Emitter leitend wird, fließt durch die Primärwicklung 36 des Zündtransformators 13 ein Impuls, so daß die Sekundärwicklungen 12a und 126den Steuerelektroden der Thyristoren Ha und lift ebenfalls Impulse zuführen, und derjenige Thyristor, dessen Anode gegenüber der Kathode positiv ist, zündet,

jo worauf der Thyristor bis zum Ende der betreffenden Halbperiode der Netzspannung leitend bleibt. Die positive Spannung am Emitter des Unijunctiontransistors 34 wird dadurch erzeugt, daß der Transistor 25 leitend wird, indem dann der kleine Kondensator 35 über den kleinen Widerstand 33 von der Zenerspannung E₂ schlagartig aufgeladen wird. Der Transistor 25 wird dann leitend, wenn seine Basis in Bezug auf den Emitter negativ wird, d. h. die Spannung der Basis in Bezug auf den Leiter 17 kleiner wird als die Zenerspannung E_x. Die Basisspannung hängt nun von der Tachospannung E einerseits über die Schaltungselemente 31 und 32 und andererseits auch über die Schaltungselemente 20, 21, 23, 24, 26,27 ab, wobei es wichtig ist, ob der Transistor 23 leitend bzw. nicht leitend ist

Solange der Transistor 23 nicht leitend ist, hat die Basis des Transistors 25 dieselbe Spannung wie dessen Emitter, nämlich die Zenerspannung E_x und der Transistor 25 sperrt Am Ende einer Halbperiode der Zenerspannung E₇ ist

der Kondensator 20 auf alle Fälle über den Widerstand 19 und die Diode 22 entladen worden. Zu Begin . der nächsten Halbperiode wird der Kondensator 20 dann über den Widerstand 21 aufgeladen; dabei ist der Ladestrom in dem Moment, in welchem die Zenerspannung E_x nach efaiem raschen Anstieg ihren Dauerwert erreicht am größten und nimmt dann stetig ab. Infolge des Spannungsabfalles am Widerstand.21 nimmt daher die Spannung des Emitters des Transistors 23 nach einem raschen Anstieg ebenfalls stetig ab und der Transistor 23 wird leitend, wenn die Emitterspannung unter die Basisspannung fällt wobei im Vorstehenden alle Spannungen auf den Leiter 17 bezogen sind.

Da im vorliegenden Falle die drehzahlabhängige Spannung, nämlich die Tachospannung E der Drehzahl proportional ist, gilt das Diagramm nach Fig. 1 auch wenn man sich auf der Abszissenaxe anstelle der Drehzahl π die Spannung EaIs aufgetragen verstellt
Für E = 0 ist die Basisspannung des Transistors 23

am niedrigsten; da dann die Spannung des Punktes 28 Null ist, hängt die Basisspannung nämlich lediglich vom Spannungsteiler 26, 27 ab. Wenn der Spannungsabfall am Ladewiderstarrj 21 abnimmt, wird der Emitter also ziemlich spät innerhalb der Halbperiode in Bezug auf s die Basis negativ, d. h. daß die Transistoren 23, 25 und der betreffende Thyristor 11a oder Hb ziemlich spät leitend verden; der StromfluDwinkel φ ist also relativ klein und die mittlere Motorspannung hat den Anfangswert lh. Wenn E zunimmt, wird die Basis des Transistors 23 positiver, so daß sein Emitter schneller in Bezug auf dieselbe negativ wird, d.h. daß die Thyristorzündung früher erfolgt und Uetwa gemäß der Geraden U\ zunimmt. Für einen gewissen, der Drehzahl n\ entsprechenden Wert der Tachospannung £ wird der Transistor 23 sofort nach dem steilen Anstieg der Zenerspannung E₇ leitend und der Stromflußwinkel φ hat seinen maximalen Wert, von z. B. etwa 160°, dem die maximajp Mntnrcnanmincr //__ entxnricht.

Wenn die Tachospannung E den Dauerwert der Zenerspannung E₂ erreicht, so würde sie in Ermangelung des Transistors 23 über die Diode 31 und den Widerstand 32 den Transistor 25 dauernd sperren. Durch die Entsperrung des Transistors 23 ergibt sich aber am Widerstand 32 ein gewisser Spannungsabfall 2s und da der vom Transistor 23 jeweils durchgelassene Strom von der Größe des zwischen Emitter und Basis herrschenden Spannungsdifferenz abhängt, ist der Zeitpunkt der Sperrung des Transistors 25 von der Größe der Tachospannung E abhängig. Einer Zunahme der Ta hospannung entspricht eine rasch zunehmende Verzögerung der Thyristorzündung, so daß die Motorspannung t/gemäß lh praktisch auf Null sinkt.

Die anhand von F i g. 5 beschriebene, äußerst vorteilhafte Schaltung eignet sich für die Drehzahlregelung von Motoren, die lediglich bei einer vorbestimmten Solldrehzahl n_s arbeiten müssen. Wenn die Solldrehzahl /J₅ geändert, d.h. der Drehzahl-Regelbereich ih—m verschoben werden soll, kann z. B. die in F i g. 6 dargestellte Schaltung benützt werden.

Gemäß Fig.6 wird wiederum vom Motor 1 ein Tachogenerator 2 angetrieben. Der Motor 1 liegt in Serie mit einem Thyristor 11 am Ausgang einer Gleichrichterbrücke 14, deren Eingang durch die Netzspannung von z. B. 220 Volt, 50 Hz, gespeist wird. Zwischen der Kathode und der Steuerelektrode des Thyristors 11 ist eine Sekundärwicklung 12 eines Zündtransformators 13 angeordnet Am Brückenausgang ist ein Widerstand 37 in Serie mit einer Zenerdiode 38 geschaltet, die zwischen zwei Leitern 39 und 40 eine Bezugsspannung erzeugt, die kurz als Zenerspannung E₁ bezeichnet wird. Zwischen den Leitern 39 und 40 befindet sich die Primärwicklung 36 des Zündtransformators 13 in Serie mit einem Unijunctiontransistor 41 und einem Widerstand 42. Ein Zündkondensator 43 liegt zwischen dem Emitter des Unijunctiontransistors 41 und dem Leiter 39 und ein einstellbarer Widerstand 44 liegt zwischen diesem Emitter und dem Leiter 40. Die Summe der Tachometerspannung fund der Zenerspannung E_x liegt an einem Spannungsteiler, der aus einem festen Widerstand 45 und einem einstellbaren Widerstand 46 besteht und dessen Spannnngsteilerpunkt 47 über eine Diode 48 mit dem Verbindungspunkt 49 der Elemente 41,43 und 44 verbunden ist

Der bis jetzt beschriebene Teil der Schaltung arbeitet entsprechend dem Diagramm nach Fig.1 im Regeldrehbereich Bi-H₃. Während die betreffenden Anordnungen zur Beschränkung des Stromes aber im Anlaufdrehbereich O-Πι eine Messung dieses Stromes voraussetzen, wird bei der vorliegenden Anordnung die Motorspannung im Anlauf- und Überlastdrehbereich von der Tachospannung E gesteuert Hierzu ist der Punkt 49 mit dem Kollektor eines Transistors 50 verbunden, dessen Emitter an den Leiter 39 angeschlossen ist. Die Basis des Transistors 50 ist über einen Widerstand 51 und eine Zenerdiode 52 mit einem Punkt 53 verbunden. Zwischen dem Punkt 53 und dem Leiter 39 liegt ein Widerstand 54 mit einer dazu parallel geschalteten Diode 55. Andererseits ist der Punkt 53 über einen Kondensator 56 mit dem Emitter eines Transistors 57 und einer Diode 58 verbunden, die ihrerseits an den Leiter 40 angeschlossen ist. Der Kollektor des Transistors 57 liegt unmittelbar am Leiter 40, während seine Basis über einen Widerstand 59 mit diesem Leiter 40 und über einen Widerstand 60 mit dem negativen Pol des Tachogenerators 2 verbunden ist. Parallel zur Zene^rd>oHe 3Λ liegt ferner noch ein Widerstand 61.

Wie später noch näher beschrieben wird, ist bei hohen Drehzahlen, bzw. großer Tachogeneratorspannung E der Transistor 50 nicht leitend. Zu Beginn einer Halbperiode wird dadurch der Zündkondensator 43 in bekannter Weise durch die im Teilungspunkte 47 des an der Spannung E + E₁ liegenden Spannungsteilers 45,46 liegende Spannung sprunghaft aufgeladen, worauf sich dieser »Sprungspannung« noch eine langsame steigende »Rampenspannung« überlagert, die davon herrührt, daß der Kondensator 43 von der Zenerspannung E₇ auch über den Widerstand 44 geladen wird. Wenn die Kondensatorspannung die Zündspannung des als Triggerelement dienenden Unijunctiontransistors 41 erreicht, so entlädt sich der Kondensator 43 über die Primärwickling 36 des Zündtransformators 13 und der Thyristor U wird über die Sekundärwicklung 12 gezündet. Je größer die Tachogeneratorspannung E ist umso kleiner ist die Spannung des Punktes 47 in Bezug auf den Leiter 39, also umso kleiner die Sprungspannung, so daß die Kondensotorspannung umso später die Zündspannung erreicht Es ergibt sich somit entsprechend F i g. 1 der Teil lh der Motorspannung U im Regelbereich. Bei einem gewissen, von der Einstellung des Widerstandes 46 abhängigen Wert der Tachogeneratorspannung E wird bei großer Motorbelastung der Zündpunkt schon durch die Sprungspannung selbst erreicht was dem maximalen Wert des Stromflußwinkels φ, bzw. ί/,Μχ, entspricht Durch Einstellen des Widerstandes 46 kann die Drehzahl /Jj bzw. die Lage des Regeldrehbereichs mit der Solldrehzahl tn verändert werden.

£>er Kondensator 56 wird am Ende jeder Halbperiode über die Dioden 55 und 58 und den Widerstand 61 entladen und zu Beginn der folgenden Halbperiode von einer Spannung aufgeladen, die von dem in Emitterfolgeschaltung (Kollektorbasisschaltnng) arbeitenden Transistor 57 geliefert wird, dessen Basisspannung vom Verhältnis der Widerstände 59 und 60, sowie von der Tachospannung fabhängt Der Ladestrom steigt dabei anfänglich sehr rasch auf einen relativ großen Wert, um dann stetig abzunehmen. Der entsprechende Spannungsabfall am Widerstand 54, d.h. die Spannung im Punkte 53, nimmt daher während der Aufladung des Kondensators 56 ab. Für π = 0, bzw. E = 0, hat die den Kondensator aufladende Spannung den größten Wert Die Spannung im Punkt 53 bleibt somit relativ lange höher als die Knickspannung (Grenzspannung) der Zenerdiode 52, was zur Folge hat, daß der Transistor 50

leitend ist und infolgedessen die Aufladung des ZUndkondensators 43 unterbindet. Erst wenn die Spannung im Punkte 53 unter die Knickspannung der Zenerdiode 52 gefallen ist und der Transistor 50 sperrt, kann die Spannung im Punkte 47 den Kondensator 43 mit der hohen Sprungspannung laden, was dann unmittelbar dessen Entladung und die Zündung des Thyristors 11 zur Folge hat. Der Stromflußwinkel φ ist relativ klein und so die Vfotorspannung Lh, deren Größe im wesentlichen durch den gewählten Wert des Widerstandes 54 bestimmt ist.

Wenn die Tachospannung E wächst, wird der Kondensator 30 weniger aufgeladen, so daß die Spannung im Punkt 53 früher unter die Knickspannung der Zenerdiode 52 fällt. Der Transistor 50 wird früher gesperrt, so daß φ und U größer werden, entsprechen dem Verlauf von Ux in F i g. 1.

Wenn man die Schaltung nach Fig.6 mit dem Blockschema nach F i g. 3 vergleicht, so kann man die Elemente 5ö—52 ais die Auswahlvorrichtung 6, die Elemente 41 —49 als die Proportionalregelvorrichtung 3 und die Elemente 53—61 als die Anlaufsteuervorrichtung 5 betrachten, wobei diese Vorrichtungen aber den Elementen 11 — 14, 37 und 38 der Spannungsquelle 4 überlagert sind, indem die Vorrichtungen 3,5 und 6 nicht selbständig die Spannungen liefern, aus denen sich die Motorspannung U zusammensetzt, wie im Falle von F ig. 3.

Bei einer nicht dargestellten Variante der erfindungsgemäßen Schaltung, die ebenfalls mit einem oder zwei Thyristoren ausgerüstet ist, liefern sowohl die Anlaufsteuervorrichtung als auch der Proportionalregler innerhalb jeder Halbperiode, oder jeder zweiten Halbperiode der Netzspannung einen Impuls und die

ίο Auswählschaltung wählt von diesen beiden Impulsen immer denjenigen aus, der später eintrifft, um ihn als Zündimpuls dem oder den Thyristoren zuzuführen, so daß der kleinere Stromflußwinkel φ bzw. wie anhand von F i g. 1 und 3 erläutert, die kleinere der Spannungen, die der Wirkung dieser beiden Vorrichtungen entspricht, dem Motor zugeführt wird. Vorrichtungen, die durch das Eintreffen eines ersten Impulses so vorbereitet werden, daß sie beim Eintreffen eines zweUen Impulses einen Ausgangsimpuls liefern, sind bekannt.

O) Man kann riäiiiiich als dreriza'riiabnärigige Sieuerspannung auch die Gegen-EMK benützen, die während des Zeitintervalles, in dem der Thyristor gesperrt ist, am Rotor des Motors auftritt, wenn man dafür sorgt, daß auch während dieses Zeitintervalles in der Feldwicklung des Motors ein Gleichstrom fließt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   I, Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl eines Universalmotors, mit Mitteln zum Erzeugen einer von der Jst-Drehzah! des Motors abhängigen Steuerspannung, welche im Regelbereich die dem Motor Ober einen Proportionalregler zuzuführende Spannung so vorbestimmt, daß sie mit wachsender Drehzahl stetig von einem Maximalwert auf einen Minimalwert sinkt, wobei Mittel vorgesehen sind, durch welche die dem Motor zuzuführende Spannung im Anlauf- und Oberlastdrehzahlbereich begrenzt wird, gekennzeichnet durch eine Anlaufsteuervorrichtung (5;5a; 23,26,27,30; 57,59, 60), die den Verlauf der dem Motor zuzuführenden Spannung (U) im Anlauf- und Oberlastdrehzahlbereich (0—π 1) abhängig von der drehzahlabhängigen Steuerspannung (E) vorbestimmt, und mindestens eine Auswahlvorrichtung (6; 6'; 6"; 23,26,27,31,32; 45, 46, 48, 50, 51, 52), welche die kleinere der vorbestimmten Spannungen an den Motor anlegt
2. 2.Schaltungsanordnung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahlvorrichtung so ausgelegt ist, daß zwischen dem Anlauf- und Oberlastdrehzahlbereich (0-n 1) und dem Regelbereich (n 2 -n 3) ein mittlerer Drehzahlbereich (n 1 - π 2) liegt, in dem die dem Motor zuzuführende Spannung M konstant ihren Maximalwert (U_mlx) hat (Fig. 1,2).
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der der Universalmotor über mindestens einen mit Phasenanschnittsteuerung arbeitenden Thyristor aus dem Wechselstromnetz gespeist ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahlvorrichtung (50—52) zwischen der Aniaufsteuervorri^htung (53—61) und dem Proportionalregler (41 —48; angeordnet ist und daß von dem Regler gelieferte Zündimpulse den Thyristor (11) zünden (F i g. 6).
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an einer von einer Zenerdiode (18) stabilisierten Spannung (EZ) em Zündkondensator (35) in Reihe mit der Emitter-Kollektor-Strecke eines das Regelsignal verstärkenden Transistors (25) liegt, der Teil des Proportionalreglers (20,21,23,24, 25) ist, zu dem ein an der Zenerspannung (EZ) liegender in Reihe mit mit einem Widerstand (21) geschalteter Kondensator (20), der außerdem über eine Diode (22) mit einem Entladewiderstand (19) verbunden ist, sowie ein mit seinem Emitter an die Verbindung von Widerstand (21) und Kondensator (20) angeschlossener Steuertransistor (23) gehören, daß die Anlaufsteuervorrichtung einen mit der Basis des Steuertransistors (23) verbundenen Spannungsteiler (26, 27, 30) aufweist, der ebenfalls an der Zenerspannung (EZ, 18) liegt, und daß die Auswählvorrichtung zwei parallele Schaltungszweige besitzt, in denen einerseits die Reihenschaltung einer Diode (31) und eines Widerstandes (32) und andererseits der mit seiner Basis zwischen zwei Spannungsteilerwiderständen (26, 27) angeschlossene Steuertransistör (23) mit ihrem einen Verbindungspunkt (28) an den Tachogenerator (2) und mit ihrem anderen Verbindungspunkt an die Basis des Verstärkungstransistors (25) angeschlossen sind (F i g. 5).
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zenerdiode (18) am Ausgang einer Gleichrichterbrücke (14) liegt, deren Eingang parallel zu zwei antiparallel angeordneten Thyristoren (tie, Wb) liegt und ober welche der Motor (1) an das Wechselstromnetz angeschlossen ist (F ig, 5),