DE1914562C3 - Schaltungsanordnung zur Regelung der Drehzahl eines Einphasen-Wechselstrommotors - Google Patents

Description

Drehzahleinstellung liegt, dessen beiden Enden die diese bekannte Schaltungsanordnung jedoch nur die Ausgangsspannung eines mit der Motorwelle ge- Motordrehzahl für eine konstante Motorlast eingekuppelten Tachometergenerators zugeführt ist. stellt werden, diese Drehzahl kann jedoch nicht auf

Um die im Referenzspannungskreis abgegriffene dem eingestellten Wert stabilisiert werden, wenn das Referenzspannung möglichst vollständig von den Be- 5 Lastmoment des Motors sich ändert,
iastungsänderungen unabhängig zu machen, wird in Eine solche Drehzahl läßt sich jedoch mit der in einer vorteilhaften Ausführuitgsform der Erfindung Fig. 2 in Grundausführung dargestellten erfindungsder Referenzspannungswiderstand durch eine Reihen- gemäßen Schaltungsanordnung erreichen. Dabei sind schaltung eines ersten Widerstandes und einer Paral- ein Thyristor SSS_M, ein als Zündelement dienender lclschaltung, bestehend aus mehreren hintereinander- io Thyristor SSS_T, erste und zweite Widerstände A₁. R₂. geschalteten, mit der Kathode zur negativen Klemme ein erster und ein zweiter Kondensator C₁. C₂ und des Graetz-Gleichrichters zeigenden Dioden und ein Impulstransformator PT im wesentlichen in gleicines zweiten Widerstandes ersetzt, wobei der Ab- eher Weise angeordnet wie in der bekannten Schalgriff am zweiten Widerstand erfolgt. tungsanordnung der F i g. 1 und bilden den Haupt-

Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 15 kreis 1, den Phaseneinstellkreis 2 und den Impulser-

kann die Drehzahl des Wechselstrommotors bei zeugerkreis 3. In der Schaltungsanordnung gemäß

einem einstellbaren Wert stabilisiert werden, selbst F i g. 2 ist weiterhin ein Graetz-Gieichrichter 4 ent-

wenn das Lastmoment des Motors stark schwankt. halten, der aus den Dioden D₁, D₂, D_:! und D₁ be-

Die Rückkopplung erfolgt in einer elektronisch steht und an der Anschlußklemme^ mit dem Hauptsehr einfachen Weise, die nur wenige Bauelemente 20 kreis 1 und an der Anschlußklemme B mit dem Imerfordert, so daß eine hohe Zuverlässigkeit gewähr- pulserzeugerkrcis 4 verbunden ist. Parallel zur leistet werden kann. Außerdem kann auch die Refe- Gleichspannungsseite des Gleichrichters 4 Hegen renzspannun,· zusätzlich unabhängig von Lastände- zwischen den Anschlußklemmen E und F die Kolrungen konstant gehalten werden, was die Drehzahl- lektor-Emitter-Strecke eines Transistors Tr und ein regelung weiter verbessert. 25 weiterer Widerstand /?₄. Mit der Ausgangsklemme

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von eines die Motordrehzahl erfassenden Tachomcter-

Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Generators PG und einem Abgriff P des Widerstan-

Zeichnung näher erläutert. des /?₄ ist ein weiterer, zur Drehzahleinstellung die-

Fig. 1 zeigt eine bekannte Schaltungsanordnung nender veränderbarer Widerstand V. R. verbunden,

zur Drehzahlsteuerung eines Wechselstrommotors; 30 der über einen Abgriff und gegebenenfalls über einen

F i g. 2 zeigt die Grundschaltungsanordnung zur Widerstand /?., an die Basis des Transistors Tr ange-

D rehzahl regelung gemäß der Erfindung; schlossen ist. Zur Glättung der Ausgangsspannung

F i g. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung, die gegen- des Tachometer-Generators PG liegt parallel zum

über der in Fig. 2 gezeigten eine weitere Verbesse- veränderbaren Widerstand V. R. ein dritter Konden-

rung ergibt; 35 sator C₃, der auch mit der Gleichspannungsseite

F i g. 4 zeigt die Beziehung zwischen einer in den eines zweiten Graetz-Gleichrichters 5 verbunden ist,

Schaltung^anordnungen der Fig. 2 und 3 auftreten- der durch die Dioden D₅, D₆, D. und D_s gebildet ist.

den Referenzspannung und einer Steuerspannung; Der dritte Widerstand R_x zwischen der Basisklemme

Fig. 5 dient zur Verdeutlichung des Strom-Span- des Transistors Tr und dem Widerstand V. R. dient

nungs-Verhaltens einer der in der Schaltungsanord- 4° zur Einstellung der aus der Drehzahländerung des

nung der F i g. 3 eingesetzten Siliciumdioden. Motors gewonnenen Rückkopplungsgröße.

In Fig. f ist die aus der USA.-Patentschrift Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, wie 3 188 49Cfbekannte Schaltungsanordnung dargestellt, sie vorstehend beschrieben ist, regelt lastabhängig von der die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung die Stromzufuhr des Motors M. Steigt beispielsweise ausgeht. In dem an die Wechselstromquelle A. C. 45 das Lastmoment des Motors M, so daß dessen Drehangeschlossenen Motorkreis 1 liegt in Reihe ge- zahl vermindert wird, so wird diese Drehzahländeschaltet zu dem Einphasen-Wechselstrommotor M rung durch den Meßgenerator PG erfaßt und auf den ein Zweiwegthyristor ohne Steueranschluß SSS _A, und Steuerkreis zurückgeführt. Dadurch wird der Stromdie Sekundärwicklung eines Impulstransforma- flußwinkel des Thyristors SSS ^ so verändert, daß der tors P. T. Der von der Wechselstromquelle A. C. ge- 50 Drehzahl abfall ausgeglichen wird,
speiste Steuerkreis besteht aus zwei parallelen Rei- Zur weiteren Erläuterung dieses Vorgangs wird, henschaltungen, von denen die erste Reihenschal- wie sich aus der Darstellung ergibt, der Stromflußtung2 aus zwei Widerständen R_x und R., und die winkel des Thyristors SSS_M durch Änderung des Wizweite aus einem veränderlichen Widerstand V. R. derstandswertes zwischen den Punkten A und B. und dem Kondensator C₁ besteht. Die Mittelpunkte 55 ähnlich wie in F i g. 1, gesteuert. Bei einem Andieser Reihenschaltungen sind durch einen Zweiweg- steigen des Widerstandswertes wird nämlich der thyristor ohne Steueranschluß SSS_T verbunden, dem Stromflußwinkel des Thyristors SSS_M vermindert, ein Kreis 3 für die Erzeugung der Zündimpulse während bei einer Erniedrigung dieses Widerstandsparallel geschaltet ist, welcher aus einer Reihen- wertes der Stromflußwinkel vergrößert wird. Bei der schaltung" eines Kondensators C, und der Primär- 60 Schaltungsanordnung dieser Ausführungsform wird wicklung des Impulstransformators P. T. gebildet der Widerstandswert zwischen den Klemmen A und wird. Durch Ändern des variablen Widerstands V. R. B durch Veränderung des Widerstandes der Kollekwird die Zeitkonstante für das Aufladen des Kon- tor-Emitter-Strecke des Transistors Tr verändert. Wie densators C₁ verändert, die den Zündzeitpunkt des bekannt, ist der Basisstrom bei einem solchen Tran-Thyristors SSS_T bestimmt, so daß auf diese Weise der 6_{5 s}j_stor umgekehrt proportional zum Widerstand der Stromflußwinkel des Zweiwegthyristors SSS_M und da- Kollektor-Emitter-Strecke, so daß bei automatischer mit die Drehzahl des Motors M gesteuert werden Veränderung des Basisstroms in Abhängigkeit vor kann. Wie bereits ausgeführt wurde, kann durch Laständerungen der Stromflußwinkel des Thyristors

SSS^M automatisch gesteuert bzw. geregelt werden wünschte Rückführgrößc immer kleiner wird. Dii

kann. Im vorliegenden Fall wird der Basisstrom Ausführungsform gemäß F i g. 3 verbessert diesei

durch die Dillerenzspannung zwischen der Referenz- Nachteil. Diese Schaltung ist so ausgelegt, daß dii

spannung (.·„ die zwischen dem unteren Ende des Referenzspannung e_s sich nur wenig ändert, wenn dii

Widerstandes R₄ und dem Punkt P auftritt, und der 5 Spannung zwischen den Anschlußklemmen C und /

Steuerspannung e_g geregelt, welch letztere sich in Ab- verändert wird. Dies wird dadurch erreicht, daß zwi

hängigkeit von der Motordrehzahl ändert und die sehen den Klemmen i.' und D des Kreises 6 in Fig. '.

an dem variablen Widerstand V. R. ansteht. Bei der ein zusätzlicher Widerstand R₁ und zumindest mein

vorliegenden Schaltungsanordnung wird der Basis- als eine Siliciumdiode D_JO, D₁.,... miteinander ir

strom daher lastabhängig automatisch verändert, um io Reihe liegen, während die Dioden parallel zum Wi

damit den Stromflußwinkel des Thyristors zu an- derstand K₄—wie aus Fi g. 3 ersichtlich — geschal

dem, woraus sich ein veränderlicher Strom für den tet sind. Diese Dioden D₁.,, D₁., ..., der Widerstand 1

Motor M ergibt. und ein weiterer Kondensator C₁., dessen Funktioi

Auf diese Weise wird die Motordrehzahl stets auf noch erläutert wird, sowie der Widerstand R_A bilder

einem gleichbleibenden Wert gehalten. Wie sich aus 15 einen Kreis für die Referenzspannung. Dabei wire

der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 ergibt, folgt zur Gewinnung der Referenzspannung c_s der Span

einer Widerstandsverminderung des Transistors Tr nungsablall in Durchlaßrichtung der Siliciumdiodei

ein Abfall der Referenzspannung e_s. Ändert sich die D₁.,, D₁.,... verwendet. Wie bekannt, verläuft dii

Referenzspannung e_s im selben Verhältnis wie die Kennlinie einer Siliciumdiode in Durchlaßrichtung

Steuerspannung e_Ä, so kann keine Rückführung er- 20 wie im ersten Quadranten der graphischen Darstel

folgen. Da jedoch, wie in F i g. 4 veranschaulicht, die lung gemäß F i g. 5. Verändert sich beispielsweise dei

Referenzspannung einem Verlauf, wie er in gestri- Durchlaßstrom / um einen großen Wert von /'.

eileiter Linie dargestellt ist, folgt, während die nach /,, so ändert sich die Durchlaß>paniuing I \

Steuerspannung e_K in Abhängigkeit von der Dreh- nur wenig. Die Schaltungsanordnung gemäß Fig.;

zahl N des Motors den ausgezogenen unteren Ver- 25 nützt diese SiliciumdiodcncharakteristiK aus. Ver

lauf zeigt, ist eine Rückkopplung möglich. Mit andc- ändert sich beispielsweise die Spannung zwischen dei

ren Worten, beim Ansteigen des Lasimomcnts und Anschlußklemmen C und D so, daß eine große Di

Abfallen der Drehzahl vermindert sich die Steuer- odenstromänderung in den Siliciumdiodcn D₁., bi;

spannung c_s im Verhältnis stärker als die Referenz- D₁₄ auftritt, so bleibt die Referenzspannung e_s zu

spannung e_s, so daß eine ausreichend große Rück- 30 folge der Diodencharaktcristik im wesentlichen kon

kopplungsgröße gewonnen wird, da die Verminde- stant. Die Dioden D₁₂ bis D₁₄ verhindern somit aucl

rung der Spannung e_s von der Verminderung des laslabhängige Schwankungen der Referenzspan

Widerstands der Kollektor-Emitter-Strecke abhängt, nung c_s. Kleine Spannungsschwankungen der Span

wenn der Basisstrom infolge einer Reduzierung der nung c_s zufolge des Spannungsabfalis . I ν genial.

Spannung e_K ansteigt. Die geeignete Auswahl des Wi- 35 F i g. 5 treten dennoch auf. Um diese Schwankunger

derstandswertes des Widerstandes R_t, der parallel zu beseitigen, werden die Auswirkungen der Schwan

liegt zur Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Tr kungen Iv auf die Referenzspannung e_s mit Hilft

ermöglicht eine Einstellung der Steilheit des Anstiegs des erwähnten Kondensators C_e verhindert. Das heiß

der Referenzspannung e_s in Abhängigkeit von der cs erfolgt eine Glätl.ung. Damit sind die kleiner

Drehzahl/V des Motors gemäß Fig. 4, so daß im 40 Schwankungen der Spannung e_s ohne Auswirkunj

Effekt damit die Rückkoppel- bzw. Rückführgröße auf die Drehzahlregelung des Motors,

einstellbar ist. Über diesen Widerstand A₄ wird auch Obgleich gemäß F ig. 3 der Widerstand R^ paral

die Einstellung der Spannung e_s durch Begrenzung IeI liegt zu den Dioden D₁₂, D₁₃... und der Ab

der an der Kollektor-Emitter-Strecke des Transi- griff P zur Widerst aindsvariation an dem Wider

stors Ti liegenden Spannung durch geeignete Aus- 45 stand R₄ vorgesehen ist, kann der variable Wider

wahl des Punktes P bewirkt. stand V. R. auch direkt an den Verbindungspunk

F i g. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der zwischen dem Widerstand R₁ und der Diode D₁., an

erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit einem geschlossen sein. Die Dioden D₅ bis D₁₀ in Fig..'

Motor, bei der die Grundschaltung gemäß F i g. 2 bilden einen Graetz-deichrichter für die Ausgangs

weiter verbessert ist. Wie erwähnt, wird der Innen- 5° signale des Tachometer-Generators PG. Auf de

widerstand des Transistors Tr im allgemeinen durch Gleichspannungsseite dieses Gleichrichters liegei

die Differenzspannung zwischen der Spannung e_K, die Glättungs- und Komf ensationselemente, die aus de

sich drehzahlabhängig ändert und der Referenzspan- Diode D_n, den Widerständen A₆, R₅ und den Kon

nung e_s geregelt Dabei ist es erwünscht daß die densatoren C_s und C₄ bestehen. Der mit der Basis de;

Referenzspannung e_s lastunabhängig stets konstant 55 Transistors fr verbundene Widerstand R₃ dient zu

ist Bei der Grundausfühning der Schaltungsanord- Einstellung der Rüdkführgröße, während der Kon

nung gemäß F i g. 2 jedoch verursacht die Vermin- densator C₅ unerwünschte Schwingungen unterdrückt

derung des Widerstandswertes der Kollektor-Emitter- Wie erwähnt, wird gemäß der Erfindung die Phas<

Strecke des Transistors Tr einen Spannungsabfall der Zündimpulse, d. li. die Anschnittphase der Steue

zwischen den Anschlußklemmen C und D in Ab- 60 rung, automatisch in Abhängigkeit von Lastände

hängigkeit von dem genannten Widerstandswert Der rungen geändert, so daß die Drehzahl des Motors be

Verlauf der Referenzspannung e_s ist für diesen Fall, beliebigen Lastmomenten stabilisiert wird. Da aucl

rap erwähnt in gestrichelter Linie is F i g. 4 ver- die Referenzspanniinj» im wessnilichen unsbhsnsij

anschauiieht, und es ist ersichtlich, daß bei noch von Laständerungen konstant gehalten wird, ist aucl

stärkerem drehzahl abhängigem Anstieg die er- eine ausreichende Rückkopplung gegeben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Eine solche Schaltungsanordnung ist aus der USA.- Patentansprüche: Patentschrift 3 188 490 bekannt. Der Zweiwegthy ristor im Motorstromkreis wird durch die Impulse

1. Schaltungsanordnung zur Regelung der gezündet, die in dem Steuerkreis erzeugt und über Drehzahl eines Einphasen-Wechselstrommotors, 5 den Impulstransformator in den Motorkreis uberder in Reihe mit einem Zweiwegthyristor ohne tragen werden. Diese Zündimpulse entstehen jeweils Steueranschluß und der Sekundärwicklung eines dann, wenn die Spannung über dem Zweiwegthy-Impulstransformators an einer Wechselstrom- ristor des Steuerkreises soweit angestiegen ist, daß quelle angeschlossen ist, und mit einem die Zünd- dieser durchgeschaltet wird. Dieses Ansteigen der impulse erzeugenden, von der Wechselstrom- io Spannung und damit der Zeitpunkt, an dem die quelle gespeisten Steuerkreis, der aus zwei paral- Zündimpulse erzeugt werden, wird durch die Zeitlelen Reihenschaltungen, von denen die erste konstante bestimmt, die aus dem variablen Widerzwei Widerstände und die zweite einen variablen stand und dem Kondensator gebildet wird. Durch Widerstand und einen als Zeitglied dienenden Ändern des variablen Widerstands kann der Zeit-Kondensator aufweist, berteht und bei dem die 15 punkt der Entstehung der Zündimpulse und damit Mittelpunkte der Reihenschaltungen durch einen der Stromflußwinkel des Zweiwegthyristors im Motorais Zündelement verwendeten Zweiwegthyristor Stromkreis eingestellt werden, so daß man eine ohne Steueranschluß, dem eine Reihenschaltung, Phasenanschnittsteuerung erhält. Auf diese Weise bestehend aus einem Kondensator und der Pri- läßt sich eine Drehzahlsteuerung des Motors erreimärwicklung des Impulstransformator*, parallel 20 chen, solange sich die Belastung des Motors nicht geschaltet ist, verbunden sind, dadurch ge- ändert. Eine Drehzahländerung, die durch ein sich kennzeichnet, daß der variable Widerstand plötzlich stark veränderndes Drehmoment des Motors durch einen aus vier Dioden (D₁. D.„ D₃. D₄) hervorgerufen wird, wie es z. B. bei Waschmaschinen gebildeten Gleichrichter in Graetz-Schaltung be- der Fall ist, wird durch diese bekannte Schaltungssteht, zwischen dessen Gleichspannungsklemmen 25 anordnung jedoch nicht ausgeregelt.
(E, F) parallel zueinander die Kollektor-Emitter- Eine Schaltungsanordnung, bei der auch bei Bestrecke eines Transistors (Tr) und ein aus einem lastungsschwankungen des Motors eine konstante Widerstand (R₄) bestehender Referenzspannungs- Drehzahl erhalten wird, ist aus »Philips Technische kreis liegen, daß zwischen der Basis des Transi- Rundschau«, 28. Januar (1967), Nr. 12, S. 1 bis 13 stors (Tr) und einem Abgriff des Referenz:,pan- 30 bekannt. Bei dieser Schaltungsanordnung (S. <■>. nungswiderstandes (R₄) ein durch einen Abgriff Abb. 8) wird die konstante Drehzahl des in Phasenveränderbarer Widerstand zur Drehzahleinstel- anschnittsteuerung betriebenen Wechselstrommotors lung liegt, dessen beiden Enden die Ausgangs- dadurch erhalten, daß der als Zeitglied verwendete spannung eines mit der Motorwelle gekuppelten Kondensator über die Emitter-Kollektorstrecke Tachometergenerators zugeführt ist. 35 eines Transistors aufgeladen wird, der in seinem

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da- Basiskreis durch die Spannungsdifferenz einer an durch gekennzeichnet, daß der Referenzspan- einem Widerstand abgegriffenen Sollspannung und nungswiderstand (R₄) durch eine Reihenschaltung einer die Drehzahl abbildenden Spannung einer eines ersten Widerstandes (R₁) und einer Paral- Tachomaschine gesteuert ist. Bei dieser Schaltungslelschaltung, bestehend aus mehreren hinterein- 40 anordnung muß jedoch der als Zeitglied verwendete andergeschaheten, mit der Kathode zur nega- Kondensator in jeder Halbwelle in der gleichen tiven Klemme des Graetz-Gleichrichters zeigen- Polarität aufgeladen werden, was eine zusätzliche den Dioden (D₁₂ bis D₁₄) und eines zweiten Wi- Gleichrichteranordnung erforderlich macht. Dadurch derstandes (R₄) ersetzt ist, und daß der Abgriff wird diese Schaltungsanordnung ziemlich aufwendig, am zweiten Widerstand erfolgt. 45 Schließlich ist aus der deutschen Auslegeschrift

1 079 730 bekannt, an Stelle eines variablen Widerstands in Wechselstromkreisen eine Anordnung zu

verwenden, die aus einem in Graetz-Schaltung betriebenen Gleichrichter besteht, an dessen Gleich-50 Spannungsanschlüsse die Emitter-Kollektorstrecke

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsan- eines Transistors gelegt ist, der in seinem Basiskreis Ordnung zur Regelung der Drehzahl eines Einpha- gesteuert wird.

sen-Wechselstrommotors, der in Reihe mit einem Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die

Zweiwegthyristor ohne Steueranschluß und der Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art Sekundärwicklung eines Impulstransformators an 55 derart auszugestalten, daß die eingestellte Drehzahl einer Wechselstromquelle angeschlossen ist, und mit bei Schwankungen der Motorbelastung konstant geeinem die Zündimpulse erzeugenden, von der Wech- halten wird und daß die Schaltungsanordnung insgeselstromquelle gespeisten Steuerkreis, der aus zwei samt mit wenig Schaltelementen auskommt,
parallelen Reihenschaltungen, von denen die erste Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch er-

zwei Widerstände und die zweite einen variablen 60 reicht, daß der variable Widerstand durch einen aus Widerstand und einen als Zeitglied dienenden Kon- vier Dioden gebildeten Gleichrichter in Graetzdensator aufweist, besteht und bei dem die Mittel- Schaltung besteht, zwischen dessen Gleichspannungspunkte der Reihenschaltung durch einen als Zünd- klemmen parallel zueinander die Kollektor-Emitterelement verwendeten Zweiwegthyristor ohne Steuer- strecke eines Transistors und ein aus einem Wideranschluß, dem eine Reihenschaltung, bestehend aus 65 stand bestehender Referenzspannungskreis liegen, einem Kondensator und der Primärwicklung des Im- daß zwischen der Basis des Transistors und einem pulstransformators, parallel geschaltet ist, verbunden Abgriff des Referenzspannungswiderstandes ein sind. durch einen Abgriff veränderbarer Widerstand zur