DE1949667B2 - Cct. controlling single phase AC commutator motor - has two field windings but one can be switched out - Google Patents
Cct. controlling single phase AC commutator motor - has two field windings but one can be switched outInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Speisung eines an einer Wechselstromquelle angeschlossenen Einphasen-Reihenschluß-Kommutatormotors (Universalmotors) mit mindestens zwei Erregerwicklungen, von denen mindestens eine durch einen Schalter zu- und abschaltbar ist.The invention relates to a circuit arrangement for supplying a power source connected to an alternating current source Single-phase series commutator motor (universal motor) with at least two excitation windings, at least one of which can be switched on and off by a switch.
Für Werkzeugmaschinenantriebe werden vorwiegend sogenannte Hochfrequenzmaschinen verwendet. die meistens als Asynchron-Kurzschlußläufermotoren mit einer Nennfrequenz von etwa 600 Hz ausgebildet sind und ein niedriges Leistungsgewicht bei konstanter Drehzahl im ganzen Arbeitsbereich aufweisen. Da diese Motoren aber verhältnismäßig teuer sind, werden vielfach sogenannte Universalmotoren, das sind Wechselstrom-Einphasen-Reihenschluß-Kommutatormotoren, verwendet, die durch eine elektronische Steuerschaltung, z. B. über einen Tachometergenerator, gespeist werden, um so eine Drehzahlkonstanz zu erreichen.So-called high-frequency machines are predominantly used for machine tool drives. which are mostly designed as asynchronous squirrel cage motors with a nominal frequency of about 600 Hz and have a low power-to-weight ratio at constant speed over the entire working range. There but these motors are relatively expensive, they are often so-called universal motors AC single-phase series commutator motors, used by an electronic Control circuit, e.g. B. be fed via a tachometer generator in order to achieve a constant speed reach.
Einrichtungen zur Drehzahleinstellung, Drehzahlregelung und Strombegrenzung sind an sich für Motoren der genannten Art bekannt. So ist beispielsweise in dem DT-Gbm 18 15 465 zur Drehzahleinstellung die Reihenschaltung mehrerer Feldwicklungen mit dem Anker eines Elektromotors bekannt, wobei ferner ein Schalter vorgesehen ist, mit dem die genannten Feldwicklungen in die Serienschaltung hinzugeschaltet oder herausgenommen werden können. Devices for speed setting, speed control and current limitation are per se for motors known of the type mentioned. For example, the DT-Gbm has 18 15 465 for speed setting the series connection of several field windings with the armature of an electric motor is known, wherein a switch is also provided with which said field windings are connected in series can be added or removed.
Diese bekannte Schaltungsanordnung gestattet im Gegensatz zur Schaltungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung nicht die universelle Drehzahlregelung und Strombegrenzung und ist deshalb für viele Anwendungsfälle von Nachteil.In contrast to the circuit arrangement according to the present invention, this known circuit arrangement permits Invention not the universal speed control and current limitation and is therefore for many use cases disadvantageous.
Das gleiche gilt auch für eine weitere bekannte Schaltungseinrichtung zur Drehzahleinstellung, die in der Zeitschrift »Deutsches Elektrohandwerk, 44 (1969), Heft 8, auf den Seiten 229 und 230 beschrieben ist, die sich nur mit der Drehzahlregelung befaßt. Diese Drehzahlregelung wird dadurch vorgenommen, daß die Erregerwicklung durch einen Thyristor zu- und abgeschaltet wird.The same also applies to a further known circuit device for setting the speed, which is shown in FIG the magazine "Deutsches Elektrohandwerk, 44 (1969), issue 8, on pages 229 and 230 described which only deals with speed control. This speed control is carried out by that the excitation winding is switched on and off by a thyristor.
Auch Schaltungsanordnungen zur Drehzahlregelung sind an sich bekannt (vgl. CH-PS 4 48 233). Die hierfür benötigte Zahl von Schaltungselementen ist jedoch beträchtlich, so daß der Kostenaufwand sehr hoch und die Gefahr von Störungen ziemlich groß ist. So bilden hier beispielsweise die mit 10 bis 12, 15 und 17 bis 19 bezeichneten Bauteile einen Rampenspannungsgenerator, dem die Ankertachospannung zugeführt wird. Diese Art der Regelung ist zwar empfindlicher, hinsichtlich der erforderlichen Bauelemente jedoch ziemlich aufwendig. Von Nachteil ist bei dieser Schaltungsanordnung auch, daß für die Kurzschlußstrom- und Anlaufstrombegrenzung zwei verschiedene aufwendige Schaltungsanordnungen benötigt werden. Für die Kurzschlußstrombegrenzung wird ein im Ankerkreis liegender ohmscher Widerstand zur Ankerstrommessung benötigt, dessen Spannungsabfall über einen Kondensator, einen Widerstand und eine Diode entnommen wird und zur Steuerung eines Transistors, der in Verbindung mit dem Zeitkondensator eine Veränderung der Zündimpulse in ihrer zeitlichen Lage bewirkt. Für eine Anlaufstrombegrenzung ist eine zusätzliche Einrichtung vonnöten, die aus einer Diode, einem Widerstand und einem Kondensator besteht, den Rampensprung verzögert und damit den Triggereinsatz zeitlich verschiebt. Funktionell gesehen, erfüllen diese beiden getrennten Einrichtungen für die beiden verschiedenen Strombegrenzungsarten ihre Aufgabe, sind jedoch vom Kostenstandpunkt, insbesondere für preiswerte Regeleinrichtungen, unbrauchbar.Circuit arrangements for speed control are also known per se (cf. CH-PS 4 48 233). the However, the number of circuit elements required for this is considerable, so that the cost is very high high and the risk of interference is quite great. For example, those with 10 to 12, 15 and 17 to 19 designated components a ramp voltage generator, to which the armature tacho voltage is fed. This type of regulation is more sensitive in terms of the components required but quite complex. A disadvantage of this circuit arrangement is that for the Short-circuit current and starting current limitation required two different complex circuit arrangements will. An ohmic resistor in the armature circuit is used to limit the short-circuit current required for armature current measurement, its voltage drop across a capacitor, a resistor and a diode is taken out and used to control a transistor that is in communication with causes the timing capacitor to change the timing of the ignition pulses. For one Starting current limitation requires an additional device consisting of a diode, a resistor and a capacitor, the ramp jump is delayed and thus the triggering time is delayed shifts. Functionally, these two separate bodies for the two fulfill different Current limitation types do their job, however, from a cost standpoint, especially for inexpensive control equipment, useless.
In der GB-PS 11 53 929 schließlich ist eine Einrichtung angegeben, bei der ein der Drehzahl proportionaler Spannungswert auf einen Transistor derart einwirkt, daß die einen Kondensator enthaltende Zeitschaltung die Zündimpulse für den Thyristor im Sinne der Regelung zeitabhängig verändert. Diese Schaltung enthält aber nicht die genannten Strombegrenzungseinrichtungen, so daß sie für diese Zwecke nicht verwendbar ist.In GB-PS 11 53 929, finally, is a device specified, at which a voltage value proportional to the speed on a transistor such acts that the timing circuit containing a capacitor, the firing pulses for the thyristor in The sense of the regulation changed depending on the time. This circuit does not contain the mentioned current limiting devices, so that it cannot be used for these purposes.
Wie der genannte Stand der Technik zeigt, ist bisher keine Einrichtung bekanntgeworden, die alle genannten Funktionen enthält und in einer einzigen Schaltungsanordnung auf besonders ökonomische Weise realisiert.As the mentioned prior art shows, so far no device has become known, all of them contains mentioned functions and in a single circuit arrangement on particularly economical Way realized.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine einfach aufgebaute und damit preiswerte und nicht störanfällige Schaltungsanordnung zur Drehzahleinstellung und -regelung sowie zur Strombegrenzung für einen mit zwei Feldwicklungen ausgestatteten Einphasen-Reihenschluß-Kommutatormotor anzugeben. The invention has therefore set itself the task of providing a simply constructed and thus inexpensive and Circuit arrangement not susceptible to failure for speed setting and regulation as well as for current limitation for a single-phase series commutator motor equipped with two field windings.
Gelöst wird diese Aufgabe, ausgehend von der Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art dadurch, daß an der Wechselstromquelle eine Reihen-This object is achieved on the basis of the circuit arrangement of the type mentioned at the beginning by the fact that at the alternating current source a series
schaltung, bestehend aus der ersten Erregerwicklung, der Ankerwicklung, einem Strommeßwiderstand, der zweiten Erregerwicklung und einer Diode angeschlossen ist, daß als Schalter ein zu der Reihenschaltung des Strommeßwiderstandes, der zweiten Erregerwicklung und der Diode in Antiparallelrichtung zur Diode geschalteter Thyristor liegt, dem Zündimpulse von einer einen Unijunction-Transistor, einen Zeitkondensator und ein Sollwert-Potentiometer enthaltende Zündschaltung, deren Speisespannung die an dem Thyristor anliegende Spannung ist, zugeführt sind, daß ein die Ladezeit des Zeitkondensators bestimmender npn-Transistor mit seinem Emitter über eine Diode an dem Verbindungspunkt zwischen der zweiten Erregerwicklung und dem Strommeßwiderstand und mit seinem Kollektor an der einen Seite des Zeitkondensators angeschlossen ist, dessen andere Seite an der Kathode des Thyristors anliegt, und daß die Basis des Transistors über eine weitere Diode mit dem Verbindungspunkt der Ankerwicklung und der ersten Erregerwicklung verbunden ist.circuit consisting of the first excitation winding, the armature winding, a current measuring resistor, the second excitation winding and a diode is connected that as a switch to the series circuit of the current measuring resistor, the second excitation winding and the diode in anti-parallel direction to the diode switched thyristor is, the ignition pulses from a unijunction transistor, a time capacitor and an ignition circuit containing a setpoint potentiometer, the supply voltage of which is that of the Thyristor is applied voltage, are supplied that a the charging time of the time capacitor determining npn transistor with its emitter through a diode at the junction between the second Excitation winding and the current measuring resistor and with its collector on one side of the Time capacitor is connected, the other side of which is connected to the cathode of the thyristor, and that the base of the transistor via another diode with the connection point of the armature winding and the first excitation winding is connected.
Die Erfindung wird nur in der Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs gesehen.The invention is only seen in the entirety of the features of the claim.
Der durch die Erfindung erzielte Vorteil wird in einer verhältnismäßig einfachen elektronischen Regelschaltung sichtbar, die mit verhältnismäßig geringem Aufwand sowohl eine Drehzahlregelung gestattet, als auch bereits eine Strombegrenzung beinhaltet, so daß auf eine gesonderte Anlaufstrom-Begrenzungsschaltung verzichtet werden kann.The advantage achieved by the invention is in a relatively simple electronic control circuit visible, which allows both speed control with relatively little effort, as also already includes a current limitation, so that a separate starting current limiting circuit can be dispensed with.
In der Zeichnung ist ein Ausfühningsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigtAn exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. It shows
Fig. 1 einen Motor mit in Reihe geschalteten Erregerwicklungen,Fig. 1 shows a motor connected in series Excitation windings,
F i g. 2 den Zusammenhang zwischen Drehzahl und Drehmoment für diesen Motor undF i g. 2 the relationship between speed and Torque for this engine and
Fig. 3 einen erfindungsgemäßen Schaltungsvorschlag. 3 shows a circuit proposal according to the invention.
Die Erfindung geht von einem Universalmotor aus, der zwei getrennte Feldwicklungen /, und f., besitzt. Es ist hierbei wesentlich, daß die eine Erregerwicklung, z. B. /,, hochohmig und die andere Erregerwicklung, z. B. f.,, niederohmig ausgelegt ist, wobei jedoch wegen der Ankerrückwirkung die beiden Wicklungen gleichmäßig auf die Pole des Motors verteilt sind. Wird nun der Motor, wie in Fig. 1 dargestellt ist, so geschaltet, daß beide Wicklungen /, und /., in Reihe liegen, dann ergibt sich für den Motor eine Drehzahl-ZDrehmomentcharaktcristik, die der Kurve K1 in Fig. 2 folgt. Wird nun der Schalter S, der parallel zur Erregerwicklung /, geschaltet ist, geschlossen, so wird diese Wicklung stromlos. Dieses verursacht im Motor eine Schwächung des Feldes Φ. The invention is based on a universal motor which has two separate field windings /, and f . It is essential here that an excitation winding, e.g. B. / ,, high resistance and the other field winding, z. B. f. ,, is designed with low resistance, but because of the armature reaction, the two windings are evenly distributed on the poles of the motor. If the motor, as shown in FIG. 1, is switched in such a way that both windings /, and /., Are in series, the result is a speed-torque characteristic for the motor that follows curve K 1 in FIG . If the switch S, which is connected in parallel to the excitation winding /, is closed, this winding is de-energized. This causes a weakening of the field Φ in the motor.
Da für die Drehzahl des Hauptstrommotors folgende Beziehung gilt:Since the following relationship applies to the speed of the main current motor:
U-I-R,U-I-R,
wird sich eine höhere Drehzahl einstellen, die etwa dem Verlauf der Kurve K., in F i g. 2 folgt.a higher speed will set, which is approximately the course of the curve K., in F i g. 2 follows.
Wird an Stelle des mechanischen Schalters S ein elektronischer Schalter verwendet, z. B. ein Thyristor, oder ein Triac, d. h. ein Bauelement mit Thyratron-Charakteristik, das von dem Betriebszustand des Motors gesteuert wird, so ist es möglich, eine Drehzahl-/Drehmomentcharakteristik zu erzwingen, die als Verbindungsgerade der Punkte P1 (Leerlaufdrehzahl des Motors, wenn die Wicklungen /, und f., in Serie liegen) und P., (Vollast bei Nenndrehmoment der Maschine, wenn die Feldwicklung /, kurzgeschlossen ist) in F i g. 2 wiedergegeben ist. If an electronic switch is used in place of the mechanical switch S, e.g. B. a thyristor, or a triac, ie a component with thyratron characteristics, which is controlled by the operating state of the engine, it is possible to force a speed / torque characteristic as the straight line connecting the points P 1 (idle speed of the engine , if the windings /, and f., are in series) and P., (full load at nominal torque of the machine, when the field winding /, is short-circuited) in F i g. 2 is reproduced.
Die in Fig. 3 dargestellte Schaltungsanordnung enthält ein Potentiometer P, über das der Kondensator C1 aufgeladen wird, bis die Zündspannung des Triggerelementes T, z. B. eines Unijunction-Transistors, erreicht ist. Die hierfür benötigte Zeit kann in Abhängigkeit von dem Arbeitspunkt des Transistors Tr verzögert werden. Zündet das Triggerelement T, so entsteht an der Steuerelektrode ST des Thyristors Th ein positiver Steuerimpuls, der den Thyristor zündet. Der nun sehr niedrig gewordene Durchlaßwiderstand des Thyristors schließt die Feldwicklung /, kurz. Dadurch wird für den verbleibenden Teil der positiven Halbwelle der Arbeitspunkt des Motors von Px in Richtung auf P., in Fig. 2 verschoben. The circuit arrangement shown in Fig. 3 contains a potentiometer P, via which the capacitor C 1 is charged until the ignition voltage of the trigger element T, z. B. a unijunction transistor is achieved. The time required for this can be delayed depending on the operating point of the transistor T r. If the trigger element T ignites, a positive control pulse is generated at the control electrode ST of the thyristor Th, which ignites the thyristor. The forward resistance of the thyristor, which has now become very low, shorts the field winding /,. As a result, the operating point of the motor is shifted from P x in the direction of P. in FIG. 2 for the remaining part of the positive half-wave.
In der folgenden negativen Halbwelle fließt ein Strom über die Diode D1, die Feldwicklung /,, den Widerstand Rv den Ankert und die Feldwicklung/2. Der Arbeitspunkt des Motors bewegt sich nun wieder auf der Kennlinie Kt in Fig. 2. Am Widerstand i?, entsteht ein Spannungsabfall, der der Größe des Motorstromes proportional ist. Steigt dieser Spannungsabfall z. B. auf Werte größer als 0,7 V, so baut sich über der Diode D2, wenn sie eine Siliziumdiode ist, am Kondensator C2 eine Spannung auf, die bei entsprechender Größe (Anlauf oder Kurzschluß des Motors), den Transistor Tr über die Widerstände R2, /?., und /?4 leitend macht und so eine Aufladung des Kondensators C1 verhindert. Außerdem stellt sich am Anker A eine Spannung der GrößeIn the following negative half-wave, a current flows through the diode D 1 , the field winding / ,, the resistor R v, the armature and the field winding / 2 . The operating point of the motor now moves again on the characteristic curve K t in FIG. 2. A voltage drop occurs at the resistor i ?, which is proportional to the magnitude of the motor current. If this voltage drop increases z. B. to values greater than 0.7 V, so builds up across the diode D 2 , if it is a silicon diode, on the capacitor C 2, a voltage that, with the appropriate size (start-up or short circuit of the motor), the transistor T r across the resistors R 2 , /?., and /? 4 makes it conductive and thus prevents the capacitor C 1 from being charged. In addition, a voltage of the same magnitude arises at anchor A.
U11 = e + / · R11 = c ■ Φ · η U 11 = e + / R 11 = c ■ Φ η
/ · R11 / · R 11
ein, wobei / der Strom, c eine Proportionalitätskonstante, Φ der Fluß des Magnetfeldes und R11 der innere Widerstand des Ankers ist. Es ist hieraus zu sehen, daß die Drehzahl des Motors dieser Spannung proportional ist. Diese Spannung wird dann über die Diode D3, den Kondensator C3, den Widerstand Rs, den Widerstand /?4 und den Kondensator C4 entsprechend aufbereitet und ebenfalls dem Transistor Tr über die Widerstände R3 und R., zugeführt. Wenn die Drehzahl des Motors ansteigt, dann steigt auch diese Spannung an, und der Transistor Tr wird leitend, was eine Zündwinkelverstellung des Thyristors zu kleinerem Stromflußwinkel hin bedeutet. Auf diese Weise wird eine Drehzahländerung korngiert. a, where / is the current, c is a constant of proportionality, Φ is the flux of the magnetic field and R 11 is the internal resistance of the armature. It can be seen from this that the speed of the motor is proportional to this voltage. This voltage is then across the diode D 3 , the capacitor C 3 , the resistor Rs, the resistor /? 4 and the capacitor C 4 processed accordingly and also fed to the transistor T r via the resistors R 3 and R. If the speed of the motor increases, then this voltage also increases, and the transistor T r becomes conductive, which means an ignition angle adjustment of the thyristor towards a smaller current conduction angle. In this way, a change in speed is corrected.
Bei entsprechender Auslegung der Schaltung ist somit eine Regelung möglich, die sowohl mit einfachen Mitteln den Anlauf- und Kurzschlußstrom begrenzt und außerdem noch die Drehzahl η im Sollbereich konstant hält.With an appropriate design of the circuit, a control is possible that limits the starting and short-circuit current with simple means and also keeps the speed η constant in the target range.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (1)
Priority Applications (1)
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| DE19691949667 DE1949667C3 (en) | 1969-10-02 | Circuit arrangement for supplying a single-phase series commutator motor (universal motor) |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE19691949667 DE1949667C3 (en) | 1969-10-02 | Circuit arrangement for supplying a single-phase series commutator motor (universal motor) |
Publications (3)
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|---|---|
| DE1949667A1 DE1949667A1 (en) | 1971-04-15 |
| DE1949667B2 true DE1949667B2 (en) | 1975-06-19 |
| DE1949667C3 DE1949667C3 (en) | 1976-02-12 |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE1949667A1 (en) | 1971-04-15 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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