DE1949667C3

DE1949667C3 - Circuit arrangement for supplying a single-phase series commutator motor (universal motor)

Info

Publication number: DE1949667C3
Application number: DE19691949667
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl.-Ing. 7201 Rietheim Zierhut
Original assignee: J. & J. Marquardt, 7201 Rietheim
Filing date: 1969-10-02
Publication date: 1976-02-12

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, d'.c 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 .vi Steuerschaltung, z. B. über einen Tachometergenerator, gespeist werden, um so eine Drehzahlkonstanz zu erreichen.So-called high-frequency machines are mainly used for machine tool drives, d'.c 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. Since these motors are relatively expensive, so-called universal motors, which are AC single-phase series commutator motors, are often used, which are controlled by an electronic .vi control circuit, e.g. B. be fed via a tachometer generator in order to achieve a constant speed.

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.

Bas gleiche gilt auch für eine weitere bekannte Schaltungseinrichtung zur Drehzahleinstellung, die in der Zeitschrift »Deutsches Elektrohandwerk, 44 ^1969), Heft8, 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.Basically the same also applies to a further known circuit device for setting the speed, which is shown in FIG of the magazine »Deutsches Elektrohandwerk, 44 ^ 1969), Issue 8, on pages 229 and 230 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 Kunischlußstrom- 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 zuoätzliche 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 denote 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 Kunischlußstrom- and starting current limitation requires 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 b.sher keine Einrichtung bekanntgeworden, die alle genannter Funktionen enthält und in eirer einzigen Schaltungsanordnung auf besonders ökonomische Weise realisiert.As the mentioned prior art shows, b.sher no institution has become known, all of them contains the functions mentioned 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-Reihensch'uß-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-wound 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 ei.ien 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 corresponds to that at 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 the egg.ien 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 Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigtAn exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. It shows

F i g. 1 einen Motor mit in Reihe geschalteten Erregerwicklungen,F i g. 1 a motor with series-connected 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 motor and

F i g. 3 einen erfindungsgemäßen Schaltungsvorschlag. F i g. 3 a circuit proposal according to the invention.

Die Erfindung geht von einem Universalmotor aus, der zwei geirennte Feldwicklungen /, und /_ä besitzt. Es ist hierbei wesentlich, daß die eine Erregerwicklung, z. B. /,, hochohmig und die andere Erregerwicklung, z. B. /.„ 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 F i g. 1 dargestellt ist, so geschaltet, daß beide Wicklungen /, und f₂ in Reihe liegen, dann ergibt sich für den Motor eine Drehzahl-ZDrehmomenlcharakteristik, die der Kurve Λ, 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 / _ä . It is essential here that an excitation winding, e.g. B. / ,, high resistance and the other field winding, z. B. /. "Is designed with low resistance, but because of the armature reaction, the two windings are evenly distributed over the poles of the motor. If now the engine, as in FIG. 1 is shown, connected so that both windings /, and f _{2 are} in series, then there is a speed-Z torque characteristic for the motor that follows the curve Λ 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-IR₁ U-IR ₁

η = c, - η = c, -

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 Thyiatron-Charakteristik, das von dem Betriebszustand des Motors gesteuert wird, so ist es möglich, eine Drehzahl-/Drehmomentcharakterii >tik zu erzwingen, die als Verbindungsgerade der Punkte P₁ (Leerlaufdrehzahl des Motors, wenn die Wicklungen /, und /₂ in Serie liegen) und P₂ (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 Thyiatron characteristics that is controlled by the operating state of the engine, it is possible to enforce a speed / torque characteristic that acts as a straight line connecting the points P ₁ (idle speed of the motor when the windings /, and / _{2 are} in series) and P ₂ (full load at the rated torque of the machine when the field winding /, is short-circuited) in FIG. 2 is reproduced.

Die in F i g. 3 dargestellte Schaltungsanordnung enthält ein Potentiometer P, über das der Kondensator C₁ aufgeladen wird, bis die Zündspannung des Triggeielementes T, z. B. eines Unijunction-Transistors, erreicht ist. Die hierfür benötigte Zeit kann in Abhängigkeit von dem Arbeitspunkt des Transistors T_r 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 Tei¹ der positiven Halbwelle der Arbeitspunkt des Motors von P₁ in Richtung auf P₂ in F i g. 2 verschoben. The in F i g. 3 circuit arrangement shown 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 for the remaining part 1 of} the positive half-wave is from P ₁ in the direction of P ₂ in FIG. 2 postponed.

In der folgenden negativen Halbwelle fließt ein Strom über die Diode D₁, die Feldwicklung /,, den Widerstand R₁, den Anker A und die Feldwicklung /„. Der Arbeitspunkt des Motors bewegt sich nun wieder auf der Kennlinie K₁ in Fig. 2. Am Widerstand A₁ 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 D.,, wenn sie eine Siliziumdiode ist, am Kondensator C., eine Spannung auf, die bei entsprechender Größe (Anlauf oder Kurzschluß des Motors), den Transistor T_r über die Widerstände R₂, /?., und R_t leitend macht und so eine Aufladung des Kondensators C₁ verhindert. Außerdem stellt sich am Anker A eine Spannung der GrößeIn the following negative half-cycle, a current flows through the diode D ₁ , the field winding / ,, the resistor R ₁ , the armature A and the field winding / ". The operating point of the motor is now moving again on the characteristic curve K ₁ in FIG. 2. A _{voltage drop occurs at resistor A 1 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. ,, if it is a silicon diode, on the capacitor C., a voltage that, with the appropriate size (start-up or short circuit of the motor), the transistor Makes T _r conductive via the resistors R ₂ , /?., And R _t and thus prevents the capacitor C ₁ from being charged. In addition, a voltage of the same magnitude arises at anchor A.

U₁₁ = e + I ■ R₁₁ = c · Φ · η + I ■ R_a U ₁₁ = e + I ■ R ₁₁ = c · Φ · η + I ■ R _a

ein, wobei / der Strom, c eine Proportionalitätskonstante, Φ der Fluß des Magnetfeldes und R_a 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 O₁, den Kondensator C.„ den Widerstand Äs, den Widerstand R₄ und den Kondensator C₄ entsprechend aufbereitet und ebenfalls dem Transistor T₁. über die Widerstände Ä_s und R₂ zugeführt. Wenn die Drehzahl des Motors ansteigt, dann steigt auch diese Spannung an, und der Transistor T_r wird leitend, was eine Zündwinkelverstellung des Thyristor zu kleinerem Stromflußwinkel hin bedeutet. Auf diese Weise wird eine Drehzahländerung korrigiert. a, where / is the current, c is a constant of proportionality, Φ is the flux of the magnetic field and R _{a 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 _{processed accordingly via the diode O 1} , the capacitor C., the resistor As, the resistor R ₄ and the capacitor C ₄ and also the transistor T ₁ . fed through the resistors Ä _s and R _2. 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

Claim:

Circuit arrangement for supplying a single-phase series commutator motor (universal motor) connected to an alternating current source with at least two excitation windings, at least one of which can be switched on and off by a switch, characterized in that a series circuit consisting of the first excitation winding ( /,; Fig. 3), the armature winding (A), a current measuring resistor (A ₁ ), the second excitation winding (/,) and a diode (D ₁ ) is connected that a switch to the series connection of the current measuring resistor, the second Excitation winding and the diode in antiparallel direction to the diode connected thyristor (Th) is located, the ignition pulses from a unijunction transistor (T), a time capacitor (C ₁ ) and a setpoint potentiometer (P) containing ignition circuit The supply voltage, which is the voltage applied to the thyristor, is supplied so that an npn-trans which determines the charging time of the time capacitor istor (Tr) is connected with its emitter via a diode (D.,) to the connection point between the second excitation winding and the current measuring resistor and with its collector on one side of the time capacitor, the other side of which is connected to the cathode of the thyristor, and that the base of the transistor is connected to the connection point of the armature winding and the first excitation winding via a further diode (D ₃ ).