DE19522045A1

DE19522045A1 - Elektronik für Stromwendermotoren

Info

Publication number: DE19522045A1
Application number: DE19522045A
Authority: DE
Inventors: Hans Hermann Rottmerhusen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-07-12
Filing date: 1995-06-17
Publication date: 1996-01-18

Description

Die Erfindung bezieht sich auf den Leistungsteil eines Pulsweitenmodulators gemäß dem Oberbegriff der Patent ansprüche.

Elektronische Einrichtungen zur Bestimmung der Drehzahl bei Stromwendermotoren sind in unterschiedlichen Aus legungen bekannt.

Bei Universalmotoren kommen überwiegend Phasenanschnitt steuerungen zur Anwendung. Phasenanschnittsteuerungen haben aber die erheblichen Nachteile, daß einerseits der Sinus des Netzes stark beeinträchtigt und deformiert wird, und andererseits ist der Wirkungsgrad des Motors in den unterschiedlichen Bereichen des Anschnitts der Phase ent sprechend stark reduziert, wodurch die Energieausnutzung bei einer Phasenanschnittsteuerung mangelhaft ist. Ein weiterer Nachteil ist der, daß im mittleren Bereich des Anschnitts an den Bürsten intensive Lichtbögen vor handen sind, die zu einem hohen Verschleiß der Bürsten und des Kollektors führen.

In der EP 0 582 516 A1 wird eine alternative Lösung zur Phasenanschnittsteuerung beschrieben.

Dem Netz ist ein Gleichrichter 6 nachgeschaltet, und dem Gleichrichter ist ein Glättkondensator 31 parallel ge schaltet, und der Universalmotor 1 liegt in Reihe mit einem Transistor 7, wobei dem Universalmotor eine Frei laufdiode 10 parallel geschaltet ist.

Der Transistor wird durch einen Pulsweitenmodulator 9 gesteuert.

Nachteilig bei dieser Schaltungsanordnung ist es, daß der Glättkondensator dem Gleichrichter parallel geschaltet ist und im Netzkurzschluß geladen wird, wodurch ein Elek trolyt-Kondensator bei einer frequentierten Ansteuerung des Transistors im kHz-Bereich stark erwärmt, und durch eine derartige hohe Erwärmung wird ein Elektrolyt- Kondensator in kurzer Zeit zerstört.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung für den Leistungsteil eines Pulsweitemodulators zu schaffen, bei der der zum Netz geschaltete Kondensator nicht im Netzkurzschluß geladen wird, und bei der auch kein Widerstand in Reihe mit dem Kondensator geschaltet ist, um eine starke Erwärmung eines Elektrolyt-Konden sators zu verhindern.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den übrigen Ansprüchen und der Beschreibung zu entnehmen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen darin, daß durch die erfindungsgemäße Verschaltung des zum Netz angeordneten Kondensators, der Kondensator nur über den Motor geladen und entladen wird. Mit dieser Anordnung des Kondensators wird selbst bei einer hohen Betriebsfrequenz eine übermäßige Erwärmung eines Elek trolyt-Kondensators verhindert, und durch eine derartige Schaltungsanordnung trägt der Kondensator auch zur Entstörung des Leistungsteils bei.

Außerdem wird mit einer solchen Schaltungsanordnung der Stromformfaktor verbessert, und somit ist auch der Wirkungsgrad des durch einen Pulsweitenmodulator gesteu erten Motors, insbesondere bei kleinen Pulsweiten und die hierdurch resultierenden niedrigen Drehzahlen, wesent lich verbessert. Durch einen verbesserten Stromformfaktor ist auch die Geräuschentwicklung eines gesteuerten Motors geringer.

Vorteilhaft ist die Kondensatoraufladung über den Motor beim Zuschalten des Netzes besonders bei einem unter Last hochlaufendem Motor, da hierdurch der Hochlauf beschleunigt, und der Transistor im Moment der Netzeinschaltung entlastet wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei spielen erläutert.

Dabei zeigen die Fig. 1 bis 4 alternative Lösungen der Schaltungsanordnung des Leistungsteils eines Pulsweiten modulators.

Die Schaltungsanordnung der Figuren besteht jeweils aus einem Gleichrichter 1, einem Kondensator 2, zwei Freilauf dioden 3 und 3′, einem Transistor 4 und einer dem Tran sistor zugeordneten Steuerelektronik.

Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einem Reihen schlußmotor.

Der Kondensator 2 ist bei dieser Schaltungsanordnung dem Stromwendermotor 5 nachgeschaltet, wobei der Kondensator 2 pulsseitig an die Brücke 6 der in Reihe geschalteten Frei laufdioden 3 und 3′ angeschlossen ist. Durch diese Anord nung kann der Kondensator sich pulsseitig nur über den Stromwendermotor und der Diode 3 aufladen, da das Netz pulsseitig zum Kondensator durch die Diode 3′ unmittelbar gesperrt ist, und der Kondensator kann sich auch nur über den Motor wieder entladen, da das Netz minusseitig un mittelbar durch die Diode 3 gesperrt ist, somit ist der Kondensator sowohl beim Aufladevorgang als auch beim Ent ladevorgang ständig mit dem Motor in Reihe geschaltet, hierbei fließt der Kondensatorstrom stets in der gleichen Richtung über den Motor.

Wird der Transistor 4 pulsweitenmoduliert angesteuert, so ist bei einer prozentualen kleinen Pulsweite der Auflade zeit des Kondensators 2 zu der Entladezeit wesentlich größer, wodurch der Kondensator mit der Höhe der Netz spannung und zusätzlich noch mit der nacheilenden Ab schaltspannung des Netzes geladen wird. Bei einer pro zentualen großen Pulsweite ist die Aufladezeit des Kon densators zu der Entladezeit wesentlich kleiner, und hier bei ist zum Glätten des Netzes die Kapazität des Kondensators ausschlaggebend. Für einen 1000 W Universalmotor ist es in der Regel ausreichend, den Kondensator mit einem Wert von 2,2 bis 10 µF zu bemessen, um zu verhindern, daß die nacheilende Abschaltspannung während der Betriebsphase sich nicht wesentlich am Transistor erhöht, wobei für die Glättung des Netzes eine Kapazität bis zu 100 µF erforder lich ist.

Nachteilig kann es sein, daß ein unbelasteter Motor beim Einschalten des Netzes, bedingt durch die Kondensatorauf ladung über den Motor, anruckt, wenn die Ansteuerelektronik nicht eingeschaltet ist, oder äußerst geringe Drehzahlen eingestellt wurden. Dieser Zustand kann behoben werden, indem der Kondensator beim Zuschalten des Netzes vorge laden wird. Hierfür kann zum Beispiel ein Thyristor 7 oder ein Triac dem Motor parallel geschaltet sein, der beim Zuschalten des Netzes einen Zündimpuls erhält, und wenn der Kondensator geladen ist, schaltet er sich selbst tätig wieder ab. Der Halbleiterschalter 7 kann auch vor teilhaft mit einem Widerstand 8 in Reihe liegen.

Das Anrucken des Motors durch die Kondensatoraufladung über den Motor wird vermieden, wenn zuvor die Ansteuer elektronik eingeschaltet wird, oder wenn die Ansteuer elektronik zeitgleich mit dem Netz eingeschaltet wird. Die Kondensatoraufladung über den Motor beim Zuschalten des Netzes ist im allgemeinen von Vorteil, da hierdurch ein beschleunigtes Hochlaufen des Motors unter Last erzielt wird, und es ist auch dort von Vorteil wo hohe Anlaufmo mente benötigt werden, zum Beispiel bei den Waschvorgängen einer drehzahlgeregelten Waschmaschine.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Kondensators im Leistungsteil eines Pulsweitenmodulators wird der Strom formfaktor, und damit der Wirkungsgrad des Systems im besonderen bei geregelten niedrigen Drehzahlen, beachtlich verbessert, und gleichzeitig wird eine übermäßige Erwärmung eines Elektrolyt-Kondensators verhindert, ohne daß hierfür ein Widerstand erforderlich ist.

Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einem Nebenschluß motor.

Der Kondensator 2 ist auch hier dem Motor nachgeschaltet und an die Brücke 6 der Freilaufdioden 3 und 3′ angeschlossen. Die Nebenschlußwicklung 9 ist der Gleichstromquelle parallel geschaltet, und der Anker liegt in Reihe mit dem Transistor 4. Der Kondensator wird über den Anker geladen und über den Anker und der Nebenschlußwicklung entladen. Die Neben schlußwicklung 8 kann auch vorteilhaft dem Anker parallel geschaltet sein.

Fig. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einem PM er regten Stromwendermotor. Auch bei dieser Version ist der Kondensator 2 dem Motor nachgeschaltet, und an die Brücke 6 der Freilaufdioden 3 und 3′ angeschlossen, und der Kon densator wird über den Anker geladen, und über den Anker entladen.

Bei den Schaltungsanordnungen der Fig. 1 bis 3 sind die Freilaufdioden 3 und 3′ unmittelbar gegen das Netz gerichtet.

Fig. 4 zeigt eine Lösung, bei der die Freilaufdioden 3 und 3′ nicht unmittelbar gegen das Netz gerichtet sind. Der Tran sistor 4, welcher durch einen PWM angesteuert wird, ist dem Stromwendermotor vorgeschaltet, wobei der Kondensator 2 unmittelbar am Pluspol des Gleichrichters 1 angeschlossen ist, und minusseitig liegt der Kondensator in Reihe und in Sperrichtung mit der einen Freilaufdiode 3, die zum Minus pol des Gleichrichters geschaltet ist. Damit der Kondensator sich nur über den Stromwendermotor aufladen und ent laden kann, ist die andere Freilaufdiode 3′ zwischen dem Ausgang des Transistors 4 und der Brücke 6, die die Frei laufdiode 3 und den Kondensator 2 verbindet, angeordnet. Durch eine derartige Anordnung der Freilaufdioden 3 und 3′ arbeiten die Freilaufdioden nicht unmittelbar gegen das Netz, und der Kondensator 2 wird auch hierbei nur über den Motor geladen und entladen.

Die Anordnung des Kondensators 2 und der Freilaufdioden 3 und 3′ finden auch bei Stromwendermotoren Anwendung, die direkt aus einer Gleichstromquelle versorgt werden.

Claims

1. Schaltungsanordnung für den Leistungsteil eines Pulsweitenmodulators zur Drehzahlsteuerung eines Strom wendermotors, mit einem Gleichrichter und einem Halb leiterschalter, wobei dem Stromwendermotor eine Frei laufdiode, und dem Gleichrichter ein Kondensator zu geordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kondensator (2) sowohl beim Aufladevorgang als auch beim Entladevorgang ständig mit dem Motor in Reihe geschaltet ist, und wobei der Kondensatorstrom stets in der gleichen Richtung über den Motor fließt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei in Reihe geschaltete Freilaufdioden (3 und 3′) dem Motor parallel geschaltet sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (2) dem Motor nachgeschaltet ist, wobei der Kondensator plusseitig zwischen die Freilauf dioden, und minusseitig an den Minuspol des Gleich richters geschaltet ist.

4. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator beim Zuschalten des Netzes vorge laden wird, indem ein Halbleiterschalter (7) dem Motor parallel geschaltet ist, wobei der Halbleiterschalter (7) mit einem Widerstand (8) in Reihe liegen kann.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (2) unmittelbar an den Pluspol des Gleichrichters geschaltet ist, und unmittelbar zum Minus pol der Gleichrichters ist der Kondensator in Sperrichtung mit einer Freilaufdiode (3) geschaltet, wobei die andere Freilaufdiode (3′) in der Leitrichtung von der dem Kondensator und der Diode (3) verbindenden Brücke (6) zum Transistorausgang geschaltet ist, hierbei ist der Motor dem Transistor (4) nachgeschaltet.