DE2109603A1 - Einrichtung zur Abgabe einer Referenzspannung - Google Patents

Description

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E. Apel - 20

HOLZEH PATENT AG-, GH-6301 Zug, Poststr. 14

Die Priorität der Anmeldung 013606/70 vom 14.9.1970 in der Schweiz ist in Anspruch genommen.

Einrichtung zur Abgabe einer Referenzspannung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Abgabe einer Referenzspannung in Steuer- bzw. Regeleinrichtungen zur Beeinflussung der Drehzahl von Elektromotoren, insbecondere solchen für Vfeschmaßchinenantriebe.

]?ür den Antrieb der Waschtrommeln von Haushaltswaschmaschinen, verwendet Dian heutzutage meistens noch polumochaltbare Motoren. Um die Motoren mit verschiedenen Drehzahlen zu betreiben, v/erden über Kontakte eines Programmschaltgerätes Je nach gewünschter Drehzahl verschiedene Wicklung»- teile an das elektrische Ketz angeschlossen. Von dem Pro-

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9.9.1970 -· .·. -

gramrnschaltgerät her muß dabei jede Drehzahl "separat geschaltet werden; hierbei ist für jede einzelne Drehzahl jeweils ein Progrrjnrökontakt notwendig. Bei den heute üblichen !^suchmaschinen müssen sogar - abgesehen von den Kontakten für das Reversieren - für alle verschiedenen, aufeinanderfolgenden Drehzahlen getrennte Hocken eines P^ogrammnockenprofils zur Verfügung stehen. Hinzu kommt außerdem der Hachteil, daß bei hochlaufendem Motor z.B. im Betriebszustand "SCHLEUDERU", bei auftretender Unwucht der Wäschetrommel und damit verbundenem kurzzeitigen. Abschalten des Elektromotors dieses Programm nicht in seiner vollen Länge wiederholt werden kann, da das Prograamschaltwerk ja nicht rückwärts laufen kann.

Weiterhin ist für einen Gleichstrommotor, der auch mit Halbwellen betrieben werden kann, eine Einrichtimg vorgeschlagen, worden, bei der ebenfalls von einem Schaltgerät her jede Drehzahl getrennt geschaltet wird, wobei aber die entsprechende Referenz- bzw. Steuerspannung jeweils ein elektronisches Verzögerungsglied enthält. Auch diese Einrichtung weist die weiter oben bescliri ebenen Nachteile der aufwendigen Kontaktbetätigung auf und ist außerdem nicht dazu in der Lage, bei kurζzeitigem Abschalten des Motors wegen Unwucht in der Wäschetrommel, den betreffenden Pro-

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grainmabsclmitt zu wiederholen.

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Ek ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung für geregelte wechselstrom- oder gleichstrombetriebene Antriebe
zu schaffen, bei der möglichst nur ein einziger Programnikontakt notwendig ist, um nacheinander verschiedene Drehzahlen eines Elektromotors einzuschalten. Dabei soll auch ein Bereich mit sehr schneller Drehzahlerhöhung durchlaufen v/erden können. Bei kurzzeitiger Abschaltung dec Elektromotors wegen Unwucht soll der betreffende Programmabschnitt in seiner vollen Länge wiederholbar sein.

Erfindungsgemäß werden vorstehend genannte Aufgaben dadurch gelöst, daß neben einer konstanten Ausgangsspannung drei weitere, verschiedene Spannungsverläufe dadurch hergestellt v/erden, daß durch Kondensatoraufladung die Steuer spannung eines ersten Transistors ansteigt, beim Durchschalten dieses und eines v/eiteren Transistors durch Rückkopplung ein Spannungssprung erzeugt wird, und danach eine weitere Kondensatoraufladung erfolgt.

lach einer Ausbildung der Erfindung sind der Basiskreis des einen Transistors und der Kollektorkreis des anderen Transistors mit einem Speisespannung führenden Anschluß gemein-

BAD OFHGINAL

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sam mittels eines Kondensators verbunden, der zeitweise durch Schließen "eines Kontaktes unwirksam gemacht wird.

Um im Betriebszustand "SCHLEUDER!]" bei auftretender Unwucht in der Wäschetrommel die hohe Geschwindigkeit des Elektromotors kurzzeitig zu unterbrechen, ist nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung jeder der drei Spannungsverläufe durch kurzzeitiges Schließen eines Kontaktes auf den Wert der konstanten Ausgangsspannung zurückführbar, und beginnt sofort nach Öffnung des Kontaktes die Ausgangsspannung wieder zu steigen.

Der Amasldungsgegenstand weist den Vorteil auf, daß mit nur einem einzigen Prograramkontakt nacheinander verschiedene Motordrehsalileii erreicht werden können. Sollte die Stromzufuhr des Elektromotors bei Unwucht der Trommel oder aus anderen Gründen kurzzeitig unterbrochen werden, so kann das Hochlaufprogramm wiederholt werden. Weiterhin kann ohne Verwendung zusätzlicher Kontakte ein bestimmter Drehzahlbereich relativ schnell durchlaufen werden.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigern

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Fig. 1 ein Spannungs/Zeitdiagramm der vom Anmeldungsgegenstand gelieferten Referenzspannung,

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild der Verwendung des Anmeldungsgegenstandes in einer Anordnung zur Drehzahlregelung,

Fig. 3 den Stromlauf eines Ausführungsbeispieles des Anmeldungsgegenstandes,

Fig. 4 den Stromlauf eines anderen Ausführungsbeispieles des Anmeldungsgegenstandes,

Fig. 5 den Stromlauf eines weiteren Ausführungsbeispieles mit einem zusätzlichen Kondensator,

Fig. 6 den Stromlauf eines v/eiteren Ausführungsbeispieles des Anmeldungsgegenstandes.

Soll ein Elektromotor mit verschiedenen Drehzahlen be-

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trieben werden, so muß eine Einrichtung, z.B. -eine elektronische Einrichtung, verschiedene, den einzelnen Drehzahlen entsprechende Referenzspannungen liefern. Diese elektronische Einrichtung wird im folgenden als Referensspannungserzeuger bezeichnet.

Aus dem Spannungs/Zeitdiagramm der Pig. 1 geht hervor, welche verschiedenen Referenzspannungen zum Betrieb eines Elektromotors notwendig sind, der in einer Waschmaschine eine Wäschetrommel antreiben soll. Die verschiedenen Referenzspannungen U₁ bis u. entsprechen verschiedenen Drehzahlen des Elektromotors. Im Bereich von O bis t₁ muß die Referenzspannung u- konstant sein, d.h. der Motor droht sich mit konstanter Waschdrehzahl. Soll von der Waschdrehzahl zur Schleuderdrehzahl übergegangen werden, so ist folgender Referenzspannungsverlauf und damit Drehzahlverlauf ajn zweckmäßigsten: Im Bereich t^ bis t₂ soll sich die Drehzahl ca. 20 see, lang erhöhen, damit sich die Wäsche verteilen kann. In dem entsprechenden Drehzahlbereich, der von den Referenzspannungen U₂ und U₅ eingeschlossen wird, liegt die kritische Drehzahl, bei v/elcher der Motor und eventuell auch der gesamte Antriebsmechanismus Resonanzstellen aufweisen. Dieser Bereich sollte also möglichst schnell durchlaufen werden können, weshalb sich die Referenz-

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spannung von Up nach U₇ sehr schnell ändert, dlh. der Zeitraum zwischen t„ und t~ sollte möglichst klein sein. Ist die Drehzahl, die der Referenzspannung u, entspricht, erreicht, so kann der Motor in einem relativ langsamen Anstieg mit Hilfe eines entsprechend langsamen Anstieges der Referenzspannung auf u« zur vollen Schleuderdrehzahl übergehen. Die Länge des Zeitraumes, zwischen t~ und t, spielt also keine allzu große Rolle. Soll das Hochlaufprogramm bei einer Unwucht wiederholt werden, so fällt die Referenzspannung auf den ursprünglichen Wert u- zurück, wie dies am Spannungsverlauf zum Zeitpunkt tj- ersichtlich

Anhand der Fig. 2 wird die Anwendung des Referenzspannungserzeugers 20 in einer Anordnung zur Regelung der Drehzahl eines Elektromotors erläutert. Dieser Heferenzspannungserzeuger 20 wird über seine Anschlüsse 23 und 24 mit Strom versorgt. An seinem Anschluß 2 gibt er - je nach gewünschter Drehzahl des Motors 17 - eine Referenzspannung ab. Dieser wird die gleichgerichtete Spannung eines Tachogenerators 22 hinzugefügt. Die Differenz beider Spannungen liegt am Eingang einer Phasenanschnittsteuerung 19, die ihrerseits Zündimpulse an einen elektronischen Schalter 16 liefert, der einen Elektromotor 17 schaltet. Der Einfachheit halber v/ird

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in folgendem aber nur von Drehzahlsteuerung gesprochen.

An einem Stromlauf eines Schaltungsbeispieles (Pig. 3) wird eine Einrichtung zur Steuerung verschiedener Drehzahlen eines Elektromotors erläutert. Über die auch in der Pig. dargestellten elektrischen Anschlüsse 23 und 24 wird der Referenzspannungserzeuger 20 mit Strom versorgt.. Im wesentlichen stellt der Referenzspannungserzeuger 20 einen an sich bekannten, aus einem npn-Transistor 9 und einem pnp-Transistor 12 bestehenden Trigger dar. Nachdem ein Programmkontakt 7 geschlossen ist, wird die Referenzspannung u am Anschluß 2 durch das Widerstandsverhältnis zweier Widerstände 4 und 5 bestimmt. Dieser Zustand entspricht im Diagramm (Pig. 1) dem Bereich zwischen 0 und t.., also der Waschdrehzahl. Zum Zeitpunkt t. wird der Programmkontakt 7 eines Programmschaltwerkes (in den Zeichnungen nicht dargestellt) geöffnet. .Von jetzt an kann sich ein Kondensator 6 aufladen, wobei die Zeitkonstante von dessen Kapazität und von den Widerstandswerten der beiden Widerstände 4 und 5 abhängt. Die Referenzspannung u am Anschluß 2 steigt langsam an, was im Diagramm der Pig. 1 im Bereich zwischen t.. und t₂ entspricht.

Hat die Basis des Transistors 9, dessen Emitterspannüng vom Teilverhältnis zweier Widerstände 10 und 11 abhängt, ihren

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Schwellv/ert erreicht, so öffnet dieser Transistor. Sein

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Kollektor ist galvanisch mit der Basis des zweiten Transistors 12 verbtinden. Öffnet der eine Transistor 9, so öffnet auch der Transistor 12. Dieses Öffnen geschieht schlagartig, da der Kollektorstrom durch einen Widerstand am Widerstand 5 eine JRückkopplungsspannung erzeugt. Die Referenzspannung u am Anschluß 2 führt also einen Sprung aus, was während der Zeitdauer zwischen t₂ und t., (Fig. 1) geschieht. Hierbei erhöht sich die Drehzahl des Motors entsprechend schnell.

Die Höhe des beschriebenen Sprungs entspricht dem Widerstandsverhältnis der beiden Widerstände 5 und 13» Sobald der Zeitpunkt t- überschritten ist, lädt sich der Kondensator 6 weiter auf, da beide Transistoren geöffnet bleiben. Die Zeitkonstante ist jetzt aber durch die Parallelschaltung der beiden Widerstände 4 und 13 bestimmt; die weitere Aufladung des Kondensators 6 entspricht der Änderung der Motordrehzahl bis zur Schleuderdrehzahl, umfaßt also den Zeitraum von t, bis t, im Diagramm der Fig. 1.

Dem Programmkontakt 7 liegt ein zweiter Schalterkontakt 7* parallel, der zu einem sogenannten Unwuehtschalter gehört. Der Unwuehtschalter wird dann geschlossen, wenn ungleich-

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mäßige Wäscheverteilung in der Trommel eine Unwucht derselben verursacht. Beim Schließen des Kontaktes 7' wird der Kondensator 6 schlagartig entladen, die Referenzspannung u fällt auf den Wert U₁ zurück.

Ein an der Basis des Transistors 9 angeschlossener Widerstand 8 dient lediglich zur Basisstrombegrenzung.

Anstatt des Stromlaufes der Pig. 3 kann auch ein solcher nach Pig. 4 verwendet werden. Bei dieser Schaltung v/ird ein zusätzlicher Widerstand 14 verwendet. Der Kollektorwiderstand 13 des Transistors 12 liegt zwischen dem Widerstand 5 und einem zusätzlichen Widerstand 14. Wenn der Widerstand 14 einigermaßen groß gegenüber dem Widerstand 5 ist, dann können Programmkontakt 7 und Unwuchtschalterkontakt 7' unmittelbar am Widerstand 13 angeschlossen werden, ohne daß sich die Punktion der Schaltung wesentlich ändert. Diese lage der Kontakte erleichtert aber das Rückkippen, wenn die Kontakte 7 bzw. 7' geschlossen v/erden, denn die Spannung am Widerstand 5 kann bei spezieller Dimensionierung so groß sein, daß der Transistor 9 geöffnet bleibt, wenn einer der beiden Kontakte 7 bzw. 7^f geschlossen wird. Die Anordnung nach Pig. 4 ist gegenüber der der Pig. 3 deshalb vorteilhafter, da durch die Verwendung des zusätzlichen

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Widerstandes 14 mehr Freiheit in der Wahl der Pegel besteht . ■<

'Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt die Pig. 5. Der Sprung der Referenzspannung zwischen den beiden Zeitpunkten tp und t~ wird bei dieser Anordnung durch die schnelle Aufladung eines zusätzlichen Kondensators 25 dann erreicht, wenn der Transistor 12 öffnet. Das Rückkippen ist hierbei absolut sicher, wenn der Widerstand 5 hinreichend oder völlig überbrückt ist.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Anmeldungsgegenstandes wird anhand der Fig. 6 erläutert. Die Referenzspannung im Bereich von O bis t.., also entsprechend der Waschdrehzahl, hängt von Teilerwiderständen 5, 26, 27 und 28 ab. Die Aufladung des Kondensators 6 erfolgt über die Widerstände 5, 26, 27 und 28. Beim Kippen entsteht der Sprung der Referenzspannung im wesentlichen am Widerstand 26. Der Widerstand 5 braucht nur so groß zu sein, daß Rückkopplungsbedingungen erfüllt sind. Der Vorteil dieser Schaltung besteht darin, daß ein sehr sicheres Rückkippen erreicht wird. Der Widerstand 5 kann auch durch eine Brücke ersetzt v/erden, wodurch das Rückkippen dann absolut sicher erfolgt. Der Widerstand 10 muß dann aber am Emitter des Transistors 12 angeschlossen sein, und dieser

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Emitter muß dann über einen Widerstand (in der Zeichnung nicht dargestellt) mit dem Speisespannung führenden Anschluß 23 verbunden sein. Die Widerstände 27 und 28 können entfallen. Es ..muß dann ein Widerstand 29 - wie in Pig. 6 mit unterbrochenen Linien dargestellt - verwendet werden.

Palis .bei den Ausführungsbeispielen der Pig. 3, 4, 5 und die Basis des Transistors 9 zu niederohmig ist, so kann in an sich bekannter Weise ein Emitterfolger vorgeschaltet oder ein Feldeffekttransistor anstatt des npn-Transistors verwendet v/erden.

Der Anmeldungsgegenstand wurde anhand seiner Verwendung bei der Steuerung bzw. Regelung eines Wasch- und Schleudermotors von Waschmaschinen beschrieben. Selbstverständlich kann der Anmeldungsgegenstand auch bei anderen Steuerproblemen Anwendung "finden.

8 Patentansprüche

2 Bl. Zeichngn. m. 6 Pig.

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Claims (8)

Patentansprüche

1.^ Einrichtung zur Abgabe einer Referenzspannung in Steuer- bzw. Regeleinrichtungen zur Beeinflussung der Drehzahl von Elektromotoren, insbesondere solchen für Waschmaschinenantriebe, dadurch gekennzeichnet , daß in einer Triggerschaltung neben einer konstanten Ausgangsspannung drei weitere, verschiedene Spannungsverläufe dadurch hergestellt werden, daß durch Kondensatoraufladung die Steuerspannung eines ersten Transistors (9) ansteigt, beim Durchschalten dieses und eines v/eiteren Transistors (9, 12) durch Rückkopplung ein Spannungssprung erzeugt wird, und danach v/eitere Kondensatoraufladung erfolgt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Basiskreis des einen Transistors (9) und der Kollektorkreis des anderen Transistors (12) mit einem Speisespannung führenden Anschluß (24) gemeinsam mittels eines Kondensators (6) verbunden sind, der zeitweise durch Schließen eines Kontaktes (7^f und/oder 7) unwirksam gemacht wird.

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3. Einrichtung nach Anspruch. 2, dadurch gekennzeichnet_T daß einer der beiden Transistoren (9, 12) ein npn-Transistor, der andere ein pnp-Transistor ist.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß,der sprunghafte Teil des Spannungsanstieges durch den Spannungsabfall eines Kollektorstromes an mindestens einem Widerstand (z.B. 5) erreicht wird.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der sprunghafte Teil des Spannungsanstieges durch einen zusätzlichen Kondensator (25) erreicht wird, der parallel zu einem eine zweite Zeitkonstante bestimmenden Widerstand (13) liegt.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der drei Spannungsverläufe durch kurzzeitiges Schließen des einen Kontaktes (7¹) auf den Wert der konstanten Ausgangsspannung zurückführbar ist, und sofort nach Öffnung des Kontaktes (7^!) die Ausgangsspannung wieder zu steigen beginnt.

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7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Kontalrfc (7¹) bei Unwucht der getriebenen Elemente, s.B. einer Waschtrommel, schließbar ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Kontakt (7) programmabhängig betätigbar ist.

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