DE2109603B2 - Einrichtung zur Abgabe einer Referenzspannung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Abgabe einer Referenzspannung in einer Steuer- bzw. Regeleinrichtung zur Beeinflussung der Drehzahl eines Elektromotors, insbesondere für einen Waschmaschinenantrieb.

Für den Antrieb der Waschtrommeln einer Haushaltswaschmaschine verwendet man heutzutage meistens einen polumschaltbaren Motor. Um den Motor mit verschiedenen Drehzahlen zu betreiben, werden üt)cr Kontakte eines Programmschaltgerätes je nach gewünschter Drehzahl verschiedene Wicklungsteile an das elektrische Netz angeschlossen. Von dem Programmschaltgerät her muß dabei jede Drehzahl separat geschaltet werden; hierbei ist für jede einzelne Drehzahl jeweils ein Programmkontakt notwendig. Bei den heute üblichen Waschmaschinen müssen sogar — abgesehen von den Kontakten für das Reversieren — für alle verschiedenen, aufeinanderfolgenden Drehzahlen getrennte Nocken eines Programmnockenprofils zur Verfugung stehen. Hinzu kommt außerdem der Nachteil, daß bei hochlaufendem Motor z.B. im Betriebszustand »SCHLEUDERN«, bei auftretender Unwucht der Wäschetrommel und damit verbundenem kurzzeitigem Abschalten des Elektromotors dieses Programm nicht in seiner vollen Länge wiederholi werden kann, da das Programmschaltwerk nicht rückwärts laufen kann.

Weiterhin ist für einen Gleichstrommotor, der auch mit Halbwellen betrieben werden kann, eine Einrichtung Gegenstand einer älteren Anmeldung (P2109,645,7-32), bei der ebenfalls von einem Schaltgerät her jede Drehzahl getrennt geschaltet wird, bei welcher aber die entsprechende Referenz- bzw. Steuerspannungsquelle jeweils ein elektronisches Verzögerungsglied enthält. Auch diese Einrichtung weist die oben beschriebenen Nachteile der aufwendigen Kontaktbetätigung auf und ist außerdem nicht in der Lage, bei kurzzeitigem Abschalten des Motors wegen Unwucht in der Wäschetrommel, den betreffenden Programmabschnitt zu wiederholen.

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

Erfindungsgemäß werden vorstehend genannte Aufgaben dadurch gelöst, daß am Ausgang (2) einer Triggerschaltung nach einer konstanten Ausgangsspannung ein ansteigender nacheinander drei ausgeprägte Spannungswerte aufweisender Spannungsverlauf dadurch herstellbar ist, daß durch Aufladen eines Kondensators die Ausgangsspannung, die zugleich die Steuerspannung eines ersten Transistors ist, auf einen ersten Spannungswert ansteigt, bis beim Durchschalten dieses und eines weiteren Transistors durch Rückkopplung ein Spannungssprung auf einen zweiten Spannungswert V₃ erzeugt wird, und daß ein dritter Spannungswert durch weitere Aufladung des Kondensators erreichbar ist.

Nach einer Ausbildung der Erfindung sind der Basiskreis des einen Transistors und der Kollektorkreis des anderen Transistors mit einem Speisespannung führenden Anschluß gemeinsam mittels eines Kondensators verbunden, der zeitweise durch Schließen eines Kontaktes unwirksam gemacht wird.

Um bei ei em Waschmaschinenantrieb im Betriebszustand »SCHLEUDERN« bei einer auftretenden Unwucht in der Wäschetrommel die hohe Geschwindie-

keit des Elektromotors kurzzeitig herabzusetzen, 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.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Der Anmddungsgegenstand weist den Vorteil auf, daß mit nur einem einzigen Programmkontakt nacheinander verschiedene Motordrehzahlen erreicht werden können. Sollte die Stromzufuhr des Elektromotors bei einer Unwucht der Trommel 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 Ausfuhrangsbeispielen mit Hilfe von Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:

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

F i g. 2 ein Prinzipschaltbild der Verwendung des Anmeldungsgegenstandes in einer Anordnung zur Drehzahlregelung,

F i g. 3 den Stromlauf eines Ausführungsbeispicles des Anmeldungsgegenstandes,

F i g. 4 den Stromlauf eines anderen Ausführungsbeispieles des Anmeldungsgegenstandes,

F i g. 5 den Stromlauf eines weiteren Ausführungsbeispieles mit einem zusätzlichen Kondensator,

F i g. 6 den Stromlauf eines weiteren Ausführungsbeispieles des Anmeldungsgegenstandes.

Soll ein Elektromotor mit verschiedenen Drehzah- ;; len betrieben werden, so muß eine Einrichtung, z. B. eine elektronische Einrichtung, verschiedene, den einzelnen Drehzahlen entsprechende Referenzspannungen liefern. Diese elektronische Einrichtung wird im folgenden als Referenzspannungserzeuger bezeichnet. -10

Aus dem Spannungs-Zeitdiagramm der Fig. 1 geht hervor, welche verschiedenen Referenzspannungen zum Betrieb eines Elektromotors notwendig sind, der in einer Waschmaschine eine Wäschetrommel antreiben soll. Die verschiedenen Referenzspannungen M₁ bis M₄ entsprechen verschiedenen Drehzahlen des Elektromotors. Im Bereich von 0 bis /, muß die Referenzspannung M₁ konstant sein, d.h. der Motor dreht sich mit konstanter Waschdrehzahl. Sol! von der Waschdrehzahl zur Schleuderdrehzahl übergegangen u> werden, so ist folgender Referenzspannungsverlauf und damit Drehzahlverlauf am zweckmäßigsten: Im Bereich /, bis I₂ soll sich die Drehzahl ca. 20 see. lang erhöhen, damit sich die Wäsche verteilen kann. In dem anschließenden Drehzahlbereich zwischen /₂ und /,, der von den Referenzspannungen M₂ ^unc^ "3 eingeschlossen wird, liegt die kritische Drehzahl, bei welcher der Motor und eventuell auch der gesamte Antriebsmechanismus Resonanzstellen aufweisen. Dieser Bereich sollte also möglichst schnell durchlaufen M) werden können, weshalb sich die Referenzspannung von M₂ nach M₃ sehr schnell ändert, d. h. der Zeitraum zwischen /, und I₃ sollte möglichst klein sein. Ist die Drehzahl, die der Referenzspannung M₃ entspricht, erreicht, so kann der Motor in einem relativ langsamen μ Anstieg mit Hilfe eines entsprechend langsamen Anstieges der Referenzspannung auf M₄ zur vollen Schleuderdrehzahl übergehen. Die Länge des Zeitrau-

mes zwischen /₃ und /₄ spielt also keine allzu große RoUe.

Soll das Hochlaufprogramm bei einer Unwucht wiederholt werden, so fällt die Referenzspannung auf den ursprünglichen Wert M₁ zurück, wie dies am Spannungsverlauf zum Zeitpunkt t_s ersichtlich ist

Anhand der Fig. 2 wird die Anwendung des Referenzspannungserzeugers 20 in einer Anordnung zur Regelung der Drehzahl eines Elektromotors erläutert. Dieser Referenzspannungserzeuger 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. Diese wird mit der gleichgerichteten Spannung eines Tachogenerators 22 verglichen. 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 wird in folgendem aber nur von Drehzahlsteuerung gesprochen.

An einem Stromlauf eines Schaltungsbeispieles (Fig. 3) wird eine Einrichtung zur Steuerung verschiedener Drehzahlen eines Elektromotors erläutert Über die auch in der Fig. 2 dargestellten elektrischen Anschlüsse 23 und 24 wird der Referenzspannungserzeuger 20 mit Strom versorgt. Im wesentlichen stellt der Referer.zspannungserzeuger 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 (Fig. 1) dem Bereich zwischen 0 und /„ also der Waschdrehzahl. Zum Zeitpunkt /, wird der Progiammkontakt 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 Fig. 1 im Bereich zwischen I₁ und I₂ entspricht.

Hat die Basis des Transistors 9, dessen Emitterspannung vom Teilverhältnis zweier Widerstände 10 und 11 abhängt, ihren Schwell wert erreicht, so öffnet dieser Transistor. Sein Kollektor ist galvanisch mit der Basis des zweiten Transistors 12 verbunden. Öffnet der eine Transistor 9, so öffnet auch der Transistor 12. Dieses Öffnen geschieht schlagartig, da der Kollektorstrom durch einen Widerstand 13 am Widerstand 5 eine Rückkopplungsspannung erzeugt. Die Referenzspannung u am Anschluß 2 führt also einen Sprung aus, was während der Zeitdauer zwischen /₂ und /₃ (Fig. 1) geschieht. Hierbei erhöht sich die Drehzahl des Motors 17 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 /₃ bis I₄ im Diagramm der Fig. 1. -

Dem Programmkontakt 7 liegt ein zweiter Schalter-

kontakt 7' parallel, der zu einem sogenannten Unwuchtschalter gehört. Der Unwuchtschalter wird dann geschlossen, wenn ungleichmäßige Wäscheverteilung in der Trommel eine Unwucht derselben verursacht. Beim Schließen des Kontaktes T wird der Kondensator 6 schlagartig entladen, die Referenzspannung u fällt auf den Wert M₁ zurück.

Ein an der Basis des Transistors 9 angeschlossener Widerstand 8 dient lediglich zur Basisstrombegrenzung. Anstatt des Stromlaufes der Fig. 3 kann auch ein solcher nach Fig. 4 verwendet werden. Bei dieser Schaltung wird 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 π einigermaßen groß gegenüber dem Widerstand 5 ist, dann können Programmkontakt 7 und Unwuchtschalterkontakt T unmittelbar am Widerstand 13 angeschlossen werden, ohne daß sich die Funktion der Schaltung wesentlich ändert. Diese Lage der Kontakte erleichtert aber das Rückkippen, wenn die Kontakte 7 bzw. T geschlossen werden, 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. T geschlossen wird. Die Anordnung nach Fig. 4 ist gegenüber der der Fig. 3 deshalb vorteilhafter, da durch die Verwendung des zusätzlichen Widerstandes 14 mehr Freiheit in der Wahl der Pegel besteht.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt die Fig. 5. Der Sprung der Referenzspannung zwischen den beiden Zeitpunkten t₂ und Z₃ 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 F i g. 6 erläutert. Die Referenzspannung im Bereich von 0 bis /„ 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 werden, wodurch das Rückkippen dann absolut sicher erfolgt. Der Widerstand 10 muß dann aber am Emitter des Transistors 12 angeschlossen sein, und dieser 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 Fig. 6 mit unterbrochenen Linien dargestellt — verwendet werden.

Falls bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 3, 4, 5 und 6 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 9 verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Abgabe einer Referenzspannung in einer Steuer- bzw. Regeleinrichtung zur Beeinflussung der Drehzahl eines Elektromotors, insbesondere für einen Waschmaschinenantrieb, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang (2) einer Triggerschaltung nach einer konstanten Ausgangsspannung (Ul) ein ansteigender nacheinander drei ausgeprägte Spannungswerte (U₂-UJ aufweisender Spannungsverlauf dadurch herstellbar ist, daß durch Aufladen eines Kondensators (6) die Ausgangsspannung, die zugleich die Steuerspannung eines ersten Transistors (9) ist, auf einen ersten Spannungswert (U₁) bis beim Durchschalten dieses und eines weiteren Transistors (9, 12) durch Rückkopplung ein Spannungssprung auf einen zweiten Spannungswert (Lf₃) erzeugt wird, und daß ein dritter Spannungswert (i/3) durch weitere Aufladung des Kondensators (6) erreichbar ist.

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 (7,70 unwirksam gemacht wird.

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

4. Einrichtung naeh 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 (70 auf den Wert der konstanten Ausgangsspannung zurückführbar ist und sofort nach Öffnung des Kontaktes (70 die Ausgangsspannung wieder zu steigen beginnt.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Kontakt (70 bei Unwucht der getriebenen Elemente, z.B. einer Waschtrommel, schließbar ist. 5

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