DE2114099C3

DE2114099C3 - Einrichtung zur Regelung der Drehzahl von Universalmotoren

Info

Publication number: DE2114099C3
Application number: DE2114099A
Authority: DE
Inventors: Richard 7146 Tamm Haeussermann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1971-03-24
Filing date: 1971-03-24
Publication date: 1981-09-10
Also published as: CH530730A; DE2114099B2; JPS4735714A; FR2131284A5; DE2114099A1

Description

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Die Drehzahlen von Universalmotoren sind sehr stark lastabhängig. Bei Elektrowerkzeugen muß deshalb häufig die Drehzahl geregelt werden, um die Werkzeuge und Werkstücke nicht zu gefährden. Bekannte Drehzahlregelungen für Universalmotoren sind entweder zu aufwendig oder benötigen viel Platz, da beispielsweise zur Erfassung des Istwertes der Drehzahl Tachogeneratoren vorgesehen sine).

In der Zeitschrift »Control Engineering«, 1962, 79, ist eine Steuerschaltung für einen Universalmotor mit Phasenanschnittssteuerung beschrieben. Dabei wird ein im Motorstromkreis angeordneter Thyristor über eine Doppelbasisdiode betätigt, die ihrerseits von einem Spannungsteiler angesteuert wird, der parallel zur Feldwicklung des Motors geschaltet ist. Diese bekannte Schaltung hat jedoch den Nachteil, daß lediglich eine Steuerung durch Veränderung eines Elementes des Spannungsteilers, jedoch keine Regelung des Motorstromes in Abhängigkeit von der Belastung stattfindet.

Weiterhin ist aus der Zeitschrift »Elektromeister«, 1970, 846 eine Schaltungsanordnung zur Steuerung und Regelung eines Allstrommotors bekannt, bei der der Motorstrom über einen Serienwiderstand im Motorstromkreis erfaßt und die daran abfallende Spannung über eine Diode auf einen Kondensator gegeben wird, der den Zündkreis des ebenfalls im Motorstromkreis angeordneten Thyristors in der Weise beeinflußt, daß der Stromflußwinkel bei höherer Belastung des Motors erhöht wird. Diese bekannte Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß eine Entladung des Kondensators bei einer plötzlichen Abnahme der Motorbelastung über die Diode nicht möglich ist und daher der Einfluß auf die Zündschaltung den tatsächlichen Belastungsverhältnissen nacheilt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Schaltungsanordnung der vorstehend beschriebenen Art dahingehend auszubilden, daß die Konstanthaltung der Drehzahl verbessert ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des ^ω Patentanspruches angegebenen Maßnahmen gelöst.

Da die Belastungsverhältnisse des Motors bei Beginn jedes Zündzyklus neu bestimmt werden und damit in jedem Augenblick eindeutige Regelverhältnisse vorliegen, ist eine bessere Konstanthaltung der Drehzahl erreicht.

Weitere zweckmäßige Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben ₄«.n aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung, die einen Schaltplan einer Regeleinrichtung für Universalmotoren zeigt

Ein Universalmotor 1 ist mit einer Stromquelle 2 einseitig verbunden. Sein zweiter Anschluß führt zu einer Gleichrichter-Brückenschaltung aus Dioden 3,4,5 und 6. Die Kathoden der Dioden 3 und 4 führen zu einer gemeinsamen Pluszuleitung 7 und die Anoden der Dioden 5 und 6 zu einer gemeinsamen Minuszuleitung 8. An die Pluszuleitung 7 ist die Anode eines Thyristors 9 angeschlossen, dessen Kathode über einen Widerstand 10 mit der Minusleitung verbunden ist. Parallel zu dem Widerstand 10 ist die Reihenschaltung einer Diode 11 und eines ersten Kondensators 12 vorgesehen. Am Verbindungspunkt der Kathode der Diode 11 und des Kondensators 12 ist die Kathode einer zweiten Diode 13 und ein Widerstand 14 angeschlossen. Die Anode der Diode 13 ist mit einem zweiten Kondensator 15 verbunden, der einseitig mit der gemeinsamen Minuszuleitung ? Verbindung hat. Der Widerstand 14 führt zu dem Kollektor eines Schalttransistors 16, dessen Emitter mit der Minuszuleitung 8 Verbindung hat und dessen Basis- über einen Basiswiderstand 17 an die erste Basis einer Doppelbasisdiode 18 angeschlossen ist. Die erste Basis ist über einen Widerstand 19 und die zweite Basis der Doppelbasisdiode 18 über einen Widerstand 20 mit der gemeinsamen Minusleitung 8 verbunden. Der Emitter der Doppelbasisdiode ist an die Anode der Diode 13 angeschlossen. Die Basis 2 der Doppelbasisdiode 18 führt über einen Widerstand 21 zu der gemeinsamen Pluszuleitung, während an die Basis 1 über eine Diode 22 die Steuerelektrode des Thyristors 9 angeschlossen ist. Außerdem ist mit der Steuerelektrode des Thyristors 9 ein Diac 25 verbunden, dessen anderes Ende zwischen zwei Widerständen 23 und 24 angeschlossen ist, wobei die Widerstände 23 und 24 im Ladestromzweig des Kondensators 15 liegen. Der Widerstand 23 ist dabei als einstellbarer Widerstand ausgebildet.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Schaltanordnung ist folgende: Über die Graetzbrücke aus den Dioden 3, 4, 5 und 6 gelangt ein pulsierender Gleichstrom zu der gemeinsamen Pluszuleitung 7 und der gemeinsamen Minuszuleitung 8.

Der Thyristor 9 wird zunächst gesperrt sein, so daß über die Widerstände 23 und 24 ein Strom zu dem Kondensator 15 fließen kann, der diesen auflädt. Gleichzeitig wird über die Diode 13 ein Strom zu dem Kondensator 12 fließen und diesen auf eine Spannung aufladen, die um den Betrag der Schleusenspannung der Diode 13 unter der Spannung an dem Kondensator 15 liegt. Bei Erreichen eines bestimmten Wertes wird die Doppelbasisdiode 18 kippen und an der Basis 1 ein Impuls entstehen, der über die Diode 22 den Thyristor in seinen leitenden Zustand steuert. Gleichzeitig bewirkt das Kippen der Doppelbasisdiode ein kurzes Durchschalten des Transistors 16, wodurch der Kondensator 12 entladen wird. Fließt nun über den Thyristor 9 und damit über den Widerstand 10 ein Strom, dann wird auch über die Diode 11 ein Ladestrom fließen, der den

ondensator 12 auf die an dem Widerstand 10 anliegende Spannung auflädt, und zwar um so höher, je größer der Strnn über den Thyristor 9 ist. Der

Kondensator 12 speichert nun zunächst diese Spannung, bis der zweite Kondensator 15 bei der nächsten Halbwelle auf die etwa gleiche Spannung aufgeladen ist Diese Spannung beträgt

= t/«io —

Die Zeitkonstante, mit der die Aufladung des Kondensators 15 bis zu diesem Zeitpunkt erfolgt, ist

ri = (R₂₃ + Ria) ■ Q₅-

Nach dieser ersten Aufladung erfolgt eine weitere gemeinsame Aufladung der Kondensatoren 12 und 15 mit der Zeitkonstante

T₂ = (R₂₃ + Ä24) · (Q₂ + C₁₅).

Die Kondensatoren 12 und 15 werden wieder bis zur Kippspannung der Doppelbasisdiode 18 aufgeladen. Danach kippt diese Doppelbasisdiode, und der Thyristor 9 wird wieder gezündet und durch Umschalten des Transistors 16 der Kondensator 12 wiede.· entladen. Dieses Spiel wiederholt sich.

Die Regelung der Drehzahl erfolgt also in Abhängigkeit von dem über den Thyristor 9 fließenden Strom, wobei die Zeitkonstante bei der Aufladung des Kondensators 15 geändert werden kann, so daß die Kippspannung der Doppelbasisdiode bei größerem Laststrom früher erreicht wird als bei niedrigerem Laststrom. Die Zeitkonstante τ₂ stellt dabei die Regelverstärkung dar. Für gutes Regelverhalten soll dabei τ₂ ~ 3n sein. Durch die Überbrückung des Ankers und des Feldes des Motors 1 wird eine Unterbrechung des Stromes in gezündetem Zustand des Thyristors verhindert. Der Spannungsteiler aus den Widerständen 21 und 20 verhindert eine Überspannung an der Doppelbasisdiode 18, und die Diode 22 verhindert während des Stromflusses über den Thyristor 9 das öffnen des Transistors 16 und damit eine vorzeitige Entladung des Kondensators 12. Die Phasenanschnittsteuerung mit der Doppelbasisdiode 18 arbeitet nur bis zu einem Phasenwinkel von etwa 140° exakt. Bei größeren Phasenwinkeln sperrt die Doppelbasisdiode nach dem Zündvorgang nicht mehr. Das würde bedeuten, daß der Motor nur ca. 80% seiner Nenndrehzahl erreichen würde. Um den vollen Arbeitsbereich zu erhalten ist der Diac 25 vorgesehen, der dann die Zündung des Thyristors 9 übernimmt. In diesem Bereich, in dem die Zündung des Thyristors 9 über den Diac 25 erfolgt, ist die Drehzahlregelung nicht mehr wirksam, jedoch beträgt der hiermit erreichbare Phasenanschnittswinkel annähernd 180°.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Einrichtung zur Steuerung der Drehzahl eines an eine Wechselspannungsquelle angeschlossenen Universalmotors, insbesondere eines Antriebsmotors in einem Elektrowerkzeug, durch Phasenanschnittssteuerung eines im Motorstromkreis angeordneten steuerbaren Einweg-Halbleitergleichrichters, vorzugsweise eines Thyristors, dessen Zündzeitpunkt ι ο innerhalb einer Halbwelle von der Spannung eines Zündkondensators bestimmt ist, wobei diese Spannung zusätzlich vom Motorstrom durch den Spannungsabfall an einem Serienwiderstand vom Motorstromkreis abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Kondensator (12) vorgesehen ist, der über eine erste Diode (13) durch die Züadkondensatorspann'uig und durch eine zweite Diode (11) durch die am Serienwiderstand (10) abfallende Spannung aufladbar ist und der durch einen weiteren Halbleiterschalter (16) zu je.Jem Zündzeitpunkt entladen wird.