DE2160102A1

DE2160102A1 - Schaltungsanordnung zur drehzahlsteuerung von elektromotoren

Info

Publication number: DE2160102A1
Application number: DE19712160102
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dipl Ing Walter; Dieter Hermann Walther
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1971-12-03
Filing date: 1971-12-03
Publication date: 1973-06-07
Also published as: GB1410477A; FR2164185A5

Description

Standard Elektrik Lorenz AG

Case: B.Walter-D.H.Walther 6-5

Schaltungsanordnung zur Drehzahlsteuerung von Elektromotoren

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlsteuerung eines Kollektor-Reihenschluß-Motors, bei ^J der der Zündzeitpunkt einer bidirektionalen Halbleitervorrichtung von der Aufladung eines Zündkondensators bestimmt wird, dessen Ladezeit durch eine Gegenkopplungsschaltung, in der ein Transistor angeordnet ist, verändert werden kann.

Es ist bereits bereits bekannt, Elektromotore in ihrer Drehzahl in der Weise zu steuern, daß in Reihe mit dem Motor eine steuerbare Halbleitervorrichtung angeordnet wird, deren Zündzeitpunkt bezüglich der Netzwechselspannung verschoben wird. Bei der Speisung des Motors aus dem Wechselstromnetz wird in der Regel ein bidirektional leitendes Halbleiterelement verwendet, das beispielsweise unter der Bezeichnung * "Triac" in der Technik bekannt ist. Durch Verschieben des Zündeinsatzpunktes dieses Halbleiterelementes innerhalb einer Halbperiode der Netzwechselspannung ist es möglich, eine Steuerung des Motorstrom und damit der Motorleistung vorzunehmen.

Die steuerbare Halbleitervorrichtung wird dabei meist durch Entladung eines Kondensators über ein kontaktloses elektrisches Schaltelement, wie z.B. eine Triggerdiode, gezündet. Hierbei ist eine Verschiebung des Zündzeitpunktes in der

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Weise möglich, daß die Aufladung des Zündkondensators beeinflußt wird. Eine solche Veränderung der Aufladezeit des Zündkondensators kann über einen Tachogenerator abhängig von der Drehzahl des Motors oder über die Rest-EMK des Motors vorgenommen werden, so daß es sich dann um eine selbsttätige Regelung des Motors handelt.

Zur Trennung von Steuer- und Regelgröße ist bereits vorgeschlagen worden, daß der Spannungsabfall, der an einem im Gleichrichterstromkreis liegenden Widerstand bei jeweils einer ersten Halbwelle einer Periode des Wechselstroms entsteht, die Phasenlage der Zünd- oder Löschimpulse für den steuerbaren Gleichrichter in der jeweils zweiten Halbwelle einer Periode des Wechselstroms beeinflußt.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 952 220 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der zuv Steuerung oder Regelung von Elektromotoren parallel zum Zündkondensator ein Teil des Ladestroms in Abhängigkeit von der Rest-EMK an den Anschlüssen des Motors abgeleitet wird. Und zwar wird ein Transistor in den Gegenkopplungszweig geschaltet» der durch die Rest-EMK gesteuert, die Ladezeit des Zündkondensators beeinflußt. Da die Rest-EMK nur während eines Bruchteils einer Halbperiode auftritt, ändert der in dieser Schaltungsanordnung beschriebene Transistor nur während dieser relativ kurzen Zeit die Ableitung des Ladestroms. Mit dieser Sehalttungsanordnung läßt sich demnach nui¹ eine geringe Regelverstärkung erzielen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlsteuerung durch Beeinflussung des Aufladestroms eines Zündkondensators zu schaffen, die eine hohe Eegelverstärkung ermöglicht und bei der Mittel vorgesehen sind, die die Regelschwingungen, wie sie bei hohen Regelversfcärkungen leicht auftreten, wirkungsvoll verhindern.

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Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlsteuerung der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß im Motorstromkreis Mittel vorgesehen sind, an denen eine dem Motorfluß proportionale Spannung abfällt und daß die dem Motorfluß proportionale Spannung den steuerbaren Halbleiter in der Gegenkopplungsschaltung im Sinne einer Steuerung beeinflußt.

Gemäß der weiteren Ausbildung der Erfindung wird das dadurch erzielt, daß im Motorstromkreis ein niederohmiger Widerstand liegt, an dem die dem Motorstrom proportionale Steuerspannung abgegriffen wird und an die Steuerleitung des Transistors gelegt wird. In besonders vorteilhafter Weise werden in weiterer Ausbildung der Schaltung Mittel vorgesehen, die die Steuerspannung gegenüber dem Motorstrom um eine Halbwelle verschieben.

Vorzugsweise wird als Transistor ein Feldeffekt-Transistor verwendet.

Die Ansteuerung des Transistors in der Gegenkopplungsschaltung mit einer dem Motorstrom proportionalen Steuerspannung gestattet eine hohe Regelverstärkung.

Der vom Motor aufgenommene Strom steigt stark an, wenn das Belastungsdrehrcoment am Motor wächst und dadurch die Drehzahl sinkt. Der Anstieg des MotorStroms ist während einer ganzen Stromperiode festzustellen, d.h. in der vorliegenden Schaltungsanordnung kann während einer ganzen Periode geregelt werden.

Um ein Durchstehen des Motors zu verhindern, wird die Drehzahlmessung, die man aus dem Anstieg des MotorStroms erhält,

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und die Drehzahlregelung strommäßig entkoppelt. Denn sonst könnte es geschehen, daß der Stromflußwinkel durch ein Vorverlegen des Zündzeitpunktes noch in derselben Periode vergrößert wird, während der Motorstrom zur Drehzahlmessung ausgewertet wird und daß die Zunahme des Stromflußwinkels größer ist als die Abnahme des Stromes, die durch eine höhere Drehzahl bewirkt wird. Insgesamt bedeutet dies dann, daß der Stromfluß sich vergrößert hat, was von der Regelstrecke so ausgelegt wird, als wäre die Motordrehzahl weiter abgesunken. Aus diesem Grunde ist es notwendig, daß in einer Halbperiode des Stromflusses die Drehzahl ermitteis wird und in der darauffolgenden Halbperiode die Drehzahlsteuerung stattfindet.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erklärt werden.

Der Kollektor-Reihenschluß-Motor M liegt mit dem bidirektional leitenden steuerbaren Halbleiter T. und einem niederohmigen Widerstand R in REihe. Die Zündimpulse des Halbleiters T werden von einem bekannten Zündgerät geliefert, das sich aus den beiden Widerständen Rj., R_n., dem Zündkondensator C- und der Triggerdiode D_, aufbaut. Der Widerstand R_ ist ein Stellwiderstand, der es gestattet, eine Solldrehzahl vorzugeben.

Der Ladestrom des Zündkondensators C kann durch eine Gegenkopplungsschaltung beeinflußt werden, die aus einem Widerstand R,, einem Feldeffekttransistor T_ und einer Diode D. besteht. Der Feldeffekttransistor T_ ist so geschaltet, daß er mit einem Anschluß an einem Pol der Netzwechöelspannung liegt und mit dem anderen Anschluß über die Diode D. mit dem Zündkondensator verbunden ist, wobei der Punkt zwischen dem FET und der Diode D, über den Widerstand R-, mit dem Motorstromkreis zwischen Halbleiter T₁ und Motor M verbunden ist.

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Die Gegenkopplungsschaltung ist im ungeregelten Fall, d.h. die Ist-Motordrehzahl ist der Soll-Drehzahl angeglichen, über die drain-source-Strecke des FET's T„ durchgeschaltet und ein Teil des Zündkondensatorladestroms wird abgeleitet. Weicht die Ist-Drehzahl von der Soll-Drehzahl ab, so wird der Widerstand der drain-source-Strecke im FET T„ durch eine Steuerspannung am gate vergrößert und ein zusätzlicher Ladestrom kann über den Widerstf
Zündkondensator C„ gelangen,

strom kann über den Widerstand R» und die Diode D.. auf den

Zur Drehzahlmessung dient der Widerstand R₂, der im Motorstromkreis zwischen Halbleiter T. und Netzanschluß liegt. % An diesem Fällt eine der vom Motor aufgenommenen Leistung proportionale Spannung und somit auch eine der Motordrehzahl proportionale Spannung ab, mit der über die Diode D„ der gate-Anschluß des FET's T₂ beaufschlagt wird. Steigt die gate-Spannung, was eine Vergrößerung des drain-source-Widerstandes bedeutet. Auf diese Weise läßt sich die oben beschriebene Änderung der Gegenkopplung erzielen.

Um die geforderte strommäßige Entkopplung zwischen Drehzahlmessung und der Drehzahlsteuerung zu erhalten, ist parallel zur gate-drain-Strecke ein Kondensator C. und ein Widerstand R₂ geschaltet, deren Zeitkonstante R. χ C. so bemessen ist, g daß die zum Sperren der drain-source-Strecke ausreichende gate-Spannung am gate erst dann anliegt, wenn die nächstfolgende Motorstromhalbwelle durch den Widerstand R₂ fließt. Somit erfolgt in der ersten Halbwelle des MotorsStroms die Meßwertaufnahme und in der nächstfolgenden Halbwelle die Meßwertwe it er gäbe.

Um einen möglichst kleinen Kondensator C₁ zur strommäßigen Entkopplung der Meßwertaufnahme und der Meßwertweitergabe verwenden zu können, ist es notwendig, daß die Entkopplungs-

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schaltung sehr hochohmig beeinflußt wird. Deshalb wird in der Gegenkopplungsschaltung vorteilhafterweise ein FET T_ verwendet. Ein üblicher Transistor hat dagegen nur eine niederohmige Basisstrecke, so daß die Ladung des Kondensators C₁ schnell abfließen würde.

Anlage

H Patentansprüche

1 Bl. Zeichnung

1 Verzeichnis der Bezugszeichen

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Claims

Patentansprüche :

1.)) Schaltungsanordnung zur Drehzahlsteuerung eines Kollektor-Reihenschluß-Hot ors, bei der der Zündzeitpunkt einer bidirektional leitenden steuerbaren Halbleitervorrichtung von der Aufladung eines Zündkondensators bestimmt wird, dessen Ladezeit durch eine Gegenkopplungsschaltung, in der ein · Transistor angeordnet ist, verändert werden kann, dadurch gekennzeichnet daß im Motorstromkreis Mittel vorgesehen sindj an denen eine dem Motorstromfluß proportionale Spannung abfällt und daß die dem Motorstror.ifluß proportionale Spannung den steuerbaren Halbleiter (T₂) in der Gegenkopplungsschaltung im Sinne einer Regelung beeinflußt.

2.) Schaltungsanordnung nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß ein RC-Glied (C , R) die dem Motorstrom proportionale Spannung gegen den Motorstrom um eine Stromhalbperiode verschiebt, so daß der steuerbare Halbleiter (Tp) in der Gegenkopplungsschaltung um eine halbe Motorstromperiode später beeinflußt wird.

3·) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkopplungsschaltung sich aus einem steuerbaren Halbleiter (T₀), einem Widerstand (R,) und einer Diode (D.) aufbaut, wobei der Widerstand (R,) und der steuerbare Halbleiter (Tp) als Reihe parallel zu dem bidirektional leitenden steuerbaren Halbleiter (T₁) geschaltet sind, daß der steuerbare Halbleiter (Tp) und der Widerstand (R,) über eine Diode (D.) mit dem Zündkondensator (Cp) verbunden sind, daß zwischen dem bidirektional leitenden steuerbaren Halbleiter (T.) und dem steuerbaren Halbleiter (I') im Motorstromfluß ein Widerstand (Rp) angeord ist, daß eine Diode (D ) den bidirektional leitenden

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steuerbaren Halbleiter (T-)und den Widerstand (R₃) mit dem steuerbaren Halbleiter (T_) verbindet und daß zwischen dem Widerstand (R₅) und dem steuerbaren Halbleiter (T^) einerseits und zwischen der Diode (D„) und dem Steueranschluß
des steuerbaren Transistors (T~) andererseits ein Kondensator (C.) und ein Widerstand (R,.), die zu einander parallel geschaltet sind, angeordnet sind.

4.) Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Halb- Gk leiter (T₂) in der Gegenkopplungsschaltung ein Feldeffekt-Transistor ist.