DE2225498A1

DE2225498A1 - Anordnung zur regelung der drehzahl eines gleichstrommotors

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Publication number: DE2225498A1
Application number: DE2225498A
Authority: DE
Inventors: Giovanni Cottino
Original assignee: IB MEI SpA
Current assignee: IB MEI SpA
Priority date: 1971-12-23
Filing date: 1972-05-25
Publication date: 1973-06-28
Also published as: IT945827B; NL7207892A; FR2166853A5; DE2225498B2

Description

PATENTANWALT O^^U^ 7h^4Uw_l WOLFGANG SCHULZ-DÖRLAM / /

GG SHZDÖR

INGENIEUR DIPLOME h

D-8000 MÖNCHEN 80 22 25 A 9 8

MAUERKIRCHERSTRASSE 31 TELEFON (0811) 981979

IB MEI S,p,A,

Anordnung zur Regelung der Drehzahl eines Gleichstrommotors

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Regelung der Drehzahl eines aus einer Wechselstromquelle über einen hinsichtlich der Eingangs-Wechselspannung anschnittgesteuerten Gleichrichter gespeisten Gleichstrommotors mit Fremderregung, umfassend eine ein Drehzahl-Sollwertsignal als elektrische Spannung erzeugende Sollwert-Signalquelle und ein erstes Differenzglied, dessen einer Eingang mit dem Drehzahl-Sollwertsignal und dessen anderer Eingang mit der an einem Anschluß des Motorankers abgenommenen Gegen-EMK des Motors beaufschlagt ist und das ein der Differenz zwischen dem Drehzahl-Sollwertsignal und der Gegen-EMK propor-~ tionales Regelabweichungssignal erzeugt. ^*

Die Fremderregung des Gleichstrommotors kann beispielsweise ® durch Permanentmagnete erfolgen. Der Motor wird beispielswei- <o

se bei für den Gebrauch in Haushalten bestimmten Waschma- co schirten verwendet, wo eine Geschwindigkeitssteuerung mit q einem großen Stellbereich erforderlich ist. Die Konstruktion ⁰^ einer Regelanordnung für derartige Motoren bringt die Probleme mit sich, eine stabile und genaue Regiung der Drehzahl

des Motors zu erzielen und dabei den Ankerstrom des Motors zu begrenzen. Diese Probleme werden durch die Tansformatorwirkung des Motorankers verschärft, der

als rotierender Transformator wirkt. '

Bei einer bekannten Regelungsanordnungj die sowohl eine gewisse Begrenzung des Absolutwerts des Ankerstroms als auch der Stromänderungen gestattet als auch bei Betrieb des Motors mit konstanter Leistung zu einer genügenden Regelgenauigkeit führt, weist einen zwischen den Motor und die Stromquelle geschalteten Reihenwiderstand auf, wobei die Stromquelle üblicherweise einen eine Wechselspannung in eine Gleichspannung umformenden Gleichrichter aufweist. Die hauptsächlichen Nachteil dieser Lösung liegen darin, daß der vorhandene Reihenwiderstand die abgegebene Leistung des Motors stark verringert und daß Mittel vorgesehen sein müssen, die die in dem Reihenwiderstand entwxkelte Wärme abführen. Auch ist es hierbei nicht möglich, bei der Steuerung des Motors ein konstantes Drehmoment zu erzielen, was bei den meisten Anwendungsfällen gefordert wird. Ein konstantes Drehmoment wird allenfalls dann erreicht, wenn dieses stets auf einem sehr kleinen Wert gehalten wird.

Eine andere bekannte Regelungsanordnung für einen aus einer Wechselstromquelle über einen Gleichrichter gespeisten Gleichstrommotor erlaubt das Einhalten eines konstanten Drehmoments des Motors, indem der dem Motor _zugeführte Strom begrenzt wird. Hierbei wird die erforderliche Begrenzung dadurch erreicht, daß der Strom jeweils in einer Periode der Eingangs-Wechselspannung gemessen wird und daß der Strom in der nächsten Periode erforderlichenfalls durch eine Verringerung der Einschaltdauer der gesteuerten Halbleiterschalter des Gleichrichters

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verringert wird. Die Halbleiterschalter sind hierbei Transistoren oder Triacs, Der Motorstrom wird hierbei in kurzen Impulsen zugeführt, so daß der Motor mit einem diskontinuierlichen Strom beaufschlagt ist. Derartig arbeitende Regelungsanordnungen werden im folgenden als Anordnungen zur Stromimpuls-Speisung des Motors bezeichnet.

Wegen der Phasenverschiebung zwischen der Messung des Stroms und dessen Begrenzung können bei der bekannten Regelungsanordnung hohe Stromspitzen in dem den Motor durchfließenden Strom auftreten, die nur durch die innere Impedanz des Motors begrenzt werden. Auch neigt die bekannte Regelungsanordnung wegen der großen möglichen Stromänderungen zu Instabilitäten. Hierdurch werden hohe, den Motor entsprechend beschleunigende Drehmomente erzeugt, die hinsichtlich einer leichten Regelung der Motordrehzahl unerwünscht sind.

Eine weitere bekannte Regelungsanordnung weist eine mit dem Speiseanschluß des Motors in Reihe geschaltete Induktivität auf, um hohe Stromspitzen im Motor zu vermeiden. Hierdurch werden jedoch die Transformatorwirkun-g des Motorankers vergrößert, das Verhältnis zwischen Induktivität und ohmschen Widerstand des' Ersatzschaltbilds vergrößert und hierdurch der verfügbare Geschwindigkeits-Stellbereich des Motors verringert, wodurch in einigen Fällen die Verwendung einer Rückführungsschleife mit einem Tachogenerator erforderlich wird. Obwohl bei dieser Anordnung die Stromspitzen begrenzt sind, nehmen sie doch oft ein Mehrfaches des Werts des maximalen Stroms an, der von dem Motor bei der Erzeugung des maximalen Drehmoments aufgenommen wird, so daß für entsprechende Ströme ausgelegte und daher aufwendige Schaltungselemente verwendet werden müssen, die die übermäßige Wärmeentwicklung vertragen.

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Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelungsanordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß unter Vermeidung der Nachteile der genannten Anordnungen einerseits eine stabile und genaue Drehzahlregelung und eine genaue Strombegrenzung ohne übermäßige Stromspitzen erzielt wird und andererseits weder die Transformat-orwirkung des Motors erhöht noch dessen Leistungsfaktor verringert werden.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Anordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Regelabweichungssignal dem einen Eingang eines zweiten Differenzglieds zugeführt ist, dessen anderer Eingang mit einem von einer Begrenzungsvorrichtung erzeugten, die maximal zulässige Leistung des Motors steuernden Strombegrenzungssignal beaufschlagt ist und das ein begrenztes Regelabweichungssignal erzeugt, daß das begrenzte Regelabweichungssignal dem einen Eingang einer Addiervorrichtung zugeführt ist, deren anderer Eingang mit dem Sägezahn-Ausgangssignal eines mit der Frequenz der Eingangs-Wechselspannung synchronisierten Sägezahngenerators beaufschlagt ist und die ein Steuersignal erzeugt, daß das Steuersignal einer Schwellwertschaltung zugeführt ist und daß diese ein den Gleichrichter leitend machendes Stellsignal während mindestens eines Teils der Periodendauer jeder Periode der Eingangs-Wechselspannung jeweils solange erzeugt, wie das Steuersignal einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.

Bei der Regelungsanordnung gemäß der Erfindung wird der Speisestrom des Motoranker in Form von Stromimpulsen zugeführt, die mit der Frequenz der Eingangsbuchs elspannung sychronisiert sind, wodurch dem Motor in jeder Halbwelle der Eingangs-Wechselspannung genau

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derjenige Energiebetrag zugeführt wird, den der Motorunter Berücksichtigung seiner Drehzahl in einer Halbwelle der Eingangs-Wechselspannung aufnimmt. Die Drehzahl des Motors wird hierbei durch die von ihm entwickelte Gegen-EMK gemessen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert, in denen zwei Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Es zeigent

Fig» t als vereinfachtes Blockschaltbild eine Anordnung gemäß der Erfindungj ·

Fig, 2 in genauerer Darstellung eine Ausführungsmöglichkeit einer Anordnung gemäß dem Blockschaltbild der Fig, Ij

Fig, 3 bis 9 und 11 Schaubilder zum Verständnis der Wirkungsweise der Anordnung gemäß Fig. 2;

Fig, Io teilweise eine zweite Ausführungs-brm einer Anordnung gemäß der Erfindung, soweit deren Teile von der Anordnung gemäß Fig·"2 abweichen.

Fig. 1 zeigt einen Gleichstrommotor Io mit Fremderregung, beispielsweise durch Permanentmag-nete, der über einen Gleichrichter* Vt gespeist ist. Der Gleichrichter enthält einen steuerbaren Halbleiterschalter» der den gleichgerichteten Strom in ObereinStimmung mit einem auf einer Leitung %& zugeführten Stellsignal V· in Form vom einzelnen Stromimpulsen liefert· Der Gleichrichter 12 ist an eine Weeitselstromquelle 1«* angeschlossen, beispielsweise an das normale 5o~Kz~Versorgun.gsnetz. Der gesteuerte Gleichrichter 12 richtet aufeinanderfolgende Halbwellen seiner Eingangs-Wechselspannung gleich,. wo&ei sein öffnungswinkel, d.h. die Zeitdauer*, während

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der er leitend ist, durch die Dauer der Impulse des Steuersignals V.bestimmt ist.

Die Spannung V an einem Anschluß des Ankers des

^r cem

Motors Io ist praktisch gleich der Gegen-EMK, die durch die Drehung des Motors Io in dessen Anker induziert wird, wenn der Motor Io einen geringen inneren Widerstand R·* (etwa 1 Ohm) hat und der Bürstenübergangswiderstand vernachlässigt wird. Die Spannung V wird über einen Leiter 18 dem·invertierenden Eingang 2o eines ersten Differenzglieds 22 zugeführt, dessen nicht invertierender Eingang 24 mit einem Drehzahl-Sollwertsignal V in Form einer Spannung beaufschlagt ist. Das Drehzahl-Sollwertsignal wird von einer Sollwert-Signalquelle 26 erzeugt, die beispielsweise ein an einer konstanten Spannung liegendes Potentiometer sein kann«

An seinem Ausgang erzeugt das erste Differenzglied 22 ein Regelabweichungssignal V =V - V , das der Differenz zwischen der Gegen-EMK des Motors Io und damit dessen tatsächlicher Drehzahl einerseits und dem einem Sollwert der Gegen-EMK und damit einem Drehzahl-Sollwert proportionalen Drehzahl-Sollwertsignal V proportional ist, Das Regelabweichungssignal kann daher als Drehzahl-Regelabweichungssignal angesehen werden.

Die Signalspannung V_Q auf dem Leiter 18 wird weiter einem Eingang 3o einer Addiervorrichtung 32 zugeführt, deren anderer Eingang 3H mit einem von einer Grenzwert-Signalquelle 36 erzeugten Leistungs-Grenzwertsignal V_k'beaufschlagt ist. Die Grenzwert-Signalquelle 36 kann wiederum ein von einer konstanten Spannung gespeistes Potentiometer sein.

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Das Regelabweichungssignal V auf dem Leiter 28 und das von der Addiervorrichtung 32 entsprechend der Gleichung V = V. + V erzeugte Strombegrenzungssignal V_ werden einem nicht invertierenden Eingang bzw, einem invertierenden Eingang eines zweiten Differenzglieds ¹Io zugeführt, das an seinem Ausgang auf der Leitung 12 ein begrenztes Regelabweichungssignal V , erzeugt. Das begrenzte Regelabweichungssignal V , dient zur Steuerung der Leistungszufuhr über den Gleichrichter 12 zum Motor Io, Das begrenzte Regelabweichungssignal V- wird in einer Addiervorriehtung 44 zu dem über einen Leiter 46 zugeführten Sägezahn-Aus gangs signal .Vj eines Sägezahngenerators 48 addiert, Der Sägezahngenerator 48 ist über einen Leiter 5o mit der Eingangs-Wechselspannung gespeist und mit dieser sychronisiert. Das Ausgangs-Sägezahnsignal Vj hat hierdurch einen derart sägezahnförmigen Verlauf, daß die Spitzenwerte der Sägezähne mit den Nulldurchgängen der sinusförmigen Wellen der Eingangs-Wechselspannung zusammenfallen.

Das von der Addiervorriehtung 44 erzeugte Steuersignal V_c» dessen Verlauf in Fig. 6 dargestellt ist und das auf einem Leiter 52 ansteht, wird über eine Schwellwertschaltung 54 geleitet, die einen vorgegebenen Schwellenwert aufweist. Die Zeitabschnitte, während deren das Steuersignal V in seinem zägezahnförmigen Verlauf den Schwellenwert der Schwellwertschaltung

der' 54 überschreitet, werden zur Steuerung/zeitlichen Lage und Dauer von Einschaltimpulsen benutzt, die als Stellsignal V. auf dem Leiter 16 dem gesteuerten Halbleiterschalter des Gleichrichters 12 zugeführt werden. Hierdurch wird die Dauer der Stromimpulse bestimmt, die über den Gleichrichter 12 dem Motor Io zugeführt werden.

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Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Regelungsanordnung gemäß Fig. 1 sei zunächst angenommen, daß die Wechselspannungsquelle 14 eingeschaltet wird, während sich der Motor Io noch in Ruhe befindet. V ist dann gleich Null.

(Em °

Dementsprechend nimmt das Regelabweichungssignal V seinen maximalen, dem Drehzahl-Sollwertsignal V gleichen Wert an. Eine direkte Verwendung des Regelabweichungssignals V zur Steuerung des Gleichrichters 12 würde daher den Motor Io an die gesamte effektive Speisespannung der Wechselspannungsquelle 14 legen. Diese Spannung, die an dem sehr geringen inneren Widerstand Rj des Motors Io abfiele, würde zu einem unzulässig hohen Strom im Motoranker führen. Aus diesem Grund wird das Regelabweichungssignal V mittels des zweiten Differenzglieds Ho und des Strombegrenzungssignals V einer Begrenzung unterworfen. Solange der Motor Io sich in Ruhe befindet, ist das Strombegrenzungssignal V am Ausgang der Addiervorrichtung 32 ausschließlich abhängig von dem Leistungs-Grenzwertsignal V, , so daß gilt V = V,, Der Wert des Leistungs-Grenzwertsignals V. hängt von dem maximal zulässigen Strom im Anker des Motors Io ab und ist daher proportional dem inneren Widerstand R₁ des Motorankers,

Das begrenzte Regelabweichungssignal V ,^ das dann der Addiervorrichtung 44 zugeführt wird, ist ein Gleichspannungs signal, dessen Wert die gewünschte Dauer der dem Motor Io zugeführten Stromimpulse darstellt. Diesem begrenzten Regelabweichungssignal V_e- wird das Ausgangs-Sägezahnsignal V. überlagert, das die Schwellwertschaltung 54 ein» mal im Verlauf jedes Sägezahns triggert, wodurch der dann leitend gemachte Gleichrichter 12 die in Fig. 7 dargestellten Stromimpulse erzeugt. Die bei dieser Betrachtung vorausgesetzten Werte des Regelab\eLchungssignals V_ß und des begrenzten Regelabwichungssignals V . sind in Fig. 3 bzw. Fig. 4 verdeutlicht. Der Verlauf der für die Sychronisation des Sägezahngenerator 48 verwendeten, gleichgerichteten

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Eingangs-Weehselspannung ist in Fig. 8 dargestellt.

Wenn die Drehzahl des Motors Io und demgemäß die Gegen-EMK und die Signalspannung V zunehmen, wird das Strombegrenzungssignal V in gleichem Maße geringer, wodurch die Begrenzung des Regelabweichungssignals V_em;
det.

V mittels des Differenzglieds Ho zunehmend verschon-

Bei Betrachtung der Fig, 1 ist es dem Fachmann klar, daß die Addiervorrichtung 32 auch invertierend ausgebildet sein kann, so daß sie ein negatives Strombegrenzungssignal -V erzeugt, wenn das zweite "Differenz-

glied" Ho auch für das Strombegrenzungssignal einen nicht invertierenden Eingang aufweist, also tatsächlich eine Addiervorrichtung darstellt.

Fig, 11 zeigt die Betriebsweise der Regelungsanordnung beim Anlauf des Motors Io, Die Kurve I gibt den Verlauf der gleichgerichteten Eingangs-Weehselspannung wieder. Kurve II zeigt den Verlauf der Gegen-EMK des Motors Io. Diejenigen Zeitabschnitte der Halbwellen der Kurve I, während deren der Gleichrichter 12 leitend Lst, sind schraffiert dargestellt, Die Zeitdauer der ersten Halbwelle, während deren die gesteuerten Haibleitereleinente leiten, ist proportional V - V = V - V, . Das Drehzahl-Sollwerts ignal V und das Leisturigs-Grenzwertsignal V_v sind entsprechend den obigen Ausführungen derart

Wert
gewählt, daß der /von V - V^ einen Stromfluß im Anker des Motors Io zur.Folge hat, der dem maximal zulässigen Strom im Motor Io entspricht und der ein maximales Drehmoment erzeugt. Die an den Motor Io angelegte effektive Spannung ist hierbei R_T I , wobei R_T der innere Widerstand des Motors Io und I der dem maximalen Drehmo-

max

ment entsprechende maximal zulässige Strom ist. Beim Anwachsen der Drehzahl des Motors wächst die Signalspannung V _m in der zweiten und den folgenden Halbwellen an, wodurch das Regelabweichungssignal V und das Strombe-

grenzungssignal V_g vftvnn^tv*- w£»dkh_t so daß der Ein-

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- Io -

schaltwinkel ο und damit die dem Motor zugeführte effektive Spannung erhöht werden. Dies erfolgt innerhalb der Grenzen der Beziehung V -» = V + R_T I so daß

^ö eff cem I max,

es möglich wird, innerhalb jeder Halbperiode der Eingangs-Wechselspannung dem Motor Io eine Energie zuzuführen, die gleich derjenigen Energie ist, die er unter maximaler Drehmomentabgäbe in einer Halbwelle aufnimmt.

In Fig, 2 ist ein Ausführungsbexspiel einer Regelungsanordnung gemäß der Erfindung, die grundsätzlich dem Blockschaltbild der Fig, I entspricht, genauer dargestellt» Die den Teilen der Fig, I entsprechenden Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Der an einen Anschluß des Motors Io angeschlossene Leiter 18 ist mit einem Eingangswiderstand R eines Operationsverstärkers A₁ verbunden, der zusammen mit Widerständen R₃, R. das erste Differenzierglied 22 in Fig. bildet, Die Sollwert-Signalquelle 26 ist von einem Spannungsteiler gebildet, der aus einem veränderlichen Widerstand P. und einem mit diesem in Reihe geschalteten Widerstand R.. besteht, deren Verbindungspunkt an den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers A. an^eschlos:;Rii ist, Der veränderliche Widerstand P. kann beispielsweise in dem Fall, daß der Motor Lo in einer automatischem Waschmaschine eingebaut ist, von dem Programmgebet' dieser Maschine entsprechend einem beliebigen vorgegeben Programmablauf verstellt werden. Der Ausgang des Operationsverstärkers A- ist über einen Widerstand R₅ mit dem nicht invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers A« verbunden, der zusammen mit Widerständen Rg, R₇ eine Empfindlichkeit-Steuerschaltung bildet, die es ermöglicht, die Regelgenauigkeit der Anordnung einzustellen.

Die Grenzwert-Signalquelle 36 und die ihr nachgeschaltete Addiervorrichtung 32 sind zu einem Gerät 32, 36 vereinigt, das einen Spannungsteiler Rg, R_g enthält, der an eine Versorgungsspannung V_Q angeschlossen ist.

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Am Anzapfungspunkt des Spannungsteilers ist ein Widerstand R₁ angeschlossen, der über den Rückführungsleiter 18 angeschlossen ist, wodurch dem Eingang eines Verstärkers A~ ein Strombegrenzungssignal V zugeführt ist, das gleich der Summe von V, und V ist. Die Verstärkung des Verstärkers A₃ ist durch Widerstände R₁₁, R₁₂ bestimmt. Der Ausgang 38 des Verstärkers A₃ führt das verstärkte Strombegrenzungssignal V , dessen JWert derart eingestellt ist, daß es dem vom Differenzverstärker A₉ erzeugten Regelabweichungssignal V in geeigneter Weise entgegenwirkt, Die Signale V , V_ werden dann einem Differenzverstärker A₁, zugeführt, der mit den Widerständen R₁₃> -^iu» ^15 beschaltet ist.

Das von dem Differenzverstärker A₁, erzeugte begrenzte Regelabweichungssignal V - wird dann einem Verstärker A₅ zugeführt, der mit Widerständen R₁₇J Rig* ^R19 ^be~ schaltet ist. Zu dem begrenzten Regelabweichungssignal

V - wird hierbei das Ausgangs-Sägezahnsignal V addiert,

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das von dem sychronisierten Sägezahngenerator 48 über einen Widerstand R₁₈ zugeführt wird.

Die von der Wechselspannungsquelle 14 über den Leiter 5o abgeleitete sinusförmigen Eingangs-Wechselspannung wird von einer Diode D₁ gleichgerichtet und über einen ohmschen Spannungsteiler R.., R„₅ der Basis eines NPN-Transistors T₃ zugeführt, dessen Emitter auf einem negativen Potential -V₁ gehalten ist und dessen Kollektor mit der Basis eines NPN-Transistors T- und über einen Belastungswiderstand R₃₃ mit der positiven Spannung

V einer Versorgungsspannungsquelle verbunden ist. Der

Spannungsteiler R₂₁,» R95. ist ^so ausgelegt, daß der Transistor T₃ normalerweise gesättigt ist und nur bei den Nulldurchgängen der Eingangs-Wechselspannung nicht-

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leitend wird, wie dies in Fig, 9 dargestellt ist.

Die Basis eines PNP-Transistors T wird von der Spannung am Verbindungspunkt eines Spannungsteilers gesteuert, der aus der Reihenschaltung einer Zenerdiode Z und eines Widerstands R₂₁ besteht und der zwischen der positiven Versorgungsspannung V und dem negativem Potential -V₁ liegt. Der Emitter des Transistors T₁ ist über einen Widerstand R₂₂ vorgespannt, so daß der Transistor T₁ als Stromquelle dient und einen Kondensator C₁ lädt^ der über eine Diode D„ mit dem Kollektor des NPN-Transistors T₂ verbunden ist, dessen Emitter mit dem negativen Potential -V₁ verbunden ist.

Da der Transistor T- normalerweise gesättigt ist, befindet sich der Transistor T„ normalerweise in seinem' nicht leitenden Zustand und behindert den Ladevorgang des Kondensators C₁ nicht. Dieser wird daher mit konstantem Strom unter liniarem Anstieg seiner Spannung geladen; die ansteigende Spannung entspricht der Vorderflanke eines Sägezahns, Das Nichtleitendwerden des Transistors To bei jedem Nulldurchgang der Eingangs-Wechselspannung führt dagegen zum Leitendwerden des Transistors T₂, wodurch eine plötzliche Entladung des Kondensators C₁ über die niedrige Impedanz der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T₂ erfolgt. Somit hat die Spannung an den Anschlüssen des. Kondensators C₁ eine Sägezahnform, deren Frequenz von der Frequenz der Eingangs-Wechselspannung bestimmt ist und die mit dieser sychronisiert ist. Diese Sägezahnspannung wird als Sägezahn-Ausgangssignal V, am Verbindungspunkt des Kondensators C₁ und des Widerstands R₁₈ abgenommen und dem Verstärker Ar zugeführt.

Das von dem Verstärker A₅ erzeugte Steuersignal V wird über einen aus einem Widerstand R₀ und einer Diode D₀

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bestehenden Spannungsteiler der Basis eines NPN-Transistors T₁^ zugeführt, dessen Emitter geerdet ist und dessen Kollektor mit der positiven Versorgungsspannung V durch zwei in Reihe geschaltete Widerstände R₂₆, R_₇ verbunden ist, Der Verbindungspunkt dieser Widerstände R₂₆, R₂₇ ist mit dem Emitter eines Unijunction-Transistors UJT verbunden, dessen eine Basis an die Reihenschaltung zweier Widerstände Rog» ^Ro9 ^ang^esenl°^s" sen ist, die als Spannungsteiler zwischen der positiven Versorgungsspannung V und dem negativen Potential -V., liegen. Die zweite Basis des Unijunction-Transistors UJT ist mit dem Anschluß negativen Potentials -V. über die Primärwicklung eines TransformatorsBL verbunden, dem eine Freilauf diode D₄, parallel geschaltet ist. Jedesmal, wenn die an die Basis des Transistors T₁^ angelegte Spannung den von der Diode D₃ bestimmten Schwellenwert überschreitet, wird der Transistor T₁^ leitend, wodurch dieser den Unijunction-Transistor UJT durchschaltet und wodurch in der Primärwicklung des Transformators TR. ein Impuls erzeugt wird.

Um die für den impulsform!gen Stromverlauf durch den Unijunction-Transistor UJT erforderliche Energie bereitzustellen, ist ein Kondensator C₂,dem Widerstand R₃₉ parallel geschaltet. Dieser Kondensator C₂ wird in jeder Halbwelle durch den Widerstand R„_g geladen, und er entlädtsich bei leitendem Unijunction-Transistor UJT über diesen, Um das Nichtleitendwerden des Unijunetion-Transistors UJT am Ende jeder Halbwelle mit Sicherheit zu erreichen, ist der Kondensator C₂ außerdem über eine Diod« Dg mit dem Kollektor des Transistors T₂ verbunden, so daß er durch diesen Transistor T₂ bei jedem Nulldurchgang der Eingangs-Wechselspannung völlig entladen wird.

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Der als Impulstransformator ausgebildete Transformator TR₁ überträgt die beim leitendwerden des Unijunction-Transistors UJT erzeugten Impulse zur Steuerelektrode 60 eines Triac TC über einen ohmschen Spannungsteiler R₃₀, R33» Ein Pol des Triac TC ist mit einem der Anschlüsse der Wechselspannungsquelle 14 verbunden, während der andere Pol mit einem Anschluß einer Dioden-Brückenschaltung verbunden ist, die aus Dioden D_g, D₇, D_g, D_g besteht. Der in der Brückendiagonalen gegenüberliegende Anschlußpunkt dieser Brückenschaltung ist mit dem anderen Anschluß der Wechselspannungsquelle IU verbunden, während die übrigen Anschlüsse der Brückenschaltung am Motor Io liegen,

Fig, Io zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Regelungsanordnung gemäß der Erfindung, und zwar lediglich den von der Ausführungsform gemäß Fig. 2 verschiedenen Teil, der bei der Sekundärwicklung des Transformators TR₁ beginnt. In diesem Fall ist der Motor Io über eine Dioden-Brückenschaltung mit Dioden D₈, D_g gespeist, wobei die Dioden Dg, Dy der Fig. 2 durch zwei steuerbare Halbleiterelemente in Form von Siliziumdioden SCR₁, SCR„ ersetzt sind. Deren Steuerelektroden werden von der Sekundärwicklung des Transformators TR₁ in gleicher Weise gesteuert, wie dies anhand der Fig. 1 beschrieben wurde, In diesem Fall umfaßt die Anordnung zusätzlich eine Freilaufdiode D₁ , die mit einem Strombegrenzungswiderstand Rg in Reihe geschaltet ist.

Da der Speisestromkreis des Motors Io bei den Ausführungsbeispielen der Regelungsanordnung gemäß der Erfindung keine Induktanzen enthält, ist die Transformatorwirkung des Motors auf denjenigen Wert beschränkt, der sich aus der inneren Induktivität des Ankers des Motors ergibt.

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Durch die Einschaltung des Begrenzungswiderstnds R_g in Reihe mit der Freilaufdiode D. ist es daher möglich , den Stromkreis so auszubilden, daß der Ausdruck

R₁ + R₈

worin Rj den inneren Widerstand des Motors Io und L die äquivalente Induktivität des Motors bezeichnen, kleiner als die Hälfte oder höchstens gleich der Hälfte der Halbwelle der Eingangs-Wechselspannung ist. Wird der Stromkreis so ausgebildet, so läßt sich zeigen, daß die an der Freilaufdiode D₁ auftretende Spannung annähernd bei Werten liegt, die 1/3 der Scheitelspannung der Eingangs-Wechselspannung betragen, wodurch vorteilhafterweise eine Freilaufdiode D. verwendet werden kann, die für nur geringe Verlustleistungen ausgelegt ist.

Mit der Regelungsanordnung gemäß der Erfindung ist es zumindest theoretisch möglich, die Drehzahl des Motors Io von Null bis zur maximalen Drehzahl hochzuregeln, ohne daß sich hierbei Beschränkungen aufgrund der Transformatorwxrkung ergeben und ohne daß eine Gegenkopplung unter Verwendung eines Tachogenerators erforderlich wäre.

Vielfache Abwandlungen der Ausftihrungsbeispxele sind denkbar. So kann beispielsweise die erwünschte Steuerung der Leistung anstelle durch eine Verstellung des Stroms in entsprechender Weise durch eine Begrenzung oder Verstellung anderer Größen bewirkt werden.

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Claims

IB MEI S,ρ,Α.

PATENTANSPRÜCHE

!!.^Anordnung zur Regelung der Drehzahl eines aus einer Wechselstromquelle über einen hinsichtlich der Eingangs-Wechselspannung anschnittgesteuerten Gleichrichter gespeisten Gleichstrommotors mit Fremderregung, umfassend eine ein Drehzahl-Sollwertsignal als elektrische Spannung erzeugende Sollwert-Signalquelle und ein erstes Differenzglied, dessen einer Eingang mit dem Drehzahl-Sollwertsignal und dessen anderer Eingang mit der an einem Anschluß des Motorankers abgenommenen Gegen-EMK des Motors beaufschlagt ist und das ein der Differenz zwischen dem Drehzahl-Sollwertsignal und der Gegen-EMK proportionales Regelabweichungssignal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelabweichungssignal (V ) dem einen Eingang eines zweiten Differenzglieds (4o) zugeführt ist, dessen anderer Eingang mit einem von einer Begrenzungsvorrichtung (36,32) erzeugten, die maximal zulässige Leistung des Motors (lo) steuernden Strombegrenzungssignal (V ) beaufschlagt ist und das ein begrenztes Regelabweichungssignal (V -) erzeugt, daß das begrenzte Regelabweichungssignal (V ,) dem einen Eingang einer Addiervorrichtung (UH) zugeführt ist, deren anderer Eingang mit dem Sägeζahn-Ausgangssignal (V, ) eines mit der Frequenz der Eingangs-Wechselspannung synchronisierten Sägezahngenerators (18) beaufschlagt ist und die ein Steuersignal (V ) erzeugt, daß das Steuersignal (V ) einer Schwellwertschaltung (54) zugeführt ist und daß diese ein den Gleichrichter (12) leitend machendes Stellsignal (V.) während mindestens eines Teils der Periodendauer jeder Periode der Eingangs-Wechselspannung, vorzugsweise während eines einzigen Abschnitts der Dauer jeder Halbwelle der Eingangs-Wechselspannung jeweils solange erzeugt, wie das Steuersignal (V ) einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet (.Tig. I),

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2. Anordung nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet,. daß die Bezugsvorrichtung (36,32) eine ein Leistungs-Grenzwertsignal (VO erzeugende Grenzwert-Signalquelle (36) sowie eine zweite Addiervorrichtung

(32) umfaßt, deren einer Eingang (3*f) mit dem Leistungs-Grenzwertsignal (V,) und deren anderer Eingang (3o) mit der Gegen-EMK CV ) beaufschlagt ist und die das Strombegrenzungssignal CV) erzeugt.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter (12) eine Dioden-Brückenschaltung (D-, D_g> SCR₁, SCR.) mit mindestens zwei steuerbaren Gleichrichtern (SCR₁, SCR₂) umfaßt.(Fig. IoK
*f» Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgang des Gleichrichters (lo) und dem Motor (lo) die Reihenschaltung einer Freilaufdiode (D₁ ) und eines Begrenzungswiderstands (R„) parallel geschattet ist,
5. Anordnung nach Anspruch ^, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Begrenzungswiders-fends CR₀) derart gewählt ist, daß der Quotient aus der Induktivität (L) des Motors (lo) und der Summe der Werte des inneren Widers-öids CR.*) des Motors (lo) und des Begrenzungswiderstands (Rq) geringer als ein Viertel der Periodendauer der Eingangs-Wechselspannung ist.

6» Anordnung nach Anspruch 2 oder nach Anspruch 2 und einem der Ansprüche 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Leistungs-Grenzwertsignal (V-) einen derart gewählten Wert hat, daß bei stationärem Betrieb des Motors (lo) die Zeitdauer, während der der Gleichrichter (12) während einer Periode der Eingangs-Wechselspannung jeweils leitend ist, unter Berüeksichtigung des inneren Widerstands CRj) des Motors (lo) ■

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zur maximal zulässigen elektrischen Verlustenergxe des Motors CIo) bezogen auf die Periodendauer der Eingangs-Wechselspannung führt.

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