DE2225498B2 - Anordnung zur regelung der drehzahl eines gleichstrommotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Regelung der Drehzahl eines aus einer Wechselstromquelje über einen hinsichtlich der Wechselspannung anschnittgesteuerten Gleichrichter gespeisten Gleichstrommotors mit Fremderregung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Fremderregung des Gleichstrommotors kann beispielsweise durch Permanentmagnete erfolgen. Der Motor wird beispielsweise bei für den Gebrauch in Haushalten bestimmten Waschmaschinen verwendet, wo eine Geschwindigkeitssteuerung mit einem großen Stellbereich erforderlich ist. Die Konstruktion einer Regelanordnung für derartige Motoren bringt die Probleme mit sich, eine stabile und genaue Regelung der Drehzahl des Motors zu erzielen und dabei den Ankerstrom des Motors zu begrenzen.

Man kann im Prinzip eine gewisse Begrenzung sowohl des Absolutwerts des Ankerstroms als auch der Stromänderungen erreichen und auch zu einer genügenden Regelgenauigkeit bei Betrieb des Motors mit konstanter Leistung kommen, indem man einen zwischen den Motor und die Stromquelle geschalteten Reihenwiderstand vorsieht, wobei die Stromquelle üblicherweise einen eine Wechselspannung in eine Gleichspannung umformenden Gleichrichter aufweist. Die hauptsächlichen Nachteile dieser Lösung liegen darin, daß der \ ^rhandene Reihenwiderstand die abgegebene Leistung des Motors stark verringert und daß Mittel vorgesehen sein müssen, die Hie in dem Reihenwiderstand entwickelte 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.

Es wäre auch möglich, für einen aus einer Wechselstromquelle über einen Gleichrichter gespeisten Gleichstrommotor ein konstantes Drehmoment des Motors dadurch einzuhalten, daß man den dem Motor zugeführten Strom begrenzt. Die erforderliche Begrenzung kann z. B. dadurch erreicht werden, 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 Stromflußzeit der gesteuerten Halbleiterschalter des Gleichrichters verringert wird. Der Motorstrom wird hierbei in kurzen Impulsen zugeführt, so daß der Motor mit einem diskontinuierlichen Strom beaufschlagt ist. Wegen der Phasenverschiebung zwischen der Messung des Stroms und dessen Begrenzung können bei einem solchen Regelungsprinzip aber hohe Stromspilzen in dem den Motor durchfließenden Strom auftreten, die nur durch die innere Impedanz des Motors begrenzt werden. Auch neigt eine entsprechende Regelungsanordnung wegen der großen möglichen Stromänderungen zu Instabilitäten. Hierdur:h werden hohe, den Motor entsprechend beschleunigende Drehmomente erzeugt, die hinsichtlich einer leichten

Regelung der Motordrehzahl unerwünscht sind.

Eine mit dem Speiseanschluß des Motors in Reihe geschaltete Induktivität könnte hohe Stromspitzen im Motor vermeiden. Hierdurch wird jeouch das Verhältnis zwischen Induktivität und ohmschen Widerstand des Ersatzschaltbilds vergrößert und damit der Leistungsfaktor und auch der verfügbare Geschwindigkeits-Stellbereich des Motors verringert, wodurch in einigen Fällen die 'verwendung einer Rückführurgsschleife 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.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 14 63 266 ist eine Anordnung zur Regelung der Drehzahl und zur Überwachung des Ankerstroms bei einem konstant erregten Gleichstrommotor bekannt, der aus einer Wechselstromquelle über einen hinsichtlich der Eingangs-Wechselspannung anschnittgesteuerten Gleichrichter gespeist wird. Diese bekannte Anordnung umfaßt eine ein Drehzahl-Sollwertsignal als elektrische Spannung erzeugende Sollwert-Signalquelle, und als Drehzahi-Istwertsignal wird die an einem Anschluß des Motorankers abgenommene Ankerspannung verwendet. Mit dem aus dem Vergleich zwischen Sollwert und Istwert resultierenden Regelabweichungssignal wird eine sinusförmige Wechselspannung in vertikaler Richtung verschoben, um die Phase des Durchgangs dieser Wechselspannung durch eine Bezugsachse und somit den Zündzeitpunkt des anschnittgesieuerten Gleichrichters im Sinne einer Drehzahlregelung zu verschieben. Um den maximal zulassigen Anlaufstrom des Motors nicht zu überschreiten, enthält die Dekannte Anordnung eine Begrenzungsvorrichtung, die eine zweite sinusförmige Wechselspannung vorgebbarer konstanter Spitze-Spitze-Amplitude liefert, welche abhängig von der Ankerspannung ebenfalls vertikal bezüglich der Bezugsachse verschoben wird. Solange der Momentanwert dieser zweiten Wechselspannung über der Bezugsachse liegt, wird ein Zünden des anschnittgesteuerten Gleichrichters verhindert, so daß die Stromflußzeit des Gleichrichters bei niedriger Ankerspannung und somit bei niedriger Drehzahl zur Begrenzung des Anlaufstroms begrenzt wird.

Diese bekannte Anordnung arbeitet, sowohl was die Drehzahlregelung als auch die Anlaufstrombegrenzung betrifft, nicht linear, da das Zünden des Gleichrichters jeweils abhängig von Spannungen erfolgt deren Verlauf nicht linear ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelungsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Gattung so auszubilden, daß eine stabile und genaue lineare Drehzahlregelung und Strombegrenzung ohne übermäßige Stromspitzen und ohne Verringerung des Leistungsfaktors des Motors '.Tziclt wird. Diese Aufgabe wird crfindungsgemiiH durch die im Kennzeichnungsteil des Pitteni.ansprin.-hs i angegebenen Merkmalen gelöst.

Bei der erfindungsgemäßer Anordnung ist il.is Strombegrenzungssignal proportional der Summe der Ankerspannung mit einem konstanten Signal und nicht mit einer Wechselspannung wie im falle der deutschen Offenlegungsschrift 14 63 266. Dieses Strombegren

zungssignal beeinflußt seinerseits das Regelabweichungssignal im Sinne einer Begrenzung des Ar.kerstroms, d. h., die Regelung des Zündzeitpunkts des Ankerstroms kann dann mit ähnlichen Mitteln wie bei der herkömmlichen Anschnittsteuerung unter Verknüpfung mit einer einzigen (sägezahnförmigen) Wechselspannung erfolgen. Dies führt dazu, daß dem Motor in jeder Halbwelle der Eingangs-Wechselspannung genau derjenige Energiebetrag zugeführt wird, den der Motor unter Berücksichtigung seiner Drehzahl in einer Halbwelle aufnehmen darf. Dank der Verwendung eines Sägezahngenerators ist die Regelung sehr genau und linear. Die Verknüpfung des Ausgangssignals eines Sägezahngenerators mit einem von der Ankerspannung abhängigen Signal zum Zwecke der Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors ist an sich aus der deutschen Offenlegungsschrift 14 6J 699 bekannt.

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

Fig. 1 als vereinfachtes Blockschaltbild eine Ar->rdnung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 in genauerer Darstellung eine Ausführungsmöglichkeit einer Anordnung gemäß dem Blockschaltbild der Fi g. 1,

F i g. 3 bis 9 und 11 Schaubilder zum Verständnis der Wirkungsweise der Anordnung gemäß F i g. 2.

Fig. 10 teilweise eine zweite Ausführungsform einer Anordnung gemäß der Erfindung, soweit deren Teile von der Anordnung nach F i g. 2 abweichen.

Die Fig. 1 zeigt einen Gleichstrommotor mit einem *\nker 10 mit Fremderregung, beispielsweise durch Permanentmagnete, der über einen Gleichrichter 12 gespeist ist. Der Gleichrichter enthält einen steuerbaren Halbleiterschalter, der den gleichgerichteten Strom in Übereinstimmung mit einem auf einer Leitung 16 zugeführten Stellsignal V, in Form von einzelnen Stromimpulsen liefert. Der Gleichrichter 12 ist an eine Wechselstromquelle 14 angeschlossen, beispielsweise an das normale 50-HzVersorgungsnetz. Der gesteuerte Gleichrichter 12 richtet aufeinanderfolgende llalbwel lcn seiner Eingangs-Wechselspannung gleich, wobei der Zündzeitpunkt des Gleichrichters innerhalb jeder Halbwelle und somit die Stromflußzeit des Gleichrichters in jeder Halbwelle durch das Stellsignal V bestimmt ist.

Die Spannung V₁₁,,, an einem Anschluß des Ankers IC ist praktisch gleich der Gegen-EMK. die durch die Drehung des Ankers 10 in dessen Anker induziert wird wenn der Anker 10 einen geringen inneren Widerstanc Ri (etw? 1 Ohm) hat und der Biirstenübergangswider stand vernachlässigt wird. Die Spannung V₁₁.,,, wird übei einen Leiter 18 dem invertierenden Eingang 20 eine; ersten Subtrahierglieds 22 zugeführt, dessen nichi invertierender Eingang 24 mit einem Drehzahl-Soll wertsignal V_r in Form einer Spannung beaufschlagt ist Das Drehzahl-Sollwertsignal wird von einer Sollwert '•'^nalquelle 26 erzeugt, die beispielsweise ein an einei konstanten Spannung liegendes Potentiometer seil kann

An seinem Ausgang czeugt das erste Subtrahiergliec 22 cm Regclabweichungssignal V₁.-- V',-- !■',.■, das de Differenz zwischen der Gegen- F.MK des Ankers JO unc damit dessen tatsächlicher Drehzahl einerseits und den einem Sollwert der Gegen EMK und damit einen Drehzahl-Sollwert proportionalen Drehzahl-Sollwert signal V,proportional ist.

Das Regelabweichungssignal kann daher als Dreh

zahl-Regelabweichungssignal angesehen werden.

Die Signalspannung V_iC,„ auf dem Leiter 18 wird weiter einem Eingang 30 einer Addiervorrichtung 32 zugeführt, deren anderer Eingang 34 mit einem von einer Grenzwert-Signalquelle 36 erzeugten konstanten s Grenzwertsignal V* beaufschlagt ist. Die Gren/.weri-Signalquelle 36 kann wiederum ein von einer konstanten Spannung gespeistes Potentiometer sein.

Das Regelabweichungssignal V_f auf dem Leiter 28 und das von der Addiervorrichtung 32 entsprechend der ι ο Gleichung V₅= Va + V_cem erzeugte Strombegrenzungssignal V₅ werden einem nicht invertierenden Eingang bzw. einem invertierenden Eingang eines zweiten Subtrahierglieds 40 zugeführt, das an seinem Ausgang auf der Leitung 42 ein begrenztes Regelabweichungssi- is gnal V₁-/ erzeugt. Das begrenzte Regelabweichungssignal V₁./ dient zur Steuerung der Leistungszufuhr über den Gleichrichter 12 r.um Anker 10. Das begrenzte Regelabweichungssignal V_ei wird in einer Addiervorrichtung 44 zu dem über einen Leiter 46 zugeführten Sägezahn-Ausgangssignal V* eines Sägezahngenerators 48 addiert. Der Sägezahngenerator 48 ist über einen Leiter 50 mit der Hingangs-Wechselspannung gespeist und mit dieser synchronisiert. Das Ausgangs-Sägezahnsignal V^ hai; hierdurch einen derart sägezahnförmigen Verlauf, daß die Spitzenwerte der Sägezähne mit den Nullclurchgängen der sinusförmigen Wellen der Eingangs-Wech.selspannung zusammenfallen.

Das von der Addiervorrichtung 44 erzeugte Steuersi- w gnal V^ dessen Verlauf in F i g. 6 dargestellt ist und das auf einem Leiter 52 ansteht, wird über eine Schwellwertschaltung 54 geleitet, die einen vorgegebenen Schwellenwert aufweist. Die Zeitpunkte, zu denen das Steuersignal K in seinem sägezahnförmigen Verlauf den Schwellenwert der Schwellwertschaltung 54 überschreitet, werden zur Steuerung der zeitlichen Lage (Phase) von Einschaltimpulsen benutzt, die als Stellsignal V₁ auf dem Leiter 16 dem gesteuerten Halbleiterschalter des Gleichrichters 12 zugeführt werden. Hierdurch wird die Dauer der Stromimpulse bestimmt, die über den Gleichrichter 12 den: Anker 10 zugeführt werden.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Regelungsanordnung gemäß Fig. 1 sei zunächst angenommen. 4·- daß die WecruelsDannungsquelle 14 eingeschaltet wird, während sich der Anker 10 noch in Ruhe befindet. V«._m ist dann gleich Null. Dementsprechend nimmt das Regelabweichungssignal V_c seinen maximalen, dem Drehzahl-Sollwertsignal V_r gleichen Wert an. Eine so direkte Verwendung des Regelabweichungssignals V₁. zur Steuerung des Gleichrichters 12 würde daher den Anker 10 an die gesamte effektive Speisespannung der Wechselspannungsquelle 14 legen. Diese Spannung, die an dem sehr geringen inneren Widerstand Λ/des Ankers 10 abfiele, würde zu einem unzulässig hohen Strom im Anker führen. Aus diesem Grund wird das Regelabweichungssignal Ve mittels des zweiten Subtrahierglieds 40 und des Strombegrenzyngssignals V₅ einer Begrenzung unterworfen. Solange der Anker 10 sich in Ruhe (>o befindet, ist das Strombegrenzungssignal V₅ am Ausgang der Addiervorridhtung 32 ausschließlich abhängig von dem konstanten Grenzwertsignal V_k, so daß gilt V₅= V*. Der Wert des Grenzwertsignals V* hängt von dem maximal zulässigen Strom im Anker 10 ab und ist *s daher proportional zu dessen inneren Widerstand Rt.

Das begrenzte Regelabweichungssignal V_ct, das dann der Addiervorrichtung 44 zugeführt wird, ist ein Gleichspannungssignal, dessen Wert die gewünschte Dauer der dem Anker 10 zugeführten Stromimpulse darstellt. Diesem begrenzten Regelabweichungssignal V../ wird das Ausgangs-Sägezahnsignal V₁^ überlagert, das die Schwellwertschaltung 54 einmal im Verlauf jedes Sägezahns triggert. Der sich hierdurch ergebende Verlauf der gezündeten Gleichspannung V^ des Gleichrichters ist in Fig. 7 dargestellt. Die bei dieser Betrachtung vorausgesetzten Werte des Regelabweichungssignals V, und des begrenzten Regelabweichungssignals V_ci sind in F i g. 3 bzw. F i g. 4 verdeutlicht. Der Verlauf der für die Synchronisation des Sägezahngenerators 48 verwendeten gleichgerichteten Eingangs-Wechselspannung ist in F i g. 8 dargestellt.

Im Blockschaltbild nach Fig. 1 kann die Addiervorrichtung 32 auch invertierend ausgebildet sein, so daß sie ein negatives Strombegren;:ungssignal -V₄ erzeugt, wenn das Glied 40 auch für das Strombegrenzungssignal einen nicht invertierenden Eingang aufweist, also tatsächlich eine Addiervorrichlung darstellt.

Fi g. 11 zeigt die Betriebsweise der Regelungsanordnung beim Anlauf des Ankers 10. Die Kurve I gibt den Verlauf der gleichgerichteten Wechselspannung wieder. Kurve Il zeigt den Verlauf der Gegen-EMK. Diejenigen Zeitabschnitte der Halbwellen der Kurve I. während deren der Gleichrichter 12 leitend ist, sind schraffiert dargestellt. Die Zeitdauer der ersten Halbwelle während deren die gesteuerten Halbleiterelemente leiten, ist proportional

Das Drehzahl-Sollvvertsignal V_r und das Leistungs Grenzwertsignal Vt sind entsprechend den obiger Ausführungen derart gewählt, daß der Wert von V_r— V, einen Stromfluß im Anker 10^: zur Folge hat, der derr maximal zulässigen Strom entspricht und der cir maximales Drehmoment erzeugt. Die an den Anker K angelegte eifektive Spannung ist hierbei Ri χ /_ma>. wöbe Ri der innere Widerstand de;; Ankers 10 und /-.,, dei dem maximalen Drehmomeni. entsprechende maxima zulässige Strom ist. Beim Anwachsen der Drehzahl de; Motors wächst die Signalspannung V,_vm in der zweiter und den folgenden Halbwollen an, wodurch da: Regelabweichungssignal V₁. verringert wird. Infolge de: Einflusses der Signalspannung V„_m auf das Begren zungssignal V_s wird jedoch da.s begrenzte Regelabwei chungssignal V,._; im Ergebnis so verändert, daß di< Stromflußzeit ό und damit die dem Motor zugeführt 1 effektive Spannung erhöht werden. Dies erfolg innerhalb der Grenzen der Bej:iehung

^ eft = * 'cent + R/'mjj. ■

so daß es möglich wird, innerhalb jeder Halbperiode de Wechselspannung dem Anker 10 eine Energie zuzufür ren, die gleich derjenigen !Energie ist, die er unte maximaler Drehmomentabgabe in einer Halbwell aufnimmt

In F i g. 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer Regelung; anordnung gemäß der Erfindung, die grundsätzlich dei Blockschaltbild der Fig. 1 entspricht, genauer darg« stellt Die den Teilen der F i g. 1 entsprechenden Teil sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Der an einen Anschluß des Motors 10 angeschlossen Leiter 18 ist mit einem Eingangswiderstand A₂ eine Operationsverstärkers Ay verbunden, der zusammen m Widerständen Rj, R₄ einen Teil des ersten Subtrahiei glieds 22 in F i g. 1 bildet. Die Sollwert-Signalquelle 2

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 .41 angeschlossen ist. Der veränderliche Widerstand P\ kann beispielsweise in dem Fall, daß der Motor in einer automatischen Waschmaschine eingebaut ist, von dem Programmgeber dieser Maschine entsprechend einem beliebigen vorgegebenen Programmablauf verstellt werden. Der Ausgang des ι Operationsverstärkers A\ ist über einen Widerstand R-, mit dem nicht invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers Ai verbunden, der zusammen mit Widerständen Rc R- eine Empfindlichkeits-Steuerschaltung bildet, die es ermöglicht, die Regelgenauigkeit der i> Anordnung einzustellen.

Die Grenzwert-Signalquelle 36 und die ihr naehgesehaltete Addiervorrichtung 32 sind zu einem Gerät 32, 36 vereinigt, das einen Spannungsteiler Rv., R* enthält, der an eine Versorgungsspannung Vo angeschlossen ist. :c

Am Anzapfungspunkt des Spannungsteilers ist ein Widerstand R_]0 angeschlossen, der über den Rückfüh rungsleiter 18 angeschlossen ist. wodurch dem Eingang eines Verstärkers Ai ein Strombegrenzungssignal V. zugeführt ist, das gleich der Summe von V^ und K₁₁₁, ist. ;< Die Verstärkung des Verstärkers Ai ist durch Widerstände /?·:, R\: bestimmt. Der Ausgang 38 des Verstärkers .4; führt das verstärkte Strombegrenzungssignal v;. dessen Wert derart eingestellt ist, daß es dem vom Differenzverstärker A₂ erzeugten Regclabwei- v> chungssignal V₁. in geeigneter Weise entgegenwirkt. Die Signale K. \ werden dann einem Differenzverstärker Ai zugeführt, der mit den Widerstanden R< ■.. R ·.. R beschaltet ist.

Das von dem Differenzverstärke!· A-. erzeugte ;ö begrenzte Regelabweichungssignal V... wird dann einem Verstärker A=, zugeführt, der mn Widerstanden R_:. n>. R-. beschältet ist. Zu dem begrenzten Regelabwcichungssignal V₁.,- wird hierbei das Ausgangs-Sägezahnsignal Κλ addiert, das von dem synchronisierten ψ Sägezahngenerator 48 über einen Widerstand R-zugeführt wird.

Die von der Wechselspannungsq;. ■-' 14 über die Leiter 50. 50a abgeleitete sinusförmige Eingangs-Wechselspannung wird von einer Diode D-. gleichgerichtet 4-..· d über einen ohmschen Spannungsteiler R_:i. Ry. der Basis eines NPN-Transistors 7Ί zugeführt, dessen Emitter auf einem negativen Pctemial — V_; gehalten ist und dessen Kollektor mit der Basis eines NPN-Transistors T; und über einen Belastungswiderstand R_2} mit ^;r der positiven Spannung V₀ einer Versorgungsspannungsquelle verbunden ist. Der Spannungsteiler R₂*. R₂s ist so ausgelegt, daß der Transistor T₃ normalerweise gesättigt ist und nur bei den Nulldurchgängen der Eingangs-Wechselspannung nicht leitend wird, wie dies ν in F i g. 9 dargestellt ist.

Die Basis eines PNP-Transistors 7Ί wird von der Spannung am Verbindungspunkt eines Spannungsteilers gesteuert, der aus der Reihenschaltung einer Zenerdiode Z und eines Widerstands Ä₂i besteht und ho der zwischen der positiven Versorgungsspannung K₀ und dem negativen Potential -V, liegt Der Emitter des Transistors Γι ist über einen Widerstand A₂₂ vorgespannt, so daß der Transistor T\ als Stromquelle dient und einen Kondensator Ci lädt, der über eine Diode D₂ '^ mit dem Kollektor des N PN -Transistors T₂ verbunden ist. dessen Emitter mit dem negativen K^tential —V, verbunden ist.

Da der Transistor 7~j normalerweise gesättigt ist. befindet sich der Transistor T₂ normalerweise in seinem nicht leitenden Zustand und behindert den Ladevorgang des Kondensat"i ■- C. nicht. Dieser wird daher mit konstantem Strom unter linearem Anstieg seiner Spannung geladen; die ansteigende Spannung entspricht der Vorderflanke eines Sägezahns. Das Nichtleitendwerden des Transistors T₃ bei jedem Nulldurchgang der Eingangs-Wechselspannung füht dagegen zum Leitendwerden des Transistors T₂, wodurch eine plötzliche Entladung des Kondensators C\ über die niedrige Impedanz der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T₂ erfolgt. Somit hat die Spannung an den Anschlüssen des Kondensators C\ eine Sägezahnform, deren Frequenz von der Frequenz der Eingangs-Wechselspannung bestimmt ist und die mit dieser synchronisiert ist. Diese Sägezahnspannung wird als Sägezahn- Ausgangssignal Vj_s am Verbindungspunkt des Kondensators C, und des Widerstands R^ abgenommen und dem Verstärker Λ5 zugeführt.

Das von dem Verstärker A^ erzeugte Steuersignal V₁ wird über einen aus einem Widerstand R_x und einer Diode O₃ bestehenden Spannungsteiler der Basis eines NPN-Transistors T₄ zugeführt, dessen Emitter geerdet ist und dessen Kollektor mit der positiven Versorgungsspannung K durch zwei in Reihe geschaltete Wider stände R₂,,. R₂: verbunden ist. Der Verbindungspunkt dieser Widerstände R₂^ R₂i ist mit dem Emitter eines Unijunction-Transistors UJT verbunden, dessen eine Basis an die Reihenschaltung zweier Widerstände R₂*. R₂u angeschlossen 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 -K über die Primärwicklung eines Transformators TR\ verbunden, dem eine Freilaufdiodc D, parallel geschaltet im. Jedesmal, wenn die an die Basis des Transistors Ja angelegte Spannung den von der Diode Z>₃ 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 impulsförmigen Stromverlauf durch den Unijunction-Transistor UJT erforderliche Energie bereitzustellen, ist ein Kondensator C; dem Widerstand R₂* parallel geschaltet. Dieser Kondensator C₂ wird in jeder Halbwelle durch den Widerstand /?₂« geladen, und er entlädt sich bei leitendem Unijunction-Transistor UJT über diesen. Die Spannung V₁? des Kondensators C₂ ist in F i g. 9 dargestellt. Um das Nichtleitendwerden des Unijunction-Transistors UJT am Ende jeder Halbwelle mit Sicherheit zu erreichen, ist der Kondensator C₂ außerdem über eine Diode Ch mit dem Kollektor des Transistors T₂ verbunden, so daß er durch diesen Transistor T₂ bei jedem Nulldurchgang der Eingangs-Wechselspannung völlig entladen wird.

Der als Impulstransformator ausgebildete Transformator TR] überträgt die beim Leitendwerden des Unijunction-Transistors UJT erzeugten Impulse zur Steuerelektrode 60 eines Triac TCüber einen ohmschen Spannungsteiler R30, Ry,- 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^ Ch. Dg. Ck besteht. Der in der Brückendiagonalen gegenüberliegende Anschlußpunkt dieser Briikkenschaltung ist mit dem anderen Anschluß der

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Wechselspannungsquelle 14 verbunden, während die übrigen Anschlüsse der Brückenschaltung am Anker 10 liegen.

Fig. 10 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Regelungsanurdnung gemäß der Erfindung, und zwar lediglich den von der Ausführungsform gemäß F i g. 2 verschiedenen Teil, der bei oor Sekundärwicklung des Transformators 77? beginnt, in diesem Fall ist der Anker 10 über eine Brückenschaltung mit Dioden D&, D^ gespeist, wobei die Dioden Dt- D? der F i g. 2 durch zwei steuerbare Halbleiterelemente in Form von Siliziumdioden SCR\, SCR2 ersetzt sind. Deren Steuerelektroden werden von der Sekundärwicklung des Transformators 77?i in gleicher Weise gesteuert, wie dies anhand der Fig. 1 beschrieben wurde. In diesem Fall umfaßt die Anordnung zusätzlich eine Freilaufdiode Dio, die mit einem Strombegrenzungswiderstand Rs in Reihe geschaltet ist.

Da der Speisestromkreis des Ankers 10 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 ergibt.

Durch die Einschaltung des Begrenzungswiderstands Rs in Reihe mit ucr Freilaufdiodc D_w ist es daher iViöglich. den Stromkreis so auszubilden, daß der Ausdruck

R₁

worin Ri den inneren Widerstand ucb Ankers 10 und /. die äquivalente Induktivität des Ankers 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 Di₀ auftretende Spannung annähernd bei Werten liegt, die Wi der Scheitelspannung der Eingangs-Wechselspannung betragen, wodurch vorteilhafterweise eine Freilaufdiode D·,) verw ndet werden kann, die für nur geringe Verlustleistungen ausgelegt ist.

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

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Regelung der Drehzahl eines aus einer Wechselstromquelle über einen hinsiehtlieh der Wechselspannung anschnittgesteuerten Gleichrichter gespeisten Gleichstrommotors mit Fremderregung, umfassend eine ein Drehzahl-Sollwertsignal als elektrische Spannung erzeugende Sollwert-Signalquelle, ein Subtrahierglied, dessen einer Eingang mit dem Drehzahl-Sollwertsignal und dessen anderer Eingang mit der an einem Anschluß des Motorankers abgenommenen Ankerspannung des Motors beaufschlagt ist und das ein der Differenz zwischen dem Drehzahl-Sollwertsignal und Ankerspannung proportionales Regelabweichungssignal erzeugt, eine Begrenzungsvorrichtung, die ein den maximal zulässigen Anlaufstrom des Motors steuerndes Strombegrenzungssignal erzeugt, das der Summe eines vorgebbaren, konstanten Signals und der Ankerspannung des Motors proportional ist, und einen mit der Frequenz der Eingangs-Wechselspannung synchronisierten, ein Sägezahn-Ausgangssignal erzeugenden Sägezahngenerator, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelabweichungssignal (V_e) dem einen Eingang eines Summierglieds (40) zugeführt ist, dessen anderer Eingang mit dem Strombegrenzungssignal (V₅) beaufschlagt ist und das ein begrenztes Regelabweichungssignal (V_ci) erzeugt, sowie daß das begrenzte Regelabweichungssignal (V_ci) dem einen Eingang einer Schwellwertschaltung (44, 54) mit variablem Schwellwert zugeführt ist, deren anderer Eingang mit dem Sägezahn-Ausgangssignal (Vj_s) beaufschlagt ist und die ein den Gleichrichter (12) leitend machendes Stellsignal (V) jeweils dann erzeugt, wenn das Sägezahn-Ausgargssignal (V*) das begrenzte Regelabweichungssignal (V_e) überschreitet (F i g. 1).

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsvorrichtung (36, 32) eine zweite Addiervorrichtung (32) umfaßt, deren einer Eingang (34) mit dem konstanten Signal (V*) und deren anderer Eingang (30) mit der Ankerspannung (V_ccm) beaufschlagt ist und die das Strombegrenzungssignal (V,) erzeugt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter (12) eine Brückenschaltung (Ek, Z\ SCRu SCR₂) mit mindestens zwei steuerbaren Gleichrichtern (SCRu SCR₂) umfaßt (F ig. 10).

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgang des Gleichrichters (12) und dem Anker (10) die Reihenschaltung einer Freilaufdiode (Όιο) und eines Begrenzungswiderstands (Rs) parallel geschaltet ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Begrenzungswiderstands (Rs) derart gewählt ist, daß der Quotient aus der Induktivität (L) des Ankers (10) und der Summe der Werte des inneren Widerstands (Ri) des Ankers (10) und des Begrenzungswiderstands (Rs) geringer als ein Viertel der Periodendauer der Eingangs-Wechselspannung ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß das konstante Signal (Vk) so bemessen ist, daß bei stationärem Betrieb des Motors der Anker in der Zeit, während der der

Gleichrichter (12) jeweils in einer Penode der Wechselspannung leitend ist, unter Berücksichtigung seines inneren Widerstands (R,) den maximal zulässigen Strom, bezogen auf die gesamte Penodendauer, führt.