DE2230019B2 - Anordnung zur Drehzahlsteuerung eines Wechselstromreihenschlußkommutatormotors - Google Patents

Anordnung zur Drehzahlsteuerung eines Wechselstromreihenschlußkommutatormotors

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Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Drehzahlsteuerung eines Wechselstromreihenschlußkommutatormotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine solche Anordnung ist aus der GB-PS 9 60 992 bekannt. Bei der bekannten Anordnung ist ein Thyristor, der den Strom nur in einer Richtung leiten kann, in Reihe mit dem Motor an die Gleichstromanschlüsse des Brückengleichrichters angelegt Die Zündschaltung für diesen Thyristor besteht aus einem Zweizonentransistor, dessen Basis 2 mit einer von der Reihenschaltung eines Widerstands mit einer Z-Diode gebildeten Vorspannungsquelle verbunden ist. Die Basis 1 des Zweizonentransistors ist mit dem Gate (Steueranschluß) des Thyristors verbunden. Der Emitter des Zweizonentransistors ist mit einer Widerstands-Kondensatorkombination verbunden, die ihrerseits mit einer sich aus der Brückengleichspannung und der Gegen-EMK des Motors zusammensetzenden Spannung beaufschlagt ist Die Feldwicklung des Motors ist direkt mit Hilfe einer Diode überbrückt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur Drehzahlsteuerung der bezeichneten Art so auszugestalten, daß sich eine nahezu belastungsunabhängige, konstante Drehzahl im Bereich niedriger und hoher Drehzahl ergibt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst
Durch den im Entladezweig für die Feldwicklung des Motors zusätzlich vorhandenen Widerstand läßt sich der Entladestrom durch die Feldwicklung auf einen optimalen Wert einstellen. Die Größe des Widerstands bestimmt den Drehzahlrückkopplungsfaktor, d.h. das Ausmaß, mit der sich die Motordrehzahl auf die Thyristorsteuerung auswirkt Durch Begrenzung des Entladestroms mit Hilfe des Widerstands kann der Drehzahlrückkopplungsfaktor bestimmt und damit die Maximaldrehzahl des Motors nach Bedarf gewählt werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert
Die F i g. 1 bis 6 zeigen Schaltbilder verschiedener Ausführungen der Erfindung.
Gemäß F i g. 1 ist die Reihenschaltung aus einem Brückengleichrichter und einer Zweirichtungs-Thyristortriode 51 (im folgenden einfach als Triac bezeichnet) mit den Anschlüssen 9 und 10 einer Wechselstromquelle 8 verbunden. Der Brückengleichrichter setzt sich aus einzelnen Gleichrichterelementen 56, 57, 58 und 59 zusammen. Ein Ende einer Ankerwicklung 1 des Motors ist mit einem Ende einer Feldwicklung 2 verbunden, während das andere Ende der Ankerwicklung 1 an die Kathoden der Gleichrichterelemente 57 und 59 angeschlossen ist. Das andere Ende der Feldwicklung 2 ist an die Anoden der Gleichrichterelemente 56 und 58 angeschlossen. Eine erste Elektrode des Triacs 51 ist mit dem Anschluß 10 der Wechselstromquelle 8 verbunden, während die zweite Elektrode mit der Anode des Gleichrichterelements 57 und der Kathode des Gleichrichterelements 56 verbunden ist. Ein Widerstand 66 ist mit seinem einen Ende mit der zweiten Elektrode des Triacs 51 und mit seinem anderen Ende mit einem Ende eines veränderbaren Widerstands 65 verbunden. Der Schleifer des veränderbaren Widerstands 65 ist über einen Kondensator 67 mit der ersten Elektrode des Triacs 51 und über eine Zweirichtungs-Thyristordiode 52 (im folgenden einfach als Diac bezeichnet) mit dem Gate des Triacs 51 verbunden. Es sei angenommen, daß der Triac 51 in beiden Richtungen gesperrt sei, während bei Beginn einer Halbwelle der von der Wechselstromquelle 8 angelegten Wechselspannung der Anschluß 9 gegenüber dem Anschluß 10 positiv zu werden beginnt. Vom Anschluß S- fließt dann ein Strom über das Gleichrichterelement 59, die Ankerwicklung 1, die Feldwicklung 2, das Gleichrichterelement 56, den Widerstand 66, den veränderbaren Widerstand 65 und den Kondensator 67 zum anderen Anschluß 10. Durch diesen Strom wird der Kondensator 67 aufgeladen. Erreicht die Klemmenspannung des Kondensators 67 den Wert der Schwellenspannung des Diacs 52, wird dieser leitend und zündet den Triac 51. Über den Triac 51 fließt dann ein Strom vom Anschluß 9 über das Gleichrichterelement 59, die Ankerwicklung 1, die Feldwicklung 2, das Gleichrichterelement 56, den Triac 51 zum Anschluß 10. Sobald der Momentanwert der Wechselspannung Null wird, sperrt der Triac 51 und unterbricht den Motorstrom. Die Zeit, die erforderlich ist, damit sich der Kondensator 67 auf die Schwellenspannung des Diacs 52 auflädt, kann durch Änderung der Einstellung des veränderbaren Widerstands 65 vorgegeben werden. Beim nächsten Halbzyklus der Wechselspannung lädt sich der Kondensator 67 mit umgekehrter Polarität auf. Bei Erreichen der Schwellenspannung wird der Diac 52 auch in umgekehrter Richtung leitend und zündet den Triac 51. Der Strom fließt nun vom Anschluß 10 über den Triac 51, das Gleichrichtereiement 57, die Ankerwicklung 1, die Feldwicklung 2 und das Gleichrichterelement 58 zum anderen Anschluß 10.
Der Wechselstromreihenschlußmotor wird mit pulsierendem Gleichstrom betrieben, der durch die Vollwellengleichrichtung des Wechselstroms erhalten
ίο wird, so daß seine Leistung gleich der eines Gleichstromreihenschlußmotors ist Daher kann der Motor ein großes Startdrehmoment entwickeln und insbesondere auch im Bereich niedriger Drehzahl stabil arbeiten. Da die Richtung der in der Ankerwicklung 1 durch den Restmagnetismus in den Magnetpolen induzierten elektromotorischen Kraft der Richtung der Wechselspannung während der Sperrphase des Triacs 51 entgegengesetzt ist und der Kondensator 67 durch die Differenz zwischen diesen Spannungen aufgeladen wird, hängt der Stromflußwinkel des Triacs 51 von der Drehzahl des Motors derart ab, daß eine Drehzahlregelung auf einen konstanten Sollwert stattfindet
Diese Regelung wird durch ein Gleichrichterelement 20 unterstützt, das dazu dient, die in der Feldwicklung 2
r> gesammelte elektrische Energie zur Unterstützung des Restmagnetismus in den Magnetpolen abzuführen oder zu »entladen«. Ohne das Gleichrichterelement 20 würde die in der Feldwicklung 2 gesammelte elektrische Energie über den aus den Gleichrichterelementen 56
si) und 57 und der Ankerwicklung 1 gebildeten Weg bzw. den aus den Gleichrichterelementen 58 und 59 und der Ankerwicklung 1 gebildeten Weg entladen werden. Dieser Strom fließt ebenfalls durch die Feldwicklung 2 zur Erregung der Magnetpole, er ist infolge der
r> vergrößerten Impedanz jedoch sehr viel kleiner. Da das Gleichrichterelement 20 parallel zur Feidwickiung 2 geschaltet ist, fließt der Entladestrom, der von der in der Feldwicklung 2 gesammelten elektrischen Energie herrührt, durch das Gleichrichterelement 20 und führt
■in zur Magnetisierung der Magnetpole, sobald der Momentanwert der Wechselspannung Null wird und der Triac 51 in den Sperrzustand kommt. Da diese Erregung den Restmagnetismus unterstützt, wird die induzierte elektromotorische Kraft vergrößert. Da-
i> durch wirkt sich die Drehzahl stärker auf die Zündsteuerung des Triacs 51 aus, wodurch eine stabile Drehzahlregelung erhalten wird.
Der gemäß F i g. 1 mit dem Gleichrichterelement 20 in Reihe geschaltete veränderbare Widerstand 25 dient
in zur Steuerung des Entladestroms. Die Maximaldrehzahl des Motors, die durch Einstellung des Schleifers des veränderbaren Widerstands 65 vorgegeben werden kann, ist niedriger, wenn das Gleichrichtereiement 20 vorhanden ist, verglichen mit dem Fall ohne Gleich-
->■"> richterelement 20. Der Hauptzweck der Verwendung des Gleichrichterelements 20 zur Vergrößerung des Drehzahlrückkopplungsfaktors auf die Triacziindsteuerung besteht darin, das Drehmoment zu vergrößern und die Instabilität der Drehzahl des Motors während des
I1Ii Betriebs in einem Bereich niedriger Drehzahl zu beseitigen. Im Bereich hoher Drehzahl entwickelt der Motor ohnehin ein großes Drehmoment und erreicht eine relativ stabile Drehung. Der veränderbare Widerstand 25 erlaubt es nun, den Entladungsstrom durch das
ι.. Gleichrichterelement 20 zu begrenzen, um dadurch die Größe des Drehzahlrückkopplungsfaktors zu ändern. Auf diese Weise kann die Maximaldrehzahl des Motors durch Regulierung des veränderbaren Widerstands 25
in geeigneter Weise nach Bedarf gewählt werden.
F i g. 2 zeigt eine Abwandlung der Schaltung von Fig. 1, bei der ein Umschalter 30 mit einem beweglichen Kontakt 31 und zwei festen Kontakten 32 und 33 vorgesehen ist. Die Kathode des Gleichrichter- r> elements 20 ist mit dem beweglichen Kontakt 31 des Umschalters 30 verbunden, während der feste Kontakt 32 über einen Widerstand 34 und der feste Kontakt 33 unmittelbar mit dem Schaltungsknoten zwischen der Ankerwicklung 1 und der Feldwicklung 2 verbunden in sind. Durch Einstellen des Umschalters 30 in den einen oder den anderen Zustand lassen sich zwei Motordrehzahlen einstellen. Wird der bewegliche Kontakt 31 mit dem festen Kontakt 32 verbunden, dann begrenzt der Widerstand 34 den Entladungsstrom und vermindert !r> damit den Drehzahlrückkopplungsfaktor, so daß sich eine höhere Drehzahl als bei Verbindung des beweglichen Kontaktes 31 mit dem festen Kontakt 33 ergibt.
Die in F i g. 3 dargestellte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der nach F i g. 1 durch ->< > eine andere Zündschaltung für den Triac 71. Es werden nur die Unterschiede erläutert. Mit den Anschlüssen 9 und 10 der Wechselstromquelle 8 ist die Reihenschaltung aus einem veränderbaren Widerstand 75 und einem Widerstand 76 verbunden. Der Schleifer des r> veränderbaren Widerstands 75 ist über den Diac 72 mit dem Gate des Triacs 71 und außerdem über einen Kondensator 77 mit der zweiten Elektrode des Triacs 71 verbunden.
Es sei angenommen, daß beim Betrieb der Triac 71 J' und der Diac 72 gesperrt seien und daß während einer Halbwelle der von der Wechselstromquelle 8 angelegten Wechselspannung der Anschluß 9 gegenüber dem Anschluß 10 positiv zu werden beginne. Zur Ladung des Kondensators 77 fließt Strom von Anschluß 9 über das :'■ Gleichrichterelement 59, die Ankerwicklung 1, die Feldwicklung 2, das Gleichrichterelement 56, den Kondensator 77, den veränderbaren Widerstand 75 und den Widerstand 76 zum anderen Anschluß 10. Die Wechselspannung der Wechselstromquelle 8 wird durch ■"' die Widerstände 75 und 76 unterteilt, und der Kondensator 77 wird mit einer Spannung geladen, die sich aus der Differenz der in dem Motor induzierten Spannung und der zwischen dem Schleifer des veränderbaren Widerstands 75 und dem Anschluß 9 ->"■ auftretenden unterteilten Spannung ergibt. Durch Wahl der unterteilten Spannung kann der Drehzahlrückkopplungsfaktor eingestellt werden. Erreicht die Klemmenspannung des Kondensators den Wert der Schwellenspannung des Diacs 72, dann leitet dieser und zündet den >" Triac 71, der dann ebenfalls leitet Der Strom fließt dann vom Anschluß 9 über das Gleichrichterelement 59, die Ankerwicklung 1, die Feldwicklung 2, das Gleichrichterelement 56 und den Triac 71 zum Anschluß 10, bis der Momentanwert der Wechselspannung Null wird. In diesem Moment werden der Diac 71 und der Triac 72 gesperrt. Mit Beginn der nächsten Halbwelle der Wechselspannung fließt der Strom vom Anschluß 10 über den Widerstand 76, den veränderbaren Widerstand 75, den Kondensator 77, das Gleichrichterelement 57, hn die Ankerwicklung 1, die Feldwicklung 2 und das Gleichrichterelement 58 zum Anschluß 9 und lädt wieder den Kondensator 77 auf. Erreicht die Klemmenspannung 77 den Wert der Schwellenspannung des Diacs 72, dann leitet dieser nunmehr in entgegengesetz- n · ter Richtung und zündet den Triac 71, der dann ebenfalls in entgegengesetzter Richtung leitend wird. Die Größe der den Kondensator 77 ladenden Spannung kann durch Änderung der Stellung des Schleifers des veränderbarer Widerstands 75 geändert werden, wodurch der Stromflußwinkel von Diac 72 und Triac 71 einstellbar ist Somit kann die Motordrehzahl nach Bedarf geänderl werden.
Fig.4 zeigt eine Abwandlung der Schaltung von Fig. 3. Gemäß Fig. 4 ist die Kombination aus veränderbarem Widerstand 75 und Widerstand 76 durch die Kombination eines veränderbaren Widerstands 85, eines Widerstands 86 und einer Neonentladungsröhre oder Glimmlampe 90 ersetzt.
Es sei wieder angenommen, daß bei einer Halbwelle der von der Wechselstromquelle 8 angelegten Wechselspannung der Anschluß 9 gegenüber dem Anschluß 10 positiv zu werden beginne. Der Strom fließt vom Anschluß 9 dann über das Gleichrichterelement 59, die Ankerwicklung 1, die Feldwicklung 2, das Gleichrichterelement 56, den Kondensator 77, den veränderbaren Widerstand 85 und den Widerstand 86 zum anderen Anschluß 10 und lädt den Kondensator 77 auf. Da die Wechselspannung niedrig ist und der Ladestrom in der Anfangsstufe der Ladung groß ist, tritt ein großer Spannungsabfall am Widerstand 86 auf, und es liegt eine kleine Spannung an der als Spannungsregulatorelement dienenden Glimmlampe 90 an. Wenn der Momentanwert der Wechselspannung größer wird und sich der Kondensator allmählich auflädt, verringert sich der Spannungsabfall am Widerstand 86, während sich die Spannung an der Glimmlampe 90 so weit erhöht, daß diese zündet. Nach Zündung der Glimmlampe 90 wird die den Kondensator 77 ladende Spannung verringert, so daß der Kondensator 77 nun mit einer Ladekurve mit kleinem Gradienten geladen wird. Es ist somit ersichtlich, daß die Motordrehzahl über einen weiten Bereich einfach und stabil reguliert werden kann. Die Funktion der übrigen Schaltungselemente von F i g. 4 ist die gleiche wie bei F i g. 3.
F i g. 5 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die eine Abwandlung der in den F i g. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform darstellt. Der Triac 51, der Diac 52, der veränderbare Widerstand 65, der Widerstand 66 und der Kondensator 67 der F i g. 1 und 2 sind bei F i g. 5 durch ein Paar Zweirichtungs-Thyristordioden oder Diacs 91 und 92, einen Booster-Spartransformator 93, Kondensatoren 94 und 95, einen Widerstand 96 und einen veränderbaren Widerstand 97 ersetzt.
Es sei angenommen, daß bei einer Halbwelle der von der Wechselstromquelle 8 angelegten Wechselspannung der Anschluß 9 gegenüber dem Anschluß 10 positiv zu werden beginne. Der Strom fließt von dem Anschluß 9 über das Gleichrichterelement 59, die Ankerwicklung 1, die Feldwicklung 2, das Gleichrichterelement 56, den Kondensator 94 und den Spartransformator 93 zum anderen Anschluß 10 und lädt den Kondensator 94 auf. Ferner fließt ein Teil des Stroms über den Abgriff des Spartransformators 93, den Kondensator 95, den Widerstand % und den veränderbaren Widerstand 97 zum Anschluß 10 und lädt den Kondensator 95 auf. Erreicht die Klemmenspannung des Kondensators 95 anfänglich den Wert der Schwellenspannung des Diacs 92, wird dieser leitend und entlädt den Kondensator 95 über den Spartransformator 93. Abhängig von der Kapazität des Kondensators 95 und der Induktivität des Spartransformators 93 tritt Resonanz auf, wodurch eine Impulswelle mit gedämpfter Schwingung erzeugt wird. Diese Impulswelle wird durch den Spartransformator 93 verstärkt und liegt zusammen mit der Wechselspannung über den
Kondensator 94 am Diac 91 an und macht diesen leitend. Die Diacs 91 und 92, die Kondensatoren 94 und 95 und der Spartransformator 93 sind in geeigneter Weise gewählt, so daß der obige Betrieb zuverlässig durchgeführt werden kann. Der veränderbare Widerstand 97 steuert den Zündzeitpunkt des Diacs 92. Danach arbeitet das System in der vorangehend beschriebenen Weise.
Die Ausführungsform gemäß Fig.6 entspricht im wesentlichen derjenigen nach F i g. 5 mit der Ausnahme, daß die Kombination des Widerstands 96 und des
veränderbaren Widerstands 97 durch die Kombination eines veränderbaren Widerstands 85, eines Widerstands 86 und einer Glimmlampe 90 ersetzt ist. Die Betriebsweise der Ausführungsform gemäß Fig.6 ergibt sich aus der Beschreibung zu F i g. 5.
Bei den Ausführungsformen der F i g. 1 bis 3 kann anstelle des Diacs eine Glimmlampe verwendet werden. Ferner kann bei allen Ausführungsformen der veränderbare Widerstand zur Drehzahlregulierung durch ein Fotoleiterelement ersetzt werden, um die Drehzahl mittels Licht zu regulieren.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Anordnung zur Drehzahlsteuerung eines Wechselstromreihenschlußkommutatormotors, der über einen Brückengleichrichter, in dessen Gleich- s Stromkreis die Anker- und die Feldwicklung liegen, von einer Wechselstromquelle gespeist ist, mit einem im Stromkreis angeordneten Thyristor, der von einer Zündeinrichtung gesteuert ist, die mit einer sich aus der Netzspannung und der Gegen-EMK während der erregerstromlosen Pausen in der Ankerwicklung zusammensetzenden Spannung betrieben ist, und mit einem die Feldwicklung des Motors überbrückenden, eine Diode enthaltenden Entladezweig, dadurch gekennzeichnet, is daß der Thyristor ein Zweirichtungsthyristor (51,71, 91) ist, der in Reihe mit den Wechselstromanschlüssen des Brückengleichrichters (56 bis 59) an die Wechselstromquelle (8) angeschlossen ist, und daß der Entladezweig einen den Entladestrom bestimmenden Widerstand (25,34) enthält
2. Anordnung zur Drehzahlsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (25) ein mit der Diode (20) in Reihe geschalteter veränderbarer Widerstand ist
3. Anordnung zur Drehzahlsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladezweig einen Umschalter (30) enthält daß die Diode (20) die Feldwicklung (2) in der einen Stellung des Umschalters direkt überbrückt und daß die Diode die Feldwicklung in der anderen Stellung des Umschalters in Reihenschaltung mit dem Widerstand (34) überbrückt
4. Anordnung zur Drehzahlsteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- » zeichnet, daß der Zweirichtungsthyristor eine Zweirichtungs-Thyristortriode (Triac) (51, 71) ist, deren Steueranschluß (Gate) mit einem Anschluß einer Zweirichtungs-Thyristordiode (52,72) verbunden ist deren anderer Anschluß mit der zusammen- gesetzten Spannung beaufschlagt ist
5. Anordnung zur Drehzahlsteuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Zweirichtungs-Thyristortriode (51) die Reihenschaltung eines veränderbaren Widerstands (65, 66) und eines Kondensators (67) geschaltet ist und daß der andere Anschluß der Zweirichtungs-Thyristordiode (52) mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand und dem Kondensator verbunden ist.
6. Anordnung zur Drehzahlsteuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Wechselstromquelle (8) ein Widerstandsspannungsteiler (75, 76) mit einem veränderbaren Widerstand (75) geschaltet ist, daß der Abgriff des Spannungsteilers mit dem anderen Anschluß der Zweirichtungs- Thyristordiode (72) verbunden ist und daß zwischen diesen anderen Anschluß der Zweirichtungs-Thyristordiode und den Verbindungspunkt zwischen der Zweirichtungs-Thyristor .riode (71) und dem Brükkengleichrichter (56—59) ein Kondensator (77) t>o geschaltet ist
7. Anordnung zur Drehzahlsteuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den anderen Anschluß der Zweirichtungs-Thyristordiode (72) und den Verbindungspunkt zwischen der μ Zweirichtungs-Thyristortriode (71) und dem Brükkengleichrichter (56—59) ein Kondensator (77) geschaltet ist, daß zwischen diesen anderen Anschluß der Zweirichtungs-Thyristordiode und den anderen Wechselstromanschluß (9) des Brückengleichrichters die Reihenschaltung einen veränderbaren Widerstand (85) und einer Glimmlampe (90) geschaltet ist und daß der Schleifer des veränderbaren Widerstands über einen weiteren Widerstand (86) mit dem Verbindungspunkt zwischen der Zweirichtungs-Thyristortriode und der Wechsel-Stromquelle verbunden ist
8. Anordnung zur Drehzahlsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zweirichtungs-Thyristor eine Zweirichtungs-Thyristordiode (91) ist daß parallel zur Zweirichtungs-Thyristordiode die Reihenschaltung aus einem ersten Kondensator (94) und einem Spartransformator (93) geschaltet ist daß zwischen die Anzapfung des Spartransfonnaiors und den dem ersten Kondensator abgewandten Anschluß des Spartransformators die Reihenschaltung aus einem zweiten Kondensator (95) und einer zweiten Zweirichtungs-Thyristordiode (92) geschaltet ist und daß parallel zur zweiten Zweirichtungs-Thyristordiode ein veränderbarer Widerstand (96,97) geschaltet ist.
9. Anordnung zur Drehzahlsteuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß der Verbindungspunkt zwischen dem zweiten Kondensator (95) und der zweiten Zweirichtungs-Thyristordiode (92) über die Reihenschaltung aus einem veränderbaren Widerstand (85) und einer Glimmlampe (90) mit dem Verbindungspunkt (9) zwischen dem Brückengleichrichter (56—59) und der Wechselstromquelle (8) verbunden ist und daß der Schleifer des veränderbaren Widerstands über einen weiteren Widerstand (86) mit den Verbindungspunkt (10) zwischen der ersten Zweirichtungs-Thyristordiode (91) und der Wechselstromquelle (8) verbunden ist.
DE2230019A 1971-12-29 1972-06-20 Anordnung zur Drehzahlsteuerung eines Wechselstromreihenschlußkommutatormotors Ceased DE2230019B2 (de)

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