DE2341465C2 - Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl eines Gleichstromantriebsmotors - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs I angegebenen Gattung. Eine solche Schaltungsanordnung Ist aus der DE-OS 19 30 932 bekannt. Hierbei wird im Bereich zwischen der Waschdrehzahl und der Anlegedrehzahl mit geringer Beschleunigung gearbeitet, während dann mit hoher Beschleunigung bis zur Schleuderdrehzahl hochgefahren wird. Dies wird durch eine dynamische Regelschleife erreicht, die einen sich ändernden Sollwert bildet, damit das Fehlersignal In jedem Moment relativklein bleibt, so daß auch die jeweils benötigte Leistung In Grenzen bleibt. Derartige Regler zeichnen sich durch einen einfachen Schaltungsaufbau, eine betriebssichere Funktion und einen weiten Einstellbereich aus. die Ihre Anwendung für Waschmaschinen mit Gleichstromantriebsmotor als zweckmäßig erscheinen lassen. Nachteilig sind jedoch die Rückwirkungen auf dos Wechselspannungsnei7, die durch die Thyristor-Schaltungen in Verbindung mit den Auflade- und Entladevorgängen bedingt sind.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der angegebenen Gattung dadurch zu verbessern, daß die beiden bekannten Schaltungen eigenen Rückwirkungen auf das Netz vermieden werden, die einmal Ursache der durch die Phasenanschnittsteuerung erzeugten Oberwellen sind, und andererseits durch hohe Anfahrstromspiizen bedingt sind, die einen Zusammenbruch des Netzes bzw. ein Absinken der Netzspannung zur Folge haben.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kenn-,ceichnungsteil des Patentanspruchs I angegebenen Merkmale.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß insbesondere auch bei großen Zündwinkeln Oberwellen vermieden und Netzspannungsschwankungen auf eine so hohe Frequenz gebracht »erden, daß keine spürbare Störung mehr elnuüi. Außerdem werden huiie Aniahrsirumspiuen vermieden.

Es ist zwar durch die AT-PS 1 97 498 bereits eine elektronische Drehzahlregeleinrichtung mit Speisung des Gleichstrommotors über einen gesteuerten Gleichrichter bekannt, bei der hohe Anfahrspitzen djrch Fahren mit geringer Spannung vermieden werden, jedoch erfolgt hier ein Schalten nach Hochfahren in Abhängigkeit von einer Regelschleife und nicht in Abhängigkeil von einem Programm.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 4.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Schaltbild der erfindungsgemäß ausgebildeten Schallungsanordnung.

Der bezüglich seiner Drehzahl /u regelnde, durch Permanentmagnete erregte Gleichstrommotor 1 liegt in einem Zweig einer Brückenschaltu^g. in deren übrigen drei Zweigen Widerstände 1 bzw. 23 bzw. 24 liegen, die mit ihrer einen Diagonale an einen Brückengleichrichter 73 angeschlossenen ist und in der anderen Diagonale die Knotenpunkte 46 und 27 enthält. Der Brückengleichrichter 73 weist drei Dioden 33, 34, 35 und zwei gesteuerte Gleichrichterdloden 36 und 37 auf. Diese Brücke 73 wird über einen Umschalter 3. der von der nicht dargestellten Programmvorrfchtung der vom Motor I angetriebenen Waschmaschine anpestcuert wird, mit Wechselspannung gespeist. Die beiden Anschlüsse α und h des Umschalters 3 sind mit einem Abgriff bzw. einem Ende einer Induktionsspule 5 verbunden, die über einen Begrenzungswidv.rstand 4 an die Klemmen 74 bzw. 75 des Wechselspannungsnetzes angeschlossen sind. An diese Wechselspannungsklemmen 74, 75 ist über einen Transformator 6 außerdem eine Gleichrichterbrücke 40 angeschlossen, an deren Ausgang ein Widerstand 41 und parallel hierzu eine Reihenschaltung von Widerständen 42. 16. 17 angeschaltet ist.

Eine Entkopplungsdiode 43 läßt den gleichgerichteten Strom, der von einem Kondensator 44 und von einer Zener-Diode 45 geglätteten bzw. stabilisierten Spannungsquelle, einem zwei NPN-Transistoren 9 und 20 sowie einen PNP-Translsior 12 umfassenden Sleuerkreis zufließen. Diese Transistoren sind über Widerstände 11, 10. 14 miteinander verbunden: insbesondere ist die Basis des Transistors 9 an einem Vergleichsknolenpunkt 50 und über eine Polarisationsdiode 47 am gemeinsamen Knotenpunkt 46 angeschlossen. Die Basis des Transistors

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ist am Verbindungspunkt 27 der Widerstände 23, 24 Ober die Parallelschaltung eines Potentiometers 48 (das zur Einstellung der niedrigen Drehzahlen des Motors 1 dient) und eines Ausgleichwiderslandes 49 angeschlossen, welche Bausteine alle mit einem Widerstand 25 in Reihe geschaltet sind. Letzterer Widerstand, der mit einem Kondensator 26 in Reihe geschaltet ist, verbindet den Verbindungspunkt 27 mit eiern gemeinsamen Knotenpunkt 46 und rrit dem Ermitter des Transistors 9, dessen Basis und Kollektor über einen Kondensator 28 und die Reihenschaltung eines Kondensators 8 und eines Widerstandes 7 miteinander verbunden sind.

Der Kollektor des Transistors 12 ist mit dem Knotenpunkt 46 über einen Kondensator 13 und mil der Anode eines Transistors 15 der Vierschichtenbauari direkt verbunden. Der Transistor 15 weist iine Anodensteuerelektrode (in der Zeichnung ist sie am Verbindungspunkt der Widerstünde 16 und 17 angeschlossen), eine Kathode (am Knotenpunkt 46 über einen Widerstand 18 und an der Basis des Transistors 20 über einen Begrenzungswidersland 19 angeschlossen! sowie eine Kathodensieuerelektrode (»fliegend« angeordnet, d. h. lücht angeschlossen) auf.

Der Emitter des Transistors 20 ist über Widerstände 21, 51 bzw. 22, 52 mit der Anode der Gleichrichterbrücke verbunden und die Verbindung zwischen den Widersländen 21, 52; 22, 52 ist mil den Sieuereleklroden der SCR-Dioden 36 bzw. 37 verbunden. Ein Umschalter 38 wird von der Programmvorrichiung so angesteuert, daß er entweder in der Stellung »«« oder »ft» schließt, und kann die Kathode der Diode 43 mit dem Vergleichsknoienpunkt 50 und dem gemeinsamen Knotenpunkt 46 über einen Widersland 53 bzw. einen Widerstand 54 zur Stabilisierung des Koniaktstromes (wenn der Umschalter 38 in der Stellung »α« geschlossen ist) verbinden.

Befindet sich der Umschalter 38 in der Stellung »ft«, so speist er einen ersten Bezugskreis, der einen NPN-Transistor 55 umfaßt, dessen Basis mit dem Kollektor eines zweiten NPN-Transistors 56 direkt und mit der Basis desselben ΟΙκγ einen Kondensator 57 verbunden ist.

Der Emitter des Transistors 55 ist mit der Basis eines PNP-Transistors 29 direkt und mit dem Knotenpunkt 50 über einen Widerstand 58 verbunden. Der vorgenannte erste Bezugskreis umfaßt auch eine Diode 59 und Widerstünde 61. 62. 63. 64.

Ein weilerer Umschalter 39 wird von der Programmvorrtch'.ung angesteuert, um sich in Stellung »α« bzw. »Λ« zu schließen, und er ist dazu geeignet, einen zweiten Bezugskreis, der einen NPN-Transistor 66 enthält, dessen Basis am Kollektor eines NPN-Transislors 30 angeschlossen ist. und die Basis desselben über einen Kondensator 67 zu speistn. Letztere Basis ist mit dem Kollektor des Transistors 29 über einen Widerstand 68 verbunden. Der Emitter des Transistors 66 ist schließlich mit dem Vergleichsknotenpunkt 50 über die Parallelschaltung ein^s Potentiometers 69 (das für die Einstellung der hohen Drehzahlen des Motors dienl) und eines Ausgleichswiderstandcs 70 verbunden.

Auch dieser zweite Bezugskreis umfaßt eine Diode 60 und Widerstände 71. 72.

Für die Funkllonsbeschrcibung wird der Fall einer Waschmaschine in Betracht gezogen, deren Trommel beim Waschvorgang mit einer Drehzahl von rund 50 μ/min umlaufen soll. Beim Waschprogramm steuert die Programmvorrichiung die Umschalter 3 und 38 zum Schließen der entsprechenden »««-Kontakle an. während dor Umschalter 39 in ol'f.Mer Stellung bleibt, wie in der Figur dargestellt.

Dadurch wfrd die Speisung der Brücke 73 vermindert, die Drehzahl des Motors I gesenkt und das von dieser Drehzahl abhangige, am Knotenpunkt 46 vorhandene und danach dem Vergleichsknotenpunkt 50 gelieferte Signal abgeschwächt. Zum Knotenpunkt 50 gelangt auch über Widerstand 53 ein Bezugssignal. Die Differenz zwischen diesen Signalen steuert den Transistor 9 an (der Kondensator 28 dient dabei als Glättungsfilter Tür die durch die Induktanz des Motors 1 hervorgerufene Reaktionskomponente), wobei das Potential seines Kollektors langsam variiert, selbst wenn das an der Basis angelegte Dffferenzsignal plötzlich variiert, weil der Widerstand 7 und der Kondensator 8 eine Zeitkonslante bilden. Seinerseits steuert der Transistor 9 den Transistor 12 an, dessen Leitfähigkeit langsam zunimmt, so daß auch der Strom zunimmt, der den Kondensator 13 periodisch auflädt. Die langsame Zunahme dieses Stromes verursacht ein langsames Ansteigen der Ladegeschwindigkeit des Kondensators 13 und somit eine allmähliche Verengung des Verzögerungswinkels der durch den """.ansistor 15 an den Polen des Widerstandes 18 erzeugte:¹, impulse, welche über Transistor 20 und Widerstände 21, 22 die Zündung der SCR-Dioden 36, 37 auslösen. Der Effektivwert der am Motor 1 angelegten Spannung nimmt bei Zunahme der Leitfähigkeit des Transistors 9 langsam zu. Wegen der RC-Zeitkonstanien von Widerstand 7 und Kondensator 8 erfolgt die Änderung des Zündwinkels stets sehr langsam, so daß etwaige Netzspannungsschwankungen auf eine derartige niedrige Frequenz gebracht werden, dhiJ keine spürbare Störung mehr eintritt.

Wenn die Programmvorrichtung den Umschalter 38 zum Schließen des »ft«-Kontaktes veranlaßt, ist der Kreis eingeschaltet, der die Transistoren 56. 55 sowie den Transistor 29 enthält. Dieser Kreis (Transistoren 56, 55) liefert dem Knotenpunkt 50 fiber den Widerstand 58 ein Bezugssignal, das für die Aufladung des Kondensators 57 langsam steigt. Die einzelnen Schaltungselemente sind so dimensioniert, daß das am Vergleichskncienpi nkt 50 vorhandene Differenzsignal derartig ist, daß es eine allmühliche Steigung der Winkelgeschwindigkeit des Mc ors 1 z.B. bis 100 U/min verursacht (das ist die sogenannte »Anlegedrehzahl«, bei der sich die Wäsche gleichmäßig an die Wandung der Trommel anlegen kann).

Ist diese Drehzahl erreicht, ist auch der aus den Transistoren 30, 66 bestehende Kreis eingeschaltet - soweit der Umschalter 39 durch die Programmvorrichtung zum Schließen »o« bzw. »ft« des Kontaktes veranlaßt wurde; der Widerstand 65 ist nur dann eingeschaltet, wenn der Umschalter 39 zum Schließen des »««-Kontaktes veranlaßt wurde, wodurch - wie weiter unten näher erklärt der Motor 1 eine niedrigere Enddrehzahl erreicht.

Die leitfähigkeit des Transistors 55 erreicht inzwischen einen solchen Wert, daß sie über Transistor 29 und Widerstand 68 die Sperrung des Transistor 30 hervorruft.

Somit steigt - wegen der Gegenwart des Kondensators 67 - die Leitfähigkeit des Transistors 66 langsam an. der über die Parallelschaltung des Potentiometers 69 und des Widerstandes 70 dem Knotenpunkt 50 weiteren, langsam zunehmenden Strom liefert. Das Höchstmaß dieses weiteren Stromes kann zwei verschiedene Werte aufweisen, je nachdem der Umschalter 39 in Stellung »o« bzw. »ft« geschlossen Ist; diese Stellungen entsprechen den Srhlenderphasen, ι. B. den Cnddrclizahlcn des Motors von 400 bzw. 800 U/mln.

Während dieser Schleuderphasen wird der Umschalter 3 von der Programmvorrlchtung /um Schließen des »ft«-

Kontaktes angesteuert, so daß der Gleichrichter 73 an seinem Eintritt die gesamte, an den Enden der Wicklung 5 vorhandene Spannung aufnimmt..

Diese Wicklung, die den vom Motor I während der Waschvorgange aufgenommenen Strom begrenzt, erlaubt - In Verbindung mit dem Umschalter 3 - eine wesentliche Herabsetzung der Amplitude etwaiger Im Netz auftretender Stromoberwellen. Die Wicklung S begrenzt außerdem die Verlustleistung des Begrenzungswiderstandes 4.

Auch dieser Widerstand erfüllt vorteilhafte Aufgaben. Fr begrenzt niimlich den Strom in den Augenblicken, wo der l.üufer im Motor I stillsteht und verhlnder dabei die Entmagnetisierung der Magnete des Motors. Wie aus der obigen Beschreibung deutlich hervorgeht, ermöglicht der Widerstand 4 außerdem - dank seiner begrenzenden Funktion -, daß die größte Stromaufnahme ohne erhebliche Teilungswinkel und daher mit geringfügigen Netzstttrungen erfolgt.

Im folgenden soll nochmals die Funktion der Schalter 3 und 38 erlüutert werden, die so miteinander verbunden sind, daß sie jeweils beide entweder in der (/-Stellung oder beide in der Λ-Stellung befindlich sind (der Schalter 39 ist frei und unabhängig von den Schaltern 3 und .18 schaltbar).

Schaltstcllung u:

In dieser Stellung erfolgt das Hochfahren vom Stillstand auf die Waschdrehzahl von 50 U/mln. Dabei ist die dynamische Regclschleile über Kondensator 8 und Widerstand 7 wirksam, wilhrend der Widerstand 54 einen konstanten Wert liefert, sobald der Kondensator 54 geladen Ist. Dabei wird mit geringer Speisespannung gearbeitet, so daß der Zündwinkel klein Ist. Wegen der geringeren Spannung ist der anfängliche Strombedarf geringer und somil auch die Anfahrspiize heim Übergang von Stillstund zu ι Anlauf, wahrend die Drehzahlerhöhung dann keine hohen Ströme nach sich zieht

Schaltstcllunu h

Hler erfolgt das Hochfahren auf die Anlegcdrehzahl. wobei ein dynamisches Verhalten über ilen Kondensator 67 und den Transistor 66 bewirkt wird Der Hnchlauf erlolgt aul ca Kit) U/min.

Für die folgenden Regelstellungen bleiben die Umschalter In der Stellung 38Λ bzw 3Λ und es wird der Umschalter 39 betätigt, und wenn dieser die Stellung 39i/ einnimmt, erfolgt ein Hochlauf auf ca. 400 U/min, während in der Schalterstellung 39h ein Hochlauf auf ca 800 U/min erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnv igen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Regeln eier Drehzahl eines aus einem Wechselspannungsnetz Ober wenigstens einen in Phasenanschnittsteuerung betriebenen Thyristor gespeisten Gleichstromantriebsmotor einer Schleuder-Waschmaschine mit Programmsteuerung, wobei die Programmsteuerung einen ersten Umschalter im Sollwertkrels derart betätigen kann, daß dem Regler ein der Waschdrehzahl entsprechender Sollwert und wenigstens ein einer höheren Drehzahl entsprechender Sollwert zugeführt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Wechselspannungseingangsklemmen (74, 75) und dem Eingang der Anordnung von Motor (I) und Thyristor (36, 37) ein induktiver Spannungsteiler (5) angeordnet ist, daß der Abgriff und ein erster Anschluß des Spannungsteilers mit zwei Kontakten eines zweiten von der Programmsteuerung betätigten Umschalters (3) verbunden sind, daß die Anordnung von Motor (i; und Thyristor (36. 37) mit ihrem einen Anschluß mit dem verbleibenden Außenanschluß des Spannungsteilers (5) und mit ihrem anderen Anschluß mit dem beweglichen Kontakt des zweiten Umschalters (3) verbunden sind, und daß die Programmsteuerung den zweiten Umschalter (3) so betätigt, daß bei Vorgabe des der Waschdrehzahl entsprechenden Sollwertes die Anordnung von Motor und Thyristor auf den Abgriff und bei Vorgabe von höheren Drehzahlen auf den ersten Außenanschluß gelegt ,Λ.

2. Schaltungsanordnung nac*· Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß in d<;r Verbindung von induktiven Spannungsteiler zu den Nf^:zanschlußklemmen ein Begrenzungswiderstand (4) angeordnet Ist. J5

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anlaufstrombegrenzung der Drehzahlregelkreis einen Transistor (9) enthält, dessen Basis mit dem Vergleichsknotenpunkt (50) unmittelbar und mit dem Kollektor des Transistors über die *o Reihenschaltung eines Kondensators (8) und eines Widerstandes (7) verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der hohen Drehzahlen der Sollwert als zeltlich *5 veränderliche Größe vorgesehen sein kann.