DE2722966B2

DE2722966B2 - Schaltung zum Begrenzen des durch einen Motor fließenden Stromes

Info

Publication number: DE2722966B2
Application number: DE2722966A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Aciers et Outillage Peugeot SA
Current assignee: Peugeot Outillage Electrique SA
Priority date: 1976-05-18
Filing date: 1977-05-18
Publication date: 1978-09-14
Also published as: JPS6031197B2; US4107584A; JPS52140844A; FR2352424A1; DE2722966C3; FR2352424B1; NL7705288A; IT1083108B; GB1581609A; DE2722966A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zum Begrenzen des durch einen Motor fließenden Stroms, der von einer einphasigen Wechselstromquelle stammt, bestehend aus einem steuerbaren, in zwei Richtungen durchlässigen Halbleiter, der in Reihe mit dem Motor Ieigt, aus einem RC-Kreis, der parallel zu dem Halbleiter liegt, eine Steuerspannung für den Halbleiter liefert und vorzugsweise zwecks Änderung der Geschwindigkeit veränderbar ist, und aus einem Kreis, der parallel zu der Kapazität des RC-Kreises liegt und einen Teil des Kondensatorladestroms zwecks Änderung des Zündzeitpunktes des Halbleiters abzweigt (FR-PS 1591033).

Speziell kommt eine solche Vorrichtung bei Universalmotoren und Kollektormotoren vor, wie sie in tragbaren elektrischen Werkzeugen zur Anwendung kommen.

Es ist bekannt, in Vorrichtungen dieser Art thermisch wirkende Unterbrecher oder eine Stromrückführung (vgl. die Proceedings of the IEEE, April 65, S. 364, 365) vorzusehen, um den Motor vor überlastung zu schützen. Diese Unterbrecher haben den ίο Nachteil, daß sie nicht sehr präzise arbeiten und daß sie abgekühlt sein müssen, bevor sie den Motor wieder arbeiten lassen, was mehrere Minuten in Anspruch nehmen kann. Dabei ist zu beachten, daß der Motor nicht im Leerlauf laufen kann und insofern keine Kühlluft erzeugen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

präzise arbeitende, einfache, kleine, billige und von der Temperatur unabhängige, schnell ansprechende

Überlastungssicherung zu schaffen, die auch nachträglich eingebaut werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kreis aus zwei Transistoren entgegengesetzter Leitfähigkeit mit zusammengeschalteten Emittern besteht, daß deren Kollektor-Emitter-Strecken parallel zueinander und zur Kapazität liegen und daß ein Steuerkreis vorgesehen ist, der zwei vorzugsweise kontinuierliche Steuersignale an die Basen der beiden Transistoren liefert, deren Größe eine Funktion der Intensitäten der beiden Halbwellen des Speisestroms ist.

Auf diese Weise wird, von einem bestimmten Speisestrom ausgehend, eine beträchtliche Reduktion seiner beiden Halbwellen bewirkt.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird ein j5 schnelles und präzises Ansprechen bei Überlastung erreicht. Man ist ferner temperaturunabhängig und kann den Motor nach Entfernen der Überlastung im Leerlauf arbeiten lassen, so daß er sich selbst kühlt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auch für den Startvorgang des Motors geeignet und schützt vor mechanischen Stoßen und Stromstößen aus der Versorgungsquelle.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung. Darin zeigt
Fig. 1 ein Schaltschema gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine ins einzelne gehende Zeichnung der erfindungsgernäßen Schaltung,

Fig. 3 eine andere Ausführungsform,

F i g. 4 ein Diagramm, welches die Abhängigkeit des Stroms von der Drehzahl eines Universalmotors, versorgt über eine erfindungsgemäße Schaltung, zeigt,

Fig. 5 die Abhängigkeit der Spannung an der Basis eines Transistors von der Zeit,

Fig. 6 die Abhängigkeit des Speisestroms von der Zeit,

Fig. 7 die Abhängigkeit der Spannung über dem Kondensator von der Zeit, wobei der Zeitmaßstab gegenüber dem Zeitmaßstab der F i g. 5 und 6 vergrößert ist und

Fi g. 8 die Abhängigkeit der Spannung an der Basis eines Transistors von der Zeit, wobei ebenfalls der Zeitmaßstab entsprechend vergrößert ist.

In den Fig. 1 und 2 wird ein Motor M von einer einphasigen Wechselstromquelle 1 und 2 gespeist. In Reihe mit dem Motor M liegt ein Triac 3, dessen Steuerelektrode 3a mit einem Diac 4 verbunden ist, das seinerseits zwischen einem Phasenschieber RC angeschlossen ist, der aus den Widerständen 6 und 7

und einem zu diesen in Reihe liegenden Kondensator 8 besteht. Der RC-Kreis liegt parallel zu dem Triac 3. Die Quelle ist beispielsweise das Netz.

Die Schaltung weist überdies einen Kreis auf, der auf den Ladestrom des Kondensators 8 v/irkt und bei jeder Periode die Zündung des Triac 3 beeinflußt, dies in Abhängigkeit eines Parameters, der in einem Steuerkreis 10 erzeugt wird und ein Bild des Stroms darstellt, der durch den Motor M und das Triac 3 fließt.

In der Fig. 2 ist der Steuerkreis 10 im einzelnen dargestellt. Er besteht aus einem Widerstand 11, der im Hauptstromkreis liegt. Die Spannung, die über diesem Widerstand abfällt, ist proportional zu dem Strom. Natürlich kann der Strom auch mit Hilfe eines anderen Elements, z. B. einem Transformator, erfaßt werden.

Der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 11 und dem Triac 3 ist mit einem Widerstand 12 verbunden, der mit zwei Kreisen 13 und 14 verbunden ist. Der Kreis 13 besteht aus einer Diode 15, deren Kathode mit dem Widerstand 12 und deren Anode mit einem Widerstand 16 und einem Kondensator 17 verbunden ist. Der Kreis 14 weist ebenfalls eine Diode

18 auf, die mit dem Widerstand 12 einerseits und einem Widerstand 19 und einem Kondensator 20 andererseits verbunden ist. Eine Leitung 21 bildet den negativen Pol dieser Kreise und ist mit dem Anschluß 2 der Wechselstromquelle verbunden. Es stehen also an den Anschlüssen 22 und 23 die beiden Spannungen + e und — e an, je nachdem wie der Strom durch den Widerstand 11 zirkuliert. Der Widerstand 12 bestimmt die Zeitkonstante für die Ladung der Kondensatoren 17 und 20, während die Widerstände 16 und

19 die Zeitkonstanten für die Entladung bestimmen. Der Kreis 9 weist zwei Transistoren 24 und 25 entgegengesetzter Leitfähigkeit auf, deren Emitter zusammengeschaltet sind. Die Emitter sind mit einem Widerstand 26 verbunden, der seinerseits mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 11 und dem Triac 3 verbunden ist. Der Widerstand 26 hat zwei Aufgaben: Er kompensiert die eventuellen Streuungen der Parameter der Transistoren 24 und 25, und er begrenzt die Verstärkung durch die Transistoren, wobei eine Umschaltwirkung amortisiert wird. Ferner wird durch ihn eine allzu abrupte Funktion der Schaltung vermieden. Die Basis des Transistors 24 ist über einen Widerstand 27 mit dem Anschluß 22 des Steuerkreises 10 verbunden, während die Basis des Transistors 25 über einen Widerstand 28 mit dem Anschluß 23 des Steuerkreises 10 verbunden ist. Die Basen sind ferner über Widerstände 29 und 30 mit einem Punkt verbunden, der zwischen den beiden Widerständen 6 und 7 liegt.

Die Kollektoren der Transistoren 24 und 25 sind über Schutzdioden 31 und 32, die entgegengesetzt zueinander geschaltet sind, mit einem Widerstand 33 verbunden, der mit einem Verbindungspunkt 5 des RC-Kreises 6, 7, 8 verbunden ist.

Die Schaltung arbeitet folgendermaßen (siehe auch die Fig. 4 bis 8):

Liegt der Strom, der durch den Motor M fließt, unter einem Grenzwert, der nicht überschritten werden darf, sind die Spannungen + e und - e zu klein, um die Transistoren 24 und 25 in den Leitzustand zu versetzen. In diesem Falle ist die Maximalspannung des Kondensators 8 allein durch die Widerstände 6 und 7 bestimmt (von denen der eine vorzugsweise einstellbar ist, um die Geschwindigkeit des Motors zu regeln).

Wenn der Strom, der durch den Motor M und den Widerstand 11 fließt, einen bestimmten Wert erreicht, werden die Dioden 15 und 18 abwechselnd leitend. Die Kondensatoren 17 und 20 laden sich im Rhythmus der Spannungsschwankungen jeweils auf. Bei größer werdendem Laststrom wird schließlich die Schwelle der Transistoren 24 und 25, bei der sie leitend werden, erreicht.

Fig. 5 zeigt die Spannung an der Büsis des Transistors 24 oder 25. Die Leitungsschwelle ist durch die Linie s gegeben. Wenn die Spannungsspitze die Schwelle überschreitet, läßt der Transistor einen Strom durch, der dem Ladestrom für den Kondensator 8 entnommen wird.

Die Fig. 7 und 8 zeigen in größerem Zeitmaßstab die Verhältnisse während einer Periode (z. B. der ersten in Fig. 5). Fig. 7 zeigt die Spannung U_c über dem Kondensator 8 und die Fig. 8 die Spannung + e oder — e, also I e I .Während der Leitperiode t, des Transistors ist die Spannung U_c geneigt, was bedeutet, daß die Zündspannung nicht während einer Periode /₂ erreicht wird (in der sie erreicht würde, wenn der Transistor nicht leitend wäre). Die Zündspannung wird jedoch während einer Zeit i₃ erreicht, die länger als U ist. Es ergibt sich also eine Verzögerung der Zündung des Triac 3, die mit dem Ende der Periode i₃ zusammenfällt.

Wenn sich während einer Periode die Last, die auf den Motor wirkt, nicht vermindert, vergrößern sich

jo die Spitzenwerte des durch das Triac fließenden Stroms /, um die Reduktion der Durchgangszeit /₄ zu kompensieren (siehe Fig. 6). Es ergibt sich (siehe Fig. 8) eine Vergrößerung des absoluten Wertes von e, und die Schwellen der Dioden 15 und 18 werden

J5 fürher durchschritten. Die Ableitung des Stroms, der den Kondensator 8 lädt, beginnt während einer Periode früher und ist energiereicher. Der Strom dauert langer (f,¹, i,"), weil die Beladung des Kondensators 8 langer dauert.

Das Phänomen ist von Periode zu Periode cumulativ und tendiert schnell gegen einen Gleichgewichtswert, der insbesondere von den Ladungsparametern und Entladungsparametern der Kondensatoren 17 und 20 abhängt. Das Resultat ist die Strom/Rotationsgeschwindigkeitskurve gemäß Fig. 4. Ausgehend von einer gewissen Intensität I_1n des Stroms / erhält man die Stromabnahme und Verzögerung des Motors, die einer Blockierung desselben gleichkommt, wenn die Last einen gewissen Wert überschreitet. Die Blockierung des Motors erhält man bei einem bestimmten durch den Motor fließenden Strom /_c. Dieser ist deutlich kleiner als der Grenzstrom /_m.

Wenn die Überladung des Motors unterdrückt

wird, nimmt dieser schnell wieder seine Leerlaufgeschwindigkeit N₀ an, und er kann sich schnell abkühlen. Er kann dann sehr schnell erneut einer Belastung unterworfen werden.

Die erfindungsgemäße Schaltung kann auch auf den Motor während seiner Ingangsetzung arbeiten, denn sie wirkt extrem schnell (innerhalb weniger Perioden). Sie funktioniert insofern auch als Anlaßvorrichtung, um die mechanischen Stöße zu begrenzen und die Stromstöße von der Versorgungsquelle her zu reduzieren.

In Fig. 3 ist eine Abwandlung dargestellt. Bei dieser sind die Basen der Transistoren 24 und 25 nur mit den Ausgängen 22 und 23 des Steuerkreises 10 verbunden. Sie erhalten also nur die Spannungen + e

und — e und nicht eine Teilspannung vom RC-Kreis 6, 7, 8. Die Strom/Geschwindigkeitskurve ist die Kurve X in Fig. 4. Man sieht, daß der Grenzstrom deutlich höher ist als im Falle der Fig. 2. Für gewisse Werte der Komponenten ist es möglich, den Motor genau im Punkt P arbeiten zu lassen, was eine Blokkierung verhindert. Wenn jedoch die Blockierung nicht stört, wird vorzugsweise die Ausführungsform gemäß Fig. 2 verwendet, die mit Sicherheit eine Blokkierung des Motors bei schwacher Intensität des

10

Stroms hervorruft, was Vorteile mit sich bringt, denn die Blockierung ist ein Anzeichen für Überlastung. Die Reduktion der Intensität des Stroms bei Blockie rung wird vor allem durch Überlagerung der Span nung + e und — e und eines Teils der Spannung au dem RC-Kreis erhalten, was ein früheres Auslösen der Transistoren 24 und 25 bei jeder Periode zur Folg« hat. Das führt zu einer Beschleunigung des Arretie rungsprozesses, der nur bei Überlastung des Moton eintritt.

Hierzu .1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltung zum Begrenzen des durch einen Motor fließenden Stroms, der von einer einphasigen Wechselstromquelle stammt, bestehend aus einem steuerbaren, in zwei Richtungen durchlässigen Halbleiter, der in Reihe mit dem Motor liegt, aus einem P.C-Kreis, der parallel zu dem Halbleiter liegt, eine Stcuerspannung für den Halbleiter liefert und vorzugsweise zwecks Änderung der Geschwindigkeit veränderbar ist, und aus einem Kreis, der parallel zu der Kapazität des RC-Kreises liegt und einen Teil des Kondensatorladestroms zwecks Änderung des Zündzeitpunktes des Halbleiters abzweigt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreis (9) aus zwei Transistoren (24, 25) entgegengesetzter Leitfähigkeit mit zusammengeschalteten Emittern besteht, daß deren Kollektor-Emitter-Strecken parallel zueinander und zur Kapazität (8) liegen und daß ein Steuerkreis (10) vorgesehen ist, der zwei vorzugsweise kontinuierliche Steuersignale (+e, —e) an die Basen der beiden Transistoren (24,25) liefert, deren Größe eine Funktion der Intensitäten der beiden Halbwellen des Speisestroms ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter der Transistoren (24, 25) mit einem Widerstand (26) verbunden sind, der mit dem Halbleiter (3) verbunden ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basen der Transistoren (24, 25) vorzugsweise über Widerstände (29, 30) mit einem Punkt verbunden sind, der im Widerstandspfad (6, 7) des RC-Pfades liegt.

4. Schaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis (10) ein Element, insbesondere einen Widerstand (11) aufweist, das (der) im Speisestromkreis liegt, daß die von diesem Element erzeugte Spannung zwei Gleichrichter- und Glättungsschaltungen (13,14) angeboten wird und daß die Ausgänge (22,23) dieser Schaltungen (13,14) mit den Basen der Transistoren (24, 25) verbunden sind.

5. Schaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren (24, 25) in bekannter Weise je eine Schutzdiode (31, 32) eingeschaltet ist.