DE2728394A1 - Vorrichtung zur regelung der leistungszufuhr zu einer last - Google Patents

Description

Kenwood Manufacturing Company, Limited, London WC2H 9ED (England)

Vorrichtung zur Regelung der Leistungszufuhr zu einer

Last

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der Leistungszufuhr zu einer Last.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Regelung der Leistungszufuhr zu einer Last besteht aus: einem Halbleiter-Schaltelement zur Regelung des Stromes, der aus einer Wechselstromquelle zu einem Verbraucher fließt; einer Schaltanordnung zur Lieferung von Öffnungsimpulsen zum Halbleiter-Schaltelement, um dieses nach dem Phasenregelungsverfahren (Phasenanschnittverfahren) zu schalten, wobei der Schaltkreis (A) ein Zeitglied mit Widerstand und Reaktanz enthält, durch die eine Zeitkonstante definiert wird und (B) einen Schaltkreis, der die besagte Zeitkonstante in Abhängigkeit eines Regelsignales modifiziert, um auf diese Weise eine variable Phasenregelung der Arbeit des Halbleiterschaltelementes zu erhalten.

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Durch die Anordnung eines Widerstandselementes und eines Reaktanz-Elementes durch die eine Zeitkonstante festgelegt wird sowie durch die Anordnung eines Modifikationskreises für die Zeitkonstante ist es möglich, mit Hilfe sehr einfach aufgebauter Schaltkreise eine Phasenregelung des Halbleiterschaltelementes auszuführen.

Vorteilhafterweise wird als Reaktanz-Element ein Kondensator verwendet und die Anordnung so getroffen, daß, wenn die Spannung am Kondensator einen vorbestimmten Wert überschreitet, das Halbleiterschaltelement beispielsweise mit Hilfe eines Diacs getriggert wird. Dabei ist es praktisch, wenn die Anordnung so getroffen wird, daß die nicht modifizierte Zeitkonstante einem der Grenzwerte des Bereiches der Leitwinkel (conduction angles) entspricht. Wenn z.B. das Reaktanz-Element ein Kondensator ist, kann der Modifikationskreis parallel zu diesem Kondensator geschaltet sein, so daß Gleichstrom der vom Widerstandselement kommt und der andernfalls den Kondensator laden würde nun folglich die Ladegeschwindigkeit des Kondensators verringert und somit auch den Leitwinkel. Anstatt daß der Modifikationskreis als Shunt wirkt und so den Ladestrom zum Kondensator liefert, wird zusätzlicher Strom über das Widerstandselement zugeführt. In diesem Fall entspricht die unmodifizierte Zeitkonstante dem Minimalwert des Leitwinkels des Halbleiterschaltelementes.

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Bei vielen Anwendungsfällen, z.B. bei der Regelung der Geschwindigkeit eines Elektromotors bietet es sich an, zur Speicherung des Regelsignals als elektrisches Signal ein weiteres Reaktanzelement vorzusehen. Dies ist in der Tat möglich, obgleich sich Schwierigkeiten hinsichtlich der überlagerung des weiteren Reaktanzelementes mit dem Reaktanzelement des Zeitkreises einstellen, wenn sich die Polarität der Spannung an letzterem gegen Ende jeder eingespeisten Wechselstromhalbperiode ändert. Diese Schwierigkeit konnte in sehr bequemer Weise durch Einfügung einer VoIlwegdiödenbrücke in den Modifikationskreis überwunden werden, wobei das weitere Reaktanzelement die Gleichstromanschlüsse der Brücke überbrückt und wobei die Wechselstromanschlüsse mit dem Zeitkreis verbunden werden. Diese Anordnung ermöglicht ein einpoliges elektrisches Signal, das von dem erwähnten weiteren Reaktanzelement gespeichert wird, um so unmittelbar den mit Wechselstrom betriebenen Zeitkreis zu beeinflußen.

In den unten beschriebenen Ausführungsformen ist die Last ein elektrischer Wechselstrom-Motor mit geteiltem Feld (Spaltpolmotor) und das Regelsignal ist ein Signal, das dem Verhältnis entspricht, in dem während einer Zeitperiode die Motorlaufgeschwindigkeit eine vorgegebene Geschwindigkeit über- oder unterschreitet. Falls die Laufgeschwindigkeit den erwünschten Wert überschreitet, wird, je länger diese Situation anhält, um so größer der Zeitbruchteil bei welchem die

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Motorgeschwindigkeit oberhalb des erwünschten Wertes ist und die Phase der Tastimpulse, welche zum Schaltelement geliefert werden, wird zurückgestellt, um einen Betrag der diesem Bruchteil entspricht. Dies veranlaßt das Halbleiterschaltelement erst später während einer Kalbperiode aufzudrehen und so den Läuferstrom zu reduzieren, was zu einer Reduktion des Drehmomentes und folglich der Läufergeschwindigkeit führt. Entsprechend sind die Verhältnisse, wenn die Läufergeschwindigkeit über eine Zeitperiode unter der gewünschten Geschwindigkeit liegt; in diesem Fall wird der Sollwert unterschritten, was bewirkt, daß die Tastimpulse so verstellt werden, daß das Halbleiterschaltelement früher während einer Halbperiode aufdreht und so den Läuferstrom und damit das Läuferdrehmoment und die Geschwindigkeit erhöht. Bei Verwendung eines Signals als Korrektursignal, das der Zeit entspricht, über die die Läufergeschwindigkeit oberhalb oder unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt für die Durchführung der Phasenregelung ist es möglich, das Problem plötzlicher Änderungen des Läuferstromes und folglich des Läuferdrehmomentes zu vermeiden, da im Hinblick auf einen Änderungsschritt beispielsweise des Läuferdrehmomentes das Korrektiv mit der Zeit fortlaufend erhöht wird, da eine Änderung des Läuferdrehmomentes eine ebensolche Änderung in der Korrekturmaßnahme herbeiführt.

Ein besonders einfacher Weg zur Gewinnung des erforderlichen

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Signals besteht in der Anordnung eines mechanischen Drehzahlreglers auf der Motorwelle, der mit einem Schaltkontaktpaar ausgerüstet ist, welches geschlossen oder geöffnet wird, wenn eine vorgegebene Läufergeschwindigkeit erreicht oder überschritten wird. Mit Schaltkontakten, die so angeordnet sind, daß sie schließen, wenn die Läufergeschwindigkeit einen vorbestimmten Wert überschreitet, entspricht die Marke des Raumverhältnisses der Schaltkontakte (Kontakte geschlossen/Kontakte geöffnet) im Verhältnis der Zeit die vergeht, wenn der Läufer bei oder in Überschreitung der gewünschten Geschwindigkeit sich dreht zu der Zeit, die vergeht, wenn die Läufergeschwindigkeit unter der erwünschten Geschwindigkeit liegt, während eines gegebenen Zeitintervalls. Die Öffnung und Schließung der Schaltkontakte kann dazu verwendet werden, eine Spannung zu erzeugen, welche proportional der Marke des Abstandsverhältnisses ist, beispielsweise durch Laden eines Kondensators, der als Reaktanz-Element des Modifikationskreises wirkt, wobei ein Entladeweg für den Kondensator über die Schaltkontakte vorgesehen wird. In diesem Fall kann die Spannungsänderung am Kondensator durch Anordnung eines Widerstandes in Serie mit den Schaltkontakten geglättet werden. Die Spannung am Kondensator entspricht der Marke des Raumverhältnisses der Schaltkontakte, geglättet durch den Kondensator selbst und den angeschlossenen Widerstand und diese Spannung erniedrigt sich in dem Maße, wie sich die Marke des Raumverhältnisses erhöht.

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Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Regelung der Stromzufuhr zu einer Last, welche einen Triac für die Regelung des Stromes aus einer Wechselstromquelle zu einer Last aufweist, sowie einen Zeitgeberkondensator der so geschaltet ist, daß er während jeder Wechselstromhalbperiode geladen wird, ferner ein Triggerelement zur Zuführung von Gate-Impulsen zum Triac, wenn die Spannung am Kondensator einen vorbestimmten Wert erreicht, sowie einen Zeitgeberwiderstand über den der Zeitgeberkondensator geladen wird, ferner eine Vollwegdiodenbrücke, deren Wechselstromanschlußpunkte so geschaltet sind, daß ein Teil des Ladestromes vom Zeitkondensator abgeleitet wird und so, daß ein weiterer Kondensator der mit den Gleichstromanschlußpunkten der Brücke verbunden ist, geladen wird, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß der abgeleitete Stromteil von der Spannung abhängt, die an dem besagten weiteren Kondensator ansteht und daß ein veränderlicher Widerstandsentladeweg für den besagten weiteren Kondensator vorhanden und innerhalb der Brücke angeordnet ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 ein Schaltdiagramm für eine erste Ausführungsform

der beiden Aspekte der Erfindung, Fig. 2 ein Schaltdiagramm einer weiteren Ausführungsform der

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Erfindung,

Fig. 3 ein Sehaltdiagramm einer dritten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 eine Montageanordnung des Aufnehmers, der bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 verwendet wird.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Wechselstromserien-Aufwickelmotor einen drehbaren Anker 4 sowie zwei Feldspulen 1 und 1' aufweist. Die entsprechenden Anschlußklemmen der Feldspulen 1 und 1' sind mit einer Wechselstromquelle verbunden, während die anderen Anschlußklemmen der Feldspulen über den Anker 4 des Elektromotors und ein Triac 5 miteinander verbunden sind, die sämtlich miteinander in Serie geschaltet sind. Ein Kondensator 2 und ein damit in Serie geschalteter Widerstand 3 sind mit der Anode und Kathode des Triacs 5 verbunden und dienen so als Schutznetzwerk für den Triac. Die Tatsache, daß die Feldspulen 1 und 1' mit dem Triac 5 und dem Anker in Serie geschaltet sind und zwischen diesen Komponenten und der Stromquelle angeordnet sind, tragen dazu bei Interferenzen zu vermeiden, die durch die Rückwirkung des Triacs auf die Hauptstromquelle zustande kommen könnten.

Durch entsprechende Steuerung des Triacs 5 kann der Strom und folglich die Leistung, die dem Anker 4 des Motors zugeführt wird gesteuert werden. Der Steuerkreis A für den Triac

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5 enthält einen Widerstand 6 und einen Kondensator 9, die zueinander in Serie geschaltet sind und den Triac 5 überbrücken sowie einen Widerstand 7 und ein Diac 8, die zueinander in Serie geschaltet sind und zwischen dem Gate des Triac 5 unter Verbindung des Widerstandes 6 mit dem Kondensator 9 liegen.

Es soll betont werden, daß der Schaltkreis Ά eine sogenannte Phasenregelung des Gates des Triacs 5 darstellt. Dies bedeutet, daß ein Gate-Impuls entsprechender Polarität während jeder Halbwelle der Stromquelle via Diac 8 an den Gate des Triacs 5 geleitet wird, wobei die Zeit, welche zwischen jedem Nulldurchgang des Hauptstromes und dem nächsten Gate-Impuls an den Triac 5 vergeht, durch die Zeitkonstante des Kreises A bestimmt wird. Während jeder Halbperiode des Hauptstromes wird der Kondensator 9 über den Widerstand 6 geladen, und wenn das Potential an diesem Kondensator einen vorbestimmten Wert erreicht, wird der Diac 8 getriggert, wodurch ein entsprechender Stromimpuls an das Gate des Triacs 5 geleitet wird. Wenn die Zeit zwischen jedem Nulldurchgang und dem nächsten Gate-Impuls ansteigt, nimmt der Energiebetrag der über den Triac 5 dem Motoranker 4 zugeleitet wird und folglich auch das Ankerdrehmoment ab. Sobald das Triac geöffnet ist, bleibt es leitfähig, bis die Hauptspeisespannung hinreichend abgefallen ist, so daß der Ankerstrom unter den Haltestrom des Triacs sinkt.

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Die Arbeit des Kreises A wird durch die Gegenwart des Kreises B modifiziert, der zum Kondensator 9 parallelgeschaltet ist. Es ist erkennbar, daß der Kreis B im wesentlichen einen Kondensator 10 aufweist, der in Serie mit einer Diodenbrücke liegt, die als Ganzes mit 18 bezeichnet ist. Die Brücke 18 enthält vier Dioden 11,12,15 und 17, die zu einer Vollweggleichrichteranordnung zusammengefügt sind, mit einem Paar gegenüberliegender Brückenanschlußpunkte, nämlich den Gleichst rompunkten, die beide mit einem Widerstand 14 zusammengeschaltet sind und einem Paar von Schaltkontakten 16, die in Serie mit dem Widerstand 14 liegen sowie einem Kondensator Die verbleibenden Anschlußpunkte, also die Wechselstrompunkte der Brücke sind mit der (in der Zeichnung) rechten Platte des Kondensators 10 verbunden und der unteren Platte des Kondensators 9. Wie später im einzelnen näher beschrieben wird, bilden die Schaltkontakte 16 Teil eines Drehzahlreglers, der an der Welle des Motors befestigt ist und die Kontakte 16 sind so angeordnet, daß sie schließen, wenn die Winkelgeschwindigkeit der Motorwelle einen vorbestimmten Wert erreicht.

Die Spannung am Kondensator 13 ist eine geglättete Gleichspannung, die dem Wert des Raumverhältnisses (Verhältnis der Öffnungszeit zur Schließzeit) des Kontaktes 16 entspricht; sie ist geglättet durch den Kondensator 13 und den Widerstand 14. In dem Maße, in dem das Raumverhältnis der Arbeitskontakte 16 ansteigt, fällt die Spannung am Kondensator 13 und um-

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gekehrt. Angenommen der Kondensator 13 sei ursprünglich ent-

laden, so ist erkennbar, daß der Kondensator über den Widerstand 6 und den Kondensator 10 und via Schaltnetzwerk mit den Dioden 11,12,15 und 17 geladen werden kann. So fließt der Ladestrom während einer halben Periode, während der die obere Feldspule 1 positiv im Verhältnis zur unteren Feldspule 1' ist über den Widerstand 6 und den Kondensator 10 und die Diode 11 zu der einen Platte des Kondensators und über die Diode 17 zu der anderen Platte des Kondensators. Der Kondensator 13 erfährt folglich eine Ladung, so daß seine linke Platte positiv gegenüber der rechten Platte wird. In gleicher Weise werden während einer Halbwelle, wenn die untere Feldspule 1' positiv gegenüber der oberen Feldspule ist, Ladeströme zur linken Platte des Kondensators 13 via Diode und zu deren rechter Platte via Diode 15, Widerstand 6 und Kondensator 10 fließen. Wiederum tendiert die linke Platte des Kondensators dazu, positiv gegenüber der rechten Platte zu werden. Abgesehen von den Restströmen der Dioden unter umgekehrtem Vorzeichen und den eigenen inneren Leckströmen besteht das einzige Mittel den Kondensator 13 zu entladen, im Weg über den Widerstand 14 und den Schaltkontakt 16. Wenn also die Kontakte 16 während der gesamten Zeit offen sind, steigt die Spannung am Kondensator 13 bis zur Volladung an. Wenn die Kontakte 16 schließen, wird der Kondensator 13 mit einer Zeitkonstante entladen, die durch die Kapazität des Kondensators

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13 und den Widerstandswert des Widerstandes 14 festgelegt ist.

Wird nun die Wechselwirkung zwischen den Kreisen A und B betrachtet/ so ist erkennbar, daß während jeder Halbperiode, bevor der Diac 8 triggert ein Ladestrom über den Widerstand 6 zum Kondensator 9 fließt. Die Stromstärke, die durch den Widerstand 6 fließen kann, ist durch dessen Widerstandswert begrenzt und hängt außerdem von der Spannung der Hauptstromquelle ab, so daß, unterstellt daß das Potential am Kondensator 9 nicht ausreicht, um den Diac 8 zu triggern der durch den Widerstand 6 fließende Strom entweder den Kondensator 9 oder den Kondensator 10 oder beide laden kann. Die Spannungsänderung an den Kondensatoren 9 und 10 hängt selbstverständlich von den Ladeströmen ab, die diesen Kondensatoren zugeführt werden und da der Gesamtstrom dieser Ladeströme durch den Widerstand 6 begrenzt ist, liegt es auf der Hand, daß, wenn ein größerer Strom zum Kondensator 10 fließt, der Spannungsanstieg am Kondensator 9 je Zeiteinheit geringer ist, so daß die erforderliche Zeit zwischen je einem Nulldruchgang und dem Triggern des Diac 8 (und folglich auch dem Durchschalten des Triac 5) größer wird. Der Ladestrom für den Kondensator 10 hängt von der Spannung der rechten Platte dieses Kondensators ab und diese Spannung ist wiederum durch die Spannung am Kondensator 13 bedingt.

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Angenommen der Motor läuft nun mit einer Geschwindigkeit, die größer ist als diejenige Ankergeschwindigkeit, bei der die Kontakte 16 schließen. Solange diese Situation anhält, wird die Schließzeit für die Kontakte 16 vergrößert, so daß auch das Verhältnis "mark to space" der Kontakte 16 ansteigt. Folglich fällt die Spannung am Kondensator 13, die von diesem Verhältnis abhängt und die über die Zeit geglättet ist ab, da der Kondensator über den Widerstand 14 entladen wird. Unter diesen Umständen fällt die Spannung am Kondensator 13 ab, je länger der Motor mit Übergeschwindigkeit läuft. Hat der Kondensator 13 lediglich eine geringe Ladespannung, kann andererseits ein verhältnismäßig großer Ladestrom über den Widerstand 6 zum Kondensator 10 fließen, so daß gewissermaßen Strom vom Kondensator 9 abgelenkt wird, mit dem Resultat, daß der Kondensator 9 nur sehr langsam aufgeladen wird. Die Werte für die einzelnen Komponenten werden vorzugsweise so ausgewählt, daß unter den beschriebenen Bedingungen das Diac 8 während jeder Halbperiode nur sehr spät triggert, falls überhaupt, mit dem Resultat, daß ein sehr geringer oder gar kein Strom an den Anker des Elektromotors geliefert wird.

Das Drehmoment des Ankers fällt folglich auf einen sehr niedrigen oder vernachlässigbar kleinen Wert, wodurch der Anker auf die gewünschte Geschwindigkeit abgebremst wird.

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Bei Geschwindigkeitsüberschreitung, d.h. also wenn die Ankergeschwindigkeit die erwünschte Geschwindigkeit übersteigt, steigt auch der Grad der Korrekturmaßnahmen, namentlich indem die Tastimpulse zum Triac 5 zurückgehalten werden und zwar um so mehr, je länger die Geschwindigkeitsüberschreitung anhält. Das Maß, in dem die Korrekturaktion ansteigt, wird durch die Zeitkonstante der Entladung des Kondensators 13 via Widerstand 14 bestimmt, wenn die Kontakte 16 geschlossen sind. Natürlich kann das Maß der Korrektion nicht ins Unermeßliche steigen und ist auf einen Wert begrenzt, der sich einstellt, wenn der Kondensator 13 vollständig entladen ist.

Tritt nun bei einer Erniedrigung der Last des Motors eine plötzliche Beschleunigung des Ankers durch den Bereich der gewünschten Geschwindigkeit mit hohem Ankerstrom ein und wird dann in der Folge der Ankerstrom unterbrochen, so daß die Erhöhung des Drehmomentes auf Null reduziert würde, wie dies bei einer einfachen Ein-Aus-Form der Geschwindigkeitsregelung der Fall wäre, so wird nun bei einem Lastwechsel der Anker durch die gewünschte Geschwindigkeit beschleunigt, sobald die Korrekturaktion in Form einer Zurückstellung der Gate-Impulse eintritt und diese Zurückstellung erhöht sich progressiv mit der Zeit, bis schließlich der Ankerstrom völlig abgestellt ist. Dies bedeutet, daß die Ankergeschwindigkeit langsam auf den gewünschten Wert zurückkehrt.

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Falls nun der Motor bei einer Geschwindigkeit unterhalb der Schließgeschwindigkeit der Kontakte 16 läuft, wird der Kondensator 3 voll geladen mit dem Ergebnis, daß die rechte Platte des Kondensators 10 auf einer entsprechenden Spannung gehalten wird. Wenn nun die Spannung nach einem Nulldurchgang wieder ansteigt, kann nur ein kleiner Strom durch den Widerstand 6 zum Kondensator 10 fließen, mit dem Resultat, daß nunmehr der Kondensator 9 geladen wird. Wenn die Spannung an diesem Kondensator 9 einen hinreichenden Wert erreicht, triggert der Diac 8 und liefert einen Impuls an das Gate des Triac 5 und ermöglicht so dem Ankerstrom für den Rest der angeschnittenen Halbperiode zu fließen. Die Einzelteilwerte im Kreis A und insbesondere der Widerstand 6 und die Kapazität des Kondensators 9 werden so gewählt, daß in dem Fall, daß der Kondensator 13 vollgeladen ist, die Ladung des Kondensators vermieden wird und der Kondensator 9 hinreichend schnell aufgeladen wird, so daß das Triac sehr früh während jeder Halbperiode geschaltet wird, mit dem Resultat, daß möglichst die gesamte zur Verfügung stehende Kraft dem Motoranker 4 zugeleitet wird. Es soll betont werden, daß der Widerstand 14 nur im Entladeweg des Kondensators 13 liegt und daß der Kondensator 13 seine Aufladung über die Diodenbrücke erfährt. Dies bewirkt, daß die Ladegeschwindigkeit des Kondensators 13 mit Rücksicht auf eine Motorgeschwindigkeit unterhalb der gewünschten Geschwindigkeit

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größer werden kann, als die Entiadegeschwindigkeit, wenn der Motor mit Übergeschwindigkeit läuft. Dies bedeutet, daß die Eingreifgeschwindigkeit des Korrektionsgliedes, insbesondere die dem Triac 5 zugeleiteten Gate-Impulse insbesondere, wenn der Motor mit Untergeschwindigkeit läuft stark gesteigert werden kann, so daß die Korrektion in diesem Fall verhältnismäßig früh eingreifen kann und folglich die Ankergeschwindikgkeit nicht unter einen unerwünschten niedrigen Wert absinkt.

Verhältnismäßig kleine Abweichungen der Ankergeschwindigkeit benötigen eine relativ kurze Korrektionszeit als größere und können korrigiert werden, bevor der Kondensator 13 einen seiner Grenzladezustände erreicht (d.h. voll entladen oder vollgeladen ist). Für verhältnismäßig kleine Abweichungen der Ankergeschwindigkeit sind demnach verhältnismäßig kleine Grade der Korrektur erforderlich, z.B. ein geringer Abfall der Geschwindigkeit kann ausgeglichen werden durch Einsatz des vollen Ankerstromes. Der Regelkreis arbeitet so, daß dem Anker stets genau die richtige Leistung zugeführt wird, um die erwünschte Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten .

Wie bereits beschrieben bilden die Schaltkontakte 16 einen Teil eines Drehzahlreglers an der Motorwelle und sind so angeordnet, daß sie sich schließen, wenn die Winkelgeschwin-

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digkeit der Welle über einen vorbestimmten Wert ansteigt. Ein derartiger Drehzahlregler kann z.B. ein Paar Arme enthalten, die von der Motorwelle getragen und auf dieser beweglich und derart angeordnet sind, daß sie ihren Neigungswinkel relativ zur Welle vergrößern, wenn auch die Zentrifugalkraft durch Vergrößerung der Winkelgeschwindigkeit der Welle ansteigt. Mit diesen beiden Armen kann dann ein weiteres Glied verbunden sein, welches einen der beiden Schaltkontakte trägt, wobei die Anordnung derart ist, daß sich bei Vergrößerung der Neigung der Arme relativ zur Welle das die Schaltkontakte tragende Glied axial zur Welle bewegt. Ein stationärer Kontakt kann dann relativ zu den erwähnten Kontakten angeordnet sein, so daß in dem Fall, wenn die Winkelgeschwindigkeit der Welle ein vorbestimmtes Maß erreicht, sich die Kontakte berühren. Die relative Lage der beiden Kontakte kann dabei einstellbar sein, so daß die Geschwindigkeit der Welle bei der sich die Kontakte schließen vorgewählt werden kann. Eine ähnliche Anordnung wie die oben beschriebene mit dem Unterschied, daß sich die Kontakte bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit öffnen, ist im britischen Patent Nr. 1 222 893 beschrieben und es ist für den Fachmann erkennbar, wie die dort dargestellten Kontakte angeordnet werden müssen, wenn sie sich bei überschreiten einer vorbestimmten Geschwindigkeit schließen sollen.

Es soll hervorgehoben werden, daß obgleich das Halbleiter-

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schaltelement vorzugsweise ein Triac ist, dies nicht unbedingt sein muß. Z.B. können auch zwei gegeneinandergeschaltete SCR in Brückenanordnung verwendet werden.

Desgleichen sind beträchtliche Variationen im Hinblick auf die Wirkungsart der Schaltkontakte möglich. So könnte beispielsweise die Kreisanordnung dahingehend geändert werden, daß Kontakte verwendet werden, die sich bei Erreichen oder überschreiten einer vorbestimmten Geschwindigkeit öffnen, in welchem Fall z.B. der in der britischen Patentschrift 1 222 893 beschriebene Drehzahlregler ohne Abänderung verwendet werden kann.

Fig. 2 zeigt eine derartige Ausführungsform, in der grundsätzlich gleiche Bezugszeichen für gleichfunktionierende Teile wie in Fig. 1 verwendet sind. Der grundsätzliche Unterschied zwischen dieser Ausführungsform und derjenigen gemäß Fig. ist der, daß die Ausführungsform gemäß Fig. 2 mit einem Paar Schaltkontakten 16' arbeitet, die sich bei ansteigender Ankerdrehgeschwindigkeit öffnen. Die Spannung am Kondensator 13 innerhalb der Diodenbrücke steigt deshalb um so mehr an, je länger der Motoranker 4 bei einer Geschwindigkeit oberhalb derjenigen verharrt, bei der die Kontakte 16 offen sind und im Hinblick darauf ist der Kreis derart abgeändert, daß der Leitwinkel abfällt, wenn der Kondensator 13 aufgeladen wird.

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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist deshalb der Wert des Zeitwiderstands 6¹ so gewählt, daß bei geladenem Kondensator 13 der Gate-Impuls für den Triac 5 während jeder Halbperiode spät abgegeben wird, falls überhaupt. Die Diodenbrücke ist mit dem Widerstand 20 in Serie geschaltet und erzeugt einen Alternativ-Pfad für den Ladestrom des zeitbestimmenden Kondensators 9. Je niedriger folglich die Spannung am Kondensator 13 ist, je mehr Strom fließt zu diesem Kondensator über die Diodenbrücke, wodurch der Ladestrom via Widerstand 20 zum Kondensator 9 erhöht wird. Je niedriger folglich die Spannung am Kondensator 13 ist, je früher wird bei jeder Halbperiode ein Gate-Impulse zum Triac 5 gelangen und folglich um so größer ist die an den Motoranker 4 gelieferte Leistung. Es muß hervorgehoben werden, daß durch Wahl des Widerstandes 20 die maximale an den Motorläufer 4 gelieferte Leistung eingestellt werden kann.

Abgesehen von den erwähnten Unterschieden arbeitet die Ausführungsform gemäß Fig. 2 im wesentlichen analog zu der gemäß Fig. 1. Ebenso wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist die Spannung am Kondensator 13 repräsentativ für das Verhältnis Marke zu Abweichung bei der Arbeit der Schaltkontakte und die Spannung wird geglättet durch den Widerstand 14. Wenn der zu regelnde Motor schneller oder langsamer läuft, greift die Regelung mit ansteigender Progression ein, je nachdem, wie lange die Abweichung anhält, so daß ein gleich-

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mäßiges Arbeiten des Motors gewährleistet ist.

Die Schaltwirkung der Schaltkontakte, gleichgültig ob diese so angeordnet sind, daß sie sich schließen oder öffnen, wenn eine vorbestimmte Geschwindigkeit erreicht ist, kann auch auf anderem Wege erzielt werden. So z.B. könnte ein Schalter vorgesehen sein, der bei jeder Umdrehung des Ankers in Tätigkeit tritt; ein derartiger Schalter könnte z.B. mechanisch, magnetisch oder optisch funktionieren und von einem derartigen Schalter könnte eine Impulsform erzeugt werden, die dem Verhältnis der eingestellten Marke zur Abweichung entspricht, entsprechend dem Verhältnis der Zeit, über die der Anker sich oberhalb oder unterhalb der gewünschten Geschwindigkeit befindet. Eine derartige Anordnung würde jedoch komplizierter sein als die spezielle einfache und effektive Anordnung gemäß den Ausführungsformen der Fig. 1 und 2.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist im allgemeinen ähnlich der gemäß Fig. 1 und die nachfolgende Beschreibung will deshalb im wesentlichen nur auf die Unterschiede eingehen. Da ist ein kleiner Unterschied im Zeitkreis insofern, als der Widerstand 6 mit der Verbindungsstelle des Widerstandes 2 und des Kondensators 3 verbunden ist sowie auch mit dem oberen Ende (in der Figur) des Widerstandes 2; der wesentliche Unterschied besteht allerdings im Schaltblock B. Anstelle des Schaltkontaktes 16 ist ein npn-Transistor 51 und eine Auf-

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nahmespule 50 vorgesehen, die zwischen den Emitter und die Basis des Transistors 51 geschaltet ist. Die Aufnahmespule wirkt mit einem oder mehreren Permanentmagneten zusammen, die am Anker des Motors befestigt sind und mit diesem umlaufen; die Aufnahmespule 50 ist derart am Umlaufweg des Permanentmagnetes oder der Permanentmagnete angeordnet, daß EMK-Impulse in der Spule induziert werden, entsprechend der Änderung des Magnetflusses der durch die Rotation des Magnetes oder der Magnete entsteht. Je schneller der Motoranker 4 umläuft, um so größer wird offenbar die Amplitude der in der Aufnahmespule 50 induzierten EMK-Impulse, die an die Basis des Transistors 51 gelangen. Jeder Impuls der Aufnahmespule 50 veranlaßt den Transistor 51 leitfähig zu werden und dabei einen Entladeweg für den Kondensator 13 via Widerstand 14 zu bilden, so daß der Kollektorstrom des Transistors 51 mit steigender Ankerumlaufgeschwindigkeit ansteigt.

Angenommen der Kondensator 13 ist zu Beginn einer Halbperiode ursprünglich völlig entladen, so wird dieser mit ansteigender Spannung des Ladestromes via Kondensator 10 und den entsprechenden Dioden der Brücke, beispielsweise der Dioden 11 und 17 geladen, die gerade während der Halbperiode leitend sind. Der Kondensator 9 lädt sich langsamer auf, als wenn der Blockkreis B nicht vorhanden wäre und dies führt schließlich dazu, daß der Diac 8 keine Impulse zum Gate des Triacs 5 liefert. Da der Kondensator 13 innerhalb der Diodenbrücke

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angeordnet ist und der einzige Weg über den er entladen werden kann über den Widerstand 14 und die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors 51 führt, hängt der effektive Widerstand des Entladungsweges von der Amplitude der Impulse ab, die über die Aufnahmespule 50 zugeführt werden und folglich auch von der Drehgeschwindigkeit des Ankers 4. Es ist hervorzuheben, daß der Block B und ebenso die Drehgeschwindigkeit des Ankers 4 im Gleichgewicht sind, wenn die Lade- und Entladeströme des Kondensators 13 ausbalanciert sind. Wenn folglich die Ankerdrehgeschwindigkeit größer ist, als diesem Gleichgewichtswert entspricht, tendiert die Spannung am Kondensator 13 dazu abzufallen und folglich über den Kondensator 10 durch Stromabzweigung vom Kondensator 9 wieder aufgeladen zu werden. Als Resultat hiervon wird die Zündung des Triacs 5 während jeder Halbperiode verzögert, so daß das Ankerdrehmoment und folglich die Ankerdrehgeschwindigkeit zurück bis zum Gleichgewichtswert fallen, wobei sich dieser Prozeß fortsetzt, bis das Gleichgewicht tatsächlich erreicht ist. Desgleichen wird, wenn der Motor unterhalb des Gleichgewichtswertes läuft der Kondensator 13 stärker geladen, so daß der gesamte Ladestrom vom Zeitwiderstand 6 zum Laden des Kondensators 9 zur Verfügung steht. Die Zündung des Triacs 5 während jeder Halbperiode wird folglich beschleunigt, so daß das Ankerdrehmoment und folglich auch die Ank-ergeschwindigkeit ansteigen. Auch dieser Prozeß setzt sich fort, bis die Ankerdrehgeschwindigkeit den Gleichgewichtswert erreicht hat.

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Es muß hervorgehoben werden, daß bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung die Spannung am Kondensator 13 eine bestimmte Zeit benötigt, um ihren Wert zu ändern und es durch entsprechende Wahl der mit dem Kondensator 13 verbundenen Zeitkonstante möglich ist, den Kreis so einzurichten, daß eine weiche Korrektur im Hinblick auf plötzliche Änderungen beispielsweise des Lastmomentes eintritt. Die Tatsache, daß der Kondensator 13 mit den Gleichstromanschlüssen einer Vollwegbrücke verbunden ist, ermöglicht diesem Kondensator Einfluß auf den Ladevorgang des Kondensators 9 während der positiven und negativen Halbwelle zu nehmen, wobei es,gleichzeitig möglich ist, daß die Spannung am Kondensator 13 eine konstante Polarität beibehält, so daß die mit diesem Kondensator 13 verbundene Zeitkonstante größer werden kann, insbesondere, falls erwünscht, als die Periodendauer der Speisestromquelle.

Fig. 4 zeigt, wie die Aufnahmespule 50 am Motor befestigt werden kann. Wie dargestellt erstreckt sich die Motorwelle, die die Armatur trägt, von einem Ende des Motorgehäuses 53 und es ist eine Verdickung 54 vorgesehen, die ihrerseits ein Kühlgebläse 55 für den Motor trägt. Desgleichen ist an der Verdickung 54 eine Permanentmagnetanordnung 56 angebracht, die vier Magnetpolpaare aufweist, welche Magnetpolpaare gleichwinklig voneinander angeordnet sind. Die Aufnahmespule 50 ist auf einer Montageplatte 52 angeordnet, welche mit Hilfe

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eines Gelenkes 57 klappbar an einem Trageglied 58 befestigt und mit dem Motorgehäuse 53 verbunden ist. Am Ende der Montageplatte 52 entgegengesetzt zum Gelenk 51 ist die Montageplatte 52 mit einem Stellrad 59 verbunden, welches durch Drehen gestattet den Spalt zwischen den Magneten der Anordnung 56 und dem Polstück der Aufnahmespule 50 genau einzustellen. Je
enger die Polstücke an die Magnetanordnung 56 herangebracht werden, um so größer ist naturgemäß für jede gegebene Ankergeschwindigkeit die Amplitude der Impulse, die in der Aufnahmespule 50 induziert werden und um so höher ist der durchschnittliche Entladestrom durch den Widerstand 14. Dies bedeutet, daß ein besonders einfacher Weg zur Einstellung der Gleichgewichtsgeschwindigkeit des Motors darin besteht, das Stellrad 59 zu adjustieren und so den Spalt zwischen der Magnetanordnung 56 und den Polstücken der Aufnahmespule 50 zu verändern, bis die erwünschte Ankergeschwindigkeit erreicht ist.

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Claims (23)

Kenwood Manufacturing Company, Limited, London WC2H 9ED (England) Patentansprüche

1.jVorrichtung zur Regelung der Leistungszufuhr zu einer Last, bestehend aus: einem Halbleiter-Schaltelement zur Regelung des Stromes aus einer Wechselstromquelle zu einem Verbraucher; einer Schaltanordnung zur Lieferung von Öffnungsimpulsen zum Halbleiter-Schaltelement, um dieses nach dem Phasenanschnittsverfahren zu schalten, welcher Schaltkreis enthält: (A) ein Zeitglied mit Widerstand und Reaktanz, durch die eine Zeitkonstante definiert wird, gekennzeichnet durch einen Schaltkreis (B), der die Zeitkonstante in Abhängigkeit eines Regelsignals modifiziert, urn auf diese Weise eine variable Farbenregelung der Arbeit des Halbleiter-Schaltelementes (5) zu erhalten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Phasenregelschaltkreis das Halbleiter-Schaltelement über einen Phasenwinkelbereich schaltet, dadurch gekennzeichnet, daß die unmodifizierte Zeitkonstante, welche durch die Widerstände

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ORIGINAL INSPECTED

(6;6') und die Reaktanz (9) festgelegt ist, einem der Grenzwerte des Leitwinkels und des Modifikationskreises (B) entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unmodifizierte Zeitkonstante dem kleinsten Leitungswinkel des Bereiches entspricht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unmodifizierte Zeitkonstante dem größten Leitwinkel des Bereiches entspricht.

5. Anordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Modifikationskreis (B) eine weitere Reaktanz (13) enthält, die vorhanden ist um das Signal zwischen aufeinanderfolgenden Halbperioden der Quelle und einer Vollweg-Dioden-Brücke (11;12;15;17) zu speichern, deren Wechselstromanschlüsse mit dem Zeitkreis verbunden sind und wobei die zusätzliche Reaktanz (13) mit deren Gleichstromanschlüssen verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstromanschlüsse der Brücke (11;12;15;17) zu einem Widerstand (6¹) des Zeitkreises parallelgeschaltet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

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die Wechselstromanschlüsse der Brücke zu einer Reaktanz (9) des Zeltkreises parallelgeschaltet sind.

8. Anordnung nach Anspruch 5,6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktanz (9) des Zeitkreises ein Kondensator ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (9) so angeordnet ist, daß er über die Widerstände (6;6*) während der Halbwellen der Wechselstromquelle geladen wird und der Modifikationskreis (B) so wirkt, daß der Ladestrom des Kondensators (9) geteilt wird.

10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Reaktanz (13) ebenfalls ein Kondensator ist.

11. Anordnung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Modifikationskreis (A) so geschaltet ist, daß das Stromverhältnis von der Spannung am Kondensator (13) abhängt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Entladungsweg (14;16) am Kondensator (13) im Innern der Brücke (11;12;15;17) vorhanden ist und die Anordnung derart ist, daß die Leitfähigkeit des Entladungsweges vom Steuersignal abhängt.

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13. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Modifikationskreis einen Wandler (16) enthält, der einen geschlossenen Regelkreis für die Last (4) herstellt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Wandlers (16) die Leitfähigkeit des Entladungsweges steuert.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Last (4) ein Elektromotor ist und der Wandler (16) für die Erzeugung eines von der Drehgeschwindigkeit des Motorläufers abhängigen Signales eingerichtet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung derart ist, daß das von der weiteren Reaktanz (13) gespeicherte Signal dem Verhältnis entspricht, in dem während einer Zeitperiode die Motorlaufgeschwindigkeit einen vorgegebenen Geschwindigkeitswert über- oder unterschreitet.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (16) ein mechanisches SchaItkontaktpaar ist, das in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Laufgeschwindigkeit seinen Schaltzustand ändert.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17 und 10,11 oder 12, dadurch

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gekennzeichnet, daß die Schaltkontakte (16) mit einem weiteren Kondensator (13) parallelgeschaltet sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17 und 10,11 oder 12, dadurch gekennzeichnet , daß der Wandler eine Abtastspule (50) ist, die so angeordnet ist, daß in ihr Spannungsimpulse induziert werden, deren Amplitude der Motorlaufgeschwindigkeit proportional ist und daß die Spule (50) auf einen Transistor (51) einwirkt, der den weiteren Kondensator (13) überbrückt.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (50) auf einen Teil (52) angeordnet ist, welches im Bewegungsbereich wenigstens eines Magneten (53) zu diesem hin- und von diesem fortbewegbar ist, welcher Magnet vom Motorläufer getragen wird und zum Einregeln der Läufergeschwindigkeit dient.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein Spaltmotor ist und daß die Feldspulen (1;1') in Serie mit den Halbleitschaltelement

(5) geschaltet sind.

22. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiter-Schaltelement (5) ein Triac ist.

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23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem Gate des Triacs und dem Zeitkreis ein Diac (8) angeordnet ist.

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