DE2806907C3 - Anordnung zur Steuerung der Drehzahl eines Einphasen-Reihenschluß-Kommutatormotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung der Drehzahl eines Emphasen Reih Anschluß-Kommutatormotors in Ausführung nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruches.

Eine beispielsweise aus der DE-AS 17 63 047 bekannte Anordnung dieser Art enthält symmetrische Thyristoren (Diac) ohne Steueranschluß, welche mittels eines ihren Leistungsklemmen zugeführten Spannungsimpulses von verhältnismäßig hohem Wert gezündet werden und dann während der Restdauer der Halbwelk der an ihnen anstehenden Spannung bis zu deren Nulldurchgang durchlässig sind. Diese Art der Zündung der symmetrischen Thyristoren begründet deren wesentlichen Nachteil, denn es werden Zündimpulse von über 300 V benötigt. Überdies werden bei der bekannten Schaltungsanordnung gerade im Stellbereich geringer Drehzahlen bei der Zündung Halbwellen übersprungen oder ausgelassen, was sich vornehmlich im Betriebszustand des langsamen Laufes der angetriebenen Maschine, bei der deren Schwungmoment noch nicht wesentlich ausgleichend wirken kann, durch starke Ungleichförmigkeit bemerkbar macht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerschaltung für die Drehzahlsteuerung eines Einphasen-Reihenschluß-Kommutatormotors zu schaffen, die es ermöglicht, daß der Motor über den gesamten, mit einem einfachen Steuerabgriff stellbaren Drehzahlbereich sehr gleichmäßige Laufeigenschaften zeigt, so daß auch bei langsamen Drehzahlen ein sehr ruhiger, jedenfalls von der Antriebsseite hef vibrationsfreier Lauf der vom Motor angetriebenen Maschine erreicht wird.

Die Lösung dieser Aufgabe geschieht mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches,

Es ist zwar an sich aus der CH-PS 4 43 457 bekannt, durch Steuerelektroden gezündete Thyristoren in Antiparallelschaltung zu betreiben, doch werden nach dieser bekannten Schaltung für jeden Thyristor und damit für die positive bzw. negative Spannungshalbwelle eigene Steuerschaltungen vorgesehen, so daß keine ■i direkte Kopplung der beiden Thyristoren durch einen gemeinsamen Spannungsabgriffspunkt der Steuerschaltung vorliegt

Eine Phasensteuerschaltung für eine Halbwille mit einem Thyristor, wie sie in der Fig. 1 der Zeichnung

Ό dargestellt ist, stellt als bekannte Steuerschaltung die Grundlage für die erfindungsgemäße Anordnung dar. Sie soll zum besseren Verständnis der Erfindung nachstehend kurz erläutert werden.

Die Wechselspannungsquelle ist in der F i g. 1 mit AC

'S bezeichnet, ein Einphasen-Reihenschluß-Kommutator-Motor mit M, und ein in Reihe mit dem Motor liegender Thyristor mit SCRi, über den die Drehzahlsteuerung vorgenommen wird. Der Phasenanschnitt der Wechselspannungsquelle wird mit Hilfe des Thyristors gesteuert und die so gewonnene Spannung dem Motor zugeführt Ein Widerstand R1, ein Stellwiderstand VR, ein Kondensator Cl und eine Diode Di bilden eine Schaltung, mit der eine Bezugsspannung erzeugt wird, um dem Thyristor SCR 1 einen Triggerstrom zuzuführen. Die die Bezugsspannung erzeugende Schaltung ist mit dem Steueranschluß G 1 des Thyristors SCR 1 über eine Diode D 2 und den Stell&bgriff MC verbunden, der durch einen Steller betätigt wird, um auf diese Weise aus der die Bezugsspannung erzeugenden Schaltung eine Teilspannung zu entnehmen. Zum Schutz des Steueranschlusses G 1 des Thyristors SCR 1 sind ein Widerstand R 2 und ein Kondensator C2 vorgesehen. Wenn die Spannung dem Thyristor SCR 1 in Durchlaßrichtung des Thyristors zugeführt wird, wird am Stellwiderstand VR eine Spannung Ei in der mit Pfeil dargestellten Richtung zwischen der Diode D 1 und dem Abgriffspunkt des Abgriffs MC erzeugt, und die Spannung kann dann durch Verschieben des Abgriffs MC auf dem Stellwiderstand VR eingestellt werden. Zum anderen wird, wenn der Motor Mläuft, eine Gegen-EMK E2 im Motor proportional zur Motordrehzahl erzeugt, in entgegengesetzter Richtung zur Spannung Ei. Die Gegen-EMK E2 während der Nichtleitungsperiode des Thyristors SCR 1 basiert auf dem Restmagnetismus, der während der voi angehenden leitenden Periode des Thyristors aufgebaut wurde. Es wird deshalb der Steuerelektrode G1 des Thyristors SCR 1 eine Triggerspannung EX-E2 zugeführt, und der Thyristor wird gezündet, wenn die Triggerspannung den Zündspannungswert erreicht, und zwar in Übereinstimmung mit den Spannungswellen der Spannungsquelle.

Wenn die Belastung ansteigt und die Drehzahl des Motors absinkt, nimmt auch die Gegen-EMK Ξ2 ab. was einen Anstieg der Triggerspar.nurg EX-E2 zui Folge hat, was zu einer Beschleunigung der Zündphase (frühere Zündung) und damit einem Anwachsen des Motordrehmoments führt. Damit läßt sich also ein Rückkopplungseffekt erzielen. Die in der Fig. 1 dargestellte Schaltung ist jedoch eine Steuereinrichtung für die Phasensteuerung nur einer Halbwelle; eine Vollwellen-Spannüngssteuerung für den Motor M ist mit ihr nicht zu erzielen, Der Elektromotor, der dafür ausgelegt ist, bei Speisung mit einer Vollwellenspannung seine hohe Drehzahl zu erreichen, läßt sich zwar gut mit dieser Halbwelleri-Phasenanschnittssteüerung steuern, doch kann man eine hohe Drehzahl auf diese Weise nicht erhalten. Damit mit Hilfe dieser Steuerschaltung der Motor auch eine hohe Drehzahl erreicht,

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muß er besonders umgestaltet werden, denn nur so kann bei der beschriebenen Halbwellen-Phasenanschnittssteuerung eine hohe Drehzahl erzielt werden. Andererseits kann der Thyristor SCR 1 in der Steuerschaltung durch einen besonderen Schalter kurzgeschlossen werden, wenn die Forderung nach hoher Drehzahl des Motors besteht. Ein speziell umgestalteter Motor läßt sich zum einen nicht mehr mit der vollen Spannung betreiben, und außerdem werden solche Motoren klobig. Das Kurzschließen des Thyristors SCR 1 andererseits steht einer guten Steuerung des Motors entgegen, denn der Motor steigert seine Drehzahl plötzlich von einer mittleren Drehzahl auf den Höchstwert. Darüber hinaus muß ein verhältnismäßig komplizierter Verbindungsmechanismus zwischen dem besonderen Schalter und dem Abgriff MC vorgesehen werden_: und außerdem muß der Thyristor SCR 1 vor der Stoßspannung geschützt werden, die im Schaltaugenblick beim Öffnen und Schließen auftritt.

Die nähere Erläuterung der Erfindung erfolgt anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 eine herkömmliche Drehzahlsteutrichaltung für einen Elektromotor der genannten Art;

F i g. 2 eine erste Ausfühningsfonn der erfindungsgemäßen Drehzahlsteuerschaltung;

F i g. 3 die erfindungsgemäße Drehzahlsteuerschaltung in einer zweiten Ausführungsform und

F i g. 4 ein dritter. Ausführungsbeispiel der Drehzahlsteuerschaltung nach der Erfindung.

Die Drehzahlsteuerschaltung gemäß Fig. 2 basiert auf der in Fig. 1 gezeigten bekannten Steuerschaltung. In ihr sind enthalten: Ein Thyristor SCR 1 und ein zweiter Thyristor SCR 2, die gegenparallel zueinander geschaltet sind, so daß der Thyristor SCR 1 die Halbwellenphasensteuerung von niedrigen bis zu mittleren Drehzahlwerten des Motors übernimmt und der Thyristor SCR 2 die zusätzliche Steuerung der entgegengesetzten Halbwellenphase von mittlerer bis zu hoher Motordrehzahl. Zusammen sorgen die Thyristoren SCR 1 und SCR 2 dafür, daß die Spannung der Wechselstromquelle durch Vollwelleri-Phasenanschnittssteuerung gesteuert wird. D1, D 3. D 4 und D 5 sind Dioden, mit denen die Volkvelle der Spannungsquelle so gleichgerichtet wird, daß die Bezugsspan- nungsschaltung über die gesamte Periode wirksam ist. Als Folge davon wird die Spannung Kl, die zwischen dem Stellwiderstand VR und der Diode D 1 oder der Diode D5 erzeugt wird, eine Vollwellenspannung in der durch Pfeil angedeuteten Richtung, im Gegensatz zu der entsprechenden Spannung El in Fig. I, die nur eine Halbwellenspannung ist.

Der Thyristor SCR 2 hat einen Steueranschluß C 2, der über einen Widerstand /?3 und eine Diode Dd mit dem Abgriff MC verbunden ist. Der Widerstand R 3 verringert die Empfindlichkeit des Thyristors SCR 2 im Vergleich zum Thyristor SCR 1, dessen Steueranschluß G 1 unmittelbar mit dem Abgriff MC verbunden ist. Ein Schutzwiderstand A4. der einen kleineren Wert als der Widerstand R 2 hat, senkt abermals die Empfindlichkeit des Thyristors SCR2. Somit ist in der Steuerschaltung gemäß Fig.2 der Thyristor SCR2 so angeordnet, daß er erst zündet, nachdem der Zündbereich des Thyristors SCR 1 bereits in einem gewissen Maß vorangeschritten ist, wenn der Abgriff MC verschoben ist. C3 ist ein Zündelektroden-Schützkondensator für den Thyristor SCR2, der dem gleich wirkenden Kondensator C2 am Thyristor SCR 1 vergleichbar ist.

Wenn in der F i g. 2 der Abgriff MC um ein bestimmtes Stück nach links verschoben wird, zündet nur der Thyristor SCR 1. Für diesen Fall ist die im Motor M erzeugte Gegen-EMK V2 der Gegen-EMK E2 aus F i g. 1 nach Wert und Richtung gleich. In diesem Steuerbereich befindet sich also nur der Thyristor SCR 1 in gezündetem Zustand, wobei die Triggerspannung Vl-V2 gleichermaßen wie im Falle der Fig. 1 zugeführt wird, und die Drehzahlsteuerung des Motors wird mit demselben Rückkopplungseffekt wie beim Stand der Technik durchgeführt

Wenn der Abgriff MC dann weiter nach links verschoben wird, wird zusätzlich neben dem Thyristor SCRl auch der Thyristor SCR 2 gezündet, in dem Phasenbereich, in dem dem Thyristor die Spannung der Wechselstromquelle in Durchlaßrichtung zugeführt wird, und der Elektromotor M wird mit einem asymmetrischen Wechselstrom betrieben. Betrachtet man die Triggerspannung Kl- V2 des Thyristors SCR 1 in diesem Steuerbereich, während ter Motor M vom Strom getrieben wird, der durch den "Tiyristor SCR 2 fließt, während der Thyristor SCR 1 nicht-leitend ist, dann ist die Gegen-EMK V2 entgegen der Richtung gerichtet, die durch den Pfeil angedeutet ist, so daß der Rückk--pplungseffekt des Motors nicht mehr vorhanden ist. Da andererseits im Hinblick auf den Thyristor SCR 2 der Motor M sich nicht innerhalb des Schaltkreises befindet, durch den der Zündelektrodenstrom des Thyristors SCR 2 fließt, setzt sich die friggerspannung nur aus der Differenz zwischen der Spannung Kl und der durch den Widerstand R 3 verminderten Triggerspannung iusammen, und der Rückkopplungseffekt kann ebenfalls nicht auftreten. Es sei jedoch vermerkt, daß der Rückkopplungseffekt in diesem Steuerbereich (von mittlerer bis hoher Drehzahl) nicht benötigt wird, da der Lauf des Motors durch das Schwungmoment der Last stabilisiert ist.

Fig.3 zeigt eine zweite Ausführuiigsfor.i der erfindungsgemäßen Schaltung, bei welcher die Kombination des Stellwiderstandes VR und des Abgriffs MCm F1 g. 2 durch eine Kombination eines Stellwiderstandes VR', eines Widerstandes /?6 und eines Spannungsteilerabgriffs DP ersetzt ist. Der Spannungsteilerabgriff DP ist an die Verbindungsstelle zwischen dem Stellwiderstand VR' und dem Widerstand R6 geführt, so daß durch Verstellen des Stellwiderstandes VR' die Teilerspannung verändert werden kann. Diese Widerstands-Abgriff-Kombination läßt sich auch bei der Schaltung gemäß F i g. 4 einsetzen.

Ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung ist in Fig.4 dargestellt, bei der ein Widerstand R 5 und e-n Kondensator C4 zusätzlich parp'le! zwischen die Diode DX und den Verbindungspunkt des Stellwiderstandes VR mit der Diode D 5 in Fig. 2 eingesetzt sind. Im Gegensatz zu dir Ausführungsform nach Fig. 2, bei welcher der Bezugsspannungsschaltkrei' gemeinsam für den Thyristor SCR 1 und den Tliynstc SCR 2 verwendet wird, wird der Bezugsspannungsscii >ltkreis bei der F i g. 4 wie im Falle der F i g, 2 wirksam, watirend die Speisespannung dem zweiten Thyristor SCR 2 in Durchlaßrichtung; zugeleitet wird. Während die Speisespannung dem ersten Thyristor SCR 1 in Durchlaßrichtung zugeführt wird, wird die Bezugsspannungsschaltung zusammen mit der Parallelschaltung des Widerstandes R 5 und des Kondensators CA wirksam. Beim Anlauf des Motors M, wenn der Abgriff MC am Stellwiderstand VR nach rechts geschoben ist, erhält der Steuerelektrödeneingang G 1

des ersten Thyristors SCRi eine Triggerspannung E3-V2 in Abhängigkeit von der Gleichspannung £3, die auf beiden Seiten des Widerstandes R 5 erzeugt wird, während dem Steueranschluß C 2 des zweiten Thyristors SCR2 keine Triggerspannung zugeleitet wird, weil die Spannung Vi Null ist. Wenn der Motor M anläuft, und in diesem Augenblick mit der niedrigsten Drehzahl laufen soll, kann man eine unnötige Verschiebung des Abgriffs /V/Cunterlassen, so daß der Motor M keinen unnötigen Äntriebsslrom erhält. Gleichzeitig kann mit weiterer Verbesserung der Empfindlichkeit für das Vorspannen der Betriebszeit der Thyristoren SCR i und SCR2 und durch Ausnutzen der Eigenschaften einer niedrigeren konstanten,- gesteuerten Drehzahl des Motors M mit der Spannung Vi die Steuerschaltung ζ. B. bei einer Nähmaschine eingesetzt werden, die intermittierend arbeiten muß, um größe Zwischenstiche machen zu können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Steuerung der Drehzahl eines Einphasen-Reihenschluß-Kommutatormotors, der in Reihe mit einer beide Wechselspannungshalbwel-Ien in Phasenanschnitt steuernden Thyristorschaltung an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen ist, mit einer ebenfalls direkt an der Wechselspannungsquelle angeschlossenen, eine Bezugsspannung erzeugenden Steuerschaltung, bei der die Bezugsspannung an einem einstellbaren Spannungsteilerpunkt abgenommen ist und zur Phasenanschnitt-Steuerung der Thyristorschaltung dient, derart, daß der Motor bei Veränderung der Bezugsspannung sowohl mit Halbwellen- als auch mit Vollwellen-Speisung betrieben ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Motorspeisung zwei Einweg-Thyristoren (SCRu SCR₂) in Antiparallelschaltung vorgesehen sind und daß die Bezugsspannung (Vi) an die Steuerelektrode (Gi) des einen Thyristors (SCRi) direkt und an die Steuerelektrode (G₂) des zweiten Thyristors (SCR₂) mit herabgesetztem Spannungswert herangeführt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine von der Bezugsspannung gespeiste Widerstands-Spannungsteilers ^haltung (R₃, Ra), deren Spannungsteilerpunkt mit der Steuerelektrode (G₂) des zweiten Thyristors (SCR₂) verbunden ist