DE2914837A1

DE2914837A1 - Steuereinrichtung fuer einen naehmaschinen-antriebsmotor

Info

Publication number: DE2914837A1
Application number: DE19792914837
Authority: DE
Inventors: Michio Hisatake; Hachiro Makabe; Akira Orii; Kazuo Watanabe; Kazuji Yamamoto
Original assignee: Janome Sewing Machine Co Ltd
Current assignee: Janome Corp
Priority date: 1978-04-12
Filing date: 1979-04-11
Publication date: 1979-10-18
Also published as: US4323833A

Description

P-54329-527 -"3 "

JANOME SEWING MACHINE CO., LTD., No. 1-1, 3-chome, Kyobashi, Chuo-ku, Tokyo/Japan

Steuereinrichtung für einen Nähmaschinen-Antriebsmotor

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Steuereinrichtung für einen Nähmaschinen-Antriebsmotor

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für den Antriebsmotor einer Nähmaschine, mit der eine exakte und stabilisierte Steuerung für den Antriebsmotor von geringer Drehzahl bis zu hoher Drehzahl und umgekehrt einschließlich der Anhaltesteuerung des Motors durchgeführt werden kann.

Das herkömmliche Steuersystem zeigt die Figur 1, in welcher eine Wechselspannungsquelle 1 über eine Vollwellenbrückenschaltung mit Thyristoren 2 und Dioden 3 einen Gleichstrommotor speist. Die Thyristoren 2 sind phasengesteuert mit Hilfe einer nicht dargestellten Zündelektrodensteuerung, die mit den Zünd- oder Steuerelektroden G_ in Verbindung steht, und die Drehzahlsteuerung des Motors 4 erfolgt über die phasengesteuerte Spannung. Mit den Bezugszeichen 5 und 6 sind Anker und Feldwicklung des Motors 4 bezeichnet, während die Bezugszeichen 7 und 8 Umpolungsgleichrichter-Dioden bezeichnen. Ein Bremsthyristor 9 liegt parallel zum Anker 5, so daß er den Strom in derselben Richtung wie der Motor-Steuerthyristor 2 durchlassen kann. Er erhält sein Steuersignal (nicht dargestellt) an seiner Zündelektrode G_q, um die im Anker 5 erzeugte EMK während der Bremsperiode des Motors kurzzuschließen, so daß die Rotationsenergie des Ankers in seinem Innenwiderstand selbst verbraucht wird, Fig. 2 zeigt gegeneinander die einzelnen Betriebsbedingungen der Schaltkreiselemente während der Antriebs- und der Bremsperiode des Motors. Mit G₂ ist angezeigt, ob ein Zündsignal an den Motorsteuerthyristoren 2 vorhanden ist oder nicht, und die Zeitspanne t^-t- mit hohem Pegel bedeutet, daß die Thyristoren 2 durch Phasensteuerung auf Durchlaß betrieben werden. G„ zeigt den Zündsignalpegel des Bremsthyristors 9, der in der Zeitspanne t_-t., in der der Pegel 9 zum Bremsen des Motors hoch ist, leitend ist. N gibt die Drehzahl des Motors 4 wieder, der während der Zeitspanne t₁-t₉, in der das Zündsignal G₀ auf die Thyristoren 2 gegeben wird, während der Thyristor 9

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kein Zündsignal erhält, der Motor mit seiner durch das Zündsignal· G_ gesteuerten Antriebsdrehzahl umläuft. Wenn der Thyristor 9 im Punkt t~ leitend wird, um den Motor zu bremsen, erhält der Feldmagnet 6 über den kurzgeschlossenen Thyristor 9 weiterhin Strom, da der Thyristor 2 noch auf Durchlaß gezündet ist. Der Anker erzeugt folglich eine EMK aufgrund der Drehzahl, die er im Punkt t₂ hat, und außerdem fließt im Anker 5 der Strom, da der Anker über den Thyristor 9 kurzgeschlossen ist. Die Drehenergie des Ankers und der mit ihm verbundenen mechanischen Elemente wird im Innenwiderstand des Ankers verbraucht, so daß der Motor 4 schnell anhält. In der Fig. 2 nimmt die Drehzahl η im Punkt t₂ nach der voll ausgezogenen Kurve ab. Abhängig vom Zustand der Phase der Wechselspannungsquelle, der Drehzahl und der Belastung am Motor im Augenblick des Bremsbeginns t„ schwankt die Bremsdauer des Motors, wie dies durch die gestrichelten Linien a und b angedeutet ist. Um den Motor innerhalb einer bestimmten Zeitspanne zum Stehen zu bringen, läßt man die Zündsignale G_? und G„ an den Thyristoren 2 und 9 über eine ausreichende Zeitspanne bis zu den Zeitpunkten t-, und t. stehen. Dadurch wird die Feldwicklung 6 unnötig stark erwärmt durch einen vergleichsweise großen Strom, nachdem der Motor bereits angehalten hat, wenn der Zeitpunkt t_ erreicht ist. Der Abschaltpunkt t. für das Zündsignal G„ ist gegenüber dem Stop-Zeitpunkt t~ des Zündsignals G₂ verzögert. Man verhindert auf diese Weise, daß der Motor sich erneut in Drehung setzt, was andernfalls möglich ist, da das Erlöschen oder Sperren der Thyristoren 2 abhängig von den Bedingungen der Wechselspannungsquelle im Zeitpunkt t-, unstabil ist und sich etwa um eine halbe Schwingungsperiode der Wechselspannung gegenüber dem Zeitpunkt t₃ verzögern kann, so daß dann die Feldwicklung auch nach dem Erlöschen des Thyristors 9 noch gespeist wird. Trotz der für notwendig erachteten, beschriebenen Zeitsteuerung kann es geschehen, daß die Schaltkreiselemente fehlerhaft arbeiten.

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Ziel der Erfindung ist es, die vorhandenen Mangel und Nachteile der bekannten Steuereinrichtung zu vermeiden. Die grundlegene Aufgabe, die der Erfindung zugrundeliegt, ist die, sämtliche Belastungsschwankungen und Schwankungen der Energiequelle in allen Steuerbereichen des Nähmaschinenmotors von geringster Drehzahl bis zur höchsten Drehzahl zu kompensieren und damit stabilisierte Umlaufeigenschaften des Motors zu schaffen.

Außerdem soll mit der Erfindung erreicht werden, daß die Stromzufuhr zum Motor unterbrochen und gleichzeitig eine EMK darin erzeugt wird, wodurch der Nähmaschinenmotor schnell und exakt zum Anhalten gebracht werden kann.

Die Erfindung wird nun anhand einiger Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Nähmaschinenmotor-Steuereinrichtung nach herkömmlicher Art;

Fig. 2 ein Zeitablaufdiagramm der Steuerschaltung nach Fig.1;

Fig. 3 eine Nähmaschinenmotor-Steuereinrichtung in erfindungsgemäßer Gestaltung;

Fig. 4 ein Zeitablaufdiagramm der Steuerschaltung nach Fig. 3;

Fig. 5 ein Schaltbild einer tatsächlichen Ausführungsform der Einrichtung nach Fig. 3;

Fig. 6 ein Erläuterungsdiagramm der Drehzahlsteuereinrichtung der Fig. 5;

Fig. 7 eine Motordrehzahl-Detektorschaltung, die in Verbindung mit der Steuerschaltung der Fig. 5 eingesetzt wird;

Fig. 8 eine teils aufgebrochene Darstellung einer Nähmaschine mit erfindungsgemäßer Steuereinrichtung;

Fig. 9 ein Erläuterungsdiagramm zur Schaltung der Fig. 7;

Fig.10 bis 12 erläuternde Zeitablaufdiagramme zur Schaltung der Fig. 5;

Fig.13 eine abgewandelte Ausführungsform der Nähmaschinenmotor-Steuereinrichtung ;

Fig.14 ein erstes Erläuterungsdiagramm zum zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 13; und

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Fig. 15 ein weiteres Erläuterungsdiagramm zum zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 13.

In der Fig. 3 bilden die Motordrehzahl-Steuerthyristoren 10
zusammen mit den Dioden 3 eine Vollwellengleichrichterbrücke. G₁₀ stellen die Steuerelektroden der Thyristoren 10 dar, denen ein Motorsteuersignal zugeführt wird. In der mit 11 bezeichneten Umrahmung ist der gleichrichtergesteuerte Motor mit
seinem Anker 5 und seiner Feldwicklung 6 dargestellt, die
miteinander über eine erste Diode 12 verbunden sind, die
den Strom in derselben Richtung durchläßt wie die Thyristoren 10. Ein Bremsthyristor 13 reguliert den Strom in derselben
Richtung wie die Thyristoren 10 und liegt parallel zur Reihenschaltung aus Anker 5 und Diode 12. Die Steuerelektrode oder Zündelektrode des Thyristors 13 ist mit G₁- bezeichnet. Eine
zweite Bremsdiode 14 reguliert den Strom in entgegengesetzter Richtung zu den Thyristoren 10 und liegt parallel zur Reihenschaltung aus Feldwicklung 6 und Diode 12, dient also als
Umpolgleichrichter zur Feldwicklung 6.

Fig. 4 zeigt den Zeitverlauf der Einschalt- oder Betriebszustände der in der Schaltung der Fig. 3 gezeigten Elemente.
Der Zeitverlauf unterscheidet sich von dem in der Fig. 2 dargestellten dadurch, daß der Bremsthyristor 13 in einem Zeitpunkt t,- einen Zündimpuls an der Steuerelektrode G₁-, erhält,
dessen Impulsbreite erheblich geringer als die Bremszeit ist, wobei durch die Zündung der Thyristor leitend wird und
die Motordrehzahl unmittelbar im Anschluß an die Zündung des
Thyristors 13 abgebremst wird, während der Thyristor gelöscht wird, wenn die Motordrehzahl N im Zeitpunkt t₇ Null ist.
Abhängig von den Belastungsbedingungen des Motors wird die
Leitungsphase des Thyristors 13 jedoch verlängert, wie es
gestrichelt dargestellt ist, bis die Drehzahl N des Motors
im Zeitpunkt t_^f abgeklungen ist. Dies wird in Verbindung mit der Fig. 3 erläutert. Bei dem Zustand, daß die Thyristoren 10 durch ein Zündsignal G_1n auf Durchlaß gesteuert sind, und der Motor 11 läuft, erhält der Bremsthyristor 13 ein Zündsignal G₁₃,

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und das Maximumzündsignal G_1n ¹ der Thyristoren 10 wird im Zeitpunkt t,- für die Bremseinleitung des Motors zugeführt. In der Fig. 4 ist das Signal G_1n ¹ mit einem höheren Pegel als das Signal G₁₀ dargestellt, was jedoch nur bedeuten soll, daß die Thyristoren 10 dadurch mit ihrem maximalen Zündwinkel angesteuert werden. Ein derartiger Zündwinkel dient dazu, kurzzeitig den Strom in der Feldspule 6 zu erhöhen, um die Motorbremsung wirksamer zu machen. Das Zündsignal G₁-, steuert den Thyristor 13 ebenfalls mit dem maximalen Zündwinkel an, was denselben Zweck hat. Die Feldwicklung 6 wird durch die maximale Zündung der Thyristoren 10 und 13 stark erregt, während andererseits der Anker 5 aufgrund der Stromführung des Thyristors 13 nicht mit Strom von außen versorgt wird. Wenn die Zündsignale im Zeitpunkt t, verschwinden, dann erlöschen die Thyristoren 10 im Augenblick des Null-Durchgangs der Wechselspannungskurve, während der Thyristor 13 weiterhin die starke elektromagnetische Energie, die in der Feldwicklung 6 gespeichert ist, entlädt und gleichzeitig in Kurzschluß den im Anker 5 hervorgerufenen Strom über die Diode und die Feldspule 6 unmittelbar nach dem Erlöschen der Thyristoren 10 hindurchläßt. Dadurch wird die Trägheitsenergie des sich drehenden Motors vom Widerstand des Ankers 5 und der Feldwicklung 6 aufgebraucht, so daß der Motor 11 eine wirksame sogenannte dynamische Bremsung durchführt und sehr schnell zum Stillstand kommt. Der Thyristor 13 erhält während des Bremsvorganges kein Zündsignal G₁,, doch hält der erzeugte Strom den Thyristor solange im Leitfähigkeitszustand, bis der Strom verschwindet. Die Diode 12 wird dazu benötigt, den erzeugten Strom durch die Feldwicklung 6 zu leiten, so daß es nicht passieren kann, daß der vom Anker erzeugte Strom nur durch den Thyristor 13 fließt und damit der Anker unmittelbar kurzgeschlossen wird.

Ein direktes Ausführungsbeispiel der Steuerschaltung mit den entsprechenden Zündschaltkreisen, die in dem Hauptschaltbild gemäß Fig. 3 weggelassen sind, zeigt die Fig. 5. Der Motor wird für den Antrieb einer Nähmaschine eingesetzt und kann

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gesteuert und gebremst werden. Die Zündung der Thyristoren 10 wird mit Hilfe eines Phototransistors PTr₁ vorgenommen, der ein Licht von einer Leuchtdiode LED- erhält, die vom Äusgangssignal eines später noch erwähnten Operationsverstärkers OP, erleuchtet wird. In dieser Steuerschaltung sind Widerstände R₁, R_? und R-, enthalten. D₁ ist eine Diode. Mit einer Zenerdiode ZD₁ werden Spannungsschwankungen der Energiequelle 1 ausgeglichen. Der Transformator T transformiert die Eingangsspannung herunter. Die Dioden D^ bilden einen Vollwellengleichrichter* Die Schaltung enthält desweiteren eine Diode D-, einen Spannungsglättungskondensator C₁ und einen Widerstand R₄. Mit einer weiteren Zenerdiode ZD₂ werden Spannungsschwankungen der Leistungszuführung geglättet, damit zwischen den Klemmen A und B eine konstante Spannung herrscht. Ein Operationsverstärker OP₁ mit inversem Eingang (-) erhält eine konstante Spannung, die zwischen den Klemmen A und B mit Hilfe der Widerstände R₁. und R_fi geteilt worden ist, während der nicht invertierende Eingang (+) des Operationsverstärkers von den Dioden D_? her die gleichgerichtete Vollwellenspannung erhält, die mit Hilfe der Widerstände R₇ und Rg ebenfalls geteilt worden ist. Der Widerstandswert des Widerstandes R₀ ist erheblich arößer als

der der Widerstände R,- bis R₇, die untereinander gleich sind. Die Widerstandswerte der Widerstände R₅ bis R_R sind so gewählt, daß die Zeitspanne der Speisungsquelle 0-τχ größer als die ( + ) und "■(-) Seiten des Operationsverstärkers OP₁ ist. Mit einer Zenerdiode ZD₃ wird der Operationsverstärker OP₁ geschützt. Ein weiterer Operationsverstärker OP „ erhält an seinem nicht invertierenden Eingang eine Teilspannung der Spannung zwischen den Klemmen A und B, die von einem Stellwiderstand Rq abgenommen wird, der als Motorregler (nicht gezeigt) dient. Der Stellwidsrstand R_g besitzt einen Abgriff CONT, der gewöhnlich auf die unterste Stellung zurückgeführt wird. Wenn der Abgriff nach oben verschoben wird, nimmt die Drehzahl des Motors zu, während der Motor gebremst wird, wenn der Abgriff skontakt in die unterstmögliche Stellung geschoben wird. Die Ausgangsseite des Operationsverstärkers OP₁ ist mit dem Schaltungspunkt A über einen Widerstand R_1n

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verbunden und mit

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dem Schaltungspunkt B über einen niedrigen Widerstand R₁ . und einen Kondensator C₂- Der Ausgang des Operationsverstärkers 0P„ ist auf seinen invertierenden Eingang (-) zurückgeführt und außerdem mit einem Punkt zwischen dem Widerstand R-₁ und dem Kondensator C₂ über einen Widerstand R₁ ~ und eine Diode D_ verbunden. Die Operationsverstärker OP₁ und 0P„ und der Kondensator C„ bilden auf der Ausgangsseite des Operationsverstärkers OP₁ die in der Fig. 6 gezeigten Dreieckswellen J₁ - J., die die Drehzahl des Motors in Abhängig keit von der Reglerabgriffsstellung angeben. Ein derartiger Ausgang des Operationsverstärkers OP₁ wird auf den nicht invertierenden Eingang (+) eines Operationsverstärkers OP. geleitet. Der Operationsverstärker OP₁ gibt einen Ausgangswert im Zeitpunkt t₁ ab, in dem die Leistungsquelle 1 ein wenig von einem Zeitpunkt 0 entfernt ist. Dann fängt der Kondensator C» an, sich über den Widerstand R_1n aufzuladen, und beendet die Abgabe eines Ausgangssignals vom Operationsverstärker OP₁ in einem Zeitpunkt t₂ etwas bevor die Zeit π nach 0 zurückgeht, und dann entlädt sich der Kondensator C„ schnell über den Widerstand R₁₁ und den Operationsverstärker OP₁. Der Operationsverstärker OP₂ erhöht den Eingangswert am Eingang (+), wenn der Reglerabgriff CONT in der Figur weiter aufwärts geschoben wird, wodurch der Ausgangswert wächst, so daß die Aufladegeschwindigkeit des Kondensators C„ sich erhöht. Als Folge davon steigt die Ladespannung, so daß die Dreieckswelle von der Spannung J₁ zur Spannung J. größer wird. Die Spannung J₁ entspricht der untersten Stellung des Reglerabgriffs, mit dem eine langsame Drehzahl der Nähmaschine eingestellt wird, um Heftstiche auszuführen. OP₃ ist ein Operationsverstärker, der an seinem invertierenden Eingang (-) eine mit Hilfe der Widerstände R₁₃ und R₁₄ zwischen den Anschlußpunkten A und B unterteilte Spannung zugeführt erhält, während dem nicht invertierenden Eingang (+) der Reglerabgriff CONT zugeführt wird; am Ausgang gibt der Operationsverstärker OP₃ ein Signal von niedrigem Wert ab, wenn der Abgriff in der tiefsten Stellung gemäß Fig. 5 steht, und ein Signal von hohem Wert, wenn der Abgriff in höheren Stellungen steht. So übergrüft dar.Qnegafcionsverstärker OP-,

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die Lauf- und Bremsbedingungen des Motors. Ein Ausgangssignal C eines Operationsverstärkers OP. bringt eine Leuchtdiode LED über einen Widerstand R₁ j- zum Aufleuchten und betätigt den Phototransistor PTr₁, wodurch die Phase der Thyristoren 10 in Abhängigkeit von der Beleuchtungsphase des Phototransistors gesteuert wird.

Die Schaltung gemäß Fig. 7 wird in Verbindung mit der Schaltung der Fig. 5 verwendet. Sie enthält einen Phototransistor PTr₂, der durch einen Drehzahldetektor auf der Hauptwelle der Nähmaschine betätigt wird, welcher Licht mit einer Folge erhält, die der Drehung oder Umlaufgeschwindigkeit der Nähmaschine entspricht. ·

Figur 8 zeigt ein Ansichtsbild der Nähmaschine, die mit dem beschriebenen Drehzahldetektor ausgestattet ist. Auf der oberen Welle 15 der Nähmaschine ist ein Lichtunterbrecher 16 befestigt, zu welchem auch der Phototransistor PTr- in der Fig. 7 gehört. Eine Schlitzscheibe 17 mit zahlreichen Schlitzen 18 dient dazu, den Phototransistor PTr₂ jedesmal dann zu betätigen, wenn ihm ein Schlitz 18 gegenübersteht.

Der Schaltungspunkt A in der Fig. 7 erhält das elektrische Potential des Schaltungspunktes A in Fig. 5. Ferner ist ein Operationsverstärker OP, in der Schaltung der Fig. 7 vorgesehen, und Widerstände R₁₆/ R₁₇ und R.g sind mit dem Schaltungspunkt B verbunden, der dem Schaltungspunkt B in der Fig. 5 entspricht. Sie stellen zusammen mit dem Phototransistor PTr₂ eine Schmitt-Schaltung dar. Die Emitterspannung D des Phototransistors PTr₂ ergibt im wesentlichen einen Rechteckwellenzug gemäß Fig. 9 mit einer Breite, die den Schlitzen 18 der Schlitzscheibe 17 entspricht. Nach rechts fortschreitend, nehmen Breite und Dauer der Rechteckwellen D ab. Dies ist dadurch bedingt, daß der Reglerabgriff CONT in Fig. 5 allmählich nach oben geschoben wird und damit die Motordrehzahl steigt. Die Spannung E, die den Kondensator C₃ passiert, wird durch die Differentialwerte der Anstiegsund Abfallsflanken der Spannungsblöcke D gebildet. OP „ ist

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ein Operationsverstärker, R₁ g' ^Ro₀ sind Widerstände, C. ein Kondensator. Diese bilden einen Frequenz/Spannungs-Wandler in Verbindung mit den Kondensator C₃. Die Spannung E wird integriert, wie in Fig. 9-F gezeigt, wodurch ein Drehzahlsignal proportional zur Motordrehzahl erhalten wird. Beispiele solcher Werte sind F. bis F. in Fig. 6. Eine Klemme F ist in der Fig. 5 angegeben. In der Fig. 8 ist mit der Bezugsziffer 19 ein Photounterbrecher dargestellt, der den Phototransistor PTr-. in Fig. 5 enthält. 20 ist ein Blendenelement, das über einen Umfangsbereich von 180 einen großen Durchmesser und über den restlichen Umfangsbereich von abermals 180 ° einen kleinen Durchmesser hat. Fig. 10 zeigt die Funktionsweise des Phototransistors PTr₁, und den Drehwinkel der oberen Welle 15 der Nähmaschine in einer transversalen Achse. Wie dargestellt, wird der Phototransistor PTr₃ leitend, unmittelbar bevor die obere Welle 15 eine halbe Umdrehung ausführt, um die Nadel in den oberen Umkehrpunkt zu bringen, und wird nicht leitend unmittelbar bevor die obere Welle die andere halbe Umdrehung ausführt, um die Nadel zum unteren Umkehrpunkt zu führen. Der Kollektor des Phototransistors PTr₁, (siehe Fig. 5) erhält das elektrische Potent i-al des Schaltun'gspunktes A, während der Emitter über den Inverter IN₁ an den Eingang eines Exklusiv-ODER-Gatters ExOR unmittelbar geführt ist und darüber hinaus über eine Verzögerungsschaltung, bestehend aus dem Widerstand R--, und dem Kondensator C₅ auch an den zweiten Eingang des Exklusiv-ODER-Gatters gelegt ist. Zwischen Eingang des Inverters IN. und Erde liegt der Widerstand R₂2" ^{Der AuS(}?^an9^s~ wert des Exklusiv-ODER-Gatters ExOR gibt die ansteigenden und abfallenden Impulssignale von der Breite der Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung, wie sie die Fig. 10 zeigt, und zwar im oberen und im unteren Umkehrpunkt der Nadel. Diese Impulssignale werden entsprechenden UND-Gliedern AND.. , AND- an ihrem ersten Eingang zugeführt, um die Nadel im unteren bzw. oberen Umkehrpunkt anzuhalten. Der Ausgang des Inverters IN₁ wird einem zweiten Eingang des UND-Gliedes AND₁ zugeführt, wie auch einem zweiten Eingang des UND-Gliedes AND_,

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jedoch hier über einen Inverter IN₀. SW₀ ist ein Schalter, der zur Erzeugung von Heftstichen dient. Wenn der Schalter geschlossen wird, läuft die Nähmaschine mit sehr geringer Drehzahl, und es ist möglich, den Stichvorgang zu unterbrechen, indem die Nadel im oberen Umkehrpunkt bei jeder Maschinenumdrehung angehalten wird. Wenn der Schalter geöffnet ist, erhält einer der Eingänge der NAND-Glieder NA₁, NA„ ein Η-Signal, während bei geschlossenem Schalter ein L-Signal zugeführt wird. SW ist ein Schalter zum Stillsetzen der Nadel. Wenn dieser Schalter geöffnet ist, wird die Nadel im unteren Umkehrpunkt angehalten,und bei geschlossenem Schalter wird die Nadel im oberen Umkehrpunkt stillgesetzt. Wenn der Schalter geöffnet wird, erhält der andere Eingang des NAND-Gliedes NA₁ den Η-Wert, und wenn der Schalter geschlossen ist, bekommt dieser Eingang des L-Signal. R₀-. ist ein Widerstand, der das Potential des Spannungsanschlusses A abbaut. Der Ausgang des NAND-Gliedes NA₁ wird einem dritten Eingang des UND-Gliedes AND„ zugeführt, wie auch einem dritten Eingang des UND-Gliedes AND₁ über einen Inverter IN.,. Dieser Heftstichschalter SW₀ ist an die Basis des Transistors Tr₁ über einen Inverter IN. und einen Widerstand R„. angeschlossen. Der Kollektor dieses Transistors ist mit dem Verbindungspunkt zwischen Widerstand R₁„ und Diode D_ verbunden, um den Ausgang des Operationsverstärkers OP« zu Null zu machen, wenn der Schalter geschlossen ist. Für diesen Fall ist die Gruppe der Widerstände R_1Q, R₁₁ so eingestellt, daß der Ausgang des Operationsverstärkers OP₁ die Spannungskurve J₁ in Fig. 6 ergibt. Der Ausgang Y des Operationsverstärkers OP.,, der mit einem Eingang des UND-Gliedes AND, verbunden ist, um den Anstieg eines Signals Y bei Anfangsbetrieb des Reglers festzustellen, wird einem anderen Eingang des UND-Gliedes AND., über eine Verzögerungsschaltung aus Inverter IN₅, Widerstand R₃₅ und Kondensator C_g zugeführt. Der Ausgang dieser Schaltung ist einem Setzeingang S eines Flipflop FF zugeleitet. Das Signal Y wird dem Eingang des NAND-Gliedes NA„ zusammen mit dem Signal des Heftstichschalters SW^ zugeführt. Der Ausgang des NAND-Gliedes NA„ stellt ein erstes Eingangssignal zum UND-Glied

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AND. dar zur Feststellung der das Anhalten des Motors bestimmenden Zeit, während der Ausgang der UND-Glieder AND^ und AND_ als zweite Eingangswerte dem UND-Glied AND. zugeleitet werden. OPj- ist ein Operationsverstärker, der eine bestimmte niedrige Drehzahl des Motors feststellt, bevor dieser anhält. Der Operationsverstärker OP₁. besitzt einen nicht invertierenden Eingang (+), welcher das elektrische Potential des Spannungsteilerpunktes zwischen den Widerständen R-,, R^y zugeführt erhält, während der nicht invertierende Eingang (-) das Drehzahlsignal F in Fig. 7 bekommt. Am Ausgang des Operationsverstärkers OP₁- tritt ein Η-Wert nur dann auf, wenn das Drehzahlsignal F einen erforderlichen niedrigen Wert annimmt, was anzeigt, daß der Motor anhält, und dieser Ausgangswert wird dann einem dritten Eingang des UND-Gliedes AND. zugeleitet. Die Ausgangsklemme dieses UND-Gliedes ist mit dem Löscheingang R des Flipflop FF verbunden. Der Komplementärausgang Q des Flipflop ist mit dem invertierenden Eingang (-) des Operationsverstärkers OP. über eine Diode D.._ und darüber hinaus mit einem Eingang des NAND-Gliedes NA-. verbunden. Der Q-Ausgang des Flipflop FF ist mit dem anderen Eingang des NAND-Gliedes NA^ über eine aus Widerstand 28 und Kondensator C₇ gebildete Verzögerungsschaltung verbunden. Der Ausgang des NAND-Gliedes NA., stellt das Basissignal für einen Steuertransistor Tr_ dar, das diesem über einen Widerstand R~_q zugeleitet wird. Dieser Transistor erhält an seinem Emitter das elektrische Potential des Schaltkreispunktes A, während der Kollektor über einen Widerstand R₃₀ und die Leuchtdiode LED„ an den Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R₁,- und der Leuchtdiode LED₁ geführt ist. Der Transistor wird somit gesteuert, um die beiden Leuchtdioden LED. und LED₂ gemeinsam zum Aufleuchten zu bringen. Die Leuchtdiode LED» wirkt auf den Phototransistor PTr₄ und das Aufleuchten dieser Leuchtdiode bringt ein Gate-Triggersignale für den Bremstransistor 13 hervor. Der Kollektor des Phototransistors PTr. erhält das elektrische Potential des Anschlußpunktes X. Mit R_,. und R^₂ sind Widerstände bezeichnet.

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Die Arbeitsweise der in den Figuren 5 und 7 dargestellten kombinierten Steuerschaltung ist folgendermaßen. Wenn der Heftstichschalter SW₇, und der Nadel-Stop-Schalter SW„ geöffnet sind, also die untere Umkehrstellung als Nadel-Stop-Position gewählt ist, und der Abgriff CONT des Reglers in der untersten Position steht, und wenn die Stromquelle 1 eingeschaltet ist, dann geben die Operationsverstärker OP „ und OP.. kein Ausgangs signal ab, und der Operationsverstärker OP. liefert das drehzahlbestimmende Signal J₁ für die sehr niedrige Drehzahl in Fig. 1. Da aber der Ausgang Y des Operationsverstärkers OP₃ L-Pegel hat, erhält das Flipflop FF ein Setzsignal S dieses niedrigen Pegels und behält Löschzustand zur Zeit der Energiezuführung. Wenn Spannung zugeführt wird, während der Regelabgriff CONT in einer höheren Stellung steht, dann wird der Ausgang Y des Operationsverstärkers OP-. den Pegel H annehmen. Da aber der Kondensator C₆ und der Inverter IN₅ L-Pegel haben, hat das UND-Glied AND₃ am Ausgang L-Pegel, wodurch das Flipflop FF nicht gesetzt wird. Damit bleibt das Flipflop FF im Löschzustand, wenn die Spannungsquelle eingeschaltet ist. Das Flipflop FF bleibt nämlich in seinem Löschzustand auch dann, wenn der Schalter SW_n für Heftstich und der Nadel-Stop-Schalter SW_, zur Zeit der Energie-Zuführung betätigt werden. Dadurch bleibt der Q-Ausgang auf H wie auch die (-)-Seite des Operationsverstärkers OP₄, und deshalb gibt der Operationsverstärker ein L-Signal ab, so daß der Phototransistor PTr. nicht in Betrieb gesetzt wird und der Motor im Stillstand bleibt. Wenn der Reglerabgriff CONT etwas in Fig. 5 nach oben verschoben wird (sollte sich der Abgriff im Augenblick der Speisung bereits in einer höheren Stellung befinden, dann müßte er einmal in die unterste Stellung heruntergeschoben werden, bevor er wieder in die höhere Stellung gebracht wird), dann ist das Signal Y auf H-Pegel, und das Flipflop FF erhält ein Setzsignal S von der Breite der Aufladezeit des Kondensators C, über Widerstand R₃₅ beim Anstieg des Signals Y auf der gestreckten Zeitachse in Fig. 11. Wenn das Signal Y Η-Pegel hat, besitzt das NAND-Glied NA„ L-Pegel, und das Löschsignal R des Flipflop FF ist ein L-Signal, wodurch das Flipflop gesetzt wird und das Dreh-

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zahlsignal F des Operationsverstärkers OP. wirksam wird. F. in Fig. 6 zeigt den Bereitschaftszustand des Motors zum Anhalten oder eine ganz langsame Drehung während des Anlaufs des Motors/ und ein Kreuzungspunkt des Drehzahlsignals F₁ und des drehzahlvorgebenden Signals J₁ ist die Zündphase des Transistors 10. Der schraffierte Phasenbereich, in dem das Signal J₁ größer ist als das Signal F₁, ändert sich mit sich änderndem Geschwindigkeitssignal F₁. In diesem Bereich besitzt der Operaitonsverstärker OP. Η-Pegel, und die Leuchtdiode LED₁ leuchtet in diesem Bereich. Mit anderen Worten, die Zündphase des Transistors 10 wirkt auf die Motordrehzahl zurück. Die entsprechenden Kreuzungspunkte, die durch die jeweiligen Drehzahlsignale F₁-F. erzeugt werden, und die entsprechenden drehzahlvorgebenden Signale J₁ ^-J₄ zeigen die zugehörigen Zündphasen der Thyristoren 10 in Abhängigkeit von den Drehzahlvorgaben durch die Verschiebung des Abgriffes CONT für die Drehzahlsteuerung des Motors. Das Signal des Phototransistors PTr., ist für das UND-Glied AND« zu Null gemacht, da die Schalter SW₀, SW-, geöffnet sind und das UND-Glied AND₁ einen Impuls im AbfallZeitpunkt des Signals des Phototransistors PTr abgibt. Wenn der Regler losgelassen wird, nimmt das Signal Y den L-Pegel an. Da der Operationsverstärker OP₅ Η-Pegel hat aufgrund der schnellen Drehung des Motors, wird das Löschsignal R des Flipflop FF H, und das Flipflop wird mit dem ersten Anstieg des Phototransistors PTr,, gelöscht, nachdem das Signal Y nach L gegangen ist, wie in Fig.11 gezeigt. Damit wird der Ausgang des Operationsverstärkers OP. L und die Leuchtdiode LED₁ erhält keinen Strom mehr, der durch den Operationsverstärker hindurchkommt. Der Komplementärausgang Q des Flipflop FF hat dann Η-Pegel, und das NAND-Glied NA_ gibt einen L-Impuls ab, dessen Breite der Aufladezeit des Kondensators C_ in Verbindung mit Widerstand R₂Q entspricht, so daß die Leuchtdioden LED₁ und LED„ während der Dauer dieser Impulsbreite aufleuchten. Diese Dauer ist so groß, daß sie die Periode π der Leistungszuführung übersteigt, so daß die Leuchtdioden LED₁ augenblicklich den Steuertransistor 10 im Zeitpunkt t₅ in Fig. 4 kurzschließt, und die Leuchtdiode LED» zündet den Bremstransistor 13, so daß das Feld 6

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sehr stark erregt wird, ohne daß der Anker 5 dazu zu Hilfe genommen wird. Die Zündsignale der Thyristoren 10 und 13 verschwinden augenblicklich wieder, doch erzeugt der Anker 5, solange er sich dreht, eine Spannung. Als Folge davon fließt durch die Bremsdiode 14, die Feldwicklung 6 und den Thyristor 13 ein Strom, der den Motor bremst. Der Motor 11 wird stillgesetzt, unmittelbar bevor der untere Umkehrpunkt der Nadel festgestellt wird, wie in Fig. 11 gezeigt, z. B. nach einer Drehung von ungefähr 30 °, und die Nadel der Nähmaschine steht dann so, daß sie gerade den unteren Umkehrpunkt erreicht. Wenn der Nadel-Stop-Schalter SW_C geschlossen ist, ist das UND-Glied AND„ wirksam, und das Löschsignal R des Flipflop FF gibt ein Impulssignal ab, das auf dem ansteigenden Signal des Phototransistors PTr-. in Fig. 11 basiert, und die Nadel hält im oberen Umkehrpunkt in vergleichbarer Weise an. Wenn der Heftstichschalter SW₁, geschlossen ist (hier kommt es nicht darauf an, ob der Schalter SW- offen oder geschlossen ist), und der Abgriff CONT des Reglers in Fig. 5 nach oben geschoben wird, dann wird das Flipflop FF bei ansteigendem Signal Y in Bezug auf Fig. 12 gesetzt und der Motor 11 angetrieben. Da der Transistor TR₁ nun so betrieben wird, daß der Ausgangswert des Operationsverstärkers OP₂ ausgeglichen wird, läuft der Motor mit niedriger Drehzahl. Wenn die Nähmaschine eine Umdrehung vollführt hat und das Signal vom Phototransistor PTr- aufgetreten ist, das einen Punkt unmittelbar vor dem oberen Umkehrpunkt der Nadel anzeigt, wird das Flipflop FF gelöscht, und die Nähmaschine wird in der bereits beschriebenen Weise gebremst und beim unteren Umkehrpunkt der Nadel angehalten und sie beginnt erneut zu laufen, wenn der Regler betätigt wird, und hält nach einer Umdrehung wieder an, so daß damit ein intermittierender Stichvorgang, wie etwa ein Heftvorgang, durchgeführt wird. In Fig. 12 wird die Betätigung Y des Reglers freigegeben (L-Pegel), nachdem das Stop-Signal NA₃ erzeugt wurde. Wenn der Regler vor Abgabe des Stop-Signals losgelassen wird, wird der Anhaltevorgang nicht im geringsten dadurch beeinflusst.

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Fig. 13 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem gleiche Elemente wie in den Figuren 3 und 5 verwendet werden. Diese führen dieselben Bezugszeichen und werden deshalb nicht noch einmal erklärt. Ein Bremsthyristor 13a liegt in Reihe zur Bremsdiode D₁₀ und parallel zum Anker 5. G₁, ist seine Zündelektrode. Ferner sind Widerstände R,, und R₃₄, ein Kondensator C„ und eine Zenerdiode ZD. für den Betrieb des Phototransistors PTr. vorhanden. Der Verbindungspunkt zwischen dem Thyristor 13a und der Diode D₁₀ ist über eine Diode D₁₁ mit der Spannungsquelle 1 verbunden, wodurch der Feldwicklung 6 über den Thyristor 13a ein Bremserregerstrom zugeführt wird. Die Diode D₁₀ verhindert, daß durch die Diode D₁₁ dem Anker 5 ein Strom zugeleitet wird.

Der Betrieb dieses Ausführungsbeispiels ist folgendermaßen. Der Hauptunterschied zwischen Fig. 2 und Fig. 14 besteht darin, daß der Bremsthyristor 13a durch einen Zündimpuls an der Zündelektrode G₁, gezündet wird, deren Impulsbreite erheblich schmäler als die Bremsperiode ist, und daß sie im Zeitpunkt t„ selbst erlischt, wenn die Drehzahl N des Motors Null ist. Verläuft die Motordrehzahl nach der gestrichelten Linie, weil die Lastbedingungen des Motors entsprechend sind, dann wird die Leitfähigkeitsperiode des Thyristors 13a verlängert, wie dies in Fig. 14 auf der Graphik 11 gestrichelt dargestellt ist, und zwar bis zum Zeitpunkt t'„· Dies wird nun in Verbindung mit der Fig. 13 erläutert. Wenn im Zustand der durch die Zündsignale G₁₀ gezündeten Thyristoren 10 und bei laufendem Motor 11a die Thyristoren plötzlich gesperrt werden, und der Thyristor 13 im Zeitpunkt t„ gezündet wird, um den Motor 11a zu bremsen, wird die Feldwicklung 6 über die Diode D₁₁ und den Thyristor 13a erregt, und der Anker 5 erzeugt eine EMK, da sich der Motor im Zeitpunkt t_? dreht. Dadurch ergibt sich, daß der durch die Diode D₁₀ und den Thyristor 13a im Kreis fließende Strom den Motor augenblicklich stillsetzt. In diesem Augenblick ist das Zündsignal G₁, des Thyristors 13a

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auf L-Pegel. Der Thyristor bleibt jedoch noch solange leitend, aufgrund des im Kreis fließenden Stroms, bis keine Spannung mehr erzeugt wird.

Stattdessen zeigt Fig. 15, daß die Thyristoren 10 nicht gleichzeitig mit dem Zünden des Thyristors 13a gelöscht werden müssen. Wenn das Zündsignal G.,-. etwas früher auftritt als das Zündsignal G₁₀ verschwindet, dann beginnt der Bremsvorgang für den Motor aufgrund des Zündsignals G₁-. .In diesem Fall erregt der durch die Thyristoren 10 kurzzeitig noch fließende Strom die Feldwicklung 6 über den Thyristor 13a anstelle des Ankers

In der Fig. 13 ist der durch die Diode D₁₁ fließende Strom ein gleichgerichteter Halbwellenstrom. Zusätzlich kann eine Diode D' in der dargestellten Weise eingefügt werden, um einen gleichgerichteten Vollwellenstrom durchzulassen und damit die Bremswirkung zu erhöhen.

Gemäß der Erfindung, die insbesondere im Beispiel der Figuren 5 und 6 wiedergegeben ist, beginnen die Eingangswerte J-I^-J₄ am (+)-Eingang des Operationsverstärkers OP., der durch Betätigen des Reglers CONT gesteuert wird, beim Potential Null im Phasenpunkt Null der Speisungswechselspannung in Bezug auf deren Periode und kommen zum Punkt nahe dem Phasenpunkt π im wesentlichen auf geraden Linien mit unterschiedlichen Steigungen. Andererseits steigen die Eingänge F₁-F. an den (-)-Eingängen des Operationsverstärkers für die Drehung des Motors proportional mit der Motordrehzahl an. Die Schnittpunkte dieser Eingänge (+), (-) können den Zündwinkel der Thyristoren 10 in weitem Bereich steuern. Im Falle des Spannungsvergleichs wird nur die Spannung proportional der Motordrehzahl verwendet, und die Spannung der Speisungsquelle wird nicht benützt, weshalb die Empfindlichkeit dieses Vergleichs gut ist. Besonders im unteren Drehzahlbereich des Motors ist die Steigung des (+)-Eingangs J₁ gering, was dazu führt, daß die Zündphase der Thyristoren 10 sich bereits

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aufgrund der Änderung der Motordrehzahl infolge von Belastungsänderungen stark verändert. Somit ist mit der Erfindung eine ausgezeichnete Steuerung für den Motor einschließlich seiner Bremssteuerung geschaffen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Einrichtung zur Steuerung des elektrischen Stroms eines gleichrichtergesteuerten Motors unter Verwendung von Halbleiterschaltelementen mit einer Bremssteüerung für den Motor, gekennzeichnet durch eine erste Bremsdiode, bei der der Anker (5) des Motors (11) und seine Feldwicklung (6) in derselben Richtung wie die Richtung des elektrischen Stroms des treibenden Halbleiterschaltelementes verbunden sind, ein Bremshalbleiterschaltelement (13) parallel zu der Diode

(12) und dem Anker (5), dessen Durchlaßrichtung mit der Richtung des treibenden Halbleiterschaltelementes (10) übereinstimmt, und eine zweite Bremsdiode (14) parallel zu der Diode

(12) und der Feldwicklung (6), deren Durchlaßrichtung der Durchlaßrichtung des treibenden Halbleiterschaltelementes (10) entgegengerichtet ist.

2. Vorrichtung zum Steuern des AntriebsStroms eines Gleichrichtermotors unter Verwendung eines Thyristors, gekennzeichnet durch eine Zündschaltung für den treibenden Thyristor (10) zur Steuerung der Zündphase, einen Bremsthyristor (13), der parallel zum Anker (5) des Gleichrichtermotors (11) liegt und mit einem Anschlußpunkt zwischen dem Anker (5) und der Feldwicklung (6) in Verbindung steht, eine Zündschaltung für den Bremsthyristor (13), um den Bremsthyristor durch ein Bremssignal zu zünden, einen Schaltungsteil zwischen Wechselspannungsquelle (1) und Bremsthyristor (13), um der Erregerwicklung (6) des Motors während der Bremszeit die für den Bremsvorgang erforderliche Erregung für die Motormagnetisierung zuzuführen, und eine Bremsdiode, die den Anker (5) kurzschließt, wenn der Bremsthyristor gezündet ist, und die verhindert, daß der durch den Bremserregungsstrom-Zuführteil fließende Strom dem Motor zugeführt wird.

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3. Einrichtung zur Drehzahlsteuerung eines Motors

an einer Nähmaschine unter Verwendung eines Thyristors, gekennzeichnet durch einen die Drehzahl kennzeichnenden Spannungsgenerator, der synchron mit der Periode einer Wechselspannungsquelle Delta-Wellen mit unterschiedlichen Spannungsgradienten abgibt, eine Drehzahlspannungs-Zuführschaltung, die die Spannung in Abhängigkeit von der Drehzahl der Nähmaschine herausnimmt, einen Komparator, der die Spannung des die Drehzahl bestimmenden Generators und jede Spannung von den die drehzahlabhängigen Spannungen liefernden Schaltungsteilen vergleicht und Phasen an den Spannungsgradienten mit den verglichenen Ergebnissen ermittelt, und eine Zündeinrichtung zum Zünden des Thyristors entsprechend den verglichenen Ergebnissen und der ermittelten Phase.

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