DE2916998A1 - Drehzahlregler fuer einen an einem wechselspannungsnetz betriebenen universalmotor - Google Patents
Drehzahlregler fuer einen an einem wechselspannungsnetz betriebenen universalmotorInfo
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Description
R0 5 44 5
10,4*1979
Drehzahlregler für einen an einem WachseXspannungsnetz
betriebenen Universalmotor
DiB Erfindung gsht aus von Binem Drehzahlregler nach
der Gattung dea Hauptanspruchs, Es ist bereits ein
solcher Drehzahlregler bekannt [DE-OS 27 02 142], bsi
dem der Schwellwertschalter als Unijunction-Transistor ausgebildet ist, dar mit seiner Steuerelektrode an dem RC-Glied angeschlossen ist. Dem RC-Glisd ist eine
ZenerdiodB parallelgeschaltet, die ihrerseits wiederum parallel zum Wechselspannungsnetz liegt« Damit ist die Eingangsspannung für das RC-Glied im wesentlichen konstant auch wenn Schwankungen in der Netzwechselspannung auftreten» Der Kondensator des RC-Gliedes erreicht in
jeder positiven Halbphase der Ne'tzwechselspannung immer zürn gleichen Zeitpunkt die zum Zünden des Unijunction-Transistors erforderliche Ladespannung und der steuerbare Halbleiter wird damit immer zum gleichen Zeitpunkt
der Gattung dea Hauptanspruchs, Es ist bereits ein
solcher Drehzahlregler bekannt [DE-OS 27 02 142], bsi
dem der Schwellwertschalter als Unijunction-Transistor ausgebildet ist, dar mit seiner Steuerelektrode an dem RC-Glied angeschlossen ist. Dem RC-Glisd ist eine
ZenerdiodB parallelgeschaltet, die ihrerseits wiederum parallel zum Wechselspannungsnetz liegt« Damit ist die Eingangsspannung für das RC-Glied im wesentlichen konstant auch wenn Schwankungen in der Netzwechselspannung auftreten» Der Kondensator des RC-Gliedes erreicht in
jeder positiven Halbphase der Ne'tzwechselspannung immer zürn gleichen Zeitpunkt die zum Zünden des Unijunction-Transistors erforderliche Ladespannung und der steuerbare Halbleiter wird damit immer zum gleichen Zeitpunkt
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gezündet» Bsi gleichem Zündwinkel bedeutet aber eine
höhere Netzspannung einen höheren Effektivweri der-Betriebsspannung
für den MotGr. Die Prsnzahl des
Motors wird sich daher ebenfalls entsprechend den Schwankungen der Netzwechselspannung ändern, was sich
insbesondere im niederen Drehzahlbereich des Motors nachteilig bemerkbar macht.
Der erfindungsgemäße Drehzahlregler mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber
den Vorteil, daß der Effektivwert der am Motor liegenden Spannung im„.Jc{ej3j^t^jLcJien konstant
gahali&R—w4-Fd. Damit kann ein mit einem solchen Drehzahlregler
.ausgerüsteter Universalmotor an 220 V-Netzen betrieben werden, die einen Spannungsunterschied
von ±10% aufweisen, ohne daß große Drehzahldifferenzen
auftreten. Auch während des Betriebes das Motors im Netz selbst auftretende Spannungsschwankungen, die
die Drehzahl beeinflussen, werden ohne Verzögerung
ausgeglichen. Der Motor läuft mit im wesentlichen konstanter Drehzahl. Durch die erfindungsgemäße Drehzahlkorrektur
bei unterschiedlichen Netzspannungswsrten
besteht darüber hinaus auch keine Gefahr mehr., daß ein Motor bei arretierter Schalterstellung als
Folge von zu niedriger Netzspannung nicht draht.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungendes im Hauptanspruch angegebenen Drehzahlreglers
möglich.
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Zeichnung
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläuterte Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild eines Drehzahlreglers,
Fig. 2-4 jeweils schematische Diagramme des
Spannungsverlaufs an zwei verschiedenen Punkten des Drehzahlreglers und des
Stromverlaufs im Motor für drei unterschiedliche Netzspannungswerte·
In dem in Fig. 1 dargestellten Schaltplan ist der Drehzahlregler 10 durch strichpunktierte Umrahmung
gekennzeichnet. Mit seinen beiden Anschlußklemmen und 12 ist der Drehzahlregler 10 an ein übliches Wechselspannungsnetz
15 mit einer Spannung von 220 V und einer Frequenz von 50 Hz angeschlossen. Mit den Anschlußklemmen
13 und 14 des Drehzahlreglers 10 ist ein Universalmotor 16 in Form eines Reihenschlußkollektormotors
verbunden.Der Motor 16 liegt damit in Reihe
mit einem als Thyristor 17 ausgebildeten steuerbaren Halbleiter unmittelbar an dem Wechselspannungsnetz
Der Thyristor 17 ist phasenanschnittgesteuert .* Hierzu
ist ein Steuerkreis vorgesehen, der einen Schwellwertschalter 18 und ein RC-Glied 19 mit einstellbarer
Zeitkonstante aufweist.
Der Schwellwertschalter 18, der einen steuerbaren Schwellwert
aufweist, ist hieralsein programmierbarer Unijunction-
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PUT 2U
TΓβ/ϊsi3ΐcτ 2G.D im Toigsnasn kurz
ausgebildet= Eine Steuerschaltung 21 v/srendert den
Scheel Iv/srt ass PUT 20 im vjsssntlionsn proportional
zu den Sühv:snküng3n dar ^stzspsnnung uü-. iJsehselspannungsnstzsE
15o Disss SteuarsGhaltLTi'i 21 ν/Βίοι
einen einstsllbsrsn Spannungsteiler 22 cuv, dsr sue
den Widerständen 23,, 24 und 25 bsctsht,, v^bci tbi1
Widerstand 24 als PotentiöriiatEr ausgibiidot iot=.
Mit dsni Tsilsrsbgrivf 26 des Spaiisiun3Et>-ilsr-s 22
ist der ArjDden-SteuerEnschluiS d33 PUT 20 'j^vbu::\ä jH ,
Zwischen dsm Tsiler-abgrivv 20 und di-ni υπΐα^ύη Putsivtial"
punkt des Spennurigstsilers 22 ist noch sin Dü^pvui.gb™
kondsRsator 27 angGschloscsrio DiEi ί-.ΰΐϋύ'2 dü?G ^UT
ist ober einsn WidsrstEnd 2G init düi? Stüuo^3is*;trGd8
des Thyristors 17 vsrbundaiio
Das RC-Glied 19 weist einen Köndsnsator- 2Q3 einen
Widerstand 30 und einen einstolibspsn kiidsrstand
auf» Die drsi genannten Schaltungselsr^onts sind in
Reihs geschaltet und sinepZenBrdiods 32 pai?alislgeschaltsto
Zur Linsarisisrung der Leerleufdrshsahi ubi32? dsn Potentiomstsrösg
ist ein waitersr Widerstand 53 parailsl zum einstellbaren
Widerstand 3t (Potentiometer] angeordnet Zur Stsusrachaltung
gehört außsrdsm noch ein Widerstand 33a dar- zuBEhmsTi mit dsr Zenerdiode
32 Ε3ΪΓ.Β Rsihsnschaltung bildsti die in Rsihe
mit einsm Widerstand 34 und sine-r Diode 95 parsllsl
zu den AnschluSiaemrnsn 11 und 12 dss DrshzGhlrajlers
und damit parallel zuit< l/JochaslspannunyDRotE 15 gsschaltet
ist ο Parsllsl zur Reihenscheltung aus Zsnsrdiode
32 und l-jidsrstsnd 33 ist dsi? Spannisngstsilsr
angeschlosseno Das RC-Glisd 19 ist mit der Anods dsc
PUT 20 verbunden;, und zwar ist hisr αετ Verbindungspunkt
vor Kondensator 29 und Widerstand 30 an der Anode das PUT 20 angeeohlosEsno
Zu dem Thyristor 17 ist ein zweiter Thyristor 36 parallel und gegenpolig geschaltet, so daß in jeder Halbwelle der Netzwechselspannung
des Wechselspannungsnetzes 15 einer der beiden Thyristoren 17 und 36 jeweils Strom führen
kann. Der zweite Thyristor 36 ist ebenfalls phasenanschnittgesteuert und weist hierzu einen Steuerkreis
mit einem Schwellwertschalter 37 und einem RC-Glied 38 auf. Der Schwellwertschalter 37 ist als
Triggardiode 39 ausgebildet, die im Steuerelektrodenzweig
des Thyristors 36 angeordnet ist. Das RC-Glied besteht aus einem Kondensator 40, der einerseits an
der Katode des Thyristors 36 und andererseits am Eingang der Triggerdiode 39 angeschlossen ist, und
aus einem Widerstand 41. Außerdem weist der Steuerkreis noch einen Kondensator 42 auf, dem das RC-Glied
parallelgeschaltet ist» DBr Widerstand 41 des RC-Gliedes
38 ist gleichzeitig Teil einer dem Kondensator 42 parallelgeschalteten Reihenschaltung, die noch eine
Diode 43 und einen Widerstand 44 aufweist«
Der Steuerkreis für den Thyristor 36 ist induktiv mit dem Lastkreis des Thyristors 17 gekoppelt. Hierzu ist
ein Transformator 45 vorgesehen, dessen Primärwicklung
zwischen der Anschlußklemme 14 des Drehzahlreglers und der Anode des ersten Thyristors 17 eingeschaltet
ist. Dxb Sekundärwicklung 47 das Transformators 45 liagt in Serie mit einer Diode 48 und dam Kondensator
Ein einstellbarer Widerstand 49 ist dBr Sekundärwicklung
47 parallBlgeschaltet. über dan Transformator
ist der Kondensator 40 das RC-GliadBS 38 zunächst auf eine
Spannung aufladbar,dia von der Stromstärke im Lastkrais
des ersten Thyristors 17 abhängig ist. Anschließend, und zwar während derjenigen Halbwelle der Netzwechselspannung
des WechsalspannungsnBtzas 15, inwelchar der zweita
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5445
JO
Thyristor 36 gezündet werden kann, wird der Kondensator
40 weiter bis auf die erforderliche Zündspannung des Schwellwertschalters 37 bzw. der Triggerdiode 39 aufgeladen.
Hierzu ist eine aus der Reihenschaltung einer Diode 50 und eines Widerstandes 51 bestehende Sperreinrichtung
52 für die Diode 43 vorgesehen, die einerseits mit der zu der Anschlußklemme 11 führenden Leitung des Drehzahlreglers
10 und andererseits mit dem Verbindungspunkt von Diode 43 und Widerstand 44 verbunden ist. Eine aus
der Reihenschaltung eines Kondensators 53 und eines Widerstands 54 bestehende Thyristor-Schutzschaltung
ist an der Anschlußklemme 11 und an der Anschlußklemme des Drehzahlreglers 10 angeschlossen. Eine Entstör-Kondensator-Kombination
55 liegt zwischen den Anschlußklemmen 11 und 12 des Drehzahlreglers 10.
Der vorstehend beschriebene Drehzahlregler 10 arbeitet wie folgt:
Während einer positiven Halbwelle der Netzwechselspannung des Wechselspannungsnetzes 15 fließt ein Strom über die
Diode 35, den Widerstand 34 und der Reihenschaltung aus
Widerstand 33 und Zanerdiode 32. Geht man davon aus, daß
das VJechselspannungsnetz gerade Nennspannung aufweist (Fig. 2 1. Diagramm) , so fällt an der Reihenschaltung
von Zenerdioda 32 und Widerstand 33 die in Fig.2 dargestellte Surmnenspannung
U32 + LJ33 ab. Diese Summenspannung U32 + U33
liegt an dem Spannungsteiler 22. Der Kondensator 29 des RC-Glieds 19 wird mit der konstanten Spannung U32 aufgeladen.
Der Spannungsverlauf am Kondensator 29 ist in Fig. 2 mit L^g bezeichnet und in dem dritten Diagramm
darstellt'. Sobald die Spannung U2g die Schwellwsrtspannung
Up20 des PUT 20, die durch den einstellbaren Widerstand 24 vorgabbar ist, übersteigt, zündet dar
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PUT 20 und der Thyristor 17 erhält einen Zündimpuls »
Hit Leitendwerden des Thyristors 17 fließt ein Strom über den Motor 16, die Sekundärwicklung 4B des Transformators
45 und den Thyristor 17, wobei die Höhe dieses Stromes in srster Näherung von der Belastung des
Motors 16 abhängig ist» Da die Versorgungsspannung U32
des RC-Gliods 19 konstant istp ist auch bei festgelegter
Schwe-llwertspannung Uρ20 ^ΒΞ PUT 20 der Zündzeitpunkt
das Thyristors 17 innsrhalb dar positiven Halbwolle der
NstzwechsslBpannung unveränderlich festgelegte Erhöht
sich die Wotzspannung des Wschsalspannungsnetzes 15
um z.B. -5- 10 % Cin FIg0 3 durch das "·>"-Symbol dargestellt),
ao blsibt die Spannung U32 konstant und dis Spannung U33
am Widerstand 33 eteigfc proportional mit dar Spannungsänderung
dee WechsQlapannungsnetzooo Dia Summonspannung U32 * ^33^
die an d©ra Spannungstsilsr1 22 llBgt,, erhöht sich;, wio in
Fifo 3 d'fflrßBstslit iat» Damit wird auch das Potential deo
Teilerabgriffα 2B dee Spannungsteilsra 22 angehoben und
damit auch dia Schwellwartspannung Up2o d@Q PUT 2O0 Da
der Kondensator 29 das RC-Gliedso 19 mit unveränderter Zeitkonstante
und Eingangsspannung aufgeladen wird,die Schwellwertspannung Up20
des PUT 20 aber höher ÜBgt5 wird dioss innerhalb der
positiven Halbwelle dsr Nstzwechselspannung zeitlich später
erreicht, so daß der Zündwinkel der Phasenanschnittsteuerung
des Thyristors 17 vergrößert wird» Durch die Spannungserhöhung der Nstzwechselspannung hat aich der Scheitelwert
der um Motor 16 lisgsndsn Spannung .ebenfalls erhöht»
Bei geeignoter Dimenaioniorunc deo Stauorkreiaiä" für den
Thyristor 17 wird aber der Zündwinksl des Thyristors) 17
soweit varochobon, daß dor Ef-Fsktivwsrt dar während der
positiven Halbphose dsr Natzwscha'elopannung an dem Motor 16
liegenden Spsännung gBgenüber dem vorherigen Betrieb mit
Nenn-Netzwichsalspannung im wesentlichen unverändert bleibt»
Sinkt die Netzwechselspannung unter ihren Nennwert ab »
wie' in Fig. 4 dargestellt und mit dem "-"-Symbol bezeichnet ist, so wird im gleichen Maße die Summenspannung
U32 + U33 reduziert. Die Schwellwertspannung
Up2Q des PUT 20 sinkt ebenfalls. Damit wird der Zündzeitpunkt
des Thyristors 17 während der positiven Halbphase der Netzwechselspannung vorverlegt. Der Zündwinkel
des Thyristors 17 wird damit soweit verkleinert, daß trotz kleinerem Scheitelwerts der am Motor 16
liegenden Spannung deren Effektivwert im wesentlichen gegenüber Nennbetrieb konstant bleibt.
Sobald der Thyristor 17 zündet, fließt durch die Reihenschaltung
von Motor 16, Sekundärwicklung 46 des Transformators 45 und Thyristor 17 ein Strom, der in den
Figuren 2-4 für die jeweiligen verschiedenen Spannungswerte der Netzwechselspannung dargestellt und mit Ijvj
bezeichnet ist. Dieser Strom ruft in der Sekundärwicklung 47 des Transformators 45 einen entsprechenden Strom hervor,
der den Kondensator 42 auflädt. Dessen Aufladung am Ende der positiven Halbwelle ist von der Größe des
Scheitelwerts des jeweils fließenden Stromes Xjvj abhängig.
Noch während der positiven Halbwelle der Netzwechselspannung entlädt sich der Kondensator 42 bereits teilweise
über die Reihenschaltung des Widerstandes 41, der Diode 43 und des Widerstandes 44. Durch geeignete Dimensionierung
der Schaltungselemente wird diese Aufladung des Kondensators 40 in jedem Fall so klein gehalten, daß
die Zündspannung der Triggerdiode 39 nicht erreicht wird.
Zu Beginn der negativen Halbwelle der Netzwechselspannung beginnt nunmehr ein Strom über die Reihenschaltung von
Diode 50, Widerstand 51 und Widerstand 44 zu fließen.,
der zur Folge hat, daß die Diode 43 sperrt. Mit Sperren
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der Diode 43 wird der Kondensator 40, ausgehend von dem während der positiven Halbwelle erreichten Ladungsniveau, von dem Widerstand 42 weiter aufgeladen. Sobald
die Ladespannung des Kondensators 4G die Zündspannung der Triggerdiode 39 übersteigt, bricht diese durch,und
der Thyristor 36 wird gezündet.
Da der Strom Iy\ durch den Motor 16 im wesentlichen von
der Belastung des Motors abhängig ist, ist es möglich, die Speisung des Motors 16 während jeder zweiten Halbwelle
der Netzwechselspannung in Abhängigkeit von der Belastung des Motors zu regeln, und zwar in dem Sinne, daß
die Drehzahl unabhängig von der jeweiligen Belastung möglichst weitgehend aufrecht erhalten wird. Da aber auch wie
in Fig. 2-4 dargestellt ist - der Scheitelwert des durch den Motor 16 fließenden Stroms I|V| bei Spannungsänderungen im Wechselspannungsnetz 15 durch den Steuerkreis
für den Thyristor 17 in entgegengesetztem Sinne beeinflußt wird, ändert sich auch das Ladungsniveau des
Kondensators 40 im Steuerkreis für den zweiten Thyristor 36, das - wie vorstehend ausgeführt - abhängig von dem
Scheitelwert des Stromes I(vj im Lastkreis des ersten
Thyristors 17 ist. Damit erfolgt auch eine Berücksichtigung der sich ändernden oder geänderten Netzwechselspannung in
der zweiten (negativen] Halbwelle der Netzwechselspannung im Sinne einer verbesserten Drehzahlkonstanz bei sich
ändernder Netzwechselspannung.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So ist es z.B. möglich.,
den Steusrk-reis für den zweiten Thyristor 36 wie in der
DE-DS 27 02 142 beschrieben aufzubauen, ohne daß erfindungsgemäße
Vorteile verlorengehen. Auch ist es möglich, in der zweiten Halbwelle der Netzwechselspannung -
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wie in der Praxis häufig zu finden - überhaupt keine Steuer- und Regelungsmöglichkeiten vorzusehen.
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Claims (1)
- 29169:R.54 451Q.4.1979ROBERT BOSCH GNBH, 7D0D Stuttgart 1AnsprücheDrehzahlregler für einen an einem Wechselspannungsnetz betriebenen Universalmotor, mit einem in Reihe mit dem Motor liegenden gesteuerten Halbleiter, insbesondere einem Thyristor, mit einem Schwellwertschalter im Steuerkreis des gesteuerten Halbleiters und mit einem RC-Glied mit einstellbarer Zeitkonstante auf der Eingangsseite des Schwellwertschalters, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertschalter C18) einen in seiner Größe steuerbaren Schwellwert aufweist und daß eine Steuerschaltung (21) vorgesehen ist, die den Schwellwert in Abhängigkeit von Spannungsänderungen im Wechselspannungsnetz (15), vorzugsweise im wesentlichen proportional hierzu, ändert.2. Drehzahlregler nach Anspruch 1, dadurch g e . kennzeichnet, daß der Schwellwertschalter (18) als programmierbarer Unijunction-Transistor (20) ausgebildet ist und daß die Steuerschaltung (21) einen291899854 45vorzugsweise einstellbaren Spannungsteiler (22) aufweist, an dessen Teilerabgriff (26) der Anoden-Steueranschluß des programmierbaren Unijunction-Transistors (20) angeschlossen ist.3. Drehzahlregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (22) einen Widerstand (33) aufweist, der mit einem, vorzugsweise als Zenerdiode (32) ausgebildeten , Spannungsbegrenzungselement eine Reihenschaltung bildet, die, vorzugsweise in Reihe mit einer Diode (35), dem Wechslspannungsnetz (15) parallelgeschaltet ist, und daß der Spannungsteiler (22) der Reihenschaltung (32,33) parallelgeschaltet ist.4« Drehzahlregler nach Anspruch 2 oder 3, d a*d u r c h gekennzeichnet, daß zwischen dem Teilerabgriff (26) und dem unteren Potentialpunkt des Spannungsteilers (22) ein Dämpfungskondensator (27) angeschlossen ist.5. Drehzahlregler nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode des programmierbaren Unijunction-Transistors ([2Ifymit dem RC-Glied (19) und die Katodemit der Steuerelektrode des gesteuerten Halbleiters (17) verbunden ist.B. Drehzahlregler nach einem der Ansprüche 1 - 5, d a durch gekennzeichnet, daß ein zweiter, vorzugsweise als Thyristor ausgebildeter, gesteuerter Halbleiter1 (36) gegenpolig und parallel zu dem ersten gesteuerten Halbleiter (17) geschaltet ist, dessen Steuerkreis induktiv mit dem Lastkreis des ersten gesteuerten Halbleiters (17) gekoppelt ist und einen Kondensator (40) enthält, der zunächst auf eine030045/03182 (Πι 1 f5 4 4Spannung aufladbar ist, die von der Stromstärke
im Lastkreis des ersten gesteuerten Halbleiters (17) abhängig ist, und der dann mit einer vorgegebenen
Zeitkonstanten weiter bis auf die erforderliche
Zündspannung für einen Schwellwertschalter (37)
im Steuerelektrodenzweig des zweiten gesteuerten
Halbleiters (36) aufladbar ist.7. Drehzahlregler nach Anspruch B, dadurch gekennzeichnet, daß zur induktiven Kopplung des Lastkreises des ersten gesteuerten Halbleiters
(17) mit dem Steuerkreis des zweiten gesteuerten
Halbleiters (36) ~ein Transformator (45) vorgesehen
ist, dessen Primärwicklung im Lastkreis des ersten
gesteuerten Halbleiters (17) und dessen Sekundärwicklung im Steuerkreis des zweiten gesteuerten Halbleiters (36) liegt.8. Drehzahlregler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kondensator (40)die Reihenschaltung einer Diode (43) und eines Widerstandes (44) und dieser wiederum die Reihenschaltung eines Widerstandes (41) und eines Kondensators (42), der in Reihe mit einer Diode (48) parallel zur Sekundärwicklung (47) des Transformators (45) liegt, parallelgeschaltet ist und daß eine die Diode (43) während
der HalbwellB der Netzwechselspannung, in welcher der zweite gesteuerte Halbleiter (36) zündbar ist,
sperrende Sperreinrichtung (52) vorgesehen ist.9. Drehzahlregler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung (52) eine Reihenschaltung einerDiode (50) und eines Widerstandes (51) aufweist, die einerseits an der Anode des030045/031 β2318998 64 45zweiten gesteuerten Halbleiters (36) und anderer-'Seits an dem Verbindungspunkt von Diode (431 und Widerstand (44) angeschlossen ist.10. Drehzahlregler nach einem der Ansprüche 7-9, dadurch gekennzeichnet, da3 parallel zur Sekundärwicklung (47) des Transformators (45) ein einstellbarer Widerstand (49) geschaltet ist.30048/0316
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