DE2916998A1

DE2916998A1 - Drehzahlregler fuer einen an einem wechselspannungsnetz betriebenen universalmotor

Info

Publication number: DE2916998A1
Application number: DE19792916998
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Kosak; Markus Reber
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-04-26
Filing date: 1979-04-26
Publication date: 1980-11-06
Also published as: ES8101342A1; CH648709A5; FR2455387B1; ES490910A0; DE2916998C2; NL189019B; JPS55144799A; FR2455387A1; NL189019C; NL8002349A

Description

R₀ 5 44 5

10,4*1979

ROBERT BOSCH GfIBH. 7D0D Stuttgart 1

Drehzahlregler für einen an einem WachseXspannungsnetz betriebenen Universalmotor

Stand der Technik

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

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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.

Vorteile der Erfindung

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·

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

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 33_a 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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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 ist_p 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

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R.54 45

1Q.4.1979

ROBERT BOSCH GNBH, 7D0D Stuttgart 1

Ansprüche

Drehzahlregler 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) einen

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vorzugsweise 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 eine

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Spannung 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 des

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zweiten 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.

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