DE3022434C2

DE3022434C2 - Anordnung zur Drehzahlregelung eines Wechselstrommotors

Info

Publication number: DE3022434C2
Application number: DE19803022434
Authority: DE
Inventors: Heinz 7210 Rottweil Bucher
Original assignee: Metronic Electronic 7210 Rottweil De GmbH
Current assignee: Metronic Electronic 7210 Rottweil De GmbH
Priority date: 1980-06-14
Filing date: 1980-06-14
Publication date: 1984-08-23
Also published as: DE3022434A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Drehzahlregelung eines Wechselstrommotors, bei der dem Wechselstrommotor ein elektronischer Schalter, z. B. Thyristor oder Triac, vorgeschaltet ist und der Widerstand dieses elektronischen Schalters über einen integrierten Schaltkreis steuerbar ist, der neben einer Konstantspannungsquelle und einem Operationsverstärker noch einen Phasenanschnittsteuerkreis enthält, der in Abhängigkeit von der Differenz aus einer der Solldrehzahl entsprechenden einstellbaren Bezugsspannung und einer der Istdrehzahl entsprechenden, von einem Istwertgeber abgeleiteten Rückführspannung ansteuerbar ist, wobei als Istwertgeber ein Magnetring vorgesehen ist, der drehfest auf der Motorwelle befestigt und in eine gerade Anzahl von abwechselnd als Nordpol und Südpol ausgebildeten Permanentmagnetzonen unterteilt ist, und wobei über die Permanentmagnetzonen eine Meßspannung ableitbar ist, die nach der Gleichrichtung als Rückführspannung verwendet ist.

Eine Anordnung dieser Art ist durch die DE-AS 15 13 716 bekannt. Diese bekannte Anordnung ist gegen Slörfelder anfällig. Dies ist gerade bei Verwendung des Drehzahlgebers zur Ableitung der Steuerspannung für den Phasenanschnittsteuerkreis eines Wechselstrommotors nachteilig, da letzterer sehr empfindlich ist und schnell reagiert. Schon kleine Unregelmäßigkeiten im Steuetkreis wirken sich im Motorkreis beachtlich aus.

Aus der DE-AS 21 65 087 ist ein induktiver Drehzahlgeber mit Kompensation bekannt, der zwei hintereinander geschaltete Aufnahmespulen aufweist. Da sich die Aufnahmespulen etwa über 180° des Umfanges erstrekken, wirken auch Störfelder jeglicher Art auf die Aufnahmespulen ein. Es besteht eine große Wahrscheinlichkeit, daß die Störfelder über den Umfang verschieden groß und auch verschieden gerichtet sein können, daher kann die Kompensation nur unvollkommen sein. Der Drehzahlgeber eignet sich nicht für die exakte Steuerung eines Phasenanschnittsteuerkreises.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zur Drehzahlregelung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die mit minimalem Aufwand eine Unterdrückung von Störfeldern im Steuerkreis des Phasenanschnittsteuerkreises ermöglicht und der Drehzahl exakt proportionale Meßspannungen für die Steuerung des Phasenanschnittsteuerkreises liefert.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die Kombination nachstehender Merkmale gelöst:
zur Ableitung der Meßspannung sind den Pennanentmagnctzoncn des Magnetringes zwei Aufnahmespulen zugeordnet, die mit ihren Polachsen auf einem Durchmesser des Magnctringes angeordnet sind, die Aul'nahmespulen weisen stabförmige Magnetkerne auf, welche in Stegen von Motorgchäuscsehylen festgelegt sind, auf die Magnetkerne sind Spulenkörper mit Wicklungen unlösbar aufgebracht, die Wicklungen der beiden Aufnahmespulen sind zur Abgabe der Meßspannung gleich-

sinnig hintereinander geschaltet und die Spulenkörper •-lh den Wicklungen sind jeweils mittels eines Abschinngehiluses abgedeckt, wobei die Abschirmgehiuise jeweils die dein M.ignclring zugekehrten PolFlficheu der Aufnahmespulen freilassen.

Durch diese Kombination von nur zwei kleinen Auf iiahiiii-spulen ιιικΙ ihre Ausrichtung iiiul Abschirmung wird in die Wicklungen der Aufnahinespiilcii nur die von dem sich drehenden Magnetring bewirkte Spannung induziert. Da sich die Wirkungsbereiche auf die kleinen Luftspaltbereiche zwischen den freiliegenden Polflächen der Aufnahmespulen und den vorbeibewegten Permanentmagnetzonen des Magnetringes beschränken, ist schon die Einwirkung von Störfeldern unwahrscheinlich, darüber hinaus wird aber in den beiden Aufnahmespulen noch eine elektrische Kompensation von Störspannungen erreicht. Die Ableitung der Meßspannung ist daher genauer und der Drehzahl d?:s Motors exakt proportional. Der Phasenanschnittsteuerkreis erhält eindeutige Steuersignale, was sich auf die Regelgenauigkeit günstig auswirkt

Für die Anbringung des Magnetringes auf der Motorwelle ist nach einer Ausgestaltung vorgesehen, daß der Magnetring auf einer Kunststoff-Trägerscheibe befestigt ist, die drehfest mit der Motorwelle verbunden ist. Die Befestigung des Magnetringes auf der Kunststoff-Trägerscheibe ist nach einer Ausgestaltung so ausgeführt, daß die Kunststoff-Trägerscheibe einen Außenumfang aufweist, dessen Durchmesser dem Innendurchmesser des Magnetringes entspricht und d."ß die Kunststoff-Trägerscheibe stärker ist als der Magnetring und im Randbereich Rastnasen zur Festlegung des aufgerasteten Magnetringes trägt

Um möglichst große Impulse in die Aufnahmespulen zu induzieren, sieht eine Weiterbildung vor, daß der Magnetring auf seiner äußeren Umfangsfläche in die Permanentmagnetzonen unterteilt ist und daß die Polachsen der Aufnahmespulen auf die Mitte der Umfangsfläche und auf einen Durchmesser des Magnetringes ausgerichtet sind.

deich gute Ergebnisse liefert eine Ausgestaltung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Magnetring auf einer Seitenfläche in die Permanentmagnetzonen unterteilt ist und daß die Polachsen der Aufnahmespulen auf die Mitte der Seitenfläche und senkrecht zur Ebene des Magnetringes ausgerichtet sind.

Um eine ausreichend große, gleichförmige Rückführspannung zu erhalten, ist nach einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, daß die Anzahl der Permanentmagnetzonen des Magnetringes wesentlich größer ist als die Anzahl der Pole des Wechselstrommotors.

Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Wechselstrommotor teilweise im Schnitt, der die Anordnung des Magnetrinjees und der Aufnahmespulen erkennen läßt,

Fig.2 die Ansicht auf die Stirnseite des Wechselstrommotors, auf der die Motorwelle den Magnetring und die zugekehrte Motorgehäuseschale die Aufnahmespulen tragen und

F i g. 4 den Stromlaufplan für die Anordnung nach der Erfindung.

Der Wechselstrommotor IO nach Fig. 1 und 2 besteht in bekannter Weise aus dem Rotor 12 mil der Motorwelle 11 und dem Stator 29, der mit seinen Wicklungen 33 zwei Pole 32 umschließt. An dem Sialor 29 sind mittels Schrauben 19, Unterlegscheiben 20 und Muttern 21 die beiden Motorgchäuseschalen 17 und 18 festgemacht. Diese Molorgehäusesehalen 17 und 18 nehmen die Kugellager 1.1 und 14 auf. Die Motorwclle 11 isl iniileis des Sicherungsringes Is und des Kedcrrin-

^r, ges If» axtitl tmverschiebbar festgelegt.

Zwischen dein Rotor 12 und der Motorgehäusesehule 18 isl auf tli-r Molorwcllc M eine Kunststoff-Träger scheibe 22 ihvhfcst aufgebracht. Diese Kunststoff-Trägerscheibc 22 hat einen Außenumfang. der dem Innendurchmesser des Magnetringes 23 entspricht. Die Kunststoff-Trägerscheibe 22 ist jedoch stärker als der Magnetring 23 und trägt in den Randbereichen der Umfangsfläche Rastnasen 43, so daß der Magnetring 23 auf die Kunststoff-Trägerscheibe 22 aufgerastet werden kann. Eine Nut-Federverbindung 34 stellt dabei sicher, daß der Magnetring 23 unverdrehbar auf der Kunststoff-Trägerscheibe 22 festgelegt ist.

Wie Fig.2 zeigt, wird das Anschlußkabel 37 für die Statorwicklungen 33 durch die Zugentlastung 36 festgehalten. Die Motorgehäuseschale 17 weist zwei Befestigungslaschen 30 mit Bohrungen auf und die Motorgehäuseschale 18 um 90° versetzt die beiden Befestigungslaschen 31 mit Aufnahmeschlitzen. Die Motorgehäuseschale 18 weist einen O-förmigen Befestigungssteg auf, der mittels der Schrauben 19 mit dem Stator 29 verbunden wird. Der Quersteg 35 der Motorgehäuseschale 18 nimmt das Kugellager 14 auf und hat versetzt zu der durch die Schrauben 19 gegebenen Befestigungsachse zwei Durchbrüche 39 und aus den Durchbrüchen ragen-

jo de Stege 38. Wie F i g. 1 zeigt, wird der stabförmige Magnetkern 24 der Aufnahmespule 40 in diesem Steg befestigt Auf dem Magnetkern 24 ist ein Spulenkörper 25 mit einer Wicklung 26 festgelegt. Im Flansch des Spulenkörpers 25 sind die Anschlußkontakte 27 isoliert

J5 festgelegt. Der Spulenkörper 25 mit der Wicklung 26 ist mittels eines Abschirmgehäuses 28 abgedeckt, das nur die zum Magnetring 23 gerichtete Polfläche des Magnetkerns 24 freiläßt. Die beiden zu einem Paar zusammengefaßten Aufnahmespulen 40 stehen diametral zueinander, so daß ihre Polachsen auf einem Durchmesser des Magnetringes 23 liegen. Der Magnetring 23 ist auf seiner Umfangsfläche abwechselnd in als Südpol und Nordpol ausgebildete Permanentmagnetzonen 41 und 42 unterteilt. Die Anzahl der Permanentmagnetzonen 41 und 42 ist gerade und wesentlich größer als die Polzahl des Wechselstrommotors 10. z. B. 28 gegenüber 2.

Der Magnetring 23 könnte auch auf der in Fig. 2 einsehbaren Seitenfläche abwechsend in als Südpol und Nordpol ausgebildete Permanentmagnetzonen unterteilt sein. Die Aufnahmespulen 40 würden dann mit ihren Polachsen senkrecht zu dieser Seitenfläche stehen, aber immer noch diametral angeordnet sein.

Diese diametrale Anordnung ist wichtig, da die in die beiden Aufnahmespulen 40 induzierten Impulse bei gerader Anzahl von Permanentmagnetzonen gleichphasig sind, während die durch das Streufeld des Wechselstrommotors in die Aufnahmespulen 40 induzierten Störimpulse gegenphasig sind.
Werden, wie F i g. 3 zeigt, die Wicklungen w 1 und w 2

bo der beiden Aufnahmespulen 40 gleichsinnig in Reihe geschaltet, dann addieren sich die induzierten Nutzimpulse, während sich die induzierten Störimpulse gegenseitig aufheben. Es ist einleuchtend, daß auch mehr als ein Paar von Aufnahmespulen 40 zur Ableitung der Rüekführspannung verwendet werden können. Wichtig ist nur. daß sie jeweils diametral angeordnet sind und ihre Wicklungen gleichsinnig in Reihe geschaltet sind. Die Wicklungspaare der Aufnahmespulcn-Paare sind

wiederum gleichsinnig in Reihe geschaltet. Dabei ist von Vorteil, wenn die Aufnahmespulen-Paare jeweils gleichzeitig von gleichmagnetisierten Permanenimagnetzonen beeinflußt werden. Damit läßt sich eine größere Rückführspannung erreichen.

Wie der Stromlaufplan nach Fig.3 erkennen läßt, wird das Ausgangssignal der beiden Wicklungen w I und w 2 über die Diode D gleichgerichtet und durch den Siebkondensator Cgeglättet. Der Regelwidersland R ist dem Siebkondensator C parallelgeschaltet und erlaubt die Anpassung der Meßspannung an den Phasenanschnittsteuerkreis, der in dem integrierten Schaltkreis IC, ein Baustein UIHB der Firma AEG-Telefunken. enthalten ist. Die an die Anschlüsse a 1 und a 14 anzulegende Versorgungsgleichspannung für den Baustein v-, wird über die Diode D i.den Vorwidersiand "vund den Siebkondensator C2 von der Netzwechselspannung abgeleitet. Am Anschluß a 10 kann eine konstante Spannung abgegriffen werden, die die im Baustein enthaltene Konstantspannungsquelle liefert. Diese konstante Spannung speist den Spannungsteiler aus den Widerständen R 1, Pund R 3. An dem als Regelwiderstand ausgebildeten Widerstand P kann eine der Solldrehzahl entsprechende Bezugsspannung vorgegeben werden. Die Bezugsspannung gelangt über den Widerstand R 2 auf den Anschluß a 5, während die Meßspannung dem Anschluß a 3 zugekehrt wird. Diese Anschlüsse a 3 und a 5 sind den beiden Eingängen eines Operationsverstärkers zugeordnet, der am Anschluß a 4 sein Ausgangssignal abgibt. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers gelangt als Steuersignal auf den Steuercingang des im Baustein enthaltenen Phasenanschnittsteuerkreises. Die Widerstände R 4 und R 5, sowie der Kondensator Cl koppeln den Ausgang des Operationsverstärkers mit dem Eingang, dem die Bezugsspannung zugeführt wird, so daß der Regelkreis geschlossen ist. Dieser Koppelkreis bestimmt mit dem Operationsverstärker im integrierten Schaltkreis /C das Regelverhalten der Anordnung. Der Widerstand /?6 ist der Lastwiderstand des Operationsverstärkers. Das Ausgangssignal des Phasenanschnittsteuerkreises gelangt über den Anschluß a 2 zur Steuerelektrode des elektronischen Schalters T.

Der Widerstand R tO, der den Verbincungspunkt zwischen dem Wechselstrommotor M und dem elektronischen Schalter Trnit dem Anschluß a 7 verbindet, übernimmt die Rückmeldung zum Phasenansehnittsteuerkreis, ob Strom fließt oder nicht. Der mit dem Anschluß a S verbundene Widerstand R 9 übernimmt die Synchronisierung des Phasenanschnittsteuerkreises mit der Netzwechselspannung. Die Widerstände RT, /?8 und R 11 dienen zur Einstellung der erforderlichen Gleichspannungen für die Anschlüsse a 6 und a 9, die für die Funktion des integrierten Schaltkreises IC nötig sind. Die Anschlüsse a 13 und a 14 sind mit dem Nullpotential der Nctzwechselspannung verbunden, die mittels des Schalters Sein- und ausschaltbar sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Drehzahlregelung eines Wechselstrommotors, bei der dem Wechselstrommotor ein elektronischer Schalter, z. B. Thyristor oder Triac, vorgeschaltet ist und der Widerstand dieses elektronischen Schalters über einen integrierten Schaltkreis steuerbar ist, der neben einer Konstantspannungsquelle und einem Operationsverstärker noch einen Phasenanschnittsteuerkreis enthält, der in Abhängigkeit von der Differenz aus einer der Solldrehzahl entsprechenden einstellbaren Bezugsspannung und einer der Istdrehzahl entsprechenden, von einem Istwertgeber abgeleiteten Rückführspannung ansteuerbar ist, wobei als Istwertgeber ein Magnetring vorgesehen ist, der drehfest auf der Motorwelle befestigt und in eine gerade Anzahl von abwechselnd als Nordpol und Südpol ausgebildeten Permanentmagnetzonen unterteilt ist, und wobei über die Permanentmagnetzonen eine Meßspannung ableitbar ist, die nach der Gleichrichtung als Rückführspannung verwendet ist,

gekennzeichnet durch die Kombination nachstehender Merkmale:

zur Ableitung der Meßspannung sind den Permanentmagnetzonen des Magnetringes zwei Aufnahmespulen (40) zugeordnet, die mit ihren Polachsen auf einem Durchmesser des Magnetringes (23) angeordnet sind, die Aufnahmespulen (40) weisen stabförmige Magnetkerne (24) auf, welche in Stegen (38) von Motorgehäuseschalen (18) festgelegt sind,

auf die Magnetkerne (24) sind Spulenkörper (25) mit Wicklungen (26) unlösbar aufgebracht.

die Wicklungen (26) der beiden Aufnahmespulen (40) sind zur Abgabe der Meßspannung gleichsinnig hintereinander geschaltet und
die Spulenkörper (25) mit den Wicklungen (26) sind jeweils mittels eines Abschirmgehäuses (28) abgcdeckt, wobei die Abschirmgehäuse (28) jeweils die dem Magnetring (23) zugekehrten Polflächen der Aufnahmespulen (40) freilassen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetring (23) auf einer Kunststoff-Trägerscheibe (22) befestigt ist, die drehfest mit der Motorwelle (11) verbunden ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der Magnetring (23) auf seiner äußeren Umfangsfläche in die Permanentmagnetzonen (41, 42) unterteilt ist und

daß die Polachsen der Aufnahmespulen (40) auf die Mitte der Umfangsfläche und auf einen Durchmesser des Magnetringes (23) ausgerichtet sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der Magnetring (23) auf einer Seitenfläche in die Permanentmagnetzonen (41,42) unterteilt ist und daß die Polachsen der Aufnahnicspulcn (40) auf die t>o Mitte der Seitenfläche und senkrecht zur Ebene des Magnctringes (23) ausgerichtet sind.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dall die An/.ahl der l'erinanentmagnet/.oncn(41,42)des Magnetnnges(23) we- M sentlich größer ist (/. B. ZH) tiIs die Anzahl der Pole (z. B. 2) des Wechselstrommotors (M).

6. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn

zeichnet, daß die Kunststoff-Trägerscheibe (22) einen Außenumfang aufweist, dessen Durchmesser dem Innendurchmesser des Magnetringes (23) entspricht und daß die Kunststoff-Trägerscheibe (22) stärker ist als der Magnetring (23) und im Randbereich Rastnaren (43) zur Festlegung des aufgerasteten Magnetringes (23) trägt