DE3049022A1

DE3049022A1 - Schaltung zur drehzahlregelung eines motors mit konstantem magnetfeld

Info

Publication number: DE3049022A1
Application number: DE19803049022
Authority: DE
Inventors: Gediminas Dipl.-Ing. 7500 Karlsruhe Bateika
Original assignee: Pfaff Haushaltsmaschinen GmbH
Current assignee: Pfaff Haushaltsmaschinen GmbH
Priority date: 1980-12-24
Filing date: 1980-12-24
Publication date: 1982-07-01
Also published as: SE455453B; SE8107637L; JPS6135796B2; US4417187A; JPS57126296A; DE3049022C2; CH656755B

Description

Schaltung zur Drehzahlregelung eines Motors mit konstantem Magnetfeld

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Drehzahlregelung eines Motors nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Normalerweise sind derartige Motoren zur Erfassung des Drehzahl-Istwertes mit einem Tachogenerator ausgestattet. Dieser Generator erzeugt eine Frequenz, die der Motordrehzahl proportional ist und die mit der vorgegebenen Soll-Drehzahl des Motors in einer Komparatorstufe verglichen wird, wonach in einer Reglerstufe ein" Drehzahlanpassung stattfindet. Die Kosten für einen derartigen Tachogenerator stehen, insbesondere bei Kleinmotoren, in keinem wirtschaftlich tragbaren Verhältnis zu den Kosten für den Motor.

Es ist eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung von Motoren (DE-AS 26 08 613) bekannt, bei der die vom Motor abgegebene Anker-EMK kurzzeitig gemessen und zum Steuern der Einschaltdauer der nächsten Einschaltperiode verwendet wird.

Bei dieser Anordnung erfolgt die Trennung des der Drehzahl proportionalen Teiles der Motor-EMK in recht komplizierter Weise, die einen sehr hohen Aufwand erfordert und daher in der Herstellung ebenso teuer ist wie die obengenannten Drehzahleinrichtungen mit Tachogenerator.

Der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei der bekannten Lösung nur durch erheblichen Steuerungsaufwand zu erzielende Erfassung des der Drehzahl des Motors entsprechenden Abschnittes der Motor-EMK so zu vereinfachen und zu verbilligen, daß eine derartige Istwert-Erfassung der Motordrehzahl auch für die Regelung preiswerter Motore möglich ist.

Bei der Schaltung nach der Erfindung erfolgt, die Abtrennung <ies der Drehzahl proportionalen Abschnittes der Motor-EMK durch zwei phasenverschoben wirkende Schalter, welche die ungewünschten Abschnitte der Phasenspannung ausblenden, und deren nachgeschaltete Speicher die Istspannung über den gesamten Phasenverlauf beibehalten.

Eine vorteilhafte und preiswerte Ausgestaltung der Schaltung mit einer einfachen Steuerung der Schalter ergibt sich durch die Ansprüche 2 und 3·

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Fig. 1 bis 3 erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltung der Drehzahlregelung eines Motors, Fig. 2a, 2b und 2c Signaldiagramme von den Punkten A, B

und C der Schaltung und
Fig. 3a und 3t> Signal dia gramme von den Punkten D und E der Schaltung.

An Leitungen 1 und 2, die mit der Netzspannung verbunden sind, liegen ein Motor 3 und ein Thyristor k in Reihenschaltung. Der Thyristor k wird über einen Zündtransformator 5 in jeder zweiten Halbwelle des Netzstromes gezündet und unterbricht den Strom durch den Motor 3 heim Nulldurchgang der Netzspannung.

Parallel zum Motor 3 liegt eine Reihenschaltung von zwei Widerständen 6 und 7 als Spannungsteiler, um die abgenommene Spannung auf einen für die nachfolgenden Elemente verarbeitbaren Wert zu bringen. Parallel zu dem Widerstand 7 sind eine Zener-Diode 8 und ein Kondensator 9 angeordnet. Die durch den Spannungsteiler 6, 7 abgegriffene reduzierte Ankerspannung wird über einen ersten COS/MOS-Analog-Schalter 10 an einen mit der Leitung 2 verbundenen Kondensator 11 und über einen hochohmigen Widerstand 12 an den einen Eingang eines als Impedanzwandler geschalteten Operationsverstärker 13 angeschlossen.

Der Ausgang des Operationsverstärkers 13 ist über einen zweiten COS/MOS-Analog-Schalter l4 ebenfalls wieder an einen mit der Leitung 2 verbundenen Kondensator 15 und über einen hochohmigen Widerstand l6 an den einen Eingang eines zweiten als Impedanzwandler geschalteten Operationsverstärkers 17 angeschlossen.

Die Ausgangsspannung des zweiten Operationsverstärkers wird über einen Widerstand l8 dem invertierenden Eingang eines als Regler geschalteten Operationsverstärkers 19 zugeführt. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 19 ist über einen Widerstand 20 mit der Leitung 2 verbunden. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 19 ist weiterhin über einen Widerstand 21 mit einem Potentiometer 22 verbunden, an dem sich eine dem Sollwert der Drehzahl entsprechende Spannung abgreifen läßt. Der Ausgang des Operationsverstärkers 19 ist mit einer Zündstufe 23 verbunden, an welche der Zündtransformator 5 angeschlossen ist.

Zwischen die beiden Leitungen 1 und 2 sind ein Widerstand 24 und eine Zener-Diode 25 in Reihe geschaltet. An die Verbindung zwischen der Zener-Diode 25 und dem Widerstand 2k ist eine Diode 26 angeschlossen. An einem zwischen der Diode 26 und der Leitung 2 liegenden Kondensator 27 kann eine stabilisierte Gleichspannung entnommen werden.

Zwischen die beiden Leitungen 1 und 2 ist ein weiterer Widerstand 28 und eine Diode 29 in Reihe geschaltet, an deren Verbindung die Basis eines npn-Transistors 30 liegt, dessen Emitter an der Leitung 2 und dessen Kollektor über einen Widerstand 31 mit der stabilisierten Gleichspannung am Kondensator 27 in Verbindung steht.

An dem Kollektor des Transistors 30 ist über einen Widerstand 32 die Basis eines zweiten Transistors 33 angeschlossen, dessen Emitter ebenfalls an der Leitung 2 liegt und dessen Kollek-

tor über einen Widerstand 3'* ^am Kondensator 27 angeschlossen ist.

Der Kollektor des Transistors 30 ist außerdem mit der Steuerelektrode des Analog-Schalters 10 und der Kollektor des Transistors 33 mit der Steuerelektrode des Analog-Schalters ΐΛ verbunden.

Beim Betrieb des Motors 3 zündet die Zündstufe 23 über den Zündtransformator 5 in. später beschriebener Weise den Thyristor k im Verlauf der positiven Halbwelle der Wechselspannung. Bis zum Nulldurchgang der Netzspannung fließt dann Strom über den Motor 3· Beim Beginn der negativen Halbwelle schaltet der Thyristor 'tab, so daß während der negativen Halbwelle kein Strom durch den Motor 3 fließen kann.

Unter dieser Voraussetzung tritt am Anker des Motors 3 (Punkt A) ein Spannungsverlauf S auf, der aus drei hintereinander angeordneten Abschnitten besteht. Diese Abschnitte sind in der Fig. 2a zusammen mit der Netzspannung N dargestellt, wobei in der Figur eigentlich der Spannungsverlauf am Punkt A' dargestellt ist, der sich infolge der Anordnung des aus den Widerständen 6 und 7 bestehenden Spannungsteilers nur durch einen anderen Maßstab der Ordinatenwerte von den Verhältnissen im Spannungsverlauf im Punkt A unterscheidet.

Der Abschnitt a gibt die Spannung wieder, die der Anker des Motors 3 in der Abschaltphase des Thyristors k erzeugt. Diese Spannung ist der Drehzahl des Motors 3 proportional. Nach dem Zünden des Thyristors 4 entspricht die Spannung S der Netzspannung N (Abschnitt b). Im Abschnitt c, unmittelbar nach dem Spannungs-Nulldurchgang der Netzspannung N weist der Spannungsverlauf der Spannung S infolge der von der Ankerinduktivität bedingten Gegenspannung die dargestellte Abweichung auf.

Nur die in der Abschaltperiode des Thyristors k erzeugte drehzahlproportionale Spannung des Abschnittes a darf dem Operationsverstärker 19 als Istwertspannung zugeführt werden. Daherwerden von den beiden Analogschaltern 10 und lh die Spannungsanteile der Abschnitte b und c herausgefiltert.

Die Analogschalter 10 und l4 werden von der Netzspannung ein- und ausgeschaltet. Bei der positiven Halbwolle der Netzspannung stellt sich über der Zenerdiode 25 eine konstante Spannung ein, die über die Diode 26 dem Kondensator 27 zugeleitet und als stabilisierte Spannung zur Verfügung steht.

Während der positiven Halbwelle wird die Spannung an der Basis des Transistors 30 positiv und dieser wird leitend. Dadurch
fällt die Spannung an der Elektrode des Analogschalters 10 ab, so daß dieser abschaltet, wie es in Fig. 3a dargestellt ist. Die Fig. 3a gibt den Spannungsverlauf am Punkt D während einer Netzspannungsperiode wieder.

Gleichzeitig mit dem Abfallen der Spannung am Kollektor des
Transistors 30 fällt auch die Spannung an der Basis des Transistors 33 gegen Null. Dadurch sperrt der Transistor 33 und
durch die sich an der Elektrode des Analogschalters lh. aufbauende Spannung schaltet den Analogschalter l4 ein, wie dies Fig. 3b für den Punkt E zeigt.

Infolge des hohen Eingangs-Widerstandswertes des Operationsverstärkers 13 wird der Kondensator 11 nach dem Abschalten
des Analogschalters 10 praktisch nicht entladen, so daß nach dem Abschaltvorgang die Spannung am Punkt B konstant bleibt. Die Fig. 2b zeigt das Oszillogramm des Spannungsverlaufes am Punkt B, während einer Periode der Netzspannung. Das am Eingang des Operationsverstärkers 13 liegende Spannungssignal
ist nun frei von Störungen, die durch das Zünden des Thyristors k entstehen. Ee enthält jedoch im Abschnitt c den Kommentierungsvorgang des Thyristors 4. Das Spannungssignal wird über

den Operationsverstärker 13 und den zweiten Analogschalter l'i dem Kondensator 15 und über den Widerstand l6 dem Eingang des Operationsverstärkers 17 zugeführt. Die durch den Koramutierungsvorgang im Spannungssignal enthaltende Störung wird dadurch ausgefiltert, daß beim Beginn der negativen Halbwelle der Netzspannung der Transistor 30 abschaltet und - da sich an seinem Kollektor am Punkt D (Fig. 3») ein positives Potential aufbaut - der Transistor- 33 durchschaltet. Im Punkt E fällt somit gleichzeitig die Spannung gegen Null (Fig. 3^)· Dadurch schaltet der Analogschalter 10 ein und der Analogschalter l'i ab.

Beim Abschalten des Analogschalters l'i bleibt - entsprechend den Verhältnissen am Operationsverstärker 13 - das Spannungssignal auch am Operationsverstärker 17 weiterhin praktisch konstant, so daß am Ausgang (Punkt C) des Operationsverstärkers 17 eine von jeglichen Störungen freie Spannung erhalten wird, die der Ist-Drehzahl des Motors 3 proportional ist. Die Fig. 2c zeigt diese Spannung im Oszillogramm. Diese Spannung wird nun über den Widerstand l8 zusammen mit der am Potentiometer 22 abgegriffenen der Soll-Drehzahl proportionalen Spannung dem invertierenden Eingang des als Regler geschalteten Operationsverstärkers 19 zugeführt, dessen Ausgang die Zündstufe 23 steuert. Diese bewirkt in bekannter Weise die Zündung des Thyristors k über den Zündtransformator 5·

Claims

CHFAIE)

PFAFF HAUSHALTMASCHINEN GMBH·KA RLSRUHE-DURLACH

PatentaηSprüche

ί 1.1 Schaltung zur Drehzahlregelung eines aus einer Wechselstromquelle über einen steuerbaren Halbleitergleichrichter gespeisten Motors mit konstantem Magnetfeld, bei dem die durch den Motor erzeugte, der Drehzahl des Motors entsprechende generatorische Spannung die Einschaltdauer des Halbleitergleichrichters steuert, dadurch gekennzeichnet, daß der die generatorische Spannung führende Teil des Motors (3) über zwei hintereinander geschaltete, von der Netzfrequenz um l80° phasenverschoben gesteuerte Schalter (lO, l'i) und zwei diesen jeweils nachgeschaltete Speicher (ll, 15) mit dem Eingang eines Reglers (l9) verbunden ist, dessen Ausgang an eine Zündstufe für den Halbleitergleichrichter (k) angeschlossen ist.
2. Schaltung nach Ansprtich 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (10, l'i) COS/MOS-Ann log-Scbalter sind, deren Steuerkreise jeweils im Kollektor-Emitterpfad von Schalttransistoren (30, 33) liegen, deren Basen von der Netzfrequenz steuerbar sind.

3- Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die jedem Schalter (10, l'l) nachgeschalteten Speicher (ll, 15) jeweils aus einem Kondensator bestehen, denen je ein Impedanzwandler (l3i 17) nachgeschaltet ist.

ORIGINAL INSPECTED