DE3049022C2

DE3049022C2 - Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines Motors mit konstantem Magnetfeld

Info

Publication number: DE3049022C2
Application number: DE3049022A
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: 1983-07-28
Also published as: SE455453B; US4417187A; DE3049022A1; SE8107637L; JPS6135796B2; JPS57126296A; CH656755B

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines Motors τ ich dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es ist bereits eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung von einem Motor (DE-AS 24 09 781) bekannt, bei der die Differenz zwischen der vom Anker des Motors ausgehenden EMK. und einer Bezugspannung über einen in den Strompausen wirksamen Sperrschalter die Zündschaltung eines gesteuerten Gleichrichters beeinflußt Das Spannungssignal steht dabei nur in den Strompausen zur Steuerung der Zündung zur Verfugung.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den nur kurzzeitig verfügbaren Spannungspegel des der Drehzahl des Motors entsprechenden Abschnittes der Motor-EMK in einfacher Weise zu erfassen und ihn in eine stetig verfügbare so Regelspannung umzuformen, die über einen Verstärker der Zündschaltung'zuführbar ist. Dies wird durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angeführten Merkmale gelöst 'Durch die Bildung und Weiterleitung eines drehzahlproportionalen Ist-Wertes als stetig verfügbare Rsgelspannung ist die Nachordnung beliebig auswählbarer Regelverstärker zum Steuern der Zündschaltung möglich.

Bei einer Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines impulsgesteuerten Gleichstrommotors (DE-OS 28 14 768) ist ein Stromspeicherschalter bekanntgeworden, der in den Strompausen verzögert geschlossen wird, um die einem Tiefpaß zugeführtc EMK über einen Verstärker an das Einschaltglied für den Stromschalter des Motors zu schalten und damit die Einschaltdauer des Motorstromes zu steuern. Dabei besteht aber die Notwendigkeit, den Stromspeicherschalter sowohl in Abhängigkeit von den Öffnungszeiten des steuerbaren Motorschalters schalten als auch negative Werte der EMK in den Strompausen ausfiltern zu müssen. Außerdem verursacht die Vorschaltung eines Tiefpasses eine verzögerte Reglerreaktion, insbesondere beim Auftreten von Belastungen des Motors. Diese Schaltungsart ist daher nicht auf wechselstromgespeiste Motoren übertragbar.

Bei der Schaltungsariordnung nach der Erfindung erfolgt die Abtrennung des 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 F i g. 1 bis 3 erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Schaltung der Drehzahlregelung eines Motors,

F i g. 2a, 2b und 2c Signaldiagramme von den Punkten A, B und Cder Schaltung und

F i g. 3a und 3b Signaldiagramme von den Punkten D und £ der Schaltung.

An Leitungen 1 und 2, die mit der Netzspannung verbunden sind, liegen ein Motor 3 und ein Thyristor 4 in Reihenschaltung. Der Thyristor 4 wird über einen Zündtransformator 5 in jeder zweiten Halbwelle des Netzstromes gezündet und unterbricht den Strom durch den Motor 3 beim 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 Operationsverstärkers 13 angeschlossen.

Der Ausgang des Operationsverstärkers 13 ist über einen zweiten COS/MOS-Analog-Schalter 14 ebenfalls wieder an einen mit der Leitung 2 verbundenen Kondensator 15 und über einen hochohmigen Widerstand 16 an den einen Eingang eines zweiten als Impedanzwandler geschalteten Operationsverstärkers 17 angeschlossen.

Die Ausgangsspannung des zweiten Operationsverstärkers wird über einen Widerstand 18 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 24 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 Kollektor über einen Widerstand 34 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 14 verbunden.

Beim Betrieb des Motors 3 zündet die Zündstufe 23 über den Zündtransformator 5 in später beschriebener Weise den Thyristor 4 im Verlauf der positiven Halbv/elie der Wechselspannung. Bis zum Nulldurchgang der Netzspannung fließt dann Strom ^sber den Motor 3. Beim Beginn der negativen Halbwelle schaltet der Thyristor 4 ab, 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 5 auf, der aus drei hintereinander angeordneten Abschnitten besteht. Diese Abschnitte sind in der F i g. 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 4 erzeugt Diese Spannung ist der Drehzahl des Motors

3 proportioirü. Nach dem Zünden des Thyristors 4 entspricht die Spannung 5 der Netzspannung N (Abschnitt b). Im Abschnitt c, unmittelbar nach dem Spannungs-Nulldurchgang der Netzspannung N weist der Spannungsverlauf der Spannung 5 infolge der von der Ankerinduktivität bedingten Gegenspannung die dargestellte Abweicl.-ung auf.

Nur die in der Abschaltperiode des Thyristors 4 erzeugte drehzahlproportionale Spannung des Abschnittes a darf dem Operationsverstärker 19 als Istwertspannung zugeführt werden. Daher werden von den beiden Analogschaltern 10 und 14 die Spannungsanteile der Abschnitte i>und cherausgefiltert

Die Analogschalter 10 und 14 werden von der Netzspannung ein- und ausgeschaltet. Bei der positiven Halbwelle 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 F i g. 3a dargestellt ist Die F i g. 3a gibt den Spannungsverlauf am Punkt D während einer Netzspannungsperiode wieder.

ίο 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 14 aufbauende Spannung schaltet den Analogschalter 14 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 F i g. 2b zeigt das Oszillogramm des Spannungsverieafes 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 4 entstehen. Es enthält jedoch im Abschnitt c den Kommentierungsvorgang des Thyristors 4. Das Spannungssignal wird über den Operationsverstärker 13 und den zweiten Analogschalter 14 dem Kondensator 15 und über den Widerstand 16 dem Eingang des Operationsverstärkers 17 zugeführt Die durch den Kommutierungsvorgang 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 (F i g. 3a) ein positives Potential aufbaut — der Transistor 33 durchschaltet Im Punkt Efällt somit gleichzeitig die Spannung gegen Null (Fig.3b). Dadurch schaltet der Analogschalter 10 ein und der Analogschalter 14 ab.

Beim Abschalten des Analogschalters 14 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 F i g. 2c zeigt diese Spannung im Oszillogramm. Diese Spannung wird nun über den Widerstand 18 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 4 über den Zündtransformator 5.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung 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, indem der die generatorische Spannung führende Teil des Motors über einen Schalter mit einer Zündstufe für den Halbleitergleichrichter verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter aus zwei hintereinander geschalteten, von der Netzfrequenz um 180° phasenverschoben gesteuerten Schaltstufen (10, 14) besteht, denen jeweils ein Speicher(ll, 15) nachgeschaltet ist

Z Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstufen (10, 14) COS/MOS-Analog-Schalter sind, deren Steuerkreise jeweils im Kollektor-Emitterpfad von Schalttransistoren (30, 33) liegen, deren Basen von der Netzfrequenz steuerbar sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die jeder Schaltstufe (10, 14) nachgeschalteten Speicher (41,15) jeweils aus einem Kondensator bestehen, denen je ein Impedanzwandler (13,17) nachgeschaltet ist

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