DE3150821A1

DE3150821A1 - "sicherheitssteuereinrichtung fuer eine drehzahlsteuerschaltung eines kommutatormotors"

Info

Publication number: DE3150821A1
Application number: DE19813150821
Authority: DE
Inventors: Michio Hinoshi Tokyo Hisatake; Toru Tachikawa Tokyo Hyodo; Yoshitaka Koganei Tokyo Takahashi; Kazuji Yamamoto
Original assignee: Janome Sewing Machine Co Ltd
Current assignee: Janome Corp
Priority date: 1980-12-22
Filing date: 1981-12-22
Publication date: 1982-08-05
Also published as: DE3150821C2; JPS57106388A; US4524309A; JPH0113314B2

Description

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'11166/H/Mü/ga

JANOME SEWING MACHINE CO.,LTD.,
T ο k y ο > Japan

Sicherheitssteuereinrichtung für eine Drehzahlsteuerschaltung eines Kommutatormotors

Die Erfindung betrifft eine Prehzahlsteuervorrichtung eines Kommutatormotors, insbesondere eine Sicherheitssteuereinrichtung des Motors in einer Schaltung, die die Drehzahl des Kommutatormotors mit Hilfe eines Halbleiter-Steuerelementes steuert, das die Vollwellen einer Stromquelle gleichrichtet. Wenn einer Rückkopplungssteuereinrichtung, die Drehzahlschwankungen eines Motors aufgrund von LastSchwankungen ausgleichen soll, eine aus dem Rahmen fallende Last zugeführt wird, wird der Laststrom des Motors augenblicklich unterbrochen, um zu verhindern, daß der Motor sich überhitzt und verbrennt. Mit der anschließenden Stopbestimmung wird der Motor für den erneuten Lauf bereit, wodurch die Probleme der Sicherheit und Portdauer gelöst sind, wie beim gewöhnlichen Dauerstop oder dem automatischen Wiederingangsetzen des Motors. Bei der herkömmlichen Drehzahlsteuerschaltung des Motors wird dieser außerdem augenblicklich durch Zuschalten der Stromquelle in einen Zustand, in dem diese blockiert ist, getrieben, während der Motor zum Antreiben bestimmt ist. Gemäß der Erfindung wird der einmal angehaltene Motor nur mit einer Stopkennzeichnung gestartet, die zugeführt wird, nachdem die Steuerstromquelle zugeschaltet wird.

Somit werden mit der Erfindung die obengenannten zwei Funktionen in einer Drehzahlsteuerschaltung eines Kommutatormotors erzielt, die gewöhnlich durch eine elektronische Steuerschaltung gesteuert werden.

Für eine übliche Einrichtung dieser Art wurde für das Feststellen einer tiberlast am Motor vorgeschlagen, bestimmte Daten vorzugeben, die einen maximal zulässigen

Wert in Bezug auf die Normalbedingungen des Motors vorgeben, um den Leitungswinkel der Spannungswellen, die dem Motor zugeführt werden, zu begrenzen und der dazu verwendet wird, die Zündposition einer maximalen Zünd-. 5 phase unabhängig von einer Drehzahlvorgabe des Motors zu bestimmen, um den Stromfluß zum Motor zu sperren, wenn die Zündphase diesen maximalen Zündwinkel· erreicht hat, und zwar mit Hiife einer Rückkoppiungssteuerung, um die Schwankungen der Drehzahl des Motors zu kompensieren, die durch BelastungsSchwankungen hervorgerufen werden.

In diesem Fall ist anzustreben, daß der vorgegebene Wert derart ist, daß die Zündphase als Folge der Rückkopplungssteuerung den Maximalwert bei einem Zustand annimmt, der einer Überlast des Motors entspricht für den Fall, daß maximale Drehzahl vorgegeben ist. Soiange der Motor in der Nähe des eingestellten Wertes gesteuert wird, ist die Drehzahl des Motors konstant, und somit wird hohe Drehzahl· aufrechterhalten, was eine Seibstkut^ungsfunktion bedeutet, die Stfomwerte vermeidet, weiche zu überhitzung oder Verbrennen des Motors führen. Eine derartige.vorbestimmte maximaie Zündphase ist jedoch für die Sicherheit im Hinbiick auf Überiastung bei auf niedrige Drehzahl· gesteuertem Motor' nicht geeignet.

Wenn nämiich ein auf geringe Drehzahl· gesteuerter Motor übe^astet wird, wird die Zündphase vorverschoben, um die Drehzahl· mit Hiife der Rückkoppiungssteuerung beizubehaiten. Wenn der Rückkopp^ngsbetrag bis zur Steuerung der maximaien Zündphase steigt, wird der in den Motor fiießende Strom gesperrt. Der Motor wird jedoch bei niedriger Drehzahl gehalten, solange er im Bereich des eingeste^ten Wertes gesteuert wird. Die Seibstkuhlungsfunktion des Motors ist im Vergieich zu der bei hoher Drehzahl· verringert. Genau ist die von der Drehzahl· bestimmte eiektromotorische Kraft, d. h. die Spannung, die in der Richtung des Sperrens des Motorstroms aufgrund der Drehung des Motors wirkt, vermindert, und entsprechend ist die innere Impedanz des Motors herabgesetzt. Dies

. ι steigert den Belastungsstrom des Motors, der deshalb aufgrund desselben Zündwinkels mit der equivalenten Spannung wie bei hoher Drehzahl getrieben wird. Der Motor, der mit einem Wert in der Umgebung des eingestellten Wertes betrieben wird, ist deshalb stärker überhitzt bei einem niedrigen Drehzahlsteuerwert als bei einem hohen Drehzahlsteuerwert. Dies zeigt, daß der eingestellte Wert sich für die Motorsicherung nicht eignet. Um diesen Mangel zu vermeiden, wurde vorgeschlagen, einige vorgegebene Werte entsprechend den Drehzahlwerten und unterschiedlichen Belastungsgrößen festzulegen, um den Motor entsprechend abzusichern. Eine derartige Einrichtung hat jedoch einen komplizierten Aufbau und ist teuer.

Mit der Erfindung werden diese Mängel und Nachteile der Einrichtung aus dem Stand der Technik beseitigt. Die Erfindung weist eine Ankerstrom-Detektorschaltung auf, die aufeinanderfolgend mit dem Fortschreiten der Stromquellenperioden feststellt, ob der Kommutatormotor mit einem zugeführten Strom oder mit einem freilaufenden Strom gespeist wird, ferner eine Aufrechterhaltungs-Schaltung zum Feststellen, ob der ermittelte Wert ein Dauerspeisungszustand oder der equivalente Zustand ist oder ob der gespeiste Zustand unterbrochen ist, wobei die Aufrechterhaltungs-Schaltung die festgestellte Spannung des gespeisten Motors glättet und die Spannung über wenigstens eine Periode der Stromquelle aufrechterhält, um zu verhindern, daß das festgestellte Ergebnis die Steuerung des Motors beeinflusst, wenn die Veränderung des gespeisten Zustandes gering ist, und die Aufrechterhaltungsschaltung vorübergehend in einer equivalenten Weise der dauernden Speisung des Motors während der Zeit der Zuführung von der Stromquelle wirkt, und eine bistabile Schaltung, die eine Zündschaltung von Halbleitersteuerelementen für die Motorsteuerung unwirksam macht, wenn der Motor aussetzend gespeist wird, sogar in der Anfangszeit des Zuschaltens der Stromquelle, wobei die bistabile Schaltung die Zünd-

schaltung in wirksamen Zustand schaltet und dabei ein Signal die Wirksamkeit einer die Motordrehzahl bestimmenden Schaltung anzeigt, wenn die kontinuierliche Speisung des Motors unterbrochen ist.- Besonders durch Einsatz einer Freilaufdiode in Verbindung mit dem Motoranker wird die Zündphase von der intermittierenden Speisung zur kon-■ tinuierlichen Speisung jeden Lastbedingungen sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Vorgabedrehzahlen des Motors gerecht. Außerdem wird der Stromleitungswinkel bis zu 90 oder einem gewünschten Winkel erhöht in Bezug auf eine kleine Strommenge, hervorgerufen durch eine EMK bei niedriger Drehzahl, was in einer solchen Richtung wirkt, daß verhindert wird, daß der Ankerstrom bei niedriger Drehzahl eher als bei hoher Drehzahl bestehen bleibt.

So kann eine kontinuierliche Speisung oder ein equivalenter Zustand mit einem kleinen Strom wirksamer erhalten werden, um die Zündschaltung ungültig zu machen. Es ist somit eine Sicherheitsschaltung geschaffen, mit der bei Steuerung des Motors auf niedrige Drehzahl, bei der die Kühlfunktion stark vermindert ist, ein übermäßiger Temperaturanstieg vermieden wird. Wenn außerdem die Drehzahlvorgabe gemacht wird, bevor die Stromquelle angeschaltet wird, kann der Motor nicht gleichzeitig mit dem Anlegen der Stromquelle starten. " -

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Die Zeichnung zeigt im einzelnen:

Fig. 1 das Schaltbild der Steuerschaltung für einen

Kommutatormotor gemäß der Erfindung und 30

Fig. 2 verschiedene Zeitverläufe einzelner Spannungsund Stromwerte an gewissen Punkten der Schaltung.'

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Die Figur 1 zeigt eine Wechselstroinquelle e, einen Kommutatormotor M, den Anker des Kommutatormotors Ar, die Feldwicklung des Motors St. D₁ und D₂ sind Dioden, die dem Motor Strom zuleiten. SCR₁ und SCR, sind Thyristören, die dem Motor Strom zuführen. Diese Dioden D₁, D₂ und Thyristoren SCR₁, SCR₂ bilden eine gemischte Brücke für die Phasensteuerung von Vollwellen. D_ ist eine Gruppe von Dioden, mit denen der durch den Anker Ar fließende Strom festgestellt wird und die aus einer Anzahl von Dioden in Reihe besteht, um den Spannungsabfall in ihrer Durchlaßrichtung festzustellen. D. ist eine Freilaufdiode, die einen Pfad bildet, mit dem die Speisung der Feldwicklung St während einer bestimmten Dauer aufrechterhalten werden kann, nachdem die Thyristoren SCR₁ und SCR₂ Abgeschaltet haben, und die einen Pfad bildet, um eine Geschwindigkeits EMK herauszunehmen, was in allen weiteren Einzelheiten noch beschrieben wird. D^ ist eine Freilaufdiode zum Kürζschließen der im Anker Ar erzeugten Spannung, wenn, die Thyristoren SCR₁, SCR₂ abgeschaltet sind.

Di® Diode Dg bildet einen Strompfad, um die geschwindigkeitsbedingte EMK herauszunehmen. Die DiodenD-, Dg bilden zusammen mit den Dioden D₁, D₂ eine Vollwellengleichrichterbrücke für das Zuführen einer Vollwellengleichrichterspannüng V- der Stromquelle e, um damit die Zündung der Thyristoren SCR₁, SCR₂ zu steuern. ZD₁ ist eine Zenerdiode, C₁ ein Glättungskondensator und R₁ ein Widerstand, und mit diesen Elementen wird eine konstante Spannung Vcc für die Zündung des Thyristors erzeugt,

ZD₂ ist eine Zenerdiode, die durch die Vollwellengleichrichterspannung V, betätigt wird. Die Zenerspannung ist um vieles niedriger als die Vollwellengleichrichterspannung V_A und in allen Phasenlagen der Spannung V_A mit Ausnahme in unmittelbarer Nähe des Potentials 0 leitend.

Die Spannung V_ß, geteilt durch Widerstände R₂, R^, ist deshalb auf Potential O nur, wenn die Spannung V, in der Nähe des Potentials O ist. Die geteilte Spannung V_ß

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ist die Basisspannung des Transistors TR₁ und ist niedrig gemacht mit Ausnahme des Null-Potentials aufgrund der Spannungseigenschaft zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors. In der Figur 2 zeigen die waagerechte Achse die Zeit t und die vertikale Achse Spannungen V und

Ströme I in einigen Punkten der Schaltung der Figur 1. i
• Der Zeitpunkt to ist der Augenblick, in dem ein Schalter SW₁ geschlossen wird. Der Kollektor eines Transistors TR₁ ist mit der Basis des Transistors TR₂.verbunden und steht

-^q über einen Widerstand R. mit der Spannung Vcc in Verbindung. Wenn die Spannung V_ß O ist, wird der Transistor TR₁ leitend, und dann wird auch Transistor TR₂ leitend. Ein Kondensator C« liegt zwischen Emitter und Kollektor des Transistors TR₂ und wird über einen Drehzahlsteuerschalter SW₂, einen Stellwiderstand VR des Schalters SW₂ und einen festen Widerstand R_g aufgeladen, wenn der Transistor TR₂ nicht leitend ist. Der Kondensator C₂ entlädt sich augenblicklich, wenn der Transistor TR- leitend wird. Wie Figur 2 zeigt, hat die Spannung Vc Sägezahnform ntit einer Spitze je Halbwelle der Stromquelle e, nachdem der Drehzahlsteuerschalter SW₂ im Zeitpunkt ti eingeschaltet ist. · :

COMP₁ ist ein Operationsverstärker mit offenem Kollektor, der an seinem Inverseingang eine äußerst niedrige Spannung' von der Spannung Vcc erhält, diedurch Widerstände Rg/ R₇ geteilt worden ist, während sein Direkteingang die . Spannung Vc erhält, um das Ein- und Ausschalten des Drehzahlsteuerschalters SW₂ festzustellen. Der Operationsverstärker COMP₁ erzeugt eine Ausgangsspannung VD, die immer dann flach ist, wenn die Spannung Vc nach dem Zeitpunkt ti geringfügig über dem Potential 0 liegt. R« ist ein Ladewiderstand für den offenen Kollektor. Die Spannung VD wird einem Kondensator C₃ über einen Widerstand Rg zugeführt, und die aufgeladene Spannung VE wird annähernd eben oder flach und wird augenblick über den Widerstand R_g und den Operationsverstärker COMP₁ entladen, wenn die

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Spannung VE dauernd den Wert O annimmt, wenn der Schalter SW_ geöffnet Ist. Wenn der Schalter SW₂ offen ist, (wenn nämlich die Spannung VE Null-Potential hat), wird Transistor Tr 3 nicht-leitend, wodurch der Ein- und Auszustand der Steuereinrichtung festgestellt wird. R₁₀ ist ein Basiswiderstand' des Transistors.

COMP₂ ist ein Operationsverstärker mit offenem Kollektor, der auf seinem Direkteingang (+) die Sägezahnspannung Vc

2Q und auf seinem Inverseingang (-) eine Spannung V_p erhält, die mit einer drehzahlbedingten Motor-EMK in Beziehung steht. Der Operationsverstärker COMP₂ erzeugt bei jeder Phase, in der die Spannung Vc über der Spannung V„ liegt, ein Ausgangssignal, um die Motor-EMK zu bewerten, um dadurch die Zündphase der Thyristoren zu bestimmen. Die Spannung V„ am Inverseingang (-) des Operationsverstärkers CQMP₂ liegt normalerweise ausreichend über der Spannung Vcc, so daß der Operationsverstärker die Thyristoren nicht zünden kann, wenn der Schalter SW₂ geöffnet ist. Der Transistor Tr 3 nimmt an seinem Kollektor die Spannung Vcc über einen Widerstand R₁ - auf und ist außerdem mit der Basis des Transistors Tr4 verbunden. Mit seinem Kollektor ist der Transistor Tr4 mit der Basis eines Transistors TrS über einen Widerstand R₁₂ verbunden. Wenn der Schalter SW₂ geöffnet ist, ist deshalb der Transistor Tr3 nichtleitend, während die Transistoren Tr4, Tr5 leitend sind, so daß die Spannung Vcc dadurch dem Inverseingang (-) des Operationsverstärkers COMP₂ zugeführt wird. Ein Kondensator C. verhindert, daß der Transistor Tr4 vorübergehend leitend wird, bevor der Transistor Tr5 leitend wird, wenn der Schalter SW₁ unter der Bedingung eingeschaltet wird, daß SW₂ geschlossen ist. Ein Widerstand R₁₃ ist zwischen die Basis und den Emitter des Transistors TrS geschaltet. Ein Kondensator C₅ sorgt dafür, daß eine mit der Motordrehzähl'-EMK in Beziehung stehende Spannung zur Spannung V-, geglättet wird. R₁. ist ein Entladewiderstand des Kondensators C₅.

Transistor Tr6 erhält an seiner Basis die Ausgangsspannung V_G des Operationsverstärkers COMP₂ über eine Zenerdiode ZD₃ und wird jedesmal, wenn die Spannung V_G auftritt, leitend, wodurch dann Transistor Tr7 leitend gemacht wird. Dadurch wird einer der drehzahlsteuernden Thyristoren SCR₁, SCR« gezündet. Die Zündung ist nur dann möglich, wenn am Ausgang des Operationsverstärkers COMP₃ ein Η-Signal auftritt. Bei L-Signal am Ausgang verhindert die Zenerdiode .... ZD₃, daß der Transistor Tr6 leitend wird. R₁₅ ist ein Be- IQ lastungswiderstand wie der Widerstand Ro. R₁ g ist ein Belastungswiderstand des Transistors Tr6. Ein Widerstand R₇ liegt zwischen Basis und Emitter des Transistors Tr7.

Ein Kondensator C, hindert Transistor Tr 7 an Fehlbetrieb.

R₁₈ ist ein Strombegrenzungswiderstand der Thyristoren SCR₁, SCR₃. Widerstand R_{1 g} und Kondensator C₇ verhindern, daß die Thyristoren fehlerhaft gezündet werden. Die Widerstände R₂Q' ^R21 dienen zur Balance der Zündung.der Thyristoren. Mit Transistor Tr8 Wird der Strom des Motorankers festgestellt; er wird leitend über einen Widerstand R₂₂ bei abnehmender Spannung aufgrund des durch die Diodengruppe D₃ in Durchlaßrichtung fließenden Stroms, wobei diese Spannung der Basis des Transistors zugeführt wird;. Transistor Tr8 sperrt, wenn kein Strom fließt, nämlich wenn der Ankerstrom O wird, fließend durch die Freilaufdiode D₅, nachdem die Thyristoren SCR., SCR₂ abgeschaltet haben. Dann werden die Transistoren Tr9, TrIQ leitend, und dadurch wird die Geschwindigkeits-EMK des Motors M dem Inverseingang (-) des Operationsverstärkers GOMP₂'-. über die Diode D., Transistor Tr10 usw. zugeführt.".

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R₂₃ ist ein Lastwiderstand des Transistors Tr8 für die Bestimmung der Basisspannung des Transistors Tr9. R-* ist ein Widerstand, der zwischen Basis und Emitter des Transistors Tr10 liegt, womit das Potential der Basis bestimmt wird. R₂₅ ist ein Lastwiderstand des Transistors Tr9. R₃₆ bildet zusammen mit Widerstand R₁₄einen Teiler

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für die Motordrehzahl-EMK, woraus die Spannung V_ erzeugt wird. Rog arbeitet auch mit Kondensator C- zusammen und bestimmt dessen Ladezeitkonstante,V„ ist die Motorklemmenspannung. V₁ ist eine Ankerstrom des Motors M proportiona-Ie Spannung. Vj ist eine Drehzahl-EMK im Augenblick des Sperrens des Motorstroms, COMP₃ ist ein Operationsverstärker mit offenem Kollektor, dessen Direkteingang (+) ein Null-Pegelsignal von einer Gruppe von Widerständen R₂, bis R₃₂ über einen Transistors Tr11 erhält, um die Ausgangsspannung V_R aufrechtzuerhalten. Die Ausgangsspannung v_v nimmt Η-Pegel an, wenn der Inverseingang (-) über Diode D_g ein Null-Pegelsignal erhält, während das Null-Pegelsignal am Direkteingang (+) verschwindet und dann nimmt der Ausgang V-. des Operationsverstärkers H-Pegel an, und dieser Zustand wird beibehalten. Der Operationsverstärker COMP₃ bildet also eine bistabile Schaltung. Das Null-Pegelsignal wird erzeugt, wenn der Transistor Tr4 im Zeitpunkt des Einschaltens des Schalters SW₁ leitend wird, während der Drehzahlsteuerschalter SW₂ geöffnet ist.

Der Ausgang des Operationsverstärkers COMP₃ ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers COMP₂ über die Diode D*Q verbunden, die verhindert, daß vom Operationsverstärker COMP₃ das H-Pegelsignal zum Ausgang des Operationsverstärkers COMP₂ gegeben wird. Wenn der Ausgang V_R des Operationsverstärkers COMP₂ H^-Pegel hat, ist die Steuerschaltung im Normalbetrieb. Hat dagegen der Ausgang V„ Null-Pegel, so kann Transistor Tr6 nicht leitend werden, so daß die Thyristoren SCR-, SCR₂ nicht geschaltet werden können. Transistor Tr12 erhält die ermittelte Spannung V₁ des Ankers Ar über den Basiswiderstand R₃₃ und ist gesperrt, wenn der Anker Ar des Motors M nicht gespeist wird. Transistor Tr12 wird leitend, wenn der Anker Ar gespeist wird, auch durch den Freilaufstrom, der durch die Diode Dg fließt. Der Transistor Tr12, der an seinem Kollektor die Spannung Vcc über einen Widerstand R₃₄

erhält, erzeugt folglich eine Spannung V^. an seinem Kollektor, aus der Speisung oder Nichtspeisung des Ankers Ar bestimmt werden kann. Die Bestimmungsspannung V_T zeigt auch die ünterbrechungszeit und die Erscheinungsfreqüenz von Speisung und Nichtspeisung des Ankers Ar an. Kondensator Cg, Widerstände R₃₄, R₃₅ und Diode D.... bilden eine Halteschaltung dieser Erkennungs- oder Diskriminatorschaltung. Wenn der Transistor Tr12 leitend ist, ist die Ladespannung V_M des Kondensators Cg O. Wenn der Transistor

ΙΟ TrI2 gesperrt ist, wird Kondensator C_g mit einer Zeitkonstante, die durch den Widerstand R₃₄ bestimmt ist, über die Diode D.. aufgrund der Spannung Vcc geladen. Im Augenblick des Auftretens der Steuerspannung Vcc, wenn der Schalter SW₁ geschlossen wird, ist deshalb die Spannung V,, 0. Wenn Kondensator C_g geladen wird, bis die Spannung an der Basis des Transistors CR₁₃ einen Wert über der Spannung der Zenerdiode ZD₄ annimmt, wird Transistor Tr13 leitend. Wenn anschließend die Spannung V_T über der Spannung V_M bleibt, wird Kondensator Cg weiter geladen, während Transistor Tr13 solange im Leitungszustand gehalten wird, bis Spannung V den Wert der Spannung Vj. annimmt. Wenn andererseits die Spannung V_L unter der Spannung V_M bleibt, entlädt sich Kondensator Cg über den Transistor Tr13 mit der durch den Widerstand R₃,- bestimmten Zeitkonstante, wobei Transistor Tr13 solange leitend bleibt, bis die Spannung V den Wert der Spannung V_M erreicht. Wenn dann die Spannung V_L weiter und unter den Wert der Spannung V_M absinkt und die Spannung Vmc eine Zenerspannung wird, wird Transistor Tr13 gesperrt.

Diode D.„ dient zum Entladen des Kondensators C₀, wenn Schalter SW₁ geöffnet ist. Transistor Tr13 nimmt an seinem Kollektor die Spannung Vcc über einen Widerstand R₃₆ auf, und sein Kollektor liefert den Basisstrom des Transistors Tr 11 über eine Zenerdiode ZDj-, deren Zenerspannung höher als die der Zenerdiode ZD₄ ist. Wenn Transistor Tr13 leitend wird, ist seine Kollektorspannung die Zener-

Spannung von ZD₄, ohne daß Transistor Tr11 leitend wird. Wenn Transistor Tr13 gesperrt ist, ist seine Kollektorspannung die Zenerspannung von ZD₅, wodurch Transistor Tr11 leitend wird. Wenn Tr11 leitend ist, wird der Ausgang V_K des Operationsverstärkers COMP₃ O, wodurch verhindert wird, daß die Thyristoren SCR., SCR₂ betätigt werden. Damit wird der Motor M angehalten, oder er kann nicht starten.

Mit der beschriebenen Anordnung der Bauteile ergibt sich folgender Betriebsablauf:

Wenn der Hauptschalter SW₁ im Zeitpunkt to geschlossen wird, ist der Ladespannungszustand V_M des Kondensators CgO, so daß Transistor Tr13 nicht-leitend und Transistor Tr11 leitend sind. Dadurch ist die Ausgangsspannung V_R des Operationsverstärkers COMP₃ 0. Mit Ansteigen der Spannung V„ wird Transistor Tr11 nicht-leitend. Andererseits wird anschließend Spannung V eine gleichgerichtete Vollwellenspannung. Transistor Tr1 wird während einer äußerst kurzen Dauer aufgrund der Spannung V_ß, die nur während einer sehr kleinen Zeitspanne, wenn nämlich die Spannung V, sich in der Nähe des Null-Potentials befindet, 0 ist, nicht-leitend. Transistor TrT führt dann Transistör Tr2 die Basispannung zu. Wenn der Drehzahlsteuerschalter SW„ geöffnet ist, ist die Spannung V_ 0 und damit der Ausgang V_ des Operationsverstärkers COMP₁ 0, Transistor Tr3 nicht-leitend, Transistor Tr4 leitend und der

Ausgang V_R des Operationsverstärkers COMP-, auf H-Pegel. 30

Im Zeitpunkt ti der Figur 2 wird der Drehzahlsteuerschalter SW₂ geschlossen, und Transistor Tr1 wird jedesmal, wenn die Spannung V_ 0 wird, leitend und entlädt Kondensator C₉. Während der nicht-leitenden Periode von Transistor Tr1 wird Kondensator C₂ über den Stellwiderstand VR des Reglers und Widerstand R^ aufgeladen, was eine Sägezahnspannung Vp ergibt. Kondensator C„ beendet den Ladevorgang im Zeitpunkt ti, und die Spannungen V„

und V- sind Werte, die eine Addition mit· der Spannung Vcc darstellen, geteilt durch die Widerstände R₃₄ λ ^Roc» mit der Zenerspannung der Zenerdiode ZD.. Kondensator C^ beendet den Ladevorgang im Zeitpunkt ti, da die Transistören Tr4, Tr5 leitend werden und die. Spannung V_ ist die Spannung Vcc, wodurch der Ausgang V_G des Operationsverstärkers COMP₂ den Wert 0 annimmt. Folglich sind die Transistoren Tr6, Tr7 gesperrt, und die Thyristoren SCR., SCR₂ werden nicht gezündet.

■ : . _ Wenn der Drehzahlsteuerschalter SW₂ geschlossen wird (in diesem Fall wird der Stellwiderstand V_R auf einen vergleichsweise hohen Wert eingestellt, wodurch der Motor M bei einer niedrigen Drehzahl läuft, wiejdurch die.ausgezogenen Linien in Figur 2 dargestellt), wird die Spannung V-, erzeugt mit einer Steigung wie dargestellt, und in den ansteigenden Teilen der Spannung V_ wird die Spannung V_Q erzeugt und durch den Kondensator C^ geglättet. Die geglättete Spannung V« betreibt den Transistor Tr3.

Wenn die Transistoren Tr4, Tr5 nicht leitend werden, entlädt sich der Kondensator C₅ über den Widerstand R₁₄- . Die Spannung V_Q wird erzeugt, wenn die Spannung V_c einen Wert oberhalb der Spannung V_p im Zeitpunkt t2 annimmt und die Transistoren Tr6, Tr7 leitend werden. Dann wird einer der Thyristoren SCR₁/ SCR₂ gezündet, so daß die Motorklemmenspannung V„ dem Motor M zugeleitet und dieser gestartet wird. Es sei dabei angenommen, daß der Motor M mit Nennlast belastet ist.

Wenn die Spannung V-O ist, wird Spannung V^ O, und dann erlöschen die Thyristoren SCR₁, SCR₂ einen kurzen Augenblick später im Zeitpunkt t3. Die Motorklemmenspannung V„ wird dann 0, doch aufgrund der Induktivität des Motor-

ankers Ar fließt ein Kurzschlußstrom bis zum Zeitpunkt t4 durch die Dioden D₃, D₅ und den Anker Ar. Der Ankerstrom ist in der Figur 2 mit Iar bezeichnet. In der Zwischenzeit wird Transistor Tr8 aufgrund der abfallenden-

Spannung V_L des in Normalrichtung der Diode D₃ fließenden Stroms leitend, und die Transistoren Tr9, Tr10 sperren. Kondensator C_g lädt sich weiter auf und die Spannung V_p fällt weiter. Im Zeitpunkt t4 verschwindet der Ankerstrom, Transistor Tr8 sperrt dann und die Transistoren Tr9, Tr10 werden leitend, wobei der Anker Ar eine äußerst kleine Drehzahl-EMK erzeugt, die der Motordrehzahl proportional ist. Dies geschieht normalerweise aufgrund des Restmagnetfeldes St. Allgemein gesagt, da die Induktivität des Maghetfelded St merklich höher als die des Ankers Ar ist, ist die Drehzahl-EMK erheblich stärker erhöht als diejenige, die durch den normalen Restmagnetismus aufgrund des durch die Freilaufdiode D. in Fig. 1 zirkulierenden Stroms zurückzuführen ist. Die Drehzahl-EMK erzeugt einen äußerst kleinen Strom im Kreis der Diode p-,des Transistors Tr1Ojder Widerstände R₂fi' ^R14/^^{er Dio<}*^{e D}g ^un<ä des. Ankers Ar. Dies ist als Spannung Vl dargestellt, die in die Normalrichtung der Diode Dg fällt. Die Drehzahl-EMK zeigt sich auch in der Motorklemmenspannung V„. Die Spannung V des Kondensators C₅ steigt, etwas aufgrund der Spannung Vj. Wenn die Spannung V_c auf einen Wert oberhalb der Spannung V„ im Zeitpunkt t5 kommt, werden die Thyristoren SCR., SCR- gezündet, und die Spannung V„ sinkt allmählich. Nach dem Erlöschen der Thyristoren steigt die Spannung V₅, aufgrund der Drehzahl-EMK. Diese Vorgänge des Kondensators C~ und des Thyristors wiederholen sich in jedem Halbzyklus der Stromquelle E.

Andererseits wird Transistor Tr12 im Zeitpunkt t2 genau wie Transistor Tr8 leitend, und die Spannung V- wird 0, Kondensator C_g entlädt sich über Widerstand R₂C' ^^en Transistor Tr13 und die Zenerdiode ZD₄ und senkt die Spannung V_M· Da die Spannung V_ zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 0 ist, ist Transistor Tr12 in dieser Zwischenzeit gesperrt, und der Kondensator Cg wird über Widerstand R₃4 geladen. Die Spannung V_M des Kondensators Cg ist nach Schwankungen, die durch wiederholte Arbeitsvorgänge des Kondensators bedingt sind, ausgeglichen.

Wenn der Motor M im Zeitpunkt ti belastet wird, sinkt seine Drehzahl ab, während der Motorstrom steigt. Der Strom fließt durch die Freilaufdiode D_g während einer längeren Zeit nach dem Erlöschen der Thyristoren SCR₁, SCR2, nämlich nachdem die Spannung V„ O ist. Andererseits , bewirkt das Absinken der Drehzahl-EMK aufgrund der geringeren Motordrehzahl einen Abfall der Spannung V„. Die Zündphase der Thyristoren SCR₁, SCR₂, die durch den"Schnittpunkt der Spannungen V^ und V„ bestimmt ist, verschiebt sich vor, wodurch die effektive Spannung V„ und mit ihr der Strom ansteigen. Der Deutlichkeit halber ist der Abfall der Spannung V„ abrupt dargestellt, was jedoch in Wirklichkeit während einer bestimmten Zeitdauer aufgrund der Ladezeitkonstante des Kondensators C₅ geschieht, Da die Zeit kürzer ist, in der der Strom Iar nicht da ist, lädt sich Kondensator Cg während^längerer Zeit auf. Dadurch hängt der ausbalancierte Punkt der geladenen Spannung von einer Periode ab, in der der Strom Iar nicht da ist,

In Fig. 2 ist V„ als eine konstante Spannung des Spannungswertes V„ dargestellt. Dies ist eine Zenerspannung der .-Zenerdiode-ZD,. Da die Ausfallzeit des Stroms Iar kürzer wird bis. zu zum Zeitpunkt 17, ' in dem die Spannung Vj. die Spannung V₂ wird, wird Transistor TrI.3- nicht-leitend, und der Ausgang V_R des Operationsverstärkers COMP₃ nimmt L-Potential an und verhindert, daß die Thyristoren SCR₁, SCR₂ gezündet werden. Der Motor wird deshalb im Zeitpunkt t8 gestoppt und erhält keine Energie mehr ,zugeführt. In diesem Ausführungsbeispiel wird die konstante Spannung V₂ benötigt, um die Zeit, in der der Strom"Iar ' fehlt, festzustellen, um daraus die überlast-Zünäphase zu bestimmen und die Energiezufuhr zum Motor M zu unterbrechen. Die Zenerdioden ZD₄, ZD₅ werden unnötig, wenn eine ausgefallenere Last-Zündphase in der Fehlzeit 0 des Stroms Iar festgestellt wird für das Sperren der Stromzufuhr zum Motor M.

Der Stellwiderstand Vp kann auf einen vergleichsweise geringeren Widerstandswert für den Antrieb des Motors M bei einer hohen Drehzahl eingestellt werden. Die Erläuterung dazu findet sich in der Figur 2 mit den gestrichelten Linien, wobei die Beschreibung der Spannung Vp, V„ weggelassen ist.

Die Zündphase t⁽2 bei der Spannung V„ verschiebt sich bei Nennlast des Motors vor die Phase t2 und die effektive Spannung, die dem Motor M zugeführt wird, ist höher als die bei der vorhergehenden Beschreibung des Betriebs des Motors mit niedriger Drehzahl, während der Strom Iar des Motors größer ist und außerdem die durch die Spannung V„ ciargestellte Drehzahl-EMK gestiegen ist. Wenngleich die Drehzahl-EMK so dargestellt ist, als werde sie im Bereich der Zeit t3 erzeugt, geschieht dies auch während der Zeit t'2 - t3, wenn dem Motor Energie zugeleitet wird. Doch wird die Drehzahl-EMK durch die zugeführte Spannung oder durch die elektromagnetische Energie des Ankers Ar, nachdem die zugeführte Spannung abgeschaltet ist, aufgehoben. Die Drehzahl-EMK wirkt so, daß sie den Strom Iar drückt, wenn sie einen Wert annimmt, der größer als die während der Energiezufuhr zugeführte Spannung ist, die mit V„ bezeichnet ist, speziell im Bereich des Zeitpunkts t3.

²^ Wenn der Motor überlastet ist, wird das Fehlen des Stroms Iar festgestellt, genauso wie im Zeitpunkt t'7, wenn der Strom bei Schnellaufbetrieb übermäßig angestiegen ist, und zwar mehr als beim langsamen Lauf, und dann wird der Motorstrom gesperrt. Wenn der Motor M angehalten ist,

^ow wird Kondensator Cg erneut aufgeladen, und Transistor Tr11 wird nicht-leitend. Transistor Tr4 bleibt nicht-leitend, während der Schalter SW- eingeschaltet ist. Dadurch behält der Ausgangswert V₁, des Operationsverstärkers * COMP, Null-Pegel. Wird der Drehzahlsteuerschalter SW₀ ^Q geöffnet, so nimmt' der Ausgang V_R des Operationsverstärkers COMP₃ Η-Pegel an, und der Motor M ist erneut bereit zu starten.

Wenn dann der Schalter SW eingeschaltet wird, während der Schalter SW₂' geschlossen ist, wird Transistor Tr11 leitend, und der Ausgang V_K des Operationsverstärkers COMP, erhält Null-Pegel, wie bereits erwähnt. Da der Schalter SW_? geschlossen ist und der Inverseingang (-) des Operationsverstärkers COMP₁ auf eine äußerst niedrige Spannung eingestellt ist, bewirkt die Anfangsladung des Kondensators C„, daß die Ausgangsspannung V_D des Operationsverstärkers COMP₁ Η-Pegel annimmt, der .auch beibehalten wird, wodurch Transistor Tr3 leitend wird.

Die Basisspannung des Transistors Tr4, die bei geschlossenem Schalter SW₁ erzeugt wird, ist vorübergehend durch den Kondensator C. an Masse abgeführt. Es wird durch die anschließende Leitung des Transistors Tr 3 kein Basisstrom zugeführt, so daß Transistor Tr4 nicht-=leitend bleibt. Damit bleibt der Ausgang V_K des Operationsverstärkers COMP₃ auf Null-Pegel, und Motor M startet nicht. Wenn der Schalter SW₂ geöffnet wird, wird uer Transistor Tr4 leitend, und der Ausgang V_K des Operationsverstärkers COMP₃ nimmt Η-Pegel an, so daß der Motor M gestartet wird, wenn Schalter SW« geschlossen wird.

Die hier beschreibene Steuereinrichtung eignet sich u.a. für die Steuerung eines Nähmaschinenmotors. ■

Leerseite

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Sicherheitssteuereinrichtung für eine Drehzahlsteuerschaltung eines Kommutatormotors

Pa ten tan spruch:

Sicherheitssteuereinrichtung für eine Drehzahlsteüerschaltung eines Kommutatormotors mit einer Rückkopplungsfunktion und Halbleitersteuerelementen, die eine Vollwellenphasensteuerung des Motorspeisestroms aus einer Wechselstromquelle durchführen, um DrehzahlSchwankungen zu kompensieren, gekennzeichne t durch eine Detektorschaltung, die wiederholt mit den fortschreitenden Perioden der Wechselstromquelle das Vorhandensein und Fehlen des Speisungsstroms des Motorankers und des durch den Speisungsstrom hervorgerufenen FreilaufStroms feststellt; eine Aufrechterhaltungsschaltung, die anfänglich beim Einschalten der Wechselstromquelle auf einen Wert unterhalb, einer vorbestimmten Spannungsgröße einstellbar ist und in einem gegebenen Zeitabschnitt die Spannung oberhalb dieses Wertes integriert (zunehmend akkumuliert), und die zeitweilig

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entsprechend dem Vorhandensein oder Fehlen des Ankerstroms in dem gegebenen Zeitabschnitt die Integration (Akkumulation) des Ankerstroms abwechselnd im Zustand der Zunahme und Abnahme hält; und eine bistabile Schaltung , die eine Zündschaltung der HalbleiterSteuerelemente außer Betrieb setzt, wenn der Stromintegrationswert der Aufrechterhaltungsschaltung unterhalb des Wertes der vorbestimmten Spannungsgröße liegt, und die Zündschaltung einschaltet, sobald die Aufrechterhaitungsschaltung die Spannung bis über die vorbestimmte Größe integriert hat, während die Drehzahlsteuerschaltung des Motors keine Drehzahlbestimmungsgröße erhält.