DE3203691A1

DE3203691A1 - Antriebsschaltung fuer kollektorlose gleichstrommotoren

Info

Publication number: DE3203691A1
Application number: DE3203691A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Lipp; Wilhelm Reinhardt; Friedrich Otto Ulrich Ruedele
Original assignee: Elektrobau Mulfingen and Co EBM GmbH
Current assignee: Elektrobau Mulfingen and Co EBM GmbH
Priority date: 1982-02-04
Filing date: 1982-02-04
Publication date: 1983-08-11
Also published as: DE3203691C2

Description

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ebm Elektrobau MuIf ing en GrabK & Co. , 7119 MuIfingen

Antriebsschaltung für kollektorlose Gleichstrommotoren

Die Erfindung betrifft eine Antriebsschaltung für kollektor lose Gleichstrommotoren, wie sie i-n Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben ist.

Sine Antriebsschaltung dieser Art ist in der DE-AS 24 19 432 beschrieben. Bei dieser bekannten Schaltung sind die Speisetransistoren für die Statorvicklungen mit dem Halbleiter-Steuerelement für die Erfassung der Rotors.tellung jeweils über einen von zwei einen Differenzverstärker bildenden Transistoren verbunden, und jeder dieser Transistoren enthält in seinem Basiszweig einen Koppe!kondensator mit einem zugeordneten Lade- und Entladekreis. Diese Soppelkondensatoren sind so bemessen, daß sie bei laufendem Motor das von ihnen übertragene Stellungssignal aus dem Halbleiter-Steuerelement nicht differenzieren. Bei einem Blockieren des Rotors "vird der dem jeweils leitenden Transistor des

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Differenzverstärkers zugeordnete Koppelkondensator aufgeladen und bewirkt auf diese Weise ein Sperren des entsprechenden Transistors im Differenzverstärker und damit auch ein Absinken des Betriebsstromes in dem entsprechenden Speisetransistor und der damit in Serie liegenden Statorwicklung. Den Strom des Differenzverstärkers übernimmt ein mit seiner Emitter/Kollektor-Strecke den Transistoren des Differenzverstärkers zusammen mit einer in Serie liegenden Schutzdiode parallelgeschalteter wei^-rer Transistor, der auf diese Weise eine Blockierschutzfunktion für die Statorwicklungen übernimm!:, indem er eine Absenkung von deren Betriebsstrom ermöglicht. Bei dieser Schaltungsweise arbeiten die mit dem sich aufladenden Koppelkondensator verbundenen Transistoren im Verstärkerbetrieb, und es kann daher während der Kondensatoraufladung zu einem überschreiten der £iir die beteiligten Transistoren maximal zulässigen Verlustleistung und damit zur thermischen Zerstörung dieser Transistoren kommen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsschaltung der eingangs erwähnten Art so zu gestalten, daß sie einen wirksamen Blockierschutz nicht nur für die Statorwicklungen, sondern auch für alle mit diesen verbundenen Transistoren gewährleistet.

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Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Antriebsschaltung, wie sie im Patentanspruch gekennzeichnet ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, wobei von besonderer Bedeutung ist, daß zum Schutz des eventuell am Lüfter arbeitenden Personals ein Wiederanlauf des Gleichstrommotors nach Aufhebung der Rotorblockierung erst nach erfolgter Abschaltung und Wiedereinschaltung der Betriebsspannung möglich ist, indem die Steuertransistoren jeweils mit ihrer Basis an den gemeinsamen Punkt eines Widerstandes und eines Kondensators angeschlossenjsind, die in Serie zueinander zwischen den Polen der Speisegleichspannungsquelle liegen. Das so entstehende RC-Glied hält den Basisstrom für die Steuertransistoren nach dem Wiederanschalten der Speisegleichspannung so lange aufrecht, bis er von dem durch die Induktionsspannungen an den Statorwicklungen wieder in leitenden Zustand übergeführten Blockierschutz-Transistor übernommen werden kann.

Außerdem ist von besonderer Bedeutung, daß bei Einschaltung der Betriebsspannung ein sicherer Anlauf auch dann gewährleistet ist, wenn der Spannungsanstieg der Betriebsspannung langsam erfolgt. Weiterhin ist nochhervorzuheben, daß bei Blockierung des Motors ein3 schlagartige Abschaltung der Wicklungen erfolgt, so daß als

Folge der wesentlich geringeren Verlustleistung kleinere und preisgünstigere Leistungstransistoren verwendet werden können.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist noch darin zu sehen, daß auch bei einem Durchbruch der Kollektor-Emitterstrecken der Speisetransistoren der Blockierschutztransistor den Schutz der Wicklungen übernimmt.

Für die weitere Erläuterung der Erfindung und ihrer Vorteile wird nunrne/ir auf die Zeichnung Bezug genommen, deren einzige Figur eine erfindungsgemäß ausgebildete Antriebsschaltung für einen zweipoligen kollektorlosen Gleichstrommotor zeigt.

Der in der Zeichnung angenommene Gleichstrommotor besitz zwei Statorwicklungen L- und L-, die jeweils über die

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Einitter/Xollaktor-Strecke eines ersten bzw. eines s-veitan Speisetransistors T_ bzw. T_ an den einen Pol +u einer Speisegleichspannungsquelle und mit ihrem anderen Sndfj unmittelbar an den negativen Pol (-) dieser Speisegleichspannungsquelle angeschlossen sind. An ihrer Basis sind die Speisetransistoren T« und T₅ über je einen Widerstand R- bzw, Rc mit dem Emitter je eines Steuertransistors T^ bzw. T₄ verbunden, von denen der eine (T₁) mit seinem Kollektor unmittelbar und der andere (T_A ) über den Basis/ Kollektor-Übergang eines als Inverter arbeitenden Transistors T mit dem Ausgang eines die Rotorstellung des Gleichstrommotors erfassenden und vorzugsweise als KaII-IC ausgebildeten Halbleiter-Steuerelements H verbunden ist. Dieses Halbleiter-Steuerelement H_-1 liegt seinerseits mit einsn Eingang am negativen Pol (-) der Speisegleichspannungsquelle und mit einem zweiten Eingang über einen Widerstand R« an deren positivem Pol +u , mit dem auch sein Ausgang über einen Widerstand R₃ verbunden ist.

An ihrem mit dem Kollektor des jeweils zugehörigen Speisetransistors T_ bzw. T_ verbundenen Ende ist jede der Sta-3 5

torwicklungen L und L₂ außerdem über je eine Diode D, bzw.. D₂ mit dem Emitter eines Blockierschutz-Transistors Tg verbunden, der an seiner Basis über einen Wideret and Ro an den negativen Pol (-) der Speisegleichspannungsquelle angeschlossen ist. Der Kollektor dieses Blcckierschutztransistors T^ ist an den gemeinsamen Punkt eines

Widerstandes R und eines Kondensators C angeschlossen die in dieser Reihenfolge ein RC-Glied zwischen dem positiven Pol +u der Speisegleichspannungsquelle und deren negativem Pol (-) bilden.

An den gemeinsamen Punkt des Widerstandes R und des Kondensators C sind außerdem über je einen Widerstand R^ bzw. R„ die Steuertransistoren T^ und T₄ jeweils mit ihrer Basis angeschlossen. Der Inverter-Tranistor T ist an seinem Emitter mit der. positiven Pol +u„ der Speisegle ichsρannungsquells unmittelbar und an seinem Kollektor über einen Widerstand Rg mit dem negativen Pol (-) der Speisegleichspannungsquelle verbunden, während seine Basi an den Ausgang des Halbleiter-Steuerelements H angeschlo sen ist.

Im normalen Betrieb des Gleichstrommotors sind die Steuer, transistoren T^ und T₄ ständig in leitendem Zustand. Die Stellungssignale von dem auf das Magnetfeld des Rotors ansprechenden Halbleiter-Steuerelement H schalten die Speisetransistoren T. und T,- über die zugehörigen Steuertransistoren T₁ bzw. T₄ abwechselnd durch, so daß die entsprechenden Statorwicklungen L bzw. L₂ Strom führen. Die an den Statorwicklungen L und L₂ entstehenden Induktionsspannungen werden über die Dioden D bzw. D₂ ausgetastet und steuern den Schaltzustand des Blockierschutz-Transistors Tg . Im normalen Betriebszustand des Gieich-

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strommotors sind diese Induktionsspannungen negativer als das Nullpotential vom negativen Pol (-) der Speisegleichspannungsquelle, so daß in diesem Betriebszustand des Motors der Blockierschutz-Transistor T^ leitet und über die Widerstände R_g und R„ negatives Potential an die Basis der Steuertransistoren T₁ und T- gelangen läßt. Bei ungestörtem Betrieb des Gleichstrommotors sind diese Steuertransistoren T₁ und T. daher ständig in leitendem Zustand, und die Stromversorgung des Gleichstrommotors an seinen Statorwicklungen L und l, ist gewährleistet. Im einzelnen geschieht dies in folgender Weise. Ist der Ausgangstransistor des magnetfeldempfindlichen Steuerelementes H durchgesteuert, so liegt dessen Ausgang an Masse. Dadurch werden die Transistoren T₃ und T₂ leitend, über den Transistor T₃ fließt dann Strom durch die Statorwicklung L₁, während die Inverterfunktion des Transistors T₂ ein Durchschalten des Transistors T₁- verhindert und somit die Statorwicklung L nicht vom Strom durchflossen wird. Ist der Ausgangstransistor des magnetfeldempfindlichen Steuerelementes H gesperrt, dann liegt an dessen Ausgang die volle Betriebsspannung, und die Transistoren T- und T₉ gehen dadurch im Schaltbetrieb in den gesperrten Zustand über. Als Folge hiervon wird der Stromkreis für die Statorwicklung L unterbrechen. Durch die Sperrung des Transistors T_g kann der Transistor T₅ durchschalten und somit die Statorwicklung L₂ mit Strom speisen.

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Kommt es dagegen zu einem Blockieren des Rotors, so werde die von diesem an den Statorwicklungen L und Lp erzeugte Induktionsspannungen zu Null, und der Blockierschutz-Tran, sistor Tg geht in gesperrten Zustand über. Dadurch führe; die Steuertransistoren T^ und T₄ an ihrer Basis ein Potei tial, das sie ebenfalls in gesperrten Zustand übergehen
läßt.. Dies wiederum hat zur Folge, daß auch die Speisetrai sistoren T„ und T_c abschalten, und es fließt dann kein
Strom mehr durch die Statorwicklungen L_-. und L«.

Wird nach Beseitigung der Blockierungsursache die Stromversorgung für dan Gleichstrommotor wieder eingeschaltet,
so liefert der Aufladestrom für den Kondensator C den
nörigen Basisstrom für die Steuertransistoren T₁ und T
und hält diese damit so lange in leitendem Zustand, bis
dieser Zustand wieder durch den über die Induktionsspannungen von den Statorwicklungen L und L₂ erneut in leitenden Zustand übergeführten Blockierschutz-Transistor T,
aufrechterhalten werden kann.

Die vorstehende Beschreibung läßt erkennen, daß bei der
erfindungsgemäßen Auslegung der Antriebsschaltung in keinem Betriebszustand des Gleichstrommotors und insbesondere auch nicht bei einem Blockieren von dessen Rotor ein unzulässig hoher Stromfluß durch die Statorwicklungen oder
durch eines der Halbleiterelemente der Schaltung auftreten

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kann. Jegliche Gefahr einer thermischen Schädigung aller dieser Bauelemente durch zu hohe Strombelastung bleibt daher mit Sicherheit vermieden.

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Claims

HASSE - Dr. FüAMiCS · Dr. Ull&iCH PATENTANWÄLTE IN MÖNCHEN UND HEIDELBERG 8000 München 90, 30.12.1981/W Asamstraße 8 ? 4503/ebm Patentansprüche

1.!Antriebssehaltung für kollektorlose Gleichstrommotoren
mit einem zylinder ähnlichen Luftspalt z.wischen einem
permanentmagnetisehen Innen- oder Außenrotor und einem
Stator, dessen wicklungen an eine Speisegleichspannungsquelle in Serie mit je einem Speisetransistor angeschic: sen sind, in dem der Stromfluß von Stellungssignalen au« einem die Rotorstellung erfassenden Halbleiter-Steuerel*. ment, insbesondere einem Hall-IC, und vom Schaltzustand eines auf ein Blockieren des Rotors ansprechenden und al Blockierschutz für die Statorwicklungen dienenden Halbleiter schalters abhängt,

dadurch gekennzeichnet, daß der als Blockierschutz vorgesehene Halbleiterschalter ein Transistor (T₆ ) ist, ds zum einen mit der Basis von den Basisstrom für die Speisetransistoren (T₃, Tc) liefernden Steuertransistoren
• (T^ , T. ) und zum anderen mit einem Ende der Statcr-yicklungen (L , L-) verbunden ist und bei Ausfall der Induktionsspannungen von den Statorwicklungen in gesperrten
Zustand übergeht und dadurch unter Sperrung der Steuertransistoren den Basisstrom für die Speisetranistoren
unterbricht und so diese ebenfalls sperrt.

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2. Schaltung nach Anspruch «,,

dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des Blockierschutz-Transistors (T^ ) mit dem einen Ende jeder Statorwicklung (L , L₂) über je eine Diode (D bzw. D_r verbunden ist.

3. Schaltung nach Anspruch ι oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des Blockier schutz-Transistors (Tg ) mit der Basis jedes der Steue transistoren (T₁, χ· ) jeweils über einen Widerstand (R- bzw. R₇) verbunden ist.

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die Steuertransistoren (T. %, ) jeweils mit ihrer Basis an den gemeinsamen Punkt eines Widerstandes (R ) und eines Kondensators (C₁) angeschlossen sind, die in Serie zueinander zwischen den Polen der Speisegleichspannungsquelle liegen.

5. Schaltung nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die Basis jedes Steuertransistors (T^, T ) jeweils über einen Widerstand (R^ bzw. R₇) an den gemeinsamen Punkt des Widerstandes (R ) und des Kondensators (C ) angeschlossen ist.

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