DE3203829A1 - Antriebsschaltung fuer kollektorlose gleichstrommotoren - Google Patents
Antriebsschaltung fuer kollektorlose gleichstrommotorenInfo
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Description
• · ♦
ebm Elektrobau Mulfingen GmbH & Co., 7119 Mulfingen
Antriebsschaltung für kollektorlose Gleichstrommotoren
Die Erfindung betrifft eine Antriebsschaltung für kollektorlose Gleichstrommotoren, wie sie im Oberbegriff
des Patentanspruches 1 angegeben ist.
Eine Antriebsschaltung dieser Art ist in der DE-AS 24 19 432 beschrieben. Bei dieser bekannten Schaltung
sind die Speisetransistoren für die Statorwicklungen mit dem.Halbleiter-Steuerelement für die Erfassung der
Rotorstellung jeweils über einen von zwei einen Differenzverstärker bildenden Transistoren verbunden, und
jeder dieser Transistoren enthält in seinem Basiszweig
einen Koppelkondensator mit einem zugeordneten Lade-
und Entladekreis. Diese Koppelkondensatoren sind so bemessen, daß sie bei laufendem Motor das von ihnen
übertragene Stellungssignal aus dem Halbleiter-Steuerelement nicht differenzieren. Bei einem Blockieren des
Rotors wird der dem jeweils leitenden Transistor des
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/Kollektorstrecke . den Transistoren des Differenzverstärkers zusammen
mit einer in Serie liegenden Schutzdiode parallelgeS'Chalteter
weiterer Transistor, der auf diese Weise eine Blockierschutzfunktion für die Statorwicklungen
übernimmt, 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 für 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.
Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst
durch eine Antriebsschaltung, vie sie im Patentanspruch T gekennzeichnet ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen; von besonderer Bedeutung ist
dabei, daß zum Schutz des eventuell am Lüfter arbeitenden Personals ein Anlauf erst nach erfolgter Abschaltung
und Wiedereinschaltung des Gleichstrommotors nach Aufhebung der Rotorblockierung durch die Anbindung der
Basis des Blockierschutz-Transistors an die Speisegleichspannung über ein RC-Glied mit passender Dimensionierung
möglich ist.
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
noch hervorzuheben, daß bei Blockierung des Motors eine 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 nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen, deren einzige Figur eine erf in dungs gemäß ausgebildete
Antriebsschaltung für einen zweisträngigen kollektorlosen Gleichstrommotor zeigt.
Der in der Zeichnung angenommene Gleichstrommotor besitzt zwei Statorwicklungen L- und L2, die jeweils über
die Emitter /Kollektor-Strecke eines ersten bzw. eines zweiten■Speisetransistors T1 bzw. T3 an den einen pol
+ u einer Speisegleichspannungsquelle und über einen
gemeinsamen Blockierschutz-Transistor T4 an deren anderen
Pol (-) angeschlossen sind. Dabei liegt der Blockierschutz-Transistor T4 mit seiner Emitter/Kollektor-Strekke
in Serie zu den Statorwicklungen L-j und L zwischen
deren gemeinsamem Punkt und dem pol (-) der Speisegleichspannungsquelle.
-JiT-
Zur Erfassung der Rotorstellung des Gleichstrommotors
ist ein vorzugsweise als Hall-IC ausgebildetes Halbleiter-Steuerelement H1 vorgesehen, das an einem Ausgang
1 von der Rotorstellung abhängige Stellungssignale abgibt. Diese Stellungssignale werden der Basis des
Speisetransistors T1 über einen Widerstand R2 und der
Basis des Speisetransistors T «,über einen weiteren
Widerstand R3 sowie den Basis/Kollektor-Übergang eines als Inverter arbeitenden Transistors T_ und einen an
dessen Kollektor angeschlossenen Widerstand R1- zugeführt. Ein Widerstand R1 verbindet den gemeinsamen
Punkt der Widerstände R0 und R, mit dem Pol + u der
Speisegleichspannungsquelle, während ein Widerstand R4
zwischen dem Kollektor des Transistors T2 und dem Pol
(-) der Speisegleichspannungsquelle liegt.
Der gemeinsame Punkt jeder Statorwicklung L1 bzw. L2
mit ihrem zugeordneten Speisetransistor T1 bzw. Τ- ist
jeweils über eine eigene Diode D bzw. D2 und einen an
deren gemeinsamen Anodenanschluß angeschlossenen Widerstand Rg mit der Basis des Blockierschutz-Transistors
T4 verbunden. An diese ist weiter der Kollektor eines
dem selbsttätigen Wiederanlaufen des Motors dienenden Anlauf-Transistors T5 angeschlossen, der mit seinem
Emitter an dem Pol (-) der Speisegleichspannungsquelle
liegt und an seiner Basis mit dem Pol + U3 der Speisegleichspannungsquelle über ein RC-Glied aus einem Widerstand
R7 und einem in Serie damit liegenden Kondensator
C1 verbunden ist.
Für die Beschreibung der Arbeitsweise der dargestellten
Schaltung sei vom Betriebszustand des Gleichstrommotors ausgegangen, in dem der Blockierschutz-Transistor T4
sich in leitendem Zustand befindet. In diesem Betriebszustand gibt das Halbleiter-Steuerelement H1 an seinem
Ausgang 1 Stellungssignale ab, die auf das Magnetfeld des umlaufenden Rotors des Gleichstrommotors zurückgehen
und über die Widerstände R1 und R2 an die Basis
des Speisetransistors T1 bzw. an die des Inverter-Transistors
T2 gelangen.
Ist nun der Ausgangstransistor des magnetfeldempfindlichen Steuerelementes H1 durchgesteuert, so liegt
dessen Ausgang 1 an Masse. Dadurch werden die Transistoren T1 und T leitend, über die Transistoren T1 und
T4 fließt dann ein Strom J1 durch die Statorwicklung L1,
während die Inverterfunktion des Transistors T2 ein
Durchschalten des Transistors T„ verhindert und somit
die Statorwicklung L2 nicht vom strom durchflossen wird.
Ist der Ausgangstransistor des magnetfeldempfindlichen
Steuerelementes H1 gesperrt, dann liegt an dessen Ausgang
1 die volle Betriebsspannung, und die Transistoren T1 und T2 gehen dadurch im Schaltbetrieb in den gesperrten
Zustand über. Als Folge hiervon wird der Stromkreis für die Statorwicklung L1 unterbrochen. Durch die
Sperrung des Transistors T2 kann der Transistor T3
durchschalten und somit über den Transistor T4 die Statorwicklung L2 mit einem Strom J2 speisen.
*über R„ und Rn
Durch die Drehung des Rotors entsteht in jeder Statorwicklung
L1 bzw. L2 während der Sperrzeit des ihr zugeordneten
Speisetransistors T1 bzw. T- eine Induktionsspannung,
die über die Diode D1 bzw. D ausgekoppelt wird
und bewirkt, daß der Blockierschutz-Transistor T. in
leitendem Zustand gehalten wird.
Wird nun der Rotor blockiert, dann wird in keiner der
beiden Statorwicklungen L1 und L-mehr eine Induktionsspannung
erzeugt, und der Transistor T4 sperrt.
Als Folge hiervon wird der durch die Stellung des magnetfeldempfindlichen
Steuerelementes PL gekennzeichnete und durch die Transistoren T1 bzw. T -gesteuerte Wicklungsstrom unterbrochen. Auf diese Weise ist gewährleistet,
daß bei Stillstand des Rotors keine unzulässige Erwärmung der Speisetransistoren T1 und T3 oder der Statorwicklungen
L1 und L_ infolge überhöhter Strombelastung
eintreten kann.
Ist die Blockierung des Rotors beseitigt, kann nach kurzem Ausschalten eine Wiedereinschaltung erfolgen.
Wird die Betriebsspannung u wieder zugeschaltet, wird
der Transistor T1- über das an seiner Basis angeschlossene
RC-Glied aus dem Widerstand R^und dem Kondensator C1
sojlange leitend gehalten, bis der Kondensator C1 aufgeladen ist. Während dieser Durchschaltung des Transistors
T5 liegt negatives Potential an der Basis des Transistors
T4, so daß auch dieser durchsteuern kann und die durch
die Stellung des magnetfeldempfindlichen Steuerelementes
H. gekennzeichnete Statorwicklung I, bzw. L2 wieder
unter Strom gesetzt wird.
Der Transistor T5 muß hierbei so lange durchgeschaltet
bleiben, bis bei einer entsprechenden Drehzahl des Motors die an den Statorwicklungen L1 bzw. L2 entstehende
Induktionsspannung ausreicht, um den Transistor T4 leitend
zu halten. Dies wird durch entsprechende Dimensionierung des Widerstandes R7 und des Kondensators C1 erreicht. Ist der Kondensator C1 aufgeladen, wird der
Basisstrom vom Transistor T- unterbrochen, der Transistor Τ- sperrt, und die weitere Ansteuerung des Transistors
T4 wird von der über die Dioden D1 und D2 ausgekoppeltenlnduktionsspannung
an der jeweiligen Statorwicklung L1 bzw. L2 übernommen.
Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ohne weiteres ersehen läßt, tritt dank der erfindungsgemäßen Ausführung
der Schaltung auch bei einem Blockieren des Rotors ein unzulässig hoher Stromfluß weder in den Statorwicklungen
noch in irgendeinem Halbleiterelement der Schaltung auf.
Claims (5)
1.) Antriebsschaltung für kollektorlose Gleichstrommotoren
mit einem zylinderähnlichen Luftspalt zwischen einem
permanentmagnetischen Innen- oder Außenrotor und einem Stator, dessen Wicklungen an eine Speisegleichspannungsquelle
in Serie mit je einem Speisetransistor ange-. schlossen sind, in dem der Stromfluß von Stellungssignalen aus einem die Rotorstellung erfassenden
Halbleiter-Steuerelement, insbesondere einem Hall-IC, und vom Schaltzustand eines auf ein Blockieren des
Rotors ansprechenden und als Blockierschutz für die
Statorwicklungen dienenden Halbleiterschalter abhängt,
dadurch gekennzeichnet, daß der als Blockierschutz
vorgesehene Halbleiterschalter ein Transistor (T4) ist, dessen Emitter/Kollektor-Strecke in Serie zu den
Statorwicklungen (L1 und L_) und den diesen zugeordneten
Speisetransistoren (T1 bzw. T-) liegt und dessen
Basis die Induktionsspannung an den Statorwicklungen führt.
2. Schaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Blockier-
schutz-Transistors (T4) mit dem einen Ende jeder
Statorwicklung (L1, L2) über je eine Diode (D1 bzw.
Dp) verbunden ist.
3. Schaltung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Blockierschutz-Transistors
(T4) mit den Dioden (D1 , D) über
einen gemeinsamen Widerstand (R6) verbunden ist.
4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Blockierschutz-Transistors
(T4) mit dem einen Pol der speisegleichspannungsqtielle
über die Emitter/Kollektor-Strecke eines Anlauf-Transistors (T1.) verbunden ist,
dessen Basis über ein RC-Glied (R17, C1) an den anderen
Pol der Speisegleichspannungsquelle angeschlossen i,st.
5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Motorausführung
mit zwei Statorwicklungen (L1 und Lp) der der einen
(Lp) davon zugeordnete Speisetransistor (T3) über
einen als Inverter wirkenden Transistor (T9) mit dem Ausgang des Halbleiter-Steuerelements (H1) verbunden
ist.
Priority Applications (2)
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