DE3203829C2

DE3203829C2 - Antriebsschaltung für einen kollektorlosen Gleichstrommotor mit Permanentmagnetrotor

Info

Publication number: DE3203829C2
Application number: DE3203829A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. Lipp (FH), 7119 Dörzbach; Wilhelm 7187 Schrozberg Reinhardt; F.O. Ulrich Dipl.-Ing. Rüdele (FH), 7119 Weißbach
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: 1984-11-29
Also published as: DE3203829A1; US4473782A

Abstract

Bei einer 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 angeschlossen sind, in dem der Stromfluß von Stellungssignalen aus einem die Rotorstellung erfassenden Halbleiter-Steuer element, insbesondere einem Hall-IC, und vom Schaltzustand eines auf ein Blockieren des Rotors ansprechenden und als Blockierschutz für die Statorwicklungen dienenden Halbleiterschalters abhängt, ist zur Vermeidung einer thermischen Überlastung der Statorwicklungen und der in der Schaltung enthaltenen Halbleiterelemente der als Blockierschutz vorgesehene Halbleiterschalter ein Transistor (T ↓4), dessen Emitter/Kollektor-Strecke in Serie zu den Statorwicklungen (L ↓1 und L ↓2) und den diesen zugeordneten Speisetransistoren (T ↓1 bzw. T ↓3) liegt und dessen Basis die Induktionsspannung an den Statorwicklungen führt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsschaltung für einen kollektorlosen Gleichstrommotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Antriebsschaltung ist bereits aus der Literaturstelle »Siemens Zeitschrift 46 (1972) Heft 4, Seite 275, Bild 2« bekannt. Bei dieser Schaltung wird die Induktionsspannung der Statorwicklung zur Drehzahlregelung benutzt. Hierbei steuert die Induktionsspannung über Regler-Stufen die Basis eines Transistors derart, daß bei kleiner werdender Induktionsspannung der Transistor öffnet und bei größer werdender Induktionsspannung der Transistor schließt, um eine bestimmte Drehzahl konstant zu halten. Weiterhin wird bei dieser bekannten Schaltung die Auskopplung der in den Wicklungen induzierten Spannungen mittels Dioden durchgeführt, was zur Erfassung des Drehzahl-Ist wertes folgt.

Bei einer Antricbsschaltung gemäß der DE-AS 19 432 sind die Speiselransistoren 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

ίο 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 Slatorwicklung.

Den Strom des Differenzverstärker übernimmt ein mit seiner Emittcr/Kolleklor-Slrccke den Transistoren des Differenzverstärkers zusammen mit einer in Serie liegenden Schutzdiode parallclgeschalteter 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 KoppelkoFidensator 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 vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugründe, eine Antriebsschaltung der eingangs beschriebenen Art derart auszubilden, daß sie einen wirksamen Blockierschutz für die Statorwicklungen und für alle mit diesen verbundenen Transistoren ohne Verlustleistung gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Antricbsschaltung basiert somit darauf, daß beim Stillstand, d. h. bei einer Drehzahl Null, der Transistor gerade schließt, d. h. gerade die entgegengesetzte Funktion ausübt, wie sie bei der Drehzahlregelung gemäß dem eingangs beschriebenen Stand der Technik ausgeübt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten. Von besonderer Bedeutung ist bei der erfindungsgemäßen Antriebsschaltung, daß ein Anlauf des jeweiligen Motors erst nach erfolgter Abschaltung und Wiedereinschaltung des Gleichstrommotors nach Aufhebung der Rotorblockierung durch die Anbindung der Basis des Blockierschutz-Transistors an die Speise-Gleichspannung über ein WC-Glied mit passender Dimensionierung möglich ist. Hierdurch wird ein Schutz von Bedienungspersonal erreicht, das beispielsweise einen von einem erfindungsgemäß geregellen Gleichstrommotor angetriebenen Lüfter bedient.

Weiterhin ist von besonderer Bedeutung, daß bei Einschaltung der Betriebsspannung ein sicherer Anlauf auch dann gewährleistet ist, wenn der Spannungsanstieg

ho der Betriebsspannung langsam erfolgt. Zudem ist hervorzuheben, daß bei Blockierung des jeweiligen Gleichstrommotors eine schlagartige Abschaltung der Wicklungen erfolgt, so daß als Folge der wesentlich geringeren Verlustleistung kleinere und preisgünstigere Lci-

b^r) stungstransistoren verwendet werden können.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht noch darin, daß auch bei einem Durchbruch der Kollektor-Emitterstrecken der Socisc-Transistorcn der Blockierschutz-

Transistor den Schul/, der Wicklungen übernimmt.

Die KrfiiKliing wird nunmehr anhand der in der Zeichnung dargestellten Aruricbsschultung für einen y.wcisträngigcn kcllektorloscn Glcichstrommotijr näher erläutert.

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 71 bzw. Ti an den einen Pol + Us einer Speisegleichspannungsquelle und über einen gemeinsamen Blockierschutz-Transistor T* an deren anderer Pol (—) angeschlossen sind. Dabei liegt der Blockierschutz-TransiEtor Ti mit seiner Emitter/Kollektor-Strecke in Serie zu den Statorwicklungen Li und L₂ zwischen deren gemeinsamen Punkt und dem Pol (—) der Speisegleichspannungsquelle.

Zur Erfassung der Rotorstellung des Gleichstrommotors ist ein vorzugsweise als HaIl-IC ausgebildetes Halbleiter-Steuerelement H\ vorgesehen, das an einem Ausgang 1 von der Rotorstellung abhängige Stellungssignale abgibt Diese Stellungssignale werden der Basis des Speisetransistors ΤΊ über einen Widerstand R₂ und der Basis des Speisetransistors ΤΊ über einen weiteren Widerstand Ri sowie den Basis/Kollektor-Übergang eines als Inverter arbeitenden Transistors T2 und einen an dessen Kollektor angeschlossenen Widerstand Rs zugeführt. Ein Widerstand R\ verbindet den gemeinsamen Punkt der Widerstände R₂ und Λ3 mit dem Pol + u„ der Speisegleichspannungsquelle, während ein Widerstand Rt, zwischen dem Kollektor des Transistors T2 und dem Pol (—) der Speisegleichspannungsquelle liegt.

Der gemeinsame Punkt jeder Statorwicklung L\ bzw. L2 mit ihrem zugeordneten Speisetransistor ΤΊ bzw. T₃ ist jeweils über eine eigene Diode D\ bzw. D₂ und einen an deren gemeinsamen Anodenanschluß angeschlossenen Widerstand Rb mit der Basis des Blockicrschulz-Transistors Tt, verbunden. An diese ist weiter der Kollektor eines dem selbsttätigen Wiederanlaufen des Motors dienenden Anlauf-Transistors T? angeschlossen, der mit seinem Emitter an dem Pol (—) der Spciscglcichspannungsquelle liegt und an seiner Basis mit dem Pol + u_s der Speisegleichspannungsquelle über ein WC-Glied aus einem Widerstand Ri und einem in Serie damit liegenden Kondensator Ci verbunden ist.

Für die Beschreibung der Arbeitsweise der dargestellten Schaltung sei vom Betriebszustand des Gleichstrommotors ausgegangen, in dem der Blockierschutz-Transistor Ti, sich in leitendem Zustand befindet. In diesem Betriebszustand gibt das Halbleiter-Steuerelement H] an seinem Ausgang 1 Stellungssignale ab, die auf das Magnetfeld des umlaufenden Rotors des Gleichstrommotors zurückgehen und über die Widerstände /?i und R₂ an die Basis des Speisetransistors Ti bzw. über R] und Ri an die des Inverter-Transistors T₂ gelangen.

Ist nun der Ausgangstransistor des magnetfeldempfindlichen Steuerelementes Wi durchgesteuert, so liegt dessen Ausgang 1 an Masse. Dadurch werden die Transistoren T\ und 7j leitend. Über die Transistoren ΤΊ und 7j Hießt dann ein Strom J] durch die Statorwicklung Li, während die lnvcrierfunktion des Transistors T₂ ein Durchschallen des Transistors ΤΊ verhindert und somit die Stalorwicklung /._> nicht vom Strom durchflössen wird.

lsi der Ausgangstransistor des magnetleldcmpfindlichcn Steuerelementes H\ gesperrt, dann liegt ;in dessen Ausgang I die volle Betriebsspannung, und die Transistoren T\ und Ti gehen dadurch im Schaltbetrieb in den gesperrten Zustand über. Als Folge hiervon wird der Stromkreis für die Statorwicklung L\ unterbrochen. Durch die Sperrung des Transistors Ti kann der Transistor Ti durchschallen und somit über den Transistor Ti die Stabwicklung L₂ mit einem Strom J₂ speisen. Durch die Drehung des Rotors entsteht in jeder Statorwicklung L, bzw. L₂ während der Sperrzeit des ihr zugeordneten Speisetransistors Tj bzw. Ts eine Induktionsspannung, die über die Diode D] bzv.'. D₂ ausgekoppelt wird und bewirkt, daß der Blockierschutz-Transistör T₄ in leitendem Zustand gehalten wird.

Wird nun der Rotor blockiert, dann wird in keiner der beiden Statorwicklungen L, und L₂ mehr eine Induktionsspannung erzeugt, und der Transistor Ti sperrt Als Folge hiervon wird der durch die Stellung des magnetfeldempfindlichen Steuerelementes H] gekennzeichnete und durch die Transistoren T₁ bzw. Ts gesteuerte Wicklungsstrom unterbrochen. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß bei Stillstand des Rotors keine unzulässige Erwärmung der Speisetransistoren T₁ und Ts oder der Statorwicklungen L\ und L2 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 7s über das an seiner Basis angeschlossene ÄC-GIied aus dem Widerstand Ri und dem Kondensator Q so lange leitend gehalten, bis der Kondensator Q 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 L] bzw. L₂ wieder unter Strom gesetzt wird. Der Transistor Ts muß hierbei so lange durchgeschaltet bleiben, bis bei einer entsprechenden Drehzahl des Motors die an den Statorwicklungen Li bzw. L₂ entstehende Induktionsspannung ausreicht, um den Transistor Ti leitend zu halten. Dies wird durch entsprechende Dimensionierung des Widerstandes /?7 und des Kondensators Ci erreicht. Ist der Kondensator Ci aufgeladen, wird der Basissirom vom Transistor Ts unterbrochen, der Transistor Ti sperrt, und die weitere Ansteuerung des Transistors Ti wird von der über die Dioden D] und D₂ ausgekoppelten Induktionsspannung an der jeweiligen Statorwicklung Li 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Antriebsschaltung für einen kollektorlosen Gleichstrommotor mit Permanentmagnetrotor, mit einem Stator mit Wicklungen und mit die Rotorstellung erfassenden Halbleitersteuerelementen, in der die Wicklungen in Reihe mit der Emitter-Kollektorstrecke je eines ersten Transistors geschaltet sind, die Reihenschaltungen parallel geschaltet sind, der erste Anschlußpunkt der Parallelschaltung mit dem ersten Pol der Gleichspannungsquelle verbunden, der zweite Anschlußpunkt über die Emitter-Kollektorstrecke eines zweiten Transistors gleicher Polung wie der erste Transistor mit dem zweiten Pol der Gleichspannungsquelle verbunden ist und bei der der Strom/hiß durch die Wicklungen von den auf die ersten Transistoren einwirkenden Stellungssignalcn und von dem Schaltzustand des zweiten Transistors abhängt, mit zur Auskopplung von in den Wicklungen induzierten Induktionsspannungen mit dem einen Pol an den Verbindungspunkt zwischen Emitter-Kollektorstrecke der ersten Transistoren und den Wicklungen angeschlossenen Dioden, die mit ihrem anderen Pol auf einem gemeinsamen Anschlußpunkt geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des als ein Blockierschutz für die Statorwicklungen (L\, L₂) dienenden zweiten Transistors (TA) die über die Dioden (D 1, D 2) ausgekoppelten Induktionsspannungen führt und daß die Basis des Blockierschutztransistors (TA) mit dem einen Pol der Speise-Gleichspannungsquelle über die Emitter-Kollektorstrecke eines Anlauf-Transistors (TS) verbunden ist, dessen Basis über ein WC-Glied (Rj, G) an den anderen Pol der Speise-Gleichspannungsquelle angeschlossen ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Blockicrschutz-Transistors mit dem gemeinsamen Pol der Dioden (Di, D 2) verbunden ist.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Blockicrschutz-Transistors (T*) mit den Dioden (Du D₂) über einen gemeinsamen Widerstand (R₆) verbunden ist.