DE3215734A1 - Circuit arrangement for torque limiting in universal motors - Google Patents
Circuit arrangement for torque limiting in universal motorsInfo
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Description
Black & Decker Inc. Case 4253Black & Decker Inc. Case 4253
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Schaltungsanordnung zur Drehmomentbegrenzung von UniversalmotorenCircuit arrangement for limiting the torque of universal motors
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Drehmomentbegrenzung von Universalmotoren, insbesondere · Motoren für Elektrowerkzeuge, mit einer Schaltung zur Erfassung und Begrenzung des Motorstroms.The invention relates to a circuit arrangement for limiting the torque of universal motors, in particular Motors for power tools, with a circuit for detecting and limiting the motor current.
Bei Universalmotoren, also Kollektormotoren, die mit Gleich- oder Wechselstrom betrieben werden können, tritt häufig die Forderung auf, den Maximalstrom oder das dazu proportionale Drehmoment begrenzen zu können. Das gilt zum einen zur Verhinderung von Überlastungen, zum anderen aber auch dann, wenn beispielsweise bei einer elektrischen Bohrmaschine, die als Schrauber verwendet wird, ein bestimmtes Anzugsmoment für die Schrauben nicht überschritten werden soll.With universal motors, i.e. commutator motors that can be operated with direct or alternating current, occurs often the requirement to be able to limit the maximum current or the torque proportional to it. That is true on the one hand to prevent overloads, on the other hand also when, for example, at a electric drill, which is used as a screwdriver, does not require a specific tightening torque for the screws should be exceeded.
Neben einer direkten Erfassung des Drehmoments mittels eines Sensors, der beispielsweise die Abstützkraft des Motorständers mißt und über eine Steuerschaltung begrenzt, ist es bekannt, im Hauptstromkreis des Motors einen Shunt, d.h. einen kleinen ohmschen Widerstand anzuordnen, an dem eine dem Motorstrom proportionale Spannung abgegriffen werden kann. Diese Spannung wird nach Verstärkung und Gleichrichtung mit einer einstellbaren Referenzspannung verglichen. Bei Übersteigen der Referenzspannung kann der dem Motor zugeführte Strom verringert werden, beispielsweise mittels eines steuerbaren Halbleiterschalters, derart, daß ein maximaler Strom und damit ein maximales Drehmoment nicht überschritten wird. Statt einer Begrenzung kann auch eine vollständige Abschaltung erfolgen.In addition to direct detection of the torque using a sensor that measures, for example, the support force of the motor stand and limits it via a control circuit, it is known to arrange a shunt, i.e. a small ohmic resistor, in the main circuit of the motor, at which a voltage proportional to the motor current can be tapped. This tension is after reinforcement and rectification compared with an adjustable reference voltage. When the reference voltage is exceeded the current supplied to the motor can be reduced, for example by means of a controllable semiconductor switch, such that a maximum current and thus a maximum torque is not exceeded. Instead of one Limitation can also be a complete shutdown.
Der Einsatz eines Drehmomentsensors mit nachgeschalteter Steuerschaltung bedingt einen verhältnismäßig hohen Aufwand. Das gilt auch für die Strommessung mittels einesThe use of a torque sensor with a downstream control circuit requires a relatively high level of effort. This also applies to current measurement using a
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Shunt, da dessen Verlustleistung bei üblichen Motorströmen im Bereich bis 1OA groß wird. Das bedingt ein verhältnismäßig hohes Volumen und einen hohen Preis. Außerdem treten Schwierigkeiten bei der Unterbringung und Wärmeabfuhr beispielsweise in einer elektrischen Handbohrmaschine auf und es muß für sichere Anschlüsse gesorgt werden, damit schwankende Kontaktwiderstände nicht zu einer Verfälschung führen.Shunt, because its power loss with normal motor currents in the range up to 10A. That means a relatively high volume and a high price. aside from that difficulties arise in accommodating and dissipating heat, for example in an electric hand drill and secure connections must be made so that fluctuating contact resistance does not occur lead to a falsification.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, bei einem elektrischen Universalmotor eine Begrenzung oder Einstellung des Maximalstroms und damit des maximalen Drehmoments ohne direkte Messung des Drehmoments oder Verwendung eines Shuntwiderstandes zur Strommessung zu schaffen.The invention is accordingly based on the object of a limitation or a universal electric motor Setting the maximum current and thus the maximum torque without direct measurement of the torque or Use a shunt resistor to measure current.
Ausgehend von einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art ist die Lösung der Aufgabe gekennzeichnet durch eine Schaltung, die ein die Motordrehzahl angebendes Signal ableitet, ferner eine Schaltung, die ein die Effektivspannung am Motor darstellendes Signal liefert, und eine Verknüpfungsschaltung, die abhängig von den die Drehzahl und die Effektivspannung darstellenden Signalen sowie dem Kennlinienfeld des Motors ein den Motorstrom angebendes Signal erzeugt.The solution to the problem is characterized on the basis of a circuit arrangement of the type mentioned at the outset by a circuit which derives a signal indicative of the engine speed, further a circuit which a the The signal that represents the effective voltage at the motor is provided, and a logic circuit that depends on the the signals representing the speed and the rms voltage as well as the characteristic field of the motor and the motor current indicating signal generated.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß für einen gegebenen Motor die Zuordnung Drehzahl-Motorspannung-Motordrehmoment bzw. Motorstrom eindeutig ist. Für eine vorgegebene Drehzahl ist demgemäß die Effektivspannung, die notwendig ist, um den Motor bei gegebener Belastung auf diese Drehzahl zu bringen, ein direktes Maß für das dem Motor abverlangte Drehmoment und damit den Motorstrom. Bei bekannter Drehzahl und bekannter Motorkennlinie kann daher die dem Motor zugeführte Effektivspannung statt des fließenden Stroms gemessen werden, so daß kein Shunt erforderlich ist. Ist die Drehzahl nicht konstant, so kann auf einfache Weise anhand der DrehzahlThe invention is based on the knowledge that for a given motor the assignment of speed-motor voltage-motor torque or motor current is unambiguous. For a given speed, the effective voltage is which is necessary to bring the engine up to this speed at a given load, a direct measure of that The torque demanded from the motor and thus the motor current. If the speed and motor characteristic are known therefore the rms voltage supplied to the motor can be measured instead of the current flowing, so that no shunt is required. If the speed is not constant, the speed can be used in a simple manner
und der Effektivspannung unter Verwendung des Kennlinienfeldes für den Motor der Motorstrom bestimmt und begrenzt oder auch abgeschaltet werden. Die vorstehenden Zusammenhänge gelten streng nur für konstanten Magnetfluß. Diese Voraussetzung ist aber bei kleinen Universalmotoren erfüllt, da eine Sättigung schon bei etwa 20% des Kennstroras eintritt.and the effective voltage using the family of characteristics for the motor, the motor current is determined and limited or switched off. The above relationships are strictly valid only for constant magnetic flux. These However, the prerequisite is met with small universal motors, as saturation is already at around 20% of the characteristic value entry.
Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. So läßt sich das die Effektivspannung darstellende Signal aus dem Zündzeitpunkt für einen im Motorstromkreis liegenden, im Phasenanschnitt betriebenen Thyristor oder Triac ableiten. Bei bekannten Schaltkreisen zur Steuerung von Universalmotoren im Phasenanschnitt wird ein solches Signal bereits zur Verfügung gestellt, so daß kein zusätzlicher Aufwand erforderlich ist.Further developments are the subject of the subclaims. So the signal representing the rms voltage from the ignition point for one in the engine circuit, Derive thyristor or triac operated in phase control. In known circuits for controlling Universal motors in phase control, such a signal is already made available, so that no additional Effort is required.
Die Verknüpfungsschaltung läßt sich auf digitale oder analoge Weise verwirklichen. Im digitalen Fall wird zweckmäßig ein Mikroprozessor eingesetzt, der gleichzeitig dann auch alle anderen Steuer- oder Regelfunktionen einschließlich einer Anzeige von Soll- und Istwerten ausführen kann.The logic circuit can be implemented in a digital or analog manner. In the digital case expediently a microprocessor used, which then also all other control or regulation functions at the same time including a display of setpoints and actual values.
Wird in bekannter Weise zur Steuerung eines Thyristors oder Triacs ein integrierter Schaltkreis verwendet, der einen synchron mit der Netzwechselspannung laufenden Sägezahngenerator aufweist, dessen linear ansteigende Spannung mit einer einstellbaren Referenzspannung verglichen wird und bei Übereinstimmung einen Zündimpuls liefert, so kann die Referenzspannung als das die Effektivspannung darstellende Signal verwendet werden. Für einen auf konstante Drehzahl geregelten Motor läßt sich die Verknüpfungsschaltung dann auf besonders einfache Weise dadurch verwirklichen, daß die Referenzspannung zusammen mit einer einstellbaren Steuerepannung an einen Komparator angelegt ist, der bei Übereinstimiaung der beiden anliegenden Spannungen eine Abschalt- oder Begrenzungsspannung anIf an integrated circuit is used in a known manner to control a thyristor or triac, the has a sawtooth generator running synchronously with the AC mains voltage, the voltage of which increases linearly is compared with an adjustable reference voltage and, if they match, delivers an ignition pulse, thus the reference voltage can be used as the signal representing the rms voltage. For one The logic circuit can then be set up in a particularly simple manner when the motor is regulated to a constant speed thereby realize that the reference voltage together with an adjustable control voltage to a comparator is applied, which, if the two voltages present match, a cut-off or limiting voltage
Schaltkreis liefert.Circuit supplies.
Eine zweckmäßige analoge Rechenschaltimg ist in einem weiteren Unteranspruch gekennzeichnet.An expedient analog computing circuit is characterized in a further dependent claim.
Nachfolgend wird die Erfindimg anhand von Ausführungs-Beispielen in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:The invention is described below with the aid of working examples described in connection with the drawings. Show it:
Fig. 1 die Abhängigkeit zwischen der Motorspannung und dem Drehmoment bei verschiedenen Drehzahlen für einen Universalmotor; Fig. 2 ein Kurvendiagramm mit den Spannungsformen,Fig. 1 shows the relationship between the motor voltage and the torque at different speeds for a universal motor; 2 shows a curve diagram with the voltage forms,
die bei der Leistungsregelung eines Univerealmotors im Phasenanschnitt auftreten;which occur in the power control of a universal motor in phase control;
Fig. 3 das prinzipielle Schaltbild einer Steuerschaltung für einen Universalmotor mit einem integrierten Schaltkreis bekannter Art;3 shows the basic circuit diagram of a control circuit for a universal motor with an integrated Circuit of known type;
Fig. 4 eine Komparatorschaltung, die in Verbindung mit der Steuerschaltung nach Fig. 3 zur Verwirklichung einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung benutzt werden kann; Fig. 5 die Abhängigkeit der Drehzahl von der Effektivspannung für einen Universalmotor mit dem Motorstrom als Parameter;FIG. 4 shows a comparator circuit which, in connection with the control circuit according to FIG a circuit arrangement according to the invention can be used; 5 shows the dependence of the speed on the effective voltage for a universal motor with the motor current as a parameter;
Fig. 6 eine analoge Rechenschaltung, deren Eingangsund Ausgangsgrößen aus dem Kennlinienfeld gemäß Fig. 5 abgeleitet sind;Fig. 6 shows an analog computing circuit, the input and Output variables are derived from the family of characteristics according to FIG. 5;
Fig. 7 das Blockschaltbild einer digitalen Verwirklichung der Schaltungsanordnung nach der Erfindung unter Verwendung eines Mikroprozessors. 7 shows the block diagram of a digital implementation of the circuit arrangement according to the invention using a microprocessor.
In dem Kennlinienfeld gemäß Fig. 1 ist die an einem als Beispiel gewählten Universalmotor anliegende Effektivspannung abhängig vom gelieferten Drehmoment M für drei Drehzahlen η dargestellt. Man erkennt, daß bei jeweils konstanter Drehzahl eine im wesentlichen lineare Abhängig-In the family of characteristics according to FIG. 1, the rms voltage applied to a universal motor chosen as an example is Dependent on the delivered torque M shown for three speeds η. It can be seen that in each case constant speed an essentially linear dependent
»Μ ♦ ·»Μ ♦ ·
keit zwischen der am Motor anliegenden Effektivspannung und dem vom Motor gelieferten Drehmoment besteht. Da das Drehmoment wiederum im wesentlichen dem Motorstrom direkt proportional ist, gilt die gleiche Abhängigkeit auch für den Motorstrom. Man kann demgemäß bei bekannter Drehzahl den Motorstrom oder auch das Drehmoment aus der am Motor anliegenden Spannung bestimmen.between the effective voltage applied to the motor and the torque supplied by the motor. Since that Torque, in turn, is essentially directly related to the motor current is proportional, the same dependency also applies to the motor current. One can accordingly with a known speed determine the motor current or the torque from the voltage applied to the motor.
Anhand der Figuren 2, 3 und 4 wird ein erstes, auf analoge Weise verwirklichtes Ausführungsbeispiel beschrieben. Figur 3 zeigt eine bekannte Steuerschaltung für ein Elektrowerkzeug, beispielsweise eine elektrische Handbohrmaschine mit einem Universalmotor 20. Dieser liegt in Reihe mit einem Triac 21 an den Anschlüssen 22, 23 eines Wechselstromnetzes. Die Leistungsregelung für den Motor 20 erfolgt mittels eines integrierten Schaltkreises 24 bekannter Art, wobei eine typische Beschaltung unter Weglassung aller im vorliegenden Zusammenhang nicht wichtigen Bestandteile dargestellt ist. Der Schaltkreis 24 ist im vorliegenden Fall eine integrierte Schaltung vom Typ U 211 B. Die wesentlichen Bausteine des Schaltkreises 24 sind eine Phasenanschnitt-Steuerschaltung 25, deren Ausgangssignal über einen Impulsverstärker 26 und einen Widerstand 27 den Triac 21 steuert. Neben der Betriebsspannung, die aus der Netzspannung über eine Diode 28, einen Widerstand 29, einen Kondensator 30, eine Begrenzungsschaltung 31 und eine Überwachungsschaltung 32 abgeleitet und zugeführt wird, erhält die Phasenanschnitt-Steuerschaltung 25 am Anschluß 17 des Schaltkreises 24 über einen Widerstand 33 eine Information bezüglich der Netzspannung und ferner über einen Regelverstärker 34 ein Signal in Form einer Bezugsspannung für die Leistungsregelung des Motors 20. A first exemplary embodiment implemented in an analogous manner is described with reference to FIGS. 2, 3 and 4. FIG. 3 shows a known control circuit for an electric tool, for example an electric hand drill with a universal motor 20. This is in series with a triac 21 at the connections 22, 23 of an alternating current network. The power regulation for the motor 20 takes place by means of an integrated circuit 24 of a known type, a typical circuit being shown with the omission of all components that are not important in the present context. The circuit 24 in the present case is an integrated circuit of the U 211 B type. The essential components of the circuit 24 are a phase control circuit 25, the output signal of which controls the triac 21 via a pulse amplifier 26 and a resistor 27. In addition to the operating voltage, which is derived and supplied from the mains voltage via a diode 28, a resistor 29, a capacitor 30, a limiting circuit 31 and a monitoring circuit 32, the phase control circuit 25 at connection 17 of the circuit 24 receives a Information relating to the mains voltage and also, via a control amplifier 34, a signal in the form of a reference voltage for regulating the output of the motor 20.
In Fig. 2 ist genauer dargestellt, wie die Leistungsregelung erfolgt. Die Phasenanschnitt-Steuerschaltung 25 erzeugt in bekannter Weise eine Sägezahnspannung (mittlere Zeile der Fig. 2), die synchron mit der Netzspan-In Fig. 2 it is shown in more detail how the power control takes place. The phase control circuit 25 generates a sawtooth voltage in a known manner (middle line of Fig. 2), which is synchronized with the mains voltage
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nung (obere Zeile) läuft und bei jedem Nulldurchgang startet. Die Sägezahnspannung wird in der Phasenanschnitt-Steuer schaltung mit einer Bezugsspannung (mittlere Zeile) verglichen. Bei Übereinstimmung der beiden Spannungen erfolgt die Zündung des Triac 21 über den Verstärker 26, Dem Motor 20 wird dann eine Spannung zugeführt, die in der unteren Zeile der Fig. 2 dargestellt ist. Die Leistungsregelung erfolgt dadurch, daß die Bezugsspannung gegenüber dem als Beispiel in der mittleren Zeile gewählten Wert zu größeren oder kleineren Vierten verschoben wird, wie die beiden Pfeile andeuten. Bei kleinerer Bezugsspannung zündet demgemäß der Triac 21 früher, so daß der Effektivwert detf Motorspannung größer wird und umgekehrt.voltage (top line) runs and at every zero crossing starts. The sawtooth voltage is used in the phase angle control circuit compared with a reference voltage (middle line). If the two voltages agree the ignition of the triac 21 via the amplifier 26, the motor 20 is then supplied with a voltage which in the lower line of FIG. 2 is shown. The power control takes place in that the reference voltage compared to the value selected as an example in the middle line, shifted to a larger or smaller fourth as the two arrows indicate. In the case of a lower reference voltage, the triac 21 accordingly fires earlier, see above that the rms value detf motor voltage increases and vice versa.
Der Schaltkreis 24 erzeugt die Bezugsspannung für den Vergleich mit dem Sägezahn am Ausgang des Regelverstärkers 34, an dessen nichtinvertierenden Eingang (Anschluß 11) eine Sollwertinformation anliegt, die mittels eines Potentiometers 35 mit Vorwiderstand 36 einstellbar ist. Der Istwert wird über einen Tachogenerator 37 abgeleitet, tier entsprechend der gestrichelten Verbindung 38 mit der Motorwelle gekoppelt ist. Ein Frequenz-Spannungswandler 39 liefert am Ausgang eine Spannung an den invertierenden Eingang des Regelverstäi*kers 34, die die Drehzahl des Motors 20 wiedergibt. Mit dem Potentiometer 35 kann demgemäß eine gewünschte Drehzahl eingestellt werden, die durch die Phasenanschnitt-Steuerschaltung im Rahmen der Leistungsgrenzen konstant gehalten wird. Sinkt die Drehzahl wegen höherer Belastung,; so wird dem Motor durch Verschieben der Bezugsspannung z.u nie drigeren Werten eine höhere Effektivspannung zugeführt.The circuit 24 generates the reference voltage for the comparison with the sawtooth at the output of the control amplifier 34, at the non-inverting input (connection 11) of which a setpoint information is applied, which can be set by means of a potentiometer 35 with a series resistor 36. The actual value is derived by a tachometer generator 37, the broken connection is coupled to the motor shaft 38 corresponding animal. A frequency-voltage converter 39 supplies a voltage at the output to the inverting input of the control amplifier 34, which voltage reflects the speed of the motor 20. With the potentiometer 35, a desired speed can accordingly be set, which is kept constant by the phase control circuit within the scope of the performance limits. If the speed drops due to higher load; in this way, a higher rms voltage is fed to the motor by shifting the reference voltage to lower values.
Die am Anschluß 12 des Schaltkreises 24 anstehende, vom Ausgang des Regelverstärkers 34 gelieferte Bezugsspannung Uref gibt, wie anhand von Fig. 2 erläutert, die an Motor 20 anliegende Effektivspannung wieder. Bei kon- The reference voltage U re f present at the connection 12 of the circuit 24 and supplied by the output of the control amplifier 34, as explained with reference to FIG. 2, reproduces the effective voltage applied to the motor 20. At con-
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stanter Drehzahl ist demgemäß die Spannung Uref gleichzeitig ein Maß für den dem Motor 20 zugeführten Strom und damit für das Drehmoment. Führt man die Spannung üref einem einfachen Komparator gemäß Fig. 4 dar, so läßt sich ein Signal Ua + gewinnen, das bei Anlegen an den Anschluß 18 des Schaltkreises 24 für eine Stromabschaltung sorgt. Der Komparator gemäß Fig. 2 weist zwei Transistoren 40, 41 mit einem gemeinsamen Emitterwiderstand 42 auf. Die Spannung Uref wird der Basis des Transistors 40 über einen Begrenzungswiderstand 43 zugeführt. An der Basis des Transistors 41 liegt als Vergleichspannung über einen Widerstand 44 eine einstellbare Steuerspannung, die über ein Potentiometer 45 aus der Betriebsspannung U„_ abgeleitet ist. Mit dem Po-At a constant speed, the voltage U re f is at the same time a measure for the current supplied to the motor 20 and thus for the torque. Carrying out the voltage U ref to a simple comparator of FIG. 4 illustrates, this can be a signal U + a gain which provides for applying to the terminal 18 of the circuit 24 for current disconnection. The comparator according to FIG. 2 has two transistors 40, 41 with a common emitter resistor 42. The voltage U ref is fed to the base of the transistor 40 via a limiting resistor 43. At the base of the transistor 41 is an adjustable control voltage as a comparison voltage via a resistor 44, which control voltage is derived from the operating voltage U "_" via a potentiometer 45. With the po-
cccc
tentiometer 45 kann demgemäß das gewünschte maximale Drehmoment des Motors 20 eingestellt werden.tentiometer 45 can accordingly the desired maximum Torque of the motor 20 can be adjusted.
Anhand der Figuren 5 und 6 soll schematisch ein weiteres, in analoger Technjk verwirklichtes Ausführungsbeispiel skizziert werden. Figur 5 zeigt die Abhängigkeit der Motordrehzahl η von der effektiven Motorspannung U^ für konstanten Strom. Die Steigung der Kennlinie ~~ hängt von der Motorgröße ab und der Abszissenabschnitt b vom Strom I. Für den auf der eingezeichneten Kennlinie I = const liegenden Punkt P3 liegt für die Drehzahl nQ eine Effektivspannung U3 am Motor an. Eine Verschiebung der Kennlinie I=const nach links ergibt dann beispielsweise für den Punkt P1 eine kleinere Leistung bei einer Effektivspannung U1 und eine Verschiebung nach rechts beispielsweise zum Punkt P2 bei der gleichen Drehzahl nQ eine größere Leistung mit anliegender Effektivspannung U2. Die dargestellte Kennlinie I=const stellt einen idealisierten Fall dar. In der Praxis verläuft die Kennlinie entsprechend der gestrichelten Linie. Aus dem Kennlinienfeld läßt sich folgende Gleichung (1) ableiten:With the aid of FIGS. 5 and 6, a further exemplary embodiment implemented in analogous technology is to be sketched schematically. Figure 5 shows the dependence of the motor speed η on the effective motor voltage U ^ for constant current. The slope of the characteristic curve ~~ depends on the motor size and the abscissa section b on the current I. For the point P3 on the drawn characteristic curve I = const, an effective voltage U3 is applied to the motor for the speed n Q. A shift of the characteristic curve I = const to the left then results, for example, for the point P1 with a lower power at an effective voltage U1 and a shift to the right, for example to the point P2 at the same speed n Q, results in a greater power with an applied effective voltage U2. The characteristic curve I = const shown represents an idealized case. In practice, the characteristic curve runs according to the dashed line. The following equation (1) can be derived from the family of characteristics:
n - ÄS · Ueff-b « * 0 n - ÄS · U eff- b «* 0
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FUr den gestrichelten Bereich A links von der Kennlinie I=const, der den zulässigen Leistungsbereich wiedergibt, erhält man folgende Ungleichung:For the dashed area A to the left of the characteristic I = const, which reflects the permissible power range, the following inequality is obtained:
A - £§ v Ueff- n * * n Z ° A - £ § v U eff- n * * n Z °
Ist diese Ungleichung, die die Fläche A beschreibt, erfüllt, so ist für alle Drehzahlen η der Strom I kleiner als der durch die Größe b vorgegebene Maximalwert.If this inequality, which describes the area A, is fulfilled, then the current I is smaller for all speeds η than the maximum value given by the quantity b.
Die Gleichung (1) wird durch die analogen Rechenverstärker entsprechend der Schaltung in Fig. 6 nachgebildet.Equation (1) is simulated by the analog computation amplifier in accordance with the circuit in FIG.
Einem ersten Operationsverstärker 46 wird zur Bildung der Differenz in Gleichung (1) am invertierenden Eingang eine die Drehzahl η darstellende Spannung Un und am nicht-Invertierenden Eingang die Spannung Ueif zugeführt. Einstellwiderstände 47, 48 sowie ein Gegenkopplungswiderstand 49 und ein zusammen mit dem Einstellwiderstand 48 einen Spannungsteiler bildender Widerstand 50 ermöglichen die Berücksichtigung von Korkstantwerten zur Anpassung anTo form the difference in equation (1), a first operational amplifier 46 is supplied with a voltage U n representing the speed η at the inverting input and the voltage U eif at the non-inverting input. Setting resistors 47, 48 as well as a negative feedback resistor 49 and a resistor 50 forming a voltage divider together with setting resistor 48 enable constant cork values to be taken into account for adaptation
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den Motor. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 46 wird über einen Widerstand 51 dem invertierenden Eingang
eines weiteren Operationsverstärkers 52 zugeführt, an dessen nichtinvertieitendera Eingang eine mittels eines
Potentiometers 53 einstellbare Spannung über einen Widerstand 54 angelegt ist. Mit dem Potentiometer kann die
Schaltschwelle und demgemäß der Maximalstrora entsprechend dem Wert b in Fig. 5 eingestellt werden. Der Ausgang A
des Operationsverstärkers 52 hat im Normalfall niedriges Potential. Sobald der Motorstrom den Maximalwert übersteigt,
springt der Ausgang A auf hohes Potential. Das Signal am Ausgang kann dann benutzt werden, um den Motor
auszuschalten oder auch um die Stromaufnahme zu reduzieren.
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the engine. The output signal of the operational amplifier 46 is fed via a resistor 51 to the inverting input of a further operational amplifier 52, to whose non-inverting input a voltage which can be set by means of a potentiometer 53 is applied via a resistor 54. With the potentiometer, the switching threshold and accordingly the maximum current can be set according to the value b in FIG. The output A of the operational amplifier 52 normally has a low potential. As soon as the motor current exceeds the maximum value, output A jumps to high potential. The signal at the output can then be used to switch off the motor or to reduce power consumption.
Will man die Temperaturabhängigkeit der Kennlinie gemäß Fig. 5 berücksichtigen, so besteht die Möglichkeit, ei-If one wants to take into account the temperature dependency of the characteristic curve according to FIG. 5, there is the possibility of a
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nen NTC-Widerstand zum Widerstand 48 hinzuzuschalten.To add an NTC resistor to resistor 48.
In Fig. 7 1st anhand eines Blockschaltbildes ein digital verwirklichtes Ausführungsbeispiel unter Verwendung eines Mikroprozessors gezeigt. Der Mikroprozessor 55, beispielsweise ein 8-Bit-Wikroprozessor vom Typ MK 3870 erhält über ein Tastenfeld 56 die gewünschten Eingabedaten. Eine Anzeige 57 versorgt den Benutzer über einen Treiber 58 mit Angaben bezüglich der Drehzahl, des Drehmomentes und weiterer gewünschter Werte. Ein Tastschalter 59 gibt den Einschaltbefehl und der Mikroprozessor 55 steuert dann entsprechend einem eingegebenen Programm über einen Triac den Motor beispielsweise eines Elektrowerkzeugs. Der Triac und der Motor sind nur schematisch in Form eines Bausteins 60 dargestellt. Die Leistungsregelung erfolgt im Phasenanschnitt. Dazu erhält der Mikroprozessor 55 eine aus der Netzspannung abgeleitete Synchronisationsinformation. Die Information bezüglich der Drehzahl η wird von einem Tachogenerator 61 Über einen Impulsformer 62 zugeführt, der am Ausgang Rechteckimpulse liefert, deren Frequenz die Motordrehzahl darstellt. Die Stromversorgung der Schaltungsanordnung ist nur schematisch anhand eines Blocks 63 angedeutet.In FIG. 7, a digitally implemented exemplary embodiment is used on the basis of a block diagram a microprocessor shown. The microprocessor 55, for example an 8-bit wiki processor of the MK 3870 type receives the desired input data via a keypad 56. A display 57 provides the user via a Driver 58 with information on the speed, the torque and other desired values. A push button switch 59 gives the switch-on command and the microprocessor 55 then controls in accordance with an entered program The motor of a power tool, for example, via a triac. The triac and motor are only schematic shown in the form of a module 60. The power control takes place in phase control. For this purpose, the microprocessor 55 receives a voltage derived from the mains voltage Synchronization information. The information regarding the speed η is from a tachometer generator 61 via a Pulse shaper 62 supplied, which delivers square-wave pulses at the output, the frequency of which represents the engine speed. The power supply of the circuit arrangement is indicated only schematically with the aid of a block 63.
Der Mikroprozessor 55 vergleicht die gemessene Drehzahl η mit der über das Tastenfeld 56 vorgegebenen Solldrehzahl und steuert die dem Motor zugeführte Effektivspannung derart, daß bei einer zu kleinen Drehzahl der Zündzeitpunkt des Triacs näher zum Nulldurchgang der Netzspannung rückt und umgekehrt. Der Zündzeitpunkt erfolgt durch eine Zeitzählung im Mikroprozessor 55 mit jeweiligem Start beim Nulldurchgang der Netzspannung. Die Zeit ist dabei ein Maß für die am Motor anliegende Effektivspannung. Es braucht dann nur diese Zeit mit einem vorgegebenen Viert verglichen zu v/erden, um das vom Motor abgegebene Drehmoment zu ermitteln und zu begrenzen.The microprocessor 55 compares the measured speed η with the setpoint speed specified via the keypad 56 and controls the effective voltage supplied to the engine in such a way that the ignition timing is achieved if the speed is too low of the triac moves closer to the zero crossing of the mains voltage and vice versa. The ignition point takes place by counting the time in the microprocessor 55 with each start when the mains voltage crosses zero. The time is a measure of the effective voltage applied to the motor. It then only takes this time with a given one Fourth compared to v / ground to determine and limit the torque output by the engine.
Die Temperaturabhängigkeit des Motor-KennlinienfeldesThe temperature dependency of the motor characteristic field
läßt sich zusätzlich berücksichtigen, wie in Fig. 7 gestrichelt dargestellt. Ober einen Verstärker 64 wird dazu dem Mikroprozessor nach Analog-Digitalwandlung in der Schaltung 65 eine Information bezüglich der Wicklungstemperatur zugeführt.can also be taken into account, as shown in dashed lines in FIG shown. An amplifier 64 is used for this purpose in the microprocessor after analog-digital conversion in the circuit 65 information relating to the winding temperature fed.
Wie dem Kennlinienfeld in Fig. 1 zu entnehmen ist, beeinflußt die jeweils eingestellte Konstantdrehzahl den "Meßbereich" für das Drehmoment. Eine kleinere Drehzahl bedeutet bei gleicher Motorspannung ein höheres Drehmoment. Das führt dann dazu, daß beim Anlaufen des Motors ein höheres Maximaldrehmoment möglich ist. Dieses Verhalten ist bei Anwendung auf einen Schrauber insofern vorteilhaft, als beim Andrehen der Schrauben das zum Überwinden der Haftreibung notwendige höhere Moment nicht zum Abschalten des Motors führt. Besonders wichtig ist dieses Verhalten, wenn eine Schraube schon halb eingedreht ist und dann weiter eingedreht werden soll.As can be seen from the characteristic field in FIG. 1, the constant speed set in each case influences the "Measuring range" for the torque. A lower speed means a higher torque with the same motor voltage. This then leads to the fact that when the motor starts up a higher maximum torque is possible. This behavior is in this respect when applied to a screwdriver advantageous than the higher torque required to overcome the static friction when turning the screws Shutting down the engine leads. This behavior is particularly important when a screw is already half screwed in and should then be screwed in further.
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Claims (7)
gekennzeichnet durch eine Schaltung (37, 39; 61, 62), die ein die Motordrehzahl angebendes Signal ableitet,/ Λ ·) Circuit arrangement for torque limitation of ^ ■ universal motors, especially motors for power tools, with a circuit for recording and limiting the motor current,
characterized by a circuit (37, 39; 61, 62) which derives a signal indicating the engine speed,
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