DE3333819A1

DE3333819A1 - Schaltung zum abbremsen eines einphasen- oder gleichstrom-reihenschlussmotors hochtouriger maschinen, insbesondere zentrifugen

Info

Publication number: DE3333819A1
Application number: DE19833333819
Authority: DE
Inventors: Horst DDR 7127 Taucha Kache; Roland DDR 8019 Dresden Nigrini; Peter DDR 7271 Polenz Sachse
Original assignee: Medizin und Labortechnik Leipzig VEB
Current assignee: Medizin und Labortechnik Leipzig VEB
Priority date: 1982-12-29
Filing date: 1983-09-19
Publication date: 1984-07-05
Also published as: DD225887A3; GB2133233A; GB8333910D0

Description

Schaltung zum Abbremsen eines Einphasen- oder Gleichstrom-Reihenschlußmotors hoehtouriger Maschinen, insbesondere Zentrifugen _; .

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltung zum Abbremsen von Binphasen- oder Gleichstrom-Reihenschlußmotoren. Derartige Motore besitzen ein großes Anzugsmoment und die Fähigkeit, sich wechselnden Belastungen gut anzupassen. Sie werden deshalb auch zur Erzeugung hoher Beschleunigungen, z. B. für Zentrifugen, eingesetzt. Die Schaltung kann in entsprechender Ausführung zur Bremsung der Motoren aller Anwendungsgebiete verwendet werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Zum Abbremsen von Reihenschlußmotoren muß durch eine Schalthandlung die Umkehrung des Drehmomentes gegenüber dem des motorischen Betriebs erreicht werden. Je nach Art der hierfür verwendeten Schaltung ist dann bekannterweise eine Nutz-, Widerstands- oder Gegenstrombremsung möglich. Für die Widerstandsbremsung ist eine große Anzahl Schaltungen entwickelt worden (z. B. DD-PS 85 803, 118 487, DE-EB 1 200 424, 2 002 768, 2 135 324, 2 228 735, 2 541 113, 2 608 581, 2 640 745, 2 824 045).

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Die Br etas schalt ung gemäß DE-OS 2 640 7*5 beinhaltet eine Widerstandsbremsung mit gesteuerter Fremderregung. Ein im Erregerstromkreis eingeschalteter Transistor wird in Abhängigkeit von einer über den Bremswiderstand abfallenden Spannung ausgesteuert. Bei Wahl der richtigen Polarität wird das Feld bei hohen Drehzahlen nur schwach a?regt, mit abnehmender Drehzahl wird die Erregung stärker. Das Bremsmoment ist über einen gewissen Drehzahlbereich annähernd gleich, fällt aber in dem unteren Drehzahlbereich stark ab. Die Bremszeit ist infolgedessen noch relativ lang. Zur Abkürzung der Bremszeit ist diese Schaltung entsprechend DlS-OS 2 824- 045 um eine Gegenstrombremsschaltung erweitert worden. Letztere wird in der ersten Bremsphase betrieben, die erstgenannte Schaltung danach in der zweiten Bremsphase. Unbefriedigend ist nach wie vor die Abbremsung im unteren Drehzahlbereich.

Die Anordnung zum dynamischen Bremsen eines Gleichstrommotors gemäß DD-PS 11ö 487'verwendet das gleiche Wirkprinzip wie die in der DE-OS 2 640 745 beschriebene. Die vom Bremswiderstand abgenommene Spannung liegt über eine Kennlinienformungsanordnung an einen beeinflußbaren, vordurchfluteten und rückgekoppelten Magnetverstärker an, dessen Ausgang mit der ücregerwicklung verbunden ist. Die Kennlinienformungsanordnung besteht im wesentlichen aus zwei Schwellwertschaltungen. Die Schaltung mit dem niederen Schwellwert ist an die rückkoppelnde Steuerwicklung, die mit dem höheren Schwellwert an die mitkoppelnde Steuerwicklung des Magnetverstärkers geführt. Die Anordnung realisiert ein bis zum unteren Drehzahlbereich reichendes konstantes Drehmoment. Die Abbremsung in diesem Bereich ist zu gering. Der Magnetverstärker bedingt einen verhältnismäßig hohen Aufwand an Leitungsmaterial (Kupfer) und ein großes Bauvolumen. Die Anordnung ist auf Grund der zahlreichen mechanischen Schalter (6-Ebenen-Schalter) störanfällig,

Schließlich ist in der DE-OS 2 228 735 eine Einrichtung zum gesteuerten Abbremsen eines Elektromotors beschrieben. Die Einrichtung ist speziell für den Transport eines Magnetbandspeichers mit definiertem Weg-Zeit-Verhältnis konzipiert.

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Sie beinhaltet nicht nur eine Bremsschaltung im engeren Sinne, sondern hauptsächlich eine Regelschaltung zum Abbremsen des Motors. Die Regelschaltung besteht aus einem Geschwindigkeitsmesser (Tachometer), einem Wegmesser, einem Soll-Geschwindigkeitsspeicher und einem Vergleicher. Im Vergleicher erfolgt der Vergleich des Ist-Geschwindigkeitssignals und des Soll-Geschwindigkeitssignals. Bei Abweichung wird ein Signal für die Steuerschaltung des Motors erzeugt. Die Steuerschaltung enthält eine mit Transistoren bestückte Brückenschaltung, in deren Diagonale der Motoranker eingefügt ist. Die vier Basiselektroden werden von dem Vergleicher gesteuert. Die digitale Ausführung der Regelschaltung enthält eine Vielzahl von Bauelementen. Die beschriebene Einrichtung erzeugt kein konstantes Bremsmoment. Mit ihr sind nur kleine Bremsleistungen realisierbar. Sie ist für kleine Motoren und niedrigtourige Antriebe geeignet.

Ziel der Erfindung:

Die Erfindung hat das Ziel, die Zeit für das Abbremsen hochtouriger Maschinen, insbesondere Zentrifugen, zu verkürzen.

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Bremsschaltung für Gleichstrommotore von Zentrifugen zu schaffen, die auch im unteren Drehzahlbereich ein ausreichendes Bremsmoment erzeugt.

Die Lösung dieser Aufgabe schließt folgende bekannte Elemente ein: einen den Bremswiderstand enthaltenden Ankerstromkreis, einen einen Transformator und einen Gleichrichter einschließenden Erregerstromkreis und einen an die Motorwelle angekoppelten Tachogenerator. Erfindungsgemäß ist vorgesehen: Als Gleichrichter ist ein an eine Ansteuerschaltung angeschlossener, gesteuerter Gleichrichter gewählt. Die Ansteuerschaltung und eine Steuereinheit sind durch einen Optokoppler miteinander verbunden. Die Steuereinheit ist eingangsseitig an den

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Tachogenerator angeschlossen. Sie ist aus einem ersten Spannungs-Strom-Wandler, einem zweiten Spannungs-Strom-Wandler, einem Spannungs-Spannungs-Wandler und einem Feldeffekttransistor zusammengesetzt. Eingangsseitig sind der erste Spannungs-Strom-Wandler und der Spannungs-Spannungs-Wandler an den Tachogenerator und der zweite Spannungs-Strom-Wandler an den Sollwertgeber angeschlossen. Beide Spannungs-Strom-Wandler schließen in ihren Ausgangskreis die Eingangsstufe des Optokopplers ein. Der Feldeffekttransistor ist eingangsseitig mit dem Ausgang des Spannungs-Spannungs-Wandlers verbunden und ausgangsseitig parallel zum Eingang des ersten Spannungs-Strom-Wandlers geschaltet.

Ausführungsbeispiel:

In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild der Schaltung Fig. 2 das Blockschaltbild der Steuereinheit Fig. 3 das Drehzahl-Feldstrom-Diagramm der Schaltung

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung setzt sich aus folgenden Teilschaltungen und wichtigen Funktionselementen zusammen: dem Ankerstromkreis 1, dem ErregerStromkreis 2, einer Ansteuerschaltung 3» einem Optokoppler 4, einer Steuereinheit 5 mit Sollwertgeber 6 und einem (Tachogenerator 7· Der AnkerStromkreis wird durch den Motoranker 8, den Bremswiderstand 9 und ein Schaltkontakt 10 gebildet. Der Erregerstromkreis 2 enthält die Feldwicklung 11, die Sekundärwicklung eines Transformators 12 und einen Thyristor 13 als Gleichrichter. Der Steueranschluß 14- des Thyristors 13 ist mit dem Ausgang 15 der Ansteuerschaltung 3 verbunden. Die Betriebsspannungsleitung der Ansteuerschaltung 3 enthält einen Schaltkontakt 17 und eine Gleichrichterdiode.⁸ Der Eingang 19 der Anst euer schaltung 3 ist mit der Ausgangsstufe 20 des Optokopplers 4 verschaltet, deren lingangsstufe 21 mit dem Ausgang 22 der Steuereinheit 5 verknüpft ist. Der Eingang 23 der Steuereinheit 5 steht mit den Spannungsklemmen des Tachogenerators 7 in Verbindung. Er ist über einen Widerstand 24 an den Eingang eines ersten Spannungs<Strom-Wandlers 25 und über einen weiteren Widerstand 26 an den

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Eingang eines Spannungs-Spannungs-Wandlers 27 geführt. Der Wandler 25 ist mit einem Regelwiderstand 28, der Wandler 27 mit einem Regelwiderstand 29 beschaltet. Der als Regelwiderstand ausgeführte «Sollwertgeber 6 ist mit dem Eingang eines ,zweiten Spannungs-Strom-Wandlers 30 verbunden, der mit einem. Regelwiderstand 31 beschaltet ist. Die Ausgänge der Wandler 25; 30 stehen über eine aus Widerständen aufgebaute Stromteilerschaltung 32 in Verbindung. Die Wandler 25» 30 enthalten in ihren Ausgangskreisen gemeinsam die Eingangsstufe 21 des Optokopplers 4. Der Eingang eines Feldeffekttransistors 33 ist mit dem Ausgang des Wandlers 27 verknüpft. Ausgangsseitig ist der Feldeffekttransistor 33 parallel zum Eingang des Wandlers 25 geschaltet. Als Wandler 25; 27i 3° können üblicherweise Operationsverstärker eingesetzt werden. Der Tachogenerator 7 ist an die Motorwelle 38 gekoppelt.

Die Funktion der Schaltung wird durch manuelles oder maschinelles Betätigen der Schaltkontakte 10; 17 eingeleitet. Dadurch werden direkt der Ankerstromkreis 1 und indirekt der Erregersbromkreis 2 über die Ansteuerschaltung 3 und den zündenden Thyristor 13 geschlossen. Der Thyristor 13 läßt einen Teil der negativen Halbwelle durch die Feldwicklung 11 passieren. Die Dauer des Stromflusses wird in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motorankers 8 durch die Steuereinheit 5 und die Ansteuerschaltung 3 gesteuert. Die Aasteuerschaltung 3 hat die Funktion einer üblichen Phasenanschnittfcschaltung und ist auch wie eine solche aufgebaut. Der Optokoppler 4 fungiert als rückkopplungsfreies Übertragungsglied zwischen ihr und dea? Steuereinheit 5· Die Steuereinheit 5 erzeugt im oberen Drehzahlbereich ein nahezu gleichbleibendes Ausgangssignal, wodurch der Feldstrom I™ den im Abschnitt 35 der Drehzahl-Feldstrom-Kurve 34 dargestellten Verlauf nimmt. Die Steilheit des Abschnitts wird hauptsächlich durch den Spannungs-Spannungs-Wandler 27 beeinflußt; sie kann mit dem Regelwiderstand 29 eingestellt werden. Bei Annäherung an den unteren Drehzahlbereich, etwa bei η = 1000 Umdrehungen pro Minute, wächst das Ausgangssignal stark an. Der Feldstrom Lg₁ nimmt stark zu - Abschnitt 36 der

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Kurve 34. Die Feldstromstärkezunähme wird durch den Spannungs-Strom-iandler 30 bewirkt. Sie kann vermittels des Sollwertgebers 6 eingestellt werden. Auf die bei niedrigen Drehzahlen einsetzende Strömstärkeabnähme hat der Spannungs-Strom-Wandler 25 maßgeblichen Einfluß. Sie ist in der Fig. 3 als Abschnitt 37 der Kurve 34 dargestellt. Das Ausmaß der Abnahme kann mit dem Regelwiderstand 28 beeinflußt werden. Die durch die Abschnitte 36; 37 repräsentierte Feldstromspitze im unteren Drehzahlbereich wirkt einer Abnahme des Ankerstromes I^ derart entgegen, daß bis zu Drehzahlen von η = 150 200 Umdrehungen pro Minute ein ausreichend starkes, konstantes Bremsmoment wirkt.

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Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen:

1 Ankerstromkreis

2 Erregerstromkreis

3 Ansteuerschaltung

4 Optokoppler

5 Steuereinheit

6 Sollwertgeber

7 Tachogenerator

8 Motoranker

9 Bremswiderstand

10 Schaltkontakt

11 Feldwicklung

12 !Transformator

13 Thyristor

14 St euer anschloß von

15 Ausgang von 3

16 Betriebsspannungsleitung von

17 Schaltkontakt

18 Gleichrichterdiode

19 Eingang von 3

20 Ausgangsstufe von

21 Eingangsstufe von

22 Ausgang von 5

23 Eingang von 5

24 Widerstand

25 1. Spannungs-Strom-Wändler

26 Biderstand

27 Spannungs-Spannungs-Wandler

28 Regelwiderstand

29 Regelwiderstand

30 2. Spannungs-Strom-Wandler

31 Regelwiderstand

32 Stromteilerschaltung

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	Feldeffekttransistor	9	A

33	Drehzahl-Feldstrota-Kurve
34	Abschnitt von 34
35	Abschnitt von 34
36	Abschnitt von 34
37	Motorwelle
38	Drehzahl
η	leldstrom
ι

I, Ankerstrom

Claims

Patentanspruch

Schaltung zum Abbremsen eines Einphasen- oder Gleichstrom-ReihenschluJämotors hochtouriger Maschinen, insbesondere Zentrifugen, mit einem, den Bremswiderstand enthaltenden Ankerstromkruiß, einem einen l'ransformator und einen Gleichrichter fiitmr.hi.iuJionUim iörr'jßurBbiOiakröis und einom an die Moi/'/t'v/«>lι I «ι oriK'Jt'opp'jlt-on 'J'iAcij.OKerj.uJ'abor, dadurch gökennzeichnui,, i\n\i, ml« <U«j) tilii'Lchtor «in «Ti oine Anst euerschalt ung (3) an^uschlossoner, gustöuerter üieiclirlchter (13) vorgesehen ist, die Ansteuerschaltung (3) und eine Steuereinheit (5) durch einen Optokoppler (4) miteinander verbunden sind, die Steuereinheit (5) eingangsseitig an den l'achogenerator (7) angeschlossen ist und aus einem ersten Spannungs-Strom-Wandler (25)j einem zweiten Spannungs-Strom-Wandler (30), einem Spannungs-Spannungs-Wandler (27) und einem Feldeffekttransistor (33) zusammengesetzt ist, wobei eingangsseitig der erste Spannungs-Strom-Wandler (25) und der Spannungs-Spannungs-Wandler (27) an den Tachogenerator (7) und der zweite Spannungs-Strom-Wandler (30) an den Sollwertgeber (6) angeschlossen sind, beide Spannungs-Strom-Wandler (25; 30) in ihrem Ausgangskreis die Eingangsstufe (21) des Optokopplers (4) einschließen und der Feldeffekttransistor (33) eingangsseitig mit dem Ausgang des Spannungs-Spannungs-Wandlers (27) verbunden und ausgangsseitig parallel zum Eingang des ersten Spannungs-Strom-Wandlers (25) geschaltet ist.