DE3620499A1 - Schaltungsanordnung zur steuerung des anlaufstroms eines motors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Motorsteuerungen und insbesondere auf die Steuerung des Anfangs- bzw. An­ laufstroms eines Motors.

Wenn ein Wechselstrom-Servomotor oder dergleichen mit ei­ ner Wechselspannungsquelle des öffentlichen Netzes, deren Impedanz relativ hoch ist, betrieben wird, kann in den an die Wechselspannungsquelle angeschlossenen Lampen ein Flackern auftreten. Um ein derartiges Flackern zu verhin­ dern, wird bei herkömmlichen Schaltungsanordnungen die maximale Höhe des Anlaufstroms eines Motors herabgesetzt.

Wenn der Anlaufstrom jedoch einfach herabgesetzt bzw. be­ grenzt wird, nimmt die Beschleunigungszeit eines Motors zu. Die Verminderung des Anlaufstroms hat darüber hinaus eine entsprechende Erniedrigung des Augenblicks-Drehmo­ ments des Motors zur Folge, so daß die Anlaufcharakteris­ tik entsprechend verschlechtert wird. Als Folge davon ist das beim Anlauf erforderliche Drehmoment oder das Abfangen einer kurzzeitigen Belastung nicht in vollem Maße erziel­ bar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Ausschal­ tung der genannten Nachteile herkömmlicher Motorsteuerein­ richtungen eine Schaltungsanordnung zur Steuerung des An­ laufstroms eines Elektromotors zu schaffen, mit der das Flackern von an eine Wechselstromleitung angeschlossenen Lampen wirksam verhindert werden kann, ohne dadurch die Beschleunigung und das erzeugte Drehmoment zu verschlech­ tern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Stromgrenzwert nur dann herabgesetzt wird, wenn die Span­ nung an einem Glättungskondensator einen vorbestimmten Wert unterschreitet, um dadurch zu verhindern, daß die Spannung am Kondensator einen gegebenen Wert unterschrei­ tet. Da der Stromgrenzwert nur in einem solchen Fall her­ abgesetzt wird, kann die Reduzierung des Drehmoments im Vergleich zu einer solchen herkömmlichen Schaltungsanord­ nung wirksam verhindert werden, bei der der Anlaufstrom über die ganze Dauer der Anlaufzeit begrenzt ist. Als Fol­ ge davon ist es möglich, ein Einschwing- bzw. Anlaufdreh­ moment zu erzeugen und gleichzeitig ein Flackern der Lam­ pen zu verhindern.

So wird insbesondere bei einer Motorsteuereinrichtung, bei der ein Motor durch Gleichrichtung einer Wechselspannung und durch Glättung der gleichgerichteten Spannung mittels eines Kondensators angesteuert wird, mit Hilfe eines ers­ ten Komparators eine Spannung am Kondensator erfaßt, um festzustellen, ob die Spannung eine Bezugsspannung unter­ schreitet oder nicht, und eine Ausgangsspannung bzw. ein Ausgangssignal zu erzeugen, wenn dies der Fall ist. Dieses Ausgangssignal wird herangezogen, um eine weitere Bezugs­ spannung eines anderen Komparators zu ändern, mit dessen Hilfe überprüft wird, ob der dem Motor zugeführte Strom oder der Strom einer Motoransteuerschaltung größer als dieser Bezugswert ist. Wenn der Strom größer als dieser Bezugswert ist, erzeugt der Komparator ein Ausgangssignal mit niedrigem Pegel, das bewirkt, daß eine Steuerschaltung die Motoransteuerschaltung derart ansteuert, daß der dem Motor zugeführte Strom herabgesetzt wird.

Erfindungsgemäß wird also eine Schaltungsanordnung zur Steuerung des Anlaufstroms eines Motors geschaffen, die über eine Leistungsschaltung ansteuerbar ist, die eine von einer Wechselspannungsquelle versorgte Gleichrichtungsein­ richtung, einen Kondensator zur Glättung der von der Gleichrichtungseinrichtung gleichgerichteten Spannung und eine Ansteuerschaltung zum Ansteuern des Motors unter Ver­ wendung der am Kondensator anliegenden Gleichspannung auf­ weist, wobei die Schaltungsanordnung gekennzechnet ist durch einen ersten, auf die am Kondensator anliegende Spannung sowie eine Bezugsspannung ansprechenden Kompara­ tor zur Erzeugung eines Ausgangssignals, wenn die Spannung am Kondensator die Bezugsspannung unterschreitet, durch eine Stromdetektorschaltung zur Erfassung des zur An­ steuerschaltung oder zum Motor fließenden Stroms, durch einen zweiten, auf eine den von der Stromdetektorschaltung erfaßten Strom angebende Spannung sowie auf eine in Abhän­ gigkeit von dem Ausgangssignal des ersten Komparators ver­ änderbare zweite Bezugsspannung ansprechenden Komparator, wobei der zweite Komparator ein Ausgangssignal erzeugt, wenn die den Strom angebende Spannung höher als die zweite Bezugsspannung ist, sowie durch eine auf das Ausgangssig­ nal des zweiten Komparators ansprechende Steuerschaltung zur Steuerung der Ansteuerschaltung, um den zum Motor fließenden Strom zu steuern.

Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Motorsteuereinrichtung geschaffen, die eine an eine Wechselspannungsquelle ange­ schlossene Gleichrichterschaltung, einen Glättungskonden­ sator zur Glättung einer Ausgangsspannung der Gleichrich­ terschaltung, eine als Eingangsspannung eine am Kondensa­ tor anliegende Spannung verwendende Ansteuerschaltung zur Ansteuerung eines Motors, eine Strombegrenzungsschaltung zum Erfassen und zum Begrenzen entweder des Eingangsstroms der Ansteuerschaltung oder des Leitungsstroms des Motors, sowie eine Spannungsabfall-Prüfschaltung aufweist, die die am Kondensator anliegende Spannung so begrenzt, daß sie eine vorbestimmte Spannung nicht unterschreitet, indem sie einen in der Strombegrenzungsschaltung eingestellten Strombegrenzungswert herabsetzt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung ei­ nes Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeich­ nung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbei­ spiels der Steuerschaltung,

Fig. 2 einen Schaltplan eines wesentlichen Teils der in Fig. 1 gezeigten Steuerschaltung,

Fig. 3A und 3B den Steuerungsablauf des in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiels verdeutlichen­ de Spannungsverläufe,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer herkömmlichen Mo­ torsteuerschaltung, und

Fig. 5A und 5B den Steuerungsablauf der in der Fig. 4 gezeigten herkömmlichen Motorsteuerschaltung ver­ deutlichende Spannungsverläufe.

(In sämtlichen Figuren sind gleiche oder entspre­ chende Elemente und Teile mit den gleichen Bezugs­ zeichen bezeichnet.)

Zum besseren Verständnis der Erfindung soll zunächst an­ hand der Fig. 4 eine herkömmliche Schaltungsanordnung näher beschrieben werden. Gemäß Fig. 4 weist die herkömm­ liche Schaltungsanordnung eine Wechselspannungsquelle 1, eine Dioden-Gleichrichterbrücke 2, einen Glättungskonden­ sator 3, eine Motorsteuerschaltung 4, einen Servomotor 5 sowie eine Strombegrenzungsschaltung 6 auf, die den der Ansteuerschaltung 4 zugeführten Eingangsstrom erfaßt und auf einen vorbestimmten Wert begrenzt. Obgleich die ge­ zeigte Strombegrenzungsschaltung 6 dazu eingerichtet ist, den Eingangsstrom der Ansteuerschaltung 4 zu begrenzen, kann auch der zum Motor 5 fließende Leitungsstrom erfaßt werden, um diesen zu steuern. Eine der Strombegrenzungs­ schaltung 6 zugeordnete Grenzwert-Einstellschaltung 7 dient zur Einstellung des Strombegrenzungswerts der Strom­ begrenzungsschaltung 6. Eine Hilfs-Grenzwert-Einstell­ schaltung 8 dient zur externen Herabsetzung des Strombe­ grenzungswerts. Eine mit der Wechselspannungsquelle 1 ver­ bundene Lampe 9 ist zur Beleuchtung vorgesehen.

Die in Fig. 4 gezeigte herkömmliche Schaltung arbeitet wie folgt: Gemäß den Fig. 5A und 5B sind mit den Bezugszeichen VDC, I und N jeweils die am Kondensator 3 anliegende Span­ nung, der dem Motor 5 zugeführte Strom bzw. die Motordreh­ zahl bezeichnet. Wenn ein Einstellwert der Hilfs-Grenz­ wert-Einstellschaltung 8 groß ist, hat der Strombegren­ zungswert beim Anlauf des Motors 5 den Wert Ia. Wenn der Anlaufstrom Ia fließt, fällt die Spannung VDC am Kondensa­ tor 3 auf Va. Mit ta ist die Hochlauf- bzw. Beschleuni­ gungszeit des Motors bezeichnet.

Da der Anlaufstrom Ia einen relativ großen Wert hat, ist der von der Wechselspannungsquelle 1 zugeführte Eingangs­ strom ebenfalls groß, so daß, wenn die Impedanz der Wech­ selspannungsquelle 1 groß ist, die ebenfalls an die Wech­ selspannungsquelle 1 angeschlossene Lampe 9 zu flackern beginnt. Um ein derartiges Flackern zu verhindern, wird der Strombegrenzungswert durch entsprechendes Betätigen der externen Hilfs-Grenzwert-Einstellschaltung 8 herabge­ setzt.

Fig. 4B zeigt den Verlauf von VDC, I und N, nachdem der Strombegrenzungswert auf einen Wert Ib eingestellt wurde, der kleiner als Ia ist. Wenn der Strombegrenzungswert auf den Wert Ib eingestellt wird, fällt die Spannung am Kon­ densator lediglich auf den Wert Vb ab, der höher als Va ist. Als Folge davon wird der von der Wechselspannungs­ quelle 1 zugeführte Eingangsstrom verringert, um das Flackern der Lampe 9 ebenfalls zu verringern.

Da bei der in Fig. 4 gezeigten herkömmlichen Schaltung der Strombegrenzungswert während des Anlaufvorgangs ständig konstant gehalten wird, außer wenn die Hilfs-Grenzwert- Einstellschaltung 8 betätigt wird, treten die verschiede­ nen, vorstehend genannten Probleme der Beschleunigungs­ charakteristik und des erzeugten Drehmoments auf.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf das in Fig. 1 gezeig­ te schematische Blockschaltbild die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Steuerung des Anlaufstroms näher erläutert. Eine Wechselspannungsquelle 1 ist mit Eingang­ sanschlüssen einer Dioden-Gleichrichterbrückenschaltung 2 verbunden, deren Ausgangsanschlüsse mit einer Motoran­ steuerschaltung 4 verbunden sind. Ein Glättungskondensator 3 ist zwischen den Ausgangsanschlüssen der Brückenschal­ tung 2 angeordnet. Ein Servomotor 5 ist an Ausgangsan­ schlüsse der Motoransteuerschaltung 4 angeschlossen. Eine Lampe 9 ist ebenfalls an die Wechselspannungsquelle 1 an­ geschlossen. Eine Strombegrenzungsschaltung 6 begrenzt den der Motoransteuerschaltung 4 zugeführten Eingangsstrom. Die Strombegrenzungsschaltung 6 kann jedoch auch derart ausgebildet sein, daß sie anstelle des Eingangsstroms der Motoransteuerschaltung 4 den Leistungsstrom des Servomotors 5 begrenzt. Eine Spannungsabfall-Prüfschaltung 10 weist einen Komparator auf, mit dem eine am Kondensator 3 an­ liegende Spannung VDC mit einer mittels einer Spannungs­ einstellschaltung 11 eingestellten Spannung verglichen wird. Die Spannungsabfall-Prüfschaltung 10 erzeugt infol­ gedessen dann ein Ausgangssignal, das die Strombegren­ zungsschaltung 6 veranlaßt, den Strombegrenzungswert her­ abzusetzen, wenn die Spannung VDC unter die eingestellte Spannung fält.

Fig. 2 zeigt einen Schaltplan der in der Fig. 1 gezeigten Strombegrenzungsschaltung 6 und der Spannungsabfall-Prüf­ schaltung 10. Ein Komparator 21 der Strombegrenzungsschal­ tung 6 erzeugt dann ein Ausgangssignal mit niedrigem Pegel L, wenn der erfaßte, der Motoransteuerschaltung 4 zuge­ führte Strom einen Strombegrenzungswert überschreitet. Hierzu wird das Ausgangssignal eines in Fig. 1 gezeigten Stromdetektors 50 über eine Serienschaltung aus zwei Widerständen R 61 und R 62 einem invertierenden Eingangs­ anschluß (-) des Komparators 21 zugeführt, während der nicht-invertierende Eingangsanschluß (+) des Komparators 21 über einen Widerstand R 64 mit dem bewegbaren Kontakt eines veränderbaren Widerstands bzw. Potentiometers 22, das zwischen eine Gleichspannungsversorgung +Vcc und Masse geschaltet ist, verbunden ist. Zwischen Masse und den Kno­ tenpunkt zwischen den beiden Widerständen R 61 und R 62 ist ein Kondensator C 61 geschaltet. Der Ausgangsanschluß des Komparators 21 ist über einen Hochzieh- bzw. Pull-up-Wi­ derstand R 63 mit der Gleichspannungsversorgung +Vcc ver­ bunden.

Das am Ausgangsanschluß des Komparators 21 erzeugte Signal mit Pegel L wird dem Unterbrechungs- bzw. Interrupt-Ein­ gang eines Mikrocomputers 23 zugeführt, der eine Steuerung mittels Pulsbreitenmodulation (PWM) durchführt, indem er einen sich zur Stromzufuhr des Motors 5 in leitendem Zu­ stand befindenden (nicht gezeigten) Leistungstransistor der Motoransteuerschaltung 4 derart ansteuert, daß dieser für eine bestimmte Zeit ausgeschaltet wird. Wenn der Leis­ tungstransistor ausgeschaltet wird, nimmt der zum Motor 5 fließende Strom ab bzw. wird zu Null, wodurch der Kompara­ tor 21 ein Ausgangssignal mit hohem Pegel H erzeugt, das dem Mikrocomputer 23 zugeführt wird. Als Folge davon wird der Leistungstransistor der Motoransteuerschaltung 4 ein­ geschaltet, so daß der zum Motor 5 fließende Strom erhöht wird. Wenn der zur Motoransteuerschaltung 4 fließende Strom daher zunimmt und den Strombegrenzungswert über­ schreitet, wiederholt sich der beschriebene Vorgang. Auf diese Weise wird der Höchstwert des Motorstroms derart ge­ steuert, daß der Motorstrom wellig bzw. pulsierend ist.

In der Spannungsabfall-Prüfschaltung 10 wird die erfaßte Spannung VDC des Kondensators 3 einem Spannungsteiler aus zwei Widerständen R 101 und R 102 zugeführt, um die Spannung VDC geeignet zu teilen. Die am Knotenpunkt der beiden Spannungsteilerwiderstände anliegende Teilspannung wird über einen Widerstand R 103 einem invertierenden Eingangs­ anschluß (-) eines Komparators 24 zugeführt, dessen nicht- invertierender Eingangsanschluß (+) auf die mittels der Spannungseinstellschaltung 11 eingestellte Spannung an­ spricht. Die Spannungseinstellschaltung 11, die ein zwi­ schen die Gleichspannungsversorgung +Vcc und Masse geschaltetes Potentiometer sein kann, ist nämlich über einen Widerstand R 104 mit dem nicht-invertierenden Ein­ gangsanschluß des Komparators 24 verbunden, der gleichzei­ tig mittels eines Rückkopplungswiderstands R 105 mit dem Ausgangsanschluß desselben verbunden ist.

Der Komparator 24 vergleicht die an seinen Eingangsan­ schlüssen anliegenden Spannungen und erzeugt dann ein nie­ derpegliges Ausgangssignal L, wenn die erfaßte (und ge­ teilte) Spannung VDC unter die eingestellte (Bezugs-) Spannung fällt. Das Ausgangssignal L wird über eine Dio­ de D der Strombegrenzungsschaltung 6 zugeführt, um zu be­ wirken, daß der Strombegrenzungswert herabgesetzt wird. Obgleich der Ausgangsanschluß des Komparators 24 im Aus­ führungsbeispiel mit dem Komparator 21 der Strombegren­ zungsschaltung 6 verbunden ist, kann das Ausgangssignal des Komparators 24 auch über eine ODER-Schaltung dem In­ terrupt-Eingang des Mikrocomputers 23 zugeführt werden, wie dies mit der gestrichelten Linie angedeutet ist.

Nachstehend wird die Funktionsweise des in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Fig. 3A und 3B näher erläutert, in denen die Spannung am Glättungskondensator 3 mit VDC, ein den Zustand der Span­ nungsabfall-Prüfschaltung 10 angebendes Ausgangssignal mit V, der dem Motor 5 zugeführte Strom mit I und die Motor­ drehzahl mit N bezeichnet sind. Wenn die mittels der Span­ nungseinstellschaltung 11 eingestellte Bezugsspannung hoch ist, fällt die Spannung VDC am Kondensator 3 beim Start bzw. Anlaufen auf einen Wert Va. Da die Spannungsabfall- Prüfschaltung 10 zu diesem Zeitpunkt inaktiv ist, er­ scheint ihr Ausgangssignal V nicht bzw. ist auf niedrigem Pegel. Aufgrund dessen ist der Strombegrenzungswert gleich Ia, so daß die Beschleunigungszeit ta beträgt. Wenn der Anlaufstrom dem Motor 5 unter diesen Bedingungen zugeführt wird und wenn die Lampe 9 zu flackern beginnt, wird die mittels der Spannungseinstellschaltung 11 eingestellte Be­ zugsspannung angehoben. Fig. 3B zeigt den Betriebsablauf, nachdem die Bezugsspannung von dem Wert Va auf den Wert Vb angehoben wurde. Wenn die Spannung VDC des Kondensators 3 auf den Wert Vb fällt, geht das Ausgangssignal V der Span­ nungsabfall-Prüfschaltung 10 auf den hohen Pegel H, wo­ durch der Strombegrenzungswert von Ia auf Ib herabgesetzt wird. Der Strombegrenzungswert Ib ist so gewählt, daß VDC gleich Vb wird. Auf das Ausgangssignal H der Spannungs­ abfall-Prüfschaltung 10 hin erzeugt der Komparator 21 näm­ lich ein Ausgangssignal mit Pegel L, wodurch der zum Mo­ tor 5 fließende Strom von Ia auf Ib herabgesetzt wird. Da der zum Motor 5 fließende Strom auf Ib verringert wird, übersteigt die Spannung VDC den Wert Vb, so daß das Aus­ gangssignal des Komparators 24 wieder auf den niedrigen Pegel L fällt. Das Ausgangssignal V des Komparators 24 geht somit intermittierend auf hohen Pegel H, so daß der Motorstrom entsprechend wiederholt zwischen den Werten Ia und Ib pendelt. Der zum Motor 5 fließende Strom nimmt da­ her einen Durchschnittswert Ic an, der größer als der auf Ib begrenzte Strom in herkömmlichen Schaltungen ist. Als Folge davon ist eine Beschleunigungszeit tc sehr viel kür­ zer, als die Beschleunigungszeit tb der herkömmlichen Schaltung. Der Strombegrenzungswert wird solange auf Ia eingestellt, bis die Spannung VDC abfällt.

Auf diese Weise wird bereits unmittelbar nach Beginn des Startvorgangs ein wirksames Anlaufdrehmoment erzeugt.

Die Spannungseinstellschaltung 11 kann so angeordnet wer­ den, daß die Spannung leicht eingestellt werden kann, falls erforderlich. Eine den Motor verwendende Person kann die Spannungseinstellschaltung 11 daher in Übereinstimmung mit dem Flackerzustand der Lampe 9 geeignet bedienen.

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung zur Steuerung des Anlaufstroms ei­ nes Motors, der über eine Leistungsschaltung ansteuerbar ist, welche eine von einer Wechselspannungsquelle versorg­ te Gleichrichtungseinrichtung, einen Kondensator zur Glät­ tung der von der Gleichrichtungseinrichtung gleichgerich­ teten Spannung und eine Ansteuerschaltung zum Ansteuern des Motors unter Verwendung der am Kondensator anliegenden Gleichspannung aufweist, gekennzeichnet durch

• (a) einen ersten, auf die am Kondensator (3) anliegende Spannung (VDC) sowie eine Bezugsspannung ansprechenden Komparator (24) zur Erzeugung eines Ausgangssignals, wenn die Spannung am Kondensator die Bezugsspannung unter­ schreitet,
• (b) eine Stromdetektorschaltung (50) zur Erfassung des zur Ansteuerschaltung (4) oder zum Motor (5) fließenden Stroms,
• (c) einen zweiten, auf eine den von der Stromdetektor­ schaltung erfaßten Strom angebende Spannung sowie auf eine in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des ersten Kompara­ tors veränderbare zweite Bezugsspannung ansprechenden Kom­ parator (21), der ein Ausgangssignal erzeugt, wenn die den Strom angebende Spannung höher als die zweite Bezugsspan­ nung ist, sowie
• (d) durch eine auf das Ausgangssignal des zweiten Kompara­ tors ansprechende Steuerschaltung (23) zur Steuerung der Ansteuerschaltung, um den zum Motor fließenden Strom zu steuern.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine manuell veränderbare Spannungseinstellvorrich­ tung (11) zur Erzeugung der ersten Bezugsspannung.

3. Schaltungsanordnung in Form einer Motorsteuereinrich­ tung mit

• (a) einer an eine Wechselspannungsquelle (1) angeschloss­ enen Gleichrichtungsschaltung (2),
• (b) einem Glättungskondensator (3) zur Glättung der Aus­ gangsspannung der Gleichrichtungsschaltung,
• (c) einer die am Glättungskondensator anliegende Spannung als Eingangsspannung verwendenden Ansteuerschaltung (4) zur Ansteuerung eines Motors (5), sowie mit
• (d) einer Strombegrenzungsschaltung (6) zur Erfassung und zur Begrenzung entweder des Eingangsstroms der Ansteuer­ schaltung oder des Leitungsstroms des Motors,

gekennzeichnet durch

• (e) eine Spannungsabfall-Prüfschaltung (10) zur Begrenzung der am Glättungskondensator anliegenden Spannung derart, daß sie einen vorbestimmten Spannungswert nicht unter­ schreitet, indem sie einen in der Strombegrenzungsschal­ tung (6) eingestellten Strombegrenzungswert herabsetzt.

4. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spannungsabfall-Prüfschaltung (10) einen auf die am Glättungskondensator (3) anliegende Spannung und auf eine Bezugsspannung ansprechenden Komparator (24) aufweist.