DE3620499C2 - - Google Patents
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- Control Of Direct Current Motors (AREA)
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Description
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Motorsteuerungen
und insbesondere auf die Steuerung des Anfangs- bzw. An
laufstroms eines Motors gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 3.
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 Augenblick-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 verschlechtern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
der Ansprüche 1 bzw. 3 gelöst. Dabei wird erreicht,
daß ein Stromgrenzwert nur dann herabgesetzt wird,
wenn die Spannung 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
Gleichrichtungseinrichtung, 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 gekennzeichnet 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 anliegende
Spannung VDC mit einer mittels einer Spannungseinstellschaltung
11 eingestellten Spannung verglichen
wird. Die Spannungsabfall-Prüfschaltung 10 erzeugt
infolgedessen dann ein Ausgangssignal, das die Strombegren
zungsschaltung 6 veranlaßt, den Strombegrenzungswert her
abzusetzen, wenn die Spannung VDC unter die eingestellte
Spannung fällt.
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
:h21 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.
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