DE69217949T2

DE69217949T2 - Regelungskreis für einen universellen Reihenschluss- (oder Kompoundmotor

Info

Publication number: DE69217949T2
Application number: DE69217949T
Authority: DE
Inventors: Tai-Her Yang
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-10-28
Filing date: 1992-10-28
Publication date: 1997-06-12
Anticipated expiration: 2012-10-29
Also published as: DE69217949D1; EP0594906A1; DK0594906T3; US5399948A; ES2101811T3; EP0594906B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Universal-Reihenschluß- (oder Compound)motorentypen und insbesondere auf eine Vorrichtung zur Regelung der Feldstärke der Hilfswicklungen solcher Motoren.
Übliche Universal-Reihenschluß- (oder Compound)motortypen werden zum Antrieb unterschiedlicher Arten von Industriemaschinen und besonders für elektrische Maschinen oder kleine Haushaltsanwendungen verwendet. Reihenschlußmotoren haben jedoch die unerwünschte Eigenschaft, daß Sie sehr lastabhängig sind. Wenn die Belastung des Motors verringert wird, dann wird sich die Drehzahl des Motors erhöhen, wodurch starke Geräusche und extremer Verschleiß und Rütteln an den Antriebselementen, wie beispielsweise dem Getriebe und den Lagern, verursacht werden. In Anbetracht solcher Nachteile ist es zweckmäßig, die Drehzahl der Reihenschluß- oder Compoundmotoren zu begrenzen. Eine bekannte Anordnung, um dies auszuführen, ist in der US-A- 5015928 beschrieben.
Die vorliegende Erfindung liefert eine Drehzahlregelschaltung zur Begrenzung der Höchstdrehzahl eines Reihenschlußoder Compoundmotors von der Art, die eine Reihenschluß-Hauptfeldwicklung und einen Anker aufweist, wobei die Drehzahlregelschaltung eine Spannungsprüferschaltung enthält, die mit dem Anker des Motors verbunden ist, um eine Schwellenspannung über dem Anker zu messen, eine Strom-Nebenschlußschaltung, die an die Spannungsprüferschaltung angeschlossen ist und dadurch nach der Messung der Schwellenspannung getriggert wird, um den Strom um den Anker zu leiten, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hilfsfeldwicklung über dem Anker geschaltet ist, um einen Strom-Nebenschlußweg um den Anker zu schaffen, daß die Strom- Nebenschlußschaltung in Reihe zur Hilfsfeldwicklung zur gesteuerten Ableitung des Stromes dadurch geschaltet ist, nachdem die Spannungsprüferschaltung die Schwellenspannung gemessen hat, wobei die Ankerspannung auf den Schwellenspannungspegel geklemmt und der Motor dementsprechend auf eine maximale Drehzahl begrenzt wird.
Die Strom-Nebenschlußschaltung wird getriggert, wenn die Ankerspannung die Schwelle erreicht, um den Strom vom Anker wegzuleiten, wodurch die Drehzahl des Motors begrenzt wird. Da die Hilfsfeldwicklung in Reihe mit der Strom-Nebenschlußschaltung liegt, reguliert sie den Betrag, mit dem der Strom abgeleitet wird. Darüber hinaus wird die Steuerschaltung die Ankerspannung des Reihenschluß- oder Compoundmotors messen und zusätzlich die Strom-Nebenschlußschaltung triggern, wenn die Ankerspannung die vorgegebene Schwelle erreicht, um den Strom durch die Hilfsfeldwicklung bedarfsweise abzuleiten.
Eine Verstärkerschaltung kann vorgesehen sein, um die Reaktionszeit der Steuerschaltung zu vergrößern. Die Steuerschaltung kann abgewandelt werden, um diese an die unterschiedlichen konventionellen Netzanschlußarten anzupassen.
Die Komponenten der Steuerschaltung können veränderbar sein, um eine Einstellung der Spannungsschwelle zu ermöglichen. Darüber hinaus kann eine bekannte Trennschaltung, beispielsweise ein optischer Isolator zwischen die Spannungsprüferschaltung und die Strom-Nebenschlußschaltung geschaltet werden, um die beiden Schaltungen elektrisch voneinander zu isolieren. Im einfachsten Fall kann ein konventioneller Koppelverstärker zwischen die Spannungsprüferschaltung und die Strom-Nebenschlußschaltung geschaltet werden, um die Übertragung des Triggersignales zwischen den zwei Schaltungen zu fördern.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels unter Bezug auf die zugehörigen zeichnungen im Detail beschrieben, wobei:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung für einen Universal-Reihenschluß- (oder Compond)motor entsprechend einer Ausführung der vorliegenden Erfindung darstellt, die eine Hilfsfeldwicklung F101 verwendet;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung entsprechend einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung entsprechend einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung nach der vorliegenden Erfindung und zusätzlich ein trennelementähnliches Nebenschluß-Koppelinterface 104 entsprechend einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 5 einen detaillierten Schaltplan der Steuerschaltung nach Figur 1 zeigt, in dem das Strom-Nebenschlußelement 101 weiterhin einen TRIAC1 enthält und die Spannungsprüferschaltung 102 weiterhin ein in Reihe geschaltetes Paar von Widerständen R1 und R2 enthält;
Fig. 6 einen detaillierten Schaltplan der Steuerschaltung nach Figur 5 zeigt, bei dem ein Kondensator C1 anstelle des Widerstandes R2 eingesetzt ist, um den geteilten Spannungsreferenzpegel bezüglich einer Wechselspannungsquelle zu glätten. Weiterhin sind die Zenerdioden ZD1 und ZD2 nach Figur 5 durch ein Diac DIAC1 ersetzt worden;
Fig. 7 einen detaillierten Schaltplan einer anderen Variante der Steuerschaltung nach Figur 1, enthaltend einen Brücken-Gleichrichter D1 bis D4 und einen steuerbaren Siliziumgleichrichter SCR1 als Nebenschlußelement 101 und das Reihenwiderstandspaar R1 und R2 als das Spannungsprüferelement 102 zeigt;
Fig. 8 einen detaillierten Schaltplan einer anderen Variante der Steuerschaltung nach Figur 1 mit einem Brückengleichrichter D1 bis D4 und einer Wechselspannungsdiode DIAC1 als das Nebenschlußelement 101 und eine Reihenschaltung eines Widerstand/Kondensator-Paares R1 und C1 als das Spannungsprüferelement 102 zeigt;
Fig. 9 eine detaillierte Schaltung von noch einer anderen Variante der Steuerschaltung nach Figur 1, enthaltend einen steuerbaren Siliziumgleichrichter SCR1, als das Nebenschlußelement 101 und ein in Reihe geschaltetes Widerstandspaar R1 und R2 als das Spannungsprüferelement 102 zeigt;
Fig. 10 eine detaillierte Schaltung von noch einer anderen Variante der Steuerschaltung nach Figur 1, enthaltend einen Leistungstransistor Q1 und einen Brücken-Gleichrichter D1 - D4, als das Nebenschlußelement 101 und ein in Reihe geschaltetes Widerstandspaar R1 und R2 als das Spannungsprüferelement 102 zeigt;
Fig. 11 einen detaillierten Schaltplan von noch einer anderen Variante der Steuerschaltung nach Figur 1, enthaltend einen Leistungstransistor Q1 und einen Brücken-Gleichrichter D1 - D4, als das Nebenschlußelement 101 und ein in Reihe geschaltetes Widerstandspaar R1 und R2 als das Spannungsprüferelement 102 zeigt;
Fig. 12 ein U/min (Drehzahl) zu Drehmoment (Last)Diagramm der normalen Arbeitskennlinie eines konventionellen Reihenschlußmotors zeigt; und
Fig. 13 ein U/min (Drehzahl) zu Drehmoment (Last)Diagramm der Arbeitskennlinie eines konventionellen Reihenschlußmotors enthaltend eine Steuerschaltung entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt.
Im Allgemeinen, wenn ein Universal-Reihenschluß- (oder Compound)motor mit einer geringen Last belastet wird, wird der Stromfluß durch die Feldwicklung reduziert. Wenn der Feldstrom reduziert ist, dann wird der magnetische Fluß entsprechend abgeschwächt und die Anker-EMK vergrößert sich. Folglich entsteht eine signifikante Vergrößerung der Drehzahl des Motors entsprechend der Verringerung des Lastmomentes. Bei nahe-Null Lasten können die extremen Drehzahlen zur Zerstörung des Motors führen. Kleine Motoren, wie sie in elektrischen Einrichtungen verwendet werden, treiben oft Lasten über Lastgetriebe. Wenn jedoch solche Motoren nahe-Null Lasten erreichen, verursacht dies nicht nur ein Hochgeschwindigkeitsgeräusch, sondern verkürzt auch die Lebensdauer der Lastgetriebeelemente, wie z.B. Lager und Zahnräder.
Die vorliegende Erfindung beseitigt die oben beschriebenen Rückwirkungen durch Regelung der Feldintensität solcher Motoren.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild der Steuerschaltung entsprechend einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Die Steuerschaltung ist zur Integration in einen konventionellen Reihenschlußmotor dargestellt, bei dem eine Feldwicklung F1 und ein Anker A1 in Reihe geschaltet sind. Die Steuerschaltung enthält eine Hilfsfeldwicklung F101 in Reihe mit einem Stromnebenschlußelement 101, die beide parallel zum Anker A1 des Reihenschlußmotors geschaltet sind. Das Stromnebenschlußelement 101 kann irgendeine spannungsgesteuerte Schalteinrichtung sein, die zur gesteuerten Ableitung des Stromes durch die Hilfsfeldwicklung F101 geeignet ist.
Weiterhin ist ein Spannungsprüfungselement 102 parallel zum Anker A1 über die in Reihe geschaltete Feldwicklung F101 und das Strom-Nebenschlußelement 101 angeschlossen. Der Spannungsprüfer 102 überprüft einfach, ob die Ankerspannung A1 einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet und das kann durch übliche Spannungsteilung erfolgen. Wenn die Spannung des Ankers A1 den Schwellenpegel überschreitet, dann triggert der Spannungsprüfer 102 das Strom-Nebenschlußelement 101, um den Strom durch die Hilfsfeldwicklung F101 und um den Anker A1 zu leiten.
Die oben beschriebene Ausführung der Steuerschaltung kann mit Wechselstrom (AC) betrieben werden, wobei in dem Fall das Strom-Nebenschlußelement 101 vorzugsweise eine übliche Wechselstrom-Schalteinrichtung, wie z.B. ein Triac ist, oder alternativ ein vollständiger Brücken-Gleichrichter in Verbindung mit einer eindirektionalen Schalteinrichtung, wie z.B. einen steuerbaren Siliziumgleichrichter oder ein Leistungstransistor. Es sollte berücksichtigt werden, daß "Triac" als ein allgemeiner Begriff des Standes der Technik betrachtet wird und soll das Äquivalent eines parallel verbundenen steuerbaren Siliziumgleichrichter darstellen, der als ein getakteter Wechselspannungs- (AC) Steuerschalter dient. Der Spannungsprüfer 102 ist vorzugsweise ein konventionelles Spannungsteiler-Netzwerk, das einen Brücken-Gleichrichter enthalten kann. Als Alternative kann die Steuerschaltung auch mit getaktetem Gleichstrom versorgt werden, wobei in dem Fall das Strom-Nebenschlußelement 101 eine konventionelle eindirektionale Schalteinrichtung, wie beispielsweise ein Thyristor oder ein Leistungstransistor, sein kann. Die Steuerschaltung kann auch mit Gleichstrom (DC) versorgt werden, wobei in dem Fall das Strom- Nebenschlußelement 101 bevorzugt ein Leistungstransistor ist.
Im Betrieb liefert die oben beschriebene Steuerschaltung eine Höchst-Drehzahl-Begrenzungsfunktion. Wenn der Motor einer im wesentlichen lastfreien Bedingung ausgesetzt wird, wird die Drehzahl ansteigen und die über dem Anker A1 meßbare Spannung wird sich entsprechend vergrößern. Der Spannungsprüfer 102 überwacht den vorgegebenen Schwellenspannungspegel des Ankers A1 und wird daraufhin die Strom-Nebenschlußschaltung 101 triggern. Die Strom-Nebenschlußschaltung 101 wird leitfähig, wodurch der Strom durch die Hilfsfeldwicklung F101 abgeleitet wird. Diese Ableitfunktion klemmt die Spannung des Ankers A1 auf den vorgegebenen Schwellenspannungspegel und begrenzt die Drehzahl des Motors in übereinstimmung mit dem Schwellenpegel.
Die Drehzahlsteuerungsfunktion ist unter Leicht-Last/Hochdrehzahl-Bedingungen sehr brauchbar, wenn die Drehzahl des Motors gefährlich hohe Pegel erreicht kann.
Wie noch zu beschreiben ist, kann die Spannungsprüferschaltung 102 regelbar gemacht werden, um den Schwellenspannungspegel zu variieren. Auf diesem Weg kann die Höchst-Drehzahlgrenze bei Bedarf verändert werden.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer alternativen Ausführungsform der Steuerschaltung entsprechend der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführung sind ein in Reihe geschaltetes Strom-Nebenschlußelement 101 und eine Hilfsfeldwicklung F101 parallel zur Hauptfeldwicklung F1 angeordnet. Ein Spannungsprüfer 102 ist parallel zum Anker A1 geschaltet, um die Ankerspannung zu messen. Die Spannungsprüfer- und die Stromnebenschlußfunktionen sind im wesentlichen die gleichen, wie in Fig. 1 beschrieben, wenn jedoch die Spannungsprüferschaltung 102 die Strom-Nebenschlußschaltung 101 leitfähig schaltet, wird der Strom durch die Hilfsfeldwicklung F101 um die Hauptfeldwicklung F1 geleitet. Diese Nebenschlußfunktion klemmt die Spannung der Hauptfeldwicklung F1 auf den vorgegebenen Schwellenspannungspegel und begrenzt die Drehzahl des Motors entsprechend dem Schwellenpegel.
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform der Steuerschaltung entsprechend der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführung sind das in Serie geschaltete Strom-Nebenschlußelement 101 und die Hilfsfeldwicklung F101 parallel zur Reihenkombination der Hauptfeldwicklung und des Ankers A1 geschaltet. Die Spannungsprüferschaltung 102 ist parallel zum Anker A1 geschaltet. Die Spannungsprüfungs- und die Strom-Nebenschlußfunktionen sind im wesentlichen die gleichen, wie in Bezug auf Fig. 1 beschrieben, wenn jedoch die Spannungsprüferschaltung 102 die Strom-Nebenschlußschaltung 101 leitfähig schaltet, wird der Strom durch die Hilfsfeldwicklung F101 um die Feldwicklung F1 und den Anker A1 geleitet. Diese Ableitfunktion klemmt die kombinierte Spannung über der Hauptfeldwicklung F1 und dem Anker A1 auf den vorgegebenen Schwellenspannungspegel und begrenzt die Drehzahl des Motors in Übereinstimmung mit dem Schwellenpegel.
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild der Steuerschaltung entsprechend der vorliegenden Erfindung, welche weiterhin ein bekanntes isolierendes Koppelinterface 104 enthält, das zwischen den Spannungsprüfer 102 und das Strom-Nebenschlußelement 101 geschaltet ist.
Das Koppelinterface 104 kann in Form eines photoelektrischen oder eines optisch isolierenden Kopplers oder als ein Transformatorkoppler ausgebildet sein. Dieser Koppler kann bei jeder der drei in den Figuren 1 bis 3 beschriebenen Ausführungen der Steuerschaltung eingesetzt werden.
Die Figuren 5 bis 11 zeigen detaillierte Schaltpläne verschiedener möglicher Ausführungsformen der Steuerschaltung, die so gestaltet sind, daß sie mit Wechselstrom, Gleichstrom oder gepulsten Gleichstromenergiequellen betrieben werden können.
Fig. 5 illustriert eine Steuerschaltung, enthaltend ein Triac TRIAC1 als das Stromnebenschlußelement 101, wobei das TRIAC1 in Reihe zur Hilfsfeldwicklung F101 geschaltet ist, und ein in Reihe geschaltetes Widerstandsteilerpaar R1 und R2 als das Spannungsprüferelement 102, wobei die Widerstände R1 und R2 parallel zum TRIAC1 und der Hilfsfeldwicklung F101 angeschlossen sind. Zusätzlich sind zwei bipolare Zenerdioden ZD1 und ZD2 in Reihe geschaltet, um das Gate des TRIAC1 mit dem geteilten Spannungspegel, der zwischen den Widerständen R1 und R2 anliegt, zu verbinden. Diese Steuerschaltung kann in Verbindung mit Wechselspannung oder gepulsten Gleichspannungsquellen verwendet werden. Der Widerstand R1 der Spannungsprüferschaltung 102 kann ein regelbarer Widerstand oder ein schrittweise regelbarer Widerstand sein, um eine Einstellung des Schwellenspannungspegels zu ermöglichen und die Höchstdrehzahl des Motors zu begrenzen.
Fig. 6 ist eine andere Ausführungsform der Steuerschaltung bei der die Zehnerdioden ZD1, ZD2 von Fig. 5 ersetzt worden sind durch eine Wechselspannungsdiode DIAC1. Es sollte klargestellt werden, daß "DIAC" als ein eigener Begriff des Standes der Technik anzusehen ist und verwendet wird, um das Äquivalent einer Wechselspannungsdiode zu beschreiben, welche hauptsächlich dem gleichen Zweck wie zwei bipolare Dioden dient. Weiterhin wurde der Widerstand R2 durch einen Kondensator C1 ersetzt, um einen R-C Spannungsteiler zu bilden, der als Spannungsprüfer 102 dient. Diese Schaltung kann in Verbindung mit Wechselspannungsquellen verwendet werden. Weiterhin kann der Widerstand R1 der Spannungsprüferschaltung durch einen regelbaren oder schrittweise regelbaren Widerstand ersetzt werden und auf ähnliche Weise kann der Kondensator C1 durch einen regelbaren oder schrittweise regelbaren Kondensator ersetzt werden, um eine Änderung des Schwellenspannungspegels der Maximaldrehzahl des Motors zu ermöglichen.
Fig. 7 ist eine andere Ausführungsform der Steuerschaltung, die einen vollständigen Brücken-Gleichrichter, enthaltend die Dioden D1 - D4, enthält. Zusätzlich ist ein steuer barer Siliziumgleichrichter SRC1 in Reihe zur Hilfsfeldwicklung über die Diodenbrücke geschaltet, um das Stromnebenschlußelement 101 auszubilden und ein in Reihe geschaltetes Widerstandspaar R1 und R2 ist über die Diodenbrücke geschaltet, um das Meßelement 102 zu bilden. Die Anode A von SCR1 ist an das positive Ende der Diodengleichrichterbrückenschaltung angeschlossen, wohingegen die Katode K von SCR1 an das negative Ende der Diodengleichrichterbrückenschaltung angeschlossen ist. Der Spannungsteilerpegel zwischen den Widerständen R1 und R2 wird an das Gate von SCR1 über eine Schutzdiode D201 angeschlossen und ein schützender Nebenschlußwiderstand R201 kann über das Gate und die Katode (K) von SCR1 geschaltet werden. Der Gleichrichter D1 bis D4 gestattet den bidirektionalen Stromfluß, wenn eine Wechselspannungsquelle angeschlossen wird, und das ermöglicht die Anwendung des bidirektionalen Schalters SCR1. Die Schutzdiode D201 verhindert den Durchfluß von Wechselstrom zu den in Reihe geschalteten Widerständen R1 und R2. Diese Steuerschaltung kann mit Wechselstrom- oder gepulster Gleichstromenergiequelle verwendet werden. Außerdem kann der Widerstand R1 ein regelbarer oder schrittweise regelbarer Widerstand sein, um die Änderung des Schwellenspannungspegels und der Höchstdrehzahl des Motors zu ermöglichen.
Fig. 8 stellt eine Variante der Ausführungsform nach Fig. 7 dar, die für die Verwendung mit Wechselstrom- und gepulsten Gleichstromenergiequellen geeignet ist. Bei dieser Ausführung ist der Widerstand R2 von Fig. 7 durch einen Kondensator C1 und die Schutzdiode D201 und der Schutzwiderstand R201 von Fig. 7 durch eine Triggerdiode DIAC1 ersetzt worden. Die Funktion der Steuerschaltung von Fig. 8 ist hauptsächlich wie in Fig. 6 beschrieben, wobei jedoch keine Gleichrichtung vorgesehen ist.
Fig. 9 zeigt einen Schaltplan einer anderen Ausführungsform der Steuerschaltung unter Verwendung eines steuerbaren Siliziumgleichrichters SCR1, als das Nebenschlußelement 101 und ein in Reihe geschaltetes Widerstandspaar R1 und R2, als das Meßelement 102. Bei dieser Ausführungsform ist die Anode A von SCR1 in Reihe zur Hilfsfeldwicklung F101 geschaltet und die Reihenschaltung SRC1 und F101 parallel zu den in Reihe geschalteten Widerständen R1 und R2 geschaltet. Das Gate von SCR1 ist an die geteilte Spannung zwischen den Widerständen R1 und R2 über eine Schutzdiode D201 angekoppelt. Ein Widerstand R201 ist zwischen die Hilfsfeldwicklung F101 und das Gate von SCR1 geschaltet. Die Funktion der Steuerschaltung nach Fig. 9 ist hauptsächlich wie in Bezug auf Fig. 7 beschrieben, jedoch ist keine Gleichrichtung vorgesehen. Diese Steuerschaltung ist zur Verwendung in Zusammenhang mit einer gepulsten Gleichstromenergiequelle geeignet. Der Widerstand R1 kann durch einen variablen oder schrittweise regelbaren Widerstand ersetzt werden, um eine Veränderung des Schwellenspannungspegels und der Höchstdrehzahl des Motors zu ermöglichen.
Fig. 10 zeigt einen anderen Schaltplan einer anderen alternativen Ausführungsform der Steuerschaltung, die einen vollständigen Brückengleichrichter, enthaltend die Dioden D1- D4, aufweist und einen Leistungstransistor Q1, der in Reihe zur Hilfsfeldwicklung F101 geschaltet ist, um das Nebenschlußelement 101 zu bilden, wobei der Kollektor C des Transistors Q1 an das positive Ende der Diodenbrücke angeschlossen und der Emitter E mit dem negativen Ende verbunden ist. Ein in Reihe geschaltetes Widerstandspaar R1 und R2 ist ebenfalls über die Diodenbrücke geschaltet, um die Spannungsprüferschaltung 102 zu bilden. Die Basis B des Leistungstransistors Q1 ist direkt mit dem geteilten Spannungspegel zwischen den Widerständen R1 und R2 des Spannungsprüfers 102 gekoppelt. Die Funktionsweise der Steuerschaltung nach Fig. 10 ist hauptsächlich, wie in Bezug auf Fig. 7 beschrieben. Diese Steuerschaltung ist geeignet zur Verwendung im Zusammenhang mit Wechselstrom-, Gleichstromoder gepulsten Gleichstromenergiequellen. Der Widerstand R1 kann ein variabler oder schrittweise regelbarer Widerstand sein, um die Veränderung des Schwellenspannungspegels und der Höchstdrehzahl des Motors zu ermöglichen.
Fig. 11 zeigt ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform der Steuerschaltung, die einen Leistungstransistor Q1 als Strom-Nebenschlußelement 101 enthält, der in Reihe zur Hilfsfeldwicklung F101 geschaltet ist und eine Reihenschaltung eines Widerstandspaares R1 und R2 als das Meßelement 102. In dieser Ausführungsform sind das Nebenschlußelement Q1 und die Hilfsfeldwicklung F101 parallel zur Reihenschaltung der Widerstände R1 und R2 geschaltet, die ihrerseits parallel zu einer Freilaufdiode D8 geschaltet sind. Bei einem NPN Leistungstransistor Q1 ist der Kollektor C an einen Anschluß a zur Verbindung mit dem positiven Ende des Ankers angeschlossen und der Emitter E ist mit dem Anschluß b zur Verbindung mit dem negativen Ende des Ankers verbunden. Sinngemäß sollte bei einem PNP Transistor der Kollektor C mit dem negativen Ende des Ankers verbunden sein, wohingegen der Emitter E an das positive Ende des Ankers angeschlossen sein sollte. Die Basis B des Leistungstransistors Q1 ist direkt mit dem geteilten Spannungspegel an der Reihenschaltungsverbindung zwischen den Widerständen R1 und R2 des Meßelementes 102 angeschlossen. Die Funktionsweise dieser Steuerschaltung nach Fig. 11 ist hauptsächlich wie in Bezug auf die Fig. 10 beschrieben, jedoch wird keine Gleichrichtung vorgesehen. Diese Steuerschaltung kann in Verbindung mit Gleichstrom- oder gepulsten Gleichstromenergiequellen verwendet werden.
Der Widerstand R1 kann ein regelbarer oder ein schrittweise regelbarer Widerstand sein, um die veränderung des Schwellenspannungspegels und der Höchstdrehzahl des Motors zu ermöglichen.
Bei allen vorstehend beschriebenen Figuren 5 bis 11 kann ein konventionelles isolierendes Koppelinterface 104, wie in Fig. 4 dargestellt, zwischen die Spannungsprüferschaltung 102 und das Strom-Nebenschlußelement 101 geschaltet werden, um beide voneinander zu isolieren. Das Koppelinterface 104 kann ein photoelektrischer oder optischer Koppler, oder ein Transformator sein.
Weiterhin kann die Reaktionszeit zwischen der Spannungsschwellenpegelerkennung am Spannungsprüfer 102 und der Klemmung der Motordrehzahl durch das Strom-Nebenschlußelement 101 in allen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Figuren 5 bis 11 einfach durch Einfügung einer konventionellen Verstärkerschaltung zwischen den Detektor und die Nebenschlußelemente reduziert werden. Solch eine Verstärkerschaltung kann die Form eines Darlington-Leistungstransistors oder eines Thyristors aufweisen.
Weiterhin können alle passiven Komponenten, wie die Widerstände R1 und R2, der Kondensator C1, usw., als regelbare oder schrittweise regelbare Komponenten ausgeführt werden, um die Veränderung des Schwellenspannungspegels und damit der Höchstdrehzahl des Motors zu ermöglichen.
Fig. 12 ist ein Diagramm der U/min (Drehzahl) zu Drehmoment (Last)Kennlinie eines konventionellen Reihenschlußmotors unter normalen Arbeitsbedingungen. Zu beachten ist, daß sich die Drehzahl des Motors mit der Verringerung der Last schnell vergrößert. Das kann harmlose Konsequenzen unter Leichtlast- Bedingungen haben.
Fig. 13 ist ein U/min (Drehzahl) zu Drehmoment (Last)Diagramm der U/min Drehzahl zu Drehmoment(Last) zu Last-Kennlinie eines konventionellen Reihenschlußmotors mit einer Steuerschaltung entsprechend der vorliegenden Erfindung. Zu beachten ist, daß die Höchstdrehzahl des Motors durch die Steuerschaltung auf eine vorgegebene Grenze geklemmt wird. Diese Höchstdrehzahlgrenze ist direkt proportional zum Schwellenspannungspegel, wie er durch die Spannungsprüferschaltung 102 bestimmt wird. Wenn einmal der Schwellenspannungspegel an der Spannungsprüferschaltung 102 erkannt wird, wird das Strom-Nebenschlußelement 102 getriggert, und das leitet den Strom vom Anker A1 ab, wodurch die Spannung des Ankers A1 auf den Schwellenpegel geklemmt und die Höchstdrehzahl des Motors begrenzt wird.

Claims

1. Steuerschaltung zur Begrenzung der Höchstdrehzahl eines Universal-Reihenschluß- (oder Compound)motors der Art, die eine Reihenschaltung einer Hauptfeldwicklung (F1) und eines Ankers (A1) aufweist, wobei die Steuerschaltung eine Spannungsprüferschaltung (102) umfaßt, die mit dem Anker des Motors zur Messung einer Schwellenspannung über dem Anker gekoppelt ist, eine Strom-Nebenschlußschaltung (101) die mit der Spannungsprüferschaltung verbunden ist und dadurch bei Erkennung der Schwellenspannung getriggert wird, um den Strom um den Anker abzuleiten, gekennzeichnet dadurch, daß eine Hilfsfeldwicklung (F101) über den Anker geschaltet ist, um einen Strom-Nebenschlußweg um den Anker zu bilden, wobei die Strom- Nebenschlußschaltung in Reihe mit der Hilfsfeldwicklung zur gesteuerten Ableitung des Stromes dadurch geschaltet ist, wenn die Spannungsprüferschaltung die Schwellenspannung erkennt, wodurch die Ankerspannung auf den Schwellenpegel geklemmt wird und der Motor dementsprechend auf eine maximale Drehzahl begrenzt wird.

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, bei der die Spannungsprüferschaltung (102) parallel zu einer Reihenschaltung der Hilfsfeldwicklung (F101) und der Strom-Nebenschlußschaltung (101) und auch parallel zum Anker (A1) geschaltet ist.

3. Steuerschaltung nach Anspruch 2, bei der die Spannungsprüferschaltung (102) weiterhin einen Spannungsteiler, enthaltend eine Reihenschaltung aus einem ersten Widerstand (R1) und einem zweiten Widerstand (R2) zur Erzeugung einer geteilten Bezugsspannung dazwischen umfaßt und die Strom-Nebenschlußschaltung (101) weiterhin einen Triac (TRIAC1) umfaßt, wobei das Gate das Triac zwischen dem ersten und zweiten Widerstand über ein bipolares Paar von Zenerdioden (ZD1, ZD2) zur Freischaltung entsprechend der Bezugsspannung geschaltet ist.

4. Steuerschaltung nach Anspruch 3, wobei der erste Widerstand (R1) ein regelbarer Widerstand ist, um eine Einstellung der geteilten Referenzspannung zu ermöglichen.

5. Steuerschaltung nach Anspruch 3, wobei der zweite Widerstand (R2) ein regelbarer Widerstand ist, um eine Einstellung der geteilten Referenzspannung zu ermöglichen.

6. Steuerschaltung nach Anspruch 2, bei der die Spannungsprüferschaltung (102) weiterhin einen Spannungsteiler, enthaltend eine Reihenschaltung aus einem Widerstand (R1) und einem Kondensator (C2), zur Erzeugung einer Referenzspannung dazwischen umf aßt und die Strom-Nebenschaltung (101) weiterhin einen Triac (TRIAC1) und einen Diac (DIAC1), enthält, wobei das Gate des Triac zwischen dem Widerstand und dem Kondensator über das Diac zu dessen Betätigung entsprechend der Bezugsspannung angeschlossen ist.

7. Steuerschaltung nach Anspruch 6, wobei der Widerstand (R1) ein variabler Widerstand ist, um eine Einstellung der geteilten Referenzspannung zu ermöglichen.

8. Steuerschaltung nach Anspruch 6, wobei der Kondensator (C1) ein variabler Kondensator ist, um eine Einstellung der geteilten Referenzspannung zu ermöglichen.

9. Steuerschaltung nach Anspruch 2, bei der die Spannungsprüferschaltung (102) weiterhin einen Spannungsteiler, enthaltend eine Reihenschaltung aus einem ersten Widerstand (R1) und einem zweiten Widerstand (R2), zur Erzeugung einer geteilten Bezugsspannung dazwischen und die Strom-Nebenschlußschaltung (101) weiterhin einen steuerbaren Silizium-Gleichrichter (SCR1) und eine Diode (D201) enthält, wobei das Gate des steuerbaren Siliziumgleichrichters zwischen den ersten und zweiten Widerstand über die Diode zu dessen Betätigung entsprechend der Referenzspannung angeschlossen ist.

10. Steuerschaltung nach Anspruch 9, wobei der erste Widerstand (R1) ein regelbarer Widerstand ist, um die Einstellung der geteilten Referenzspannung zu ermöglichen.

11. Steuerschaltung nach Anspruch 9, wobei der zweite Widerstand (R2) ein regelbarer Widerstand ist, um die Einstellung der geteilten Referenzspannung zu ermöglichen.

12. Steuerschaltung nach Anspruch 9, wobei die Strom-Nebenschlußschaltung (101) weiterhin einen Schutzwiderstand (R201) enthält, der zwischen das Gate des steuerbare Siliziumgleichrichters (SCR1) und die Hilfsfeldwicklung (F101) geschaltet ist.

13. Steuerschaltung nach Anspruch 2, wobei die Spannungsprüferschaltung (102) weiterhin einen Spannungsteiler, enthaltend einen in Reihe geschalteten ersten Widerstand (R1) und einen zweiten Widerstand (R2), zur Erzeugung einer geteilten Referenzspannung dazwischen enthält und die Strom-Nebenschlußschaltung (101) weiterhin einen Transistor (Q1) enthält, der einen Kollektor und einen Emitter aufweist, die in Reihe zur Hilfsfeldwicklung (F101) geschaltet sind, wobei der Transistor weiterhin eine Basis aufweist, die zwischen dem ersten und zweiten Widerstand zu dessen Betätigung entsprechend der Referenzspannung angeschlossen ist.

14. Steuerschaltung nach Anspruch 13, weiterhin enthaltend eine Diode (D8), die parallel über die Reihenschaltung zwischen Transistor (Q1) und Hilfsfeldwicklung (F101) geschaltet ist.

15. Steuerschaltung nach Anspruch 13, wobei der erste Widerstand (R1) ein regelbarer Widerstand ist, um die Einstellung der geteilten Referenzspannung zu ermöglichen.

16. Steuerschaltung nach Anspruch 13, wobei der zweite Widerstand (R2) ein regelbarer Widerstand ist, um die Einstellung der geteilten Referenzspannung zu ermöglichen.

17. Steuerschaltung nach Anspruch 1, wobei die Hilfsfeldwicklung (F101) und die Strom-Nebenschlußschaltung (101) parallel zur Hauptfeldwicklung (F1) des Motors geschaltet sind, wobei die Spannungsprüferschaltung (102) parallel zum Anker (A1) des Motors geschaltet ist und die Spannungsprüferschaltung (102) in Reihe zur Hilfsfeldwicklung (F101) und der Strom-Nebenschlußschaltung (101) geschaltet ist.

18. Steuerschaltung nach Anspruch 1, wobei die Spannungsprüferschaltung parallel zum Anker (A1) des Motors geschaltet ist und die Hilfsfeldwicklung (F101) und die Strom-Nebenschlußschaltung (101) parallel zum Anker und der Hauptfeldwicklung (F1) des Motors geschaltet sind.

19. Steuerschaltung nach Anspruch 1, bei der die Spannungsprüferschaltung (102) weiterhin vier Dioden (D1 - D4) enthält, die in einer Voll-Brückenanordnung miteinander verbunden sind, eine Reihenschaltung eines ersten Widerstandes (R1) und eines zweiten Widerstandes (R2), die über die Diodenbrücke gekoppelt sind, um eine geteilte Referenzspannung dazwischen zu liefern und bei der die Strom-Nebenschlußschaltung (101) weiterhin einen steuerbaren Siliziumgleichrichter (SCR1) enthält, der in Reihe zur Hilfsfeldwicklung (F101) und der Diodenbrücke geschaltet ist und eine Diode (D201), die das Gate des steuerbaren Siliziumgleichrichters mit der Reihenverbindung zwischen dem ersten Widerstand (R1) und dem zweiten Widerstand (R2) verbindet, wodurch der steuerbare Siliziumgleichrichter in Übereinstimmung mit der Referenzspannung getriggert wird, um den Strom durch die Hilfsfeldwicklung abzuleiten.

20. Steuerschaltung nach Anspruch 19, bei der die Strom- Nebenschlußschaltung weiterhin einen Schutzwiderstand (R201) enthält, der zwischen das Gate des steuerbaren Siliziumgleichrichters (SCR1) und die Hilfsfeldwicklung (F101) geschaltet ist.

21. Steuerschaltung nach Anspruch 1, wobei die Spannungsprüferschaltung (102) weiterhin vier Dioden (D1 - D4) enthält, die als Voll-Brückenanordnung geschaltet sind und einen in Reihe geschalteten Widerstand (Rt) und ein Kondensator (Q1), die über die Diodenbrücke gekoppelt sind, um eine Referenzspannung dazwischen zu liefern und bei der die Strom-Nebenschlußschaltung (101) weiterhin einen steuerbaren Siliziumgleichrichter (SCR1) enthält, der in Reihe zur Hilfsfeldwicklung (F101) und über die Diodenbrücke geschaltet ist und ein Diac (DIAC1), welches das Gate des steuerbaren Siliziumgleichrichters mit der Reihenverbindung zwischen dem Widerstand (R1) und dem Kondensator (C1) verbindet, wodurch der steuerbare Siliziumgleichrichter entsprechend der Referenzspannung getriggert wird, um den Strom durch die Hilfsfeldwicklung abzuleiten.

22. Steuerschaltung nach Anspruch 21, wobei der Widerstand (R1) ein regelbarer Widerstand ist, um die Einstellung der geteilten Referenzspannung zu ermöglichen.

23. Steuerschaltung nach Anspruch 21, wobei der Kondensator (C1) ein regelbarer Kondensator ist, um die Einstellung der geteilten Referenzspannung zu ermöglichen.

24. Steuerschaltung nach Anspruch 1, bei der die Spannungsprüferschaltung (102) weiterhin vier Dioden (D1 - D4) enthält, die in einer Vollbrücken-Anordnung zusammengeschaltet sind, einen in Reihe geschalteten ersten Widerstand (R1) und einen zweiten Widerstand (R2), die über die Diodenbrücke geschaltet sind, um zwischen diesen eine Referenzspannung zu erzeugen und bei der die Strom-Nebenschlußschaltung (101) weiterhin einen Transistor (Q1) enthält, der einen Kollektor (C) und einen Emitter (E) enthält die in Reihe zur Hauptfeldwicklung (F101) und über die Diodenbrücke geschaltet sind, der Transistor hat weiterhin eine Basis (B), die zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstand angeschlossen ist, wodurch der Transistor entsprechend der Referenzspannung getriggert wird, um den Strom durch die Hilfsfeldwicklung abzuleiten.

25. Steuerschaltung nach Anspruch 24, wobei der erste Widerstand (R1) ein regelbarer Widerstand ist, um die Einstellung der geteilten Referenzspannung zu ermöglichen.

26. Steuerschaltung nach Anspruch 24, wobei der zweite Widerstand (R2) ein regelbarer Widerstand ist, um die Einstellung der geteilten Referenzspannung zu ermöglichen.

27. Steuerschaltung nach Anspruch 1, weiterhin enthaltend eine Isolierschaltung (104), die zwischen die Strom-Nebenschlußschaltung (101) und die Spannungsprüferschaltung (102) zur Erzeugung einer elektrisch isolierten Kopplung zwischengeschaltet ist, wobei die Strom-Nebenschlußschaltung durch die Spannungsprüferschaltung über die Isolierschaltung während der Messung der Schwellenspannung getriggert wird, um den Strom durch die Hilfsfeldwicklung (F101) abzuleiten.

28. Steuerschaltung nach Anspruch 27, wobei die Spannungsprüferschaltung (102) parallel zur Hilfsfeldwicklung (F101) und die Strom-Nebenschlußschaltung (101) geschaltet ist und weiterhin parallel zum Anker (A1) geschaltet ist.

29. Steuerschaltung nach Anspruch 27, wobei die Hilfsfeldwicklung (F101) und die Strom-Nebenschlußschaltung (101) parallel zur Hauptfeldwicklung (F1) geschaltet sind, die Spannungsprüferschaltung (102) parallel zum Anker (A1) geschaltet ist und die Spannungsmeßschaltung in Reihe mit der Hilfsfeldwicklung (F101) und der Strom-Nebenschlußschaltung (101) verbunden ist.

30. Steuerschaltung nach Anspruch 27, wobei die Spannungsprüferschaltung (102) parallel zum Anker (A1) geschaltet ist und die Hilfsfeldwicklung (F101) und die Strom-Nebenschlußschaltung (101) parallel zum Anker und die Hauptfeldwicklung (F1) geschaltet sind.

31. Steuerschaltung nach Anspruch 1, weiterhin enthaltend eine Verstärkerschaltung, die zwischen die Strom-Nebenschlußschaltung (101) und die Spannungsprüferschaltung (102), zur Beschleunigung der Übertragung eines Triggersignales dazwischen, geschaltet ist, wobei die Strom-Nebenschlußschaltung durch die Spannungsprüferschaltung über die verstärkerschaltung nach der Messung der Schwellenspannung getriggert wird, um den Strom durch die Hilfsfeldwicklung (F101) abzuleiten.

32. Steuerschaltung nach Anspruch 31, wobei die Spannungsprüferschaltung (102) parallel zur Hilfsfeldwicklung (F101) und die Strom-Nebenschlußschaltung (101) geschaltet ist und darüberhinaus parallel zum Anker (A1) geschaltet ist.

33. Steuerschaltung nach Anspruch 31, wobei die Hilfsfeldwicklung (F101) und die Strom-Nebenschlußschaltung (101) parallel zur Hauptfeldwicklung (F1) geschaltet sind, die Spannungsprüferschaltung (102) parallel zum Anker (A1) geschaltet ist und die Spannungsprüferschaltung in Reihe zur Hilfsfeldwicklung (F101) und die Strom-Nebenschlußschaltung geschaltet ist.

34. Steuerschaltung nach Anspruch 31, wobei die Spannungsprüferschaltung (102) parallel zum Anker (A1) geschaltet ist und die Hilfsfeldwicklung (F101) und die Strom-Nebenschlußschaltung (101) parallel zum Anker (A1) und der Hauptfeldwicklung (F1) geschaltet sind.