DE9415761U1 - Device for driving a single-phase synchronous motor, in particular for driving a pump drive in a household appliance - Google Patents
Device for driving a single-phase synchronous motor, in particular for driving a pump drive in a household applianceInfo
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Description
BeschreibungDescription
Vorrichtung zum Antrieb eines Einphasen-Synchronmotors, insbesondere zum Antrieb eines Pumpenantriebes in einem Haushaltsgerät Device for driving a single-phase synchronous motor, in particular for driving a pump drive in a household appliance
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Antrieb eines Einphasen-Synchronmotors, insbesondere zum Antrieb eines Pumpenantriebes in einem Haushaltsgerät, gemäß Anspruch 1.The invention relates to a device for driving a single-phase synchronous motor, in particular for driving a pump drive in a household appliance, according to claim 1.
Durch die DE-Al-4 033 121 ist ein Verfahren zum Starten eines elektrischen Einphasen-Synchronmotors in einer Vorzugs-Drehrichtung bekannt, bei dem der Rotor des Motors durch wenigstens einen isolierten, aus einer einzigen Halbwelle der speisenden Wechselspannungsquelle bestehenden Stromimpuls mit vorbestimmter Polarität auf einen spezifischen Schritt vorpositioniert und dann nach einer Zeit, die hinreichend groß ist, um den Rotor mechanisch auf diesem Schritt zu stabili-0 sieren mit Vollwellen-Wechselstrom aus der Wechselspannungsquelle gespeist wird, dessen erste Halbwelle eine zu der Polarität des Stromimpulses zur spezifischen Vorpositionierung des Rotors entgegengesetzte Polarität aufweist. Dieses Verfahren ist nur bei bauartbedingt selbstanlaufenden Einphasen-Synchronmotoren einsetzbar.DE-Al-4 033 121 discloses a method for starting an electric single-phase synchronous motor in a preferred direction of rotation, in which the rotor of the motor is pre-positioned to a specific step by at least one isolated current pulse with a predetermined polarity consisting of a single half-wave of the supplying AC voltage source and then, after a time that is long enough to mechanically stabilize the rotor at this step, is fed with full-wave alternating current from the AC voltage source, the first half-wave of which has a polarity opposite to the polarity of the current pulse for the specific pre-positioning of the rotor. This method can only be used with single-phase synchronous motors that are self-starting due to their design.
Durch die EP-Bl-O 358 805 bzw. EP-Bl-O 358 806 sind permanentmagneterregte Einphasen-Synchronmotoren bekannt, bei denen für einen Selbstanlauf das Anlaufmoment dadurch merklich erhöht werden kann, daß durch spezielle Luftspalt- bzw. Blechschnittgestaltung der Rotor mit seiner Polachse in eine Rast-Nullstellung gebracht werden kann, die gegenüber der Längsachse der Statorerregung bis zur sogenannten Querachslage verdreht ist. Derartige einsträngige, vorzugsweise zweipolige, permanentmagneterregte Synchronmotoren mit gewährlei-Permanent magnet excited single-phase synchronous motors are known from EP-Bl-O 358 805 and EP-Bl-O 358 806, in which the starting torque can be noticeably increased for self-starting by using a special air gap or sheet metal cut design to bring the rotor with its pole axis into a zero-lock position, which is rotated relative to the longitudinal axis of the stator excitation up to the so-called transverse axis position. Such single-strand, preferably two-pole, permanent magnet excited synchronous motors with guaranteed
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stetem Anlauf eignen sich insbesondere bis zum Einsatz bei einer Abgabeleistung von ca. 40 Watt.steady start-up are particularly suitable for use with an output power of approx. 40 watts.
Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, mit geringem fertigungs- bzw. montagetechnischem Aufwand Einphasen-Synchronmotoren auch zum Antrieb von Lasten oberhalb von 40 Watt bei sicherem und schnellem Anlauf einsetzen zu können.The object of the present invention is to be able to use single-phase synchronous motors to drive loads above 40 watts with a safe and fast start-up, with little manufacturing or assembly effort.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1; vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Vorrichtung sind jeweils Gegenstand der UnteransprücheThis object is achieved according to the invention by a device according to claim 1; advantageous embodiments of this device are the subject of the subclaims
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es möglich, in Abhängigkeit von der von dem Einphasensynchronmotor anzutreibenden Last und somit der durch die rotierenden Massen des Rotors und durch die eigentliche anzutreibende Last bestimmten mechanischen Zeitkonstante mittels einer "verzögerten" Kommutierung der speisenden Wechselspannung den Einphasensynchronmotor sicher und in kürzester Zeit bis zur Synchro-0 nisierung der Rotordrehzahl mit der Frequenz der speisenden Wechselspannung hochlaufen zu lassen.The device according to the invention makes it possible, depending on the load to be driven by the single-phase synchronous motor and thus the mechanical time constant determined by the rotating masses of the rotor and by the actual load to be driven, to run the single-phase synchronous motor safely and in the shortest possible time until the rotor speed is synchronized with the frequency of the supplying alternating voltage by means of a "delayed" commutation of the supplying alternating voltage.
In vorteilhafter Weise wird als Stellungssensor für den Rotor ein Hall-IC mit digitalem Ausgang vorgesehen, der die Stellung des vorzugsweise permanentmagneterregten Rotors erfaßt und aufgrundt seines Stellungssignals über eine Verknüpfungsschaltung, der auch das jeweilige Signal des gerade anstehenden Wechselspannungsverlaufs vorgegeben wird, einen vorzugsweise als Wechselspannungsschalter vorgesehenen Triac steu-0 ert; in vorteilhafter Weise ist zur Reduzierung der notwendigen Stromentnahme aus einem zur Versorgung notwendigen Netzteil vorgesehen, durch einen Motorstromsensor einen jeweils erstmaligen Stromfluß in der einen oder anderen Richtung durch den Einphasensynchronmotor nach Schließen des Wechselspannungsschalters oder den Spannungsabfall über der Schaltstrecke des Wechselspannungsschalter zu erfassen undAdvantageously, a Hall IC with a digital output is provided as the position sensor for the rotor, which detects the position of the preferably permanent magnet excited rotor and, based on its position signal, controls a triac, preferably provided as an AC switch, via a logic circuit, which is also given the respective signal of the currently present AC voltage curve; advantageously, in order to reduce the necessary current consumption from a power supply unit required for the supply, a motor current sensor is provided to detect the first current flow in one or the other direction through the single-phase synchronous motor after the AC switch is closed or the voltage drop across the switching path of the AC switch and
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danach nach einer erstmaligen Stromerfassung oder nach der Erfassung der Durchlaßspannung über der Schaltstrecke des eingeschalteten Triacs die Steuerspannung für den Wechselspannungsschalter abzuschalten, der bis zum Nulldurchgang des fließenden Wechselstromes dann in seiner vorherigen Einschalt-Stellimg verbleibt.then, after an initial current detection or after detection of the forward voltage across the switching path of the switched-on triac, the control voltage for the AC switch is switched off, which then remains in its previous switch-on position until the flowing AC current passes through zero.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele bzw. Funktionsdiagramme in der Zeichnung näher erläutert; darin zeigen:The invention and further advantageous embodiments of the invention according to the features of the subclaims are explained in more detail below using schematically illustrated embodiments or functional diagrams in the drawing; in which:
FIG 1 in einem ersten Blockschaltbild die Ansteuerung eines
permanenterregten Einphasen-Synchronmotors in Abhängigkeit von einem Stromsensor und von einem Netzspannungssignalformer;
FIG 2 in einem zweiten Blockschaltbild die Ansteuerung eines Einphasen-Synchronmotors in Abhänigkeit von einem
0 Zeitglied und von einem Netzspannungssignalformer;FIG 1 shows a first block diagram of the control of a permanent magnet single-phase synchronous motor as a function of a current sensor and a mains voltage signal conditioner;
FIG 2 shows a second block diagram of the control of a single-phase synchronous motor as a function of a timer and a mains voltage signal conditioner;
FIG 3 in einem dritten Blockschaltbild die Ansteuerung eines Einphasen-Synchronmotors in Abhängigkeit von einem Spannungssensor und von einem Net&zgr;spannungssignalformer; FIG 3 in a third block diagram the control of a single-phase synchronous motor depending on a voltage sensor and a mains voltage signal conditioner;
FIG 4 in einem vierten Blockschaltbild die Ansteuerung eines Einphasen-Synchronmotors in Abhängigkeit von einem Netzspannungs-Signalformer mit einer vorgeschalteten Spannungs-Verzögerungsschaltung;FIG 4 shows a fourth block diagram of the control of a single-phase synchronous motor as a function of a mains voltage signal former with an upstream voltage delay circuit;
FIG 5 in einem fünften Blockschaltbild die Ansteuerung eines Einphasen-Synchronmotors in Abhängigkeit von einer ersten Drehrichtungsüberwachung;FIG 5 shows a fifth block diagram of the control of a single-phase synchronous motor depending on a first rotation direction monitoring;
FIG 6 in einem sechsten Blockschaltbild die Ansteuerung eines Einphasen-Synchronmotors in Abhängigkeit von einer zweiten Drehrichtungsüberwachung;FIG 6 in a sixth block diagram the control of a single-phase synchronous motor depending on a second direction of rotation monitoring;
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FIG 7 in einem siebten Blockschaltbild die Ansteuerung eines Einphasen-Synchronmotors in Abhängigkeit von einer zeitversetzten Spannungs-Verzögerungsschaltung; FIG 8 in einem achten Blockschaltbild die Ansteuerung eines Einphasen-Synchronmotors in Abhängigkeit von einer über der Schaltstrecke am Wechselspannungsschalter abgeleiteten Referenzspannung für die speisende Wechselspannung,FIG 7 in a seventh block diagram the control of a single-phase synchronous motor depending on a time-delayed voltage delay circuit; FIG 8 in an eighth block diagram the control of a single-phase synchronous motor depending on a reference voltage for the supplying alternating voltage derived across the switching path at the alternating voltage switch,
FIG 9 die speisende Wechselspannung sowie einzelne Signalablaufe und den Motorstromverlauf bei einer Vorrichtung zum Antrieb eines Einphasen-Synchronmotors gemäß FIG 1-7.FIG 9 shows the supply alternating voltage as well as individual signal sequences and the motor current curve in a device for driving a single-phase synchronous motor according to FIG 1-7.
In den Blockschaltbildern sind zur deutlicheren Unterscheidung jeweils der Haupt st romp fad des Einphasen-Synchronmotors 1 stark liniert, die Signalflüsse schwach liniert und gepfeilt und die Stromversorgungsleitungen der einzelnen Bauelemente strichliniert dargestellt.In the block diagrams, for clearer differentiation, the main current path of the single-phase synchronous motor 1 is shown with thick lines, the signal flows are shown with weak lines and arrows, and the power supply lines of the individual components are shown with dashed lines.
FIG 1 zeigt einen über einen vorzugsweise als Triac ausgebildeten Wechselspannungsschalter 7 und einen Motorstromsensor an ein speisendes Wechselspannungsnetz Ll;L2 anschließbaren Einphasen-Synchronmotor mit hier nur schematisch angedeutetem permanenterregtem zweipoligem (N;S) Rotor. Der Wechselspannungsschalter 7 erhält seinen Einschaltimpuls über eine Treiberanordnung 6 von einer Verknüpfungungsschaltung 5 in Abhängigkeit von eingangsseitig an die Verknüpfungsschaltung gegebenen Signalwerten eines Rotorstellungssensors 2 einerseits bzw. eines Netzspannungssignalformer 3 andererseits.FIG 1 shows a single-phase synchronous motor with a permanently excited two-pole (N;S) rotor (shown only schematically here) that can be connected to a supplying AC voltage network L1;L2 via an AC switch 7, preferably designed as a triac, and a motor current sensor. The AC switch 7 receives its switch-on pulse via a driver arrangement 6 from a logic circuit 5 depending on the signal values of a rotor position sensor 2 on the one hand and a mains voltage signal former 3 on the other hand that are given to the logic circuit on the input side.
Der Netzspannungssignalformer ist der Verknüpfungsschaltung derart vorgeschaltet, daß jeweils als Referenz-Logiksignale für die speisende Wechselspannung (L1;L2) von einem ersten Teil 3.1 des Net&zgr;spannungssignalformer 3 in Impulse, z.B. Rechteckimpulse, umgewandelte positive Halbwellen der speisenden Wechselspannungsquelle an einen ersten Teil 5.1 der Verknüpfungsschaltung 5 und von einem zweiten Teil 3.2 inThe mains voltage signal former is connected upstream of the logic circuit in such a way that positive half-waves of the supplying AC voltage source, converted into pulses, e.g. square-wave pulses, by a first part 3.1 of the mains voltage signal former 3, are fed to a first part 5.1 of the logic circuit 5 and from a second part 3.2 into
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Rechteckimpulse umgewandelte negative Halbwellen der speisenden Wechselspannungsquelle Ll;L2 an einen zweiten Teil der Verknüpfungsschaltung 5 weitergegeben werden können.Negative half-waves of the supplying alternating voltage source Ll;L2, converted into square pulses, can be passed on to a second part of the combination circuit 5.
Der Wechselspannungsschalter steht dabei in vorteilhafter Weise in Einschaltabhängigkeit von der Verknüpfungsschaltung (5) bei jeweils eingangssextigem &EEgr;-Signal, hervorgerufen von der positiven Halbwelle der speisenden Wechselspannung, und einem &EEgr;-Signal des Stellungssensors bzw. bei eingangseitigern &EEgr;-Signal, hervorgerufen von der negativen Halbwelle der speisenden Wechselspannung, und einem aus einem L-Signal des Stellungssensors durch Invertierung gebildeten &EEgr;-Signal. Der Rotorstellungssensor 2, der Netzspannungssignalformer 3, der Motorstromsensor 4 als auch die Verknüpfungsschaltung 5 und die Treiberanordnung 6 werden über ein Netzteil 8 aus der WechselSpannungsquelle Ll;L2 versorgt.The AC voltage switch is advantageously dependent on the switching on of the logic circuit (5) in the case of an input-side &EEgr; signal, caused by the positive half-wave of the supplying AC voltage, and an &EEgr; signal from the position sensor, or in the case of an input-side &EEgr; signal, caused by the negative half-wave of the supplying AC voltage, and an &EEgr; signal formed from an L signal from the position sensor by inversion. The rotor position sensor 2, the mains voltage signal former 3, the motor current sensor 4, as well as the logic circuit 5 and the driver arrangement 6 are supplied via a power supply unit 8 from the AC voltage source L1;L2.
Die grundsätzliche Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere gemäß den Blockschaltbildern in FIG 1-7 und bei einer Abhängigkeit des Einschaltbefehls für die Steuerspannung des Triacs von einer erstmaligen Stromerfassung durch den Stromsensor 4 wird zunächst anhand der Diagramme gemäß FIG 9 näher erläutert; dabei zeigen:The basic mode of operation of the device according to the invention, in particular according to the block diagrams in FIGS. 1-7 and with a dependency of the switch-on command for the control voltage of the triac on an initial current detection by the current sensor 4, is first explained in more detail using the diagrams according to FIG. 9; in this case:
u=f(t): Speisende Einphasen-Wechselspannungu=f(t): Supply single-phase alternating voltage
U]_ = f (t) : Signal am Ausgang des ersten Teils 3.1 des Netzspannungssignalformers 3U]_ = f (t) : Signal at the output of the first part 3.1 of the mains voltage signal conditioner 3
U2=f(t): Signal am Ausgang des zweiten Teils 3.2 des Netzspannungssignalformers 3U2=f(t): Signal at the output of the second part 3.2 of the mains voltage signal conditioner 3
0 U3=f(t): Signal am Ausgang des Rotorstellungssensor 20 U3=f(t): Signal at the output of the rotor position sensor 2
Invertiertes Signal am Ausgang des Rotorstellungssensors 2Inverted signal at the output of rotor position sensor 2
Motorstrom durch Einphasensynchronmotor 1 Signal am Ausgang des Motorstromsensors 4 U5=f(t): Signal am Eingang des Wechselspannungsschalters 7.Motor current through single-phase synchronous motor 1 Signal at the output of the motor current sensor 4 U5=f(t): Signal at the input of the AC voltage switch 7.
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Ausgehend von der Annahme, daß der im Stillstand seine eine Nullstellung einnehmende Rotor am Ausgang des Rotorstellungssensors 2 ein &EEgr;-Signal entsprechend U3 erzeugt und aufgrund der positiven Halbwelle der Netzspannung u=f(t) am Ausgang des ersten Teils 3.1 des Net&zgr;spannungssignalformers 3 ebenfalls ein &EEgr;-Signal gemäß U]_ anliegt und da noch kein Motorstrom fließt, wird aufgrund der erfüllten UND-Bedingung am ersten Teil 5.1 der Verknüpfungsschaltung 5 ein Einschaltsignal über die Treibervorrichtung 6 an den Triac 7 gegebenen, der dadurch den Einphasensynchronmotor 1 an die Wechselspannungsquelle L1;L2 anschließt; der Einphasensynchronmotor 1 wird somit durch Speisung mit einer positiven Halbwelle der Wechselspannungsquelle L1;L2 bestromt, so daß sein Rotor zu drehen beginnt und beschleunigt wird.Based on the assumption that the rotor, which assumes a zero position when stationary, generates an Ω signal corresponding to U3 at the output of the rotor position sensor 2 and that, due to the positive half-wave of the mains voltage u=f(t), an Ω signal corresponding to U]_ is also present at the output of the first part 3.1 of the mains voltage signal former 3 and since no motor current is yet flowing, a switch-on signal is given to the triac 7 via the driver device 6 due to the AND condition being fulfilled at the first part 5.1 of the logic circuit 5, which thereby connects the single-phase synchronous motor 1 to the AC voltage source L1;L2; the single-phase synchronous motor 1 is thus energized by being fed with a positive half-wave of the AC voltage source L1;L2, so that its rotor begins to rotate and is accelerated.
Die Steuerspannung für den Triac 7 wird in vorteilhafter Weise abgeschaltet, nachdem mittels des Motorstromsensors 4 über dessen ausgangsseitigem Signal U5=f(t) eine Bestromung der Statorwicklung des Einphasen-Synchronmotors 1 festgestellt wurde, um die Stromentnahme aus dem Netzteil 8 so gering wie möglich zu halten. Der Triac 7 bleibt jedoch solange eingeschaltet wie der durch Netzspannung, Motorinduktivität, die durch den permanenterregten Rotor induzierte Spannung in der Motorwicklung und durch den ohmschen Spannungsabfall bestimmte Motorstrom weiter fließt.The control voltage for the triac 7 is advantageously switched off after the motor current sensor 4 has detected that the stator winding of the single-phase synchronous motor 1 is being energized via its output signal U5=f(t) in order to keep the current consumption from the power supply unit 8 as low as possible. However, the triac 7 remains switched on as long as the motor current determined by the mains voltage, motor inductance, the voltage induced in the motor winding by the permanently excited rotor and the ohmic voltage drop continues to flow.
Reicht beim erstmaligen Zuschalten der positiven Halbwelle der Wechselspannungsquelle L1;L2 - wie zuvor geschildert die erzeugte Rotordrehbewegung nicht aus, um den Rotor in die nächste Rast-Nullstellung zu bringen, so wird der Rotorstellungssensor 2 gemäß Spannungsverlauf U3 seinen Signalpegel nicht verändern, d.h. weiterhin ein &EEgr;-Signal abgeben. Da während der nun folgenden negativen Halbwelle der Wechselspannungsquelle Ll;L2 vom ersten Schaltungsteil 3.1 des Netzspannungssignalformers 3 ein L-Signal an den ersten Teil 5.1 der Verknüpfungsschaltung 5 gegeben wird, ist dessen UND-Bedin-If, when the positive half-wave of the AC voltage source L1;L2 is switched on for the first time - as described above - the rotor rotation movement generated is not sufficient to bring the rotor into the next zero position, the rotor position sensor 2 will not change its signal level according to the voltage curve U3, i.e. will continue to emit an �EEgr; signal. Since during the now following negative half-wave of the AC voltage source L1;L2 an L signal is sent from the first circuit part 3.1 of the mains voltage signal former 3 to the first part 5.1 of the logic circuit 5, its AND condition is
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gung nicht erfüllt, so daß am Triac 7 kein Einschaltbefehl anliegt und somit die Verbindung der Wechselspannungsquelle Ll;L2 mit dem Einphasensynchronmotor 1 unterbrochen ist.requirement is not fulfilled, so that no switch-on command is present at the triac 7 and thus the connection of the alternating voltage source Ll;L2 with the single-phase synchronous motor 1 is interrupted.
Aufgrund der nunmehr nicht erfüllten Und-Bedingung wird vom ersten Teil 5.1 der Verknüpfungsschaltung 5 kein Einschaltbefehl an den Triac 7 gegeben, so daß dieser bei Erreichen des Nullwertes des Stromes geöffnet ist und somit der Einphasensynchronmotor 1 während der negativen Halbwelle nicht beströmt ist. Während der anschließenden positiven Halbwelle der WechselSpannungsquelle L1;L2 und dem weiterhin anstehenden &EEgr;-Signal gemäß U3 des Rotorstellungssensors 2 wird der Einphasen-Synchronmotor 1 bei nunmehr während der positiven Halbwelle wiederum geschlossenem Triac 7 bestromt und weiter beschleunigt.Due to the now unfulfilled AND condition, no switch-on command is given to the triac 7 by the first part 5.1 of the logic circuit 5, so that it is opened when the current reaches zero and thus the single-phase synchronous motor 1 is not supplied with current during the negative half-wave. During the subsequent positive half-wave of the AC voltage source L1;L2 and the still pending �EEgr; signal according to U3 of the rotor position sensor 2, the single-phase synchronous motor 1 is supplied with current and accelerated further with the triac 7 now closed again during the positive half-wave.
Wird nunmehr die zweite Nullstellung des Rotors erreicht, so wird vom Rotorstellungssensor 2 ein L-Signal entsprechend U4 in FIG 3 abgegeben, das durch einen Invertierungsteil 5.3 im zweiten Teil 5.2 der Verknüpfungsschaltung 5 invertiert wird, derart daß somit ein &EEgr;-Signal vom Rotorstellungssensor 2 dem zweiten Teil 5.2 der Verknüpfungsschaltung 5 vorgegeben ist. Da vom zweiten Teil 3.2 des Net&zgr;spannungssignalformers 3 bei negativer Halbwelle der Wechselspannungsquelle L1;L2 ebenfalls ein &EEgr;-Signal gemäß u^=f(t) anliegt und da noch kein Motorstrom fließt, ist die UND-Verknüpfung im zweiten Teil 5.3 der Verknüpfungsschaltung 5 erfüllt, so daß über die Treibervorrichtung 6 wiederum ein Einschaltsignal an den Triac 7 gegeben und nach dessen Einschalten der Einphasen-Synchronmotor 1 nunmehr im Bereich zwischen der zweiten Nullstellung und der ersten Nullstellung durch Speisung mit einer oder mehreren negativen Halbwellen der WechselSpannungsquelle L1;L2 weiterbeschleunigt werden kann. Aufgrund dieser dargestellten Ansteuerung ergibt sich dann ein Motorstromverlauf 5 gemäß i=f(t) gemäß FIG 9.If the second zero position of the rotor is now reached, the rotor position sensor 2 emits an L signal corresponding to U4 in FIG 3, which is inverted by an inverting part 5.3 in the second part 5.2 of the logic circuit 5, so that a �EEgr; signal from the rotor position sensor 2 is given to the second part 5.2 of the logic circuit 5. Since the second part 3.2 of the mains voltage signal former 3 also provides an ε signal according to u^=f(t) during a negative half-wave of the AC voltage source L1;L2 and since no motor current is yet flowing, the AND link in the second part 5.3 of the link circuit 5 is fulfilled, so that a switch-on signal is again sent to the triac 7 via the driver device 6 and after it is switched on, the single-phase synchronous motor 1 can now be accelerated further in the area between the second zero position and the first zero position by feeding it with one or more negative half-waves of the AC voltage source L1;L2. Due to this control shown, a motor current curve 5 according to i=f(t) is then obtained as shown in FIG 9.
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FIG 2 zeigt nach einer Ausgestaltung der Erfindung eine Vereinfachung der Vorrichtung gemäß FIG 1, derart daß unter Weglassung des Motorstromsensors 4 der Einschaltbefehl an den Triac 7 nicht in Abhängigkeit vom erfaßten Motorstrom sondern in Abhängigkeit von einem einfachen Zeitglied 9 aufgehoben ist.FIG. 2 shows, according to an embodiment of the invention, a simplification of the device according to FIG. 1, such that, by omitting the motor current sensor 4, the switch-on command to the triac 7 is not dependent on the detected motor current but rather on a simple timing element 9.
FIG 3 zeigt nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung eine Alternative zur Ausführung nach FIG 1 bzw. nach FIG 2; die Abschaltung des Zündimpulses für den Triac 7 erfolgt hierbei in Abhängigkeit von einer Erfassung der Durchlaßspannung über der Schaltstrecke des Triacs 7, z.B. mittels eines Spannungssensors 11, der eine positive bzw. negative Spannung an der Schaltstrecke des Triacs 7 nach Art eines Fensterkomparators mit vorgegebenen Referenzspannungen vergleicht und bei Detektierung einer Durchlaßspannung am Triac 7 ein entsprechendes Signal über seinen Ausgang an den ersten Teil 5.1 bzw. zweiten Teil 5.2 der Verknüpfungsschaltung 5 gibt und diese, ähnlich wie zu FIG 1 hinsichtlich der Stromerfassung beschrieben, den Zündimpuls für den Triac 7 verhindert bzw. aufhebt. Gegenüber der Motorstromdetektierung ergibt sich bei geringerer Meßverlustleistung ein eindeutiger erfaßbares, durch die Netzspannungsamplitude bestimmtes Signal.FIG 3 shows a further embodiment of the invention, an alternative to the embodiment according to FIG 1 or FIG 2; the switching off of the ignition pulse for the triac 7 is dependent on the detection of the forward voltage across the switching path of the triac 7, e.g. by means of a voltage sensor 11, which compares a positive or negative voltage at the switching path of the triac 7 with predetermined reference voltages in the manner of a window comparator and, when a forward voltage is detected at the triac 7, sends a corresponding signal via its output to the first part 5.1 or second part 5.2 of the logic circuit 5 and, similarly to the current detection described for FIG 1, prevents or cancels the ignition pulse for the triac 7. Compared to motor current detection, a clearly detectable signal determined by the mains voltage amplitude is obtained with lower measurement loss.
FIG 4 zeigt eine vorteilhafte Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Berücksichtigung der Phasenverschiebung zwischen Motorstrom einerseits und Motorspannung andererseits bzw. des sogenannten Bestromungswinkels zwischen der Bestromungsstellung des Rotors einerseits und dessen jeweiliger stromlosen Raststellung, z.B. bei einem Stufenpol. Um trotzdem ein maximales Motormoment sicherzustellen, wird der Einschaltimpuls und damit der Zündzeitpunkt des Triacs 7 vorverlegt; dies erfolgt nach einer Ausgestaltung der Erfindung, insbesondere bei vorteilhafter Anordnung des Stellungssensors innerhalb des Luftspalts und im Bereich zwischen zwei benachbarten Rotor-Polen und bei vorteilhafter Erregung des vor-FIG 4 shows an advantageous use of the device according to the invention for taking into account the phase shift between the motor current on the one hand and the motor voltage on the other hand or the so-called current angle between the current position of the rotor on the one hand and its respective currentless rest position, e.g. in the case of a stepped pole. In order to nevertheless ensure maximum motor torque, the switch-on pulse and thus the ignition point of the triac 7 is brought forward; this is done according to an embodiment of the invention, in particular with an advantageous arrangement of the position sensor within the air gap and in the area between two adjacent rotor poles and with advantageous excitation of the forward
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zugsweise als Hall-Element 2 ausgebildeten Stellungssensors durch das insbesondere dauermagneterregte Rotormagnetfeld selbst dadurch daß die Signale aus der speisenden Wechselspannung über eine Verzögerungsschaltung 10 an die Verknüpfungsschaltung 5 und damit an die Steuerung des Triacs 7 abgegeben und anschließend durch jeweiliges Umkehren der Vorzeichen der positiven bzw. negativen Spannungshalbwellen-Signale weitergegeben werden. In FIG 4 wird letzteres durch Kreuzen der Verbindungsleitungen zwischen den Ausgängen des ersten Teils 3.1 bzw. des zweiten Teils 3.2 des Netzspannungssignalformers 3 und den Eingängen des ersten Teils 5.1 bzw. des zweiten Teils 5.2 der Verknüpfungsschaltung 5 erreicht; insgesamt ergibt sich dadurch die gewünschte Voreilung des Einschaltimpulses.preferably designed as a Hall element 2 position sensor by the rotor magnetic field, which is particularly excited by a permanent magnet, itself in that the signals from the supplying alternating voltage are sent via a delay circuit 10 to the logic circuit 5 and thus to the control of the triac 7 and are then passed on by reversing the signs of the positive and negative voltage half-wave signals. In FIG 4, the latter is achieved by crossing the connecting lines between the outputs of the first part 3.1 and the second part 3.2 of the mains voltage signal former 3 and the inputs of the first part 5.1 and the second part 5.2 of the logic circuit 5; overall, this results in the desired advance of the switch-on pulse.
In vorteilhafter Weise ist unter Mitbenutzung der bisher erläuterten Vorrichtung mit geringem Aufwand auch ein Schutz gegen eine unerwünschte Drehrichtung beim Antrieb insbesondere einer Laugenpumpe, z.B. bei starken Unwuchterschütterungen des Waschautomaten oder bei rückfließender Laugenflüssigkeit möglich. Gemäß FIG 5 ist dazu neben dem ersten Stellungssensor 2 ein weiterer, am Umfang räumlich versetzter Stellungssensor 12.1 vorgesehen, beide Stellungssignale werden an eine Vergleichsschaltung 12.2, insbesondere in Form 5 eines Flip-Flops, gegebeii; bei Erkennen einer falschen Drehrichtung, z.B. aufgrund des Vorzeichens der Signaldifferenz, wird über die Verknüpfungsschaltung 5 die Ansteuerung des Triacs 7 gesperrt.In an advantageous manner, using the previously explained device, it is also possible to provide protection against an undesirable direction of rotation when driving a drain pump, in particular, e.g. in the case of strong imbalanced vibrations in the washing machine or in the case of backflow of drain liquid. According to FIG. 5, in addition to the first position sensor 2, a further position sensor 12.1 is provided, which is spatially offset on the circumference. Both position signals are sent to a comparison circuit 12.2, in particular in the form of a flip-flop. If an incorrect direction of rotation is detected, e.g. due to the sign of the signal difference, the control of the triac 7 is blocked via the logic circuit 5.
FIG 6 zeigt eine weitere Vereinfachung unter Mitbenutzung der aus FIG 4 in anderem Zusammenhang bekannten Schaltung derart, daß unter Verzicht auf einen weiteren Drehstellungssensor das zeitversetzte und mit dem Signal des ersten Stellungssensors 2 zu vergleichende Signal aus dem über die Verzögerungsschaltung 10 verzögerten einen Spannungssignal gewonnen wird, das im vorliegenden Fall an dem zweiten Teil 5.2 der Verknüp-FIG 6 shows a further simplification using the circuit known from FIG 4 in another context in such a way that, without using a further rotary position sensor, the time-delayed signal to be compared with the signal from the first position sensor 2 is obtained from the voltage signal delayed via the delay circuit 10, which in the present case is connected to the second part 5.2 of the connection.
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fungsschaltung 5 anliegt; das Ausgangssignal des Stellungssensors 2 ist dabei an den Eingang des ersten Teils 5.1 der Verknüpfungsschaltung 5 angeschlossen.ction circuit 5; the output signal of the position sensor 2 is connected to the input of the first part 5.1 of the logic circuit 5.
In beiden vorgenannten Fällen wird nach einer weiteren Ausgestaltung in Abhängigkeit von einer Erkennung einer falschen Drehrichtung ein der Vergleichsschaltung 12.2 nachgeschaltetes Zeitglied 12.3 eingeschaltet, daß die Zündmöglichkeit für den Triac 7 nur für eine festlegbare Zeit sperrt.In both of the above cases, according to a further embodiment, depending on the detection of an incorrect direction of rotation, a timer 12.3 connected downstream of the comparison circuit 12.2 is switched on, which blocks the ignition option for the triac 7 only for a definable time.
FIG 7 zeigt in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die einfache Umschaltung der Vorrichtung zum Antrieb des Synchronmotors auf eine verringerte Leistungsaufnahme nach dem Hochlauf in den Synchronismus durch eine entsprechende Phasenanschnittsteuerung. Dazu werden z.B. im einfachsten Fall nach einer bestimmten Startzeit, die durch ein Startzeitglied Tg festlegbar ist, durch zumindest eine der einen Spannungshalbwelle vorgeschaltete Verzögerungsschaltung 10 bzw.14 oder wie in FIG 7 dargestellt - durch beiden Spannungshalbwellen 0 vorgeschaltete Verzögerungsschaltungen 10,-14 auf einfache Weise die Zündzeitpunkte des Triacs 7 zu späteren Zündzeitpunkten verschoben.FIG 7 shows, in a further embodiment of the invention, the simple switching of the device for driving the synchronous motor to a reduced power consumption after the run-up to synchronism by means of a corresponding phase control. For this purpose, in the simplest case, for example, after a certain starting time, which can be set by a starting time element Tg, the ignition times of the triac 7 are simply shifted to later ignition times by at least one delay circuit 10 or 14 connected upstream of one voltage half-wave or, as shown in FIG 7, by delay circuits 10, -14 connected upstream of both voltage half-waves 0.
Falls an den Eingängen der Verknüpfungsschaltung 5 auch das Ausgangssignal eines Stromsensors 4 (FIG 1,4,5,6,7), z.B.
gemäß U5=f(t) in FIG 9, bzw. eines Spannungssensors 11
(FIG 3) anliegt, so steht der Wechselsspannungsschalter zusätzlich in Einschaltabhängigkeit von einem L-Pegel dieser
Signalspannung.
30If the output signal of a current sensor 4 (FIG. 1,4,5,6,7), e.g. according to U5=f(t) in FIG. 9, or of a voltage sensor 11 (FIG. 3) is also present at the inputs of the logic circuit 5, the AC voltage switch is additionally dependent on an L level of this signal voltage.
30
FIG 8 zeigt eine weitere Vereinfachung der Vorrichtung gemäß FIG 3 dahingehend, daß zur Bildung des Einschaltbefehls für den Wechselspannungsschalter das Referenz-Signal für die jeweils anliegende Wechselspannung direkt auf der Versorgungsspannungsebene über der Schaltstrecke des Wechselspannungsschalters 7 abgegriffen wird und somit auf eine gesonderteFIG 8 shows a further simplification of the device according to FIG 3 in that, in order to form the switch-on command for the AC switch, the reference signal for the respective AC voltage is tapped directly on the supply voltage level above the switching path of the AC switch 7 and thus on a separate
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Logiksignal-Zwischenebene mit einem vorgeschalteten, unmittelbar an die speisende Wechselspannungsquelle Ll;L2 angeschlossenen Net&zgr;spannungssignalformer 3 gemäß FIG 1 bis FIG verzichtet werden kann; das Ansteuersignal für den Wechselspannungssehalter 7 wird direkt aus der über dessen Hauptanschlußklemmen seiner Schaltstrecke abgegriffenen Spannung erzeugt und bei Erfüllung der vorgegebenen Verknüpfung mit dem Signal des Stellungssensors 2 im Sinne der gewünschten Drehmomentbildung als EinschaItimpuls an den Wechselspannungsschalter 7 weitergegeben. Wesentliche Schaltungsteile können bei diesem Ausführungsbeispiel sowohl für die Einschaltung als auch die spannungsabhängige Ausschaltung - wie anhand FIG 3 - gemeinsam genutzt werden, wobei zweckmäßigerweise die Funktion der Bauteile des Spannungssensors 11 und des Treibers 6 gemäß FIG 3 von der Verknüpfungsschaltung 4 gemäß FIG 8 mit übernommen werden; dabei ist ein erster Schaltungsteil 4.1 für die Verarbeitung der positiven Halbwelle der Wechselspannung parallel zu den Anschlüssen des Wechselspannungsschalters 7 und das zweite Schaltungsteil für die Verarbeitung der entsprechenden negativen Halbwelle verantwortlich.Logic signal intermediate level with an upstream mains voltage signal former 3 connected directly to the supplying AC voltage source L1;L2 according to FIG 1 to FIG can be dispensed with; the control signal for the AC voltage switch 7 is generated directly from the voltage tapped off via its main connection terminals of its switching path and, when the specified connection with the signal of the position sensor 2 is fulfilled in the sense of the desired torque generation, is passed on to the AC voltage switch 7 as a switch-on pulse. In this embodiment, essential circuit parts can be used jointly for both switching on and voltage-dependent switching off - as shown in FIG 3 - whereby the function of the components of the voltage sensor 11 and the driver 6 according to FIG 3 are expediently also taken over by the link circuit 4 according to FIG 8; A first circuit part 4.1 is responsible for processing the positive half-wave of the alternating voltage parallel to the terminals of the alternating voltage switch 7 and the second circuit part is responsible for processing the corresponding negative half-wave.
Der Wechselspannungsschalter 7 steht dazu in Einschaltabhängigkeit von einer Verknüpfungsschaltung 4 bei jeweils eingangsseitigem &EEgr;-Signal, hervorgerufen von einer positiven Halbwelle an der Schaltstrecke des Wechselspannungsschalters 7 und einem &EEgr;-Signal des Stellungssensors 2 bzw. bei eingangsseitigem &EEgr;-Signal, hervorgerufen von einer negativen Halbwelle an der Schaltstrecke des Wechselspannungsschalters 0 7 und einem L-Signal des Stellungssensors 2.The AC voltage switch 7 is switched on dependent on a logic circuit 4 in the case of an input-side &EEgr; signal, caused by a positive half-wave at the switching path of the AC voltage switch 7 and an &EEgr; signal from the position sensor 2 or in the case of an input-side &EEgr; signal, caused by a negative half-wave at the switching path of the AC voltage switch 7 and an L signal from the position sensor 2.
Wenn der Wechselspannungsschalter 7 eingeschaltet ist, bricht die Spannung über seiner Schaltstrecke bis auf die sogenannte Durchlaßspannung zusammen, diese reicht nicht mehr aus, um den Einschaltimpuls für den Wechselspannungsschalter 7 aufrechtzuerhalten .When the AC switch 7 is switched on, the voltage across its switching path collapses to the so-called on voltage, which is no longer sufficient to maintain the switch-on pulse for the AC switch 7 .
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Vom Schutzioinfang sind selbstverständlich nicht nur die beispielsweise für eine sogenannte positive Logik beschriebenen Signalverknüpfungen sondern auch deren entsprechende invertierte Zuordnung bei jeweils negativer Logik mitumfaßt. 5The protective effect naturally includes not only the signal connections described for a so-called positive logic, but also their corresponding inverted assignment for negative logic. 5
Claims (1)
Schut zansprüche13
Protection claims
20r) The signals of a position sensor (2) assigned to one voltage half-wave of the supplying alternating voltage and the course of the other voltage half-wave of the supplying alternating voltage, shifted by a certain angle, in particular delayed, are provided as time-shifted rotation signals.
20
5cut control is shifted in time by at least one voltage half-wave compared to the signal of the position sensor and the ignition time of the AC switch (7) is delayed.
5
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