NL8002349A - Toerentalregelinrichting voor een door een wissel- spanningsnet aangedreven universele motor. - Google Patents

Description

* — ·* 4 w Ίτ -1- 21102/JF/jl

Aanvrager: Robert Bosch GmbH, Stuttgart, West-Duitsland.

Korbfe aanduiding: Toerentalregelinrichting voor een door een wisselspan-ningsnet aangedreven universele motor.

5 De uitvinding heeft betrekking op een toerentalregelinrichting voor een door een wisselspanningsnet aangedreven universele motor met een in serie met de motor liggende gestuurde halfgeleider, in het bijzonder een thyristor, met een drempelwaardeschakelaar in de stuurketen van de gestuurde halfgeleider en met een RC-lid met instelbare tijdconstante 10 aan de ingangszijde van de drempelwaardeschakelaar.

Een dergelijke toerentalregelinrichting is bekend uit het Duitse Offenlegungsschrift 27 02 142. Volgens dit Duitse Offenlegungsschrift is de drempelwaardeschakelaar als uni-junctietransistor uitgevoerd, welke met de stuurelektrode ervan op een RC-lid is aangesloten. Aan het RC-lid 15 is een zenerdiode parallel geschakeld, welke op zijn beurt weer parallel aan het wisselspanningsnet ligt. Daardoor is de ingangsspanning voor het RC-lid in hoofdzaak constant; ook wanneer variaties in de netwisselspanning optreden. De condensator van het RG-lid bereikt in iedere positieve halve fase'van de netwisselspanning steeds op hetzelfde tijdstip de voor het 20 ontsteken van de uni-junctietransistor vereiste laadspanning en de stuurbare halfgeleider wordt daardoor steeds op hetzelfde tijdstip getriggerd.

Bij de zelfde ontstekingshoek betekent echter een hogere netspanning een hogere effectieve waarde van de bedrijfsspanning voor de motor. Het toerental van de motor zal zich dan ook eveneens overeenkomstig de variatie 25 in de netwisselspanning veranderen, hetgeen in het bijzonder bij een laag toerentalbereik van de motor als nadelig wordt ondervonden.

De uitvinding beoogt het hierboverï geschetste nadeel op te heffen en voorziet daartoe in een toerentalregelinrichting, van een in de aanhef genoemde soort, welke volgens de uitvinding is gekenmerkt, doordat 30 de drempelwaardeshcakelaar een kwa grootte stuurbare drempelwaarde omvat en dat een stuurschakeling is aangebracht, welke de drempelwaarde in afhankelijkheid van spanningsveranderingen in het wisselspanningsnet, bij voorkeur in hoofdzaak proportioneel daarmee, verandert.

De toerentalregelinrichting volgens de uitvinding heeft het voor-35 deel, dat de effectieve waarde van de aan de motor liggende spanning in hoofdzaak constant wordt gehouden. Hierdoor kan een met een dergelijke •toerentalregelinrichting uitgeruste universele motor door 220 V-netten worden bedreven, die een spanningsverschil van + 10 % omvatten, zonder dat 800 23 49 -2- 21102/JF/jl grote toerentalafwijkingen optreden. Ook gedurende het bedrijf van de motor in het net zelf optredende spanningsvariaties, welke het toerental beïnvloeden, worden zonder vertraging gecompenseerd. De motor loopt met een in hoofdzaak constant toerental. Door de toerentalcorrectie volgens de uitvin-5 ding, bij onderscheidenlijke netspanningswaarden, bestaat daarenboven geen gevaar meer dat een motor bij stilstaande schakelingsstand als gevolg van een te lage netspanning niet meer draait.

Een voordelige uitvoeringsvorm van de toerentalregelinrichting volgens de uitvinding, wordt verder gekenmerkt, doordat de drempelwaarde-10 schakelaar-als programmeerbare uni-junctietransistor is uitgevoerd en dat de stuurschakeling een bij voorkeur instelbare spanningsdeler omvat, aan de deleraftakking waarvan de anodestuuraansluiting van de programmeerbare uni-junctietransistor is aangesloten.

06k een voordelige uitvoeringsvorm van de toerentelregelinrich-15 ting volgens de uitvinding is gekenmerkt, doordat een tweede, bij voorkeur als thyristor uitgevoerde gestuurde halfgeleider tegengepoold en . parallel aan de eerste, gestuurde halfgeleider is geschakeld, waarvan de stuurketen inductief met de belastingsketen van de eerste gedtuurde halfgeleider is gekoppeld en een condensator omvat, welke allereerst op een 20 spanning oplaadbaar is, welke door de stroomsterkte in de belastingsketen van de eerste gestuurde halfgeleider afhankelijk is, welke dan met een bepaalde tijdsconstante verder tot de vereiste ontstekingsspaning voor een drerapelwaardeschakelaar in eai stuurelektrodetak van de tweede, gestuurde halfgeleider, oplaadbaar is.

25 De uitvinding zal nu aan de hand van een voorkeursuitvoeringsvorm worden toegelicht, alsmede onder verwijzing naar de tekening, waarin: fig. 1 een schakelschema van een toerentelregelinrichting volgens de uitvinding weergeeft; en de figuren 2 tot en met 4 telkens schematische diagrammen voor-3° stellen van het spanningsverloop op twee verschillende punten van de toerentalregelinrichting volgens de uitvinding, alsmede van het stroom-verloop in de motor voor drie onderscheidenlijk netspanningswaarden.

In het in fig. 1 van de tekening aangegeven schakelschema is de toerentalregelinrichting 10 volgens de uitvinding door een omraming ge-35 vormd door een streepstippellijn aangegeven. De toerentelregelinrichting 10 is met beide aansluitkïemmen 11 en 12 met een gebruikelijk wisselspan-ningsnet 15 met een spanning van 220 V en een frequentie van 50 Hz aangetoond. De toerentalregelinrichting 10 is met de aansluitkïemmen 13 en 14 8002349 -3- 21102/JF/jl verbonden met een universele motor 16 in de vorm van een seriecollector-motor verbonden. De motor 16 ligt daardoor in serie met een als een thyristor 17 uitgevoerde stuurbare halfgeleider, rechtstreeks aan het wissel-spanningsnet 15. De thyristor 17 wordt fase-aangesneden gestuurd. Hiertoe 5 is voorzien in een stuurketen, welke een drempelwaardeschakelaar 18 en een RC-lid 19 met een instelbare tijdsconstante omvat.

De drempelwaardeschakelaar 18 welke een stuurbare drempelwaarde omvat, is hier als een programmeerbare uni-junctie transistor 20 uitgevoerd. In het hiernavolgende zal de programmeerbare uni-junctietransistor 10 20 worden aangeduid met PUT 20. Een stuurschakeling 21 verandert de drempelwaarde van de PUT 20 in hoofdzaak evenredig met de variaties van de netspanning van het wisselspanningsnet 15. Deze stuurschakeling 21 omvat een instelbare spanningsdeler 22 welke uit de weerstanden 23, 24 en 25 bestaat, waarbij de weerstand 24 als potentiometer is uitgevoerd. De anode-15 stuuraansluiting van de PUT 20 is verbonden met de deleraftakking 26 van de spanningsdeler 22. Tüssen de deleraftakking 26 en het benedenste poten-tiaalpunt van de spanningsdeler 22 is nog een derapingscondensator 27 aangesloten. De kathode van de PUT 20 is via een weerstand 28 met stuurelek-troden van de thyristor 17 verbonden.

20 Het RC-lid 19 omvat een condensator 29, een weerstand 30 en een instelbare weerstand 31. De drie genoemde schakelingselementen zijn in serie geschakeld en parallel geschakeld aan een zenerdiode 32. Ter linearisering van het nullastoerental via de potentiometer weg is een verdere weerstand 56 parallel aan de instelbare weerstand 31 (potentiometer) 25 aangebracht. Tot de stuurschakeling 21 wordt daarenboven nog een weerstand 33, welke tezamen met de zenerdiode 36 een serieschakeling vormt, welke in serie met de weerstand 34 en parallel aan een diode 35 met de aansluitklemmen 11 en 12 van de toerentalregelinrichting 10 en daardoor parallel aan het wisselspanningsnet 15 is geschakeld. Parallel aan de serie-30 schakeling van de zenerdiode J32 en weerstand 33 is de spanningsdeler 22 aangesloten. Het RC-lid 19 is met de anode /an de PUT 20 verbonden en in het bijzonder is hier het knooppunt van condensator 20 en weerstand 30 met de anode van de PUT 20 verbonden.

Aan de thyristor 17 is een tweede thyristor 36 parallel en tegen-35 gepoold geschakeld, zodat in elke halve golf een netwisselspanning van het wisselspanningsnet 15 één van de beide thyristoren 17 en 36 telkens stroom kan voeren. De tweede thyristor 36 is eveneens fase-aangesneden gestuuii en omvat .hiertoe een stuurketen met een drempelwaardeschakelaar 8002349 * -4- 21102/JF/jl 37 en een RC-lid 38. De drempelwaardeschakelaar 37 is als triggerdiode 39 uitgevoefd, welke is aangebracht in de stuurelektrodetak van de thyristor 36. Het RC-lid 38 bestaat uit een condensator 40, welke enerzijds met de kathode van de thyristor 36 en anderzijds met de ingang van de trigger-5 diode 39 is verbonden.en uit een weerstand 41. Bovendien omvat de stuurke-ten nog een condensator 42, welke parallel aan het RC-lid 38 is geschakeld. De weerstand 41 van het RC-lid 38 is gelijktijdig een onderdeel van een aan de condensator 42 parallel geschakelde serieschakeling, welke nog een diode 43 en een weerstand 44 omvat.

De stuurketen voor de thyristor 36 is inductief met de belastings-këten van de thyristor 17 gekoppeld. Hiertoe is voorzien in een transformator 45, waarvan de primaire wikkeling 46 tussen de aansluitklemmen 14 van de toerentalregelinrichting 10 en de anode van de eerste thyristor 17 is tussengeschakeld. De secundaire wikkeling 47 en de transformator 45 15 ligt in serie met een diode 48 en de condensator 42. Een instelbare weerstand 49 is parallel geschakeld aan de secundaire wikkeling 47. Via de transformator 45 is de condensator 40 met het RC-lid 38 allereerst op een spanning oplaadbaar, welke afhankelijk is van de stroomsterkte in de be-lastingsketen van de eerste thyristor 17. Aansluitend en irf het bijzonder 20 gedurende die halve golf van de netwisselspanning van het wisselppannings-net 15 waarin de tweede thyristor 36 kan worden getriggerd, wordt de condensator $0 verder tot op de vereiste ontstekingsspanning van de drempelwaardeschakelaar 37 respectievelijk de triggerdiode 39 opgeladen. Hiertoe is voorzien in een uit de serieschakeling van een diode 50 en een weerstand 25 51 bestaande sperinrichting 52 voor de diode 43, welke enerzijds met de naar de aansluitklem 11 voerende leiding van de toerentalregelinrichting 10 en anderzijds met het nulpunt van de diode 43 en weerstand 44 is verbonden. Een uit de serieschakeling van een condensator 53 en een weerstand 54 bestaande thyristor beschermingsschakeling is met de aansluit-30 klem 11 en de aansluitklem 14 van de toerentalregelinrichting 10 verbonden. Een ontstoorcondensatorcombinatie 55 ligt tussen de aansluitklemmen 11 en 12 van de toerentalregelinrichting 10.

De in het voorgaande beschreven toerentalregelinrichting 10 werkt als volgt, 35 Gedurende een positieve halve golf van de netwisselspanning van het wisselspanningsnet 15 vloeit een stroom door de diode 35, de weerstand 34 en de serieschakeling van weerstand 33 en zenerdiode 32. Gaat men ervan uit, dat het wisselspanningsnet de juiste netspanning voert, (fig. 2, 8002349 -5- 21102/JF/ji \ Λ het 'eerste diagram), dan staat over de serieschakeling van zenerdiode 32 en weerstand 33 de in fig. 2 weergegeven somspanning U^2 + U^. Deze somspanning U^2 + U^ ligt aan de spanningsdeler 22. De condensator 28 van het RC-lid 19 wordt met de constante spanning U^2 opgeladen. Het spannings-5 verloop over de condensator 29 is in fig. 2 met U^g aangegeven en in de derde grafiek weergegeven. Zodra de spanning U2g de drempelwaardespanning üp^Q van de PUT 20 overschrijdt, welke door de instelbare weerstand 24 kan worden ingesteld, ontsteekt de PUT 20 en de thyristor 17 verkrijgt een ontstekingspuls. Door het geleidend worden van de thyristor 17 vloeit een 10 stroom door de motor 16, de secundaire wikkeling 46 van de transformator 45 en de thyristor 17, waarbij de grootte van deze stroom in eerste instantie door de belasting van de motor 16 afhankelijk is. Aangezien de voedingsspanning van het RC-lid 19 constant is, is ook bij een vastgelegde drempelwaardespanning Up^Q van de PUT 20 het ontstekingstijdstip van 15 de thyristor 17 binnen de positieve halve golfi van de netwisselspanning en veranderlijk vastgelegd. Verhoogde netspanning van het wisselspannings-net 5 met bijvoorbeeld +10 % (in fig. 3 door het "+"-symbool weergegeven), dan blijft de spanning U^2 constant en de spanning U^ over weerstand 33 stijgt evenredig met de spanningsverandering van het wisselspanningsnet.

20 De somspanning U^2 +U^, welke over de spanningsdeler 22 staat, verhoogt zoals in fig. 3 is weergegeven. Daardoor wordt ook de potentiaal van de deleraftakking 26 van de spanningsdeler 22 verhoogd en daardoor ook de drempelwaardespanning Up2Q van de PUT 20. Aangezien de condensator 29 van het RC-lid 19 met onveranderde tijdsconstante en ingangsspanning wordt 25 opgeladen, maar de drempelwaardespanning Up2Q van de PUT 20 hoger ligt, wofdt deze binnen de positieve halve golf van de netwisselspanning in de tijd later bereikt, zodat de ontstekingshoêk van de fase-aansnijsturing van de thyristor 17 wordt vergroot. Door de spanningsverhoging van de netwisselspanning is de topwaarde van de aan de motor 16 liggende spanning 30 eveneens verhoogd. Bij geschikte dimensionering van de stuurketen voor de thyristor 17 wordt echter de ontstekingshoek van de thyristor 17 zo ver verschoven, dat de effectieve waarde van de gedurende de positieve halve fase van de netwisselspanning aan de motor 16 liggende spanning met betrekking tot het daaraan voorafgaande bedrijf met nominale netwissel-35 spanning in hoofdzaak onveranderd blijft.

Daalt de netwisselspanning onder de nominale waarde, zoals in fig. 4 is weergegeven, en met het symbool is aangeduid, dan wordt in gelijke mate de somspanning U^2 + U^ gereduceerd. De drempelwaarde- 800 2 3 49

J

f -6- 21102/JF/jl spanning Up 20 van de PUT 20 daalt eveneens. Daardoor wordt het ontste-kingstijdstip van de thyristor 17 gedurende de positieve halve fase van de netwisselspanning verschoven. De ontstekingshoek van de thyristor 17 wordt daardoor zover Verkleind, dat ondanks de kleinere topwaarde van de aan de 5 motor 16 liggende spanning de effectieve waarde ervan in hoofdzaak constant blijft met betrekking tot nominaal, bedrijf.

Zodra de thyristor 17 ontsteekt, vloeit door de serieschakeling van de motor 16, secundaire wikkeling 46 van de transformator 45 en de thyristor 17 een stroom welke in de figuren 2 tot en met 4 voor de 10 corresponderende verschillende 'spanningswaarden van de netwisselspanning zijn weergegeven en is aangeduid met IM . Deze stroom roept in de secundaire wikkeling 47 en de transformator 45 een overeenkomstige stroom op, welke de condensator 42 óplaadt. Dit opladen aan het einde van de positieve halve golf is van de grootte van de topwaarde van de telkens vloeiende 15 stroom afhankelijk. Nog gedurende de positieve halve golf van de netwisselspanning ontlaadt zich de condensator 42 reeds gedeeltelijk over de serieschakeling van de weerstand 41, diode 43 en de weerstand 44. Bij een geschikte dimensionering van de schakelingelementen wordt deze oplading van de condensator 40 in ieder geval zo klein gehoudep, dat de ont- 20. stekingsspanning van de triggerdiode 39 niét wordt bereikt.

Aan het begin v.an de negatieve halve golf van de netwisselspanning begint dan een stroom via de serieschakeling van diode 50, weerstand 51 en weerstand 44 te vloeien, hetgeen tot gevolg heeft, dat de diode 43 spert. Met het sperren van de diode 43 wordt de condensator 40, uit-25 gaand van het gedurende de positieve halve golf bereide ladingsniveau, door de weerstand 42 verder opgeladen. Zodra de laadspanning van de condensator 40 de ontstekingsspanning van de triggerdiode 39 overschrijdt, slaat deze door en de thyristor 36 wordt getriggerd.

Aangezien de stroom 1^ door de motor 16 in hoofdzaak van de be-30 lasting van de motor afhankelijk is, is het mogeliSk, de voeding van de motor 16 gedurende elke tweede halve golf van de netwisselspanning in afhankelijkheid van de belasting van de motor te regelen en in het bijzonder in die zin, dat het toerental'onafhankelijk van de steeds geldende belasting zo goed mogelijk in stand wordt gehouden. Aangezien echter ook, 35 zoals in de figuren 2 tot en met 4 is weergegeven, de topwaarde van de door de motor 16 vloeiende stroom 1^ bij spanningsveranderingen in het wisselspanningsnet 15 door de stuurketen voor de thyristor 17 in tegenovergestelde zin wordt beïnvloed, verandert ook het ladingsniveau van de 800 2 3 49 - -7- 21102/JF/jl condensator 40 en de stuurketen voor de tweede thyristor 3ö} welke zoals hiervoorafgaand toegelicht onafhankelijk van de topwaarde van de stroom IM in de belastingsketen van de eerste thyristor 17 is. Hierdoor wordt ook rekening gehouden met de zich veranderende of veranderde netwissel-5 spanning in de tweede (negatieve) halve golf van de netwisselspanning in de zin van een verbeterd toerentalconstantheid, bij een zich veranderende netwisselspanning.

De uitvinding is niet op het hiervoor beschreven uitvoeringsvoor-beeld beperkt. Zo is het bijvoorbeeld mogelijk de stuurketen voor de 10 tweede thyristor 36 zoals in het Duitse Offenlegungsschrift 27 02 1^2 op te bouwen, zonder dat de voordelen volgens de uitvinding verloren gaan.

Ook is het mogelijk in de tweede halve golf van een netwisselspanning zoals in de praktijk vaak wordt tegengekomen in het geheel niet te voorzien in een stuur-en regelmogelijkheid.

t -CONCLUSIES- 800 2 3 49

Claims (10)

1. Toerentalregelinrichting voor een door een wisselspanningsnet aangedreven universele motor met een in serie met de motor liggende, ge- 5 stuurde halfgeleider, in het bijzonder een thyristor, met een drempelwaar-deschakelaar in de stuurketen van de gestuurde halfgeleider en met een RC-lid met instelbare tijdconstante aan de ingangszijde van de drempel-waardeschakelaar, met het kenmerk, dat de drempelwaardeschakelaar(18) een kwa grootte stuurbare drempelwaarde omvat en dat een stuurschakeling (21) 10 is aangebracht, welke de drempelwaarde in afhankelijkheid van spanningsveranderingen in het wisselspanningsnet (15), bij· voorkeur in hoofdzaak proportioneel daarmee, verandert.

2. Toerentalregelinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de drempelwaardeschakelaar (18) als programmeerbare uni-junctietran- 15 sistor (20) is uitgevoerd en dat de stuurschakeling (21) een bij voorkeur instelbare spanningsdeler (22) omvat, aan de deleraftakking waarvan (26) de anodestuuraansluiting van de programmeerbare uni-junctietransistor (20) is aangesloten.

3. Toerentalregelinrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, 20 dat de stuurschakeling (22) een weerstand (33) omvat, welke met een bij voorkeur als zenerdiode (32) ·. uitgevoerd, spanningsbegrenzingselement, een serieschakeling vormt, welke bij voorkeur in serie met een diode (35) parallel aan het wisselspanningsnet (15) is . geschakeld en dat de spanningsdeler (22) parallel aan de serieschakeling (32', 33) is gescha-25 keld.

4. Toerentalregelinrichting volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat tussen de deleraftakking (26) en liet benedenste potentiaalpunt van de spanningsdeler (22) een dempingscondensator (27) is aangesloten.

5. Toerentalregelinrichting volgens één van de conclusies 2-4, 30 met het kenmerk, dat de anode van de programmeerbare uni-junctietransistor (20) met het RC-lid (19) en de kathode met de stuurelektrode van de gestuurde halfgeleider (17) is verbonden.

6. Toerentalregelinrichting volgens één van de conclusies 1-5, met het kenmerk, dat een tweede, bij voorkeur als thyristor uitgevoerde, 35 gestuurde halfgeleider (36) tegengepobld en parallel aan de eerste, gestuurde halfgeleider(17) is geschakeld, waarvan de stuurketen inductief met de belastingsketen van de eerste gestuurde halfgeleider (17) is gekoppeld en een condensator (40) omvat, welke allereerst op een spanning 800 2 3 49 -9- 21102/JF/jl oplaadbaar is, welke door de stroomsterkte in de belastingsketen van de eerste gestuurde halfgeleider (17) afhankelijk is, welke dan met een bepaalde tijdconstante verder tot de vereiste ontstekingsspanning voor een drempelwaardeschakelaar (37) in de stuurelektrodetak van de tweede, ge-5 btuurde halfgeleider (36) oplaadbaar is.

7. Toerentalregelinrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat ter inductieve koppeling van de belastingsketen van de eerste, gestuurde halfgeleider (17) met de stuurketen van de tweede, gestuurde halfgeleider (36) is voorzien in een transformator (45), waarvan de primaire 10 werking in de belastingsketen van de eerste gestuurde halgeleider (175 en waarvan de secundaire wikkeling in de stuurketen van de tweede gestuurde halfgeleider (36) ligt.

8. Toerentalregelinrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat parallel aan de condensator (40) de serieschakeling van een diode (43) 15 en een weerstand (44) en deze op zijn beurt de serieschakeling van een weerstand (41) en een condensator (42), welke in serie ligt met een diode (48), parallel met de secundaire wikkeling (47) van de transformator (45) is parallel geschakeld en dat verder is voorzien in een de diode (43) gedurende de halve golf van de netwisselspanning, waarin de tweede gestuurde 20 halfgeleider (36) triggerbaar is, sperrende sperinrichfcing (52).

9. Toerentalregelinrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de sperinrichting (52) een serieschakeling van een diode (50) en een weerstand (51) omvat, welke enerzijds met de anode van de tweede gestuurde halfgeleider (36) en anderzijds met het knooppunt tussen de dioden (43) 25 en weerstand (44) is verbonden.

10. Toerentalregelinrichting volgens één van·de conclusies 7-9, met het kenmerk, dat parallel aan de secunda’ire wikkeling (47) van de transformator (45) een instelbare weerstand (49) is geschakeld. Eindhoven, februari 1980. 800 23 49