SE505506C2

SE505506C2 - Device for speed control of a series winding universal motor

Info

Publication number: SE505506C2
Application number: SE9500244A
Authority: SE
Inventors: Magnus Carl Wilhelm Lindmark
Original assignee: Electrolux Ab
Priority date: 1995-01-24
Filing date: 1995-01-24
Publication date: 1997-09-08
Also published as: SE9500244D0; EP0872012A1; CA2208071A1; CN1169214A; KR19980701559A; WO1996023349A1; JPH10513036A; SE9500244L

Abstract

In a device for control of the speed of a series motor (10) powered from an AC source (16, 17), the free end of the rotor winding (13) is connected to one terminal (16) of the power source and the free end of the stator winding (L1, L2) is connected to the other terminal (17) of the power source via a first two-way silicon controlled rectifier (19), and the stator winding (L1, L2) being further provided with a tap (U) connected to the other terminal (17) of the power source via a second two-way silicon controlled rectifier (20). Means (P1, 22, 23; P2, 24, 25) are provided to generate and supply first trigger pulses to the first controlled rectifier (19) and second trigger pulses to the second controlled rectifier (20), the trigger pulse generating means (P1, 22, 23; P2, 24, 25) being adapted to supply the second trigger pulses only when the first controlled rectifier (19) is fully conducting.

Description

10 15 20 25 30 35 505 506 2 Uppfinningen har till ändamål att tillhandahålla en styr- anordning för en universalmotor av inledningsvis angivet slag som nædger effekttag upp till ca 1.500 W utan att därvid övertonshalten i uttagen ström överstiger förutbestämda godtag- bara värden. Ändamålet uppnås vid en styranordning som uppvisar de i patentkravet 1 angivna särdragen. 10 15 20 25 30 35 505 506 2 The object of the invention is to provide a control device for a universal motor of the type initially indicated which reaches power consumption up to about 1,500 W without thereby the harmonic content of the withdrawn current exceeds predetermined acceptances only values. The object is achieved by a control device which has the features specified in claim 1.

Uppfinningen skall nu beskrivas närmare i anslutning till två utföringsexempel med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: Fig. 1 visar ett kopplingsschema över en styranordning enligt uppfinningen i ett första utförande, Fig. 2 visar ett kopplingsschema över en styranordning enligt uppfinningen i ett andra utförande och fig. 3 visar diagram över kurvformer för motorströmmen och uttagsspänningen i. anordningen enligt fig. 1. Tre deldiagram a, b och c är visade.The invention will now be described in more detail in connection with two embodiments with reference to the accompanying drawings, on which: Fig. 1 shows a wiring diagram of a control device according to the invention in a first embodiment, Fig. 2 shows a wiring diagram of a control device according to the invention in a second embodiment and Fig. 3 shows diagrams of curve shapes for the motor current and the terminal voltage in the device according to Fig. 1. Three sub-diagrams a, b and c are shown.

I fig. 1 visas en universalmotor 10 vilken på brukligt sätt är försedd med borstar 11, 12 och en rotorlindning, schematiskt betecknad med 13, vars ändar via en komutator 14 kan förbindas med respektive borste 11, 12. Borsten ll är via en ledare 15 ansluten till ena polen 16 på en 'växelströmskälla vilken exempelvis tillhandahåller en växelspänning på 230 V med frekvensen 50 Hz. Växelströmskällans motsatta pol är betecknad 17 och är via en ledare 18 ansluten till en gemensam kopplings- punkt P i kopplingen.Fig. 1 shows a universal motor 10 which in the usual way is provided with brushes 11, 12 and a rotor winding, schematically denoted by 13, the ends of which can be connected via a commutator 14 with the respective brush 11, 12. The brush ll is via a conductor 15 connected to one pole 16 on an AC power source which for example, provides an alternating voltage of 230 V with the frequency 50 Hz. The opposite pole of the AC power source is designated 17 and is connected via a conductor 18 to a common connection point P in the coupling.

Borsten 12 på motorn är ansluten till ena änden på stator- lindningen som bildas av lindningsdelarna L1 och L2, mellan vilka en uttagspunkt U är anordnad. Den fria änden på lind- ningen L2 är via en första styrd dubbelriktad halvledarström- ställare 19, Ut- tagspunkten U är via en andra styrd halvledarströmställare 20 av typen triac ansluten till kopplingspunkten P. Utan att funktionen förändras kan motorn vara utförd med delad stator- lindning där en mot lindningen Ll, L2 svarande lindningshälft är anordnad mellan borsten ll och ledaren 15. Denna lindnings- såsom en triac, förbunden med punkten P. hälft saknar uttag.The brush 12 on the motor is connected to one end of the stator the winding formed by the winding parts L1 and L2, between which an outlet point U is arranged. The free end of the wrap L2 is via a first controlled bidirectional semiconductor current stand 19, Ut- the take-off point U is via a second controlled semiconductor switch 20 of the type triac connected to the connection point P. Without function changes, the motor can be made with split stator winding where a winding half corresponding to the winding L1, L2 is arranged between the brush 11 and the conductor 15. This winding such as a triac, connected to the point P. half have no outlets.

En första triggkrets för triacen 19 består av en potentiome- ter P1 som via en kondensator 22 är ansluten till kopplings- punkten P. Kopplingspunkten mellan potentiometern P1 och 10 15 20 25 30 35 50.5 506 3 kondensatorn 22 är via en triggkomponent 23 av typen DIAC för- bunden med styrelektroden på triacen 19.A first trigger circuit for the triac 19 consists of a potentiometer. P1 which is connected via a capacitor 22 to the connection point P. The connection point between potentiometer P1 and 10 15 20 25 30 35 50.5 506 3 the capacitor 22 is connected via a trigger component 23 of the DIAC type bottom with the control electrode of the triac 19.

En andra triggkrets för triacen 20 bildas av en potentiome- ter P2 som via en kondensator 24 är förbunden med kopplings- punkten P. Potentiometern P2 är med sin motsatta ände via en ledare 25 och ledaren 15 förbunden med polen 16 på växelströms- källan. Kopplingspunkten mellan potentiometern P2 och kondensa- torn 24 är via en triggkomponent 25 av typen DIAC förbunden med styrelektroden på triacen 20. De två potentiometrarna Pl och P2 är mekaniskt förbundna med varandra av skäl som kommer att framgå i det följande. Förbindningen har antytts med en streckad linje 26.A second trigger circuit for the triac 20 is formed by a potentiometer. P2 which is connected via a capacitor 24 to the coupling point P. The potentiometer P2 is with its opposite end via a conductor 25 and conductor 15 connected to pole 16 on AC power the source. The connection point between the potentiometer P2 and the capacitor tower 24 is connected via a trigger component 25 of the type DIAC to the control electrode of the triac 20. The two potentiometers P1 and P2 are mechanically connected to each other for reasons that will appear below. The connection has been indicated by a dashed line 26.

Funktionen av anordningen enligt fig. 1 skall nu beskrivas med hänvisning även till diagrammet i fig. 3. I ett lägre effektområde, exempelvis upp till ca 1.000 W, utnyttjas triacen 19 för att reglera varvtalet på motorn 10 till önskad nivå. Upp till denna effekt ger motsvarande strömuttag på grund av den använda fasvinkelstyrningen inte upphov till övertoner med en övertonshalt överstigande godtagbara värden.The operation of the device according to Fig. 1 will now be described with reference also to the diagram in Fig. 3. In a lower power range, for example up to about 1,000 W, the triac is used 19 to regulate the speed of the motor 10 to the desired level. Up to this effect provides the corresponding power outlet due to it use phase angle control does not give rise to harmonics with a harmonic content exceeding acceptable values.

Triacen 19 med tillhörande triggkrets, bestående av poten- tiometern Pl, kondensatorn 22 och diacen 23, fungerar på konventionellt sätt och som framgår i fig. 3a ger triggkretsen en triggsignal vid önskad, av potentiometerns inställning beroende tidpunkt tl och triacen 19 börjar leda. Triacen fortsätter därefter att leda under resten av halvperioden.Triacen 19 with associated trigger circuit, consisting of potential the ten meter P1, the capacitor 22 and the diacene 23, operate on conventional manner and as shown in Fig. 3a gives the trigger circuit a trigger signal at the desired, of the potentiometer setting dependent time t1 and the triac 19 begins to lead. Triacen then continues to lead for the remainder of the half.

Under en efterföljande negativ halvperiod är förloppet lik- artat.During a subsequent negative half-period, the course is similar artat.

När motorn önskas driven i ett högre varvtalsområde motsva- rande effekter upp till maximal effekt utnyttjar man fenomenet att en lägre magnetisering i motorn gör det möjligt för denna att arbeta med högre varvtal. Man låter därvid triacen 20 styra motorns drivning via uttaget U och kopplar sålunda bort lindningsdelen L2. Förutsättningen för att detta ska ske problemfritt är att innan triacen 20 kan börja leda triacen 19 är fullt utstyrd, dvs har varit ledande från halvperiodens början. För detta ändamål kan potentiometrarna vara gangade, dvs anordnade på samma axel och på sådant sätt att innan P2 tillåts lämna sitt nolläge, eller läge med största resistans, potentiometern P1 intagit ett läge där' dess resistans är 10 15 20 25 30 35 505 506 4 minimal. Förhållandet illustreras i. fig. 3b som visar hur triacen 19 leder helt från början av halvperioden till punkten t2 då P2 påverkas så att triggpulser avges till triacen 20 och denna sålunda börjar leda. Som framgår ökar strömmen språngar- tat från ett värde Il till ett högre värde I2 och följer därefter en högre kurva I' fram till halvperiodens slut. I fig. 3c återges uttagsspänningen i punkten U som även utgör spän- ningen över den ledande triacen 19. Denna spänning går negativ vid tidpunkten t2 då triacen 20 börjar leda och släcker därvid triacen 19. Detta är väsentligt för att den önskade funktionen skall erhållas. Om triacen 19 skulle fortsätta att leda kan värmeproblem uppstå i lindningsdelen L1.When the engine is to be driven in a higher speed range corresponding to effects up to maximum effect, the phenomenon is used that a lower magnetization in the motor makes this possible to work at higher speeds. The triac 20 is then allowed to control drive the motor via the socket U and thus disconnects the winding part L2. The prerequisite for this to happen problem-free is that before the triac 20 can begin to lead the triac 19 is fully equipped, ie has been leading from the half period beginning. For this purpose, the potentiometers can be operated, i.e. arranged on the same axis and in such a way that before P2 allowed to leave its zero position, or position with maximum resistance, potentiometer P1 has assumed a position where 'its resistance is 10 15 20 25 30 35 505 506 4 minimal. The relationship is illustrated in Fig. 3b which shows how triac 19 leads from the beginning of the half period to the point t2 when P2 is actuated so that trigger pulses are emitted to the triac 20 and this thus begins to lead. As can be seen, the current increases from a value I1 to a higher value I2 and follows then a higher curve I 'until the end of the half-period. In FIG. 3c, the terminal voltage is represented at point U, which also constitutes the voltage. over the conductive triac 19. This voltage is negative at the time t2 when the triac 20 begins to conduct and thereby extinguishes triacen 19. This is essential for the desired function shall be obtained. If the triac 19 were to continue to lead can heat problems occur in the winding part L1.

I fig. 2 visas ett alternativt utförande av uppfinningen där de enkla triggkretsarna i fig. 1 ersatts av en elektronisk styrkrets 27 av integrerad typ och av vanligt slag. Som i fig. 1 är motorn styrd av triacar 19, 20 och samma beteckningar som i fig. 1 har här använts för att beteckna identiska delar.Fig. 2 shows an alternative embodiment of the invention there the simple trigger circuits in Fig. 1 have been replaced by an electronic one control circuit 27 of integrated type and of ordinary type. As in FIG. 1, the engine is controlled by triacar 19, 20 and the same designations as in Fig. 1 has been used here to denote identical parts.

Styrkretsen är utförd med en utgång TR1 som via en ledare 28 är ansluten till styrelektroden på triacen 19. Styrkretsen har vidare en utgång TR2 som via en ledare 29 är ansluten till styrelektroden på triacen 20. En ingång IN på styrkretsen 27 tillförs en spänning eller en ström som kan varieras med en potentiometer P3 för att ställa in önskat varvtal inom motorns hela varvtalsområde. Potentiometern P3 kan ersättas av ett annat ställdon såscmnen tryckkänslig anordning (vakuumdosa) för automatisk inställning och reglering av önskad hastighet.The control circuit is made with an output TR1 which is via a conductor 28 connected to the control electrode of the triac 19. The control circuit has further an output TR2 which is connected via a conductor 29 the control electrode on the triac 20. An input IN on the control circuit 27 a voltage or current is applied which can be varied by one potentiometer P3 to set the desired speed within the motor entire speed range. Potentiometer P3 can be replaced by one other actuator as well as pressure sensitive device (vacuum box) for automatic setting and regulation of the desired speed.

Alternativt kan ställdonet på ingången IN anbringa en digital signal som innehåller information om önskat varvtal. En an- slutning A på styrkretsen 27 är förbunden med kopplingspunkten P.Alternatively, the actuator can apply a digital to the input IN signal that contains information about the desired speed. An an- terminal A on the control circuit 27 is connected to the connection point P.

Funktionen av det i fig. 2 visade utförandet av anordningen enligt uppfinningen är likartad den som gäller för utförandet enligt fig. 1. Sama villkor gäller dock som tidigare att triacen 19 måste vara fullt utstyrd innan triacen 20 kan börja leda. Detta villkor kan läggas in i styrkretsen 27 så att exem- pelvis triggpulser på utgången TR2 avges endast under förut- sättning att ställdonet (P3) är inställt för ett varvtal som är högre än det där triggpulserna på den första utgången (TR1) ger full utstyrning av den första dubbelriktade halvledarström- 505 506 5 ställaren (19). Styrkretsen kan utgöras av en mikrodator och styrvillkoren kan inprogrameras på känt sätt.The function of the embodiment of the device shown in Fig. 2 according to the invention is similar to that which applies to the embodiment according to Fig. 1. However, the same conditions apply as before that the triac 19 must be fully equipped before the triac 20 can begin lead. This condition can be entered in the control circuit 27 so that pelvic trigger pulses at the output TR2 are emitted only during setting that the actuator (P3) is set for a speed that is higher than that trigger pulse on the first output (TR1) provides full equipment of the first bidirectional semiconductor current 505 506 5 the switch (19). The control circuit can consist of a microcomputer and the control conditions can be programmed in a known manner.

Claims

10 15 20 25 30 35 505 506 6 P a t e n t k r a v

A device for speed control of a series-wound universal motor (10), fed from an alternating current source (16, 17), the free end of the rotor winding (13) being connected to one pole of the alternating current source (16) and the free end of the stator winding ( L1, L2) via a first controlled bi-directional semiconductor switch (19) is connected to the second pole (17) of the AC source and further the stator winding (L1, L2) is provided with a socket (U) which via a second controlled bi-directional semiconductor switch (19) 20) is connected to the second pole (17) of the AC source, that (P1,22,23; P2,24,25) are arranged to generate and supply first trigger pulses to the first (19) and second trigger pulses to the second controlled semiconductor switch. (20), wherein the trigger pulse generating means (P1, 22,23; P2,24,25) are arranged to supply the second trigger pulses only provided (19) is fully characterized thereof, means that the first controlled semiconductor switch is equipped.

Device according to claim 1, characterized in that the trigger pulse generating means (P1,22,23; P2,24,25) consist of a first trigger circuit with a first potentiometer (P1) for the first controlled semiconductor switch (19) and a second trigger circuit with a second potentiometer (P2) for the second controlled semiconductor switch (20), the first potentiometer (P1) being supplied with alternating voltage from the terminal (U) on the stator winding (L1, L2) while the second potentiometer (P2) fed from the first pole (16) on the AC power source, and the two potentiometers (P1, P2) are so mechanically interconnected (20) or otherwise interconnected that changing the resistance of the second potentiometer (P2) to values such as causes an increase in motor speed to take effect only when the first potentiometer (P1) is in a position involving full control of the first controlled semiconductor switch (19).

Device according to claim 2, characterized in that the first and second trigger circuits consist of a series connection of the respective potentiometer (P1; P2) and a capacitor (22; 24) whose opposite end is connected to the second pole (17) of 10 505 506 7, the connection point between the potentiometer (P1; P2) and the capacitor (22; 24) via a DIAC (23; 25) is connected to the control electrode of the respective bidirectional controlled semiconductor switch (19; 20).

Device according to claim 1, characterized in that the trigger pulse generating means consist of an integrated control circuit (27) comprising an actuator (P3) for adjusting the speed of the motor within its entire speed range by supplying an input (IN) of a suitable voltage, current , digital signal and the like. and further provided with a first output (TR1) arranged to deliver trigger pulses to the first bidirectional semiconductor switch (19) and with a second output (TR2) arranged to deliver trigger pulses to the second bidirectional semiconductor switch (20), wherein trigger pulses are emitted on the second output (TR2) only when the actuator (P3) is set to produce trigger pulses on the first output (TR1) which provide full control of the first bidirectional semiconductor switch (19).

Device according to Claim 4, characterized in that the actuator (P3) consists of a potentiometer arranged for a voltage or current corresponding to (IN) (27). the input of the control circuit apply one to the desired