DE1513362A1

DE1513362A1 - Motorregelschaltung

Info

Publication number: DE1513362A1
Application number: DE19651513362
Authority: DE
Inventors: Reuben Wechsler
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1964-09-22
Filing date: 1965-09-21
Publication date: 1969-08-28
Also published as: GB1091846A; US3358205A; NL6512274A

Description

80. 5«pt. 1965 Gzl/go· MOTOROLA, Ine.

Motorregelschaltung

Di· Erfindung betrifft «ine Regelschaltung, insbesondere sur Regelung der Drehzahl von Elektromotoren.

NornaIe Elektromotoren Verlieren an Drehmoment, wenn sie bei niedrigen Drehzahlen laufen und nicht »it einer besonderen Geschwindigkeits-RegelschaUung versehen sind. In solchen Schaltungen verwendet man manchmal gesteuerte Halbleitergleichrichter, etwa Siliciumgleichrichter. Bin selcher Gleichrichter, führt den Motor Stroai nur während eines Abschnitts der Periode des Wechselstromes zu und das Drehmoment läßt sich dadurch ändern, daß man die Dauer dieses Leitabschnittes und damit die dem Motor zugeführte Durchschnittsspannung ändert. Unter "Durchschnitt" sei im folgenden der aus der absoluten Höhe der Spannung während einer vollen Periode ohne Rücksicht auf das Vorzeichen gebildete Wert verstanden·

Manche Schaltungen verwenden zur Erhaltung des Drehmomentes bei niedrigen Drehzahlen ein Rückkopplungssignal, das von der Spannung abgeleitet wird, die in dem Motor während des Abschnittes des Eingangssignale, in dem der gesteuerte Siliziumgleichrichter nichtleitend ist, induziert wird. Bei Verwendung einer derartigen Schaltung mit normalen Universalmotoren muß man sich entweder mit dmr aufgrund dma Restfeldes induzierten EMK zufriedengeben, oder es muß eine Schaltung vorgesehen werden, die das Fold während dieses Periodanabschnittes getrennt speist. Aus Ko-3tengrlinden hat man meist nach der Restfeldmethode gearbeitet. Ein großer Nachteil hierbei ist es, daß man getrennte Anschlüsse für dike Feld- und Ankerwicklungen benötigt, wodurch sich die Schttlturg schwierig ale getrennte Steuereinrichtung benutzen

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Ziel der Erfindung ist di· Schaffung einer verbesserten Oeschwindigkeitaregeleinrichtung für elektrische Motoren· Sie •oll keine besonderen Anschlüsse an die Feld- und Ankerwicklungen des Motors orfordern und sich daher leicht in den Schaltkasten oder in einem von· Schaltkasten getrennten Steuerkasten einbauen laason.

Sin Merkmal des erfindungsgemäden Motorreglers ist ein gesteuerter Halbleitergleichrichter zur Steuerung der den Motor asu£S» " führten mittleren Spannung« wobei die HalbleiterdurchlaBz«±t, mit Hilfe eines von Laatstrom abgeleiteten Rückkopplungasignalβ gesteuert wird. Ein weiteres Merkmal ist insbesondere dio Verwendung eines gesteuerten Siliziumgleichrichters und eines Doppelweg-BrÜckengleichrlchters zur Steuerung der (tesi Motor zugeführten Spannung« wobei mittels des vom Laststrom abgeleiteten Rüekkopplungssignales der Siliziumgleichrichter angeschaltet wirdf so daß auch bei niedrigen Drehzahlen das Drehmoment erhalten bleibt,

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der neuen Erfindung ergeben sich aus den Darstellungen eines Ausführungsbeispiele und der nachfolgenden Beschreibung.

Es zeigt
Figur 1:
ein schematisches Schaltbild zur Veranschaulichung der Erfindung)

Figur 2;

eine Darstellung der zeitlichen Änderung der Emitterspannung des in der Schaltung neoh Figur 1 dargestellten Ein-Übergangs« Transistors (unijunction transistor) für zwei Fälle des Laststromes, und

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ein Diagramm der dam Siliciumgleichrichter nach Figur 1 «ugeführten Impuls spannung, über der Zeit aufgetragen für die beiden in Figur 2 dargestellten Belastungafälle.

Die Motorgeschtrindigkeitsreglerschaltung benutzt einen Vollweg»

der
Gleichrichter,/zur Bildung eine· Reihenkreiaea zusammengeschaltet ist, über den der Motor an eine Vechaelatromquelle gelegt wird. Der gesteuerte Halbleiter-Gleichrichter Behaltet an und ab, wobei aeine Einachaltzelt die mittlere an Motor liegende Spannung beetitsmtc Der gesteuerte Halbleiter-Gleichrichter ist mit einem Sperrschwinger verbunden, durch dessen Impulse er eingeschaltet wird. Der gesteuerte Gleichrichter «ehaltet wieder ab, wenn die vollweg-glaichgerichtete Spannung (pulsierende Gleichspannung) über ihn auf einen gegebenen Wert abfällt· In Reihe mit de« Halbleiter-Gleichrichter liegt ein Vide* «tand, durch den ein dem Laststrom des Motors entsprechender Htrom fließt ο Dieser Widerstand iat an den Sperrschwinger geschaltet und bestimmt dessen Schwingungsdauer, die umgekehrt proportional der Hohe des durch den Videratand fließenden Stromes ist· Der Sperrschwinger schaltet ao den gesteuerten Halbleiter-Gleichlchter nach einer Abschaltseit wieder an, die in Abhängigkeit von der Zunahme des durch den Videratand fließenden Stromes abnimmt. Die mittlere am Motor liegende Spannung erh&ht aich dementsprechend mit steigendem Laststrom.

Der in Figur 1 dargestellte Reihenschluß^Universalmotor 11 ist über die Regelschaltung 12 mit einer Wechselstromquelle verbundene Die Anschlüsse 13 und Ik der Regelschaltung 12 sind mit den Ecken 15 und i6 des aus den Dioden 171 ΐβ» 19 und 20 bestehenden Brückengleichrichters verbunden. An den Brückenauegangen 21 und 22 erscheint die vollireg-gleichgerichtete Spannung als pulsierende Gleichspannung.

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Der gesteuerte Halbleiter-Gloichrichter 23 liegt in Reihe mit einem Widerstand Zk an den Auegängen 21 und 22 des Brücken-Gleichrichters. Weiterhin liegt über diesen Ausgängen die Reihenschaltung eine« Widerstands 25 »alt einer Zenerdiode 26. Die Verbindungsstelle der Zenerdiode 26 mit dem Widerstand 25 iat über die Reihenschaltung aus einer Diode 2? und einem Kondensator 28 mit dem Ausgang 22 des Brückengleichrlchtere verbunden O

Der Halbleiter-Gleichrichter 23 hat eine Steuerelektrode 23g, an die von einem Sperrschwinger stammende Impulse zur Einschaltung des Gleichrichters 23 gelangen. Der Sperrschwinger besteht aus einem Unijunction-Transistor 29« der eine erste Basis 30« eine zweite Basis 31 und einen Emitter 32 hat} die zweite Basis 31 ist über einen Widerstand 33 *n die Verbindungsstelle der Diode 27 mit dem Kondensator 28 verbunden· Die erste Basis 30 liegt an der Steuerelektrode 31g des gesteuerten Halbleiter" Gleichrichters 23* Zwischen der Verbindungsstelle der Zenoxliode stit dom Widerstand 25 und dem Emitter 32 des Transistor» 29 liegt eine Reihenschaltung aus eine» Widerstand "}k und «inf.cn Regelwiderstand 35. Ein Speicher-Kondensator 36 verbindet den Emitter 32 mit dem Ausgang 22 des Brückengleichrichterβ. Da» Potentiometer 35 kann zur Steuerung der Periodendauer des Sperrschwingers und damit der mittleren Spannung des Motors 12 verstellt werden»

Vom Lastetx'ooi ssweigt man eine Rückkopplung ab, mit Hilfe deren die mittlere Motorspannung in Abhängigkeit voa Anwachsen deo La3tströmeο erhöht wird. Die Dioden 17, l8, 19 und 20 bilden eine Brücke, dia eine vollweg-gleichgerichtete ßpuimimg &n den gesteuerten Halbleiter-Gleichrichter liefert· Wenn dieser Gleichrichter 23 leitet, erscheint die Brücke als sehr niedriger Widerstand in Reihe mit dom Motor 11. Am Motor lie.^t dann die N'*t:!~

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spannung abzüglich dee Spannungeabfall« über zwei von den Dioden 17 bis 20 sowie über dem Gleichrichter 23 und dem Wideretand Eine Verringerung der Mittleren am Motor 11 liegenden Spannung tritt ein, wenn daβ Einschalten des gesteuerten Gleichrichter* 23 bis sun letzten Abschnitt der Periode verzögert wird. Proportional damit niosflt die Motordrehzahl ab«

Die von Laststrom das Motors 11 abgeleitete Rückkopplung wird dazu benutzt♦ dafli Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen aufrechtzuerhalten« Die Phasenverzugerung bei« Anschalten des gesteuerten Gleichrichter β wird über den Sperrschwinger bewirkt. Bq i diesesi Oszillator wird der Kondensator 36 über die Widerstände 35 und 34 von der durch die Zenerdiode 36 gegebenen Spannung aufgeladen. Erreicht die Spannung des Kondensators 36 den Zündwert des Transistors 29t *o leitet dieser und triggert den gesteuerten Gleichrichter 23. Wenn sich der Kondensater 36 entlädt, so fällt der vom Emitter zur ersten Basis des Transistors 29 fließende Strom unter den Haltewert und der Transistor sperrte

Während der Gleichrichter 23 leitet, fällt die Spannung zwischen den Ausgängen 21 und 22 des Brüokengleichrlchters unter die Durchbruchepannung der Zenerdiode 26. Damit wird während der Leitdauer des Gleichrichters 23 die Ladung des Kondensators 36

von der an den Ausgängen 21 und 22 liegenden Spannung bestimmt. Oa. die Spannung über de» Widerstand 24 von dee Motorstrom abhängt » wird der Kondensator 36 während der Leitdauer auf einen Wert aufgeladen, der proportional dem Motorstrom ist» Der Wert des Widerstands 24 wird so gewählt, daß der Kondensator 36 sich nicht auf eine so hohe Spannung auflädt« die den Transistor 29 während der Leitdauer des Gleichrichters 23 anschalten würde. Jedoch wird die zusätzliche zum Anschalten des Transistors 29 erforderliche Ladung um einen zum Motorstrom proportionalen Betrag vermindert. Dies ist in Figur 2 dargestellt, in der die

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ausgezogene Linie 4i einen Zustand bei eine« gegebenen Laststrom und die gestrichelte Linie 42 einen Zustand bei eine« größeren Laststrom darstellt. Die Emitterspannung, die beim Abschaltpunkt des gesteuerten Gleichrichter· 23 erreicht wird, ist bei dem eines höheren Lastetrom entsprechenden Zustand größer. Nach dem Abschalten des Gleichrichters 23 steigt die Lndung des Kondensators 36 bei beiden Lastverhältnissen im selben Maße. Jedoch wird im Zustand 42 die Zünäspannung des Transistors 29 eher erreicht als im Zustand 4l*

Ergebnis dieser Zeitverha'ltnisse ist in Figur 3 veranschaulicht f in tier dar dar Steuerelektrode 23g des Gleichrichters 23 zugeführte Impuls im Zustand 42a um einen kürzeren Zeitabschnitt nach dem Abschalten des Gleichrichters 23 erscheint, als im Zuiütend 4la. Diese Zustünde entsprechen den Zuständen 42 und 4l in Figur 2. Weil die Abschältdauer de« Gleichrichters 23 1« Zu» stand 42a, d»b. bei größeren Laststrom kleiner ist, steigt die mittlere dem Motor 11 zugeführt« Spannung, da der gesteuerte Gleichrichter 23 während eines größeren Zeitabschnittes der Wechsolspannungsperiode leitend ist. 80 ist der Winkel, bei dem der Transietor 29 zündet, proportional dem Motorstrom vorverlegt worden« Wenn der Motor belastet ist, und mehr Strom aufnimmt, wird der Zündwinkel des Transistors noch weiter vorverlegt, so daß die mittlere Motorspannung proportional steigt und ein entsprechender Anstieg des verfügbaren Drehmoments erfolgt.

Da die Zündspannung des Transistor* 29 von der zwischen der er-

Spannung «ten und der ssveiteii Ββθΐβ liegenden/abhangt, muß die Spannung der Basis S während der Leitdauer des Gleichrichters 23 festgehalten werden, damit nicht die Rückkopplungβspannung den Transistor 29 einschaltet. Dies wird durch die Diode 27 und den Kondensator 28 erreicht.,

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Geeignete Werte für den Widerstand 24 lassen eich nach der
folgenden Gleichung berechnen:

rraxiualer Mot or β tr οκ

Der genaue Wert des Widerstandes 24 hängt allerdings etwas von d«n Kennlinien des Motors ab. Bs empfiehlt sich daher, den Widerstand 24 regelbar sbu machen und direkt nach dem Motorstrom eu eichen_t so daß die Drehzahlregelung für verschiedene Motoren durchgeführt werden kann. Die minimale Betriebsdrehzahl lttßt sich etwa auf die Hälfte verringern, wenn man Halbwellen-Gleichrichtung benutzt ι PUr eine Umschaltung auf Halbwellenbetrieb kann ein Schalter 50 vorgesehen werden·

Einem Ausführungsbeisplel lagen die folgenden Daten augrunde:

Gesteuerter Halbleiter-Gleichrichter 23
Zenerdiode 26

Dioden l8 und 19

Transistor 29 Dioden 17 und l8

Diode 27
Widerstand 3> Widerstand 2k

Widerstand 23 Widerstand ^k Widerstand 35 Kondensator 36 Kondensator 23

MOTOÜOI.A MCR 8θ8-4

1N751A 5il V, 400 Milliwatt

MOTOROLA MR324 200 V, 18 Amp.

2K21&0

MOTOBOLA MR324R 200 V, 18 Amp.

1N4001, 50 V₁ 1 Amp. 330 0hm 1/2 Watt

nach der genanntes Formel berechnet

lBK, 2 Watt 3,9K, 1/2 Watt 5OK Potentiometer 0,1 Mikrofarad 10 Mikrofarad, 10 V

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BAD ORIGINAL

Die Erfindung schafft »omit eine verbesserte Drehsahlschaltung für einen Elektromotor* Sie steuert die mittlere Motorspannung in Abhängigkeit vom Laststrom, indem sie von diesem ein BUckkopplungsßignal ableitet und keine zusätzlichen Verbindungen zur Fold- und Ankerwicklung des Motors erfordert· Die Schaltung kann entweder in den Motorschaltkasten oder außerhalb von diesem in einen getrennten Steuerkasten untergebracht werden·

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Claims

PatentAnspruch·

Motordrehzahl-Ragelschaltung zur Aufrechterhaltung d·· Drehmoments bei niedrigen Drehzahlen mit eineei Sperrschwinger zur Erzeugung eines Stromimpulses für die Steuerelektrode eines gesteuerten Halbleiter-Gleichrichters au einer Zündphase, die durch die Zeitkonstante des Sperrschwingers bestimmt ist und mit einem BrUckengleichrichter, dadurch geknnnse ich net« daß die Sinschaltzeit de« gesteuerten Halbleiter-Gleichrichters (23) durch ein Rückkopplungssignal bestimmt ist, das ron einem Widerstand (2%) in Abhängigkeit vom Laststrom abgeleitet wird, wobei der Widerstand in Reihe mit dem gesteuerten Halbleiter-Gleichrichter (23) und dem leitenden Teil des Brückengleichrichters (l7, l8, 19t 20) geschaltet 1st«
2. Motordrehzahl-Rogelachaltung nach Anspruoh I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (24) an einen Kondensator (36) des aeitkonstanten Kreises (34) 35t 3^) angeschlossen ist, um diesen proportional dem Laststrom aufzuladen.

3* Motordrehsahl-Pegelschaltung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch eine zur Erzeugung einer Trägerspannung für den gesteuerten Halbleiter-Gleichrichter (23) paralell zu dem zeitkonstanten Kreis (34, 35t 36) geschaltete Zenerdiode (26).

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