DE1588303C3 - Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines Kollektormotors - Google Patents

Description

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schlußmotors, dessen Feldwicklung mit 2 bezeichnet penspannung bezeichnet. Wenn die Kondensatorist, in Serie mit einem Thyristor 3 zwischen den an spannung U_c die Auslösespannung U_A erreicht, d. h. ein Wechselstromnetz angeschlossenen Eingangs- im Punkt Z von F i g. 3, entlädt sich der Zündklemmen 4, 5 der Schaltungsanordnung. Als positive kondensator 17 im Stromkreis 18, G, K und der Halbperiode wird nachfolgend diejenige Halbperiode 5 Thyristor 3 wird gezündet, d. h. stromdurchlässig, so der Netzspannung bezeichnet, in welcher die daß während des übrigen, dem Winkel « von F i g. 3 Klemme 4 gegenüber der Klemme 5 positiv ist. Die entsprechenden Teils der Halbperiode ein Strom Feldwicklung 2 wird über eine Diode 6 mit Gleich- über seine Anoden-Kathoden-Strecke A-K und durch strom erregt, und eine entgegengesetzt gepolte und die Ankerwicklung 1 fließt.

parallel zur Feldwicklung 2 angeordnete Freilauf- io Wird der Wert R₁₂ des Stellwiderstandes 12 verdiode7 sorgt dafür, daß ein Feldstrom auch in den größert, so wird die Sockelspannung U_s größer, negativen Halbperioden der Netzspannung fließt, in Dieser wird die Rampenspannung überlagern; indenen die Diode 6 sperrt. In diesen negativen Halb- folgedessen verschiebt sich der Zündpunkt Z in perioden wird in der Ankerwicklung 1 des dann als F i g. 3 nach links, und der Stromflußwinkel a. wird Generator wirkenden Motors eine Spannung indu- x₅ größen Wird der Wert .R₁₃ kleiner gemacht, so verziert, die ein Maß für die Istdrehzahl ist und daher schiebt sich der Zündpunkt Z nach rechts, und der nachfolgend als tachometrische Gleichspannung U_T Stromflußwinkel α wird kleiner. Die Widerstände 10 bezeichnet wird. Diese tachometrische Gleichspan- und 11 sind so dimensioniert, daß für R₁., = 0 der nung U_T, deren Polarität in der F i g. 1 angegeben ist, Zündpunkt praktisch am Ende der Halbperiode, d. h. liegt in Serie mit einer festen Bezugsspannung U_B, die 20 in dem Punkt Z₀ liegt.

in der positiven Halbperiode an einer Zenerdiode 8 Die Sockelspannung t/_s hängt natürlich von der

mit der angegebenen Polarität entsteht, welche über Summe der Spannungen U_B und U_T ab, wobei die einen hochohmigen festen Widerstand 9 an der Netz- Bezugsspannung U_B immer denselben Wert hat, spannung liegt. Ein aus einem festen Teilwiderstand während die Gleichspannung U_T der jeweiligen Ist-10 und einem einstellbaren Teilwiderstand 11, 12 be- 25 drehzahl des Motors proportional ist. Nimmt infolge stehender Spannungsteiler liegt zwischen dem Verbin- zunehmender Belastung des Motors dessen Istdrehdungspunkt 13 der Zenerdiode 8 und des Wider- zahl ab, so wird die Gleichspannung U_T kleiner und Stands 9 sowie der Klemme 5, so daß die Summe der somit auch der durch den Spannungsteiler 10, 11, 12 tachometrischen Gleichspannung U_T und der Bezugs- fließende Strom bzw. der Spannungsabfall am Widerspannung U_B an diesem Spannungsteiler liegt. An 30 stand 10, so daß die Teilungsspannung U_s größer den zwischen den Widerständen 10 und 11 liegenden wird. Dies hat, ebenso wie eine Vergrößerung von Spannungspunkt 14 ist eine Ladediode 15 ange- R₁.,, zur Folge, daß der Zündpunkt Z nach links verschlossen, die außerdem am Verbindungspunkt 16 schoben wird. Der Stromflußwinkel α wird also eines Zündkondensators 17 und des Emitters E eines größer, was der Drehzahlabnahme des Motors ent-Unijunktion-Transistors 18 liegt; ein solcher Tran- 35 gegenwirkt. Die Empfindlichkeit der Sockel-Rampensistor wird auch als Doppelbasisdiode bezeichnet. Ansteuerung ist sehr groß, da wegen der kleinen Zwischen den Verbindungspunkten 13 und 16 liegt Neigung der Rampenspannung schon eine kleine ein sehr hochohmiger Trimmerwiderstand 19. Die Vergrößerung oder Verkleinerung der Sockelspanerste Basis B 1 des als Trigger dienenden Unijunction- nung eine sehr große Verschiebung des Zünd-Transistors 18 ist mit der Steuerelektrode G des Thy- 40 punktes Z zur Folge hat. Ferner ist hervorzuheben, ristors3 verbunden und seine zweite Basis 52 mit daß die mittels des Stellwiderstandes 12 einstellbare dem Verbindungspunkt 13. Der zur Zündung des Solldrehzahl sich praktisch linear mit dem Wert R_vl, Thyristors 3 dienende Zündkondensator 17 liegt zwi- d. h. mit der Verstellung des Einstellgliedes des sehen dessen Kathode K und dem Emitter E des Uni- Widerstandes 12 ändert.

junctions-Transistors 18. Ein Widerstand 20, der zwi- 45 Es ist klar, daß die Widerstände 11 und 12 auch sehen der Steuerelektrode G und der Kathode K des durch-einen einzigen Stellwiderstand ersetzt werden Thyristors 3 liegt, dient lediglich in üblicher Weise zu können. Wenn dieser einzige Widerstand bis zum dessen Schutz gegen durch Leckstrom verursachte Wert Null herab verändert werden kann, so kann Selbstzündungen. der Motor allerdings erst anlaufen, wenn der Wert R_vz

In Fig. 3 stellt U_n eine positive Halbperiode der 50 etwa auf den Werti?_n gestiegen ist, da sonst die Netzspannung dar. U_c ist die am Zündkondensator Kondensatorspannung U_c unterhalb von Z₀ verläuft. 17 auftretende Spannung, die lediglich aus zeichne- Die Schaltungsanordnung nach F i g. 2 dient zur

irischen Gründen gegenüber der Netzspannung U_n Drehzahlregelung eines Wechselstrom-Kollektorstark überhöht dargestellt ist. U_A ist die Auslösespan- motors, dessen Ankerwicklung 1 über zwei in Serie nung des Unijunction-Transistors 18. 55 geschaltete Feldwicklungen 2', 2" und zwei anti-

Zu Beginn der positiven Halbperiode lädt sich der parallel geschaltete Thyristoren 3' und 3" mit den Zündkondensator 17 im Stromzweig 10, 15, 17 Netzklemmen 4, 5 verbunden ist; es werden dadurch unter der Einwirkung der Bezugsspannung U₈ schnell beide Halbwellen der Netzspannung ausgenutzt. Der auf, weil die Zeitkonstante R₁₀ · C₁₁ sehr klein ist. Motor treibt einen kleinen Gleichstromgenerator 21 Ohne den Trimmerwiderstand 19 würde die Span- 60 an, der die tachometrische Gleichspannung U_T liefert, nung U_c durch einen schnellen Ladevorgang nur auf Die zur Erzeugung der Bezugsspannung U_B dienende die gestrichelt gezeichnete Sockelspannung U₅ des Zenerdiode 8 liegt zwischen den Verbindungspunkten Spannungsteilungspunktes 14 kommen. Über den 13' und 13" je eines Widerstandes 9' bzw. 9"mit je Trimmerwiderstand 19 lädt sich aber der Konden- einer Diode 22' bzw. 22". Die beiden Dioden 22' und sator 17 noch weiter, und zwar mit der sehr großen 65 22" sind entgegengesetzt gepolt, was zur Folge hat, Zeitkonstante R₁₀ · C₁₇, so daß dieser weitere An- daß in beiden Halbperioden der Netzspannung U_n stieg praktisch linear erfolgt; dieser Teil des Ver- die gleiche Bezugsspannung U_B an der Zenerdiode 8 laufes der Kondensatorspannung U_c wird als Ram- auftritt. Zwischen dem Punkt 13' und dem Gleich-

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stromgenerator 21 ist der Spannungsteiler 10, 11, 12 im Stromzweig 13, 1O₅ 14, 32, 33 fließt. Dadurch erangeordnet, so daß dieser wieder an der Summe der höht sich der Spannungsabfall am Widerstand 10, so Spannungen U_T und XJ₃ liegt Zwischen den Punkten daß die Sockelspannung U₅ kleiner wird, was, wie an 13' und 13" befindet sich die Serienschaltung des Hand von Fig. 3 erläutert worden ist, eine Ver-Trimmerwiderstandes 19 und des Zündkondensators 5 kleinerung des Stromflußwinkels κ und also ein Sin-17, deren Verbindungspunkte 16 wieder an den Span- ken des Ankerstromes zur Folge hat. Der auch als nungsteilungspunkt 14 und an den Emitter E des Emittergegenkopplung wirkende Widerstand 33 ver-Unijunction-Transistors 18 angeschlossen ist. hindert, daß Schwingungen entstehen, d. h., daß der

Die Primärwicklung 23 eines Transformators liegt Transistor 32 dauernd gezündet und gesperrt wird, über die Transistorbasen B1, Bl ebenfalls zwischen io wenn die Spannung am Meßwiderstand 26 den zuden Verbindungspunkten 13' und 13", während- lässigen Wert überschritten und nach Ansprechen der dessen Sekundärwicklungen 23' und 23" zwischen Strombegrenzungsanordnung wieder etwas unterden Kathoden X'bzw. X" und den Steuerelektroden G' schritten hat. Die Diode 34 verhindert, daß das bzw. G" der Thyristoren 3' bzw. 3" liegen. Potential des Kollektors des Transistors 32 momentan

Jedesmal, wenn sich der Kondensator 17 über den 15 in bezug auf Emitter oder Basis negativ werden Transistor 18 und die Primärwicklung 23 entlädt, was könnte.

in jeder Halbperiode der Fall ist, erhält jede der Se- Es ist ersichtlich, daß die Strombegrenzungsanord-

kundärwicklungen 23' und 23" einen Zündimpuls. nung 24 die normale Wirkung der Drehzahlregelan-Es kann aber immer nur derjenige Thyristor 3' oder 3" Ordnung — nämlich die Erhöhung des Stromflußwingezündet werden, dessen Anode A' bzw. A" gerade 2° kels α bei wachsender Belastung des Motors zur Aufpositiv ist. Im übrigen arbeitet die Schaltungsanord- rechterhaltung der eingestellten Solldrehzahl — vernung nach Fig. 2 in gleicher Weise wie diejenige hindert, sobald der Ankerstrom während des nornachFig. 1. ■ malen Betriebs des Motors unzulässig groß wird. ⁽

Die Fig.4 stellt eine Variante der Schaltungs- Beim Anlaufen des Motors soll die Strombegrenanordnung nach Fig. 1 dar, welche den in letzterer ?5 zungsanordnung 24 noch nicht wirksam werden, weil strichpunktiert umrahmten Teil ersetzt. Bei dieser dabei vorübergehend ein größerer Ankerstrom zuläs-Variante sind zwei Strombegrenzungsanordnungen 24 sig ist; die Zeitkonstante .R₂₉ · C₂₈ ist dementspre- und 25 vorgesehen, von denen die eine (24) im Be- chend relativ groß vorzusehen, trieb und die andere (25) beim Anlauf des Motors Um beim ersten Einschalten des belasteten Motors

oder bei rascher Erhöhung des Drehzahl-Sollwertes 30 und Anlassen auf eine bereits am Stellwiderstand 12 den Ankerstrom begrenzt eingestellte Solldrehzahl oder bei schneller Änderung

Die Strombegrenzungsanordnung 24 umfaßt einen der Einstellung dieses Stellwiderstandes 12 auf eine sehr kleinen, zwischen dem Thyristor 3 und der höhere Solldrehzahl unzulässig hohe Stromspitzen zu Ankerwicklung 1 angeordneten Meßwiderstand 26 in vermeiden, ist — wie bereits kurz erwähnt — die der Größenordnung von etwa 10 mß, an dem im Be- 35 Strombegrenzungsanordnung 25 vorgesehen. Diese trieb ein kleiner Spannungsabfall auftritt, der auf die weist eine Diode 35 auf, die einerseits an den Spanspäter erläuterte Weise bei Erreichung eines gewissen nungsteilungspunkt 14 angeschlossen und andererim Dauerbetrieb noch zulässigen Höchstwertes ein seits über die Parallelschaltung eines Kondensators weiteres Ansteigen des Ankerstromes verhindert. 36 und eines Widerstandes 37 mit der Kathode K des Hierzu ist der Meßwiderstand 26 einerseits über eine 4° Thyristors 3 verbunden ist. Es ist ersichtlich, daß Diode 27 und andererseits über einen Kondensator wenn an die Klemmen 4 und 5 über einen nicht dar-28 mit einem Widerstand 29 verbunden, wobei der gestellten Schalter die Netzspannung gelegt wird oder Verbindungspunkt 30 des Widerstandes 29 und des wenn der Wert des Stellwiderstandes 12 plötzlich verKondensators 28 über einen Widerstand 31 an die größert wird, die Sockelspannung U_s nicht sofort auf ( Basis eines Transistors 32 angeschlossen ist Der 45 den dem Teilungsverhältnis entsprechenden Wert stei- ·- Kollektor des Transistors 31 ist an den Spannungs- gen kann, weil zunächst noch ein zusätzlicher, zur teilungspunkt 14 angeschlossen, während sein Emitter Aufladung des Kondensators 36 dienender Strom über einen Widerstand 33 mit der positiven Klemme durch den Widerstand 10 fließt Die Sockelspannung der Ankerwicklung 1 verbunden ist Zwischen dieser U_s für die Spannung U_c des Zündkondensators 17 ist Klemme und dem Spannungsteilungspunkt 14 liegt 50 also geringer, als sie ohne die Strombegrenzungsanferner eine Diode 34. Ordnung 25 wäre, so daß der Stromflußwinkel α klei-

Von der Strombegrenzung abgesehen arbeitet die ner ist und eine unzulässige Stromspitze vermieden mit der Variante nach Fi g. 4 versehene Schaltungs- wird. Der Widerstand 37 dient nur zur Entladung des anordnung nach Fig. 1 genauso, wie dies an Hand Kondensators 36, damit dieser nicht auf eine die von Fig. 3 erläutert worden ist. Solange der Anker- 55 Sockelspannung U₅ übersteigende Spannung geladen strom seinen zulässigen Dauerwert nicht übersteigt, bleiben kann, was bei raschem Ein- und Ausschalist der Spannungsabfall am Meßwiderstand 26 kleiner ten die Strombegrenzungsanordnung 25 wirkungslos als die Schwellenspannung der Diode 27 in Durchlaß- machen würde. Der Widerstand 37 ist aber so groß, richtung. Die Diode 27 wird also erst durchlässig, daß er in bezug auf das Teilungsverhältnis des Spanwenn der Ankerstrom infolge einer Zunahme der Be- 60 nungsteilers 10,11,12 vernachlässigbar ist. lastung seinen zulässigen Wert übersteigt, worauf der Es ist ersichtlich, daß die Strombegrenzungsanord-

Diodenstrom über den Widerstand 29 den Konden- nung 25 ohne weiteres auch im Ausführungsbeispiel sator28 auflädt. Die Basis des Transistors31 wird nach der Fig.2 anwendbar ist, während die Stromsomit gegenüber dessen Emitter positiv, so daß die begrenzungsanordnung 26 etwas abgeändert werden Kollektor-Emitterstrecke leitend wird und ein Strom 65 müßte.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 2 angeordnet ist, an den über eine Diode (27) und Patentansprüche: einen ohmschen Widerstand (29) ein Kondensator (28) angeschlossen ist, und daß zum

1. Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung Durchschalten des Transistors (32) in Abhängigeines Kollektormotors, dessen Ankerwicklung mit 5 keit vom Ansteigen der Kondensatorspannung die einer Wechselstromquelle über mindestens einen Basis des Transistors (32) an die Verbindungs-Thyristor verbunden ist, für dessen Phasen- leitung zwischen dem Kondensator (28) und dem anschnittsteuerung ein Zündkondensator vorge- ohmschen Widerstand (29) angeschlossen ist sehen ist, dessen Spannung sich aus einer schnell (F i g. 4).

ansteigenden Sockelspannung und einer langsam io 7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, geansteigenden Rampenspannung aufbaut, da- kennzeichnet durch eine Strombegrenzungsanorddurch gekennzeichnet, daß ein Span- nung(25) mit einer Diode (35), die in Serie mit nungsteiler (10, H, 12), der aus einem festen der Parallelschaltung eines Kondensators (36) Teilwiderstand (10) und einem einstellbaren Teil- und eines Widerstandes (37) parallel zur Reihenwiderstand (11, 12) besteht, an einer Spannung 15 schaltung der Ladediode (15) und des Zündliegt, die sich aus einer festen Bezugsspannung kondensator (17) liegt (Fig. 4).
(U₁₁) und einer im gleichen Sinne gepolten, der

Istdrehzahl entsprechenden Gleichspannung (C/_r)

zusammensetzt, daß der Zündkondensator (17)

über eine Ladediode (15) an einer zur Bildung 20

der Sockelspannung (U_s) dienenden Spannung Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungs- ^, liegt, die gleich ist der Differenz zwischen der Be- anordnung zur Drehzahlregelung eines Kollektor- \£ zugsspannung (t/_;j) und dem Spannungsabfall am motors, dessen Ankerwicklung mit einer Wechselfesten Teilwiderstand (10), und daß der Zünd- stromquelle über mindestens einen Thyristor verkondensator (17) außerdem zur Bildung der 25 bunden ist, für dessen Phasenanschnittsteuerung ein Rampenspannung über einen hochohmigen Wider- Zündkondensator vorgesehen ist, dessen Spannung stand (19) an der Bezugsspannung (U₈) liegt. sich aus einer schnell ansteigenden Sockelspannung

2. Anordnung nach Anspruch 1 mit einem und einer langsam ansteigenden Rampenspannung Gleichstrom-Nebenschlußmotor, dadurch gekenn- aufbaut.

zeichnet, daß die Ankerwicklung (1) über nur 30 Die Schaltungsanordnung arbeitet also mit einer

einen Thyristor (3) mit der Wechselstromquelle Sockel- und Rampen-Ansteuerung, wie sie aus dem

(4, S) verbunden ist, daß der über eine Diode (6) Handbuch »General Electric Silicon Controlled

von derselben Wechselstromquelle gespeisten Rectifier Manual«, 3. Ausgabe (1964), S. 131 bis 137,

Feldwicklung (2) eine entgegengesetzt gepolte unter der Bezeichnung »Ramp-and-Pedestal-Control«

Freilaufdiode (7) parallel geschaltet ist und daß 35 bekannt ist.

die Ankerwicklung (1) die der Istdrehzahl ent- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine sprechende Gleichspannung (U_T) liefert (F i g. 1,4 Schaltungsanordnung der vorgenannten Art so weiterund 5). zuentwickeln, daß bei einem relativ einfachen Aufbau

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- eine exakte und zuverlässige Arbeitsweise erzielt wird, kennzeichnet, daß der Anker einen Gleichstrom- 4' wobei insbesondere zwischen der Solldrehzahl und generator (21) antreibt, der die der Istdrehzahl einem einstellbaren Widerstand eine praktisch lineare entsprechende Gleichspannung (L/_r) liefert (F ig.2). Beziehung hergestellt ist. »

4. Anordnung nach Anspruch 3 mit einem Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- m Wechselstrom-Reihenschlußmotor, dadurch ge- löst, daß ein Spannungsteiler, der aus einem festen , kennzeichnet, daß der Motor (1, 2', 2") mit zwei 45 Teilwiderstand und einem einstellbaren Teilwiderantiparallelen Thyristoren (3', 3") in Serie ge- stand besteht, an einer Spannung liegt, die sich aus schaltet ist, daß die Bezugsspannung (U₁₁) an einer einer festen Bezugsspannung und einer im gleichen Zenerdiode (8) abgenommen ist, die in der Sinne gepolten, der Istdrehzahl entsprechenden Brückendiagonale einer aus zwei ohmschen Gleichspannung zusammensetzt, daß der Zünd-Widerständen (9', 9") und zwei entgegengesetzt so kondensator über eine Ladediode an einer zur Bilgepolten Dioden (22', 22") aufgebauten, an der dung der Sockelspannung dienenden Spannung liegt, Wechselstromquelle (4, 5) liegenden Brücken- die gleich ist der Differenz zwischen der Bezugsschaltung liegt, und daß im Entladekreis des spannung und dem Spannungsabfall am festen Teil-Zündkondensators (17) die Primärwicklung (23) widerstand, und daß der Zündkondensator außerdem eines Transformators mit zwei Sekundärwicklun- 55 zur Bildung der Rampenspannung über einen hochgen (23', 23") liegt, die zur Zündung der beiden ohmigen Widerstand an der Bezugsspannung liegt.
Thyristoren (3', 3") dienen (F i g. 2). Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus

5. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeich- den Unteransprüchen. Die Erfindung wird nachnet durch eine Strombegrenzungsanordnung (24), stehend in Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichwelche einen Transistor (32) aufweist, der leitend 60 nungen näher erläutert. Dabei zeigen

wird, wenn der Strom durch die Ankerwicklung F i g. 1 und 2 je ein Ausführungsbeispiel der er-(1) einen im Betriebszustand höchstzulässigen findungsgemäßen Schaltungsanordnung,
Wert überschreitet, und dadurch den durch den Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirfesten Teilwiderstand (10) fließenden Strom er- kungsweise,
höht (Fig. 4). 65 Fig. 4 eine Variante der Schaltungsanordnung

6. Anordnung nach Anspruch 2 und 5, dadurch nach Fig. I.

gekennzeichnet, daß in Serie mit der Ankerwick- Gemäß F i g. 1 liegt die Ankerwicklung 1 eines in

lung (1) ein niederohmiger Meßwiderstand (26) seiner Drehzahl zu regelnden Gleichstrom-Neben-