DE2111099A1 - Anordnung zur selbsttaetigen Drehzahlregelung bei einem Reihenschlussmotor - Google Patents

Description

• Anordnung zur selbsttätigen Drehzahlregelung bei einem ReihenschluBmotor Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur selbsttätigen Drehzahlregelung bei einem Reihenschlußmotor, insbesondere zum Antrieb eines Elektrowerkzeuges mittels eines gesteuerten Gleichrichters. Zum Antrieb von Elektrowerkzeugen sind solche Universalmotoren üblich, sie sind regelmäßig für hohe Drehzahlen ausgelegt, so daß man bei gegebenem Gewicht eine relativ hohe Abgabeleistung zur Verfügung hat. vjegen der Reihenschlußcharakteristik nimmt aber die Drehzahl mit zunehmender Belastung start ab, was bei einer Reihe von Elektrowerkzeugen, z.3. bei schleifern, unerwünscht ist. ES ist deshalb schon vorgeschlagen worden, dem Motor ein elektrisches steuergerät vorzuschalten, das mittels selbsttätig geregelter sPeisespannung die Drehzahl des Tankers zumindest in dem Betriebsbereich zwischen Leerlauf und Nennlast konstant hält, um so nach Möglichkeit eine von der Belastung unabhängige konstante Drehzahl zu erhalten. Die SPeisespannung wird durch steuerbare Gleichrichter geregelt. Bei einer bekannten Ausführung wird als tinflußgröße für die Steuerung die Ankerspannung benützt. Dabei sind große Widerstände erforderlich, die Regelgenauigkeit ist gering.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnun zu schaffen, mit der die Drehzahl bei einem solchen Motor sehr genau unabhängig von der Belastung konstant gehalten werden kann, ohne daß ein großer schaltungstechnischer Aufwand notwendig ist und trotzdem eine besonders kleine Bauweise erreicht werden kann.
• zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß in Reihe mit dem Motor ein zum gesteuerten Gleichrichter antiparallel liegender ungesteuerter Gleichrichter vorgesehen ist und als Regelgröße der sPannungsabfall einer Feldwicklung dient, der über einen Transistor geführt ist, der als veränderlicher Widerstand zwischen die Basen eines Unijunction-Transistors geschaltet ist.
• Der Emitter des Unijunction-Transistors erhält seine spannung von einem Zündkondensator, der über einen Ladewiderstand aufgeladen wird und der zwischen den Gleichrichtern und der einen Basis des Unijunction-Transistors, der die Regelgröße zugeführt wird, angeordnet ist. Zweckmäßig ist die Feldspannung über Widerstände aufgeteilt, eine TeilsPannung dient als Spannungsquelle für den Basisstrom des Transistors.
• Ein besonders großes steuersignal in bezug auf die SPan nungsänderung erhält man nach der Erfindung dadurch, daß parallel zu den Widerständen eine Zenerdiode und in Reihe zu dieser Zenerdiode ein weiterer Widerstand gelegt ist, zu dem parallel ein Kondensator angeordnet ist, dessen SPannung über einen Basiswiderstand dem Emitter-Basis-Kreis des Transistors zugeführt wird.
• Um die versorgungssPannung für den Zündkreis von Netzschwankungen unabhängig zu machen und eine definierte Trapezspannung zu erhalten, wird die Versorgungsspannung über einer Zener-Diode stabilisiert. Beim Anlauf über den Gleichrichter, also im Halbwellenbetrieb, ergibt sich bei größeren Motoren eine hohe Stromaurnahme, der in der Regel die Sicherungen nicht gewachsen sind.
• zur Anlauestrombegrenzung sieht die Erfindung bei der angegebenen Schaltung deshalb vor, daß .in Reihe zum ungesteuerten Gleichrichter ein Schalter liegt, der manuell nach dem Anlaufvorgang geschlossen wird.
• Parallel zum Schalter liegt ein spannungsteiler, der die Basisspannung für den Transistor liefert, der dem Ladewiderstand des Zündkondensators parallel liegt.
• Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, Einzelheiten sind anhand der Zeichnung, die zwei beispielsweise Ausführungsformen darstellt, näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein schaltbild einer Anordnung in einer ersten Ausführungsform, Fig. 2 ein Schaltbild einer Anordnung in einer zweiten Ausruhrungsform.
• An ein Wechselstromnetz von z.B. 220 V sind über die einschlüsse 1,2 Feldwicklungen 3,4 in Reihe mit einer Ankerwicklung 5 gelegt, in Reihe zu diesem Motor liegen zwei antiparallel geschaltete Gleichrichter, nämlich ein ungesteuerter Gleichrichter 6 und ein gesteuerter Gleichrichter 7 in Form eines Thyristors. Der gesteuerte Gleichrichter 7 erhält seine Zündspannung von einem Zündkondensator 8.
• Während der Strom über den ungesteuerten Gleichrichter Ó fließt, wird als Regelgröße der Spannungsabfall der Feldwicklung 4 benutzt. Die Feldspannung ist über WiRerstände 9,10,11 bebeilt, die an den Widerständen 10 und 11 abgegriffene Spannung dient als Spannungsquelle für den Basisstrom eines Transistors 12. Durch eine Diode 13 werden die positiven Halbwellen abgenommen, die Regelgröße wird damit nicht von der angeschnittenen Halbwelle abgeleitet, so daß keine besonderen Meßnahmen zur Stabilisierung des Regelkreises notwendig sind. Die von der Diode 13 gleichgerichtete Spannung wird von einem Kondensator 14 geglättet. Parallel zum Kondensator 14 liegt eine Zenerdiode 15 in Reihe mit einem Widerstand 16. Parallel zum Widerstand 16 liegt ein Kondensator 17, der Basis 18 des Transistors 12 ist ein Widerstand 19 vorgeschaltet.
• Als Triggerelement ist ein Unijunction-Transistor 20 vorgesehen, dessen Emitter 21 seine Spannung vom Zündkondensator 8 erhält, der über einen Ladewiderstand 22 entsprechend einer an einer Zenerdiode 23 liegenden spannung aufgeladen wird. Über den widerstand 22 läßt sich der zeitabhängige Spannungsanstieg am Zündkondenautor 8, bezogen auf die synchronisierte TraI)ezsannung, verstellen.- Eine Basis 24 des Unijunction-Transistors 20 ist über einen widerstand 25 mit der Emitter-Kolektor-Strecke 26 verbunden, die andere Basis 27-ist an die Steuerelektrode 28 des gesteuerten Gleichrichters 7 angeschlossen. zwischen die Gleichrichter 6 und die Basis 24 des Unijunction-Transistors 20 sind noch Widerstände 29,29' und eine Diode 30 gelegt.
• Die DurchbruchsPannung vom Emitter 21 zur Basis 27 des Unijunction-Transistors 20 ist eine Funktion der SPannung zwischen der Basis 24 und der Basis 27. Über die an der Basisstrecke liegende Spannung läßt sich der Zeitpunkt, wann der gesteuerte Gleichrichter 7 gezündet wird, beliebig steuern. Die Steuerung der Spannung an der BaLsstrecke des Unijunction-Transistors 20 selbst erfolgt gemäß den Spannungsänderungen an der Feldwicklung 4, die den als veränderlichen Widerstand geschalteten Transistor 12 beeinflußt. Entsprechend dem Basisstrom des Transistors 12 ändert sich die Spannung an der Basisstrecke desUnijunction-Transistors 20. Der Basisstrom ändert sich mit dem Spannungs abfall an der Feldwicklung 4 entsprechend der Belastung des -Motors.
• Bei einem hohen Leistungsbedarf des Motors fällt die Ankerdrehzahl ab, die kleiner werdene Gegen-EMK des Ankers läßt einen größeren Motorstrom zu, der Spannungsabfall im Feld wird größer.
• Um die Spannungsänderung> bezogen auf die Gesamthöhe der Spannung besonders groß zu halten und dadurch ein großes Steuersignal zu erhalten, wird in besonderer weise nach der Erfindung für den Basisstrom des Transistors 12 nur die Teilspannung des Widerstandes 16 abgegriffen, die volle Spannungsänderung über die widerstände 10 und 11 wird damit auf eine kleine Grundspannung bezogen. Wird die Spannung am Kondensator 14 größer als die spannung der Zenerdiode 15, so wird diese leitend und am Kondensator 17 steht die Spannungsdifferenz zwischen der Spannung des Kondensators 14 und der Spannung der Zenerdiode 15. Dadurch, daß wander Zenerdiode 15 stets ein konstanter Spannungsabfall abfällt, übertragen sich die Spannungsschwankungen in voller Höhe auf den Spannungsabfall beim Widerstand 16. wenn z.B. an den Widerständen 10 und 11 eine Spannung entsteht, die Je nach Motorlast zwischen 30 und 40 V schwankt, so beträgt die Spannungsänderung bezogen auf die Gesamthöhe der Spannung 25 %.
• Die Summe der Spannungen der Zenerdiode 15 und des Widerstandes 16 müssen der Summe der Spannungen der Widerstände 10 und 11 entsprechen, wird also z.B. eine 20 V Zenerdiode 15 eingesetzt, entsteht am Widerstand 16 eine Spannung, die zwischen 20 und 10 V schwankt. Das bedeutet, daß sich die Spannung um 50 %> bezogen auf die gesamte Spannunghöhe, ändert. Würde die Schaltung ohne die Zenerdiode 15 betrieben, so müßte der Basiswiderstand 19 so hochohmig ausgelegt sein, daß beim Leerlauf des Motors, wenn also der gesteuerte Gleichrichter 7 vom Zündkreis noch nicht angesteuert wird und ein pulsierender Gleichstrom über die Diode 13 geht-, die an den Widerständen 9,10,11 liegende Spannung praktisch keinen Basisstrom durch den Transistor 12 treibt. Die Spannungsänderung am Kondensator 17 ist dann, bezogen auf die Gesamtspannung, so gering, daß sie nlcht ausreicht, um den Transistor 12 in den leitenden Zustand überzuführen.
• Die Schaltung nach Figur 2 unterscheidet sich im wesentlichen von der Schaltung nach Figur 1 darin, daß eine Anlaufstrombegrenzung vorgesehen ist. Beim Anlauf über den ungesteuerten Gleichrichter 6 würde z.B. bei einem 160 V-Motor ein 10 A-bzw. 16 A-Haushaltautomat ansprechen. zur AnlauSstrombegrenzung ist in Reihe zum ungesteuerten Gleichrichter 6 ein Schalter 31 geschaltet.
• Parallel zum Schalter 31 liegt ein hochohmiger spannung teiler 32,33, der die Basisspannung für einen Transistor 34 liefert, der parallel zum Ladewiderstand 22 als veränderlicher Widerstand geschaltet ist. Widerstände 35,36, 37 dienen als Abschirmung.
• Beim Einschalten ist der Schalter 31, wie in der Figur 2 dargestellt, geöffnet. Als Ladespannung für den Kondensator 8' wirkt die am Spannungsteiler 32,33 am Punkt 38 abgegriffene Spannung. Dies gilt, wenn am Punkt 39 positives und am Punkt 40 negatives Potential liegt.
• Im umgekehrten Falle wirkt die spannung der Zenerdiode 23 als Ladespannung für den Kondensator 8f. Sie beträgt nur einen Bruchteil der am Spannungsteiler 32,33 abgegriffenen Spannung. Nach dem Einschalten steigt die sPannung am Kondensator 8' entsprechend der Rc-Aufladung an, die Emitter-Kollektor-Strecke 41 des Transistors 34 ändert ihren widerstand, der phasenanschnitt verkleinert sich als Zeitfunktion (phasenvorschub) und der Motor läuft langsam hoch. Nach dem HochlauSen wird der schalter 31 geschlossen, damit wird der Spannungsteiler 32,33 kurzgeschlossen und als Ladespannung wirkt nur noch die Spannung an der Zenerdiode 23. Die Basisspannung am Kondensator 8' sinkt, die Emitter-Kollektor-Strecke des TransistorS wird wieder hochohmig und der Phasenanschnitt vergrößert sich, d.h. der zum Hochlaufen notwend-ige Phasenvorschub wird wieder rückgängig gemacht.
• Damit läuft der Motor im Leerlauf im Ralbwellenbetrieb über den ungesteuerten Gleichrichter 6 und die Regelung kann bei Belastung über den gesteuerten Gleichrichter 7 einsetzen.
• Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sich durch die Anordnung die Drehzahl bei sich ändernder Belastung sehr genau konstant halten läßt. Es ist eine Anlaurstrombegrenzung gegeben und trotzdem kann der Schaltungsaufbau einfach gehalten werden, ein besonderer Impuls transformator und zusätzliche Bauteile zur Gewinnung der Regelgröße, wie ein Ohmscher Widerstand, ein stromtransformator oder ein Tachodynamo sind unnötig.

Claims (9)

1. Patentansprüche

   ,! Anordnung zur selbsttätigen Drehzahlregelung bei einem Reihenschlußmotor, insbesondere zum Antrieb eines Elektrowerkzeuges, mittels eines gesteuerten Gleichrichters, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Motor ein zum gesteuerten Gleichrichter (7) antiparallel liegender ungesteuerter Gleichrichter (6) vorgesehen ist und als Regelgroße der Spannungsabfall der nicht angeschnittenen Halbwelle einer yeldwicklung (4) dient, der über einen Transistor (12) geführt ist, der als veränderlicher Widerstand zwischen die Basen (24,27) eines Unijunction-Transistors geschaltet ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Steuerelektrode des gesteuerten Gleichrichters mit der einen Basis des Unijunction-Transistors verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter (21) des Unijunction-Transistors (20) seine spannung von einem Zündkondensator (8) erhält, der über einen Ladewiderstand~(22) aufgeladen wird und der zwischen den Gleichrichtern (6,7)' und der einen Basis (24) des Unijunction-Transistors (20), der die Regelgröße zugeführt wird, angeordnet ist.
3. 2. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldspannung über Widerstände (9, 10, 11) aufgeteilt ist und eine Teilspannung als Spannungsquelle für den Basisstrom des Transistors (12) dient.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Widerständen (9,10> 11) eine Zenerdiode (15) und in Reihe zu dieser Zenerdiode (15) ein weiterer widerstand (16) liegt, zu dem parallel ein Kondensator (17) angeordnet ist, dessen Spannung über einen Basiswiderstand (19) dem Emitter-Basis-Kreis des Transistors (12) zugeführt wird.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Widerständen (10, 11) abgegriffene Teilspannung über eine in Reihe zur Zenerdiode (15) liegende Diode (13) gleichgerichtet und über einen parallel zur Zenerdiode (15) angeordneten Kondensator (14) geglättet ist.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den widerständen (9,10) zwischen der Diode (13) und dem Kondensator (14) eine weitere Zenerdiode (42) angeordnet ist.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Widerstand (22) und Zündkondensator (8) eine Zenerdiode (23) angeordnet ist.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 2 und 7 adurch gekennzeichnet, daß parallel zum Stromkreis mit dem ungesteuerten Gleichrichter (6) die Zenerdiode (23), ein widerstand (29) und eine Diode (303 angeordnet sind,
9. 9. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zum ungesteuerten Gleichrichter (6) ein Schalter (31) und parallel zu diesem ein Spannungsteiler (32,33) angeordnet ist und am Spannung teiler (32,33) die Ladespannung für einen Kondensator (8l) abgegriffen ist und die Basisspannung für einen Transistor (34) liefert, der parallel zu einem Ladewiderstand (22) liegt.