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Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung von Elektromotoren Die Erfindung
bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines Wechselstrommotors,
in der der Zündzeitpunkt eines bidirektional leitenden steuerbaren Halbleiters von
der Aufladung eines Ztlndkondensators bestimmt wird, mit einer parallel zum Zündkondensator
liegenden Gegenkopplungsschaltung, in der ein Transistor angeordnet ist.
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Es ist bereits bekannt, Elektromotore in ihrer Drehzahl in der Weise
zu steuern, daß in Reihe mit dem Motor eine steuerbare Haibleitervorrichtung angeordnet
wird, deren ZUndzeitpunkt bezüglich der Netzwechselspannung verschoben wird.
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Bei der Speisung des Motors aus dem Wechselstromnetz wird in der Regel
ein bidirektional leitendes Halbleiterelement verwendet., das beispielsweise unter
der Bezeichnung "Triac" in der Technik bekannt ist. Durch Verschieben des ZUndeinsatzpunktes
dieses Halbleiterelementes innerhalb einer Halbperiode der Netzwechselspannung ist
es möglich, eine Steuerung des Motorstromes und damit der Drehzahl und des Drehmomentes
vorzunehmen.
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Die steuerbare Halbleitervorrichtung wird dabei meist durch Entladung
eines Kondensators tiber ein kontaktloses elektrisches Schaltelements wie z.B. einer
Triggerdiode, gezündet.
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Hierbei ist eine Verschiebung des Zündzeitpunktes in der Weise möglich,
daß die Aufladung des Zündkondensators bebeeinflußt wird. Eine solche Veränderung
der Aufladezeit des Zündkondensators kann auch abhängig von der Rest-EMK des Motors
selbsttätig vorgenommen werden, wie es in der deutschen Offenlegungsschrift 1 952
220 beschrieben wird.
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Es ist bereits bekannt, bei solchen Schaltungsanordnungen zur Steuerung
oder Regelung von Elektromotoren durch eine der Drehzahl propdrtionalen elektrischen
Spannung eine Gegenkopplung auf den Aufladestrom des Zündkondensators bei einer
Halbwelle d'er Netzwechselspannung auszt en, so daß ein Teil des Aufladestromes
des Zündkondensators parallel zu diesem abgeleitet wird.
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Weiterhin sind Schaltungsanordnungen bekannt, bei denen während einer
Halbwelle die Aufladung des Zündkondensators vom Stromfluß. durch den Motor beeinflußt
wird> uHL bei der darauffolgenden Halbwelle ein schnelleres Erreichen der Zündspannung
zu erzielen. Die Schaltungsanordnung ist hierbei so ausgelegt, daß während einer
Halbwelle, die stets die gleiche Polarität hat, die beschleunigte Aufladung des
Zündkondensators erfolgt, damit in der folgenden Halbwelle der Motor früher gezündet
wird. Diese Schaltungsanordnungen haben den Nachteil, daß bei Belastung des Motors
trotz Regelwirkung nicht das volle Drehmoment, welches der Motor abzugeben in der
Lage ist, erreicht wird. Dies beruht darauf, daß die nicht geregelte Halbwelle,
insbesondere bei eingestellter niedriger Drehzahl des Motors nicht den vollen Stromflußwinkel
erreichen kann, so daß niemals die volle Motorleistung erzielt werden kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlsteuerung
für Wechselstrommotore zu schaffen, in der der Zündwinkel in einem sehr weiten Bereich
verschoben werden kann und in der eine automatische Nachregelung in jeder Halbwelle
erfolgen kann.
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Die Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung zur- Drehzahlsteuerung
gemäß der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß in der ersten Halbwelle des
Wechselstroms mittels eines steuerbaren Halbleiters, der durch die Rest-EMK des
Motors geschaltet wird, die Ladezeit des Zündkondensators .und während einer zweiten
Halbwelle des Wechselstroms mittels eines steuerbaren Halbleiters, der durch eine
dem Motorstrom proportionale Spannung gesteuert wird, die Ladezeit des Zündkondensators
beeinfluRbar ist.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung sind Mittel in der Schaltung
vorgesehen, die bewirken, daß die Rest-EMK des Motors während der Netzhalbwellen
einer Polarität die Leitfähigkeit des steuerbaren Halbleiters erhöhen und während
der anderen Netzhalbwellen nicht beeinflussen, und daß die dem Motorstrom proportionale
Spannung einen anderen steuerbaren Halbleiter in den Netzhalbwellen beeinflußt,
in der der erstgenannte steuerbare Halbleiter nicht von der Rest-EMK beeinflußt
wird.
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In dieser Schaltungsanordnung zum automatischenKonstanthalten der
Drehzahl eines Wechselstrommotors bei wechselnder Belastung kommen zwei verschiedene
Steuerprinzipien zur Wirkung.
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Einmal wird über die am Motor abfallende Rest-EMK, die von der Motordrehzahl
abhängt, eine automatische Regelung erreicht und zum anderen wird durch den Motorstromfluß,
der durch einen in dem Motorstromkreis angeordneten Festwiderstand in eine Spannung
transformiert wird, eine zweite Regelung erzielt. Die beiden Regelsysteme werden
dadurch getrennt, daß während einer Halbwelle der Netzwechselspannung nur eine Regelung
und in der folgenden Halbwelle die andere zur Wirkung kommt. Hierbei muß berücksichtigt
werden, daß die beiden Regel systeme nicht unabhängig voneinander sind. Wird durch
eine Anderung der Rest-EMK über die zugehörige automatische Regelung der Zündwinkel
vergrößert, so erhöht sich automatisch der Stromfluß im Motorstromkreis. Dies bedeutet
daß das andere Regelsystem, das durch-den Motorstrom gesteuert wird, ebenfalls beeinflußt
wird, und zwar in dem gleichen Regelsinn, d.h. auch im Sinne einer zündwinkelvergrößerung.
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Umgekehrt kann das Regelsystem, das durch den Motorstromfluß gesteuert
wird, nur mittelbar über die Motordrehzahl das andere Regelsystem beeinflussen.
Da aber wegen der trägen Massen des Motors dessen Drehzahl nicht sofort geändert
wird, wird die Steuerung über die Rest-EMK bestimmend sein und die Steuerung über
den Motorfluß von dieser abhängen.
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Aus dieser Schaltungsanordnung ergeben sich mehrere Vorteile.
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Erstens erfolgt die automatische Drehzahlregelung während jeder Halbwelle,
so daß der volle Stromflußwinkel und somit das volle Drehmoment zur Verfügung steht,
Zweitens wird das Wechselstromnetz gleichmäßiger belastet. Drittens wird durch die
beiden verschiedenen Regelprinzipien, die immer nacheinander zur Wirkung kommen,
vermieden, daß die Motordrehzahl außer Kontrolle gerät, dadurch die Trägt heit des
Motors die Meßwertaufnahme über die Rest-EMK von der Wirkung nämlich der Drehzahländerung-,
getrennt wird.
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Die Schaltungsanordnung soll anhand der-- Figur 1 erläutert werden.
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Mit dem Motor M ist ein bidirektional leitender steuerbarer Halbleiter
T1 und ein niederohmiger,Widerstand R6 in Reihe an eine Wechselspannungsquelle geschaltet.
Die Zündung des bidirektional leitenden steuerbaren HalbleitersT1 erfolgt über ein
an sich-bekanntes Zündgerät, dessen Zeitkonstante durch die Widerstände R-> R3,
R4, R5 und R8 und durch die Dioden D2 D3 und D4 festgelegt ist.
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Durch den Steliwiderstand R3 wird die Möglichkeit gegeben, die Zeitkonstante
der RC-Kombination zu verändern und somit über die Triggerdiode Dt den Zündwinkel
des bidirektional leitenden steuerbaren HalbleiteraT1 zu verändern. Die im Motor
M hervorgerufene-Rest-EMK gelangt über die Diode D2 und den Widerstand R4 an den
Emitter des steuerbaren Halbleiters T2 und von dem Emit- -ter über den Widerstand
R3 an den Kollektor desselben Halbleiters und über die Widerstände R2 und R1 gelangt
die Rest-EMK an die Basis dieses steuerbaren Halbleiters T2. Diese Basis ist über
die Diode D3 mit dem Kollektor verbunden, der wiederum über den Widerstand R5 an
den Zündkondensator C1 gelegt ist. Über den Widerstand R8 und die Diode D4 steht
dem Zündkondensator Ci ein zweiter Ladeweg zur Verfügung. Ein Teil dieses Ladestromes
wird über die Diode D und den steuerbaren Halbleiter T3, der mit einem Anschluß
unmittelbar am Netz liegt, abgeleitet. Die an dem Widerstand R6 abfallende, vom
Motorfluß abhängige Spannung wird über eine Diode D6 an den Steueranschluß des steuerbaren
Halbleiters gelegt.
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Zwischen der Diode D6 und dem Steueranschluß des Halblei ters T3 und
zwischen dem Widerstand R6 und dem Netzanschluß sind je ein Widerstand R7 und ein
Kondensator C2 geschaltet, die zueinanderparallel liegen.
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Die Schaltungsanordnung gemäß-der der Erfindung arbeitet in folgender
Weise.
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Läuft der Motor M mit seiner Solldrehzahl, so wird der steuerbare
Halbleiter T2 von der Rest-EMK des Motors nur so weit und so lange aufgesteuert,
daß der Motor seine Drehzahl einhält, während der andere steuerbare Halbleiter T3
während der ganzen Zeittleitend ist. Über den Zweig, in dem die Diode D2, die Widerstände
R4, R3 und R; angeordnet sind, gelangt während einer negativen Halbperiode Stromauf
den Zündkondensator C1 und über den Zweig, der die Widerstände R1, R2 und R5 und
die Diode D3 enthält, und über den Zweig, der den Widerstand R8 und die Diode D4
enthält, gelangt während einer positiven Halbperiode Strom auf den Zündkondensator
C1. Über die DIode D5 und den steuerbaren Halbleiter T3 wird ein Teil des positiven
Ladestromes des Zündkondensators c abgeleitet. Am Motor M fällt eine Rest-EMK ab,
die von seiner Drehzahl abhängt.
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Und zwar ist die Rest-EMK des Motors umso größer je grösser seine
Belastung und somit niedriger seine Drehzahl ist.
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Diese Rest-EMK wird über den Zweig, der parallel zum Motor M geschaltet
ist, abgegriffen und-an den steuerbaren Halbleiter T2 gelegt, der aufgrund dieser
Spannung seine Emitter-Kollektor-Strecke aufgesteuert. Ein erhöhter Ladestrom, dessen
Richtung durch die Diode D2 festgelegt wird, gelangt über den Widerstand R5 auf
den Zündkondensator C1. Je größer die Rest-EMK ist, desto länger bleibt der steuerbaren
Halbleiter T2 durchgeschaltet und desto mehr Ladung kann auf den Zündkondensator
C1 gelangen und desto früher wird der bidirektional leitende steuerbare Halbleiter
T1 über die Triggerdiode D1 gezündet. Durch die Vorverlegung des Zündpunktes wird
der Motorstromfluß erhöht und an dem Widerstand R6 fällt eine größere Spannung ab,
die über die Diode D6 und das RC-Glied R7, C2 um eine halbe Stromflußperiode verzögert
an den steuerbaren Halbleiter gelangt.
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Durch diese Spannung wird der Widerstand des steuerbaren HalbleitersT3,
der in dem Gegenkopplungszweig mit der Diode I)5 liegt, erhöht und somit die Ableitung
des Lade--stroms vermindert. Dies bedeutet, das der Zündkondensator C-1 über den
Widerstand R8 und die Diode D4 einen erhöhten Ladestrom erhält.
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Anlagen 9 Patent ansprüche 1 Bl. Zeichnung l Verzeichnis der Bezug,szeichen