DE2631418A1 - Current limiting ballast circuit - has switch applying exponentially decreasing voltage superposed on voltage proportional to load to current controller - Google Patents

Current limiting ballast circuit - has switch applying exponentially decreasing voltage superposed on voltage proportional to load to current controller

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DE2631418A1 DE19762631418 DE2631418A DE2631418A1 DE 2631418 A1 DE2631418 A1 DE 2631418A1 DE 19762631418 DE19762631418 DE 19762631418 DE 2631418 A DE2631418 A DE 2631418A DE 2631418 A1 DE2631418 A1 DE 2631418A1
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Walter Mueller
Jun Albrecht Schnizler
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Abstract

The circuit has a mains terminal and a terminal for an electric power tool. A current controller (6) working together with a control element (9) has an adjustable nominal value and an input (8) for the actual value connected with a measurement current transformer (12), a switch (21) and a capacitor (18) when the circuit is connected and motor switch (21) open, switch (21) makes possible capacitor (18) charge, and applies to the actual value input (8) a basic value. It opens when the motor switch (5) is closed, so that the value at the input (8) is at the connection instant determined by superposition of an exponentially decreasing capacitor voltage and the voltage from the measurement current transformer.

Description

Vorschaltgerät zur Strombegrenzung, Ballast for current limitation,

insbesondere bei Elektrowerkzeugen Die Erfindung betrifft ein Vorschaltgerät zur Strombegrenzung mit einem Netzanschluß für Wechselstrom und einem Anschluß für ein Elektrowerkzeug od.dgl. Es ist bekannt, in Elektrowerkzeuge mit höherer Leistung Elemente einzubauen, die den Anlaufstrom, der z.B. das Achtfache des Nennstromes betragen kann, begrenzen und die Maschine vor Überlastung schützen. Bekannt ist auch ein Anlaufstrom-Vorschaltgerät, das mit Strombegrenzungswiderständen arbeitet, wobei im Einschaltaugenblick der Anlaufstrom durch den Kaltwiderstand eines NTC bestimmt wird. Es soll dadurch vermieden werden, daß zu häufige Arbeitsstörungen durch Sicherungsausfall z.B. in häufig sehr gering abgesicherten Haushaltsleitungen eintreten, die Lebensdauer des Werkzeuges soll infolge geringerer Beschleunigungskräfte an bewegten mechanischen Teilen und geringeren Stromkräften auf Anker- und Feldwicklung erhöht werden, die Sicherheit für die Bedienungsperson soll sich durch einen sanften Anlauf vergrößern. in particular in the case of power tools. The invention relates to a ballast for current limitation with a mains connection for alternating current and a connection for a power tool or the like. It is known in power tools with higher power To incorporate elements that provide the starting current, e.g. eight times the nominal current can amount, limit and the Protect the machine against overload. Also known is a starting current ballast that has current limiting resistors works, with the starting current through the cold resistor at the moment of switch-on an NTC is determined. This is to avoid frequent work disruptions due to a fuse failure, e.g. in household lines that are often very poorly protected occur, the service life of the tool should be due to lower acceleration forces on moving mechanical parts and lower current forces on armature and field windings be increased, the safety for the operator should be increased by a gentle Enlarge start-up.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vorschaltgerät zu schaffen, mit dem nicht nur der Anlaufstrom, sondern auch der Überlaststrom begrenzt werden kann, wobei die maximale Stromstärke variabel einstellbar ist.The invention is based on the object of creating a ballast with which not only the starting current but also the overload current are limited can, whereby the maximum current intensity is variably adjustable.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß ein mit einem Stellglied zusammenarbeitender Stromregler mit einstellbarem Sollwert und einem Istwert-Eingang vorgesehen ist und der Istwert-Eingang mit einem Strom-Meßumformer, einem Schalter und einem Kondensator verbunden ist, wobei der Schalter bei am Netz angeschlossenem Gerät und geöffnetem Motorschalter die Aufladung des Kondensators ermöglicht und am Istwert-Eingang einen Grundwert festlegt und bei geschlossenem Motorschalter abschaltet, so daß der Wert am Istwert-Eingang im Einschaltaugenblick durch Überlagerung der nach einer e-Funktion abfallenden Spannung am Kondensator und der Spannung vom Strom-Meßumformer bestimmt ist. Auf diese Weise läßt sich die Höhe des Anlaufstromes und des Überlaststromes in gleicher Weise maximieren, wobei die Einstellung so vorgenommen wird, daß die Sicherung in der Leitung nicht anspricht. Das Gerät kann Elektrowerkzeugen aller Art und anderen Geräten vorge-schaltet werden, die also je für sich keine besonderen Einrichtungen für die Anlaufstrombegrenzung bzw.To solve this problem, the invention provides that a with a Actuator cooperating current controller with adjustable setpoint and one Actual value input is provided and the actual value input with a current transducer, a switch and a capacitor is connected, the switch at at the If the device is connected to the mains and the motor switch is open, the capacitor will be charged enables and defines a basic value at the actual value input and when the Motor switch switches off so that the value at the actual value input is instantly switched on by superimposing the voltage dropping across the capacitor according to an exponential function and the voltage is determined by the current transducer. In this way, the Maximize the amount of the starting current and the overload current in the same way, whereby the setting is made so that the fuse in the line does not respond. The device can be connected to all types of power tools and other devices, which therefore do not have any special devices for limiting the starting current respectively.

einen Überlastschutz benötigen. Mit der erfindungsgemäßen Strom-Regelschaltung kann der Strom-Sollwert z.B. an einem Potentiometer stufenlos eingestellt werden, die Einstellung kann so vorgenommen werden, daß selbst bei blockiertem Gerät die Netzsicherung nicht anspricht.need overload protection. With the current control circuit according to the invention the current setpoint can be continuously adjusted e.g. on a potentiometer, the setting can be made so that even when the device is blocked, the Mains fuse does not respond.

Mit dem Gerät lassen sich sämtliche Elektrowerkzeuge bis z.B. 15 A Nennstrom mit Reihenschlußmotor betreiben. Da das Drehmoment beim Reihenschlußmotor proportional dem Strom ist, kann das Vorschaltgerät auch zur stufenlosen Drehmomenteinstellung herangezogen werden.All power tools up to e.g. 15 A can be operated with the device Operate rated current with series motor. Since the torque in a series motor is proportional to the current, the ballast can also be used for stepless torque adjustment can be used.

Das Stellglied ist dem Strom-Meßumformer vorgeschaltet, es besteht vorzugsweise aus einem Triac, wobei der Stromregler als Phasenanschnittregler ausgebildet ist. Eine besonders einfache Bauweise wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß der Strom-Meßumformer aus einem Übertrager mit einer Primärseite und einer Sekundärseite besteht und zwischen Sekundärseite und Istwert-Eingang ein Gleichrichter geschaltet ist. Dabei ist der Kondensator dem Gleichrichter parallel geschaltet.The actuator is connected upstream of the current transducer, it consists preferably from a triac, the current regulator being designed as a phase control regulator is. A particularly simple construction is achieved according to the invention by that the current transducer consists of a transformer with a primary side and a secondary side exists and a rectifier is connected between the secondary side and the actual value input is. The capacitor is connected in parallel to the rectifier.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht der Schalter aus einem Verstärker und einem Komparator (Operationsverstärker). Der Schalter ist ausgangsseitig mit der Leitung zwischen Istwert-Eingang und Kondensator und eingangsseitig mit der Motorstromleitung vor und nach dem Stellglied verbunden. Diese Schalterausbildung ist wie der Aufbau des Strom-Meßumformers von besonderer Einfachheit, er arbeitet praktisch ohne Verlustleistung. Die Eingangsspannung des Verstärkers wird wegen der hohen möglichen Schwankungen begrenzt und anschließend verstärkt.According to a further feature of the invention, the switch consists of an amplifier and a comparator (operational amplifier). The switch is on the output side with the line between the actual value input and the capacitor and on the input side with connected to the motor power line before and after the actuator. This switch training Like the structure of the current transducer, it is particularly simple, it works practically no power loss. The input voltage of the amplifier is due to limited to the high possible fluctuations and then reinforced.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Schaltschemas dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is based on the drawing of a circuit diagram and is shown described in more detail below.

Das Vorschaltgerät umfaßt die durch die gestrichelte Linie 1 umschlossenen Teile, es weist einen Netzanschluß 2 und einen Anschluß 3 für ein Elektrowerkzeug od.dgl. auf, von dem lediglich ein Motor 4 (Reihenschluß) und der Motorschalter 5 dargestellt sind. Wesentliche Teile des Gerätes sind ein Stromregler 6, der als integrierter Schaltkreis in Form eines Phasenanschnittreglers gehalten ist und der u.a. einen Sollwert-Eingang 7 und einen Istwert-Eingang 8 aufweist. Der Regler vergleicht die Sollwertspannung am Eingang 7 mit der Istwertspannung am Eingang 8.The ballast includes those enclosed by the dashed line 1 Parts, it has a power connection 2 and a connection 3 for a power tool or the like. on, of which only a motor 4 (series connection) and the motor switch 5 are shown. Essential parts of the device are a current regulator 6, which as integrated circuit is held in the form of a phase control and the has a setpoint input 7 and an actual value input 8, among other things. The controller compares the setpoint voltage at input 7 with the actual value voltage at input 8.

Ist die Istwertspannung größer , so verkleinert sich der Stromflußwinkel eines Stellgliedes 9, das als Triac ausgebildet ist und umgekehrt. Die Regelverstärkung kann durch einen Rückkopplungswiderstand 10 eingestellt werden, der Sollwert kann über ein Potentiometer 11 stufenlos verändert werden, man kann aber auch über einen Schalter gängige Stufen in Abhängigkeit der Sicherungsgrößen fixieren.If the actual value voltage is greater, the current conduction angle is reduced an actuator 9 which is designed as a triac and vice versa. The control gain can be adjusted by a feedback resistor 10, the setpoint value can can be changed continuously via a potentiometer 11, but you can also use a Fix switches to common levels depending on the fuse sizes.

Weiterer wesentlicher Bestandteil ist ein Strom-Meßumformer 12, dessen Teile im wesentlichen von der gestrichelten Linie 13 umfaßt sind. Er enthält einen Übertrager 14 mit einer Primärseite 15 und einer Sekundärseite 16, einen Gleichrichter 17 und einen Kondensator 18. Die Primärseite 15 liegt hinter dem Stellglied 9 in der Motorstromleitung 19, der Kondensator 18 liegt zum Gleichrichter 17 parallel. Mit dem Strom-Meßumformer 12 wird der Istwert, also die Regelgröße gewonnen. Der Motorstrom durch die Primärseite 16 des Übertragers 14 verursacht auf der Sekundärseite 16 eine Spannung, die nach Gleichrichtung und Glättung auf den Istwert-Eingang 8 des Stromreglers 6 geschaltet ist.Another essential component is a current transducer 12, whose Parts are essentially encompassed by the dashed line 13. It contains one Transformer 14 with a primary side 15 and a secondary side 16, a rectifier 17 and one Capacitor 18. The primary side 15 is behind the Actuator 9 in the motor power line 19, the capacitor 18 is connected to the rectifier 17 in parallel. With the current transducer 12, the actual value, that is, the controlled variable won. The motor current caused by the primary side 16 of the transformer 14 on the secondary side 16 a voltage, which after rectification and smoothing on the actual value input 8 of the current controller 6 is switched.

Durch die weitere gestrichelte Linie 20 ist ein Schalter 21 umgrenzt, dessen Ausgangsseite 22 mit der Leitung zwischen dem Istwert-Eingang 8 und dem Strom-Meßumformer 12 verbunden ist. Auf der Eingangsseite ist er angeschlossen an die Motorstromleitung 19, und zwar einmal vor dem Stellglied 9 und einmal nach diesem bzw. der Primärseite 15 des Übertragers 14. Er enthält u.a. Dioden 23,24, einen Verstärker 25 und einen Komparator 26.The further dashed line 20 delimits a switch 21, its output side 22 with the line between the actual value input 8 and the current transducer 12 is connected. On the input side, it is connected to the motor power line 19, once before the actuator 9 and once after this or the primary side 15 of the transformer 14. It contains, inter alia, diodes 23,24, an amplifier 25 and a Comparator 26.

Das Gerät arbeitet wie folgt: Ist der Motorschalter 5, wie in der Zeichnung dargestellt, geöffnet, so liegt an den Punkten 27 und 28 das gleiche Potential, damit ist die Eingangs- und Ausgangsspannung des Verstärkers 25 praktisch Null. Die positive Referenzspannung am Punkt 29 übertrifft also die Ausgangsspannung des Verstärkers 25 am Punkt 30. Bei diesen Bedingungen liegt am Ausgang des Komparators 26 und damit am Istwert-Eingang 8 des Stromreglers 6 und am Kondensator 18 eine Spannung, die größer oder gleich der Sollwertspannung am Eingang 7 ist.The device works as follows: If the motor switch is 5, as in the Drawing shown, open, the same potential is at points 27 and 28, thus the input and output voltage of the amplifier 25 is practically zero. The positive reference voltage at point 29 thus exceeds the output voltage of Amplifier 25 at point 30. Under these conditions is at the output of the comparator 26 and thus at the actual value input 8 of the current regulator 6 and at the capacitor 18 a Voltage that is greater than or equal to the setpoint voltage at input 7.

Wird also der Netzanschluß 2 des Gerätes geschlossen, so sorgt der kontaktlose Schalter 21 im Ruhebetrieb für die Aufladung des Kondensators 18.So if the mains connection 2 of the device is closed, the contactless switch 21 in idle mode for charging the capacitor 18.

Wird der Motorschalter 5 geschlossen, liegt zwischen den Punkten 27 und 28 sofort die gesamte Netzspannung.If the motor switch 5 is closed, it lies between the points 27 and 28 immediately the entire mains voltage.

Da der Spannungsabfall zwischen diesen Punkten 27,28 entsprechend einem Stromflußwinkel 0 - 3600 Werte zwischen 220 V und 1,2 V annehmen kann, wird die Eingangsspannung am Verstärker 25 durch die Anordnung der Dioden 23,24 auf etwa 0,7 V begrenzt bei anschließender Verstärkung. Bei geschlossenem Motorschalter 5 ist die verstärkte Spannung am Punkt 30 größer als die Referenzspannung am Punkt 29. Dadurch schaltet der Komparator 26 um, das Ausgangssignal wird 0 und der Wert am Istwert-Eingang 8 wird bestimmt vom Strom-Meßumformer 12 bzw. Kondensator 18. Ohne den Schalter 21 könnte der Stromregler 6 im Einschaltaugenblick, also beim Betätigen des-Motorschalters 5, den Anlaufstrom nicht auf den Sollwert begrenzen, weil der Istwert im Einschaltaugenblick Null wäre und dadurch der Stromregler 6 das Stellglied 9 auf den maximalen Stromflußwinkel stellt.Since the voltage drop between these points 27.28 accordingly can assume values between 220 V and 1.2 V at a current flow angle of 0 - 3600 the input voltage at the amplifier 25 by the arrangement of the diodes 23,24 to about 0.7 V limited with subsequent amplification. With the engine switch closed 5 the boosted voltage at point 30 is greater than the reference voltage at the point 29. As a result, the comparator 26 switches over, the output signal becomes 0 and the value at the actual value input 8 is determined by the current transducer 12 or capacitor 18. Without the switch 21, the current regulator 6 could be switched on at the moment of switching on Actuate the motor switch 5, do not limit the starting current to the setpoint, because the actual value at the moment of switch-on Would be zero and thus the Current regulator 6 sets the actuator 9 to the maximum current conduction angle.

Durch die Nullstellung des Ausgangssignales auf der Ausgangsseite 22 beim Betätigen des Motorschalters 5 entlädt sich der Kondensator 18, die für den Einschaltaugenblick durch den Schalter 21 angehobene Istwertspannung sinkt ab. Damit beginnt ein Anlaufstrom mit zunehmendem Stromflußwinkel zu fließen, über den Strom-Meßumformer 12 gelangt der echte Strom-Istwert auf den Eingang 8. Erreicht der Strom-Istwert den eingestellten Sollwert, so wird der Anlaufstrom begrenzt.By setting the output signal to zero on the output side 22 when the motor switch 5 is operated, the capacitor 18 discharges, which is for the actual value voltage raised by the switch 21 at the instant of switch-on drops. A starting current begins to flow with an increasing current conduction angle over the Current transducer 12 receives the real current actual value at input 8. Reached If the actual current value exceeds the setpoint value, the starting current is limited.

Nach dem Anlaufvorgang sinkt der Motorstrom und damit der Strom-Istwert wesentlich ab, der Stromregler 6 stellt das Stellglied 9 auf den maximal möglichen Stromflußwinkel. Steigt der Laststrom durch höhere Leistungsabgabe des Elektrowerkzeuges an, tritt eine Begrenzung ein, sobald der eingestellte Sollwert am Regler 6 erreicht wird: man hat damit einen vollständigen Überlastungsschutz. Bei eingeschaltetem Motorschalter 5 bleibt der Schalter 21 stets abgeschaltet, da ständig ein Spannungsunterschied zwischen den Punkten 27,28 aufrechterhalten wird.After the start-up process, the motor current drops and with it the actual current value substantially, the current regulator 6 sets the actuator 9 to the maximum possible Current conduction angle. If the load current increases due to the higher power output of the power tool on, a limitation occurs as soon as the setpoint set on controller 6 is reached becomes: you have complete overload protection. When the Motor switch 5, the switch 21 is always switched off because there is a constant voltage difference is maintained between points 27.28.

Das Vorschaltgerät ermöglicht auch, Maschinen mit hoher Leistung einzusetzen, wenn die Leitungen, was z.B. bei älteren Häusern häufig vorkommt, sehr niedrig, z.B. mit 6 A, abgesichert sind. Durch die Möglichkeit der Sollwerteinstellung kann man sich leicht optimal an die gegebenen Verhältnisse anpassen. L e e r s e i t eThe ballast also enables high-performance machines to be used, if the lines, which is often the case in older houses, for example, are very low, e.g. with 6 A. With the option of setting the setpoint, you can one can easily adapt optimally to the given circumstances. L. e e r e i t e

Claims (8)

Patentansprüche orschaltgerät zur Strombegrenzung mit einem Netzanschluß und einem Anschluß für ein Elektrowerkzeug od.dgl., dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einem Stellglied (9) zusammenarbeitender Stromregler (6) mit einstellbarem Sollwert und einem Istwerteingang (8) vorgesehen ist und der Istwerteingang (8) mit einem Strom-Meßumformer (12), einem Schalter (21) und einem Kondensator (18) verbunden ist, wobei der Schalter (21) bei angeschlossenem Gerät und geöffnetem Motorschalter (5) die Aufladung des Kondensators (18) ermöglicht und am Istwerteingang (8) einen Grundwert festlegt und bei geschlossenem Motorschalter (5) abschaltet, so daß der Wert am Istwerteingang (8) im Einschaltaugenblick durch Überlagerung der nach einer e-Funktion abfallenden Spannung am Kondensator und der Spannung vom Strom-Meßumformer bestimmt ist. Control device for current limitation with a mains connection and a connection for a power tool or the like., characterized in that one with an actuator (9) cooperating flow regulator (6) with adjustable Setpoint and an actual value input (8) is provided and the actual value input (8) with a current transducer (12), a switch (21) and a capacitor (18) is connected, the switch (21) when the device is connected and open Motor switch (5) enables the capacitor (18) to be charged and at the actual value input (8) defines a basic value and switches off when the motor switch (5) is closed, so that the value at the actual value input (8) is superimposed at the moment of switch-on the voltage drop across the capacitor according to an exponential function and the voltage from Current transducer is intended. 2. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (9) dem Strom-Meßumformer (12j vorgeschaltet ist. 2. Ballast according to claim 1, characterized in that the Actuator (9) is connected upstream of the current transducer (12j). 3. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromregler (6) als Phasenanschnittregler ausgebildet ist. 3. Ballast according to claim 1, characterized in that the Current regulator (6) is designed as a phase control regulator. 4. Vorschaltgeråt nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (9) aus einem Triac besteht.4. Ballast according to claim 1 to 3, characterized in that the actuator (9) consists of a triac. 5. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom-Meßumformer (12) aus einem Übertrager (14) mit einer Primärseite (15) und einer Sekundärseite (16) besteht und zwischen Sekundärseite (16) und Istwerteingang (8) ein Gleichrichter (17) geschaltet ist.5. Ballast according to claim 1, characterized in that the Current transducer (12) from a transformer (14) with a primary side (15) and a secondary side (16) and between the secondary side (16) and the actual value input (8) a rectifier (17) is connected. 6. Vorschaltgerät nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (18) dem Gleichrichter (17) parallel geschaltet ist.6. Ballast according to claim 1 and 5, characterized in that the capacitor (18) is connected in parallel to the rectifier (17). 7. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (21) aus zwei Operationsverstärkern (Verstärker 25 und Komparator 26) besteht und die Ausgangsseite (22) mit der Leitung zwischen Istwerteingang (8) und Kondensator (18)- und die Eingangsseite mit der Motorstronileitung (19) vor und nach dem Stellglied (9) verbunden sind.7. Ballast according to claim 1, characterized in that the Switch (21) consists of two operational amplifiers (amplifier 25 and comparator 26) and the output side (22) with the line between the actual value input (8) and the capacitor (18) - and the input side with the motorstronic line (19) before and after the actuator (9) are connected. 8. Vorschaltgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsspannung am Verstärker (25) durch Dioden (23,24) begrenzt ist.8. Ballast according to claim 7, characterized in that the Input voltage to the amplifier (25) is limited by diodes (23,24).
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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