DE2730151B2 - Drehzahl-Regelschaltung für einen Elektromotor - Google Patents
Drehzahl-Regelschaltung für einen ElektromotorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Drehzahl-Regelschaltung für einen Elektromotor gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
Bei bekannten Drehzahl-Regelschaltungen dieser Art besteht beim Auftreten starker Belastungsschwankungen bei niedrigen Motordrehzahlen eine Neigung zu
beträchtlichen Drehzahlschwankungen, die nicht mehr vernachlässigbar sind. Diese Erscheinung tritt in
besonders ausgeprägter Form zum Beispiel bei motorbetriebenen Nähmaschinen auf, bei denen ein
Mitnehmer oder Nocken zur Herstellung von Nähmustern auf einem Textilstück verwendet wird.
Aus der DE-OS 22 48 914 ist zum Beispiel eine Regelschaltung der vorstehend genannten Art zur
Konstanthaltung der Drehzahl eines Universalmotors bekannt, bei der eine den Zündwinke! eines im
Erregerkreis des Motors angeordneten Thyristors steuernde Triggerschaltung eine Zenerdiode, einen
variablen Stellwiderstand, einen ersten und einen zweiten Transistor, einen Speicherkondensator und eine
s Zweiweg-Schaltdiode bzw. einen sogenannten Diac aufweist. Hierbei wird die von dem Stellwiderstand
vorgegebene Spannung der Basis des ersten Transistors zur Steuerung dessen Kollektorstroms zugeführt, über
den sodann wiederum der Kollektorstrom des zweiten
ίο Transistors und damit die Aufladung des Speicherkondensators gesteuert werden, so daß die Drehzahlregelung des Motors im wesentlichen durch Steuerung der
Leitfähigkeit des ersten Transistors erfolgt Wenn die von dem Stellwiderstund vorgegebene Basisvorspan
nung einen bestimmten Wert überschreitet, erreicht der
erste Transistor jedoch den Sättigungszustand, was eine weitere Regelung verhindert. Die Vorverstellung des
Thyristor-Zündwinkels wird somit von den Sättigungskennwerten der beiden Transistoren begrenzt. D. h„ der
obere Grenzwert der Motordrehzahl ist von den Transistoren abhängig, was zwangsläufig zu einer
Einengung des Drehzahl-Regelbereichs führt Darüber hinaus kann die Drehzahlregelung des Motors in bezug
auf die Widerstandsänderung des Stellwiderstands nicht
linear erfolgen, da sie durch Änderung der dem ersten
Transistor zugeführten Basisvorspannung erzielt wird.
Ferner wird die induzierte Motorspannung bei dieser
Drehzahl-Regelschaltung direkt den Emittern der beiden Transistoren zugeführt, so daß sich eine
einheitliche Rückkopplung über den gesamten Drehzahl-Regelbereich des Motors ergibt Dies ist bei einem
solchen Motor insofern nachteilig, als die Motorbelastung insbesondere im niedrigen Drehzahlbereich
starken Änderungen unterworfen ist, so daß auch
entsprechende Rückkopplungsmaßnahmen insbesondere in diesem Drehzahlbereich wünschenswert sind.
Darüber hinaus ist bei der bekannten Drehzahl-Regelschaltung die Änderung des Kollektorstroms des
ersten Transistors dem induzierten Motorstrom umge
kehrt proportional, da die indu2ieri£ Motorspannung
dem Emitter des Transistors zugeführt wird. Damit nun der über den Speicherkondensator fließende Strom der
induzierten Motorspannung umgekehrt proportional wird, ist eine Polaritätsumkehr der Ausgangsspannung
des ersten Transistors erforderlich, was einen zusätzlichen Inverter in Form des zweiten Transistors erfordert
und damit den Gesamtaufbau der Regelschaltung verkompliziert
Aus der US-PS 36 34 874 ist weiterhin ein Motor-
Drehzahlregler bekannt, bei dem ein Triac in Abhängig
keit von der induzierten Motorspannung gesteuert wird. Hierbei sind jedoch keinerlei Maßnahmen dahingehend
getroffen, daß im niedrigen Drehzahlbereich ein größeres Rückkopplungsverhältnis als im hohen Dreh
zahlbereich erzielbar ist
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Drehzahl-Regelschaltung der im Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 genannten Art derart auszugestalten, daß eine Drehzahlregelung eines Elektromotors über
einen weiten Drehzahlbereich erzielbar ist und insbesondere bei starken Belastungsschwankungen im
niedrigen Drehzahlbereich von Kleinmotoren stabile Drehzahlen gewährleistet sind.
angegebenen Mitteln gelöst.
Erfindungsgemäß umfaßt somit die Triggerschaltung zur Steuerung des Zündwinkels eines steuerbaren
Halbleiter-Bauelements ebenfalls einen variablen Stell-
widerstand, einen Kondensator und eine Zweiweg-Schaltdiode bzw. einen sogenannten Diac, jedoch wird
nunmehr die von dem Stellwiderstand vorgegebene Spannung direkt dem Kondensator zugeführt, wodurch
das steuerbare Halbleiter-Bauelement mit dem von dem Widerstandswert des Stellwiderstands bestimmten
vorgegebenen Zündwinkel gezündet wird, was eine Drehzahlregelung des Motors über einen sehr weiten
Bereich ermöglicht.
Insbesondere wird erfindungsgemäß jedoch die im Motor induzierte Spannung von einer aus Zenerdioden
bestehenden Auswerteschaltung erfaßt und die von den Zenerdioden jeweils gebildete Meßspannung an die
Basis-Emitter-Strecke des zugehörigen Transistors der Widerstandseinrichtung angelegt, wodurch der Leitfähigkeitszustand des jeweiligen Transistors in direkter
Abhängigkeit von der induzierten Motorspannung gesteuert wird. Der zum Kondensator fließende Strom
wird hierbei am Kollektor des jeweiligen Transistors geteilt, wodurch der Zündwinkel des steuerbaren
Halbleiter-Bauelements entsprechend der induzierten Motorspannung gesteuert wird. Hierbei stellen die
Zenerdioden eine auf einer Änderung der Motordrehzahl beruhende Änderung der induzierten fciotorspannung nur dann sehr genau fest, wenn diese unter der
Durchbruchsspannung bzw. Zenerspannung Hegt und damit auch die Motordrehzahl unter einem vorgegebenen Wert liegt, während Änderungen der induzierten
Motorspannung nach Oberschreiten der Zenerspannung bzw. nach Oberschreiten eines vorgegebenen
Drehzahlwertes in wesentlich geringerem Maße erfaßt werden. Die Rückkopplung erfolgt daher hauptsächlich
im unteren Drehzahlbereich des Motors, wodurch die insbesondere bei niedrigen Drehzahlen verstärkt
auftretenden belastungsabhängigen Drehzahlschwankungen minimal gehalten werden, was insbesondere bei
zum Beispiel für Nähmaschinen und dgL verwendeten Kleinmotoren von Vorteil ist, deren Belastung sich vor
allem in diesem Drehzahlbereich sehr stark ändert
Des weiteren ist bei der erfindungsgemäßen Drehzahl-Regelschaltung die- Änderung des jeweiligen
Kollektorstromes der die Widerstandseinrichtung bildenden beiden Transistoren der induzierten Motorspannung proportional, da diese der jeweiligen Basis-Emitter-Strecke der Transistoren zugeführt wird, so daß die
Änderungen des über den Speicherkondensator fließenden Stromes der induzierten Motorspannung und damit
der Motordrehzahl umgekehrt proportional werden und dadurch die Rückkopplung auf sehr einfache Weise
ohne aufwendige Schattungsmaßnahmen erzielbar ist
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausfuhrungsbeispiels unter Bezugnahme auf die einzige
Figur der Zeichnung näher beschrieben.
Gemäß der Figur ist ein Endanschluß einer Ankerwicklung 1 eines Hauptschluß-Kommutatormotors mit einem Endanschluß einer Feldwicklung 2 des
Motors verbunden, während zwei GleMirichterdioden, z. B. Siliciumdioden 17 und 19 über ihre Kathoden mit
dem anderen Endsnschluß der Ankerwicklung 1 verbunden sind. Zwei weitere Silicium-Gleichrichterdioden 16 und 18 sind über ihre Anoden mit dem anderen
Endanschluß der Feldwicklung 2 verbunden. Die Kathode der Silicium-Gleichrichterdiode 18 und die
Anode der Siücium-Gleichrichterdiode 19 sind mit einem Anschluß 9 einer Wechselstromquelle 8 verbunden, während die Anode der Silicium-Gleichrichterdi
ode 17 und die Kathode der Silicium-Gleichrichterdiode 16 mit einer zweiten Elektrode eines mii einer
Zündelektrode versehenen, in zwei Richtungen steue. -baren Halbleiter-Bauelementes 11 verbunden sind,
dessen erste Elektrode mit dem anderen Anschluß 10 der Wechselstromquelle 8 verbunden ist Ein Widerstand 6 ist über einen Endansohluß mit der zweiten
Elektrode des steuerbaren Halbleiter-Bauelementes und über den anderen Endanjchluß mit einem
ίο Endanschluß eines variablen Stellwiderstandes 5 verbunden. Der Abgriff des Stellwiderstandes 5 ist über
einen Kondensator 7 mit der ersten Elektrode des steuerbaren Halbleiter-Bauelementes 11 und über eine
Zweiweg-Schaltdiode 12, auch Zweirichtungsthyristor
diode oder Diac genannt, mit der Zündelektrode des
steuerbaren Halbleiter-Bauelementes 11 verbunden. Eine weitere Silicium-Gleichrichterdiode 20 ist über ihre
Anode mit dem vorstehend genannten anderen Endanschluß der Feldwicklung 2 verbunden, während
ihre Kaiiiode mit dem vorstehend genannten einen Endanschluß der Feldwicklung 2 ve^anden ist
Wie der Figur ferner zu entnehn.an ist, ist ein
Konstant-Spannungselement, z. B. eine Zenerdiode 23,
über ihre Anode mit der Anode der Silicium-Gleich
richterdiode 18 verbunden, während ihre Kathode über
einen Widerstand 36 mit der Anode eines weiteren Konstantspannungselementes wie etwa einer Zenerdiode 24 verbunden ist Die Kathode der Zenerdiode 24 ist
mit der Kathode der Siliciuni-Gleichrichterdiode 19
verbunden. Die Anode der Zenerdiod« 23 ist außerdem
mit einem Endanschluß eines Kondensators 27 sowie mit einer veränderbaren Widerstandseinrichtung wie
z. B. dem Emitter eines NPN-Transistors 21 verbunden.
Die Kathode der Zenerdiode 23 ist außerdem mit dem
anderen Endanschluß des Kondensators 27 sowie über
einen Widerstand 25 mit der Basis des Transistors 21 verbunden. Die Anode der Zenerdiode 24 ist ferner mit
einem Endanschluß eines Kondensators 28 sowie über einen Widerstand 26 mit einer weiteren automatisch
veränderbaren Widerstandseinrichtung wie z.B. der
Basis eines PNP-Transistors 22 verbunden. Die Kathode der Zenerdiode 24 ist außerdem mit dem anderen
Endanschluß des Kondensators 28 sowie mit dem Emitter des Transistors 22 verbunden. Der Kollektor
des Transistors 22 ist über einen Widerstand 32 mit der Anode einer Silicium-Gleichrichterdiode 30 verbunden,
während der Kollektor des Transistors 21 über einen Widerstand 31 mit der Kathode einer Silicium-Gleichrichterdiode 29 verbunden ist Die Kathode der
Silicium-Gleichrichterdiode 30 ist über einen variablen Stellwiderstand 33 mit der Anode der Silicium-Gleichrichterdiode 29 verbunden. Der Abgriff des Stellwiderstandes 33 ist über ein<;n Semi-Festwiderstand 34 (z. B.
eineT Trimmer) mit einem Endanschluß des Steliwider-
Standes 5 verbunden, Während der andere Endanschluß
des Stellwiderstau Jes 5 über einen weiterer Semi-Festwiderstand 35 (z. B. einen Trimmer) mit dem Abgriff des
Stellwiderstandes 5 verbunden ist
Die Zenerdioden 23 und 24 dienen zum Aufspalten
bzw. Begrenzen tier Versorgungsspannung zur Verringerung dei" Differenz zwischen der Versorgungsspannung und der im Motor induzierten Spannung, so daß
die Erfassung der im Motor induzierten Spannung erleichtert wird, da die im Motor induzierte Spannung
verglichen mit der während des leitenden Zustandes des steuerbaren Halbleiter-Bauelementes 11 am Motor
anliegenden Versorgungsspannung niedrig ist. Die Zenerdioden 23 und 24 wirken somit als Auswerteschal-
tiing zur Feststellung der induzierten Motorspa: nung.
Die Kondensatoren 27 und 28 dienen zur Beseitigung bzw. Ausfilterung von in der im Motor induzierten
Spannung enthaltenen Störanteilen, so daß eine versehentliche Betätigung bzw. ein fehlerhafter Betrieb
der Transistoren 21 und 22 verhindert wird. Der Stellwiderstand 33 dient zur Einstellung des Betriebszustandes
der Transistoren 21 und 22. Der Semi-Festwiderstand 34 wirkt mit den Transistoren 21 und 22 zur
Einstellung des Rückkopplungsbetrages des Motordrehzahl-lstwertes zusammen und dient zur Feineinstellung
der stromleitenden Phase des steuerbaren Halbleiter-Bauelementes 11.
Im Betrieb wird ein Hauptschalter 3 zum Antrieb des Motors mit der von der Einstellung des Stellwiderstandes
5 bestimmten Drehzahl geschlossen. Es sei nun angenommen, daß das steuerbare Halbleiter-Bauelement
11 in beiden Richtungen sperrt und eine negative ι iSii/pcncKiC liZ'n. ■ iu!i/*A'CiiC uCr »crscr£üii£sspu"r,«2n£
der Wechselstromquelle 8 einsetzt. Der von der Wechselstromquelle 8 zugeführte Strom fließt dann
über den Anschluß 10, den Hauptschalter 3, den Widerstand 6, den Stellwiderstand 5, den Semi-Festwiderstand
35, den Kondensator 7, die Siücium-Gleichrichterdiode
17 und den Anker 1 in dieser Reihenfolge in die Feldwicklung 2. Bei dieser negativen Halbperiode
bzw. Halbwelle wird die in dem Motor induzierte Spannung über die Zenerdiode 24 und den Widerstand
36 der Zenerdiode 23 zugeführt, während die Klemmspannung der Zenerdiode 23 über den Vorspannungswiderstand 25 der Basis des Transisotrs 21 zur
Durchschaltung des Transistors 21 zugeführt wird. Der von der Wechselstromquclle 8 zugeführte Strom fließt
daher andererseits über den Stellwiijerstand 5, den Semi-Festwiderstand 34, den Stellwiderstand 33, die
Silicium-Gleichrichterdiode 29 und den Widerstand 31 in dieser Reihenfolge zu dem Transistor 21. Dies
bedeutet, daß eine aus dem Stellwiderstand 5, dem Semi-Festwiderstand 34, dem Stellwiderstand 33, dem
Widerstand 31 und dem Transistor 21 bestehende Reihenschaltung dem Kondensator 7 parallelgeschaltet
ist, und daß das steuerbare Halbleiter-Bauelement 11 durchgeschaltet wird, wobei die stromleitende Phase
von der Klemmspannung der aus der Reihenschaltung und dem Kondensator 7 bestehenden Parallelschaltung
bestimmt wird.
Während der dieser negativen Halbwelle folgenden positiven Halbwelle fließt der von der Wechselstromquelle
8 zugeführte Strom über den Anschluß 9, die Silicium-Gleichrichterdiode 19, den Anker 1, die
Feldwicklung 2 und die Silicium-Gleichrichterdiode 16 in dieser Reihenfolge zu dem Kondensator 7. Während
dieser positiven Halbwelle wird die im Motor induzierte Spannung der Zenerdiode 24 zugeführt, während die
Klemmenspannung der Zenerdiode 24 über den Vorspannungswiderstand 26 der Basis des Transistors
22 zur Durchschaltung des Transistors 22 zugeführt wird Der von der Wechselstromquelle 8 zugeführte
Strom fließt andererseits über die Silicium-Gleichrichterdiode 19, den Transistor 22, den Widerstand 32,
die Silicium-Gleichrichterdiode 30, den Stellwiderstand 33 und den Semi-Festwiderstand 34 in dieser Reihenfolge
zu dem Stellwiderstand 5. Dies bedeutet, daß eine aus dem Transistor 22, dem Widerstand 32, dem Stellwiderstand
33, dem Semi-Festwiderstand 34 und dem Stellwiderstand 5 bestehende Reihenschaltung dem
■ Kondensator 7 parallelgeschaltet ist. Das str-ierbare
Halbleiter-Bauelement 11 wird daher durchgeschaltet, wobei die stromleitende Phase von der Klemmenspannung
der aus dieser Reihenschaltung und dem Kondensator 7 bestehenden Parallelschaltung bestimmt
wird.
Die Drehzahl des Motors, bei der sich ein stabiler Betrieb mit konstanter Drehzahl bei einer einen
bestimmten Betrag aufweisenden Belastung ergibt, nimmt ab, wenn der Betrag der Belastung ansteigt. In
π einem solchen Falle wird die im Motor induzierte
Spannung proportional zu der Drehzahl des Motors niedriger, so daß die Klemmenspannung der Zenerdioden
23 und 24 und damit die den Transistoren 21 und 22 ftt*£*fi\l%rt£* Urvrcnanniinrt pnlcnraohen/1 iKcinl I I~l^r
Kollektorstrom nimmt somit ab, was einem Anstieg des Widerstandswertes der Transistoren 21 und 22 entspricht.
Dies hat zur Folge, daß die stromleitende Phase des steuerbaren Halbleiter-Bauelementes 11 zur Steigerung
der Drehzahl des Motors vorverstellt bzw. verkürzt wird. Andererseits steigt die Drehzahl des
Motors bei einer Verringerung des Belastungsbetrages an, wobei sich die im Motor induzierte Spannung
propotional zu der Drehzahl des Motors erhöht. Die den Transistoren 21 und 22 zugeführte Vorspannung
wird daher entsprechend erhöht, was einer Verringerung des Widerstandswertes der Transistoren 21 und 22
entspricht. Dies hat wiederum zur Folge, daß die stromleitende Phase des steuerbaren Halbleiter-Bauelementes
11 zur Verringerung der Drehzahl des Motors verzögert wird. Es ist somit ersichtlich, daß die im Motor
induzierte Spannung, die in Abhängigkeit von der Belastungsänderung variabel ist, zu dem steuerbaren
Halbleiter-Bauelement 11 als Drehzahl-Istwert rückgekoppelt
wird, so daß der erwünschte Betrieb des Motors mit konstanter Drehzahl auf sehr stabile und zuverlässige
Weise erzielbar ist. Der Rückkopplungsbetrag des Drehzahl-Istwertes relativ zu der Änderung der im
Motor induzierten Spannung läßt sich durch geeignete Wahl der Zener-Durchbruchsspannungswerte der
Zenerdioden 23 und 24, der Widerstandswerte der Vorspannungswiderstände 25 und 26 sowie des
Widerstandswertes des die Rückkopplung steuernden Semi-Festwiderstandes 34 beliebig einstellen.
Zur Steuerung des dem Motor zugeführten Stromes
so kann anstelle des in zwei Richtungen steuerbaren Halbleiter-Bauelementes gemäß der Figur au 'i ein
Thyristor verwendet werden. Außerdem können anstelle der beschriebenen Zenerdioden zur Feststellung der
induzierten Motorspannung auch Neon-Entladungsröhren
oder dergl. Verwendung finden, während als Schalteinrichtung Thyristoren oder dergl. anstelle der
beschriebenen Transistoren verwendet werden können. Modifikationen, die unter Verwendung dieser Bauelemente
vorgenommen werden, sind zum Ausgleich von Belastungsschwankungen in gleichem Maße wirksam,
wie das vorstehend beschriebene spezifische Ausführungsbeispiel.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Drehzahl-Regelschaltung für einen Elektromotor, mit einem Speisestromkreis, der dem Motor
über ein mit einer Zündelektrode versehenes steuerbares Halbleiter-Bauelement Strom von einer
Wechselstromquelle zuführt, mit einer Triggerschaltung, die der Zündelektrode des Halbleiter-Bauelements eine Zündspannung zuführt, mit einer
Auswerteschaltung zur Feststellung der induzierten Motorspannung und mit einer Widerstandseinrichtung, deren Widerstandswert sich automatisch in
Abhängigkeit von der festgestellten Motorspannung ändert, wobei die von der Triggerschaltung abgegebene Zündspannung in Abhängigkeit von der
Widerstandsänderung der Widerstandseinrichtung änderbar und der Zündwinkel des Halbleiter-Bauelements in Abhängigkeit von dem Anstieg oder
Abfall der festgestellten Motorspannung zeitlich rück- oder vorverstellbar ist, dadurch gekennz e i c h β ^t, daß die Auswerteschaltung dem Motor
(1, 2) parallelgeschaltete Konstantspannungselemente (23,24) aufweist und daß die Widerstandseinrichtung Transistoren (21, 22) aufweist, deren
Basis-Emitter-Kreise jeweils einem der Konstantspannungselemente parallelgeschaltet sind, während
die Kollektoren der Transistoren mit der Triggerschaltung (5,7,12) verbunden sind.
2. Drehzahl-Regelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantspannungselemente jeweils aus einer Zenerdiode (23,24)
bestehen.
3. Drehzahl-RegeixhalUi? g nach Anspruch 1 oder
2, bei der die Triggerschaltung einen Kondensator und eine zwischen den K ndensator und die
Zündelektrode des Halbleiter-Bauelementes geschaltete Zweiweg-Schaltdiode aufweist, die bei
Erreichen einer vorgegebenen Ladespannung des Kondensators durchschaltet und dadurch die Zündspannung der Zündelektrode des Halbleiter-Bauelementes zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß die
Triggerschaltung einen variablen Stellwiderstand (S), dessen einer Endanschluß mit der Wechselstroaiquelle (8) verbunden und dessen anderer Endanschluß mit dem jeweiligen Kollektor der Transistoren (21, 22) gekoppelt sind, und eine Verbindung
vom Abgriff des variablen Stellwiderstandes zu dem Kondensator (7) aufweist.
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