DE4037072A1 - Schaltung zur steuerung der drehzahl eines universalmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Steuerung der Drehzahl eines Universalmotors mit einer Phasenan­ schnittsteuerung, mit einer Halbwellenlaststromerfas­ sung und einem RC-Glied zur Glättung einer laststrom­ proportionalen Meßgröße.

Universalmotoren werden auf vielen Gebieten der Technik eingesetzt. So finden Universalmotoren beispielsweise bei Heimwerkergeräten wie z. B. Bohrmaschinen oder bei Küchengeräten Anwendung. Bei diesen Anwendungen soll die Drehzahl des Universalmotors möglichst lastunabhän­ gig sein. Eine lastunabhängige Drehzahlsteuerung von Universalmotoren läßt sich beispielsweise mit Hilfe einer Phasenanschnittsteuerung erzielen. Um die Bau­ größe sowie Kosten z. B. von Heimwerkergeräten zu mini­ mieren, verzichtet man in vielen Fällen auf eine prä­ zise Drehzahlerfassung und bemüht sich, die gewünschte Drehzahlkonstanz unter variablen Lastverhältnissen da­ durch zu erzielen, daß eine sogenannte Laststromkompen­ sation der Leistungsstellgröße dazu verwendet wird, die Drehzahl des Universalmotors auf einen vorgegebenen Wert zu stabilisieren. Die dazu erforderliche Laststro­ merfassung erfolgt in vielen Fällen aus Kostenerspar­ nisgründen nur während einer Halbwelle der Netzspan­ nung. Eine entsprechende integrierte Halbleiterschal­ tung wird in Elektronik, 1985, Heft 4, Seite 86-90 be­ schrieben.

Die Halbwellenstromerfassung hat den Nachteil, daß die zur Drehzahlstabilisierung erforderliche Integration des Halbwellenlaststromes eine Unsymmetrie des Steuer­ winkels der Phasenanschnittsteuerung zur Folge hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schal­ tung zur Steuerung der Drehzahl eines Universalmotors mit Phasenanschnittsteuerung und Halbwellenlaststromer­ fassung anzugeben, bei der keine Unsymmetrie des Steu­ erwinkels auftritt. Diese Aufgabe wird durch eine Schaltung zur Steuerung eines Universalmotors mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungs­ beispiel erläutert.

Die Fig. 1 zeigt eine Schaltung zur Erfassung des Laststromes, wobei das Leistungsschaltelement z. B. ein Triac TR ist. Der Triac TR schaltet den Motor M be­ darfsabhängig ans Netz. Dies geschieht dadurch, daß der Triac TR durch einen Zündimpuls leitend geschaltet wird. Zwischen den Triac TR und das Bezugspotential ist ein Widerstand R1 geschaltet, der wie der Triac vom Laststrom durchflossen wird. Der Laststrom erzeugt an dem Meßwiderstand R1 eine stromproportionale Spannung, aus der in der Halbwellenstromerfassung 1 ein last­ stromproportionaler Strom erzeugt wird, der beispiels­ weise um den Faktor 10⁵ bis 10⁶ kleiner ist als der Laststrom, der im Ampere-Bereich liegt. Die Halbwellen­ stromerfassung 1 kann beispielsweise durch eine Schal­ tung realisiert werden, die als Teilschaltung zur Halb­ wellenstromerfassung im IC Tfk U 210 B vorhanden ist.

Die Fig. 3a zeigt den Verlauf der Netzspannung U_Netz sowie den Verlauf des Laststromes. Nach der Fig. 3a fließt ein Laststrom sowohl in der positiven als auch in der negativen Halbwelle der Netzspannung. Der Triac schaltet sich nach dem Zünden automatisch dann wieder ab, wenn der Laststrom am Ende der Halbwelle der Netz­ spannung einen bestimmten Wert unterschreitet. Der Triac muß nach dem Abschalten durch einen Zündimpuls erneut gezündet werden, wenn ein Laststrom fließen soll. ist der Stromflußwinkel, der die Phase angibt, während der ein Laststrom fließen soll. α ist der Steu­ erwinkel, der sich aus der Beziehung α = 180° er­ gibt.

Die Fig. 3b zeigt eine Meßgröße, die mittels der Halb­ wellen-Stromerfassungsschaltung 1 der Fig. 1 aus dem Laststrom abgeleitet wird. Nach der Fig. 3b erfolgt jedoch nur eine Halbwellenerfassung des Laststromes.

Die Fig. 3c zeigt die Steuerspannung U_steuer, die durch Glättung der Meßgröße der Fig. 3b während der Meßzeit erhalten wird. Die Meßzeit erstreckt sich vom Steuerwinkel α₊ Halbwelle bis zum nächsten Zündimpuls bei α_- Halbwelle. Die Glättung erfolgt bei der Schal­ tung der Fig. 1 durch ein RC-Glied mit dem Wider­ stand R2 und dem Kondensator C1. Wie die Fig. 3c zeigt, erfolgt die Glättung der Meßgröße der Fig. 3b nur während einer Teilperiode, in der ein positiver Laststrom fließt, während in derjenigen Teilperiode der Netzspannung, während der ein negativer Laststrom fließt, der Meßwert im Kondensator gespeichert wird. Dies erreicht man gemäß der Fig. 1 erfindungsgemäß durch einen von der Steuerlogik 2 gesteuerten Schal­ ter S1 in Serie zum Widerstand R1, der während derjeni­ gen Teilperiode, während der ein negativer Laststrom fließt, den Widerstand R2 vom Kondensator C1 trennt.

Durch die erfindungsgemäße Abschaltung des Widerstan­ des R2 vom Kondensator C1 während einer Haltezeit wird eine Unsymmetrie des Steuerwinkels α vermieden. Würde der Widerstand R1 auch während der Haltezeit verbunden sein so würde sich die Meßwertkurve (U_steuer) entspre­ chend der gestrichelten Linie der Fig. 3c fortsetzen. Da aber der Widerstand erfindungsgemäß während der Hal­ tezeit ausgeschaltet wird, bleibt die Spannung U_steuer und wegen α = f(U_steuer) auch α während der Haltezeit konstant. Die Haltezeit erstreckt sich vom Zeitpunkt des Zündimpulses für die negative Halbwelle der Netz­ spannung bis zum Zeitpunkt des Zündimpulses für die (darauffolgende) positive Halbwelle der Netzspannung.

Nach der Fig. 2 wird der Schalter S1 durch einen Halb­ wellendetektor D und eine Reset-Set-Flip-Flop gesteu­ ert. Als Halbwellendetektor D kann beispielsweise der im IC Tfk U 210 B vorhandene Halbwellendetektor verwen­ det werden. Der Detektor D wird von der Netzspannung über einen Widerstand R3 angesteuert und läßt den Zün­ dimpuls mit Hilfe der UND-Gatter G1 bzw. G2 während der positiven Halbwelle als Set-Signal für das Re­ set-Set-Flip-Flop wirksam werden, während der Detektor während der negativen Halbwelle den Zündimpuls als Re­ set wirksam werden läßt.

Claims (4)

1. Schaltung zur Steuerung der Drehzahl eines Univer­ salmotors mit einer Phasenanschnittsteuerung, mit einer Halbwellen-Laststromerfassung und mit einem RC-Glied zur Glättung einer laststromproportionalen Meßgröße, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand des RC- Gliedes während derjenigen Zeitspanne, während der keine Laststromerfassung erfolgt, vom Kondensator abge­ schaltet wird.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitspanne sich vom Zeitpunkt des Zündimpulses für die negative Halbwelle der Netzspannung bis zum Zeitpunkt des Zündimpulses für die darauf folgende positive Halbwelle der Netzspannung erstreckt.

3. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter vorgesehen ist, der den Widerstand vom Kondensator trennt.

4. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter von einer Symmetrier-Logik gesteuert wird, die aus einem Halbwellendetektor und einem Reset-Set-Flip-Flop besteht.