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.The invention relates to a circuit for controlling the
Speed of a universal motor with one phase
cut control, with a half-wave load current detection
solution and an RC element for smoothing a load current
proportional measured variable.
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.Universal motors are used in many areas of technology. For example, universal motors can be found in home improvement devices such as B. drills or kitchen appliances application. In these applications, the speed of the universal motor should be as independent of the load as possible. Load-independent speed control of universal motors can be achieved, for example, with a phase control. To build size and costs such. B. from home improvement to mini mieren, one dispenses in many cases with a precise speed detection and strives to achieve the desired speed constancy under variable load conditions by using a so-called load current compensation of the power control variable to reduce the speed of the universal motor to one stabilize predetermined value. In many cases, the required load current measurement is only carried out during a half-wave of the mains voltage for reasons of cost savings. A corresponding integrated semiconductor circuit is described in Electronics, 1985 , No. 4, page 86-90 .
Die Halbwellenstromerfassung hat den Nachteil, daß die
zur Drehzahlstabilisierung erforderliche Integration
des Halbwellenlaststromes eine Unsymmetrie des Steuer
winkels der Phasenanschnittsteuerung zur Folge hat.The half-wave current detection has the disadvantage that the
Integration required for speed stabilization
of the half-wave load current an asymmetry of the control
angle of phase control.
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.The invention has for its object a scarf
device for controlling the speed of a universal motor
with leading edge control and half-wave load current
to specify version in which there is no asymmetry of the tax
Erwinkel occurs. This task is accomplished by a
Circuit for controlling a universal motor with the
Features of claim 1 solved.
Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungs
beispiel erläutert.The invention is based on an embodiment
example explained.
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. Fig. 1 shows a circuit for detecting the load current, the power switching element z. B. is a triac TR. The Triac TR connects the motor M to the mains as required. This happens because the triac TR is turned on by an ignition pulse. A resistor R 1 is connected between the triac TR and the reference potential, through which the load current flows, like the triac. The load current generated at the sensing resistor R1 is a current-proportional voltage from which the half-wave current detection 1 a load current proportional current is generated, the example as to 10 6 is smaller by a factor of 10 5 than the load current, which is area amperes in the. The half-wave current detection 1 can for example be realized by a scarf device, which is available as a partial circuit for half-wave current detection in the IC Tfk U 210 B.
Die Fig. 3a zeigt den Verlauf der Netzspannung UNetz
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. Fig. 3a shows the variation of the mains voltage U mains as well as the progression of the load current. According to FIG. 3a, a load current flows in both the positive and the negative half-wave of the mains voltage. The triac switches off automatically after ignition if the load current falls below a certain value at the end of the half-wave of the mains voltage. The triac must be fired again after switching off by an ignition pulse if a load current is to flow. is the current flow angle, which indicates the phase during which a load current is to flow. α is the control angle that results from the relationship α = 180 °.
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. FIG. 3b shows a measured variable, which is by means of the half-wave current detecting circuit 1 of Fig. 1 is derived from the load current. According to FIG. 3b, however, only a half-wave detection of the load current takes place.
Die Fig. 3c zeigt die Steuerspannung Usteuer, 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.The Fig. 3c shows the control voltage U control, which is obtained by smoothing the measured variable of Fig. 3b during the measurement time. The measuring time extends from the control angle α + half wave to the next firing pulse at α - half wave. The smoothing takes place in the scarf device of FIG. 1 by an RC element with the opposing stand R 2 and the capacitor C 1 . As FIG Fig. 3c, the smoothing of the measured variable is effected FIG. 3b only during a partial period in which a positive load current flows, while in those sub-period of the mains voltage during a negative load current flows, the measured value is stored in the capacitor. This is achieved according to FIG. 1 according to the invention by a switch S 1 controlled by the control logic 2 in series with the resistor R 1 , which separates the resistor R 2 from the capacitor C 1 during the partial period during which a negative load current flows.
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 (Usteuer) entspre
chend der gestrichelten Linie der Fig. 3c fortsetzen.
Da aber der Widerstand erfindungsgemäß während der Hal
tezeit ausgeschaltet wird, bleibt die Spannung Usteuer
und wegen α = f(Usteuer) 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.By switching off the resistance of the R 2 from the capacitor C 1 during a holding time, an asymmetry of the control angle α is avoided. If the resistor R 1 were also connected during the holding time, the measured value curve (U tax ) would continue accordingly according to the dashed line in FIG. 3c. However, since the resistor is switched off according to the invention during the holding time, the voltage U tax and because of α = f (U tax ) also α remains constant during the holding time. The holding time extends from the time of the ignition pulse for the negative half-wave of the mains voltage to the time of the ignition pulse for the (subsequent) positive half-wave of the mains voltage.
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.According to FIG. 2, the switch S 1 is ert gesteu by a half-wave detector D and a reset-set flip-flop. When half-wave detector D of 210 B present in the IC Tfk U half-wave detector may, for example USAGE det be. The detector D is driven by the mains voltage via a resistor R 3 and allows the Zün dimpuls with the help of the AND gates G 1 and G 2 to take effect during the positive half-wave as a set signal for the set-set flip-flop , while the detector during the negative half wave makes the ignition pulse effective as a reset.