-
Vorrichtung zur elektronischen Steuerung eines Zweiphasenwechselstrommotors
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektronischen Steuerung der Drehzahl
und Drehrichtung eines aus einer einphasigen Wechselspannungsquelle gespeisten Zweiphasenwechselstrommotors,
dessen miteinander unmittelbar und über einen Blindwiderstand verbundene Wicklungen
über je einen Gleichrichter gespeist werden, in Abhängigkeit von der Phasenlage
einer Steuerwechselspannung gegenüber der speisenden Wechselspannung als Bezugsspannung.
-
Bei einer bekannten derartigen Vorrichtung werden die Wicklungen des
Motors über eine aus zwei Röhren, vorzugsweise Thyratons, bestehende elektronische
Schaltanordnung gesteuert. Die Gitter der Röhren liegen über eine besondere Spannungsquelle
an einer Sperrspannung, so daß die Motorwicklungen bei Gleichheit zwischen Steuerspannung
und Bezugsspannung keinen Strom führen. Die Nachteile der bekannten Vorrichtung
bestehen darin, daß einmal die Steuerung des Motors über zwei Röhren erfolgt, wodurch
das Problem der ungleichmäßigen Alterung der beiden Röhren und der damit verbundenen
notwendigen Ungenauigkeit nach einer bestimmten Anzahl von Betriebsstunden auftritt,
zum anderen darin, daß es nur dank der Verwendung einer zusätzlichen Spannungsquelle
möglich ist, die Gitterspannung an den Röhren so zu wählen, daß die Röhren normalerweise
nicht leitend sind.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Vorrichtung
zu verbessern, insbesondere einen Antrieb zu schaffen, der bei verbesserter Genauigkeit
auch nach vielen Betriebsstunden einfacher aufgebaut ist. Gemäß der Erfindung wird
diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein durch die Steuerspannung gesteuertes elektronisches
Steuerelement mit beiden Wicklungen einerseits unmittelbar und andererseits über
die als Dioden ausgebildeten Gleichrichter verbunden ist. Die so ausgebildete Vorrichtung
hat den Vorteil, daß eine zusätzliche Spannungsquelle zur Erzeugung einer Sperrspannung
nicht notwendig ist und daß die Steuerung über ein einziges elektronisches Schaltelement
erfolgt, wodurch das Problem der unterschiedlichen Alterung einzelner Teile der
Steuervorrichtung nicht auftreten kann. Die Vorrichtung nach der Erfindung ermöglicht
somit bei einfachem Aufbau eine größere Genauigkeit der Steuerung.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden zwei Ausführungsarten
bevorzugt. Die eine ist dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen über die Dioden
mit der Sekundärwicklung eines primärseitig durch die Bezugsspannung gespeisten
Transformators und das elektronische Steuerelement mit einer Mittelanzapfung der
Sekundärwicklung verbunden sind; die andere ist dadurch gekennzeichnet, daß das
elektronische Steuerelement an die Gleichstromdiagonale einer Vollweggleichrichterbrücke
angeschlossen ist, an deren Wechselspannunasdiagonale die Bezugsspannung liegt und
in der in zwei benachbarten Brückenzweigen die Reihenschaltung je einer Wicklung
und einer Diode angeordnet ist.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden
Beschreibung zweier in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele
hervor.
-
F i g. 1 ist ein Schaltschema einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
bei der ein Transformator mit einer sekundärseitigen Mittelanzapfung zur Speisung
des Zweiphasenmotors vorgesehen ist; F i g. 2 ist ein Schaltschema einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung, bei der die Motorwicklungen in zwei Zweigen einer
Vollweggleichrichterbrücke liegen.
-
In F i g. 1 ist ein elektronisches Steuerelement 10
in Form
eines Leistungstransistors dargestellt, zwischen dessen Basis 11 und Emitter 12
eine Steuerspannung liegt. Der Kollektor 13 ist an eine Verbindung der Motorwicklungen
14 und 15 eines Zweiphasenwechselstrommotors 16 angeschlossen. Die
entgegengesetzten Enden dieser Wicklungen sind in bekannter Weise mittels eines
Blindwiderstandes 17,
welcher als Kondensator dargestellt ist, miteinander
verbunden. An die Verbindung der Wicklung 14 mit dem Kondensator 17 ist eine
Diode 18 angeschlossen. In entsprechender Weise ist eine Diode
19 an die Verbindung der Wicklung 15 mit der anderen Klemme des Kondensators
17 angeschlossen. Die Dioden 18 und 19 sind nach Art eines
Vollweggleichrichters an die gegenüberliegenden Enden der eine Mittelanzapfung aufweisenden
Sekundärwicklung 20 eines Transformators 21 angeschlossen. Die Primärwicklung
22 des Transformators 21 wird von einer Wechselspannung als Bezugsspannung
gespeist. Die Mittelanzapfung der Sekundärwicklung 20 ist an den Emitter
12 des Transistors angeschlossen und schließt damit den Stromkreis. Im Betrieb
hat der Leistungstransistor vorzugsweise keine Vorspannung, verhindert bei Nichtvorhandensein
einer Steuerspannung einen Motorstrom und wird nur bei positiven Anteilen der Steuerwechselspannung
durchlässig. Je nach Phasenlage der Steuerspannung gegenüber der Bezugsspannung
wird von dieser die eine oder die andere Halbwelle durchgelassen, die je nach Polarität
durch die Diode 18 oder die Diode 19 fließt. Die Drehrichtung des Motors ist davon
abhängig, durch welche Wicklung die durchgelassene Halbwelle unmittelbar fließt.
Wenn die Steuerspannung sich in gleicher Phasenlage mit der Bezugsspannung befindet,
so daß z. B. die Diode 18 leitet, dann fließt der Strom unmittelbar
durch die Wicklung 14, während durch die Wicklung 15 infolge der Wirkung
des Blindwiderstandes 17 ein um etwa 90° verschobener Strom fließt. Der Motor
läuft dann z. B. rechts herum. Hat die Steuerspannung mit Bezug auf die Bezugsspannung
eine entgegengesetzte Phasenlage, so fließt ein Strom unmittelbar durch die Wicklung
15, während durch die Wicklung 14 infolge der Wirkung des Kondensators,
wie oben beschrieben, ein um 90° verschobener Strom fließt. Der Motor läuft dadurch
z. B. links herum. Aus dieser Betriebsweise folgt, daß bei fehlender Vorspannung
des Leistungstransistors nur dann Strom durch die Wicklungen 14 oder
15 fließt, wenn eine Steuerwechselspannung vorhanden ist. Der Motor und die
Steuervorrichtung erwärmen sich daher bei fehlender Steuerspannung nicht und nehmen
keine Leistung auf.
-
Bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung nach F i g. 2 ist eine
Vollweggleichrichterbrückenschaltung vorgesehen und statt des in F i g. 1 gezeigten
Transformators 21 mit einer Mittelanzapfung werden zwei zusätzliche Dioden
31, 32 benötigt. Bei dieser Vorrichtung wird die Steuerspannung ebenfalls zwischen
Basis 11 und Emitter 12 des als Transistor dargestellten elektronischen
Steuerelementes 10 angelegt. Der Kollektor 13 ist an die Verbindung
der Motorwicklungen 14 und 15 des zu steuernden Zweiphasenwechselstrommotors
angeschlossen. Die entgegengesetzten Enden der Wicklungen 14 und 15 sind in bekannter
Weise mittels eines Blindwiderstandes 17, der als Kondensator dargestellt
ist und demselben Zweck wie der in F i g. 1 gezeigte Kondensator dient, miteinander
verbunden. Die Dioden 18, 19, 31 und 32 bilden mit den Motorwicklungen 14 und 15
eine Brückenschaltung. Die Diode 18 ist mit der Motorwicklung 14 und
der Diode 31 in Reihe geschaltet. In ähnlicher Weise ist die Diode
19 in Reihenschaltung mit der Motorwicklung 15 und der Diode 32 verbunden.
Die Verbindung der Dioden 31 und 32 ist mit einem Ende eines Emitterwiderstandes
34 verbunden, dessen anderes Ende mit dem Emitter 12 des Transistors verbunden
ist und dadurch den Stromkreis schließt. Die Bezugsspannung wird der Wechselstromdiagonale
der Brücke zwischen der Verbindung der Dioden 18 und 31 und der Verbindung der Dioden
19 und 32 zugeführt. Die Arbeitsweise der Brückenschaltung ist grundsätzlich die
gleiche wie die für F i g. 1 beschriebene. Es hat sich gezeigt, daß diese Steuervorrichtung
eine gute Fähigkeit zur Unterdrückung unerwünschter, um 90° verschobener Anteile
der Steuerspannung sowie eine hohe Ansprechgeschwindigkeit hat. Um der Vorrichtung
den günstigsten Aufbau zu geben, wurde festgestellt, daß es empfehlenswert ist,
der Motorwicklung 14 einen Kondensator 35 und der Motorwicklung
15 einen Kondensator 36 parallel zu schalten. Diese Kondensatoren bewirken
eine Erhöhung des Drehmomentes, das in dem Motor entwickelt wird. Dies wird darauf
zurückgeführt, daß die Zeit innerhalb jedes Zyklus, in welcher die einzelnen Wicklungen
tatsächlich elektrische Energie erhalten, erhöht wird.
-
Bei der Arbeitsweise der in F i g. 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen
wurde die Steuerwechselspannung einem Transistor ohne Vorspannung zugeführt. Es
wird jedoch darauf hingewiesen, daß der Transistor auch als abgewandelter Verstärker
der Klasse A betrieben werden kann. Wenn ein Verstärker der Klasse A verwendet wird,
fließt Strom nicht nur einer Halbwelle durch die Wicklungen des Motors und entwickelt
positive und negative Drehmomente. Da die Drehmomente entsprechend der Phasenlage
zwischen Steuerspannung und Bezugsspannung im allgemeinen ungleich sind, findet
eine Drehrichtungssteuerung des Motors statt. Für gewisse Anwendungsgebiete kann
eine Betriebsweise mit einem abgewandelten Verstärker der Klasse A wünschenswert
sein, da gegenüber den gegenwärtig gebräuchlichen Anlagen noch bemerkenswerte Energieeinsparungen
erzielt werden, wenn in Betracht gezogen wird, daß bei Nichtvorhandensein eines
Steuersignals in keiner der Motorwicklungen Strom fließt.