DE1763925B2 - Anordnung zur Steuerung der Drehzahl oder der Drehrichtung und der Drehzahl eines über steuerbare Halbleiter aus einer Wechselstromquelle gespeisten Gleichstrom- oder Allstrommotors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Steuerung der Drehzahl oder der Drehrichtung und der Drehzahl eines über steuerbare Halbleiter aus einer Wechselstromquelle gespeisten Gleichstrom- oder Allstrommotors in Abhängigkeit von der Größe oder vom Vorzeichen und von der Größe einer Steuergleichspannung mit einem HalWeitertriggerelement zum Steuern der steuerbaren Halbleiter, einem Zeitglied zum Steuern des Zündwinkels des Halbleitertriggerelements, mit einem einen Vorwiderstand enthaltenden Impulsformer zum Speisen des Zeitgliedes mit zur Wechselspannung synchronen Spannungsimpulsen und mit einem Spannungskonstanthalter für den Impulsformer.

Eine derartige Steueranordnung ist Gegenstand von Patent 1 588 568. Bei dieser Steueranordnung werden die dem Zeitglied zugeführten mit der Wechselspannung synchronen Spannungsimpulse mit einer Stellergleichspannung so überlagert, daß der Zündwinkel des Halbleitertriggerclements und damit die den steuerbaren Halbleitern zugeführte Steuerleistung von der Größe und vom Vorzeichen der Steuergleichspannung abhängt.

Wenn diese Steueranordnung in Anlagen verwendet werden soü, die eine hohe Steuerleistung erfordern, wie es beispielsweise beim Betätigen des Stellmotors eines Strömungsregelventils der Fall ist, wird die Anordnung in den Rückkopplungskreis der Regelschieife eingebaut. Die Steuergleichspannung ist dann ein Fehlersignal, das der Differenz zwischen dem Sollwert und dem Istwert der Stellung c'es Regelventils entspricht. Da zur Verminderung der toten Zone, in der der Stellmotor nicht auf eine Änderung

ίο der Regelgröße anspricht, eine hohe Verstärkung erforderlich ist, müßte dps Fehlersignal verstärkt werden, ehe es an das Zeitglied angelegt wird. Damit diese Verstärkung aber nicht zur zusätzlichen Einführung von Fehlern in den Regelkreis führt, müßte der Fehlersignalverstärker mit einer konstanten Spannung gespeist werden.

Bei der Steueranordnung nach Patent 1 5S8 568 ist eine solche Fehlersignalverstärkung nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steueranordnung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, die für die Steuerung hoher Leistungen verwendet werden kann, ohne daß dadurch die Kosten wesentlich erhöht werden.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Impulsformer einen Vollwegbriikkengleichrichter enthält, an dessen Gleichstromleitungen zwei in Reihe geschaltete Zenerdioden als Spannungskonstanthalter und ein Operationsverstärker angeschlossen sind, und daß zwei Eingangsklemmen des Operationsverstärkers mit der Steuergleichspannungsquelle, seine Bezugsklemme so'.vohl mit der Steuergleichspannungsquelle als auch rnii cz-, Zenerdioden und seine Ausgangsklemme mit dem Zeitglied verbunden sind.

In einer Ausgestaltung der Erfic'iupg ist vorgesehen, daß der Impulsformer über einen Abwärtstransformator mit der Wechselstromqueile verbunden ist. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besieht darin, daß das Halbleitertriggerelement mit dem oder den steuerbaren Halbleitern über einen Transformator verbunden ist.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Steueranordnung kann ein Stellglied, das eine große Steuerleistung erfordert, mit großer Präzision in Abhängigkeit von einem Fehlersignal gestellt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Darin zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steueranordnung,

F i g. 2 eine Abwandlung eines Teils der Schaltung von Fig. 1,

Fig. 3 eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steueranordnung und

Fig. 4 eine Abwandlung eines Teils der in Fig. 3 dargestellten Steueranordnung,

Die in Fig. 1 dargestellte Steueranordnung enthält einen Gleichstrom-Reihenschlußmotor, dessen Ankerwicklung 11 und Feldwicklung 12 in Reihe mit einem steuerbaren Halbleiter 13 in Gestalt eines Triacs zwischen zwei Wechselstromleitungen L₁ und L., geschaltet sind. Die Ankerwicklung 11 ist an die Glcichstromausgangsklemmen eines Brückenglcichrichters 14 mit den vier Dioden 14 α bis 14 d geschaltet. Diese Schaltungsanordnung erlaubt die Umkehrung der Drehrichtung. Der Triac wird über ein Ilalblcitcrtriggerelement in Gestalt eines Diacs gesteuert, der in entgegengesetzten Richtungen von Im-

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pulsen gekündet werden kann, die von einem aus einem ohmschen Widerstand und einem Kondensator 16 c bestehenden Zeitgüed 16 geliefert werden. Dieses Zeitglied empfängt netzsynchrone Spannungsimpulse von einem Impulsformer 17. Das Ausgangssignal des Impulsformers 17 hat die Form einer gekappten Sinuswelle.

Der Impulsformer 17 enthält einen Operationsverstärker 19 mit einer Bezugsklemme 21, an die eine Leitung 22 angeschlossen ist, mit positiver und negativer Steuereingangsklemme 23 bzw. 24, die mit dem Summicrglied 18 bzw. der Leitung 22 verbunden sind, mit einer Ausgangsklemme 25, die zum Zeitgüed 16 führt, mit positiver und negativer Speisespannungsklemme 26 und 27 sowie mit einer Abgleichklemme 28. Der Operationsverstärker 19 ist mit einem Rückkopplungszweig versehen, der einen ohmschen Widerstand 29 enthält, und ein zweiter ohmscher Widerstand 31 ist zwischen die negative Steuereingangsklemme 24 und die Leitung 22 geschaltet. Das Größenverhältnis dieser Widerstände 29 und 31 bestimmt den Verstärkungsgrad des Operationsverstärkers 19 im stationären Zustand, der hoch genug angesetzt ist, um zu gewährleisten, daß der Operationsverstärker im nichtlinearen oder gesättigten Zustand arbeitet. Die ohmschen Widerstände 29 und 31 sind durch Kondensatoren 32 bzw. 33 überbrückt, die so bemessen sind, daß der für einen stabilen Betrieb erforderliche Grad von Phasenverschiebung erzielt wird.

Der Operationsverstärker 19 wird von einem VoIlwegbrückengleichrichter 34 mit Gleichspannung versorgt. Diese Brückenschaltung enthält eine Wechselstrom-Eingangsleitung 35. die mit der äußeren Wechselstromleitung L., über einen Strombegrenzungswiderstand 36 verbunden ist, ferner eine zweite Wechselstromeingangsleituna 37, die direkt mit der anderen äußeren Wechselstromleitung L, verbunden ist, außerdem eine positive Gleichstromleitung 38 und eine negative Gleichstromleitung 39 sowie vier Zweige, die Dioden 41, 41 a, 41 b und 41 c enthalten. Die Ausgangsgleichspannung des Vollwegbrücken- ^.!eichrichters 34 wird durch zwei Zener-Dioden 42 und 43 konstant gehalten, von denen eine zwischen die Leitung 22 und die positive Glcichstromleitung 38 eingefügt ist. während die andere zwischen der Leitung 22 und der negativen Gleichstromleitung 39 liegt. Ein Glättungskoiidensator 44, der zwischen die beiden Glcichstromleitungen 38 und 39 geschaltet ist. filtert die an den Operationsverstärker 19 gelieferte Gleichspannung.

Der Gleichstrom-Reihenschlußmotor 11, 12 treibt eine in eine bestimmte Stellung zu bringende Last, beispielsweise ein Strömungsregelvcntil. und einen Siellungs-Istwertgeber 45 an. Wenn die Last sich in einer von einem Stellungs-Sollwcrtgcber 46 vorgegebenen Stellung befindet, empfängt der Operationsverstärker 19 keine Stcuergleichspannung vom Summierglied 18, und die Potentiale an der Ausgangsklemme 25 und der Bezugsklemmc 21 sind gleich. In diesem Fall liefert der Impulsformer 17 eine symmetrische gekappte Sinuswelle in das Zeitgüed 16. Während jeder Halbperiocle der Wechselspannung wird der Kondensator 16.; in der einen oder anderen Richtung geladen, aber die am Kondensator liegende Spannung erreicht entweder nicht die Zündspannung des Diacs, oder sie en„v.:ht diesen Wert sehr spät in der Halbncriode. Daher zündet der Triac entweder überhaupt nicht, und der Motor bleibt stehen, oder der Triac wird für eine kurze Zeit am Ende jeder Halbperiode leitend, und der Motor zittert (d. h., er versucht sich in entgegengesetzten Richtungen bei aufeinanderfolgenden positiven und negativen Halbperioden zu drehen).

Wenn das vom Stellungs-Sollwertgeber 46 gelieferte Sollwertsignal erhöht wird und das Summierglied 18 eine Steueraleichspannung abgibt, erhöht

ίο der Operationsverstärker 19 das Potential an der Ausgangsklemme 25 gegenüber dem Potential an der Bezugsklemme 21. Dies hat die Wirkung, daß die Ausgangsspannung des Impulsformers 17 so verschoben wird, daß die Größen der positiven bzw. negativen Impulse erhöht bzw. erniedrigt werden. Nun wird bei jeder Halbperiode, in welcher die Leitung L, bezüglich der Leitung L₁ positiv ist, der Kondensator 16 a auf die Zündspannung des Diacs aufgeladen, und dies gibt einen kurzzeitigen positiven Impuls mit hoher Stromstärke auf die Steuerelektrode des Triacs. Infolgedessen wird der Triac in Richtung von der Leitung L., zur Leitung L₁ leitend gemacht, und es fließt ein Strom durch die Feldwicidung 12, die Diode 14 a, die Ankerwicklung 11 und die Diode 14 b. bei den negativen Halbperioden, d. h.. wenn die Leitung L₁ bezüglich der Leitung L., positiv ist. laden die auf das Zeitgüed 16 gegebenen negativen Impulse den Kondensator 16 α nicht auf die Zündspannung des Diacs auf, und der Triac bleibt nichtleitend. Da unter diesen Umständen der Motor Spannung nur in den positiven Halbperioden empfängt, dreht er sich in einer Richtung. Die Drehzahl hängt von der Länge des Teils jeder positiven Halbperiode ab. in dem der Triac leitend ist: dieser Teil hängt von der Größe der dem Operationsverstärker zugeführten Steuergleichspannung ab.

Wenn das vom Stellungs-Sollwertgeber 46 gelieferte Sollwertsignal unter das Istwertsignal erniedrigt wird, wird die Polarität der dem Operationsverstärker 19 zugeführten Steuergleichspannung umgekehrt, und das Potential an der Ausgangsklemme 25 wird unter dasjenige an der Bezugsklemme 21 abgesenkt. In diesem Fall erhält die an dac Zeitglied 16 gegebene Ausgangsspannung einen negativen Anteil. Daher zündet der Diac nunmehr nur bei den negativen Halbperioden (d. h., wenn die Leitung L₁ bezüglich der Leitung L., positiv ist), und der Triac wird in Richtung von der Leitung L₁ zur Leitung L., leitend gemacht. Unter diesen Umständen fließt ein Strom durch die Diode 14 c. die Ankerwicklung 11, die Dkxle 14 d und die Feldwicklung 12. und der Motor dreht sich in der entgegengesetzten Richtung. Wie im vorhergehenden Fall "hängt die Drehzahl von der Größe der Steuergleichspannung ab.

Es wird noch bemerkt, daß in einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung der Diac durch andere statische Triggeranordnungen, wie einen in zwei Richtungen wirksamen Thyristor und der Triac durch zwei Thyristoren ersetzt werden

fio kann, welche über einen Impulstransformator gesteuert werden. Die letztgenannte Ausführungsform ist in F i g. 2 dargestel.t, wobei die beiden Thyristoren 47 und 48 in dem Brückengleichrichter 14 enthalten sind, so daß zwei der vorher in diesem Brückcn-

fij gleichrichter 14 verwendeten Dioden überflüssig werden. Die Thyristoren 47 und 4^r werden in den positiven bzw. negativen Haibpcrioden durch Impulse gesteuert, die in den Sekundärwicklungen eines Impuls-

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transformators 49 erzeugt werden, dessen Primärwicklung in einen Kreis geschaltet ist, der über den Diac gesteuert wird. Eine entsprechende Anordnung ist auch als weitere Ausgestaltung des Gegenstandes vom Patent 1 588 568 vorgesehen.

Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung ist zwar für die ineisten Fälle zufriedenstellend, doch erzeugt sie eine beträchtliche Wärmemenge, die im Strombegrenzungswiderstand 36 entsteht. Dies ist deshalb der Fall, weil der den Impulsformer 17, das Zeitglied 16 und den Diac enthaltende Steuerteil bei einer wesentlich unter der Netzspannung liegenden Spannung arbeitet und die Spannungsverringerung lediglich durch den Strombegrenzungswiderstand 36 erzielt wird. Der Leistungsverlust ist so groß, daß der Strombegrenzungswiderstand 36 eine Nennleistung von z. B. IO Wiitt aufweisen muß. Dieser Nachteil wird bei der in F i g. 3 gezeigten, bevorzugten Steueranordnung beseitigt, bei der ein Abwärtstransformator 51 verwendet wird, um die auf den Steuerteil gegebene Spannung auf z. B. etwa 60 Volt zu verringern. Bei dieser niedrigeren iipannung kann die Nennleistung des Strombegrenzungswiderstandes 36 auf z. B. 5 Watt verringert werden. Eine entsprechende Anordnung ist auch als weitere Ausgestaltung des Gegenstandes von Patent 1 588 568 vorgesehen.

Die Vorschaltung des Abwärtstransformators 51 und die Anordnung eines Impulstransformators 52, welcher den Diac mit dem Steuerelektrodenkreis des Triacs koppelt, beseitigt alle galvanischen Verbindungen zwischen dem Steuerteil und den Wechselstromleitungen L₁ und L₂; dadurch werden unzulässige Ausgleichsströme für den Fall verhindert, daß der Stellungssollwertgeber 46 eine Gleichspannungsverbindung zwischen seiner Signalausgangsleitung und den Wechselstromleitungen hat. Eine solche galvanische Trennung kann auch in Steueranordnungen angewendet werden, welche eine Anordnung gemäß F i g. 2 verwenden. In diesem Fall muß nur noch der Abwärtstransformator 51 hinzugefügt werden, da der Impulstransformator 49, wenn er in der in Fig. 4 ge-

λο zeigten Weise angeschlossen ist, bereits eine galvanische Trennung am Ausgangsende des Steuerteils herbeiführt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Steuerung der Drehzahl oder der Drehrichtung und der Drehzahl eines über steuerbare Halbleiter aus einer Wechselstromquelle gespeisten Gleichstrom- oder AIlstrommotors in Abhängigkeit von der Größe oder vom Vorzeichen und von der Größe einer Steuergleichspannung mit einem Halbleitertriggerelement zum Steuern der steuerbaren Halbleiter, einem Zeitglied zum Steuern des Zündwinkels des Halbleitertriggerelements, mit einem einen Vorwiderstand enthaltenden Impulsformer zum Speisen des Zeitgliedes mit zur Wechselspannung synchronen Spannungsimpulsen und mit einem Spannungskonstanthalter für den Impulsformer, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsformer (17) einen VoIIwegbrückengleichrichter (34) enthält, an dessen Gleichstromleitungen (38, 39) zwei in Reihe geschaltete Zenerdioden (42. 43) als Spannungskonstanthalter und ein Operationsverstärker (19) angeschlossen sind, und daß zwei Eingangsklemnvn (23, 24) des Operationsverstärkers (19) mit der Steuergleichspannungsquelie (18, 45, 46), seine Bezugsklemme (21) sowohl mit der Steuergleichspannungsquelle (IP 45, 46) als auch mit den Zenerdioden (42, 43) und seine Ausgangsklemme (25) mit dem Zeitglied (16) verbünde'. sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsformer (17) über einen Abwärtstransformator (51) mit der Wechselstromquelle verbunden ist (F i g. 3).

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitertriggerelement (15) mit dem oder den steuerbaren Halbleitern (13; 47, 48) über einen Impulstransformator (49, 52) verbunden ist (F i g. 2 bis 4).