DE1763925C3 - 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

tor verbunden ist.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Steueranordnung kann ein Stellglied, das eine große Steuerleistung er-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung 45 fordert, mit großer Präzision in Abhängigkeit von

zur Steuerung der Drehzahl oder der Drehrichtung einem Fehlersignal gestellt werden,

und der Drehzahl eines über steuerbare Halbletter Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den

aus einer Wechselstromquelle gespeisten Gleich- Zeichnungen dargestellt. Darin zeigt

strom- oder Allstrommotors in Abhängigkeit von der F i g. 1 ein Schaltbild einer Ausführungsform der

Größe oder vom Vorzeichen und von der Größe 5° erfindungsgemäßen Steueranordnung,

einer Steuergleichspannung mit einem Halbleitertrig- F i g. 2 eine Abwandlung eines Teils der Schaltung

gerelement zum Steuern der steuerbaren Halbleiter, von Fig. 1,

einem Zeitglied zum Steuern des Zündwinkels des F t g. 3 eine andere Ausführungsform der erfin-Halbleitertriggerelements, mit einem einen Vorwider- dungsgemäßen Steueranordnung und
stand enthaltenden Impulsformer zum Speisen des 55 F i g. 4 eine Abwandlung eines Teils der in F i g. 3 Zeitgliedes mit zur Wechselspannung synchronen dargestellten Steueranordnung.
Spannungsimpulsen und mit einem Spannungskon· Die in Fig. 1 dargestellte Steueranordnung enthält stanthalter für den Impulsformer. einen Gleichströffl-Reibfttischlußmotor, dessen An-Eine derartige Steueranordnung ist Gegenstand kerwicklung 11 und Feldwicklung 12 in Reihe mit von Patent 1588 568. Bei dieser Steueranordnung 60 einem steuerbaren Halbleiter 13 in Gestalt eines werden die dem Zettglied zugeführten mit der Wech- Triacs zwischen zwei Wechselstromleitungen L₁ und selspannung synchronen Spannungsimpulse mit einer L, geschaltet sind. Die Ankerwicklung U ist an die Steuergleiehspannung so überlagert, daß der Zünd~ Gleichstromausgangsklemmen eines Brückengleichwinkel des Halbleitertriggerelements und damit die richte« 14 mit den vier Dioden 14 a bis 14 d geschalden steuerbaren Halbleitern zugeführte Steuertet- 65 tet Diese Schaltungsanordnung erlaubt die Umkehstung von der Größe und vom Vorzeichen der Steu- rung der Drehrichtung. Der Triac wird über ein ergleichspannung abhängt. Halbleitertriggerelement in Gestalt eines Diacs geWenn diese Steueranordnung in Anlagen verwen- steuert, der in entgegengesetzten Richtungen von Im-

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pulsen gezündet werden kann, die von einem aus Oberhaupt nicht, und der Motor bleibt stehen, oder einem ohmschen Widerstand und einem Kondensator der Triac wird für eine kurze Zeit am Ende jeder 16 c bestehenden Zeitglied 16 geliefert werden. Die- Halbperiode leitend, und der Motor zittert (o\ b., er ses Zeitglied empfängt netzsynchrone Spannungsim- versucht sich in entgegengesetzten Richtungen bei pulse von einem Impulsformer 17. Das Ausgangs- 5 aufeinanderfolgenden positiven und negativen Halbsignal des Impulsformers 17 hat die Form einer ge- perioden zu drehen).

kappten Sinuswelle. Wenn das vom Stellungs-Sollwertgeber 46 gejie-

Der Impulsformer 17 enthält einen Operationsver- ferte Sollwertsignal erhöbt wird und das Summierstärker 19 mit einer Bezugsklemme 21, an die eine glied 18 eine Steuergleichspannung abgibt, erhöht Leitung 22 angeschlossen ist, mit positiver und nega- w der Operationsverstärker 19 das Potential an der tiver Steuereingangsklemme 23 bzw. 24, die mit dem Ausgangsklemme 25 gegenüber dem Potential an der Summierglied 18 bzw. der Leitung 22 verbunden Bezugsklemme 21. Dies hat die Wirkung, daß die sind, mit einer Ausgangsklemme 25, die zum Zeit- Ausgangsspannung des Impulsformers 17 so verschoglied 16 führt, mit positiver und negativer Speise- ben wird, daß die Größen der positiven bzw. negatispannungsklemme 26 und 27 sowie mit einer Ab- 15 ven Impulse erhöht bzw. erniedrigt werden. Nun gjeichklemme 28. Der Operationsverstärker 19 ist mit wird bei jeder Halbperiode, in welcher die Leitung einem Rückkopplungszweig versehen, der einen L, bezüglich der Leitung L₁ positiv ist, der Kondenohmschen Widerstand 29 enthält, und ein zweiter sator 16 a auf die Zündspannung des Diacs aufgelaohmscher Widerstand 31 ist zwischen die negative den, und dies gibt einen k-'rzzeitigen positiven Im-Steuereingangsklemme 24 und die Leitung 22 ge- 20 puls mit hoher Stromstärke auf die Steuerelektrode schaltet. Das Größenverhältnis dieser Widerstände des Triacs. Infolgedessen wird der Triac in Richtung 29 und 31 bestimmt den Verstärkungograd des Ope- von der Leitung L, zur Leitung L₁ leitend gemacht, rationsverstärkers 19 im stationären Zustand, der und es fließt ein S'trom durch die Feldwicklung 12, hoch genug angesetzt ist, um zu gewährleisten, daß die Diode 14a, die Ankerwicklung 11 und die Diode der Operationsverstärker im nichtlinearen oder ge- »5 14b. Bei den negativen Halbperioden, d. h., wenn die sättigten Zustand arbeitet. Die ohmschen Wider- Leitung L₁ bezüglich der Leitung L₂ positiv ist, laden stände 29 und 31 sind durch Kondensatoren 32 bzw. die auf das Zeitglied 16 gegebenen negativen Impulse 33 überbrückt, die so bemessen sind, daß der für den Kondensator 16 a nicht auf die Zündspannung einen stabilen Betrieb erforderliche Grad von Pha- des Diacs auf, und der Triac bleibt nichtleitend. Da senverschiebung erzielt wird. 30 unter diesen Umständen der Motor Spannung nur in

Der Operationsverstärker 19 wird von einem Voll- den positiven Halbperioden empfängt, dreht er sich wegbrückengleichrichter 34 mit Gleichspannung ver- in einer Richtung. Die Drehzahl hängt von der Länge sorgt. Diese Brückenschaltung enthalt eine Wechsel- des Teils jeder positiven Halbperiode ab, in dem der strom-Eingangsleitung 35, die mit der äußeren Triac leitend ist; dieser Teil hängt von der Größe der Wechselstromleitung L₂ über einen Strombegren- 35 dem Operationsverstärker zugeführten Steuergleichzungswiderstand 36 verbunden ist, ferner eine zweite spannung ab.

Wec'.selstromeingangsleitung 37, die direkt mit der Wenn das vom Stellungs-Sollwertgeber 46 gelie-

anderen äußeren Wechselstromleitung L₁ verbunden ferte Sollwertsignal unter das Istwertsignal erniedrigt ist, außerdem eine positive Gleichstromleitung 38 wird, wird die Polarität der dem Operationsverstär- und eine negative Gleichstromleitung 39 sowie vier 40 ker 19 zugeführten Steuergleichspannung umgekehrt, Zweige, die Dioden 41, 41 a, 41 b und 41 c enthalten. und das Potential an der Ausgangsklemme 25 wird Die Ausgangsgleichspannung des Vollwegbrücken- unter dasjenige an der Bezugsklemme 21 abgesenkt, gleichrichter 34 wird durch zwei Zener-Dioden 42 In diesem Fall erhält die an das Zeitglied 16 gege- und 43 konstant gehalten, von denen eine zwischen bene Ausgangsspannung einen negativen Anteil. Dadie Leitung 22 und die positive Gleichstromleitung 45 her zündet der Diac nunmehr nur bei den negativen 38 eingefügt ist, während die andere zwischen der Halbperioden (d. h., wenn die Leitung L₁ bezüglich Leitung 22 und der negativen Gleichslromlcitung 39 der Leitung L, positiv ist), und der Triac wird in liegt. Ein Glättungskondensator 44, der zwischen die Richtung von 8er Leitung L₁ zur Leitung L₂ leitend beiden Gleichstromleitungen 38 und 39 geschaltet gemacht. Unter diesen Umständen fließt ein Strom ist, filtert die an den Operationsverstärker 19 gelie- 50 durch die Diode 14 c, die Ankerwicklung 11, die ferte Gleichspannung. Diode 14 d und die Feldwicklung 12, und der Motor

Der Gleichstrom-Reihenschlußmotor 11, 12 treibt dreht sich in der entgegengesetzten Richtung. Wie im eine in eine bestimmte Stellung zu bringende Last, vorhergehenden Fall hängt die Drehzahl von der beispielsweise ein Strömungsregelventil, und einen Größe der Steucrgleichspannung ab. Stellungs-Istwertgeber 45 an. Wenn die Last sich in 55 Es wird noch bemerkt, daß in einer anderen Ausciner von einem Stellungs-Sollwertgeber 46 vorgege- führun^sform der erfindungsgemäßen Anordnung benen Stellung befindet, empfängt der Operations- der Diac durch andere statische Triggeranordnungen, Verstärker 19 keine Steuergleichspannung vom Sum- wie einen in zwei Richtungen wirksamen Thyristor mierglied 18, und die Potentiale an der Ausgangs- und der Triac durch zwei Thyristoren ersetzt werden klemme 25 und der Bezugsklemme 21 sind gleich. In 60 kann, welche über einen Impulstransformator gesteudiesem Fall liefert def Impulsformer 17 cine symme- ert werden. Die letztgenannte Ausführungsform ist in trische gekappte Sinuswelle in das Zeitglied 16. Wäh- F i g. 2 dargestellt, wobei die beiden Thyristoren rend jeder Hnlbperiode der Wechselspannung wird und 48 in dem Brückengleichrichter 14 enthalten der Kondensator 16 α in der einen oder anderen sind, so daß zwei der vorher in diesem Brücken-Richtung geladen, aber die am Kondensator liegende 65 gleichrichter 14 verwendeten Dioden Überflüssig Wef-Spannung erreicht entweder nicht die Zündspannung den. Die Thyristoren 47 und 48 werden in den positides Diacs, oder sie erreicht diesen Wert sehr spät in ven bzw. negativen Halbpertoden durch Impulse geder Halbperiode. Daher zündet der Triac entweder steuert, die in den Sekundärwicklungen eines Impuls-

transformators 49 erzeugt werden, dessen Primär- des Strombegrenzungswiderstandes 36 auf z. B. wicklung in einen Kreis geschaltet ist, der über den 5 Watt verringert werden. Eine entsprechende An-Diac gesteuert wird. Eine entsprechende Anordnung Ordnung ist auch als; weitere Ausgestaltung des Geist auch als weitere Ausgestaltung des Gegenstandes genstandes von Patent 1 588 568 vorgesehen,
vom Patent 1 588 568 vorgesehen. 5 Die Vorschaltung des Abwärtstransformators 51 Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung ist zwar für die und die Anordnung eines Impulstransformators 52, meisten Fälle zufriedenstellend, doch erzeugt sie eine welcher den Diac mit dem Stcucrelektrodenkreis des beträchtliche Wärmemenge, die im Strombegrcn- Triacs koppelt, beseitigt alle galvanischen Verbinzungswiderstand 36 entsteht. Dies ist deshalb der düngen zwischen dem Steuerteil und den Wechsel-Fall, weil der den Impulsformer 17, das Zeitglied 16 io stromleitungen L₁ und L₂; dadurch werden tinzuläs- und den Diac enthaltende Stcucrteil bei einer wesent- sige Ausgleichsströme für den Fall verhindert, daß lieh unter der Netzspannung liegenden Spannung ar- der Stellungssollwertgcber 46 eine Gleichspannungsbeitet und die Spannungsverringerung lediglich durch verbindung zwischen seiner Signalausgangsleitung den Strombegrenzungswiderstand 36 erzielt wird. und den Wechselstromleitungen hat. Eine solche gal-Der Leistungsverlust ist so groß, daß der Strombe- 15 vanische Trennung kann auch in Steueranordnungen grenzungswiderstand 36 eine Nennleistung von z. B. angewendet werden, welche eine Anordnung gemäß 10 Watt aufweisen muß. Dieser Nachteil wird bei der F i g. 2 verwenden. In diesem Fall muß nur noch der in Fig.3 gezeigten, bevorzugten Steueranordnung Abwärtstransformator 51 hinzugefügt werden, da der beseitigt, bei der ein Abwärtstransformator 51 ver- Impulstransformator 49, wenn er in der in Fig.4 gewendet wird, um die auf den Steuerteil gegebene 20 zeigten Weise angeschlossen ist, bereits eine galvani-Spannung auf z.B. etwa 60 Volt zu verringern. Bei sehe Trennung am Ausgangsende des Steuerteils herdieser niedrigeren Spannung kann die Nennleistung beiführt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

ι ι det werden soll, die eine hohe Steuerleistung erfor- Patentansprüche: dem, wie es beispielsweise beim Betätigen des Stell motors eines StroraungsregelventUs der Fall ist, wird

1. Anordnung zur Steuerung der Drehzahl die Anordnung in den Rückkopplungskreis der Re- oder der Drehrichtung und der Drehzahl eines 5 gelscbleife eingebaut. Die Steuergleichspannung ist über steuerbare Halbleiter aus einer Wechsel- dann era Fehlersignal, das der Differenz zwischen stromquelle gespeisten Gleichstrom- oder All- dem Sollwert und dem Istwert der Stellung des Restromraotors in Abhängigkeit von der Größe oder gelventils entspricht Da zur Verminderung der toten vom Vorzeichen und von der Größe einer Steuer- Zone, in der der Stellmotor nicht auf eine Änderung gleichspannung mit einem Halbleitertriggerele- io der Regelgroße anspricht, eine hohe Verstärkung erment zum Steuern der steuerbaren Halbleiter, forderlich ist, müßte das Fehlersignal verstärkt wereinem Zeitglied zum Steuern des Zündwinkels den, ehe es an das Zeitglied angelegt wird. Damit des Halbleitertriggerelements, mit einem einen diese Verstärkung aber nicht zur zusätzlichen Ein-Vorwiderstand enthaltenden Impulsformer zum führung von Fehlem in den Regelkreis führt, müßte Speisen des Zeitgliedes mit zur Wechselspannung 15 der Fehlersignalverstärker mit einer konstanten synchronen Spannungsimpulsen und mit einem Spannung gespeist werden.

Spannungskonstanthalter für den Impulsformer, Bei der Steueranordnung nach Patent 1 588 568 ist

dadurch gekennzeichnet, daß der Im- eine solche Fehlersignalverstärkung nicht vorgesepulsformer (17) einen Vollwegbrückengleichrich- hen.

ter (34) enthält, an dessen Gleichstromleitungen ao Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine (38, 39) zwei in Reihe geschaltete Zenerdioden Steueranordnung der eingangs angegebenen Art zu (42, 43) als Spannungskonstanthalter und ein schaffen, die für die Steuerung hoher Leistungen verOperationsverstärker (19) angeschlossen sind, wendet werden kann, ohne daß dadurch die Kosten und daß zwei EingangsUemmen (23, 24) des wesentlich erhöht werden.

Operationsverstärkers (19) mit der Steuergleich- »5 Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch

Spannungsquelle (18, 45, 46), seine Bezugs- gelöst, daß der Impulsformer einen Vollwegbrük-

klemme (21) sowohl mit der Steuergleichspan- kengleichrichter enthält, an dessen Gleichstromlei-

nungsqui'le (18, 45, 46) als auch mit den Zener- tungen zwei cn Reihe geschaltete Zenerdioden als

dioden (42, 43) und seine Ausgangsklemme (25) Spannungskonstanthalter und ein Operationsverstär-

mit dem Zeitglied (16) verbunden sind. 30 ker angeschlossen sind, und daß zwei Eingangsklem-

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- men des Operationsverstärkers mit der Steuergleiclikennzeichnet, daß der Impulsformer (17) über Spannungsquelle, seine Bezugsklemme sowohl mit einen Abwärtstransformator (51) mit der Wech- der Steuergleichspannungsquelle als auch mit de.i selstromquelle verbunden ist (F i g. 3). Zenerdioden und seine Ausgangsklemme mit dem

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, da- 35 Zeitglied verbunden sind.

durch gekennzeichnet, daß das Halbleitertrigger- In einer Ausgestaltung de; Erfindung ist vorgese-

element (15) mit dem oder den steuerbaren Halb- hen, daß der Impulsformer über einen Abwärtstrans-

leitern (13; 47, 48) über einen Impulstransforma- fonnator mit der Wechselstromquelle verbunden ist.

tor (49. 52) verbunden ist (F i g. 2 bis 4). Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht

40 darin, daß das Halbleitertriggerelement mit dem oder den steuerbaren Halbleitern über einen Transforma-