DE1806620A1

DE1806620A1 - DC motor controlled by an electronic switch

Info

Publication number: DE1806620A1
Application number: DE19681806620
Authority: DE
Inventors: Armin Schmiechen; Werner Steinecke; Wuetherich Dr-Ing Werner
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1968-11-02
Filing date: 1968-11-02
Publication date: 1970-05-21
Also published as: NL6916210A

Description

Durch einen elektronischen Schalter geregelter Gleichstrommotor Die Erfindung bezieht sich auf einen durch einen elektronischen, den Ankerstromkreis des Motors unterbrechenden Schalter geregelten Gleichstrommotor.DC motor controlled by an electronic switch Die The invention relates to an electronic armature circuit the motor interrupting switch regulated DC motor.

Die Drehzahl oder der Strom von Gleichstrommotoren lassen sich durch Vorwiderstände regeln. Es ist bereits bekannt, statt Widerstände elektronische Schalter zu verwenden. Beispielsweise wird beim Uberschreiten einer eingestellten Solldrehzahl der Stromkreis des Gleichstrommotors durch einen Transistor oder Thyristor unterbrochen. Als Kriterium für die Messung der Drehzahl dient ein Fliehkraftschalter oder eine drehazahlabhängige, vorn Motor selbst oder durch einen Tachogenerator erzeugte Spannung. Auch der Strom von Gleichstrommotoren wurde bereits mittels elektronischer Ventile geregelt, wobei als Meßkriterium eine an einem in den Motorstromkreis geschalteten Widerstand abfallende Spannung dient. Es sind also bereits vielfältige Lösungen zur Beeinflusung einzelner Betriebseigenschaften von Gleichstrommotoren iaittels elektronischer Schalter bekannt.The speed or the current of DC motors can be passed through Regulate series resistors. It is already known that electronic switches are used instead of resistors to use. For example, when a set target speed is exceeded the circuit of the DC motor is interrupted by a transistor or thyristor. A centrifugal switch or a is used as a criterion for measuring the speed Speed-dependent voltage generated by the motor itself or by a tachometer generator. The current from DC motors was also already controlled by means of electronic valves regulated, with a measurement criterion connected to one in the motor circuit Resistance dropping voltage is used. So there are already diverse solutions for influencing individual operating properties of DC motors iaittels electronic switch known.

Demgegenüber ist die Aufgabe der Erfindung, einen Gleichstrommotor der eingangs beschriebenen Art so zu gestalten, daß seine Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie den für die meisten Antriebsfälle optimalen Verlauf aufweist, nämlich konstantes Drehmoment bis zum Erreichen der Nenndrehzahl, welches dann steil abfällt. Dabei sollen sich in größerem Ausmaß mögliche Schwankungen der Netzspannung und der Belastung nicht auf die Betriebseigenschaften des Motors auswirken. Weiterhin soll dieses ideale Betriebsverhalten mit geringem Aufwand erreicht werden.In contrast, the object of the invention is a direct current motor of the type described above so that its torque-speed characteristic has the optimal course for most drive cases, namely constant Torque until the nominal speed is reached, which then drops steeply. Included to a greater extent possible fluctuations in the mains voltage and the load do not affect the operating characteristics of the engine. Furthermore this should ideal operating behavior can be achieved with little effort.

Deshalb wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der elektronische Schalter sowohl beim Überschreiten eines eingestellten Grenzwertes des Stromes als auch bei Überschreiten einer eingestellten Solldrehzahl den Stromkreis unterbricht.Therefore, the invention proposes that the electronic Switch both when a set limit value of the current is exceeded and interrupts the circuit even if a set target speed is exceeded.

Wie der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung zu entnehmen ist, sind alle angestrebten Vorteile mittels der gegeben Lehre in einfacher Weise zu verwirklichen.As the following description of an embodiment of the invention it can be seen that all the desired advantages are simpler by means of the teaching given Way to realize.

Fig. 1 zeigt die Prinzipschaltung eines als Beispiel gewählten elektronisch kommutierten Gleichstrommotors, welcher gemäß der Erfindung geregelt wird.Fig. 1 shows the basic circuit of an electronically chosen as an example commutated DC motor, which is controlled according to the invention.

Fig. 2 zeigt Drehnmoment-Drehzahl-Kennlinien des nach Fig. 1 geregelten Motors.FIG. 2 shows torque-speed characteristics of the controlled according to FIG. 1 Engine.

Die Wicklungsstränge W1, W2 und W3 des elektronisch kommutierten Motors werden durch die elektronischen Kommutierungsschalter K1, K2 und K3 in zyklischer Folge ein-und ausgeschaltet. In den Gesamtstromkreis des Motors sind eine Glättungsdrossel Dr und ein Meßwiderstand Rm in Reihe geschaltet. Parallel dazu ist eine Freilaufdiode D geschaltet. Durch die Brückenschaltung B wird die Wechselspannung U@ in die den Motor speisende Gleichspannung umgeformt. Der Thyristor Th und der Transistor Tr unterbrechen den Motorstromkreis beim Überschreiten der Drehzahl n und des Stromes I. Die entsprechenden Steuerimpulse werden durch die Schaltanordnung Sch geliefert, welcher einerseits das stromabhängige Signal (Leitung I) und andererseits das drehzahlabhängige Signal (Leitung n) zugeführt werden.The winding phases W1, W2 and W3 of the electronically commutated motor are cyclic by the electronic commutation switches K1, K2 and K3 Follow on and off. In the overall circuit of the motor are a smoothing choke Dr and a measuring resistor Rm connected in series. In parallel to this is a freewheeling diode D switched. Through the bridge circuit B, the alternating voltage U @ is in the DC voltage feeding the motor converted. The thyristor Th and the transistor Tr interrupt the motor circuit when the speed n and the current are exceeded I. The corresponding control pulses are supplied by the switching arrangement Sch, which on the one hand the current-dependent signal (line I) and on the other hand the speed-dependent Signal (line n) are supplied.

Als stromabhängiges Signal dient die am Widerstand Rm abfallende Spannung. Über die relativ zur Speisespannung in Sperrschaltung geschalteten Dioden D1, D2 und D3 wird der Kondensator Cm mit einer drehzahlproportionalen Spannung aufgeladen, nämlich der von dem dauermagnetischen Polrad des Motors in den Wicklungssträngen W1, W2 und W3 erzeugten EMK.The voltage drop across the resistor Rm serves as the current-dependent signal. Via the diodes D1, D2, which are switched in the blocking circuit relative to the supply voltage and D3, the capacitor Cm is charged with a voltage proportional to the speed, namely that of the permanent magnet pole wheel of the motor in the winding phases W1, W2 and W3 generated emf.

Die drehzahlproportionale Spannung wird mittels einer spannungsabhängigen Brückenschaltung SB in eine Spannung umgewandelt, welche ab einer einstellbaren Drehzahl plötzlich steil ansteigt.The speed-proportional voltage is determined by means of a voltage-dependent Bridge circuit SB converted into a voltage, which from an adjustable Speed suddenly increases steeply.

Es bietet sich die vorteilhafte Möglichkeit, das stromabhämgige Steuersignal durch einem im Magnetfeld der Droszel Dr angeordneten magnetfeldabhängigen Widerstand oder durch eine Hallsonde zu erzeugen. Derart läßt sich eine vom Potential des Motorstromkreises unabhängige Steuerspannung gewinnen.There is the advantageous possibility of using the current-dependent control signal by a magnetic field-dependent resistor arranged in the magnetic field of the throttle valve Dr or generated by a Hall probe. In this way one can be determined by the potential of the motor circuit gain independent control voltage.

Die Drehmoment-Drehzahl-Kennlinien dieses Motors haben den idealen Verlauf nach Fig. 2, nämlich praktisch konstantes Drehmoment M bis zum Erreichen einer nahezu lastunabhängigen Drehzahl n . Kennlinie a wurde bei Nennspannung, Kennlinie b bei 60% und Kennlinie c bei 130% der Nennspannung gemessen. Selbst bei diesen extremen Spannungsunterschieden ergeben sich nur geringe Abweichungen. Die Drehzahlkonstanz wird vorteilhaft durch die spannungsabhängige Brückenschaltung SB vergrößert.The torque-speed characteristics of this motor are ideal Course according to FIG. 2, namely practically constant torque M until it is reached an almost load-independent speed n. Characteristic curve a was at nominal voltage, characteristic curve b measured at 60% and characteristic curve c at 130% of the nominal voltage. Even with these extreme voltage differences result in only minor deviations. The speed constancy is advantageously enlarged by the voltage-dependent bridge circuit SB.

Die in der Drossel Dr gespeicherte magnetische Energie sorgt dafür, daß auch nach Unterbrechung des Stromkreises durch den elektronischen Schalter E der Motorstrom über die Freilaufdiode D weitefließt. Der Motorstrom ändert sich lediglich zwischen zwei nahe beieinanderliegenden Grenzwerten, so daß eine gleichmäßige Drehmomnetbildung garantiert ist.The magnetic energy stored in the choke Dr ensures that that even after interruption of the circuit by the electronic switch E the motor current continues to flow via the freewheeling diode D. The motor current changes only between two limit values that are close together, so that a uniform Torque formation is guaranteed.

Es ist grundsätzlich möglich, den elektronischen Schalter E entwender als Thyristor oder als Transistor auszubilden.It is basically possible to steal the electronic switch E. as a thyristor or a transistor.

Transistoren sind jedoch schwierig für größere Schaltleistungen und Schalthäufigkeit, insbesondere bei hohen Sperrspannungen, herzustellen. Thyristoren dagegen haben den Nachteil, daß sie zwar leicht zündbar, aber nur mit großen Aufwand zu löschen sind. Der elektronische Schalter E nach Fig. 1 auß jedoch in schneller Folge schalten. Außerdem liegen hohe Sperrspannungen an, welche weit größer als der Effektivwert U (z.B. 220 V) der Wechselspannung sind.However, transistors are difficult for larger switching capacities and Switching frequency, especially with high blocking voltages. Thyristors however, have the disadvantage that they can be ignited easily, but only with great effort are to be deleted. The electronic switch E according to FIG. 1, however, is faster Switch a sequence. In addition, there are high reverse voltages, which are far greater than are the rms value U (e.g. 220 V) of the alternating voltage.

Diese Schwierigkeit wird erfindungsgemäß dadurch überwunden.According to the invention, this difficulty is thereby overcome.

daß der elektronische Schalter aus einer Reihenschaltung eines für hohe Sperrspannung ausgelegten Thyristors Th und eines für eine wesentlich niedrigers Sperrspannung ausgelegten Transistors Tr besteht, und daß parallel zu den Eingangsklemmen der Motorschaltung ein Kondensator Cp in Reihe mit einer Parallelschaltung eines Widerstandes R und einer die Netzspannung sperrenden Diode D4 parallelgeschaltet ist, und daß der Zündimpuls für den Thyristor Th gegenüber dem Öffnungsimpuls für den Transistor Tr mittels einer Verzögerungsschaltung um mindestens die Durchschaltzeit des Transistors verspätet ist.that the electronic switch from a series circuit one for high reverse voltage designed thyristor Th and one for a much lower one Reverse voltage designed transistor Tr consists, and that in parallel with the input terminals the motor circuit has a capacitor Cp in series with a parallel circuit of a Resistor R and a mains voltage blocking diode D4 connected in parallel is, and that the ignition pulse for the thyristor Th compared to the opening pulse for the transistor Tr by means of a delay circuit by at least the switching time of the transistor is delayed.

Der Thyristors nimmt den überwiegenden Teil der Sperspannung auf. Das Aufteilungsverhältnis läßt sich dadurch günstig beeinflussen, daß sowohl dem Thyristor als nach dem Transistor je ein ohmscher Widerstand R1 bzw. R2 parallelgeschaltet ist, wobei die Widerstandswerte etwa in Verhältnis der entsprechenden zulässigen Sperrspannungen dimensioniert sind.The thyristor absorbs most of the reverse voltage. The distribution ratio can be favorably influenced by the fact that both the Thyristor connected in parallel with an ohmic resistor R1 or R2 after the transistor is, with the resistance values roughly in proportion to the corresponding permissible Blocking voltages are dimensioned.

Die Eingangsimpulse, welche über die Leitungen n und I ankomen, werden sumächet einem schwellwertgesteuerten Schnitt-Trigger ST zugeführt. Dieser liefert über den Verstärker V direkt den Steuerimpuls für den Schalttransistor Tr. Der Thyristor Th erhält den Zündimpuls über eine Verzögerungsschaltung Vg und einen potentialtrenneden Sperrschwinger SS erst dann, wenn der Transistor mit Sicherheit geöffnet ist. Dadurch werden Schaltverluste im Transistor verringert. Beim Abschalten verschwinden jedoch beide Impulse gleichzeitig. In diesem Fall sperrt der Transistor und der Strom fließt nicht mehr, so daß auch der Thyristor gelöscht wird. Um zu verhindern, daß im ersten Augenblick, wenn der Thyristor noch nicht gelöscht ist, der Transistor eine zu hohe Sperrspannung aufnehmen muß, sorgt der Kondensator Cp dafür, daß sich die Spannung an der Reihenschaltung des Thyristors Th und des Transistors Tr verzögert aufbaut, weil sich der Kondensator Cp zunächst über die Diode D4 und die Motorwicklungen W1, W2 und W3 entladen muß. Der Widerstand R verhindert ein zu schnelles Aufladen des Kondensators Cp und damit zu hohe Einschaltstromspitzen durch den Thyristor Th und dem Transistor Tr.The input pulses that arrive via lines n and I are sumächet fed to a threshold-controlled cut trigger ST. This delivers The control pulse for the switching transistor Tr directly via the amplifier V. The thyristor Th receives the ignition pulse via a delay circuit Vg and an isolated Blocking oscillator SS only when the transistor is definitely open. Through this switching losses in the transistor are reduced. When switched off, however, disappear both impulses at the same time. In this case the transistor blocks and the current flows no longer, so that the thyristor is also extinguished. To avoid being in the first Moment when the thyristor is not yet cleared, the transistor is too high Must absorb reverse voltage, the capacitor Cp ensures that the voltage at the series connection of the thyristor Th and the transistor Tr builds up with a delay, because the capacitor Cp is first via the diode D4 and the motor windings W1, W2 and W3 must discharge. The resistor R prevents overcharging of the capacitor Cp and thus excessive inrush current peaks through the thyristor Th and the transistor Tr.

Bei elektronisch kommutierten Gleichstrommotoren können die Kommutierungsschalter K1, K2 und K3 gleichzeitig die Funktion des der Regelung dienenden elektronischen Schalters E übernehmen. Dadurch ist eine erhebliche Ersparnis möglich.In the case of electronically commutated DC motors, the commutation switches K1, K2 and K3 simultaneously have the function of the electronic control unit Switch E take over. This enables considerable savings.

- Patentansprüche -- patent claims -

Claims

P a t e n t a n t a n p r ü c h e 1. Through an electronic, the armature circuit the motor interrupting switch regulated DC motor, d a d u r c h g e k e n n n e i n e t that the electronic switch (E) both when exceeded a set limit value of the current as well as when a set value is exceeded Target speed interrupts the circuit.

2. DC motor according to claim 1, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t that the commutation switches (K1, K2 and K3) are electronically commutated DC motor at the same time the function of the circuit breaking switch (E) take over.

3. DC motor according to claims 1 or 2, d ad u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that as input signals for the switching arrangement (Sch) for Control of the electronic switch (E) on the one hand on one in the circuit of the motor switched ohmic resistance Rm falling voltage and on the other hand a speed-dependent voltage is used, which in the event of an externally or shunted excitation DC motor as the EMF proportional voltage of the armature winding or parts taken from it.

4. DC motor according to claims 1 or 2, d ad u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that for generating the current-dependent control signal a Magnetic field-dependent resistance arranged in the magnetic field of the throttle (Dr) or a Hall probe is used.

5. DC motor according to claim 3, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t that the twist-dependent voltage of a voltage-dependent bridge circuit (SH), which contains, for example, one or more Zener diodes, is supplied and that the switching arrangement (Sch) for controlling the electronic switch (E) the output voltage of the voltage-dependent bridge circuit (SB), which at a adjustable limit value of the speed suddenly increases, is supplied.

6. DC motor according to claims 1, 2, 3, 4 or 5, d a d u r c h g e k e n n n n z e i c h n e t that the switching arrangement (Sch) as the input stage a threshold-controlled Schmitt trigger to control the electronic switch (E) (ST) is used.

7. By an electronic interrupting the armature circuit of the motor Switch regulated DC motor that the electronic switch (E) consists of a series circuit for a high reverse voltage designed thyristor (Th) and one for a much lower reverse voltage designed transistor (Tr) that in parallel with the input terminals of the motor circuit a capacitor (Cp) in series with a parallel connection of a resistor (R) and a diode (D4) blocking the feeding DC voltage connected in parallel is, and that the ignition pulse for the thyristor (Th) compared to the opening pulse for the transistor (Tr) by means of a delay circuit (Vg) by at least the Turn-on time of the transistor (Tr) is delayed.

8. DC motor according to claim 6, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t that both the thyristor (Th) and the transistor (Tr) each have an ohmic Resistor (R1, R2) is connected in parallel, and that the resistance values of the parallel Resists approximately in the ratio of the corresponding permissible reverse voltages of the Thyristor or the transistor are dimensioned.

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