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Anordnung zur Drehzahlreglung von Wechselstrommotoren Die Hauptanmeldung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Drehzahlreglung von Wechselstrommotoren.
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Nach der Hauptanmeldung wurde eine elektronische Regelschaltung mit
einem Sollwerteinsteller, einem Zeitgeber und einem Tacho verwandt, um die Drehzahl
elektronisch zu regeln.
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Für die elektronische Regelschaltung, den Zeitgeber und. dem Sollwerteinsteller
gibt es besonders hierfür geeignete elektronische Schaltungen.
Es
sind Verfahren zur Drehzahlregelung von Wechselstrommotoren bekannt, die unter Verwendung
eines Drehzahlmessers (Tacho) die Drehzahl des Motors dadurch beeinflussen, daß
bei Erreichen der Solldrehzahl die Stromzufuhr des Motors mit elektronischen Mitteln
gesperrt wird, sodaß die Drehzahl wieder abnimmt, bis sie einen unteren Grenzwert
erreicht, bei dem die Stromzufuhr wieder einsetzt usw. Dem Motor werden somit nach
Erreichen der Solldrehzahl Wechselstromimpulse mit sich wiederholenden Pausen zugeführt.
Die zugeführte Leistung entspricht gerade dem Bedarf an Leistung, um die gewünschte
Drehzahl zu erreichen, bzw. aufrechtzuerhalten.
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Da sich mit elektronischen Mitteln sowohl Abschalten als Einschalten
beim Nulldurchgang des Wechselstroms erreichen läßt, erfolgt das Schalten praktisch
leistungslos.
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Nachteile dieses Verfahrens bestehen darin, daß die obere und untere
Grenzdrehzahl aus praktischen Gründen der Regelgenauigkeit sehr eng beisammen liegen
müssen und damit Toleranzschwierigkeiten im Aufbau der Schaltung entstehen. Ferner
ist es möglich, dag bei Motorantrieben mit großem Trägheitsmoment und praktisch
Leerlauf, wie z. B. Zentrifugen,
die Aus- und Einschaltzeitpunkte
soweit zeitlich auseinanderliegen, daß merkbare Antriebsstöße -erkennbar sind.
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Nach der Hauptanmeldung wird vorgeschlagen die Wechsel-Stromimpulse
in zeitlich bestimmten Abständen zuzuführen und nur das Ende dieser Impulse bei
Erreichen der Solldrehzahl von der Drehzahl abhängig zu machen.
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Damit sind die angeführten Nachteile vermieden und so ergibt sich
überdies ein einfacherer Aufbau der Steuerung. Es können auf diese Art größere Regelgenauigkeiten
erreicht werden, indem man in kürzeren zeitlichen Abständen jeweils die notwendige
Energie in Form von Wechselstromimpulsen zuführt bis die Solldrehzahl erreicht ist
und die Sperrung der Impulse durch den Tacho erfolgt.
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Dabei bleiben alle anderen Torteile der bekannten Anordnung wie z.
B. volles Anlaufmoment usw. erhalten, da während des Anlaufes eben in den Zeitintervallen
ein Abschalten gar nicht erfolgt.
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Auch meßtechnisch ist das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft,
da die Beobachtung =m Oszi'_lographen über einer festen
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Ein weiteres Erfindungsmerkmal nach der Hauptanmeldung besteht
darin, daß die Sollwertdrehzahl analog durch einen einstellbaren Spannungswert,
d. h. einen Sollwerteinsteller dargestellt ist, mit dem die Tachospannung verglichen
wird und mit Erreichen der Solldrehzahl die Stromversorgung gesperrt wird.
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Nach diesem Erfindungsmerkmal kann man stufenlos durch einstellbare
Spannungswerte, d. h. z. B. durch Verwendung eines Potentiometers eine Solldrehzahl
elektronisch einregeln. Nach der Hauptanmeldung besteht ein weiteres Erfindungsmerkmal
darin, daß anstelle der Tachospannung die Tachofrequenz als Vergleichsgröße benutzt
wird und in eine analoge Vergleichsspannung umgewandelt wird, die bei Übereinstimmung
mit der analogen Solldrehzahlspannung die Stromversorgung sperrt.
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Benutzt man die Frequenz, dann ist man weitgehend von Temperaturschwankungen
abhängig und man kann durch an sich bekannte Schaltmittel die Frequenz als Meßgröße
verwenden, um noch größere Genauigkeiten zu erreichen.
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Ein weiteres wesentliches Erfindungsmerkmal nach der Hauptanmeldung
besteht darin, daß der Zeitgeber durch den Abschaltvorgang
gestartet
wird und etwa gleich lange Abschaltpausen entstehen.
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Diese Maßnahme läßt sich schaltungstechnisch leicht verwirklichen.
Man kann hierfür elektrische oder mechanische Verzögerungseinrichtungen verwenden,
welche die Abschaltpause bestimmen bzw. deren Einstellung gestatten.
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Ein weiteres Merkmal nach der Hauptanmeldung besteht darin, daß ein
Tacho, ein Solldrehzahleinsteller, ein Zeitgeber und ein gesteuertes Stromtor für
die gesteuerte Stromzufuhr des zu regelnden Motors verwandt wird.
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Bei dieser Maßnahme werden kontaktlose Schaltelemente verwandt, das
ist insbesondere bei der Anwendung der Drehzahl-Reglungsschaltung bei vollautomatischen
Waschmaschinen wichtig, da dort durch Korrosionseinflüsse, durch Erschütterungen
und durch einen verhältnismäßig rauhen Betrieb Kontakte leicht zu Störungen führen.
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Erfindungsgemäß wird die Schaltung so durchgeführt, daß der Sollwert-einsteller
ein Regelwiderbtand ist, dessen durch den Tacho
erzeugter Spannungsabfall
am Eingang der elektronischen Regelschaltung (Trigger) liegt und die eingeschaltete
Regelschaltung den Zeitgeber, der ein Multivibrator ist, durch Potentialänderung
vom monostabilen in den unstabilen Zustand bringt, der während der Zeit to stehen
bleibt.
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Die Zeit to ist die Abschaltpause. Durch Potentialänderungen bzw.
durch Regelwiderstände kann also der Multivibrator so eingestellt werden, daß wählbare
Abschaltpausen vorhanden sind. Die Schaltung wird man immer beim Stromdurchgang
durch o durchführen, um Funkttörungen zu vermeiden. Man kann durch Verwendung eines
Multivibrators in so kurzen Zeitabständen Schaltimpulse geben, daß infolge der Trägheit
der bewegten Nassen ein stabiles Drehzahlverhalten des Motors erreicht wird, durch
die Größe der Amplitude des Stromes aber, mit welcher der Motor geschaltet wird,
kann man in einem weiten Bereich beliebige Sollwertdrehzahlen einstellen. Die kurzen
Stromimpulse gewährleisten auch, daß bei wechselnder Belastung dieses Motors diese
Solldrehzahl selr genau eingehalten wird.
Wesentlich ist ferner,
daß ein Synchronisierungsimpuls jeweils nach Ablauf der Zeit to das Stromtor St
und damit den Motor einschaltet.
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Eine weiteremögliche Ausbildung der Schaltung besteht darin, daß die
elektronische Regelschaltung (Trigger) direkt das Stromtor und damit den Motor einschaltet,
wenn dem mit der Frequenz
schwingendem astabilen Multivibrator überlagernde Synchronisierungsimpulse zugeführt
werden, die am Eingang der elektronischen Regelschaltung liegen, und die Schaltung
beim Netzspannungs#Nulldurchgang bewirken. Durch diese Schaltung wird ein anderes
Regelverhalten erreicht wie noch später beschrieben wird.
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Figur 1 zeigt das Diagramm der herkömmlichen drehzahlgesteuerten Ein-
und Abschaltpunkte bei der Abschaltdrehzahl n! und der Sollwertdrehzahl n2 und die
dazugehörigen Wechselstromimpulse;
Figur 2 zeigt das entsprechende
Diagramm der drehzahlgesteuerten Abschaltpunkte und der zeitgesteuerten Einschaltpunkte,
wobei to die Abschaltdauer ist; Figur 3 gibt.ein Blockschaltbild der Steuerung an,
wie es für aie Regelung nach Fig. 2 und Fig. 4 erfindungsgemäß verwandt wird; Figur
4 zeigt das Regeldiagramm, bei dem der Zeitgeber jeweils durch den Abschaltvorgang
gestartet wird und für eine bestimmte kurze Zeit die Stromzufuhr sperrt; Figur 5
zeigt die Wechselstromimpulse einer herkömmlichen Drehzahlsteuerung (a) im Vergleich
zu der erfindungsgemäßen drehzahl-,zeitgesteuerten Regelung (b); Figur 6 zeigt die
gleiche Darstellung wie Fig. 5, jedoch für den Leerlauf bzw. für größere Schwungmassen,
wie sie z. B. bei Zentrifugalschleudern auftreten. Hier wird der Vorteil der erfindungsgemäßen
Anordnung besonders deutlich; Figur 7 zeigt eine elektronische Regelschaltung, wie
sie für den Regelungsvorgang nach Fig. 2 benötigt wird; Figur 8 zeigt eine elektronische
Regelschaltung, wie sie für den Regelungsvorgang nach Fig. 4 benötigt wird.
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In der Fig. 1 ist der Motor 1 mit Tacho 2 und der elektronischen
Regelschaltung
3, sowie dem Zeitgeber 4 dargestellt. Es sind ferner die Netzzuleitungen 5 und der
Solldrehzahleinsteller 6 dargestellt.
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Der Zeitgeber 4 kann eine feste Voreinstellung erhalten, er kann aber
auch kontinuierlich durch andere Einflußgrößen, wie Last-, Stromaufnehmer beeinflußbar
gemacht werden.
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In der Fig. ? bezeichnen die gleichen Zahlen die gleichen Teile. Der
Tacho 2 gibt eine der IST-Drehzahl proportionale Wechselspanneng ab, die über Cl
und Gll gleichgerichtet und geglättet auf den Sollwerteinsteller 6 gegeben wird.
Die am Sollwertein-Steller 6 abgegriffene Spannung wird an den Eingang des Triggers
bzw. der elektronischen Regelschaltung 3 gelegt, der aus den Transistoren T1, T2
und den Widerständen R3 bis R7 besteht. Der Ausgang A des Triggers schaltet das
Stromtor St und damit den Motor 1. Der astabile Miltivibrator, bestehend aus den
Transistoren T3, T4 und den Widerständen R 9 bis R 13 sowie den Kondensatoren C4,
C5, schwingt mit einer Frequenz. von
Hz. Ihm werden Synchronisierungsimpulse zugeführt, die mittels einer zweiten Sekundärwicklung
w3 des Trafos TR, und über die Schaltglieder R8, D2 und C3 erzeugt werden.
Durch
die überlagerten Synchronisierungsimpulse am Eingang B des astabilen Miltivibrators
ändert sich das Potential N am Ausgang im Moment des Netzspannungsnulldurchganges.
Der mit R2, C2 und D1 erzeugte Impuls wird auf den Eingang des Triggers TI, T2 geführt
und somit wird das Stromtor St regelmäßig nach der Zeit to wieder eingeschaltet.
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Bei der Fig. 4 gibt der- Tacho 2 eine der IST-Drehzahl proportionale
Wechselspannung ab, die über C l und GI1 gleichgerichtet und geglättet auf der,
Sollwerteinsteiler 6gegeben wird. Die am Sollwerteinsteller 6 abgegriffene Spannung
wird an den Eingang der elektronischen Regelschaltung 3 bzw. des Triggers gelegt,
der aus den Transistoren TI, T2 und den Widerständen R3 bis R 7 besteht. Schalter
dieser Trigger ein, d. h. Potential A und B steigen, dann wird mittels der Schaltglieder
C3, D2, R8 ein Impuls erzeugt, der dem monostabilen Miltivibrator, bestehend aus
den Transistoren T3, T4 , den Widerständen R 9 bis R13 und dem Kondensator C4, in
einen unstabilen Zustand bringt, der während derAeit to bestehen bleibt. Das Potential
C wird positiv. Nach Ablauf der Zeit to wird das Potential C wieder negativ. Ist
dies der Fall und ist ein Synchronisierungsimpuls, der mittels einer zweiten
Sekundärwicklung
w3 des Trafos TR, R2, D1, C2 erzeugt und mit T7, R21, R20, R18, C7, C 6 verstärkt
wurde, an D4 vorhanden, dann wird T5, R15 gesperrt und T6 durchgesteuert. Die dann
am Spannungsteiler R16, R17 abfallende Spannung dient zurrt Einschalten des Stromtores
St. St wird nach Ablauf der Pausenzeit to erfindungsgemäß regelmäßig wieder eingeschaltet.
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Als Anwendungsgebiet der Erfindung sind alle Drehzahlreglungen, insbesondere
aber,bei Wasch- und Geschirrspülmaschinen zu verstehen, wobei Thyristoren oder Triac
verwendet werden können, selbstverständlich können auch andere Schaltmittel auch
in Kombination mit Schaltcr.itteln, die Kontakte besitzen, verwandt werden, sofern
immer das Regelverhalten, wie in den Fig. 2 und 4 dargestellt, erreicht wird.