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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für
einen elektrischen Universalmotor.
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Ein Universalmotor ist bekanntlich ein Stromkommutatormotor
mit serieller Erregung, dessen Drehzahl beispielsweise durch
Modulation der zugeführten Spannung des Motors mittels eines
Regel- oder Antriebskreises des Typs mit Phasenteilung,
Impulsweitenmodulation oder dergleichen geregelt werden kann.
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Normalerweise ist der Läufer eines Universalmotors mit einem
Drehzahlwandler (beispielsweise einem Tachometergenerator)
verbunden, der geeignet ist, den Regelkreis mit einem Signal,
das zur tatsächlichen Drehzahl des Motors proportional ist,
zu betreiben: der Regelkreis vergleicht das Signal mit einem
entsprechenden Bezugssignal und steuert die Energiezufuhr zum
Motor proportional zu dem Fehlersignal, das sich aus diesem
Vergleich ergibt, um die gewünschte Arbeitsdrehzahl im
wesentlichen konstant zu halten.
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Der Energiebereich eines Regelkreises besteht insbesondere
normalerweise aus einem Steuerschalter (z.B. einem Triac),
der mit dem Motor und der elektrischen Energieversorgung in
Reihe geschaltet ist.
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Als Folge bringt ein Kurzschluß des Steuerschalters das
Anliegen der gesamten Zufuhrspannung an den Köpf en des Motors
mit sich, der dazu neigt, sich mit extrem hoher Drehzahl zu
drehen, und dadurch das Gerät, in dem er angeordnet ist,
beschädigt wird. Dieses Phänomen wird noch ausgeprägter, wenn
ein Universalmotor, der auch eine Invertereinrichtung
aufweist, die geeignet ist, die Drehrichtung des Motors
alternierend umzukehren, verwendet wird, um beispielsweise die
Trommel einer waschmaschine anzutreiben.
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Um diesen Nachteil zu beheben, wurde vorgeschlagen, eine
Sicherung, die so bemessen ist, daß sie den elektrischen
Zufuhrkreis unterbrechen kann, wenn der Strom einen
vorgegebenen Sicherheitswert überschreitet, mit dem Motor in Reihe zu
schalten. Diese Lösung ist jedoch unbefriedigend, da die
Sicherung im Lauf der Zeit auch beim Zustand korrekter Funktion
leicht schlecht wird und so dazu neigt, den Zufuhrkreis des
Motors in unangemessener Weise zu unterbrechen.
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Alternativ wurde auch vorgeschlagen, einen elektrischen
Schutzschalter, der normalerweise geschlossen und dazu
geeignet ist, den Motor auszuschalten, wenn die gesamte
Zufuhrspannung an ihm anliegt, mit dem Motor in Reihe zu schalten.
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Der Schutzschalter kann ein Fliehkraftschalter sein, der zum
Öffnen geeignet ist, wenn der Motor eine bestimmte Drehzahl
übersteigt; in einem derartigen Fall ist der Schalter jedoch
verhältnismäßig kompliziert und unzuverlässig und nicht sehr
genau beim Betrieb.
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Der Schutzschalter kann alternativ durch ein Relais oder
dergleichen betätigt werden, um erregt zu werden, damit der
Schalter geöffnet wird, wenn das durch den Signalwandler des
Motors erzeugte Signal einen vorgegebenen Wert übersteigt.
Dieses Signal betreibt einen elektrischen Vergleicher oder
dergleichen, der geeignet ist, das Relais zu erregen, wenn
das Signal einen Wert hat, der höher als der eines
Bezugssignals ist: diese Lösung ist also in nicht wünschenswerter
Weise kompliziert.
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Außerdem muß das Relais, um eine hinreichende
Betriebssicherheit zu gewährleisten, mit einem elektrischen
Selbsthaltekreis verbunden sein, was die Steuereinrichtung weiter
verkompliziert und in nicht wünschenswerter Weise elektrische
Energie absorbiert, wenn das Relais erregt wird.
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Jedenfalls teilen alle obengenannten Lösungen den Nachteil,
daß der zu steuernde Motor einfach ausgeschaltet wird, wenn
er die gesamte Zufuhrspannung bekommt.
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Es wäre jedoch vorteilhaft, und es ist auch das Hauptziel der
Erfindung, eine Regelvorrichtung für einen elektrischen
Universalmotor bereitzustellen, die in der Lage ist, nicht nur
ausreichende Sicherheitszustände im Fall eines Kurzschlusses
im Antriebskreis des Motors zu liefern, sondern auch auf
jeden Fall eine normales Funktionieren der gesamten
Regelvorrichtung zu gewährleisten.
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Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine
Regelvorrichtung für einen elektrischen Universalmotor des genannten Typs
bereitzustellen, die besonders sicher und verläßlich ist.
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Erfindungsgemäß erreicht man diese Ziele bei einer
Regelvorrichtung für einen elektrischen Universalmotor, der über
einen Steuerschalter, der durch den Ausgangswert eines
Drehzahlsteuerkreises zur Modulation der Spannung der
Energiequelle gemäß dem Wert eines Signals, das an dem
Antriebseingang des Steuerkreises anliegt, angetrieben wird, mit einer
elektrischen Energiezufuhr verbunden ist. Das Signal wird
durch einen Drehzahlwandler mit einem zur Drehgeschwindigkeit
des Motors proportionalen Wert erzeugt.
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Die Regelvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der
Steuerschalter und der Motor wenigstens einen weiteren damit
in Reihe geschalteten Steuerschalter aufweisen, wobei der
Ausgangswert des Drehzahlsteuerkreises dazu geeignet ist,
gleichzeitig die Steuerelektroden beider Steuerschalter
mittels geeigneter Transformatorkopplungen anzutreiben, und die
Schalter sind so gestaltet, daß sie es der gesamten
Regeleinheit ermöglichen, weiterhin normal zu funktionieren, wenn
einer der Steuerschalter kurzschließt.
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Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die
folgende Beschreibung klarer, die nur als nicht einschränkends
Beispiel gedacht ist. Es wird Bezug genommen auf die
beigefügte Zeichnung, die das grundlegenden Schaltdiagramm einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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Der zu steuernde Universalmotor umfaßt einen Läufer 1 und
einen Ständer 2, dessen Wicklungen über die Reihenschaltung
eines ersten und wenigstens eines zweiten steuerschalters 4,
5 mit den Köpfen 3 einer (z.B. Wechselstrom)-Energiequelle in
Reihe geschaltet sind.
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Ein Drehzahlwandler 6 ist mit dem Läufer 1 des Motors
verbunden und weist beispielsweise einen Tachometergenerator auf,
der zur Erzeugung eines Signals geeignet ist, dessen Wert
proportional zur Drehzahl des Motors ist.
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Die Regelvorrichtung umfaßt weiterhin einen
Drehzahlsteuerkreis 7 mit einem Antriebseingang 8, dem das durch den
Tachometergenerator 6 erzeugte Signal zugeführt wird. In an sich
bekannter Weise ist der Steuerkreis 7 geeignet, das am
Eingang 8 empfangene Signal mit einem entsprechenden
Bezugssignal V zu vergleichen, dessen Wert zu der gewünschten
Nominaldrehzahl des Motors 1 proportional ist. Der Steuerkreis 7
ist weiterhin geeignet, an einem Ausgang 9 ein aus dem
Vergleich resultierendes Fehlersignal 16, beispielsweise des
impulsartigen Typs, zu erzeugen.
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Der Ausgang 9 des Steuerkreises 7 ist geeignet, die
Steuerelektroden 10, 11 der Schalter 4, 5 gleichzeitig mittels
entsprechender Transformatorkopplungen anzutreiben. Insbesondere
ist die Primärwicklung 13 eines Transformators 12 mit dem
Ausgang 9 verbunden, während die entsprechenden sekundären
Abschnitte 14, 15 (vorzugsweise zueinander identisch) mit
entsprechenden Steuerelektroden 10, 11 der Schalter 4, 5
verbunden sind.
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In an sich bekannter Weise bilden die Steuerschalter 4, 5 und
die damit verbundenen Elemente 6 - 15 eine Steuereinrichtung,
die geeignet ist, die Zufuhrspannung, die von den Köpfer 3 an
den Universalmotor 1 angelegt wird, gemäß dem Wert des durch
den Drehzahlwandler 6 erzeugten Signals zu modulieren. Im
beschriebenen Beispiel ist die Regelvorrichtung von dem Typ,
der die Phase einer Wechselstromspannung an den Köpfen 3 der
Energieversorgung teilt.
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Insbesondere werden die Impulse des am Ausgang 9 des
Steuerkreises 7 vorhandenen Signals 16 über den Transformator 12 zu
Steuerelektroden 10, 11 von Steuerschaltern 4, 5
transportiert, die auf diese Weise gleichzeitig zu Zeitpunkten, die
vom Wert des durch den Drehzahlwandler 6 erzeugten Signals
abhängen, getriggert werden.
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Es zeigt sich, daß die Steuerschalter 4, 5, wenn sie
gleichzeitig leitend sind, eine virtuell synchrone Impedanz zeigen,
so daß das Vorhandensein des weiteren Schalters 6 keine
gegengerichtete Wirkung auf die Funktion der gesamten
Regelvorrichtung hat.
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Im Gegenteil verhindert, wenn einer der beiden (oder mehr)
Steuerschalter 4, 5 kurzschließt, das Vorhandensein des noch
funktionierenden Schalters nicht nur, daß die gesamte
Zufuhrspannung in ungewünschter Weise dem Motor 1, 2 zugeführt
wird, sondern ermöglicht auch, daß die gesamte
Regelvorrichtung weiterhin normal funktioniert, ohne irgendeine
wesentliche Veränderung.
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Das erreicht man auch durch die Transformatorkopplung, obzwar
an sich bekannt, zwischen dem Ausgang 9 des Steuerkreises 7
und den Schaltern 4, 5, von denen jeder auch im Fall eines
Kurzschlusses von dem Steuerkreis 7 elektrisch isoliert ist.
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Es ist offensichtlich, daß die beschriebene Regelvorrichtung
auf vielfache Weise, die in den Umfang der in dem Anspruch
definierten Erfindung fällt, modifiziert werden kann.
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Beispielsweise können der Drehzahlwandler 6 und/oder die
Steuerschalter 4, 5 anders geartet sein, ebenso wie das für
die durch die Drehzahlsteuereinrichtung verwirklichte
Modulation der Zufuhrspannung der Fall sein kann.