DE3931093A1

DE3931093A1 - Universal motor torque control circuit - includes two differential amplifier stages in series, controlled by load current proportional voltage

Info

Publication number: DE3931093A1
Application number: DE19893931093
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Dipl Ing Waegner; Detlef Dipl Ing Dahms; Klaus Dipl Ing Beuthner; Werner Florl; Manfred Weigel
Original assignee: Halbleiterwerk Frankfurt Oder VEB
Current assignee: Smi System Microelectronic Innovation 15236 GmbH
Priority date: 1988-10-04
Filing date: 1989-09-18
Publication date: 1990-04-05
Also published as: DE3931093C2; DD301174A7

Abstract

The control circuit for a motor (1) in series with a triac (4) and measuring resistant (R1) forming part of a phase control section, includes a torque limiting section (7) which evaluates both half waves of the load current (IL). This includes two differential amplifier stages in series controlled by a voltage (U2) proportional to the load current, so as to control the input voltage (U1) to the phase control stage (3). When the torque on the motor reaches a preselected value, the corresponding bond current is limited, and when this torque is exceeded, the actual speed relative to the nominal speed is sharply reduced. USE/ADVANTAGE - Protecting motor for electric drill. Torque is limited on basis of tachometer or load current regulation.

Description

Die Erfindung wird zur Momenten- und/oder laststromgeführten Reglung von Uni versalmotoren, insbesondere in integrierten Motorregelschaltkreisen ange wandt.The invention is for torque and / or load current-controlled regulation by Uni Versal motors, especially in integrated motor control circuits turns.

Bekannt ist eine Drehzahlregelschaltung für einen Motor, der in Serie zu einem von einer Phasenanschnittsteuerschaltung angesteuerten Triac ange ordnet ist, so wie es in der DE-PS 31 25 157 der Firma Telefunken beschrie ben ist.Known is a speed control circuit for an engine that is in series a triac driven by a phase gating control circuit is classified, as described in the DE-PS 31 25 157 of the Telefunken company ben is.

Mittels einer integrierten Phasenanschnittsteuerschaltung wird die Leistungs aufnahme eines am 220 V-Wechselstromnetz betriebenen Verbrauchers durch Ver schiebung des Zündpunktes innerhalb der Halbwelle der Netzspannung in be kannter Weise verändert und der jeweiligen Belastung des Motors und an deren Besonderheiten angepaßt. Damit wird erreicht, daß die vorgewählte Soll-Drehzahl des Motors über eine interne Regelschaltung in weiten Gren zen unabhängig von der Größe der Belastung gehalten wird. Dies geschieht dadurch, daß durch eine Tachospule die Ist-Drehzahl des Motors induktiv erfaßt und mit der vorgegebenen Soll-Drehzahl derart verglichen wird, daß bei einer Abweichung der Zündzeitpunkt entsprechend verschoben wird, so daß der Motor mehr oder weniger Spannung erhält (tachogeführte Reglung). Da nun die typspezifische Belastung eines Motors stark von seiner Ist-Dreh zahl abhängt, kann es insbesondere bei niedrigen Drehzahlen sehr schnell zur thermischen Überlastung des Motors kommen. Um dies zu verhindern, sind integrierte Phasenanschnittsteuerschaltungen in der Regel mit einem elek tronischen Überlastschutz ausgerüstet, die den Motor bei Erreichen des dreh zahlabhängigen maximalen Laststromes nach einer gewissen extern einstell baren Verzögerungszeit zwangsweise abschaltet. In der DE-PS 31 25 157 ist zu diesem Zwecke eine zusätzliche, in die Phasenanschnittsteuerschaltung eingreifende Lastbegrenzungsschaltung vorgesehen, durch die beim Erreichen der drehzahlabhängigen Maximalbelastung des Motors die dem Motor zuge führte Leistung mittels eines Speichers zwangsweise und unabhängig vom weiteren Belastungsverlauf zunächst auf einen unkritischen Restwert be schränkt wird, der eine Ist-Drehzahl von Null zur Folge hat. Die Motor bereitschaft ist in diesem Grenzfall nur noch durch ein leises Brummen er kennbar.The power is controlled by an integrated phase control circuit Recording of a consumer operated on the 220 V AC network by Ver shift of the ignition point within the half-wave of the mains voltage in be known changed and the respective load on the engine and their peculiarities adapted. This ensures that the preselected Target speed of the motor via an internal control circuit in a wide range zen is maintained regardless of the size of the load. this happens in that the actual speed of the motor is inductive through a tachometer coil detected and compared with the predetermined target speed such that in the event of a deviation, the ignition timing is shifted accordingly that the motor receives more or less voltage (tachometer-controlled regulation). Since the type-specific load on an engine now depends heavily on its actual rotation depends on the number, it can happen very quickly, especially at low speeds thermal overload of the motor. To prevent this from happening Integrated leading edge control circuits usually with an elec tronic overload protection equipped, the motor when reaching the rotary number-dependent maximum load current after a certain external setting switchable delay time. In DE-PS 31 25 157 is for this purpose an additional, in the phase control circuit engaging load limiting circuit provided by which when reached the speed-dependent maximum load of the engine that the engine performed performance by means of a memory forced and independent of further load course initially to an uncritical residual value is limited, which results in an actual speed of zero. The engine In this borderline case, the only thing that is ready is a slight hum recognizable.

Wird die Belastung des Motors ganz oder teilweise zurückgenommen, so sorgt eine Wiederanlauf-Schaltung zeitverzögert dafür, daß die Drehzahl des Motors entlang der Maximallastkennlinie bis zum Erreichen der vorge gebenen Soll-Drehzahl langsam ansteigen kann. Wenn die Soll-Drehzahl er reicht ist, wird der Speicher wieder zurückgesetzt und die Last-Begrenzungs schaltung vollständig abgeschaltet und der Motor ist in der üblichen Wei se drehzahlgeregelt belastbar. Es handelt sich also um eine vom Zeitver halten her unstetige Regelung mit langen zwangsweisen Stillstandszeiten des Motors nach jeder Überschreitung der zulässigen Maximalbelastung. Die jeweilige Motorbelastung wird mittels eines in Serie zum Motor liegenden sehr niederohmigen Meßwiderstandes ermittelt und mit der jeweiligen Ist- Drehzahl verglichen. Dabei ist die Geschwindigkeit, mit der schnelle Än derungen der Motorbelastung erfaßt werden können, relativ gering, weil immer nur die positive Halbwelle des Laststromes ausgewertet wird. Die Last-Begrenzungsschaltung eignet sich daher auch nicht für den Aufbau einer laststromgeführten Reglung. Der wesentliche Nachteil der bekannten Last- Begrenzungsschaltung besteht jedoch darin, daß bei jedem Erreichen der drehzahlabhängigen Maximalbelastung die Ist-Drehzahl zwangsweise auf Null zurückgenommen wird und der Motor stehen bleibt. Für die Handhabung eines derart geschützten Motors ergeben sich damit große Schwierigkeiten. Wird beispielsweise mit einer so ausgerüsteten Bohrmaschine in der Nähe der Maxi malbelastung gearbeitet, so führt jedes Überschreiten der Maximalbelastung zwangsläufig zum Motorstillstand. Erst nach Zurücknahme der Belastung, was beispielsweise bei einem festgegangenen Bohrer gar nicht ohne weiteres möglich ist, kommt es wieder zum allmählichen Hochlaufen der Drehzahl bis zum Sollwert. Auf diese Art ist ein kontinuierliches Arbeiten in der Regel nicht möglich, weil durch subjektiv unterschiedliche Handhabung ein Über schreiten der zulässigen Maximalbelastung kaum ausgeschlossen werden kann. Relativ lange Stillstandszeiten des Motors unterbrechen damit immer wieder den Arbeitsablauf. Es wäre günstig, wenn sich bei einer geregelten Ma schine gegenüber einer ungeregelten keine Unterschiede in der Handhabung ergeben würden, das heißt, wenn kein unstetiger zeitlicher Regelverlauf vor handen ist.If all or part of the load on the engine is removed, so A restart circuit ensures that the speed is delayed of the engine along the maximum load characteristic until reaching the pre given target speed can slowly increase. If the target speed he is enough, the memory is reset and the load limitation circuit completely switched off and the motor is in the usual white can be loaded under speed control. So it is one of the time ver keep discontinuous regulation with long forced downtimes of the motor every time the maximum permissible load is exceeded. The The respective engine load is connected to the engine in series very low-impedance measuring resistor determined and with the respective actual Speed compared. Here is the speed with which quick changes Changes in engine load can be detected, relatively low because only the positive half-wave of the load current is evaluated. The Load limiting circuit is therefore not suitable for the construction of a load current control. The main disadvantage of the known load Limiting circuit, however, is that each time the speed-dependent maximum load, the actual speed is forced to zero is withdrawn and the engine stops. For handling one Motor protected in this way is very difficult. Becomes for example with a drill equipped in this way near the Maxi load, so every time the maximum load is exceeded inevitably to engine shutdown. Only after withdrawing the burden what for example, with a stuck drill not at all easily possible, the speed will gradually ramp up again to the setpoint. This is how continuous work is usually done not possible because subjectively different handling causes an over exceeding the permissible maximum load can hardly be excluded. Relatively long downtimes of the engine are interrupted again and again the workflow. It would be beneficial if a regulated Ma seem no difference in handling compared to an unregulated would result, that is, if there is no discontinuous temporal course of the rule is there.

Neben diesen schlechten Gebrauchswerteigenschaften besitzt die bekannte Last-Begrenzungsschaltung wesentliche ökonomische Nachteile. Da jeweils nur eine Halbwelle des Laststromes ausgewertet wird, muß ein relativ großer und verlustleistungsreicher Meßwiderstand verwendet werden. Die Laststrom erfassung ist relativ langsam und erfordert einen entsprechend größeren Kondensator, so daß die externe Baugruppe recht voluminös und teuer wird und nur mit großen Schwierigkeiten in der Maschine untergebracht werden kann. Des weiteren lastet der bekannten Last-Begrenzungsschaltung eine hohe Fertigungstoleranz an, da Absolutwerte von integrierten Widerständen und Stromverstärkungen direkt eingehen und vom Hersteller die IS folglich in drei verschiedenen Gruppen ausgemessen werden müssen. Beim Anwender hat das kostspielige Justierarbeiten und eine umfangreiche Lagerhaltung zur Folge. Die Temperaturkonstanz der Last-Begrenzungsschaltung ist völlig ungenügend, so daß nur in einem sehr geringen Temperaturbereich ein zu verlässiger Motorschutz gewährleistet ist.In addition to these poor performance properties, the well-known Load limiting circuit has significant economic disadvantages. Because each time a half-wave of the load current is evaluated, a relatively large one and high-loss measuring resistor can be used. The load current Acquisition is relatively slow and requires a correspondingly larger one Capacitor, so that the external assembly is quite bulky and expensive and can only be accommodated in the machine with great difficulty can. Furthermore, the known load limiting circuit has a high load Manufacturing tolerance due to absolute values of integrated resistors and Incoming current gains directly and consequently the IS in three different groups must be measured. With the user the expensive adjustment work and extensive storage for Episode. The temperature constant of the load limiting circuit is complete insufficient, so that only in a very low temperature range reliable motor protection is guaranteed.

Ziel der Erfindung ist es, eine Regelschaltung für einen Motor anzugeben, die es ermöglicht, in einfacher Weise auf einem gemeinsamen Grundlayout eine Momentenbegrenzung auf der Basis einer tachogeführten oder laststrom geführten Reglung zu realisieren.The aim of the invention is to provide a control circuit for a motor, which makes it possible in a simple manner on a common basic layout a torque limitation based on a tachometer or load current to implement guided regulation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelschaltung für einen Motor zu finden, bei dem durch ein zeitlich stetiges Regelverfahren mittels einer einfachen und universell verwendbaren Regelschaltung ein wahlweise vorgegebenes Moment des Motors nicht überschritten werden kann und das sowohl für tacho- als auch für laststromgeführte Reglungen ver wendbar ist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine zusätzliche in die Phasenanschnittsteuerschaltung eingreifende zeitlich stetig arbeitende und beide Halbwellen des Laststromes auswertende Momen tenbegrenzung angeordnet ist, die aus zwei in Reihe geschalteten Differenz verstärkerstufen besteht, die von der dem Laststrom proportionalen Spannung gesteuert werden und die Eingangsspannung der Phasenanschnittsteuerschaltung derart beeinflussen, daß bei Erreichen eines vorgewählten Momentes die dem Motor zugeführte Leistung auf den diesem Moment entsprechenden Laststrom begrenzt wird. Bei Überschreiten des vorgewählten Momentes fällt die Ist- Drehung des Motors gegenüber der Soll-Drehzahl steil ab.The invention has for its object a control circuit for a To find an engine with a continuous control process by means of a simple and universally usable control circuit optionally the specified torque of the motor cannot be exceeded and that for both tacho and load current-controlled controls is reversible. According to the invention the object is achieved in that a additional time intervening in the phase gating control circuit Moments working continuously and evaluating both half-waves of the load current tenbegrenzung is arranged from two series connected difference amplifier stages, the voltage proportional to the load current can be controlled and the input voltage of the phase control circuit influence such that when a preselected moment is reached the Motor supplied power to the load current corresponding to this moment is limited. When the preselected torque is exceeded, the actual Rotation of the motor drops steeply compared to the target speed.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigtThe invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment will. It shows

Fig. 1 Blockschaltbild mit partieller Schaltungsanordnung für die tacho geführte Reglung, Fig. 1 block diagram showing a partial circuit arrangement for the regulation tacho guided,

Fig. 2 Drehzahl-Moment-Kennlinie gemäß Fig. 1, Fig. 2 speed-torque characteristic curve of FIG. 1,

Fig. 3 Blockschaltbild mit partieller Schaltungsanordnung für die last stromgeführte Regelung. Fig. 3 block diagram with partial circuit arrangement for the load current-controlled control.

Die Versorgung des integrierten Schaltkreises für die tachogeführte Re glung eines Universalmotors gemäß Fig. 1 erfolgt über Vorwiderstand, Diode und Glättungskondensator direkt aus dem 220 V-Netz. Der mit der 220 V- Netzspannung U _N betriebene Motor 1 liegt in Reihe mit dem Triac 4 und dem Meßwiderstand R 1. Der sehr niederohmige Meßwiderstand R 1 ist so dimensio niert, daß bei maximalem Laststrom I _L des Motors 1 die laststromproportionale Spannung U 2 etwa 1200 mV erreicht. Mittels des Spannungsteiler-Widerstan des R 2 und des Momenten-Potentiometers P 2 wird U 2 auf die Eingangsspannung U 3 der Momentenbegrenzung heruntergeteilt.The supply of the integrated circuit for the tachometer-controlled regulation of a universal motor according to FIG. 1 takes place via a series resistor, diode and smoothing capacitor directly from the 220 V network. The motor 1 operated with the 220 V mains voltage U _N is in series with the triac 4 and the measuring resistor R 1 . The very low-resistance measuring resistor R 1 is so dimensioned that the load current proportional voltage U 2 reaches about 1200 mV at maximum load current I _{L of} the motor 1 . U 2 is divided down to the input voltage U 3 of the torque limiter by means of the voltage divider resistor of the R 2 and the torque potentiometer P 2 .

Die Phasenanschnittsteuerschaltung 3 steuert den Triac 4 nach dem Prin zip des Phasenanschnitts. Durch Variation der Eingangsspannung U 1 der Phasenanschnittsteuerschaltung zwischen Masse und interner Referenzspannung -U _Ref kann die Phase kontinuierlich zwischen Null und 180 Grad geschoben werden.The phase gating control circuit 3 controls the triac 4 according to the principle of the phase gating. The phase can be shifted continuously between zero and 180 degrees by varying the input voltage U 1 of the phase control circuit between ground and internal reference voltage - U _Ref .

Der Regelverstärker 2 besitzt einen Stromquellenausgang und erzeugt in Verbindung mit seiner externen Beschaltung die Eingangsspannung U 1 der Phasenanschnittsteuerschaltung. Mit einem zwischen Masse und der internen Referenzspannung -U _Ref liegenden Drehzahl-Potentiometer P 1 wird über den nichtinvertierenden Eingang des Regelverstärkers 2 die Soll-Drehzahl n _SOLL eingestellt. Das auf den invertierenden Eingang des Regelverstärkers 2 wirkende Rückkopplungsnetzwerk besteht aus den Widerständen 8, 10 und 12 und den Kondensatoren 9, 11 und 13 und ist den Gegebenheiten der Re gelstrecke anzupassen. Die jeweilige Ist-Drehzahl n _IST des Motors 1 wird über die Tachospule 6 induktiv ermittelt und dem Frequenz-Spannungs- Wandler 5 zugeführt, der in Verbindung mit dem Widerstand 8 eine Dreh zahl des Motors 1 proportionale Gleichspannung erzeugt, die dem inver tierenden Eingang des Regelverstärkers 2 aufgeschaltet wird. Mit dieser Regelstrecke wird erreicht, daß unabhängig von der Belastung die Ist- Drehzahl n _IST des Motors 1 stets auf Sollwertniveau gehalten wird. Die Momentenbegrenzung 7 besteht aus zwei in Reihe geschalteten Differenz verstärkerstufen und wird durch die interne Referenzspannung -U _Ref ver sorgt. Die erste, in Darlingtonanordnung aufgebaute, Differenzverstärker stufe besteht aus den DV-Transistoren 22, 23, 24, 25, den Basisableit widerständen 18 und 21 und den Strombegrenzungswiderständen 19 und 20. Die Kollektoren der DV-Transistoren 24 und 25 liegen an -U _Ref. Durch die Reihenschaltung der Dioden 14, 15 und 28, der Spannungsteiler-Widerstände 26 und 27 und des Stromspiegel-Transistors 29 fließt ein Konstantstrom von ca. 10 µA, der mittels des Stromspiegel-Transistors 30 in den Zweig der Reihenschaltung der Dioden 16 und 17 gespiegelt wird. Aufgrund der entsprechenden Schaltungsanordnung wird erreicht, daß die Basis des DV- Transistors 24 konstant zwei Flußspannungen unter Masse liegt, während die Basis des DV-Transistors 25 zwei Flußspannungen unterhalb der Eingangs spannung U 3 der Momentenbegrenzung liegt. Beträgt U 3 Null, d. h. Masse potential, so sind die DV-Transistoren 22 und 23 zu gleichen Teilen ge ringfügig leitend und der geringe Strom I 2, der ca. 17 µA beträgt, er zeugt über dem Widerstand 34 eine Spannung U 6 von ca. 800 mV über -U _Ref. Wird U 3 positiver gegenüber Masse, so übernimmt der DV-Transistor 22 den Strom und 23 sperrt, im anderen Falle bei U 3 negativer gegenüber Masse übernimmt der DV-Transistor 23 den Strom und 22 sperrt. Die Strombegren zungswiderstände 19 und 20 sind jeweils gleich groß, so daß in beiden Halbwellen der Netzspannung die Eingangsspannung ±U 3 der Momentenbegren zung jeweils den gleichen Strom I 2 erzeugt. Der pulsierende Gleichstrom I 2 lädt den Speicherkondensator 33 und erzeugt die Gleichspannung U 6. Die Größe des Speicherkondensators 33 ist den Erfordernissen der Momenten begrenzung anzupassen. Die Stromspiegel-Transistoren 31 und 32 spiegeln den Strom I 2 im Verhältnis 1 : 2, so daß die zweite Differenzverstärker stufe, bestehend aus den DV-Transistoren 36 und 37 in Darlingtonanordnung und dem DV-Transistor 38, auf der aus 2 · I 2 gebildeten Stromsenke arbeitet. Die Spannung U 4 wird so gewählt, daß die Spannung U 5 an der Basis des DV-Transistors 37 1400 mV über -U _Ref liegt. Des weiteren ist der Wider stand 34 so dimensioniert, daß bei einer Eingangsspannung der Momenten begrenzung von ±U 3 = 300 mV die durch den Strom I 2 erzeugte Spannung U 6 = 1500 mV beträgt und damit der DV-Transistor 38 den gesamten Strom 2 · I 2 der Stromsenke übernimmt. Der maximale Ausgangsstrom des Regelver stärkers ±I 1 _max liegt exemplarbedingt zwischen 80 und 160 µA. Bei ±U 3 = 300 mV beträgt der Strom 2 · I 2 = 200 µA und ist damit in der Lage, den gesamten Ausgangsstrom des Regelverstärkers zu kompensieren und die Ein gangsspannung U 1 der Phasenanschnittsteuerschaltung auf ca. -U _Ref zu ziehen und die Phase auf 180 zu schieben, so daß der Motor 1 keine Spannung mehr erhält.The control amplifier 2 has a current source output and, in conjunction with its external circuitry, generates the input voltage U 1 of the phase control circuit. With a speed potentiometer P 1 lying between ground and the internal reference voltage - U _Ref , the set speed n _{SET is} set via the non-inverting input of the control amplifier 2 . The acting on the inverting input of the control amplifier 2 feedback network consists of the resistors 8, 10 and 12 and the capacitors 9, 11 and 13 and is to be adapted to the conditions of the re gelstrecke. The respective actual rotational speed _N of the engine 1 is detected inductively by the tachometer coil 6 and the frequency-voltage converter 5 is supplied, in conjunction with resistor 8, a rotational speed of the motor 1 generates DC voltage proportional to that of the inver animal forming input Control amplifier 2 is switched on. This controlled system ensures that the actual speed n _{ACTUAL of} the engine 1 is always kept at the setpoint level, regardless of the load. The torque limitation 7 consists of two differential amplifier stages connected in series and is provided by the internal reference voltage - U _Ref ver. The first, built in Darlington arrangement, differential amplifier stage consists of the DV transistors 22, 23, 24, 25 , the base resistors 18 and 21 and the current limiting resistors 19 and 20th The collectors of the DV transistors 24 and 25 are present - U _Ref . Through the series connection of the diodes 14, 15 and 28 , the voltage divider resistors 26 and 27 and the current mirror transistor 29 , a constant current of approx. 10 μA flows, which by means of the current mirror transistor 30 flows into the branch of the series connection of the diodes 16 and 17 is mirrored. Due to the corresponding circuit arrangement it is achieved that the base of the DV transistor 24 is constantly two forward voltages below ground, while the base of the DV transistor 25 is two forward voltages below the input voltage U 3 of the torque limit. Is U 3 is zero, ie, ground potential, so the DV transistors 22 and 23 are equally ge ringfügig conductive and the low current I 2, of about 17 microamps is, he attests to the resistor 34, a voltage U of about 6 .800 mV above - U _Ref . If U 3 becomes more positive with respect to ground, then DV transistor 22 takes over the current and blocks 23 , in the other case with U 3 becomes negative with respect to ground, the DV transistor 23 takes over current and blocks 22 . The current limiting resistances 19 and 20 are each of the same size, so that the input voltage ± U 3 of the torque limitation each generates the same current I 2 in both half-waves of the mains voltage. The pulsating direct current I 2 charges the storage capacitor 33 and generates the direct voltage U 6 . The size of the storage capacitor 33 is to be adapted to the requirements of the torque limitation. The current mirror transistors 31 and 32 mirror the current I 2 in the ratio 1: 2, so that the second differential amplifier stage consisting of the DV transistors 36 and 37 in Darlingtonanordnung and the DV transistor 38, on the 2 · I 2 formed current sink works. The voltage U 4 is chosen so that the voltage U 5 at the base of the DV transistor 37 is 1400 mV above - U _Ref . Furthermore, the opposing stand 34 is dimensioned such that with an input voltage limiting the torque of ± U 3 = 300 mV, the voltage U 6 = 1500 mV generated by the current I 2 is, and thus the DV transistor 38, the total current 2 I 2 the current sink takes over. The maximum output current of the control amplifier ± I 1 _max is between 80 and 160 µA due to the example. At ± U 3 = 300 mV, the current is 2 · I 2 = 200 µA and is therefore able to compensate for the entire output current of the control amplifier and to pull the input voltage U 1 of the phase control circuit to approx. - U _Ref and the phase push to 180 so that the motor 1 receives no more voltage.

Auf diese Weise wurde eine zweite, das Drehmoment des Motors 1 betref fende, geschlossene und zeitlich stetig arbeitende Regelstrecke geschaf fen, die auf Laständerungen des Motors 1 sehr schnell reagiert, da beide Halbwellen des Laststromes I _L ausgewertet werden. Das gewünschte Dreh moment wird mittels des Momenten-Potentiometers P 2 eingestellt. Mit den o. g. Werten von ±U 2 _max = 1200 mV und der Ansprechschwelle der Momenten begrenzung von ±U 3 = 300 mV ergibt eine Variation des Drehmomentes des Motors 1 im Verhältnis 1 : 4.In this way, a second, concerning the torque of the motor 1 , closed and continuously working controlled system was created, which reacts very quickly to changes in the load of the motor 1 , since both half-waves of the load current I _L are evaluated. The desired torque is set using the torque potentiometer P 2 . With the above-mentioned values of ± U 2 _max = 1200 mV and the response threshold of the torque limitation of ± U 3 = 300 mV, the torque of motor 1 varies in a ratio of 1: 4.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung der Momentenbegrenzung 7 ist frei von Fertigungs- und Bauelementetoleranzen und kann temperaturab hängig, da keine Absolutwerte physikalischer Größen, sondern lediglich deren Verhältnisse zueinander eingehen.The circuit arrangement of the torque limiter 7 according to the invention is free from manufacturing and component tolerances and can be temperature-dependent, since no absolute values of physical quantities but only their relationships to one another are involved.

In Fig. 2 zeigt die Drehzahl-Momenten-Kennlinie wie bei verschiedenen Drehzahlen n ₁, n ₂, n _max unterschiedliche Momente M 1, M 2, M _max vorgewählt und nicht überschritten werden können, da bei Überschreiten des jeweils vorgewählten Momentes die Drehzahl des Motors 1 steil abfällt und dieser stehen bleibt. Bei geringfügiger Zurücknahme des Momentes, d. h. der Be lastung, erreicht der Motor selbständig nach kurzer Zeit, die durch die externe Außenbeschaltung bestimmt wird, wieder seine Sollwerte. Die vor teilhafte Anwendung als Schraubendreher oder das Einbringen großer Bohrungen in dünne Bleche sind nur einige Beispiele für den Einsatz der erfindungs gemäßen Lösung. In Fig. 2 shows the speed-torque characteristic as at different speeds n ₁ , n ₂ , n _max different moments M 1 , M 2 , M _max preselected and can not be exceeded, since the speed of the Motors 1 drops steeply and it stops. If the moment is slightly reduced, ie the load, the motor automatically returns to its setpoints after a short time, which is determined by the external external circuitry. Before geous use as a screwdriver or the introduction of large holes in thin sheets are just a few examples of the use of the solution according to the Invention.

In Fig. 3 wird eine Variation der erfindungsgemäßen Lösung dargestellt, die eine optimale laststromgeführte Reglung in Verbindung mit einer Momen tenbegrenzung erlaubt. Als Führungsgröße für die Reglung der Drehzahl des Motors 1 dient der Laststrom I _L, der über dem Meßwiderstand R 1 die laststromproportionale Spannung U 2 erzeugt, die gleichzeitig Eingangs spannung der Drehzahlreglung und Momentenbegrenzung 43 ist.In Fig. 3 a variation of the solution according to the invention is shown, which allows an optimal load current-controlled regulation in connection with a torque limitation. The load current I _L , which generates the load current proportional voltage U 2 via the measuring resistor R 1 and serves as the input variable for the speed control of the motor speed 1 and the torque limitation 43, is used for the regulation of the speed of the motor 1 .

Die Phasenanschnittsteuerschaltung 3 steuert in bekannter Weise mittels U 1 den Triac 4. Im Rückkopplungszweig des Regelverstärkers 2 liegt der Wider stand 42, der in Verbindung mit dem Drehzahl-Potentiometer P 4 einen Span nungsteiler am invertierenden Eingang des Regelverstärkers 2 bildet. Der Kondensator 41 dient der Unterdrückung von Regelschwingungen.The phase gating control circuit 3 controls the triac 4 in a known manner by means of U 1 . In the feedback branch of the control amplifier 2 is the opposing stand 42 , which forms a voltage divider at the inverting input of the control amplifier 2 in conjunction with the speed potentiometer P 4 . The capacitor 41 serves to suppress control vibrations.

Die Drehzahlreglung und Momentenbegrenzung 43 besteht auch hier wieder wie in Fig. 1 aus zwei in Reihe geschalteten Differenzverstärkerstufen. Die zweite Differenzverstärkerstufe ist jedoch entsprechend den Erfordernissen der laststromgeführten Reglung weitgehend von der ersten Differenzver stärkerstufe entkoppelt, indem die zweite Differenzverstärkerstufe auf einer konstanten und separaten Stromsenke S 1 arbeitet, die einen Konstant strom von I 3 = 200 µA liefert, und die Basis des DV-Transistors 36 an einer einstellbaren Spannung liegt, die durch Spannungsteilung der in Reihe mit dem Momentenpotentiometer P 3 liegen Dioden 39 und 40 erzeugt wird. Der Meßwiderstand R 1 ist so dimensioniert, daß bei maximalem Laststrom des Motors 1 die laststromproportionale Spannung U 2 _max = ±300 mV beträgt, so daß wie in Fig. 1 der gesamte Laststrombereich des Motors 1 durch die Variation der Spannung U 6 zwischen 800 mV und 1500 mV über -U _Ref bestimmt wird. Die Spannung U 6 ist wie in Fig. 1 die Steuerspannung für die Basis des DV-Transistors 38 und steuert in diesem Falle auch noch über den nicht invertierenden Eingang des Regelverstärkers 2 die Spannung U 1, so daß mit zunehmender Motorbelastung, die ein Ansteigen des Lastromes I _L und da mit auch ein Ansteigen von U 2 und U 6 zur Folge hat, die Spannung U 1 eben falls ansteigt, der Motor 1 mehr Spannung erhält und damit die gestiegene Belastung ausgleichen und seine Drehzahl stabil halten kann.The speed control and torque limitation 43 also consist here, as in FIG. 1, of two differential amplifier stages connected in series. However, the second differential amplifier stage is largely decoupled from the first differential amplifier stage in accordance with the requirements of the load-current-controlled control, in that the second differential amplifier stage operates on a constant and separate current sink S 1 , which supplies a constant current of I 3 = 200 μA, and the basis of the DV -Transistor 36 is at an adjustable voltage, which is generated by voltage division of the diodes 39 and 40 lying in series with the torque potentiometer P 3 . The measuring resistor R 1 is dimensioned such that the load current proportional voltage U 2 _max = ± 300 mV at maximum load current of the motor 1 , so that, as in FIG. 1, the entire load current range of the motor 1 is between 800 mV by varying the voltage U 6 and 1500 mV above - U _{Ref is} determined. The voltage U 6 is, as in FIG. 1, the control voltage for the base of the DV transistor 38 and in this case also controls the voltage U 1 via the non-inverting input of the control amplifier 2 , so that with increasing motor load, an increase in the Lastromes I _L and because with it also an increase in U 2 and U 6 has the consequence that the voltage U 1 also increases, the motor 1 receives more voltage and thus can compensate for the increased load and keep its speed stable.

Mit dem Momenten-Potentiometer P 3 kann das Drehmoment des Motors zwischen Null und M _max stufenlos eingestellt werden. Sobald die Spannung U 6 ca. 100 mV größer ist als U 5 übernimmt der DV-Transistor 38 den gesamten Kon stantstrom I 3 und kompensiert damit den gesamten Ausgangsstrom des Regel verstärkers ±I 1 und der Motor bleibt stehen. Funktionsweise und Vorteile dieser Momentenbegrenzung wurden bereits unter Fig. 1 erläutert. With the torque potentiometer P 3 , the torque of the motor can be continuously adjusted between zero and M _max . As soon as the voltage U 6 is approximately 100 mV greater than U 5 , the DV transistor 38 takes over the entire constant current I 3 and thus compensates for the entire output current of the control amplifier ± I 1 and the motor stops. Operation and advantages of this torque limitation have already been explained in FIG. 1.

Die erfindungsgemäße Lösung gestattet also sowohl bei der tacho- als auch bei der laststromgeführten Reglung von Universalmotoren eine einfache und optimale Lösung, die eine elektrische und thermische Überlastung des Mo tors ausschließt und bei der Handhabung der Maschine keine Unterschiede ge genüber ungeregelten Varianten ergibt. The solution according to the invention thus allows both the speedometer and in the case of the load current controlled regulation of universal motors a simple and optimal solution that an electrical and thermal overload of the Mo excludes tors and no differences when handling the machine compared to unregulated variants.

Aufstellung der verwendeten BezugszeichenList of the reference numerals used

1 Motor
2 Regelverstärker
3 Phasenanschnittsteuerschaltung
4 Triac
5 Frequenz-Spannungs-Wandler (f/u Wandler)
6 Tachospule
7 Momentenbegrenzung (auf Basis tachogeführter Reglung)
8 Widerstand
9 Kondensator
10 Widerstand
11 Kondensator
12 Widerstand
13 Kondensator
14 Diode
15 Diode
16 Diode
17 Diode
18 Basisableitwiderstand
19 Strombegrenzungs-Widerstand
20 Strombegrenzungs-Widerstand
21 Basisableitwiderstand
22 DV-Transistor
23 DV-Transistor
24 DV-Transistor
25 DV-Transistor
26 Spannungsteiler-Widerstand
27 Spannungsteiler-Widerstand
28 Diode
29 Stromspiegel-Transistor
30 Stromspiegel-Transistor
31 Stromspiegel-Transistor
32 Stromspiegel-Transistor
33 Speicherkondensator
34 Widerstand
35 Basisableitwiderstand 36 DV-Transistor
37 DV-Transistor
38 DV-Transistor
39 Diode
40 Diode
41 Kondensator
42 Widerstand
43 Drehzahlreglung und Momentenbegrenzung (auf Basis laststromgeführter Reglung)
44 Potentialversatz-Diode
±I 1, ±I 1 _max Ausgangsstrom des Regelverstärkers
I 2 Strom
I 3 Konstantstrom
I _L, I _L ₁ Laststrom
M, M 1, M 2, M _max Moment
n, n ₁, n ₂ Drehzahl
n _IST Ist-Drehzahl
n _SOLL Soll-Drehzahl
P 1 Drehzahl-Potentiometer
P 2 Momenten-Potentiometer
P 3 Momenten-Potentiometer
P 4 Drehzahl-Potentiometer
R 1 Meßwiderstand
R 2 Spannungsteiler-Widerstand
S 1 Stromsenke
U 1 Eingangsspannung der Phasenanschnittsteuerschaltung
U 2, U 2 _max laststromproportionale Spannung
U 3, U 3 _max Eingangsspannung der Momentenbegrenzung
U 4 Spannung
U 5 Spannung
U 6 Spannung
U _N Netzspannung
-U _Ref Interne Referenzspannung
ϕ Phasen- bzw. Zündwinkel 1 engine
2 control amplifiers
3 phase control circuit
4 triac
5 frequency-voltage converters (f / u converters)
6 speedometer coil
7 torque limitation (based on tachometer control)
8 resistance
9 capacitor
10 resistance
11 capacitor
12 resistance
13 capacitor
14 diode
15 diode
16 diode
17 diode
18 Base leakage resistance
19 current limiting resistor
20 current limiting resistor
21 Base leakage resistance
22 DV transistor
23 DV transistor
24 DV transistor
25 DV transistor
26 voltage divider resistor
27 Voltage divider resistance
28 diode
29 current mirror transistor
30 current mirror transistor
31 current mirror transistor
32 current mirror transistor
33 storage capacitor
34 resistance
35 Base leakage resistor 36 DV transistor
37 DV transistor
38 DV transistor
39 diode
40 diode
41 capacitor
42 resistance
43 Speed control and torque limitation (based on load current-controlled control)
44 potential offset diode
± I 1 , ± I 1 _max output current of the control amplifier
I 2 current
I 3 constant current
I _L , I _L ₁ load current
M, M 1 , M 2 , M _max moment
n, n ₁ , n ₂ speed
n _ACTUAL actual speed
n _SET speed
P 1 speed potentiometer
P 2 torque potentiometer
P 3 torque potentiometer
P 4 speed potentiometer
R 1 measuring resistor
R 2 voltage divider resistor
S 1 current sink
U 1 input voltage of the phase control circuit
U 2 , U 2 _max voltage proportional to the load current
U 3 , U 3 _max input voltage of the torque limitation
U 4 voltage
U 5 voltage
U 6 voltage
U _N mains voltage
- U _Ref Internal reference voltage
ϕ phase or ignition angle

Claims

1. Control circuit for a motor, which is arranged in series with the triac controlled by a phase gating control and the measuring resistor, characterized in that an additional in the phase gating control circuit ( 3 ) engaging continuously working and both half-waves of the load current (I _L ) evaluating torque limit (7) is arranged, the switched of two series differential amplifier stages is derived from the proportional to the load current (I _L) the voltage (U 2) be controlled and (1 U) of the phase control circuit (3) affecting the input voltage such that on reaching a preselected torque (M 1) (1 M) corresponding load current supplied to the engine power to the this moment (I _L ₁₎ is limited, and when exceeding the preselected Mo mentes (M 1) the actual speed (n _ACTUAL ) of the motor drops steeply compared to the target speed (n _TARGET ).

2. Control circuit according to item 1, characterized in that the torque limitation ( 7 ) consists of the DV transistor ( 38 ), the collector of which is connected to the input of the phase control circuit ( 3 ), the base of which is connected to one end of the resistor ( 34 ) which leads one end of the storage capacitor ( 33 ) and to the collector of the DV transistors ( 22 ) and ( 23 ) and whose emitter with the emitter of the DV transistor ( 37 ) and the collector of the current mirror transistor ( 32 ) is connected, the emitter together with the emitter of the current mirror transistors ( 29 ), ( 30 ) and ( 31 ), the collector of the DV transistors ( 24 ) and ( 25 ), the other end of the storage capacitor ( 33 ), the one end of the base leakage resistor ( 35 ), one end of the speed potentiometer (P 1 ), one end of the resistors ( 8 ) and ( 12 ) and one end of the capacitors ( 9 ) and ( 13 ) on the internal reference voltage ( - U _Ref ) and that the base of Str omspiegel transistor ( 32 ) with the base and collector of the current mirror transistor ( 31 ) and the other end of the resistor ( 34 ) is connected and that the base of the DV transistor ( 37 ) with the emitter of the DV transistor ( 36 ) and the other end of the base leakage resistor ( 35 ) and that the collector of the DV transistor ( 37 ) is connected to the collector of the DV transistor ( 36 ) and together with one end of the current limiting resistor ( 20 ), the one end of the Basisableitwiderstandes (21), the anode of the diode (14), the other end of the speed potentiometer (P 1), the one end of the measuring resistor (R 1) and the one end of the voltage dividing resistor (R 2) leads to ground and that the other end of the voltage divider resistance ( 27 ) leads to the anode of the diode ( 28 ), whose cathode with the base of the current mirror transistors ( 29 ) and ( 30 ) and the collector of the current mirror transistor ( 29) and as the collector of the current mirror (30) leads to the base of DV transistor (25) and to the cathode of the anode (17) whose anode is connected to the cathode of the diode (16) whose anode is connected to one end of the Basisableitwiderstandes ( 18 ), one end of the current limiting resistor ( 19 ) and to the wiper of the torque potentiometer (P 2 ) and that the other end of the voltage divider resistor ( 26 ) with the base of the DV transistor ( 24 ) and the cathode of the diode ( 15 ) is connected, the anode of which leads to the cathode of the diode ( 14 ) and that the emitter of the DV transistor ( 24 ) is connected to the other end of the base leakage resistor ( 18 ) and the base of the DV transistor ( 22 ) is connected, whose emitter leads to the other end of the current limiting resistor ( 19 ) and that the other end of the current limiting resistor ( 20 ) is connected to the emitter of the DV transistor ( 23 ), the base of which is connected to the emitter of the DV -Transistors ( 25 ) and to that the end of the base leakage resistor ( 21 ) leads.

3. Control circuit according to item 1, characterized in that the speed control and torque limitation ( 43 ) consists of the DV transistor ( 38 ), the collector of which is connected to the input of the phase control circuit ( 3 ), the base of which is connected to the non-inverting input of the rule amplifier ( 2 ), to one end of the resistor ( 34 ), one end of the storage capacitor ( 33 ) and to the collector of the DV transistors ( 22 ) and ( 23 ) and the emitter of which leads to the emitter of the DV transistor ( 37 ) and one end of the current sink (S 1 ) is connected, the other end of which is connected to the emitter of the current mirror transistors ( 29 ) and ( 30 ), the cathode of the potential offset diode ( 44 ), the collector of the DV transistors ( 24 ) and ( 25 ), the other end of the storage capacitor ( 33 ), the one end of the base leakage resistor ( 35 ), the cathode of the diode ( 40 ) and the one end of the resistor ( 42 ) on the internal reference voltage (- U _Ref ) lies and there ß the anode of the potential offset diode ( 44 ) is connected to the other end of the resistor ( 34 ) and that the base of the DV transistor ( 37 ) with the emitter of the DV transistor ( 36 ) and the other end of the base conductor resistor ( 35 ) is connected and that the collector of the DV transistor ( 37 ) is connected to the collector of the DV transistor ( 36 ) and ge together with one end of the current limiting resistor ( 20 ), one end of the base leakage resistor ( 21 ), the anode of the diode ( 14 ), one end of the torque potentiometer (P 3 ), one end of the measuring resistor (R 1 ) and one end of the capacitor ( 41 ) leads to ground and that the base of the DV transistor ( 36 ) leads to the wiper of the momentary potentiometer (P 3 ), the other end of which is connected to the anode of the diode ( 39 ), the cathode of which leads to the anode of the diode ( 40 ) and that one end of the voltage divider resistors ( 26 ) and ( 27 ) each connected to each other is and that the other end of the voltage divider resistor ( 27 ) leads to the anode of the diode ( 28 ), whose cathode with the base of the current mirror transistors ( 29 ) and ( 30 ) and the collector of the current mirror transistor ( 29 ) is connected and that the collector of the current mirror transistor ( 30 ) leads to the base of the DV transistor ( 25 ) and to the cathode of the anode ( 17 ), the anode of which is connected to the cathode of the diode ( 16 ), whose anode leads to one end of the base leakage resistor ( 18 ), one end of the current limiting resistor ( 19 ), the other end of the measuring resistor (R 1 ) and to the triac ( 4 ) and that the other end of the voltage divider Resistor ( 26 ) is connected to the base of the DV transistor ( 24 ) and the cathode of the diode ( 15 ), the anode of which leads to the cathode of the diode ( 14 ) and that the emitter of the DV transistor ( 24 ) is connected to the other End of the base leakage resistor ( 18 ) and the base of the DV transistor ( 22 ) is connected, the emitter leads to the other end of the current limiting resistor ( 19 ) and the other end of the current limiting resistor ( 20 ) is connected to the emitter of the DV transistor ( 23 ), the base of which is connected to the emitter of the DV transistor ( 25 ) and to the other end of the base bleeder resistor ( 21 ).