Motoransteuerung

Der Universalmotor – ein Antrieb mit vielen Möglichkeiten

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Möglichkeiten der analogen Drehzahlsteuerung

Zur stufenlosen Drehzahlstellung bestehen beim Universalmotor die gleichen Möglichkeiten wie bei einem Gleichstrom-Reihenschlussmotor. Es können die Motorspannung herabgesetzt sowie Vorwiderstände zugeschaltet oder eine Feldschwächung vorgenommen werden.

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Eine häufig eingesetzte Methode zur Drehzahlstellung ist die Veränderung der Motorspannung mittels Phasenanschnittsteuerung. Hierbei wird der Stromfluss durch einen Triac als Stellglied gesteuert und dabei der Phasenverlauf des Wechselstromsignals beeinflusst.

Für sehr einfache Drehzahlsteuerungen genügt eine Ansteuerelektronik wie in Bild 3 gezeigt. Hierbei wird an der Steuerelektrode des Triac T eine Zünddiode Z (Diac) angeschlossen. Beim Überschreiten der Kippspannung Ukipp der Zünddiode, liefert diese einen Stromimpuls, der den Triac in einen leitfähigen Zustand versetzt. Die Spannung UN wird somit bis zum nächsten Nulldurchgang an die Klemmen des Motors gelegt.

Über den RC-Zweig (Phasenschieber) kann der Zündimpuls (Zündwinkel α) gegenüber dem Spannungsverlauf des Triac verzögert werden. Dementsprechend ändert sich die Aufteilung der am Motor und am Triac liegenden Spannungsflächen und damit der Effektivwert UM der Motorspannung. Bild 4 zeigt den Strom- und Spannungsverlauf bei einer Phasenanschnittsteuerung mittels Triac entsprechend Bild 3.

Digitale Drehzahlsteuerung und -regelung mit Mikrocontroller

Für komplexe Anforderungen an die Ansteuerung von Universalmotoren kommen Mikrocontroller zum Einsatz. Mit ihnen ist eine gezielte und schnelle Anpassung der Motorsteuerung an die Applikation möglich. So können beispielsweise das Anlaufverhalten oder die Drehzahl angepasst werden. Zudem können verschiedene sicherheitsrelevante Zusatzfunktionen, wie Drehmomentbegrenzung durch Überlastabschaltung und Signalisierung von Lastzuständen, implementiert werden. Weiterhin ist neben einer Drehzahlsteuerung auch eine Drehzahlregelung möglich.

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Dieser Autorenbeitrag ist in unserem Digitalkompendium zum Thema Elektrische Antriebstechnik 2015 erschienen. Diese ist auch als kostenloses ePaper oder als pdf abrufbar.

Bild 5 zeigt das Blockschaltbild einer Mikrocontroller-basierten Steuerschaltung für einen Universalmotor. Die Hauptaufgabe des Mikrocontrollers besteht in der Ansteuerung des Triac zur Drehzahleinstellung des Universalmotors. Des Weiteren wird mithilfe eines Shunt-Widerstandes die Stromaufnahme des Motors gemessen, um bei einer Überschreitung des zulässigen Motorstromes eine Motorabschaltung zu ermöglichen.

Für die Realisierung einer Drehzahlregelung kann das Ausgangssignal eines Hall-Sensors, welches dem Istwert der Drehzahl entspricht, mit dem Sollwert der Drehzahl verglichen und aus der Drehzahldifferenz der neue Zündzeitpunkt für den Triac berechnet werden. Auch die Überwachung der Motor-Temperatur ist durch die Integration eines Thermistors (PTC-Widerstand) möglich.

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