Leseprobe - EPV

Steuerungsprinzip Vollwellen
3 Bohrmaschine
3 Bohrmaschine
3.1 Steuerungsprinzip Vollwellen
3.1.1 Allgemeines
Moderne Bohrmaschinen und andere elektronische Heimwerkergeräte werden alle nach dem Prinzip der
Phasenanschnittsteuerung an ohmsch-induktiven Lasten in ihrer Drehfrequenz gesteuert. Dabei treten
aufgrund der Einschaltvorgänge an ohmsch-induktiven Lasten vollwellenartige Stromverläufe auf. Dieses
Steuerungsprinzip der Leistungselektronik soll in diesem Kapitel untersucht werden.
3.1.2 Messtechnische Untersuchung an der Bohrmaschine
Für diesen Versuch werden folgende Geräte benötigt:
Bohrmaschine, Oszilloskop, Messwiderstand 1 Ω, Adaptersteckdose
Messschaltung:
N
by
E
OPMs
ú RMeò
Schließen
Sie
die
Bohrmaschine
über
die
Adaptersteckdose an die Netzspannung an.
Messen Sie mit dem Oszilloskop die zeitlichen Verläufe
von Strom und Spannung bei einer niedrigen und bei
einer hohen Drehfrequenz.
Übertragen Sie die ermittelten Werte in die vorbereiteten
Ergebnisfelder.
P
v
Versuchsdurchführung:
V
_çÜêã~ëÅÜáåÉ
ht
NΩ
ig
vO
niedrige Drehfrequenz
C
op
yr
hohe Drehfrequenz
v=Z
N
Laáî v=Z
O
Laáî u=Z
Laáî
v=Z
N
Laáî v=Z
O
Laáî u=Z
Laáî
3.1.3 Auswertung
Der Laststrom der Bohrmaschine besteht aus wellenförmigen Stromimpulsen, die je nach Drehfrequenz
unterschiedlich lang und unterschiedlich hoch sind. Diese wellenförmigen Stromimpulse sind sowohl positiv
als auch negativ. Je länger die Stromflusszeit dieser Stromimpulse, je höher ist auch der Stromimpuls und
das Drehmoment der Maschine wird größer. Bei einer leerlaufenden Maschine steigt dann auch die
Umdrehungsfrequenz.
32
3 Bohrmaschine
Steuerungsprinzip Vollwellen
3.1.4 Erkenntnisse
Test
!
Das Steuerungsprinzip von Bohrmaschinen nennt man Phasenabschnittsteuerung, Vollwellensteuerung,
Bohrsteuerung . Der Laststrom einer Bohrmaschine besteht aus rechteckigen, sinusförmigen, wellenförmigen
Stromimpulsen. Je größer die Umdrehungsfrequenz, desto kürzer, gleich, länger ist die Stromflusszeit der
Impulse.
3.2 Induktive Last
3.2.1 Allgemeines
In diesem Abschnitt soll geklärt werden, wie der wellenförmige Strom der Bohrmaschine entsteht. Hierzu gibt
der zeitliche Verlauf der Spannung am Motor der Bohrmaschine weitere Informationen. Der Motor einer
Bohrmaschine ist eine ohmsch-induktive Last. Damit diese Werte gemessen werden können, wird die Platine
eingesetzt.
3.2.2 Messtechnische Untersuchung an der Platine
V
Für diesen Versuch benötigen wir folgende Geräte:
P
Platine LES, Platine LEL, Oszilloskop
E
Versuchsdurchführung :
An die Buchsen 1+3 die Gleichspannung 15V DC anschließen (Plus an Buchse 1)
An die Buchsen 2+4 die Wechselspannung 24V AC anschließen
Buchsenverbindungen herstellen: 6+33, 37+13, 14+19, 11+ 24
Mit dem Oszilloskop den zeitlichen Verlauf der Netzspannung an Buchse 6 und die Zündimpulse an
Buchse 11 messen. Oszilloskopmasse an Buchse 29
5. Mit dem Steuerpotentiometer R1 einen Steuerwinkel von α = 120 ° einstellen
ig
ht
by
1.
2.
3.
4.
1
DIL-Schalterstellungen:
yr
ON
OFF
4
"
"
"
op
2
3
5
"
6. Danach wird die Oszilloskopmasse auf Buchse 13
gesteckt und der Verlauf der
Spannung an der Induktivität
an Buchse 33 und der
Verlauf des Laststrom an
Buchse
14
gemessen.
Dabei muss das Laststromsignal invertiert werden.
L1
0,6H
37
R5
13
10
24 V
AC
14
Zündimpulsgeber
6
"
6
33
C
Messschaltung:
"
2
19
V3
R1
11
Achten Sie auch hier wieder auf die
Netzorientierung (Line, ~ ) beim
Triggern,
sonst
wird
die
Phasenlage falsch gemessen.
24
28
R7
1R0
4
29
30
33
Steuerungsprinzip Vollwellen
3 Bohrmaschine
Zündimpulse und Netzspannung
v=Z
N
Laáî v=Z
O
Laáî u=Z
Lastspannung und Laststrom
Laáî
v=Z
N
Laáî v=Z
O
Laáî u=Z
Laáî
3.2.3 Auswertung
ht
by
E
P
V
Wenn der Zündimpuls den Triac einschaltet, steigt der Laststrom durch die Induktivität steil an. Die
Netzspannung ist zu diesem Zeitpunkt groß. Danach sinkt die Netzspannung und der Stromanstieg wird
kleiner. Wird die Netzspannung Null, ist auch kein Stromanstieg mehr zu erkennen und der Strom hat seinen
höchsten Wert erreicht. Durch den ansteigenden Strom speichert die Induktivität magnetische Energie.
Die Spule besitzt die Eigenschaft, den Stromverlauf aufrecht zu erhalten. Sie treibt den jetzt abfallenden
Laststrom mit ihrer gespeicherten Energie in die gleiche Richtung weiter und der Triac bleibt geöffnet. An der
Induktivität liegt jetzt die negative Netzspannung. Die Spule kann aber nur solange den Strom weiter treiben,
bis ihre gespeicherte magnetische Energie abgebaut ist. Ist der Strom Null geworden, sperrt der Triac. Die
Spannung an der Spule beträgt jetzt auch wieder 0V.
Die Bohrmaschine kann in einem Bereich von α = 180° bis α = 70°- 90° gesteuert werden.
3.2.4 Erkenntnisse
Test
!
ig
Der Motor einer Bohrmaschine ist eine ohmsche, induktive, kapazitive Last. Diese Last versucht den Strom
yr
auch nach dem Netzspannungsnulldurchgang zu vergrößern, aufrecht zu halten, zu verkleinern . Dabei bleibt
der Triac leitend, gesperrt, schaltend und an der Last liegt eine positive, eine negative, keine Spannung. Die
C
Bohrmaschine.
op
Induktivität verursacht den wellenförmigen, sinusförmigen, dreieckförmigen Verlauf des Laststromes durch die
3.3 Schaltung einer Bohrmaschine
Die Leistungselektronik bei einer Bohrmaschine ist eine hochintegrierte Schaltung. Diese integrierte
Schaltung enthält sowohl den Leistungshalbleiter Triac, als auch eine Ansteuerschaltung. Eine typische
Schaltung zeigt die nachfolgende Abbildung.
Bohrmaschinenschaltung mit integrierter Phasenanschnittsteuerung
3
230V
∼50Hz
2
Motor
M
34
R
500K
RCA6-400
1